JP6212345B2 - 動画像符号化装置およびその動作方法 - Google Patents
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Description
すなわち、下記非特許文献2には、目標符号量に対して実符号量である仮想バッファの充足度によってエンコーダの量子化部の量子化スケールをフィードバック制御するTest Model 5と呼ばれるMPEG符号化制御の量子化部における量子化スケールのビットレート制御が記載されている。
一方、本発明に先立って、本発明者等が動画像符号化装置(Video Encoder)の可変長符号化(エントロピー符号化)にコンテキスト適応型2値算術符号化方式(CABAC)の手法を採用することを検討したところ、量子化部の処理性能と可変長符号化処理部としてのCABAC処理部の処理性能との間で、処理速度が異なるという問題に遭遇した。
まず、本願において開示される代表的な実施の形態についてその概要を説明する。代表的な実施の形態の概要説明で括弧を付して参照する図面の参照符号は、それが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。
次に、実施の形態について更に詳述する。尚、発明を実施するための最良の形態を説明するための全図において、前記の図と同一の機能を有する部品には同一の符号を付して、その繰り返しの説明は省略する。
《実施の形態1の動画像符号化装置の構成》
図1は、実施の形態1による動画像符号化装置1の構成を示す図である。この実施の形態1による動画像符号化装置1は、現行規格H.264/MPEG−4 AVCと新規格H.265とから任意に選択された方式に準拠して動画像入力信号VSを符号化するように構成されたものである。
図1に示した実施の形態1による動画像符号化装置1の概略は、中間バッファメモリ200のデータ蓄積量が大きいか小さいかが判定されて、第1入力端子に符号量推定部300の推定符号量が供給されて、第2入力端子に可変長符号化部201の実符号量が供給されるセレクタ301の選択動作がこの判定結果に応答して設定される。従って、レートコントローラ302は、セレクタ301の選択出力信号に応答して、量子化部103の量子化スケールを算出するものである。
以下に、図1に示した実施の形態1による動画像符号化装置1の詳細を、説明する。
HEVCと呼ばれる次世代規格では、フレキシブルなブロック構造であるコーディングユニット(CU)は、64画素×64画素のサイズの最大コーディングユニット(LCU)から出発して良好な性能を達成するために、クアッド・トリー(quadtree)を使用した小さなブロックに適応的に分割されたものである。
符号化処理部20の中間バッファメモリ200は、可変長符号化部201がコンテキスト適応型2値算術符号化方式(CABAC)による符号化処理を実行する際に、予測符号化部10の量子化部103の処理性能と可変長符号化部201のCABAC処理の処理性能との相違を吸収するために、量子化部103と可変長符号化部201との間に接続されたものである。更に、符号化処理部20の中間バッファメモリ200は、可変長符号化部201がコンテキスト適応型可変長符号化方式(CAVLC)による符号化処理を実行する際に、量子化部103の動作クロックの周波数より可変長符号化部201のCAVLC処理部の動作クロックの周波数を低くする省電力アーキテクチャーを採用するために使用されたものである。すなわち、この省電力アーキテクチャーを採用するためには、予測符号化部10の量子化部103の処理性能と可変長符号化部201のCAVLC処理の処理性能との相違を吸収するために、量子化部103と可変長符号化部201との間に中間バッファメモリ200が接続されたものである。
尚、中間バッファメモリ200の蓄積データが少ないか多いかは、所定の蓄積データのしきい値を境界にして判定することが可能である。中間バッファメモリ200に蓄積された蓄積データが所定のしきい値よりも少ない場合には、中間バッファメモリ200から生成される選択制御信号はローレベル“0”となって、セレクタ301はセレクタ301の第2入力端子に供給される可変長符号化部201の実符号量を選択して出力端子に出力する。一方、中間バッファメモリ200に蓄積された蓄積データが所定のしきい値よりも多い場合には、中間バッファメモリ200から生成される選択制御信号はハイレベル“1”となり、セレクタ301はセレクタ301の第1入力端子に供給される符号量推定部300の推定符号量を選択して出力端子に出力する。
