JP4913280B2 - ビデオ画像を符号化する方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は画像を符号化する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＰＥＧ及びＨ．２６３のような先進のディジタル圧縮システムが消費者市場に参入している。これらの技術を消費者が受け入れることは、実施コストが大幅に減少する可能性に大きく頼っている。重要な因子の１つは、符号器及び復号器がビデオ信号の基準フレームを記憶する必要があるメモリの量である。圧縮技術が埋込まれた(embedded)低コスト且つ高品質なメモリは、前記メモリ容量を減少するように設計される。同様の技術は大量のメモリを必要とする他のビデオエンハンスメント回路(video enhancement circuit)において有利に使用される。
【０００３】
しかしながら、本発明は圧縮回路が埋込まれたメモリに制限されない。本発明は、少ない容量を持つ（局部）チャネルによって送信する前に、ビデオ帯域幅を減少させるのにも使用される。
【０００４】
最も公知な埋込まれた圧縮スキームは、フィードフォワード(feed-forward)符号化機構に基づいている。フィードフォワード符号化を支持する主な考えは、セグメントと呼ばれる小さな副画像を固定数のビットに圧縮することである。ビデオデータは、直交変換（通常は離散余弦変換(Discrete Cosine Transform)）によって非相関となる。このＤＣＴ係数は、固定の圧縮因子が各セグメントに対し達成されるように量子化される。このために、多数の量子化サイズ(quantization strategy)が分析され、各副画像に対する圧縮因子が目標の圧縮因子に最も近づくがそれを超過しないことを補償する方法が選択される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、符号化の質が全体の目標の圧縮因子を超過することなく改善される方法及び装置を提供することである。このために、本発明に係る方法は、−各画像を複数のセグメントに分割するステップ、
−セグメントを目標ビットコストよりも少ないビットの可変数に符号化するステップ、
−前記セグメントを符号化するのには使用されない前記目標ビットコストのスペアビット数を計算するステップ、及び
−前記セグメントを符号化することが、既定の量子化よりも粗い量子化を必要とする場合、セグメントに対するスペアビットの前記数により前記目標ビットコストを大きくするステップを有する。
【０００６】
本発明によりセグメント毎の可変圧縮スキームが用いられることが達成される。他のセグメントで使用されなかったスペアビットは、前記セグメントの量子化の粗さを減少させることで、高い活性を有するセグメントの質を高めるのに使用される。これらスペアビットは、前記量子化が平均の量子化よりも粗い場合に使用されるだけである。これによって、既に高い質を持つセグメントの質を高めることが防がれる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る装置の概略図を示す。この装置はセグメント構成ユニット１を有する。このユニットは、８×８の画像ブロックの組を符号化すべきセグメントに分類する。このセグメントの大きさは埋込み圧縮に費やされるメモリに依存し、圧縮データの全体の画像の質を決定する。各８×８のビデオデータは、例えば離散余弦変換回路のような非相関ユニット２によって非相関となる。このＤＣＴ係数ブロックは、次いでバッファメモリ３に与えられる。セグメント分析器４は、このバッファメモリを入力できる。この分析器はテーブルメモリ６に記憶された異なる量子化器テーブルを用いることでセグメントを符号化するビットコストを計算し、最適な量子化サイズを選択する。この分析器の動作の詳細な説明は以下に行われる。選択された量子化サイズはＱＳで示され、それを埋込まれたメモリに記憶するセグメントの実際の量子化を行う量子化器４又は送信チャネル７に与えられる。
【０００８】
図２は、各ビデオフレームに対するセグメント分析器４により実行されるステップの流れ図を示す。この図において、パラメタＱＳは量子化サイズを示す。この量子化サイズＱＳは整数で表される。番号が高いほど、セグメントのＤＣＴ係数は粗く量子化される。パラメタＴＢＣは各セグメントに対するデフォルトの目標ビットコストを表す。一般的に、ＴＢＣはセグメント数ずつ分割されるフレームに対する目標ビット数である。初期ステップ２０１において、パラメタＡＶＱＳを初期値０と仮定する。このパラメタは現在のフレームに与えられる平均の量子化サイズを計算するのに使用される。
【０００９】
