JP4447805B2 - 画像符号化装置および方法、記録媒体、並びにプログラム - Google Patents

画像符号化装置および方法、記録媒体、並びにプログラム Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像符号化装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関し、特に、画像の画質を向上させるようにした画像符号化装置および方法、記録媒体、並びにプログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
最近、MPEG(Moving Picture Experts Group)に代表される画像圧縮技術が発達してきた。
【0003】
図1は、このようなMPEGを使用した従来の画像符号化装置1の構成を示している。
【0004】
マクロブロック分割部11は、フレームデータを入力し、マクロブロック(以下、MBと記述する)のデータに変換し、変換したMBのデータを、減算部19、量子化スケール決定部18、および参照画像生成部17にそれぞれ出力する。
【0005】
減算部19は、マクロブロック分割部11より入力したMBのデータから、参照画像生成部17より入力した参照画像データを減算し(MBのデータに参照画像データを逆極性で加算し)、差分のデータをDCT部12に出力する。
【0006】
DCT部12は、減算部19より入力した差分のデータを、DCT(Discrete Consign Transform:離散コサイン変換)処理をしてDCT係数に変換し、量子化部13に出力する。
【0007】
量子化部13は、DCT部12より入力したDCT係数を、量子スケール決定部18より入力した量子化スケールに基づき量子化し、VLC部14およびデコード部16に出力する。
【0008】
VLC部14は、量子化部13より入力した量子化されたデータを、可変長符号化の処理をしてVLC (Variable Length Code)に変換し、送信バッファ部15に出力する。
【0009】
送信バッファ部15は、入力したVLCを、量子化スケール決定部18に出力する。また、送信バッファ部15は、フレーム全体のVLCを入力したとき、それらのVLCを、フレーム単位のデータに変換し、ビットストリームデータとして外部に出力する。
【0010】
デコード部16において、逆量子化部21は、量子化部13より入力した量子化されたデータを、逆量子化し、逆DCT部22に出力する。
【0011】
逆DCT部22は、逆量子化部21より入力した逆量子化されたデータを、逆DCT処理をして元の画像データに変換し、参照画像生成部17の加算部34に出力する。
【0012】
参照画像生成部17において、加算部34は、逆DCT部22より入力した画像データと、動き補償バッファ部31より入力したその画像データに対応する参照画像データとを加算し、動き補償部32を介して、動き補償バッファ部31に出力する。
【0013】
動き補償バッファ部31は、動き補償部32を介して、加算部34より入力した画像データを、次のフレームの予測画像データとして記憶する。
【0014】
動き検出・演算部33は、マクロブロック分割部11より入力したMBのデータに対応する動きベクトルを検出し、動き補償部32に出力する。
【0015】
動き補償部32は、動き検出・演算部33より入力した動きベクトルを基に、動き補償の処理を行う。即ち、動き補償部32は、動き補償バッファ部31にあらかじめ記憶されている予測画像データのうち、動き検出・演算部33より入力した動きベクトルを基に、減算部19に入力されたMBのデータに対応する参照画像データを読み出し、減算部19に出力する。
【0016】
量子化スケール決定部18において、コンプレックシティ演算部46は、送信バッファ部15より入力したVLCを基に、そのVLCの複雑さを表すパラメータとしてのコンプレックシティ(complexity)を演算し、コンプレックシティバッファ部45に出力する。
【0017】
コンプレックシティバッファ部45は、コンプレックシティ演算部46より入力したコンプレックシティを一時記憶し、目標符号量演算部41に適宜出力する。
【0018】
目標符号量演算部41は、コンプレックシティバッファ部45より入力したコンプレックシティを基に、目標符号量を演算し、量子化インデックス演算部42に出力する。
【0019】
量子化インデックス演算部42は、目標符号量演算部41より入力した目標符号量を基に、量子化インデックスを演算し、量子化スケール演算部43に出力する。
【0020】
アクティビティ演算部44は、マクロブロック分割部11より入力した各MBのデータの複雑さを表すパラメータとしてのアクティビティを演算し、量子化スケール演算部43に出力する。
【0021】
量子化スケール演算部43は、量子化インデックス演算部42より入力した量子化インデックス、およびアクティビティ演算部44より入力したアクティビティを基に、量子化スケールを演算し、量子化部13に出力する。
【0022】
次に、画像符号化装置1の動作について、説明する。
【0023】
フレームデータは、マクロブロック分割部11に入力され、MB単位のデータに変換され、減算部19に出力される。
【0024】
減算部19に入力されたMBのデータから、参照画像生成部17より減算部19に入力された参照画像データが減算され、差分のデータがDCT部12に出力される。
【0025】
DCT部12に入力された差分のデータは、DCT係数に変換され、量子化部13に出力される。量子化部13に入力されたDCT係数は、量子化スケール演算部43より量子化部13に入力された量子化スケールに基づき量子化された後、VLC部14に入力される。
【0026】
VLC部14に入力された量子化されたデータは、VLCに変換され、送信バッファ部15に出力される。
【0027】
送信バッファ部15に入力されたVLCは、コンプレックシティ演算部46に出力される。また、フレーム全体のVLCが、送信バッファ部15に入力されたとき、それらのVLCは、フレーム単位のデータに変換され、ビットストリームデータとして外部に出力される。
【0028】
量子化部13より逆量子化部21に入力された量子化されたデータは、逆量子化され、逆DCT部22に出力される。逆DCT部22に入力された逆量子化されたデータは、元の画像データに変換され、加算部34に出力される。
【0029】
加算部34に入力された画像データは、あらかじめ動き補償バッファ部31に記憶されていた参照画像データ(減算部19において、MBのデータから減算された参照画像データ)と加算され、復号される。
【0030】
復号されたMBのデータは、動き補償部32を介して、動き補償バッファ部31に入力され、次に処理されるフレームのMBの予測画像データとして記憶される。
【0031】
動き検出・演算部33は、マクロブロック分割部11より入力したMBのデータに対応する動きベクトルを検出し、動き補償部32に出力する。
【0032】
