JP4632049B2 - 動画像符号化方法及び装置 - Google Patents
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Description
Xp=Qp×Cp …(2),
Xb=Qb×Cb …(3),
Ti=R/(1+Np×Xp/(Kp×Xi)+Nb×Xb/(Kb×Xi)) …(4),
Tp=R/(Np+Nb×Kp×Xb/(Kb×Xp)) …(5),
Tb=R/(Nb+Np×Kb×Xp/(Kp×Xb)) …(6).
ここで、Ci,Cp,Cbは、それぞれ、最後に符号化したI,P,Bピクチャの発生符号量であり、Qi,Qp,Qbは、それぞれ、最後に符号化したI,P,Bピクチャの平均量子化ステップサイズとする。なお、以下の説明において、表記の簡単化のため、例えば、Ci,Cp,Cbのいずれかである値は、Ci,p,bのように記載する。また、Qi,p,b=Xi,p,b/Ti,p,bなる式は、Iピクチャに対するQi=Xi/Tiという式と、Pピクチャに対するQp=Xp/Tpという式と、Bピクチャに対するQb=Xb/Tbという式とをまとめて示している。
また、GOP先頭のピクチャを符号化する際には、符号量Rを式(8)で初期化する。
ここで、bit_rateは目標とするビットレートであり、frame_rateはフレームレートであり、NはGOP内のフレームの枚数である。
di,p,b(0)は、仮想バッファの初期占有量であり、B(j)は、フレームの先頭からj番目のマクロブロックまでの発生符号量であり、MBcountは、フレーム内のマクロブロックの数である。
Qi,p,b=Xi,p,b/Ti,p,b …(11).
rは、リアクションパラメータと呼ばれるフィードバックループの応答速度を制御するパラメータであり、式(12)で与えられる。
なお、符号化の開始時における仮想バッファの初期占有量di,p,b(0)は、式(13)〜(15)で与えられる。
dp(0)=Kp×di(0) …(14),
db(0)=Kb×di(0) …(15).
一方、直前に符号化したIピクチャまたはPピクチャだけからでなくさらに過去に符号化したフレームからPピクチャを予測し、直前に符号化したIピクチャまたはPピクチャからだけでなくさらに過去に符号化したBピクチャからもBピクチャを予測するという、動き予測が可能なマルチフレーム動き予測を取り入れた動画像の符号化方式が考えられている。この方式では、過去に符号化した高画質なフレームを選択して動き予測を行えるため、動き予測の自由度が増大する。
次にステップS102において、画質判定装置1121は、高画質化フレーム数HQ_numよりも高画質化判定済みのフレーム枚数iが小さいかを判定し、小さければステップS103を実行し、そうでなければ処理を終了する。
prev_hq_num=HQ_frame_num[i] …(18).
画質判定装置1121は、以上の処理を完了した後HQ_numが1以上であればHQ_flgをオンとし、そうでなければオフとする。
additional_Ti=residu1_bit1×Xi/Xgop2 …(20),
residu_bit1=(margin_ratio×R×(Np−R_HQ_num)×Xp)/(Kp×Xgop1) …(21),
Xgop1=Xi+Np×Xp/Kp …(22),
Xgop2=Xi+R_HQ_num×Xp/Kp …(23).
ここで、margin_ratioは1以下の数である。
additional_Tp=(margin_ratio×R×(Np−R_HQ_num))/(Np×R_HQ_num) …(25).
この場合、従来技術よりも、additional_Tpだけ多いビット数がこのPフレームに割り当てられるので、このフレームの画質は改善する。この結果、このフレームを参照するフレームの動き予測効果も改善する。
この場合、margin_ratioの分だけこのフレームに対する割り当て符号量が減少するため、このフレームの画質劣化が考えられる。しかしながら、画質制御装置112の制御により、高画質に符号化されたフレームを参照して動き予測が可能であるから、割り当て符号量が多少すくなくても、動き予測の性能が改善した分、画質の劣化を抑えることができる。
同様にステップS309では、フレーム符号量割り当て装置1111は、今から符号化しようとするPピクチャに対する符号量を式(28)によって計算し、フレーム符号量割り当てを終了する。
以上の符号量割り当てにより、マルチフレーム動き予測における動き予測の自由度を利用して、すべてのフレームが高画質に符号化されたフレームを参照することができるようになる。これにより、本実施形態によれば、シーン全体の動き予測の効果が改善されるので、動画像を高画質に符号化することができる。
di,p(0)はピクチャタイプ別の仮想バッファの初期占有量、B(j)はフレームの先頭からj番目のマクロブロックまでの発生符号量、MBcountはフレーム内のマクロブロックの数である。もちろん、Iピクチャ用の仮想バッファの初期占有量はdi(0)であり、Pピクチャ用のdp(0)である。
Qi,p=Xi,p/Ti,p …(31).