更に図1に示した実施の形態1により予測符号化部10と符号化処理部20とレート制御部30とビデオバッファ40とを具備する動画像符号化装置1の大部分は、半導体集積回路の1個の半導体チップに集積化されている。例えば、この半導体集積回路は、最先端半導体製造プロセスにより製造されるシステムLSIもしくはシステムオンチップ(SOC)と呼ばれる大規模半導体集積回路である。
図2は、図1に示した実施の形態1による動画像符号化装置1の符号化処理部20に含まれた可変長符号化部201の構成を示す図である。
図1と図2とに示した実施の形態1による動画像符号化装置1によれば、符号化処理部20の処理遅延が大きく中間バッファメモリ200のデータ蓄積量が大きい場合には高速のフィードバック制御が可能な推定符号量を使用して、また符号化処理部20の処理遅延が小さく中間バッファメモリ200のデータ蓄積量が小さい場合には誤差の少ない実符号量を使用することとなる。従って、この動画像符号化装置1によれば、高精度のビットレート制御を実現することが可能となる。
《実施の形態2の動画像符号化装置の主要部の構成》
図3は、実施の形態2による動画像符号化装置1の主要部の構成を示す図である。
図3に示した実施の形態2による動画像符号化装置1によれば、CABAC処理部2013が活性化される場合には、2値算術符号化部20132の処理遅延が大きく中間バッファメモリ20134のデータ蓄積量が大きい場合には高速のフィードバック制御が可能な推定符号量を使用する。また、図3に示した実施の形態2による動画像符号化装置1によれば、2値算術符号化部20132の処理遅延が小さく中間バッファメモリ20134のデータ蓄積量が小さい場合には誤差の少ない実符号量を使用することとなる。従って、この動画像符号化装置1によれば、高精度のビットレート制御を実現することが可能となる。
《実施の形態3の動画像符号化装置の主要部の構成》
図4は、実施の形態3による動画像符号化装置1の主要部の構成を示す図である。
10…予測符号化部
20…予測符号化部
30…レート制御部
40…ビデオバッファ
100…ビデオ入力バッファ
101…減算器
102…周波数変換部
103…量子化部
104…逆量子化部
105…逆周波数変換部
106…加算器
107…フィルタユニット
108…フレームメモリ
109…動きベクトル検出部
110…動き補償部
111…バッファメモリ
112…イントラ予測部
113…セレクタ部
200…中間バッファメモリ
201…可変長符号化部
300…符号量推定部
301…セレクタ
302…レートコントローラ
Claims (21)
- 動画像符号化装置は、周波数変換部と量子化部と符号化部と中間バッファと符号量推定部と符号量セレクタとレートコントローラとを具備して、
前記周波数変換部は、入力信号の周波数変換処理を実行して、
前記量子化部は、前記周波数変換部の前記周波数変換処理の結果に関して、量子化処理を実行して、
前記符号化部が前記量子化部の前記量子化処理の結果に関して符号化処理を実行することによって、前記符号化部から圧縮ビデオビットストリームが生成され、
前記中間バッファは、前記量子化部の出力端子と前記符号化部の入力端子との間に接続され、
前記符号量推定部の入力端子は前記量子化部の前記出力端子に接続されて、前記符号量推定部の出力端子から生成される推定符号量が前記符号量セレクタの第1入力端子に供給され、
前記符号量セレクタの第2入力端子には、前記符号化部により符号化される前記圧縮ビデオビットストリームの実符号量が供給され、
前記符号量セレクタの選択制御端子には、前記中間バッファのデータ蓄積量が大きいか小さいかの判定信号が供給され、
前記符号量セレクタの出力端子は前記レートコントローラの入力端子に接続されて、前記判定信号に従って選択された符号量が前記レートコントローラに供給され、前記レートコントローラの出力信号は前記量子化部の量子化スケールを前記選択された符号量に基づいて調整して、
前記判定信号が前記中間バッファの前記データ蓄積量が大きいことを示す場合には、前記符号量セレクタの前記第1入力端子に供給される前記符号量推定部からの前記推定符号量が前記符号量セレクタの前記出力端子に出力され、前記量子化部の前記量子化スケールが前記推定符号量によって調整され、
前記判定信号が前記中間バッファの前記データ蓄積量が小さいことを示す場合には、前記符号量セレクタの前記第2入力端子に供給される前記符号化部からの前記実符号量が前記符号量セレクタの前記出力端子に出力され、前記量子化部の前記量子化スケールが前記実符号量によって調整される
動画像符号化装置。 - 請求項1において、
