JPH04357787A - Picture encoding transfer rate control system - Google Patents

Picture encoding transfer rate control system

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JPH04357787A
JPH04357787A JP3131037A JP13103791A JPH04357787A JP H04357787 A JPH04357787 A JP H04357787A JP 3131037 A JP3131037 A JP 3131037A JP 13103791 A JP13103791 A JP 13103791A JP H04357787 A JPH04357787 A JP H04357787A
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adaptive filter
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frame
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encoding
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Mitsuo Tsujikado
辻角 光夫
Yutaka Ueda
豊 植田
Naoki Kitahara
尚樹 北原
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To accurately estimate the encoding information amount to decide an encoding parameter in the picture encoding transfer rate control system. CONSTITUTION:The frame encoding information amount is supplied as the input of an adaptive filter 106b, the tap coefficient of this adaptive filter 106b is updated for each frame period so as to reduce the error between the input and output of this adaptive filter 106b to the minimum, and the encoding parameter is decided according to the output of this adaptive filter 106. The output of the adaptive filter 106b shall be the estimation value of the present frame encoding information amount by the past frame encoding information amount weighted by the tap coefficient, thereby permitting accurate estimation and proper encoding parameter decision is implemented.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、画像符号化伝送レート
制御方式に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an image encoding transmission rate control system.

【0002】0002

【従来の技術】非同期転送モード網(ATM網)を利用
した、動画像パケット通信方式が注目されている。パケ
ット通信方式は、符号化された音声・画像をパケット(
セル)にまとめ、行き先及び内容の種別を示したヘッダ
を付与して、ATM網上でセルの送受信を行うことによ
り大容量の通信を行うものである。大容量・非同期の特
徴を生かして、画像符号化を可変レートで行うことによ
り、高品質画像通信が可能になる。この場合、セルの総
数がATM網の処理能力を上回ると、あふれたセルが廃
棄されてしまう。このような問題に関し、次記の文献で
は、ネットワーク管理、料金設定、サービス提供の面を
考慮して、可変レート動画像符号化器から発生する符号
化情報量(符号化レート)を制御する方法について述べ
ている。文献名:滝島、和田「パケットビデオ符号化に
おけるレート制御方式」、1990年画像符号化シンポ
ジウム(PCSJ90)、第239−242頁、199
0年10月
2. Description of the Related Art A moving image packet communication system using an asynchronous transfer mode network (ATM network) is attracting attention. The packet communication method transmits encoded audio and images into packets (
This system performs large-capacity communication by sending and receiving cells on an ATM network by grouping them into cells (cells), adding a header indicating the destination and type of content, and transmitting and receiving the cells over an ATM network. By taking advantage of the large capacity and asynchronous features and performing image encoding at a variable rate, high quality image communication becomes possible. In this case, if the total number of cells exceeds the processing capacity of the ATM network, the overflowing cells will be discarded. Regarding such problems, the following document describes a method for controlling the amount of encoded information (encoding rate) generated from a variable rate video encoder, taking into consideration network management, pricing, and service provision. It talks about. Literature title: Takishima, Wada "Rate control method in packet video coding", 1990 Image Coding Symposium (PCSJ90), pp. 239-242, 199
October 0

【0003】この文献においては、符号化器出力端子か
ら出力される1フレーム分の符号化情報量を監視して、
符号化するフレームInの量子化器のステップサイズQ
nを、例えば、以下のように決定している。 ΔQ=a(In−1−Ifc) Qn=Qn−1+ΔQ ΔQ    :Qの増分値 a      :感度係数 In−1:第n−1フレームの符号化情報量If   
 :短期目標情報量=[Io(n−1+N)−ΣIi]
/N、i=1〜n−1(n−1+Nフレームの平均をI
oとするための目標情報量) Ifc  :Ifの補正値=kIo+(1−k)If(
k<0) Io    :フレーム分の目標符号化情報量N   
   :レート収束パラメータこの式で求めた量子化器
のステップサイズQnで量子化を行うと、平均符号化レ
ートがIoに収束するというものであった。
In this document, the amount of encoded information for one frame outputted from the encoder output terminal is monitored,
Step size Q of the quantizer of the frame In to be encoded
For example, n is determined as follows. ΔQ=a(In-1-Ifc) Qn=Qn-1+ΔQ ΔQ: Incremental value of Q a: Sensitivity coefficient In-1: Coded information amount If of the n-1th frame
: Short-term target information amount = [Io(n-1+N)-ΣIi]
/N, i=1~n-1 (average of n-1+N frames is I
Ifc: Correction value of If=kIo+(1-k)If(
k<0) Io: Target encoded information amount N for a frame
:Rate convergence parameter When quantization is performed with the step size Qn of the quantizer determined by this formula, the average encoding rate converges to Io.