動き補償部32において、動き検出・演算部33より入力された動きベクトルに対応した動き補償の処理が行われる。即ち、動き補償バッファ部31にあらかじめ記憶されている予測画像データのうち、MBの位置からその動きベクトルに対応する分だけずらした位置の予測画像データが読み出され、それがMBの参照画像データとして、減算部19に出力される。
【0033】
量子化スケール決定部18において、次の3処理、即ち、MPEGにおけるいわゆるTM5(Test Model 5)の処理が行われることにより、MBの量子化スケールが演算され、量子化部13に出力される。
【0034】
(ステップ1)
目標符号量演算部41において、コンプレックシティバッファ部45より入力されたk-1番目に処理されたMB(以下、k-1番目に処理されたMBを、MB-k-1と称する)のVLCのコンプレックシテイの値を基に、MB-kの目標符号量が演算され、量子化インデックス演算部42に出力される。
【0035】
(ステップ2)
量子化インデックス演算部42において、目標符号量41より入力されたMB-kの目標符号量を基に、MB-kの仮想バッファ占有量が演算される。
【0036】
さらに、そのMB-kの仮想バッファ占有量を基に、MB-kの量子化インデックスが演算され、量子化スケール演算部43に出力される。
【0037】
(ステップ3)
量子化スケール演算部43において、量子化インデックス演算部42より入力されたMB-kの量子化インデックス、およびアクティビティ演算部44より入力されたMB-kのアクティビティの値を基に、量子化スケールが演算され、量子化部13に出力される。
【0038】
上述したTM5の(ステップ2)において、MB-kの量子化インデックス(以下、Q-kと記述する)は、次の2式により演算される。
【0039】
d-k=d0+Bk-1−(Tk×(k−1)/mbcnt) (1)
Q-k=d-k×31/r (2)
【0040】
式(1)は、MB-kの仮想バッファ占有量(以下、d-kと記述する)を求める式である。
【0041】
d0は、フレーム先頭での初期仮想バッファ占有量を表しており、Bk-1は、前のMB、即ちMB-k-1までの発生ビット量を表しており、mbcntは、1フレームあたりのMBの総数を表しており、また、TkはMB-kの目標符号量を表している。
【0042】
式(2)は、Q-kを求める式である。
【0043】
rは、量子化スケール決定部18のフィードバックの応答速度を調整するパラメータを表しており、リアクションパラメータと称されている。
【0044】
【発明が解決しようとする課題】
上述したような式(1)および式(2)で演算される各MBの量子化インデックスは、次のような問題点がある。
【0045】
即ち、量子化スケール決定部18のフィードバックループにより演算される各MBの量子化インデックスは、各MBの発生符号量が全て均一であるという前提に基づいて、演算される。
【0046】
その結果、各MBの発生符号量が均一でない場合、フレーム内での各量子化インデックスが安定化しないという問題点がある。
【0047】
例えば、図2Aのフレーム51が、情報量、即ち発生ビット量の多いMB群52、および発生ビット量の少ないMB群53から構成される総計mbcnt個のMBに分割されたとする。
【0048】
そして、図1の画像符号化装置1により、変換されたMB-1乃至MB-mbcntのデータが、それぞれ符号化されたとする。
【0049】
その場合、上述した式(1)により演算されるd-1乃至d-mbcnt(MB-1乃至MB-mbcntの仮想バッファ占有量)は、図2Bの線54に示されるようになる。
【0050】
なお、図2Bの縦軸は、仮想バッファ占有量dを表しており、横軸は、MBの符号化処理の順番k(kは、1乃至mbcnt)を表している。
【0051】
即ち、図2Bの線54に示されるように、符号化の処理の前半(kが小の場合)は、その処理の順番に従い(kが増えるに従い)、仮想バッファ占有量d-kは増加していく。一方、符号化の処理の後半(kが大の場合)は、その処理の順番に従い(kが増え、mbcntに近づくに従い)、仮想バッファ占有量d-kは減少していく。
【0052】
従って、上述した式(2)に示されるように、量子化インデックスQ-kは、仮想バッファ占有量d-kに比例することから、演算された量子化インデックスQ-1乃至Q-mbcntは、kの値によりそれぞればらついた値になる。
【0053】
即ち、画像符号化装置1により演算された各MBの量子化インデックスは、フレーム内で安定化しない。
【0054】
その結果、図1の画像符号化装置1により符号化されたフレームの視覚特性、即ち画質は、劣化する。
【0055】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、画像の画質を向上させることができるようにするものである。
【0056】
本発明の第1の画像符号化装置は、動きベクトル残差を表すパラメータの値を演算する第1の演算手段と、第1の演算手段により演算されたパラメータの値を記憶する記憶手段と、記憶手段により記憶されたパラメータの値の加重値に基づいて、ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算手段とを備え、第1の演算手段は、パラメータの値があらかじめ設定されている所定の閾値以上である場合、閾値を上記パラメータの値とし、フレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、あらかじめ設定されている所定の固有値を、動きベクトルを使用しないブロックのパラメータの値とし、第2の演算手段は、フレームの符号化処理の前に、記憶手段により記憶されたパラメータの値の総和を演算し、フレーム内で順次符号化されるブロックの量子化インデックスを演算するとき、当該ブロックの符号化前に符号化されたブロックからパラメータの部分和を演算し、パラメータの総和と部分和の比に基づいて、ブロックの量子化インデックスを演算することを特徴とする。
【0057】
本発明の画像符号化装置では、前記パラメータは、前記ブロックの複雑さを表すアクティビティであるようにすることができる。
本発明の画像符号化装置では、前記パラメータは、前記ブロックの動きベクトル残差であるようにすることができる。
【0058】
本発明の第1の画像符号化方法は、動きベクトル残差を表すパラメータの値を演算する第1の演算ステップと、第1の演算ステップの処理により演算されたパラメータの値を記憶する記憶ステップと、記憶ステップの処理により記憶されたパラメータの値の加算値に基づいて、ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算ステップとを含み、第1の演算ステップは、パラメータの値があらかじめ設定されている所定の閾値以上である場合、閾値をパラメータの値とし、上記フレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、あらかじめ設定されている所定の固有値を、動きベクトルを使用しないブロックの上記パラメータの値とするステップを含み、第2の演算ステップは、フレームの符号化処理の前に、記憶ステップの処理により記憶されたパラメータの値の総和を演算し、フレーム内で順次符号化されるブロックの量子化インデックスを演算するとき、当該ブロックの符号化前に符号化されたブロックからパラメータの部分和を演算し、パラメータの総和と部分和の比に基づいて、ブロックの量子化インデックスを演算するステップを含むことを特徴とする。
