JPH05145773A - ビデオ画像の符号化装置と方法 - Google Patents

ビデオ画像の符号化装置と方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スケーリングファクタを決定及び変更し、適
応量子化の特徴を用いて静止及び動作画像を変換係数に
符号化する装置と方法を提供することである。 【構成】 各画像が複数のマクロブロックを有し、各マ
クロブロックが複数のサブブロックを有する。エンコー
ダ１０６は、変換係数デバイス２０２においてサブブロ
ックの各々に変換係数Ｃijを生成するため構成された第
１モジュールを含むと共に、更に、適応量子化デバイス
２０６において、画像の複雑さと任意のレート制御要件
を基にしたスケーリングファクタｑp によって、変換係
数を可変的に量子化するため構成された第２モジュール
を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、概してビデオイメージ
ングシステム及び方法に関する。特に、本発明はデジタ
ル静止画像と動作ビデオ圧縮のためのシステムと方法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】最近のデジタルマルチメディア会話形プ
ログラムへの関心のため、国際標準組織において静止画
像と動作ビデオ圧縮に取り組む広範囲の活動が行われて
いる。特に、国際標準化機構の援助の下で活動するグル
ープである動画エキスパートグループ（ＭＰＥＧ）は、
デジタル動作ビデオの圧縮のための規格に対して迅速に
集中している。この規格の興味深い特徴の１つは、「デ
コーディング」アルゴリズム構文のみが詳細に明記され
ることである。従って、異なるエンコーダを有し、その
全てが規格の構文と互換性のあるビットストリームを生
成するが、ビデオ品質のレベルが異なるという可能性は
ある。ＭＰＥＧビデオ規格は、”ISO-IECJTC1/SC2/WG1
1, PEG 90/176 Rev. 2，1990年12月18日、”に十分に述
べられている。この参照は、ここで本開示に悉く組み込
まれる。ＭＰＥＧ規格が以下簡潔に論じられる。
【０００３】概して、ＭＰＥＧビデオ規格はビデオシー
ケンスの圧縮のために層状アーキテクチャを定義する。
第１に、ビデオ画像のシーケンスが分離した画像群（Ｇ
ＯＰ）に細分される。各ＧＯＰは、任意の画像に対する
ランダムアクセスを容易にし、また伝送エラーの伝播を
制限するため他のＧＯＰと独立して圧縮される。
【０００４】ＧＯＰにおける全ての画像はマクロブロッ
ク（ＭＢ）に細分される。カラー画像において、ＭＢは
１６ｘ１６個の輝度画素の集合及び２つの８ｘ８個の色
差画素のブロックである。ＭＰＥＧでは、２つの色差要
素は輝度の水平方向及び垂直方向解像度の半分でサンプ
リングされる。そのようにして、ＭＢは画像の１６ｘ１
６カラーセグメントを完全に示す。ＭＢにおいて、１６
ｘ１６個の輝度画素は８ｘ８個の画素の４つの輝度ブロ
ックに更に細分される。
【０００５】ＭＢは２つのモード、即ち、内部及び予測
モード、に符号化される。内部モードでは、ＭＢは以前
又は今後の画像の画素データと独立して符号化される。
予測モードでは、ＭＢは以前（正方向予測）か今後の画
像（逆方向予測）のいずれか、もしくは両方（補間予
測）の画素データに関連して符号化される。予測は参照
された画像に動作補償技術を適用することで形成され、
ＭＢエラーデータは元の画素データから予測を減らすこ
とによって生成される。
【０００６】ＭＰＥＧ規格では、ＧＯＰにおける第１画
像が内部画像として符号化される必要がある。内部画像
は、全てのＭＢが内部モードに符号化されることと定義
される。次に、ＧＯＰの残りの画像は、単方向予測画像
（即ち、そのＭＢが内部モードと正方向予測の混合で符
号化される）か、もしくは双方向予測画像（即ち、その
ＭＢが任意のＭＢ符号化モードで符号化される）のいず
れかで符号化される。
【０００７】次に、ＭＢ型での静止又は動作画像データ
（実際のＭＢ画素データ（内部モード）か圧縮されるべ