【0004】0004

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記文献
では、符号化しようとするフレームの符号化情報量を推
定し量子化ステップを決定するに当って、過去のフレー
ムの符号化情報量の単純な線形和を用いているため、情
報量の推定があまり正確でないという欠点を有していた
。したがって、本発明は、符号化情報量の推定精度の高
いレート制御方法を提供することを目的とする。
[Problem to be Solved by the Invention] However, in the above literature, when estimating the amount of encoded information of the frame to be encoded and determining the quantization step, a simple linear method of the amount of encoded information of the past frame is used. Since it uses a sum, it has the disadvantage that the estimation of the amount of information is not very accurate. Therefore, an object of the present invention is to provide a rate control method with high accuracy in estimating the amount of encoded information.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明では、適応フィル
タを有し、1フレーム分または所定単位分の符号化情報
量を適応フィルタの入力として与え、この適応フィルタ
の出力と1フレーム分または所定単位分の目標符号化情
報量との大小関係を比較し、その比較結果に応じて、前
記フレーム符号化情報量を増加する方向にまたは減少す
る方向に、符号化パラメータを段階的に変化させる。そ
して次のフレーム時点のために、適応フィルタの入出力
間の誤差が小さくなる方向に、この適応フィルタのタッ
プ係数を、フレーム周期毎に逐次更新する。
[Means for Solving the Problems] The present invention has an adaptive filter, and provides the amount of encoded information for one frame or a predetermined unit as an input to the adaptive filter, and the output of the adaptive filter and the amount of encoded information for one frame or a predetermined unit. The magnitude relationship between the unit and the target encoded information amount is compared, and depending on the comparison result, the encoding parameter is changed stepwise in the direction of increasing or decreasing the frame encoded information amount. Then, for the next frame, the tap coefficients of this adaptive filter are sequentially updated every frame period in a direction that reduces the error between the input and output of the adaptive filter.

【0006】[0006]

【作用】適応フィルタは、過去のフレームの符号化情報
量をタップ係数で重み付けして加算した値を出力する。 適応フィルタの入出力間の誤差が小さくなる方向に、最
急降下法などのシステム同定アルゴリズムで逐次更新す
ることにより、適応フィルタは、これから符号化しよう
とするフレーム時点の符号化情報量を推定して出力する
。この推定符号化情報量は過去の画像自体の情報量の変
化と過去の符号化パラメータの変化とを反映したもので
あり、目標符号化情報量と比較し、その結果に応じて、
符号化パラメータの方をフレーム毎に段階的に変化させ
ることにより、目標符号化情報量に収束させることが期
待できる。
[Operation] The adaptive filter outputs a value obtained by weighting the encoded information amount of past frames with tap coefficients and adding them. By sequentially updating the error between the input and output of the adaptive filter using a system identification algorithm such as the steepest descent method, the adaptive filter estimates the amount of encoded information at the time of the frame to be encoded. Output. This estimated amount of encoded information reflects changes in the amount of information of the past image itself and changes in past encoding parameters, and is compared with the target amount of encoded information, and depending on the result,
By changing the encoding parameters in stages for each frame, it can be expected to converge to the target encoded information amount.