フレーム符号量割り当て装置1111の制御により、高画質に符号化されるフレームの割り当て符号量Ti,pは従来方式よりも大きくなる。よって、式(31)から分かるように、高画質化フレームの量子化ステップサイズQi,pは小さくなり、フレームは高画質に符号化される。この結果、出力されるビットストリームのフレームの平均量子化パラメータは、Sのフレーム間隔で小さな値をとる。
なお、符号化の開始時に仮想バッファの初期占有量di,p(0)は、ピクチャタイプごとに、式(33)、(34)で与えられる。
dp(0)=Kp×di(0) …(34).
続いてステップS403において、量子化パラメータ更新装置1112は、量子化ステップサイズQstepに対応する量子化パラメータQを量子化テーブルから検出する。量子化テーブルに、対応する量子化ステップサイズQstepが存在しない場合、量子化ステップサイズQstepに最も近い量子化ステップ値の量子化パラメータQを出力する。
図14を参照して動き検出装置1132の動作を説明する。動き検出装置1132は、先読みした各フレームに対して、図14に示す各ステップの処理を行う。
ref_pixel(ref,i,j)=F(cur−ref,bx(cur,k)+i,by(cur,k+j)) …(37).
そこでステップS503において、動き検出装置1132は、ブロック動き情報MVX,MVYとブロック差分情報Dとから、フレーム動き情報とフレーム差分情報を計算する。
IFC_LOWER_LIMIT=(1−margin_ratio)×AVERAGE_IFC …(44).
その後ステップS605において、画質制御装置112は、すべてのフレームのMIN_IFC(i) (1≦i≦N−1)が、IFC_LOWER_LIMITとIFC_UPPER_LIMITとの間の範囲内に収まっているかを解析する。N−1枚すべての画像フレームのMIN_IFC(i)が上記の範囲に収まっているのであれば、図18Aに示すように、フレーム間予測の困難度は安定となり、そうでなければ、図18Bに示すように、不安定となる。
prev_fnum=HQ_frame_num [hp_num] …(46),
HQ_fnum=HQ_fnum+1 …(47),
s_frame=1 …(48).
ステップS703では、画質制御装置112は、s_frameがSS−1に等しいかを判定し、等しいようであればステップS704に移行し、等しくなければステップS705に移行する。
HQ_num=HQ_num+1 …(50).
ステップS804では、画質判定装置1121は、処理対象のフレーム番号iを1インクリメントして、Nより小さいかを判定し、小さければステップS801にもどり、そうでなければ処理を終了する。
additional_Ti=residu_bit3×Xi/Xgop4 …(52),
residu_bit3=(margin_ratio×R×(Nb−R_HQ_num)×Xb)/(Kb×Xgop3) …(53),
Xgop3=Xi+Np×Xp/Kp+Nb×Xb/Kb …(54),
Xgop4=Xi+Np×Xp/Kp+(Nb−R_HQ_num)×Xb/Kb …(55).
この場合、従来技術と比べて、additional_Tiに対応する分だけ多くのビット数がこのIフレームに割り当てられるので、このフレームの画質は改善する。この結果、このフレームを参照するフレームの動き予測効果も改善する。
additional_Tp=residu_bit4×Xp/(Kp×Xgop6) …(57),
residu_bit4=(margin_ratio×R×(Nb−R_HQ_num)×Xb)/(Kb×Xgop5) …(58),
Xgop5=Np×Xp/Kp+Nb×Xb/Kb …(59),
Xgop6=Np×Xp/Kp+(Nb−R_HQ_num)×Xb/Kb …(60).
この場合も、従来技術に比べて、additional_Tpの分だけ多くのビット数がこのPフレームに割り当てられるため、このフレームの画質は改善する。この結果、このフレームを参照するフレームの動き予測効果も改善する。
additional_Tb=residu_bit4×Xb/(Kb×Xgop6) …(62).
この場合も、従来方式と比べ、additional_Tbの分だけ多いビット数がこのBフレームに割り当てられるため、このフレームの画質は改善する。この結果、このフレームを参照するフレームの動き予測効果も改善する。
このとき、margin_ratioの分だけこのBフレームに対する割り当て符号量が減少するため、このフレームの画質劣化が考えられる。しかしながら、画質制御装置112の制御により、高画質に符号化されたI,P,Bフレームを参照して動き予測が可能であるから、割り当て符号量が多少少なくても、動き予測の性能が改善した分、画質の劣化を抑えることができる。
ステップS910では、フレーム符号量割り当て装置1111は、今から符号化しようとするPピクチャに対する符号量を式(65)によって計算し、フレーム符号量割り当てを終了する。
ステップS911では、フレーム符号量割り当て装置1111は、今から符号化するBピクチャに対する符号量を式(66)によって計算し、フレーム符号量割り当てを終了する。
以上の符号量割り当てにより、参照フレームとして優先度の低いBピクチャフレームに余分な符号量を割り当てることなく、他のフレームから参照されるとともにI,P,Bピクチャとして符号化されるフレームを高画質に符号化することができる。この結果、すべてのフレームが高画質に符号化されたフレームから動き予測可能となり、動画像を高画質に符号化することができる。
di,p,b(0)は仮想バッファの初期占有量、B(j)はフレームの先頭からj番目のマクロブロックまでの発生符号量、MBcountはフレーム内のマクロブロックの数である。各フレームの符号化終了時において、ピクチャタイプ別の仮想バッファの初期占有量di,p,b(MBcount)は、次のピクチャに対する仮想バッファの初期占有量di,p,b(0)として用いられる。
Qi,p,b=Xi,p,b/Ti,p,b …(69).