きエラーデータ（予測）だけのいずれかによって表示さ
れる）は、第１圧縮ステップに入力される。この第１圧
縮ステップは、２次元の８ｘ８離散的コサイン変換（Ｄ
ＣＴ）によってＭＢブロックの各々に適用される変換で
ある。
【０００８】ＤＣＴをＭＢの６つのブロックに適用後、
ＭＰＥＧは結果として生じる変換係数が第２圧縮ステッ
プを受けることを示す。この第２圧縮ステップは、スケ
ーリング及び切り捨てステップである（当該技術におい
て「量子化」と称される）。ＤＣＴ係数の各々は、量子
化ステップのマトリックスによって均等に量子化され
る。ＭＰＥＧは、量子化ステップが派生する２つの参照
マトリックスの内１つを指定する。マトリックスの選択
はＭＢモードに依存する。この第２ステップは、画像デ
ータの適切な圧縮を達成するために必要な追加の圧縮ス
テップである。参照マトリックスはエンコーダによって
ビデオシーケンスの始めに定義されるが、以後は固定さ
れ続ける。しかしながら、スケーリングファクタが参照
マトリックスを考慮することによって、ＭＰＥＧは量子
化ステップのマトリックスに対するダイナミックな変化
を可能にする。このスケーリングファクタは、ＭＢごと
に変えられることが可能である。しかしながら、ＭＰＥ
Ｇはスケーリングファクタを決定し変えるための装置や
方法を開示していない。このスケーリングファクタを一
定に保つことで、圧縮モードの間の画質に不要な損失を
もたらしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＭＰ
ＥＧによって未だ定義されていないスケーリングファク
タを決定し、変えるための装置と方法を提供することで
ある。
【００１０】
【課題を解決するための手段と作用】この機能を果たす
装置と方法は適応量子化（ＡＱ）と定義される。そのよ
うにして、本発明は静止画像と動作ビデオ圧縮の品質の
改良のため、適応量子化の特徴を用いて静止及び動作画
像を変換係数に符号化する装置と方法である。
【００１１】適応はＭＢ対ＭＢ方式で実行され、画像の
複雑さと利用可能なレート制御要件によって変化する。
【００１２】１つの実施例において、本発明のエンコー
ダは変換係数モジュールと適応量子化モジュールを含
む。好ましい実施例における変換係数モジュールは、従
来の離散的コサイン変換（ＤＣＴ）機能を用いて、マク
ロブロックの各サブブロック毎に変換係数Ｃijを生成す
る。
【００１３】次に、各変換係数Ｃijは、（１）画像の複
雑さと（２）符号化装置に存在する任意のレート制御要
件を基に可変的に量子化される適応量子化モジュールに
入力される。
【００１４】１つの実施例において、適応量子化モジュ
ールは第１ステップの量子化、次に第２ステップの量子
化を実行するよう構成される。第１ステップにおいて、
各変換係数Ｃijは固定重みファクタマトリックスによっ
て基準化され、部分的に量子化された係数Ｃｗijを生じ
る。２つのマトリックスがＭＰＥＧに定義されることが
可能である。
【００１５】第２量子化ステップは、マクロブロックの
全てのＣｗijで一定だが、完全に量子化された係数Ｃｑ
ijを生ずるためマクロブロックからマクロブロックへと
変わる、第２スケーリングファクタｑp によってＣｗij
を基準化するステップである。１つの実施例において、
スケーリングファクタｑp は、Ｃｗijによって測定され
た画像（マクロブロック）の複雑さと、レート制御要件
を基にして決定される。
【００１６】画像の複雑さに関して、適応量子化モジュ
ールは、ＭＢに含まれた４つの輝度ブロックのＣｗij係
数に適用されたミニマックスアルゴリズムを基にしてス
ケーリングファクタｑp を選択する。
【００１７】上記に関して、画像が複雑であるとユーザ
は視覚的に画像異常を感知しにくい。そのようにして、
量子化ファクタｑp が高いため使われるビットの数を減
少する。反対に、画像が複雑ではないと、ユーザは画像
異常を感知しやすい。そのようにして、量子化ファクタ
ｑp が低いため、使用されるビットの数を増加する犠牲
の代わりに圧縮を減少する。ミニマックスアルゴリズム