【0007】[0007]

【実施例】図1は本発明に係る符号化装置の実施例を示
すブロック図である。図1において、入力原画像は、T
Vカメラ101の撮像管の走査によって、光の濃淡分布
を示す電気信号に変換され、A/D変換器102によっ
て、画素として8ビット量子化、標本化され、ディジタ
ル画像信号に変換される。このディジタル画像信号は、
分析フィルタ103(QMF)によって、4つに帯域分
割され、各帯域の画像信号は、符号化器104a〜dに
よって符号化され、多重化器105によって、多重化さ
れて、伝送路107へ送り出される。なお、ここでの符
号化器104a〜dは、DCTフレーム内符号化、動き
補償フレーム間符号化+DCTなどで構成されている。 レート制御回路106は、多重化器105から、符号化
情報を受け取り、符号量加算器106aにおいて1フレ
ーム当たりの符号化情報量を計算し、適応フィルタ10
6bにおいて過去の符号化情報量から現フレームの推定
符号化情報量を計算し、ステップ設定回路106cにお
いて、推定符号化情報量と目標符号化情報量との比較結
果に応じて、現フレームの符号化パラメータを決定する
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an encoding apparatus according to the present invention. In FIG. 1, the input original image is T
By scanning the image pickup tube of the V-camera 101, it is converted into an electrical signal indicating the density distribution of light, which is 8-bit quantized and sampled as a pixel by the A/D converter 102, and converted into a digital image signal. This digital image signal is
The image signal of each band is divided into four bands by an analysis filter 103 (QMF), encoded by encoders 104a to 104d, multiplexed by a multiplexer 105, and sent to a transmission path 107. . Note that the encoders 104a to 104d here are configured by DCT intraframe encoding, motion compensated interframe encoding+DCT, and the like. The rate control circuit 106 receives the encoded information from the multiplexer 105, calculates the amount of encoded information per frame in the code amount adder 106a, and applies the encoded information per frame to the adaptive filter 10.
6b calculates the estimated coded information amount of the current frame from the past coded information amount, and the step setting circuit 106c calculates the code of the current frame according to the comparison result between the estimated coded information amount and the target coded information amount. Determine the parameters.

【0008】適応フィルタ106bの出力である推定符
号化情報量1wnは、式(1)で表わすことができる。   1wn=ΣAkn・In−k(k=1、2、、、K
)            式(1)但し、Akn:適
応フィルタの第nフレーム時刻の第k次のタップ係数、
In−k:第n−kフレームの符号化情報量であり、ま
たこの実施例におけるKは5である。 適応フィルタ106bのタップ係数は、次のフレームの
ために、式(2)で示すフィルタの入出力間の誤差(す
なわち、符号化情報量の推定誤差)Enが、小さくなる
方向にフレーム周期毎に更新する。   En=In−Iwn=In−ΣAkn・In−k(
k=0、1、、、K−1)             
                         
                        式
(2)この実施例では、誤差Enの2乗を評価関数とし
た最急降下法を採用し、式(3)にしたがって、フレー
ム周期毎に更新する。   Akn+1=Akn+ΔA×sign(EnXIn
−k)(k=0、1、、、k−1)         
                         
                    式(3)但
し、ΔA:タップ係数の増分、sign:括弧内が0の
ときは0;マイナスならば−1;プラスならば+1であ
る。このように、タップ係数をフレーム周期毎に更新す
ることを、数10フレームにわたって継続すれば、適応
フィルタ106bは過去の符号化情報量の変化曲線に沿
って正確な推定符号化情報量を出力することになる。
The estimated encoded information amount 1wn, which is the output of the adaptive filter 106b, can be expressed by equation (1). 1wn=ΣAkn・In−k (k=1, 2, , K
) Equation (1) where, Akn: k-th tap coefficient at the n-th frame time of the adaptive filter;
In-k: encoded information amount of the n-kth frame, and K in this example is 5. The tap coefficients of the adaptive filter 106b are adjusted every frame period in the direction that the error between the input and output of the filter (that is, the estimation error of the encoded information amount) En shown in equation (2) becomes smaller for the next frame. Update. En=In-Iwn=In-ΣAkn・In-k(
k=0, 1, , K-1)

Equation (2) In this embodiment, the steepest descent method is used in which the square of the error En is used as the evaluation function, and updates are performed every frame period according to Equation (3). Akn+1=Akn+ΔA×sign(EnXIn
-k) (k=0, 1, , k-1)

Equation (3) where ΔA: increment of tap coefficient; sign: 0 if the value in parentheses is 0; -1 if negative; +1 if positive. In this way, by continuing to update the tap coefficients every frame period over several tens of frames, the adaptive filter 106b outputs an accurate estimated amount of encoded information along the change curve of the amount of encoded information in the past. It turns out.