本発明の第1の記録媒体のプログラムおよび本発明の第1のプログラムは、上述した本発明の第1の画像符号化方法にかかる各ステップを含むことを特徴する。
【0059】
本発明の第2の画像符号化装置は、動きベクトル残差を表すパラメータの値を演算する第1の演算手段と、第1の演算手段により演算されたパラメータの値を記憶する記憶手段と、記憶手段により記憶されたパラメータの値に基づいて、ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算手段とを備え、第1の演算手段は、画像のフレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、あらかじめ設定されている所定の固有値を、動きベクトルを使用しないブロックのパラメータの値とすることを特徴とする。
【0060】
本発明の第2の画像符号化方法は、動きベクトル残差を表すパラメータの値を演算する第1の演算ステップと、第1の演算ステップの処理により演算されたパラメータの値を記憶する記憶ステップと、記憶ステップの処理により記憶されたパラメータの値に基づいて、ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算ステップとを含み、第1の演算ステップは、画像のフレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、あらかじめ設定されている所定の固有値を、動きベクトルを使用しないブロックのパラメータの値とするステップを含むことを特徴とする。
本発明の第2の記録媒体のプログラムおよび本発明の第2のプログラムは、上述した本発明の第2の画像符号化方法にかかる各ステップを含むことを特徴する。
【0061】
本発明の第3の画像符号化装置は、動きベクトル残差を表す第一のパラメータおよびアクティビティを表す第二のパラメータの値を演算する第1の演算手段と、第1の演算手段により演算された第一および第二のパラメータの値を記憶する記憶手段と、記憶手段により記憶された第一または第二のパラメータの値に基づいて、ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算手段とを備え、画像のフレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、第の演算手段は、動きベクトルを使用しないブロックについて上記第1の演算手段により求められた第二のパラメータの値に基づいて上記量子化インデックスを演算し、動きベクトルを使用するブロックについて上記第1の演算手段により求められた上記第一のパラメータの値に基づいて上記量子化インデックスを演算することを特徴とする。
【0062】
第2の演算手段は、画像のフレームの符号化処理の前に、記憶手段により記憶されたパラメータの値の総和を演算し、フレーム内で順次符号化されるブロックの量子化インデックスを演算するとき、当該ブロックの符号化前に符号化されたブロックからパラメータの部分和を演算し、パラメータの総和と部分和の比に基づいて、ブロックの量子化インデックスを演算することができる。
【0063】
第2の演算手段は、画像のフレームの符号化処理の前に、記憶手段により記憶された第一または第二のパラメータの値のパラメータ毎の総和を演算し、フレーム内で順次符号化されるブロックの量子化インデックスを演算するとき、当該ブロックの符号化前に符号化されたブロックから第一または第二のパラメータのパラメータ毎の部分和を演算し、第一または第二のパラメータのパラメータ毎の総和と部分和の比に基づいて、ブロックの量子化インデックスを演算することができる。
【0064】
本発明の第3の画像符号化方法は、動きベクトル残差を表す第一のパラメータおよびアクティビティを表す第二のパラメータの値を演算する第1の演算ステップと、第1の演算ステップの処理により演算された第一および第二のパラメータの値を記憶する記憶ステップと、記憶ステップの処理により記憶された第一または第二のパラメータの値に基づいて、ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算ステップとを含み、画像のフレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、第の演算ステップは、動きベクトルを使用しないブロックについて上記第1の演算ステップの処理により求められた第二のパラメータの値に基づいて上記量子化インデックスを演算し、動きベクトルを使用するブロックについて上記第1の演算ステップの処理により求められた第一のパラメータの値に基づいて上記量子化インデックスを演算するステップを含むことを特徴とする。
本発明の第3の記録媒体のプログラムおよび本発明の第3のプログラムは、上述した本発明の第3の画像符号化方法にかかる各ステップを含むことを特徴する。
【0065】
本発明においては、ブロックの複雑さを表すパラメータの値に基づいて、ブロックの量子化インデックスが演算される。
【0066】
【発明の実施の形態】
図3は、本発明が適用される画像符号化装置61の構成例を表している。図1の従来の画像符号化装置1に対応する部分には、対応する符号を付してあり、その説明は適宜省略する。
【0067】
動き検出・演算部33は、マクロブロック分割部11より入力した各MBのデータに対応する動きベクトル(MBの動きベクトル)を検出し、動き補償部32に出力すると共に、各MBの動きベクトル残差を演算し、動きベクトル残差総和演算部71および動きベクトル残差バッファ部72に出力する。
【0068】
動きベクトル残差総和演算部71は、動き検出・演算部33より入力した各MBの動きベクトル残差の総和を演算し、動きベクトル残差バッファ部72に出力する。
【0069】
動きベクトル残差バッファ部72は、動きベクトル残差総和演算部71より入力した各MBの動きベクトル残差の総和、および 動き検出・演算部33より入力した各MBの動きベクトル残差を一時記憶し、量子化インデックス演算部42に適宜出力する。
【0070】
アクティビティ演算部44は、マクロブロック分割部11より入力した各MBのデータに対応するアクティビティ(各MBのアクティビティ)を演算し、さらに、その各MBのアクティビティの総和を演算する。そして、アクティビティ演算部44は、各MBのアクティビティ、および各MBのアクティビティの総和をアクティビティバッファ部73に出力する。
【0071】