フレーム符号量割り当て1111の制御により、高画質に符号化されるフレームの割り当て符号量Ti,p,bは、従来の方式よりも大きくなり、粗く符号化されるBピクチャ符号量はTbは、従来の方式よりも小さくなる。式(69)より、高画質に符号化されるBピクチャフレームの量子化ステップサイズQbは小さくなり、粗く符号化されるBピクチャフレームの量子化ステップサイズQbは大きくなる。すなわち、参照フレームとして優先度の高いBピクチャフレームは、参照フレームとして優先度の低いBピクチャフレームよりも高画質に符号化される。
なお、符号化の開始時における仮想バッファの初期占有量di,p(0)は、式(71)〜(73)で与えられる。
dp(0)=Kp×di(0) …(72),
db(0)=Kb×di(0) …(73).
ステップS403では、量子化パラメータ更新装置1112は、量子化ステップサイズQstepに対応する量子化パラメータQを量子化テーブルから検出する。量子化テーブルに、対応する量子化ステップサイズQstepが存在しない場合には、量子化パラメータ更新装置1112は、量子化ステップサイズQstepに最も近い量子化ステップ値の量子化パラメータQを出力する。
同じピクチャタイプの複数枚の参照フレームのうちから少なくとも1枚の参照フレームを選択する処理、
選択された参照フレームを同じピクチャタイプの他の参照フレームよりも高画質に符号化する処理、
とを実行させるプログラムである。
参照フレームと符号化対象フレームとの間の差分情報及び動き情報を求める処理、
差分情報及び動き情報に基づいて、選択される参照フレームの間隔が適応的に変化するように、同じピクチャタイプの複数枚の参照フレームのうちから少なくとも1つの参照フレームを選択する処理、
選択された参照フレームを同じピクチャタイプの他の参照フレームよりも高画質に符号化する処理、
とを実行させるプログラムである。
Claims (25)
- 複数枚の画像フレームを参照してマルチフレーム動き予測を行って符号化を行う動画像符号化方法であって、
あるフレームのマルチフレーム動き予測に用いる同じピクチャタイプの複数枚の参照フレームのうちから少なくとも1枚の参照フレームを選択することと、
選択された参照フレームを前記同じピクチャタイプの他の参照フレームよりも高画質に符号化することと、
を有することを特徴とする動画像符号化方法。 - 前記高画質に符号化されたフレームは、同じピクチャタイプの他のフレームよりも多くの符号量が割り当てられたフレームである、請求項1に記載の方法。
- 前記高画質に符号化されたフレームは、同じピクチャタイプの他のフレームよりも量子化パラメータが小さいフレームである、請求項1に記載の方法。
- 前記高画質に符号化されたフレームは、Pピクチャフレームである、請求項1に記載の方法。
- 前記高画質に符号化されたフレームは、Bピクチャフレームである、請求項1に記載の方法。
- 連続する複数のBピクチャフレームを符号化する際に、前記連続するBピクチャフレームのうちの最後のBピクチャフレームに比較して、前記最後のBピクチャフレーム以前のBピクチャフレームを高画質に符号化する段階を有する、請求項5に記載の方法。
- 前記高画質に符号化されたフレームを一定のフレーム間隔で配置する段階をさらに有する、請求項1に記載の方法。
- 前記高画質に符号化されたフレームを一定のフレーム間隔で配置する段階をさらに有する、請求項6に記載の方法。
- 前記高画質に符号化されたフレームのフレーム間隔を、参照フレームと符号化対象フレームとの間の差分情報及び動き情報が多い場合には狭く、そうでない場合には広くなるように、変更する段階をさらに有する、請求項1に記載の方法。
- 前記高画質に符号化されたフレームのフレーム間隔を、参照フレームと符号化対象フレームとの間の差分情報及び動き情報が多い場合には狭く、そうでない場合には広くなるように、変更する段階をさらに有する、請求項6に記載の方法。
- 複数枚の画像フレームを参照してマルチフレーム動き予測を行って符号化を行う動画像符号化装置であって、
あるフレームのマルチフレーム動き予測に用いる同じピクチャタイプの複数枚の参照フレームのうちから少なくとも1枚の参照フレームを選択する選択手段と、
選択された参照フレームを前記同じピクチャタイプの他の参照フレームよりも高画質に符号化する符号化手段と、
を有することを特徴とする動画像符号化装置。 - 前記符号化手段は、前記選択された参照フレームに対し、前記同じピクチャタイプの他の参照フレームよりも多くの符号量を割り当てる、請求項11に記載の装置。