【0009】ステップ設定回路106cは、次の式にし
たがって、量子化ステップサイズを決定して符号化器1
40a〜dへ与え、符号化情報量を制御する。   QBn=QBn−1+ΔQB    (Iwn≧I
o)  QBn=QBn−1−ΔQB    (Iwn
<Io)              式(3)但し、
QBn:各帯域の量子化ステップサイズ(QBmin<
QB<QBmax)、ΔQB:人間の視覚特性を考慮し
て各帯域毎に設定したステップサイズの増分、Io:目
標符号化情報量である。このように、推定符号化情報量
Iwnと目標符号化情報量Ioとを比較し、その大小の
比較結果に応じて、符号化情報量を増加するように又は
減少するように符号化パラメータを単位ステップ(ΔQ
B)変化させる。こうして決定した符号化パラメータを
用いて符号化することにより、符号化情報量は段階的に
徐々に目標符号化情報量に収束するようになる。
The step setting circuit 106c determines the quantization step size according to the following equation and sets the quantization step size in the encoder 1.
40a to 40d to control the amount of encoded information. QBn=QBn-1+ΔQB (Iwn≧I
o) QBn=QBn-1-ΔQB (Iwn
<Io) Formula (3) However,
QBn: quantization step size of each band (QBmin<
QB<QBmax), ΔQB: step size increment set for each band in consideration of human visual characteristics, Io: target encoded information amount. In this way, the estimated amount of encoded information Iwn and the target amount of encoded information Io are compared, and depending on the comparison result, the encoding parameters are set in units to increase or decrease the amount of encoded information. Step (ΔQ
B) Change. By performing encoding using the encoding parameters thus determined, the amount of encoded information gradually converges to the target amount of encoded information in stages.

【0010】図2は、本発明に係る他の符号化装置の要
部ブロック図であり、4分割した帯域の1つに対応した
部分を示したものである。また、この実施例は、動き補
償フレーム間予測符号化を採用し、各帯域を単位として
、各帯域毎に目標符号化情報量を設定し、各帯域毎に符
号化情報量を推定し、各帯域毎に符号化パラメータの単
位変化量を設定しているものである。図2において、ま
ず画像信号入力端子200からの入力画像信号は、動き
ベクトル検出器201によって、フレームメモリ202
の1フレーム前の画像信号とマッチングが取られて動き
ベクトル検出され、加算器203で動きベクトルを加味
した予測信号を差し引かれて残差信号となる。
FIG. 2 is a block diagram of main parts of another encoding device according to the present invention, showing a portion corresponding to one of the four divided bands. Furthermore, this embodiment employs motion-compensated interframe predictive coding, sets a target amount of encoded information for each band, estimates the amount of encoded information for each band, and estimates the amount of encoded information for each band. The unit change amount of the encoding parameter is set for each band. In FIG. 2, first, an input image signal from an image signal input terminal 200 is sent to a frame memory 202 by a motion vector detector 201.
A motion vector is detected by matching with the image signal of one frame before, and an adder 203 subtracts a predicted signal that takes the motion vector into account to obtain a residual signal.