アクティビティバッファ部73は、アクティビティ演算部44より入力した各MBのアクティビティ、および各MBのアクティビティの総和を一時記録し、量子化インデックス演算部42、および量子化スケール演算部43に適宜出力する。
【0072】
その他の構成は、図1における場合と同様である。
【0073】
次に、図4のフローチャートを参照して、図3の画像符号化装置61の量子化スケール決定部18の動作を説明する(その他の処理は、図1における場合と同様であるので、その説明を省略する)。
【0074】
上述したように、マクロブロック分割部11は、フレームデータを入力し、入力したフレームデータをMBのデータに変換する。
【0075】
この例においては、1つのフレームデータが、mbcnt個のMBのデータに変換されたものとする。
【0076】
マクロブロック分割部11は、MB-1乃至MB-mbcntのデータを、アクティビティ演算部44、および動き検出・演算部33にそれぞれ順番に出力する。
【0077】
そこで、ステップS101において、アクティビティ演算部44は、マクロブロック分割部11より入力したMB-1乃至MB-mbcntのデータを基に、それらのアクティビティ(以下、MB-kのアクティビティをactivity-kと記述する)を演算する。
【0078】
さらに、アクティビティ演算部44は、アクティビティactivity-1乃至activity-mbcntの総和(以下、activity-sumと記述する)を演算し、アクティビティactivity-k1乃至activity-mbcnt、およびアクティビティの総和activity-sumをアクティビティバッファ部73に出力する。
【0079】
ステップS102において、アクティビティバッファ部73は、アクティビティ演算部44より入力したアクティビティactivity-1乃至activity-mbcnt、およびアクティビティの総和activity-sumを記憶する。
【0080】
一方、動き検出・演算部33は、上述したように、マクロブロック分割部11より入力したMB-1乃至MB-mbcntのデータを基に、それらの動きベクトル残差(以下、MB-kの動きベクトル残差をbdv-kと記述する)を演算し、動きベクトル残差総和演算部71、および動きベクトル残差バッファ部72に出力する。
【0081】
なお、この例においては、動き検出・演算部33は、MBkの動きベクトル残差bdv-kを以下のように演算するものとする。
【0082】
即ち、前方向、および後方向の動きベクトル残差を、それぞれbdv-k_fwd、およびbdv-k_bwdとした場合、予測タイプが前方向のとき、bdv-k=bdv-k_fwdと演算し、予測タイプが後方向のとき、bdv-k=bdv-k_bwdと演算し、予測タイプが双方向のとき、bdv-k=(bdv-k_fwd+bdv-k_bwd)/2と演算する。
【0083】
そこで、ステップS103において、動きベクトル残差総和演算部71は、動き検出・演算部33より入力した動きベクトル残差bdv-1乃至bdv-mbcntの総和(以下、bdv-sumと記述する)を演算し、動きベクトル残差バッファ部72に出力する。
【0084】
ステップS104において、動きベクトル残差バッファ部72は、動き検出・演算部33より入力した動きベクトル残差bdv-1乃至bdv-mbcnt、および動きベクトル残差総和演算部71より入力した動きベクトル残差の総和bdv-sumを記憶する。
【0085】
なお、ステップS101乃至S104の処理が、MB1のデータが符号化される処理の前に終了されれば、ステップS101およびS102、並びにステップS103およびS104の処理の順番は限定されない。
【0086】
ステップS101乃至S104の処理が完了した場合、ステップS105において、カウンタ(図示せず)は、カウント値を1に初期設定する。
【0087】
その後、ステップS106乃至ステップS109の処理において、MB-jの量子化スケール(以下、MQUANT-jと記述する)が量子化スケール決定部18により演算された場合、ステップS110において、カウンタは、カウント値jを1だけインクリメントする。
【0088】
なお、ステップS106乃至S109の処理の詳細は、後述する。
【0089】
そして、ステップS111において、量子化スケール決定部18の判定部(図示せず)は、カウント値jがmbcntを越えたか否かを判定する。
【0090】
カウント値jがmbcntを越えたと判定された場合、量子化スケール決定部18は、その処理を終了する。
【0091】
カウント値jがmbcntを越えていないと判定された場合(カウント値jがmbcntと等しいか、それより小さいと判定された場合)、量子化スケール決定部18は、ステップS106に戻り、それ以降の処理を繰り返す。
【0092】
例えばj=kの場合、量子化スケール決定部18は、上述したように、ステップS106乃至S109の処理において、量子化スケールMQUANT-kを演算する。
【0093】
即ち、ステップS106において、目標符号量演算部41は、コンプレックシティバッファ部45より供給されるコンプレックシティに基づいて、MB-kの目標符号量(以下、Tkと記述する)を演算し、量子化インデックス演算部42に出力する。
【0094】
ステップS107において、量子化インデックス演算部42は、目標符号量演算部41より入力した目標符号量Tk、並びに動きベクトル残差バッファ部72より入力した動きベクトル残差bdv-1乃至bdv-k-1、および動きベクトル残差の総和bdv-sumを基して、次のようにMB-kの仮想バッファ占有量(以下、d-kと記述する)を演算する。
【0095】
ただし、この例においては、フレームが、動きベクトルを使用するMB(以下、interMBと記述する)のみから構成されているものとする。
【0096】
はじめに、量子化インデックス演算部42は、動きベクトル残差バッファ部72より入力したフレーム内の処理済みのMBの動きベクトル残差の総和、即ちbdv-1乃至bdv-k-1までの総和(以下、bdv-sum_pk-1と記述する)を演算する。
【0097】
そして、量子化インデックス演算部42は、次の式(3)により、仮想バッファ占有量d-kを演算する。
【0098】
d-k=d0+Bk-1−(Tk×bdvsun_pk-1/bdv-sum) (3)
【0099】
なお、式(1)同様、d0はフレーム先頭での初期仮想バッファ占有量、Bk-1は、MB-k-1までの発生ビット量を示している。
【0100】
ステップS108において、量子化インデックス演算部42は、上述した式(2)により、MB-kの量子化インデックス(以下、Q-kと記述する)を演算し、量子化スケール演算部43に出力する。
【0101】
なお、量子化インデックス演算部42は、アクティビティバッファ部73から出力されたアクティビティactivity-1乃至activity-k-1、およびアクティビティの総和activity-sumも入力するが、それらについては後述する。
【0102】