は画像の複雑さを感知して、ｑp を決定するために多少
用いられる。
【００１８】レート制御要件に関して、エンコーダは一
般的に、データが圧縮によって生成される変数ビットレ
ートと多くの記憶媒体に一般的な定数ビットレートを等
しくするため、メカニズムが存在することを保証するよ
うな等化バッファを用いる。等化バッファは、上位及び
下位レート制御要件を有する。下位レート制御要件で
は、最小限の情報量が常にバッファに記憶されなければ
ならない。上位レート制御要件では、最大限の情報量の
みが所定時にバッファに記憶される。そのようにして、
バッファの占有がこれらの上限及び下限内に留まるのを
ｑp が保証することは重要である。
【００１９】従って、本発明は画質を最大限にする一
方、レート制御要件の上限及び下限内に留まるという２
つの間のバランスを達成する。
【００２０】本発明はＭＰＥＧ規格のコンテクストで説
明されるが、本発明は変換を基にする任意のビデオ圧縮
スキームに適用可能である。変換の性質（離散的コサイ
ン、アダマール、ラップトオーバーラップト等）と変換
ブロック及びＭＢの大きさ及び／又は構造は、本発明の
基本的な概念に影響することなく変えられる。例えば、
マクロブロックはＭＰＥＧに定義されたブロックより少
なく又はより多くを含むように再定義されることが可能
である。
【００２１】
【実施例】本発明は、静止又は動作画像を符号化するた
めの装置と方法である。本発明のエンコーダは適応量子
化（ＡＱ）の特徴を用い、画像データの量子化が高画質
を生成するため自動的に変化すると共に、許容ビットレ
ート制御要件を維持する。
【００２２】図１を参照すると、本発明の動作画像エン
コーダ１００の高度なブロック図が図解されている。図
示されているように、動作画像エンコーダ１００は概し
て、動作画像のシーケンスを入力するために入力デバイ
ス１０２を含む。入力デバイス１０２は、例えば、デジ
タルビデオカセットレコーダの出力、或いはカメラ、Ｖ
ＣＲ等の任意のアナログ画像捕獲デバイスのデジタル化
出力である。
【００２３】デジタル動作画像は、入力デバイス１０２
によってバス１０４に沿ってエンコーダ１０６へと入力
される。ここでより十分に説明すると、本発明のエンコ
ーダ１０６は変換及び量子化ステップを実行するように
構成される。またより十分に説明すると、本発明の量子
化ステップは画像の複雑さとバッファ１１８のレート制
御要件（後に説明される）を基にする。
【００２４】更にビットアロケータ（割り当てルーチ
ン）１０８が図示されている。ビットアロケータ１０８
は、各画像毎に特定のビット数を割り当てるため提供さ
れる。ビットアロケータ１０８は多数の構成を取りう
る。１つの実施例では、ビットアロケータ１０８は各画
像にちょうど同数のビットを割り当てるよう構成され
る。またビットアロケータ１０８は、割り当てられたビ
ットの数が処理されている画像に依存するよう構成され
ることも可能である。。例えば、”ISO/JEC JTC1/SC2/W
611, MPEG 90/41, 1990 年７月”の書類において、ＭＰ
ＥＧグループは変数ビットレート割り当ての方法を開示
した。この参照は、本明細書に参照のため悉くここに組
み込まれる。ここでより十分に示されるように、本発明
のエンコーダ１０６は種々のビット割り当て戦略によっ
て作動するよう構成される。
【００２５】次に、圧縮されたデータ画像はバス１１２
に沿って可変長コーダ（ＶＬＣ）１１４に出力され、符
号化された情報が少なくとも１ビットで表示される。Ｖ
ＬＣ符号化は本技術において周知であり、追加の圧縮ス
テップである。
【００２６】圧縮データはＶＬＣ１１４によって符号化
された後、バス１１６に沿ってバッファ１１８に出力さ
れる。バッファ１１８は、ＶＬＣ１１４によりバス１１
６に出力された圧縮データの変数ビットレートを、記憶
デバイス１２２の定数ビットレートと等しくするため提
供される。この場合、記憶デバイスは、例えば、固定デ
ータ率で作動する任意の媒体である。例えば、１つの共
通ビットレートは、約１．５Ｍビット／ｓのビットレー
トで作動するＣＤ−ＲＯＭのビットレートである。その