前記符号化部は、算術符号化方式と可変長符号化方式との少なくともいずれか一方による符号化処理を実行する
動画像符号化装置。 - 請求項2において、
前記符号化部が前記算術符号化方式による符号化処理を実行する際に、前記中間バッファは、前記量子化部の前記量子化処理の処理速度と前記符号化部の前記算術符号化方式による前記符号化処理の処理速度との相違を吸収するものであり、
前記符号化部が前記可変長符号化方式による符号化処理を実行する際に、前記中間バッファは、前記量子化部の前記量子化処理の処理速度と前記符号化部の前記可変長符号化方式による前記符号化処理の処理速度との相違を吸収する
動画像符号化装置。 - 請求項1において、
前記中間バッファの前記データ蓄積量が大きいか小さいかの判定は、前記データ蓄積量が所定のしきい値よりも大きいか、もしくは前記データ蓄積量が前記所定のしきい値よりも小さいかを判定することによって実行される
動画像符号化装置。 - 請求項2において、
前記符号化部は、指数ゴロム符号化部と可変長符号化処理部と算術符号化処理部とを含み、
前記指数ゴロム符号化部は、符号化すべきシンタックス要素を、プリフィックスとセパレータとサフィックスとを含む指数ゴロム符号に符号化するものであり、
前記可変長符号化処理部は、前記量子化部で量子化処理された前記周波数変換部の前記周波数変換処理の前記結果をジグザグ・スキャンにより一次元のベクトルに変換した後に、前記可変長符号化方式による前記符号化処理を実行するものであり、
前記算術符号化処理部は、2値化部と2値算術符号化部とコンテキスト計算部とによって構成され、
前記2値化部は多値入力信号から2値信号を生成して、前記2値信号は前記2値算術符号化部により符号化ビット列に符号化され、
前記コンテキスト計算部は、符号化対象シンボルである前記2値信号の発生確率モデルを近傍シンボルの状況に応じて動的に計算・更新して、前記2値算術符号化部は、前記コンテキスト計算部により計算・更新された前記発生確率モデルに従って前記2値信号を前記符号化ビット列に符号化する
動画像符号化装置。 - 請求項5において、
前記中間バッファは、前記算術符号化処理部の内部で前記2値化部と前記2値算術符号化部との間に接続された
動画像符号化装置。 - 請求項6において、
前記符号量セレクタの前記第2入力端子には、前記算術符号化処理部の前記2値算術符号化部の実符号量が供給される
動画像符号化装置。 - 周波数変換部と量子化部と符号化部と中間バッファと符号量推定部と符号量セレクタとレートコントローラとを具備する動画像符号化装置であって、
前記周波数変換部は、入力信号の周波数変換処理を実行して、
前記量子化部は、前記周波数変換部の前記周波数変換処理の結果に関して、量子化処理を実行して、
前記符号化部が前記量子化部の前記量子化処理の結果に関して符号化処理を実行することによって、前記符号化部から圧縮ビデオビットストリームが生成され、
前記中間バッファは、前記量子化部の出力端子と前記符号化部の入力端子との間に接続され、
前記符号量推定部の入力端子は前記量子化部の前記出力端子に接続されて、前記符号量推定部の出力端子から生成される推定符号量が前記符号量セレクタの第1入力端子に供給され、
前記符号量セレクタの第2入力端子には、前記符号化部により符号化される前記圧縮ビデオビットストリームの実符号量が供給され、
前記符号量セレクタの選択制御端子には、前記中間バッファのデータ蓄積量が大きいか小さいかの判定信号が供給され、
前記符号量セレクタの出力端子は前記レートコントローラの入力端子に接続されて、前記レートコントローラの出力信号は前記量子化部の量子化スケールを調整して、
前記判定信号が前記中間バッファの前記データ蓄積量が大きいことを示す場合には、前記符号量セレクタの前記第1入力端子に供給される前記符号量推定部からの前記推定符号量が前記符号量セレクタの前記出力端子に出力され、前記量子化部の前記量子化スケールが前記推定符号量によって調整され、
前記判定信号が前記中間バッファの前記データ蓄積量が小さいことを示す場合には、前記符号量セレクタの前記第2入力端子に供給される前記符号化部からの前記実符号量が前記符号量セレクタの前記出力端子に出力され、前記量子化部の前記量子化スケールが前記実符号量によって調整され、
前記動画像符号化装置は、
第1カウンタと第2カウンタとセレクタコントローラとを更に具備して、
前記第1カウンタは、前記量子化部によって量子化処理される符号化処理単位の画像ブロックの番号をカウントすることによって、第1カウント値を保持して、