ステップS109において、量子化スケール演算部43は、量子化インデックス演算部42より入力した量子化インデックスQ-k、およびアクティビティバッファ部73より入力したアクティビティactivity-kを基に、量子化スケールMQUANT-kを演算し、量子化部13に出力する。
【0103】
そして、上述したように、ステップS110において、カウンタが、j=k+1とカウントし、量子化スケール決定部18は、ステップS106乃至S109の処理を繰り返し、量子化スケールMQUANT-k+1をさらに演算する。
【0104】
なお、動き検出・演算部33により演算された動きベクトル残差bdv-k(kは、1乃至mbcntの任意の数)が所定の閾値以上である場合、上述したステップS103の処理において、動きベクトル残差総和演算部71は、その閾値を動きベクトル残差bdv-kの値として、動きベクトル残差の総和bdv-sumを演算し、その動きベクトル残差の総和bdv-sum、および動きベクトルbdv-kの値として閾値を動きベクトル残差バッファ部72に出力してもよい。
【0105】
上述したように、従来の図1の画像符号化装置1が有する仮想バッファ占有量d-kを演算する式(1)の右辺の第3項は、処理済みのMB数(k−1)をフレーム内のMBの総数(mbcnt)で除算する項である。
【0106】
一方、本発明が適用される図3の画像符号化装置61が有するMB-kの仮想バッファ占有量d-k を演算する式(3)の右辺の第3項は、動きベクトル残差の分布により加重平均を乗算する項である。
【0107】
例えば、図5Aのフレーム51(即ち図2Aのフレーム51と同等のフレーム)が、情報量、即ち発生ビット量の多いMB群52、および発生ビット量の少ないMB群53から構成される総計mbcnt個のMBに分割されたとする。
【0108】
そして、本発明が適用される図3の画像符号化装置61により、変換されたMB-1乃至MB-mbcntのデータがそれぞれ符号化がされたとする。
【0109】
その場合、上述した式(3)を用いて演算される仮想バッファ占有量d-1乃至d-mbcntは、図5Bの線121に示されるようになる。
【0110】
なお、図5Bの縦軸および横軸は、図2Bのそれらと同様に仮想バッファ占有量dとMBの符号化処理の順番kを、それぞれ表している。
【0111】
図5Bの線121に示されるように、仮想バッファ占有量d-1乃至d-mbcntの各々は、ほぼ均一の値に演算さる。
【0112】
このように、図3の画像符号化装置61は、仮想バッファ占有量d-1乃至d-mbcntを、各MB-1乃至MB-mbcntの発生情報量(ビット量)の違いを吸収してそれぞれ演算することができる。
【0113】
従って、仮想バッファ占有量d-k (kは、1乃至mbcntの任意の数)を基に演算される量子化インデックスQ-kは、kの値によらず安定化された値となることができる。
【0114】
即ち、画像符号化装置61により演算された各MBの量子化インデックスは、フレーム内で安定化することができる。
【0115】
その結果、図3の画像符号化装置61は、従来の図1の画像符号化装置1に比べて、画像の視覚特性、即ち画質を向上させることができる。
【0116】
なお、上述した例においては、フレーム内のMBは、全てinterMBで構成されていたが、フレーム内に動きベクトルを使用しないMB(以下、intraMBと記述する)が含まれて構成されてもよい。
【0117】
例えば、フレーム内のMBが、intraMBのみで構成されている場合、図3の量子化インデックス演算部42は、上述した図4のステップS106の処理において、動きベクトル残差bdv-1乃至bdv-k-1( kは、1乃至mbcntの任意の値)、および動きベクトル残差の総和bdv-sumではなく、アクティビティactivity-1乃至activity-k-1、およびアクティビティの総和activity-sumを使用して、仮想バッファ占有量d-kを演算してもよい。
【0118】
即ち、上述した式(3)のbdv-sum_pk-1を、activity-sum_pk-1(アクティビティactivity-1乃至activity-k-1の総和)に変換させ、bdv-sumを、activity-sum(アクティビティactivity-1乃至activity-mbcntの総和)に変換させてもよい。
【0119】
一方、フレーム内のMBが、interMBおよびintraMBが混在されて構成されている場合、ステップS103の処理において、図3の動きベクトル残差総和演算部71は、intraMB-k(kは、1乃至mbcntのうち任意の数)の動きベクトル残差bdv-kを所定の固定値として、動きベクトル残差の総和bdv-sumを演算し、動きベクトル残差の総和bdv-sum、および固定値を動きベクトル残差bdv-kの値として、動きベクトル残差バッファ部72に出力してもよい。
【0120】
なお、その固定値は、各interMBの動きベクトル残差の値の最大値程度に設定されるのが好適である。
【0121】
さらに、ステップS106の処理において、量子化インデックス演算部42は、MB-kがinterMBであるかまたはintraMBであるかを判定して、interMBであると判定した場合、動きベクトル残差を使用して、即ち、上述した式(3)にbdv-sum_pk-1およびbdv-sumを代入して仮想バッファ占有量d-kを演算してもよい。
【0122】
一方、量子化インデックス演算部42は、intraMBであると判定した場合、アクティビティを使用して、即ち、式(3)にactivity-sum_pk-1およびactivity-sumを代入して仮想バッファ占有量d-kを演算してもよい。
【0123】
上述した一連の処理においては、例えば、各フレームのデータが、Iピクチャのデータ、Pピクチャのデータ、およびBピクチャのデータのいずれかのピクチャとされた場合、以下のような順番でマクロブロック分割部11に各フレームのデータが所定の周期(図6の例では、1/30[s])で入力されたとき、そのフレームのデータは以下のような順番で符号化される。
【0124】
以下、Iピクチャは、Iと記述し、Pピクチャは、Pと記述し、Bピクチャは、Bと記述し、その処理の順番を右側に付する。
【0125】
即ち、図6に示されるように、(B-(-2),B-(-1),I-0,B-1,B-2,P-3,B-4,B-5,P-6,…)の順番に、マクロブロック分割部11に各フレームのデータが入力されたとする。ただし、I-0が入力された時刻を基準(0)とする。
【0126】
この場合、時刻0において、動き検出・演算部33は、B-(-2)の動きベクトルを検出し、また動きベクトル残差を演算する。その後、下記の順番に1フレームごと動きベクトルが検出され、また動きベクトル残差が演算される。
【0127】
即ち、時刻0を基準に1フレーム毎に、(B-(-2),B-(-1),I-0,P-3,B-1,B-2,P-6,B-4,B-5,…)の順番に、動きベクトルが検出され、また動きベクトル残差が演算される。
【0128】
このように、Bピクチャ(例えば、B-1およびB-2、または、B-4およびB-5など)より前に、Pピクチャ(例えば、B-1およびB-2に対してはP-3、または、B-4およびB-5に対してはP-3)の動きベクトルが検出され、また動きベクトル残差が演算される。