- 前記符号化手段は、前記選択された参照フレームに対し、前記同じピクチャタイプの他の参照フレームよりも量子化パラメータを小さく設定する、請求項11に記載の装置。
- 前記選択される参照フレームはPピクチャフレームである、請求項11に記載の装置。
- 前記選択される参照フレームはBピクチャフレームである、請求項11に記載の装置。
- 前記選択手段は、連続する複数のBピクチャフレームの中から、前記連続するBピクチャフレームの最後のBピクチャフレームより以前のBピクチャフレームを選択する、請求項15に記載の装置。
- 前記選択手段は、一定のフレーム間隔で前記参照フレームを選択する、請求項11に記載の装置。
- 前記選択手段は、一定のフレーム間隔で前記参照フレームを選択する、請求項16に記載の装置。
- 参照フレームと符号化対象フレームとの間の差分情報及び動き情報を出力する動画像解析手段をさらに有し、
前記選択手段は、選択される参照フレームのフレーム間隔が、前記差分情報及び前記動き情報が多い場合には狭く、そうでない場合には広くなるように、前記参照フレームを選択する、請求項11に記載の装置。 - 参照フレームと符号化対象フレームとの間の差分情報及び動き情報を出力する動画像解析手段をさらに有し、
前記選択手段は、選択される参照フレームのフレーム間隔が、前記差分情報及び前記動き情報が多い場合には狭く、そうでない場合には広くなるように、前記参照フレームを選択する、請求項16に記載の装置。 - 複数枚の画像フレームを参照してマルチフレーム動き予測が行われて符号化された動画像データが入力または出力される入出力装置であって、
前記符号化された動画像データを復号するビデオデコーダと、
前記ビデオデコーダ1から供給されるピクチャタイプ、参照フレーム、量子化パラメータ、可変長符号およびフレームメモリを監視し、前記符号化された動画像データに、マルチフレーム動き予測に用いる参照フレームであって同じピクチャタイプの他のフレームよりも高画質に符号化された参照フレームを含むかどうかを判別する監視手段と、
を有する入出力装置。 - 複数枚の画像フレームを参照してマルチフレーム動き予測を行って動画像符号化を実行するコンピュータに、
あるフレームのマルチフレーム動き予測に用いる同じピクチャタイプの複数枚の参照フレームのうちから少なくとも1枚の参照フレームを選択する処理、
選択された参照フレームを前記同じピクチャタイプの他の参照フレームよりも高画質に符号化する処理、
とを実行させるプログラム。 - 複数枚の画像フレームを参照してマルチフレーム動き予測を行って動画像符号化を実行するコンピュータに、
参照フレームと符号化対象フレームとの間の差分情報及び動き情報を求める処理、
選択される参照フレームの間隔が、前記差分情報及び前記動き情報が多い場合には狭く、そうでない場合には広くなるように、同じピクチャタイプの複数枚の参照フレームのうちから少なくとも1つの参照フレームを選択する処理、
選択された参照フレームを同じピクチャタイプの他の参照フレームよりも高画質に符号化する処理、
とを実行させるプログラム。 - コンピュータが読み取り可能な記録媒体であって、複数枚の画像フレームを参照してマルチフレーム動き予測を行って動画像符号化を実行するコンピュータに、
あるフレームのマルチフレーム動き予測に用いる同じピクチャタイプの複数枚の参照フレームのうちから少なくとも1枚の参照フレームを選択する処理、
選択された参照フレームを前記同じピクチャタイプの他の参照フレームよりも高画質に符号化する処理、
とを実行させるプログラムを記録した記録媒体。 - コンピュータが読み取り可能な記録媒体であって、複数枚の画像フレームを参照してマルチフレーム動き予測を行って動画像符号化を実行するコンピュータに、
参照フレームと符号化対象フレームとの間の差分情報及び動き情報を求める処理、
選択される参照フレームの間隔が、前記差分情報及び前記動き情報が多い場合には狭く、そうでない場合には広くなるように、同じピクチャタイプの複数枚の参照フレームのうちから少なくとも1つの参照フレームを選択する処理、
選択された参照フレームを同じピクチャタイプの他の参照フレームよりも高画質に符号化する処理、
とを実行させるプログラムを記録した記録媒体。
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