各セグメントの処理は、量子化サイズＱＳは初めに値０（すなわち最も細かい量子化）が与えられるステップ２０２で始まり、ステップ２０６においてビットコストが利用可能なビット数内にあることが分かるまで量子化が粗くなるループを有する。前記利用可能なビット数は、デフォルトの目標ビットコストＴＢＣにスペアビットＳＢを加えた数である。このループは現在の量子化ＱＳが前のフレームに与えられた平均の量子化サイズＡＶＱＳＰＦと比較されるステップ２０３を更に有する。この量子化が前記平均の量子化よりも細かい又は等しい間は、スペアビットＳＢの数を０に設定するステップ２０４が実行される。前のフレームに使用された平均の量子化サイズと同じ又はより細かい量子化サイズＱＳを使用することが達成される場合、各符号化されたセグメントは、前記デフォルトの目標ビットコスト内によって収まるだろう。残されたデフォルトの目標ビットコストの一部は、一連のダミービットを構成する。このやり方で集められたダミービットＤＢの累積数はステップ２０８で計算される。
【００１０】
図３Ａは、前記画像の全てのセグメントは、先行技術で行われた符号化スキームのようなデフォルトの目標ビットコストＴＢＣよりも少ないビットに符号化されなければならない。１番目のセグメントはＱＳ＝３で符号化され、８０のダミービットを残している。２番目のセグメントはＱＳ＝２で符号化され、４０のダミービットを残している。３番目のセグメントは高い局部画像活性を持つことが明らかである。（ここでは３と仮定する）前のフレームに使用された平均の量子化よりもかなり粗い量子化サイズＱＳ＝５で量子化される場合、このセグメントのみが前記デフォルトの目標ビットコスト内に収まる。
【００１１】
本発明に従い、ステップ２０３において量子化ＱＳが前のフレームに使用された平均の量子化よりも粗いことが分かった場合、前のセグメントを符号化した後の残されたダミービットが目標ビットコストを広げるのに使用される。このために、スペアビットＳＢの数がその時点で集められたダミービットＤＢ数と仮定するステップ２０５が実行される。図３Ｂはこれの効果を示す。３番目のセグメントを符号化する目標ビットコストは、８０＋４０＝１２０ビットまで広げられる。このセグメントはＱＳ＝４で符号化される。この値はまだ前のフレームの平均の量子化を越えているが、図３ＡにおけるＱＳ＝５よりも細かい。高い活性を有するセグメントの量子化は、これにより効果的に洗練される。
【００１２】
セグメントが処理されたとき、このセグメントを符号化するのに使用されるこの量子化サイズＱＳは、ステップ２０９においてＡＶＱＳに加えられる。ステップ２１０において、前記フレームの全てのＮセグメントが符号化されたかがチェックされる。完全なフレームが処理された場合、前記フレームに与えられた平均の量子化サイズが、次のフレームに対する平均の量子化サイズＡＶＱＳＰＦを決定するためにステップ２１１において計算される。
【００１３】
本発明は以下のように要約することができる。埋込まれたメモリ圧縮が、予測（ＭＰＥＧ）符号器／復号器の再帰ループに使用されるとき、所与の圧縮因子が達成されなければならない。このために、前記画像はセグメント、すなわち（マクロ）ブロックの集合に分割される。各セグメントは、前記圧縮因子が達成されるような量子化サイズを用いてフィードフォワード符号化される。これは（固定された）セグメントの大きさでスペアビットを残す。本発明に従って、セグメントによって使用されずに残った空間は、平均の活性よりも高い活性を持つセグメントの量子化を洗練するのに使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る装置の概略図を示す。
【図２】 図２は、図１に示されるセグメント分析器により実行される操作ステップの流れ図を示す。
【図３Ａ】 図３Ａは、図１に示されるセグメント分析器の操作を説明するために、符号結果の実施例を示す。
【図３Ｂ】 図３Ｂは、図１に示されるセグメント分析器の操作を説明するために、符号結果の実施例を示す。
【符号の説明】
１ セグメント構成ユニット
２ 非相関ユニット
３ バッファメモリ
４ セグメント分析器
６ テーブルメモリ
７ 送信チャネル
ＱＳ 量子化サイズ
【発明の属する技術分野】
本発明は画像を符号化する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＰＥＧ及びＨ．２６３のような先進のディジタル圧縮システムが消費者市場に参入している。これらの技術を消費者が受け入れることは、実施コストが大幅に減少する可能性に大きく頼っている。重要な因子の１つは、符号器及び復号器がビデオ信号の基準フレームを記憶する必要があるメモリの量である。圧縮技術が埋込まれた(embedded)低コスト且つ高品質なメモリは、前記メモリ容量を減少するように設計される。同様の技術は大量のメモリを必要とする他のビデオエンハンスメント回路(video enhancement circuit)において有利に使用される。
【０００３】
しかしながら、本発明は圧縮回路が埋込まれたメモリに制限されない。本発明は、少ない容量を持つ（局部）チャネルによって送信する前に、ビデオ帯域幅を減少させるのにも使用される。
【０００４】