前記第2カウンタは、前記符号化部によって符号化処理される符号化処理単位の画像ブロックの番号をカウントすることによって、第2カウント値を保持して、
前記セレクタコントローラは、前記第1カウンタの前記第1カウント値と前記第2カウンタの前記第2カウント値との差を判定して、
前記第1カウンタの前記第1カウント値と前記第2カウンタの前記第2カウント値との前記差が大きい場合には、前記セレクタコントローラは、前記符号化部の処理遅延または前記中間バッファの前記データ蓄積量が大きいと判定して、
前記第1カウンタの前記第1カウント値と前記第2カウンタの前記第2カウント値との前記差が小さい場合には、前記セレクタコントローラは、前記符号化部の処理遅延または前記中間バッファの前記データ蓄積量が小さいと判定する
動画像符号化装置。 - 請求項8において、
前記量子化部で量子化処理される前記符号化処理単位の前記画像ブロックと前記符号化部で符号化処理される前記符号化処理単位の前記画像ブロックとは、輝度成分で16画素×16画素のサイズを有するマクロブロックである
動画像符号化装置。 - 請求項8において、
前記量子化部で量子化処理される前記符号化処理単位の前記画像ブロックと前記符号化部で符号化処理される前記符号化処理単位の前記画像ブロックは、フレキシブルなブロック構造であるコーディングユニットであり、
前記コーディングユニットは、64画素×64画素のサイズの最大コーディングユニットから適応的に分割可能なブロックである
動画像符号化装置。 - 請求項1乃至請求項10のいずれかにおいて、
前記動画像符号化装置は、動きベクトル検出部と動き補償部と減算器と逆量子化部と逆周波数変換部とメモリとイントラ予測部と予測セレクタ部とを更に具備して、
前記動きベクトル検出部は、符号化すべき動画像信号と前記メモリに格納された参照画像とから動きベクトルを生成して、
前記動き補償部は、前記動きベクトル検出部から生成される前記動きベクトルと前記メモリに格納された前記参照画像とに応答して動き補償予測信号を生成して、
前記減算器の一方の入力端子には前記動画像信号が供給され、前記減算器の他方の入力端子には前記動き補償部から生成される前記動き補償予測信号が供給され、前記減算器の出力端子から予測残差が生成され、
前記減算器の前記出力端子から生成される前記予測残差が、前記周波数変換処理の前記入力信号として前記周波数変換部の入力端子に供給され、
前記量子化部の前記量子化処理の結果は、前記逆量子化部と前記逆周波数変換部とによって局部復号処理が実行され、前記局部復号処理の結果は前記参照画像として前記メモリに格納され、
前記逆量子化部と前記逆周波数変換部とにより実行される前記局部復号処理の前記結果は、イントラ参照画像として前記メモリに格納され、
前記動画像信号が前記イントラ予測部の一方の入力端子に供給され、前記メモリに格納された前記イントラ参照画像が前記イントラ予測部の他方の入力端子に供給されることにより、前記イントラ予測部は前記一方の入力端子に供給される前記動画像信号に関するイントラ予測信号を生成して、
前記予測セレクタ部は前記動き補償部から生成される前記動き補償予測信号と前記イントラ予測部から生成される前記イントラ予測信号とのいずれかの予測信号を選択して、前記減算器の前記他方の入力端子に選択した前記予測信号を供給する
動画像符号化装置。 - 請求項1において、
前記周波数変換部と前記量子化部と前記符号化部と前記中間バッファと前記符号量推定部と前記符号量セレクタと前記レートコントローラとは、半導体集積回路の1個の半導体チップに集積化された
動画像符号化装置。 - 請求項12において、
前記動きベクトル検出部と前記動き補償部と前記減算器と前記逆量子化部と前記逆周波数変換部と前記符号化部と前記イントラ予測部と前記予測セレクタ部とは、前記半導体集積回路の前記1個の半導体チップに更に集積化された
動画像符号化装置。 - 請求項1において、
前記動画像符号化装置は、規格H.264と規格H.265とから任意に選択された方式に準拠して前記動画像信号を符号化処理することによって、前記圧縮ビデオビットストリームを生成する
動画像符号化装置。 - 周波数変換部と量子化部と符号化部と中間バッファと符号量推定部と符号量セレクタとレートコントローラとを具備する動画像符号化装置の動作方法であって、
前記周波数変換部は、入力信号の周波数変換処理を実行して、
前記量子化部は、前記周波数変換部の前記周波数変換処理の結果に関して、量子化処理を実行して、
前記符号化部が前記量子化部の前記量子化処理の結果に関して符号化処理を実行することによって、前記符号化部から圧縮ビデオビットストリームが生成され、