【0129】
そして、上述した動きベクトルが検出され、動きベクトル残差が演算される順序、即ち、(B-(-2),B-(-1),I-0,P-3,B-1,B-2,P-6,B-4,B-5,…)の順序に、各フレームのデータが符号化され、送信バッファ部15より出力される(換言すれば、符号化が行われる前に、それに必要な動きベクトルとその残差の演算が完了している必要がある)。
【0130】
なお、B-(-2)のフレームのデータが符号化され、送信バッファ部15より出力されるタイミングは、時刻1であり、その後1フレーム毎に上述した順番に各フレームのデータは処理されて、符号化されていく。
【0131】
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行させることもできるが、ソフトウエアにより実行させることもできる。この場合、例えば、画像符号化装置131は、図7に示されるようなパーソナルコンピュータにより構成される。
【0132】
図7において、CPU(Central Processing Unit)141は、ROM(Read Only Memory)142に記憶されているプログラム、または記憶部148からRAM(Random Access Memory)143にロードされたプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM143にはまた、CPU141が各種の処理を実行する上において必要なデータなども適宜記憶される。
【0133】
CPU141、ROM142、およびRAM143は、バス144を介して相互に接続されている。このバス144にはまた、入出力インタフェース145も接続されている。
【0134】
入出力インタフェース145には、キーボード、マウスなどよりなる入力部146、CRT、LCDなどよりなるディスプレイ、並びにスピーカなどよりなる出力部147、ハードディスクなどより構成される記憶部148、モデム、ターミナルアダプタなどより構成される通信部149が接続されている。通信部149は、インターネットを含むネットワークを介しての通信処理を行う。
【0135】
入出力インタフェース145にはまた、必要に応じてドライブ150が接続され、磁気ディスク161、光ディスク162、光磁気ディスク163、或いは半導体メモリ164などが適宜装着され、それらから読み出されたコンピュータプログラムが、必要に応じて記憶部148にインストールされる。
【0136】
一連の処理をソフトウエアにより実行させる場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータ、または、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどに、ネットワークや記録媒体からインストールされる。
【0137】
この記録媒体は、図7に示されるように、装置本体とは別に、ユーザにプログラムを提供するために配布される、プログラムが記憶されている磁気ディスク161(フロッピディスクを含む)、光ディスク162(CD-ROM(Compact Disk-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disk)を含む)、光磁気ディスク163(MD(Mini-Disk)を含む)、もしくは半導体メモリ164などよりなるパッケージメディアにより構成されるだけでなく、装置本体に予め組み込まれた状態でユーザに提供される、プログラムが記憶されているROM142や、記憶部148に含まれるハードディスクなどで構成される。
【0138】
なお、本明細書において、記録媒体に記憶されるプログラムを記述するステップは、含む順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
【0139】
【発明の効果】
以上のごとく、本発明によれば、ブロックの複雑さを表すパラメータのに基づいて、ブロックの量子化インデックスを演算するようにしたので、画像の画質を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の画像符号化装置の構成例を示すブロック図である。
【図2】図1の画像符号化装置により演算された仮想バッファ占有量の例を示す図である。
【図3】本発明が適用される画像符号化装置の構成例を示すブロック図である。
【図4】図3の画像符号化装置の量子化スケール決定部の処理を説明するフローチャートである。
【図5】図3の画像符号化装置により演算された仮想バッファ占有量の例を示す図である。
【図6】図3の画像符号化装置により符号化されるフレームの処理の順番を説明する表である。
【図7】本発明が適用される画像符号化装置の構成例を示すブロック図である。
【符号の説明】
11 マクロブロック分割部, 13 量子化部, 42 量子化インデックス演算部, 43 量子化スケール演算部,44 アクティビティ演算部, 71 動きベクトル残差総和演算部, 72 動きベクトル残差バッファ部, 73 アクティビティバッファ部, 74 マクロブロックバッファ部

Claims (13)

  1. 画像のフレームを複数のブロックに分割し、上記ブロックを単位として符号化する画像符号化装置において、
    動きベクトル残差を表すパラメータの値を演算する第1の演算手段と、
    上記第1の演算手段により演算された上記パラメータの値を記憶する記憶手段と、
    上記記憶手段により記憶された上記パラメータの値の加算値に基づいて、上記ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算手段とを備え、
    上記第1の演算手段は、
    上記パラメータの値があらかじめ設定されている所定の閾値以上である場合、上記閾値を上記パラメータの値とし、
    上記フレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、あらかじめ設定されている所定の固有値を、上記動きベクトルを使用しないブロックの上記パラメータの値とし、
    上記第2の演算手段は、
    上記フレームの符号化処理の前に、上記記憶手段により記憶された上記パラメータの値の総和を演算し、
    上記フレーム内で順次符号化される上記ブロックの上記量子化インデックスを演算するとき、当該ブロックの符号化前に符号化された上記ブロックから上記パラメータの部分和を演算し、上記パラメータの上記総和と上記部分和の比に基づいて、上記ブロックの量子化インデックスを演算する
    ことを特徴とする画像符号化装置。
  2. 画像のフレームを複数のブロックに分割し、上記ブロックを単位として符号化する画像符号化装置の画像符号化方法において、
    動きベクトル残差を表すパラメータの値を演算する第1の演算ステップと、
    上記第1の演算ステップの処理により演算された上記パラメータの値を記憶する記憶ステップと、