最も公知な埋込まれた圧縮スキームは、フィードフォワード(feed-forward)符号化機構に基づいている。フィードフォワード符号化を支持する主な考えは、セグメントと呼ばれる小さな副画像を固定数のビットに圧縮することである。ビデオデータは、直交変換（通常は離散余弦変換(Discrete Cosine Transform)）によって非相関となる。このＤＣＴ係数は、固定の圧縮因子が各セグメントに対し達成されるように量子化される。このために、多数の量子化サイズ(quantization strategy)が分析され、各副画像に対する圧縮因子が目標の圧縮因子に最も近づくがそれを超過しないことを補償する方法が選択される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、符号化の質が全体の目標の圧縮因子を超過することなく改善される方法及び装置を提供することである。このために、本発明に係る方法は、−各画像を複数のセグメントに分割するステップ、
−セグメントを目標ビットコストよりも少ないビットの可変数に符号化するステップ、
−前記セグメントを符号化するのには使用されない前記目標ビットコストのスペアビット数を計算するステップ、及び
−前記セグメントを符号化することが、既定の量子化よりも粗い量子化を必要とする場合、セグメントに対するスペアビットの前記数により前記目標ビットコストを大きくするステップを有する。
【０００６】
本発明によりセグメント毎の可変圧縮スキームが用いられることが達成される。他のセグメントで使用されなかったスペアビットは、前記セグメントの量子化の粗さを減少させることで、高い活性を有するセグメントの質を高めるのに使用される。これらスペアビットは、前記量子化が平均の量子化よりも粗い場合に使用されるだけである。これによって、既に高い質を持つセグメントの質を高めることが防がれる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る装置の概略図を示す。この装置はセグメント構成ユニット１を有する。このユニットは、８×８の画像ブロックの組を符号化すべきセグメントに分類する。このセグメントの大きさは埋込み圧縮に費やされるメモリに依存し、圧縮データの全体の画像の質を決定する。各８×８のビデオデータは、例えば離散余弦変換回路のような非相関ユニット２によって非相関となる。このＤＣＴ係数ブロックは、次いでバッファメモリ３に与えられる。セグメント分析器４は、このバッファメモリを入力できる。この分析器はテーブルメモリ６に記憶された異なる量子化器テーブルを用いることでセグメントを符号化するビットコストを計算し、最適な量子化サイズを選択する。この分析器の動作の詳細な説明は以下に行われる。選択された量子化サイズはＱＳで示され、それを埋込まれたメモリに記憶するセグメントの実際の量子化を行う量子化器４又は送信チャネル７に与えられる。
【０００８】
図２は、各ビデオフレームに対するセグメント分析器４により実行されるステップの流れ図を示す。この図において、パラメタＱＳは量子化サイズを示す。この量子化サイズＱＳは整数で表される。番号が高いほど、セグメントのＤＣＴ係数は粗く量子化される。パラメタＴＢＣは各セグメントに対するデフォルトの目標ビットコストを表す。一般的に、ＴＢＣはセグメント数ずつ分割されるフレームに対する目標ビット数である。初期ステップ２０１において、パラメタＡＶＱＳを初期値０と仮定する。このパラメタは現在のフレームに与えられる平均の量子化サイズを計算するのに使用される。
【０００９】
各セグメントの処理は、量子化サイズＱＳは初めに値０（すなわち最も細かい量子化）が与えられるステップ２０２で始まり、ステップ２０６においてビットコストが利用可能なビット数内にあることが分かるまで量子化が粗くなるループを有する。前記利用可能なビット数は、デフォルトの目標ビットコストＴＢＣにスペアビットＳＢを加えた数である。このループは現在の量子化ＱＳが前のフレームに与えられた平均の量子化サイズＡＶＱＳＰＦと比較されるステップ２０３を更に有する。この量子化が前記平均の量子化よりも細かい又は等しい間は、スペアビットＳＢの数を０に設定するステップ２０４が実行される。前のフレームに使用された平均の量子化サイズと同じ又はより細かい量子化サイズＱＳを使用することが達成される場合、各符号化されたセグメントは、前記デフォルトの目標ビットコスト内によって収まるだろう。残されたデフォルトの目標ビットコストの一部は、一連のダミービットを構成する。このやり方で集められたダミービットＤＢの累積数はステップ２０８で計算される。
【００１０】
図３Ａは、前記画像の全てのセグメントは、先行技術で行われた符号化スキームのようなデフォルトの目標ビットコストＴＢＣよりも少ないビットに符号化されなければならない。１番目のセグメントはＱＳ＝３で符号化され、８０のダミービットを残している。２番目のセグメントはＱＳ＝２で符号化され、４０のダミービットを残している。３番目のセグメントは高い局部画像活性を持つことが明らかである。（ここでは３と仮定する）前のフレームに使用された平均の量子化よりもかなり粗い量子化サイズＱＳ＝５で量子化される場合、このセグメントのみが前記デフォルトの目標ビットコスト内に収まる。
【００１１】