前記中間バッファは、前記量子化部の出力端子と前記符号化部の入力端子との間に接続され、
前記符号量推定部の入力端子は前記量子化部の前記出力端子に接続されて、前記符号量推定部の出力端子から生成される推定符号量が前記符号量セレクタの第1入力端子に供給され、
前記符号量セレクタの第2入力端子には、前記符号化部により符号化される前記圧縮ビデオビットストリームの実符号量が供給され、
前記符号量セレクタの選択制御端子には、前記中間バッファのデータ蓄積量が大きいか小さいかの判定信号が供給され、
前記符号量セレクタの出力端子は前記レートコントローラの入力端子に接続されて、前記判定信号に従って選択された符号量が前記レートコントローラに供給され、前記レートコントローラの出力信号は前記量子化部の量子化スケールを前記選択された符号量に基づいて調整して、
前記判定信号が前記中間バッファの前記データ蓄積量が大きいことを示す場合には、前記符号量セレクタの前記第1入力端子に供給される前記符号量推定部からの前記推定符号量が前記符号量セレクタの前記出力端子に出力され、前記量子化部の前記量子化スケールが前記推定符号量によって調整され、
前記判定信号が前記中間バッファの前記データ蓄積量が小さいことを示す場合には、前記符号量セレクタの前記第2入力端子に供給される前記符号化部からの前記実符号量が前記符号量セレクタの前記出力端子に出力され、前記量子化部の前記量子化スケールが前記実符号量によって調整される
動画像符号化装置の動作方法。 - 請求項15において、
前記符号化部は、算術符号化方式と可変長符号化方式との少なくともいずれか一方による符号化処理を実行する
動画像符号化装置の動作方法。 - 請求項16において、
前記符号化部が前記算術符号化方式による符号化処理を実行する際に、前記中間バッファは、前記量子化部の前記量子化処理の処理速度と前記符号化部の前記算術符号化方式による前記符号化処理の処理速度との相違を吸収するものであり、
前記符号化部が前記可変長符号化方式による符号化処理を実行する際に、前記中間バッファは、前記量子化部の前記量子化処理の処理速度と前記符号化部の前記可変長符号化方式による前記符号化処理の処理速度との相違を吸収する
動画像符号化装置の動作方法。 - 請求項15において、
前記中間バッファの前記データ蓄積量が大きいか小さいかの判定は、前記データ蓄積量が所定のしきい値よりも大きいか、もしくは前記データ蓄積量が前記所定のしきい値よりも小さいかを判定することによって実行される
動画像符号化装置の動作方法。 - 請求項16において、
前記符号化部は、指数ゴロム符号化部と可変長符号化処理部と算術符号化処理部とを含み、
前記指数ゴロム符号化部は、符号化すべきシンタックス要素を、プリフィックスとセパレータとサフィックスとを含む指数ゴロム符号に符号化するものであり、
前記可変長符号化処理部は、前記量子化部で量子化処理された前記周波数変換部の前記周波数変換処理の前記結果をジグザグ・スキャンにより一次元のベクトルに変換した後に、前記可変長符号化方式による前記符号化処理を実行するものであり、
前記算術符号化処理部は、2値化部と2値算術符号化部とコンテキスト計算部とによって構成され、
前記2値化部は多値入力信号から2値信号を生成して、前記2値信号は前記2値算術符号化部により符号化ビット列に符号化され、
前記コンテキスト計算部は、符号化対象シンボルである前記2値信号の発生確率モデルを近傍シンボルの状況に応じて動的に計算・更新して、前記2値算術符号化部は、前記コンテキスト計算部により計算・更新された前記発生確率モデルに従って前記2値信号を前記符号化ビット列に符号化する
動画像符号化装置の動作方法。 - 請求項19において、
前記中間バッファは、前記算術符号化処理部の内部で前記2値化部と前記2値算術符号化部との間に接続された
動画像符号化装置の動作方法。 - 請求項1において、
前記符号量セレクタの選択制御端子には、前記符号化部の処理遅延の大小を判定する信号が供給され、
前記中間バッファに蓄積されたデータ量が大きいときに前記処理遅延は大きいと判定され、
前記中間バッファに蓄積されたデータ量が小さいときに前記処理は小さいと判定され、
前記判定信号は、前記符号化部の前記処理遅延の大小を判定するために、前記符号量セレクタの前記選択制御端子に接続され、
前記推定符号量は、前記符号化部の処理遅延なしに、前記量子化部の量子化スケールを調整するために使用される
動画像符号化装置。
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