    上記記憶ステップの処理により記憶された上記パラメータの値の加算値に基づいて、上記ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算ステップとを含み、
    上記第1の演算ステップは、
    上記パラメータの値があらかじめ設定されている所定の閾値以上である場合、上記閾値を上記パラメータの値とし、
    上記フレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、あらかじめ設定されている所定の固有値を、上記動きベクトルを使用しないブロックの上記パラメータの値とする
    ステップを含み、
    上記第2の演算ステップは、
    上記フレームの符号化処理の前に、上記記憶ステップの処理により記憶された上記パラメータの値の総和を演算し、
    上記フレーム内で順次符号化される上記ブロックの上記量子化インデックスを演算するとき、当該ブロックの符号化前に符号化された上記ブロックから上記パラメータの部分和を演算し、上記パラメータの上記総和と上記部分和の比に基づいて、上記ブロックの量子化インデックスを演算する
    ステップを含む
    ことを特徴とする画像符号化方法。
  3. 画像のフレームを複数のブロックに分割し、上記ブロックを単位として符号化する処理を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
    動きベクトル残差を表すパラメータの値を演算する第1の演算ステップと、
    上記第1の演算ステップの処理により演算された上記パラメータの値を記憶する記憶ステップと、
    上記記憶ステップの処理により記憶された上記パラメータの値の加算値に基づいて、上記ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算ステップとを含み、
    上記第1の演算ステップは、
    上記パラメータの値があらかじめ設定されている所定の閾値以上である場合、上記閾値を上記パラメータの値とし、
    上記フレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、あらかじめ設定されている所定の固有値を、上記動きベクトルを使用しないブロックの上記パラメータの値とする
    ステップを含み、
    上記第2の演算ステップは、
    上記フレームの符号化処理の前に、上記記憶ステップの処理により記憶された上記パラメータの値の総和を演算し、
    上記フレーム内で順次符号化される上記ブロックの上記量子化インデックスを演算するとき、当該ブロックの符号化前に符号化された上記ブロックから上記パラメータの部分和を演算し、上記パラメータの上記総和と上記部分和の比に基づいて、上記ブロックの量子化インデックスを演算する
    ステップを含む
    ことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。
  4. 画像のフレームを複数のブロックに分割し、上記ブロックを単位として符号化する処理を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
    動きベクトル残差を表すパラメータの値を演算する第1の演算ステップと、
    上記第1の演算ステップの処理により演算された上記パラメータの値を記憶する記憶ステップと、
    上記記憶ステップの処理により記憶された上記パラメータの値の加算値に基づいて、上記ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算ステップとを含み、
    上記第1の演算ステップは、
    上記パラメータの値があらかじめ設定されている所定の閾値以上である場合、上記閾値を上記パラメータの値とし、
    上記フレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、あらかじめ設定されている所定の固有値を、上記動きベクトルを使用しないブロックの上記パラメータの値とする
    ステップを含み、
    上記第2の演算ステップは、
    上記フレームの符号化処理の前に、上記記憶ステップの処理により記憶された上記パラメータの値の総和を演算し、
    上記フレーム内で順次符号化される上記ブロックの上記量子化インデックスを演算するとき、当該ブロックの符号化前に符号化された上記ブロックから上記パラメータの部分和を演算し、上記パラメータの上記総和と上記部分和の比に基づいて、上記ブロックの量子化インデックスを演算する
    ステップを含む
    ことを特徴とするプログラム。
  5. 画像をブロックを単位として符号化する画像符号化装置において、
    動きベクトル残差を表すパラメータの値を演算する第1の演算手段と、
    上記第1の演算手段により演算された上記パラメータの値を記憶する記憶手段と、
    上記記憶手段により記憶された上記パラメータの値に基づいて、上記ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算手段とを備え、
    上記第1の演算手段は、上記画像のフレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、あらかじめ設定されている所定の固有値を、上記動きベクトルを使用しないブロックの上記パラメータの値とする
    ことを特徴とする画像符号化装置。
  6. 画像をブロックを単位として符号化する画像符号化装置の画像符号化方法において、
    動きベクトル残差を表すパラメータの値を演算する第1の演算ステップと、
    上記第1の演算ステップの処理により演算された上記パラメータの値を記憶する記憶ステップと、
    上記記憶ステップの処理により記憶された上記パラメータの値に基づいて、上記ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算ステップとを含み、
    上記第1の演算ステップは、上記画像のフレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、あらかじめ設定されている所定の固有値を、動きベクトルを使用しないブロックの上記パラメータの値とするステップを含む
    ことを特徴とする画像符号化方法。
  7. 画像をブロックを単位として符号化する処理を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
    動きベクトル残差を表すパラメータの値を演算する第1の演算ステップと、
    上記第1の演算ステップの処理により演算された上記パラメータの値を記憶する記憶ステップと、
    上記記憶ステップの処理により記憶された上記パラメータの値に基づいて、上記ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算ステップとを含み、