本発明に従い、ステップ２０３において量子化ＱＳが前のフレームに使用された平均の量子化よりも粗いことが分かった場合、前のセグメントを符号化した後の残されたダミービットが目標ビットコストを広げるのに使用される。このために、スペアビットＳＢの数がその時点で集められたダミービットＤＢ数と仮定するステップ２０５が実行される。図３Ｂはこれの効果を示す。３番目のセグメントを符号化する目標ビットコストは、８０＋４０＝１２０ビットまで広げられる。このセグメントはＱＳ＝４で符号化される。この値はまだ前のフレームの平均の量子化を越えているが、図３ＡにおけるＱＳ＝５よりも細かい。高い活性を有するセグメントの量子化は、これにより効果的に洗練される。
【００１２】
セグメントが処理されたとき、このセグメントを符号化するのに使用されるこの量子化サイズＱＳは、ステップ２０９においてＡＶＱＳに加えられる。ステップ２１０において、前記フレームの全てのＮセグメントが符号化されたかがチェックされる。完全なフレームが処理された場合、前記フレームに与えられた平均の量子化サイズが、次のフレームに対する平均の量子化サイズＡＶＱＳＰＦを決定するためにステップ２１１において計算される。
【００１３】
本発明は以下のように要約することができる。埋込まれたメモリ圧縮が、予測（ＭＰＥＧ）符号器／復号器の再帰ループに使用されるとき、所与の圧縮因子が達成されなければならない。このために、前記画像はセグメント、すなわち（マクロ）ブロックの集合に分割される。各セグメントは、前記圧縮因子が達成されるような量子化サイズを用いてフィードフォワード符号化される。これは（固定された）セグメントの大きさでスペアビットを残す。本発明に従って、セグメントによって使用されずに残った空間は、平均の活性よりも高い活性を持つセグメントの量子化を洗練するのに使用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明に係る装置の概略図を示す。
【図２】 図２は、図１に示されるセグメント分析器により実行される操作ステップの流れ図を示す。
【図３Ａ】 図３Ａは、図１に示されるセグメント分析器の操作を説明するために、符号結果の実施例を示す。
【図３Ｂ】 図３Ｂは、図１に示されるセグメント分析器の操作を説明するために、符号結果の実施例を示す。
【符号の説明】
１ セグメント構成ユニット
２ 非相関ユニット
３ バッファメモリ
４ セグメント分析器
６ テーブルメモリ
７ 送信チャネル
ＱＳ 量子化サイズ
Claims (4)
- ビデオ画像を符号化する方法であって、
−各画像を複数のセグメントに分割するステップ、
−セグメントを目標ビットコストよりも少ないビットの可変数に符号化するステップ、
−前記セグメントを符号化するのには使用されない前記目標ビットコストのスペアビット数を計算するステップ、及び
−後続するセグメントを符号化するときに、既定の量子化よりも粗い量子化を必要とする場合、前記計算されたスペアビット数だけ前記目標ビットコストを広げるステップ、
を有することを特徴とする方法。 - 前記既定の量子化は、前のビデオ画像を符号化するのに使用される平均の量子化であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- ビデオ画像を符号化する装置において、前記装置は、
−各画像を複数のセグメントに分割する手段、
−セグメントを目標ビットコストよりも少ないビットの可変数に符号化する手段、及び
−前記セグメントを符号化するのに使用されない前記目標ビットコストのスペアビット数を計算し、後続するセグメントを符号化するときに、既定の量子化よりも粗い量子化を必要とする場合、前記計算されたスペアビット数だけ前記目標ビットコストを広げる手段、
を有することを特徴とする装置。 - 前記既定の量子化は、前のビデオ画像を符号化するのに使用される平均の量子化であることを特徴とする請求項３に記載の装置。
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|---|---|---|---|
| EP99200158 | 1999-01-21 | ||
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000595497A Expired - Fee Related JP4913280B2 (ja) | 1999-01-21 | 2000-01-17 | ビデオ画像を符号化する方法及び装置 |
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| US5825970A (en) * | 1994-12-20 | 1998-10-20 | Lg Electronics Inc. | Quantization number selecting apparatus for DVCR and method therefor |
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