【0011】この残差信号は、DCT変換器204によ
って、DCT変換される。DCT係数は、量子化器20
5、逆量子化器206によって量子化、逆量子化され、
可変長符号化器209で可変長符号化される。逆量子化
器206の出力変換係数は、逆DCT変換器207によ
って、DCT逆変換され、加算器208で先に差し引い
た予測信号を加えられ、フレームメモリ202に局部再
生画像信号として記憶される。係数の符号、動きベクト
ルは符号出力端子210から出力される。符号量加算器
211、適応フィルタ212、及びステップ設定回路2
13は、この帯域の符号化情報量を推定し、この帯域の
目標符号化情報量と比較し、その大小比較結果に応じて
この帯域の量子化パラメータを決定する。この量子化パ
ラメータは、量子化器205及び逆量子化器206へ与
えられ、符号化情報量が制御される。そして、この量子
化パラメータ又はその単位変化分も符号出力端子210
から出力される。なお、ここで決定した量子化パラメー
タは、このフレームでの基準量であり、あらかじめ設定
してある瞬時上限情報量によっても修正されるが、その
詳細説明は省略する。
[0011] This residual signal is subjected to DCT transformation by a DCT transformer 204. The DCT coefficients are processed by the quantizer 20
5. quantized and dequantized by the dequantizer 206;
A variable length encoder 209 performs variable length encoding. The output transform coefficients of the inverse quantizer 206 are subjected to inverse DCT transform by an inverse DCT transformer 207, added with the previously subtracted prediction signal by an adder 208, and stored in the frame memory 202 as a locally reproduced image signal. The code of the coefficient and the motion vector are output from the code output terminal 210. Code amount adder 211, adaptive filter 212, and step setting circuit 2
13 estimates the encoded information amount of this band, compares it with the target encoded information amount of this band, and determines the quantization parameter of this band according to the result of the magnitude comparison. This quantization parameter is given to a quantizer 205 and an inverse quantizer 206 to control the amount of encoded information. This quantization parameter or its unit change is also output to the code output terminal 210.
is output from. Note that the quantization parameter determined here is a reference amount for this frame, and is also modified based on a preset instantaneous upper limit information amount, but a detailed explanation thereof will be omitted.

【0012】0012

【発明の効果】以上詳細に説明したように、この本発明
では、システム同定アルゴリズムによってタップ係数が
更新される適応フィルタを用いて、符号化しようとする
フレームの符号量を過去のフレームの符号量の線形和で
推定しているため、符号量の推定精度が良く、適正なレ
ート制御が行える。
Effects of the Invention As explained in detail above, in the present invention, the code amount of a frame to be encoded is compared to the code amount of past frames by using an adaptive filter whose tap coefficients are updated by a system identification algorithm. Since the estimation is performed using the linear sum of , the code amount estimation accuracy is high and appropriate rate control can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

【図1】本発明に係る符号化装置のブロック図FIG. 1 is a block diagram of an encoding device according to the present invention.

【図2】
本発明に係る他の符号化装置のブロック図
[Figure 2]
Block diagram of another encoding device according to the present invention

【符号の説明】[Explanation of symbols]

103    分析フィルタ 104a〜d    符号化器 105    多重化器 106    レート制御回路 106a    符号量加算器 106b    適応フィルタ 106c    ステップ設定回路 103 Analysis filter 104a-d Encoder 105 Multiplexer 106 Rate control circuit 106a Code amount adder 106b Adaptive filter 106c Step setting circuit

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  1フレーム分又は所定単位分の符号化
情報量を適応フィルタの入力として与え、前記適応フィ
ルタの出力と1フレーム分又は前記所定単位分の目標符
号化情報量との大小関係を比較し、その比較結果に応じ
て、前記符号化情報量を増加する方向に又は減少する方
向に、符号化パラメータを変化させ、且つ、前記適応フ
ィルタの入出力間の絶対値誤差が小さくなるように、こ
の適応フィルタのタップ係数を、フレーム周期毎に逐次
更新させること、を特徴とした画像符号化伝送レート制
御方式。
1. An amount of encoded information for one frame or a predetermined unit is given as an input to an adaptive filter, and a magnitude relationship between the output of the adaptive filter and a target amount of encoded information for one frame or the predetermined unit is determined. and, depending on the comparison result, change the encoding parameter to increase or decrease the encoded information amount, and to reduce the absolute value error between the input and output of the adaptive filter. An image encoding transmission rate control method characterized in that the tap coefficients of the adaptive filter are updated sequentially at each frame period.
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