    上記第1の演算ステップは、上記画像のフレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、あらかじめ設定されている所定の固有値を、動きベクトルを使用しないブロックの上記パラメータの値とするステップを含む
    ことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。
  8. 画像をブロックを単位として符号化する処理を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
    動きベクトル残差を表すパラメータの値を演算する第1の演算ステップと、
    上記第1の演算ステップの処理により演算された上記パラメータの値を記憶する記憶ステップと、
    上記記憶ステップの処理により記憶された上記パラメータの値に基づいて、上記ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算ステップとを含み、
    上記第1の演算ステップは、上記画像のフレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、あらかじめ設定されている所定の固有値を、上記動きベクトルを使用しないブロックの上記パラメータの値とするステップを含む
    ことを特徴とするプログラム。
  9. 画像をブロックを単位として符号化する画像符号化装置において、
    動きベクトル残差を表す第一のパラメータおよびアクティビティを表す第二のパラメータの値を演算する第1の演算手段と、
    上記第1の演算手段により演算された上記第一および第二のパラメータの値を記憶する記憶手段と、
    上記記憶手段により記憶された上記第一または第二のパラメータの値に基づいて、上記ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算手段とを備え、
    上記画像のフレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、上記第の演算手段は、動きベクトルを使用しないブロックについて上記第1の演算手段により求められた上記第二のパラメータの値に基づいて上記量子化インデックスを演算し、動きベクトルを使用するブロックについて上記第1の演算手段により求められた上記第一のパラメータの値に基づいて上記量子化インデックスを演算する
    ことを特徴とする画像符号化装置。
  10. 上記第2の演算手段は、上記画像のフレームの符号化処理の前に、上記記憶手段により記憶された上記第一または第二のパラメータの値のパラメータ毎の総和を演算し、
    上記フレーム内で順次符号化される上記ブロックの上記量子化インデックスを演算するとき、当該ブロックの符号化前に符号化された上記ブロックから上記第一または第二のパラメータのパラメータ毎の部分和を演算し、上記第一または第二のパラメータのパラメータ毎の上記総和と上記部分和の比に基づいて、上記ブロックの上記量子化インデックスを演算する
    ことを特徴とする請求項9に記載の画像符号化装置
  11. 画像をブロックを単位として符号化する画像符号化装置の画像符号化方法において、
    動きベクトル残差を表す第一のパラメータおよびアクティビティを表す第二のパラメータの値を演算する第1の演算ステップと、
    上記第1の演算ステップの処理により演算された上記第一および第二のパラメータの値を記憶する記憶ステップと、
    上記記憶ステップの処理により記憶された上記第一または第二のパラメータの値に基づいて、上記ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算ステップとを含み、
    上記画像のフレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、上記第の演算ステップは、動きベクトルを使用しないブロックについて上記第1の演算ステップの処理により求められた上記第二のパラメータの値に基づいて上記量子化インデックスを演算し、動きベクトルを使用するブロックについて上記第1の演算ステップの処理により求められた上記第一のパラメータの値に基づいて上記量子化インデックスを演算するステップを含む
    ことを特徴とする画像符号化方法。
  12. 画像をブロックを単位として符号化する処理を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
    動きベクトル残差を表す第一のパラメータおよびアクティビティを表す第二のパラメータの値を演算する第1の演算ステップと、
    上記第1の演算ステップの処理により演算された上記第一および第二のパラメータの値を記憶する記憶ステップと、
    上記記憶ステップの処理により記憶された上記第一または第二のパラメータの値に基づいて、上記ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算ステップとを含み、
    上記画像のフレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、上記第の演算ステップは、動きベクトルを使用しないブロックについて上記第1の演算ステップの処理により求められた上記第二のパラメータの値に基づいて上記量子化インデックスを演算し、動きベクトルを使用するブロックについて上記第1の演算ステップの処理により求められた上記第一のパラメータの値に基づいて上記量子化インデックスを演算するステップを含む
    ことを特徴とするコンピュータが読み取り可能なプログラムが記録されている記録媒体。
  13. 画像をブロックを単位として符号化する処理を制御するコンピュータに実行させるプログラムであって、
    動きベクトル残差を表す第一のパラメータおよびアクティビティを表す第二のパラメータの値を演算する第1の演算ステップと、
    上記第1の演算ステップの処理により演算された上記第一および第二のパラメータの値を記憶する記憶ステップと、
    上記記憶ステップの処理により記憶された上記第一または第二のパラメータの値に基づいて、上記ブロックの量子化スケールを演算するための量子化インデックスを演算する第2の演算ステップとを含み、
    上記画像のフレームが、動きベクトルを使用しないブロックと使用するブロックを含む場合、上記第の演算ステップは、動きベクトルを使用しないブロックについて上記第1の演算ステップの処理により求められた上記第二のパラメータの値に基づいて上記量子化インデックスを演算し、動きベクトルを使用するブロックについて上記第1の演算ステップの処理により求められた上記第一のパラメータの値に基づいて上記量子化インデックスを演算するステップを含む
    ことを特徴とするプログラム。
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