ようにして、（１）バッファ１１８には常に十分なデー
タがあり、（２）バッファ１１８がオーバーフローして
いないのを保証することが重要である。
【００２７】更にバス１２４が示される。バス１２４
は、エンコーダ１０６がバッファ１１８の「完全性」
（低すぎる又は高すぎる）を感知することを可能にす
る。ここでより十分に説明されるように、エンコーダ１
０６はバッファ１１８の「完全性」とビデオ画像の複雑
さを基にして決定されるスケーリング比率によって、変
換係数を量子化するよう構成される。
【００２８】図２を参照すると、エンコーダ１０６の高
度なブロック図が図解されている。図示されているよう
に、エンコーダ１０６はまず変換係数デバイス２０２を
含む。変換係数デバイス２０２は、各ＭＢを対応する変
換係数に変換するため提供される。好ましい実施例にお
いて、変換係数デバイス２０２は離散的コサイン変換
（ＤＣＴ）機能を実行するように構成される。ＤＣＴア
ルゴリズムは本技術において周知であり、ここで説明さ
れない。変換係数デバイス２０２の結果として、ＭＢに
おける各ブロックが変換係数Ｃijの集合に変換される。
【００２９】次に、各ブロック毎のＣijはバス２０４に
沿って適応量子化デバイス２０６に出力される。適応量
子化デバイスは２０６は、十分な圧縮を達成すると共
に、画質を保全するような適切な量だけ各変換係数Ｃij
を量子化するため構成される。従って各変換係数の量子
化は固定されておらず、（１）バッファ１１８の完全性
と、（２）画像の複雑さを基にする。
【００３０】本発明の数学的根拠が説明される。概し
て、変換係数Ｃijの８ｘ８マトリックスの均等量子化の
プロセスは以下の方程式によって説明される。
【００３１】
【数１】
【００３２】ここで INTEGER［ｘ］はｘの整数部分を抽
出する。Ｃijが変換係数、Ｃｑijが結果となる量子化さ
れたステップである。Ｑijは対応する量子化ステップで
ある。パラメータｋが、最も近い整数に丸める量子化に
際して１の値を取り、切り捨てに際して０の値を取る。
本願を通じて正の変換係数が取られることに注意した
い。負の係数の場合、量子化処理が完了後、絶対値がま
ず抽出されて符号が復元（レストア）されれば、全ての
方程式が有効であり続ける。
【００３３】ＭＰＥＧ規格内での使用の場合、数１はＱ
ij＝ｑpωij／８とすることによって異なる方法で書き
換えられる。この場合、
【００３４】
【数２】
【００３５】ここでωijは量子化の重みの集合であり、
ｑp は量子化スケーリングファクタである。ＭＰＥＧ規
格において、ωijの２つの整数マトリックスはシーケン
スを符号化するため定義される。また、ＭＰＥＧ規格に
おいてｑp がＭＢ対ＭＢ方式で１から３１の間を変化す
ることは可能である。この変化可能性によって適応量子
化が可能になる。本発明の装置と方法はｑp の適切な値
を決定する。ここでより十分に説明される通り、本発明
はビデオシーケンスの視覚的外観を最適化すると共に、
定数平均出力データ率を保全するようなｑp を自動的に
選ぶ。
【００３６】本発明は、画像の全てのＭＢ中に利用可能
なビットを等しく分配することを試みる。この方法で、
高エネルギーをもつＭＢは低エネルギー含量をもつＭＢ
より粗い量子化器に割り当てられる。この割り当ては人
間の視覚的システムによる多くの実験の結果に従い、人
間が大きなアクティビティやエネルギーをもつ画像の領
域におけるエラーをより許容しやすいことを示してい
る。そのようにして、ｑ p はブロックのエネルギー含量
の任意の測定に従って選択されるべきである（小さい変
換係数Ｃijは小エネルギーに対応する）。代替の実施例
もまた、隣接するＭＢのエネルギーを配慮する。
【００３７】しかしながら、ｑp の割り当ては任意では
ない。出力バンド幅が固定されている適用では、ｑp は
また平均圧縮データ率を制御するため用いられなければ
ならない。一般的に、他のデータと共に量子化された係
数は可変長コードによって符号化される。この符号化の
１つの結果は、単一ビデオ画像に対応するデータが定数
でないということである。圧縮データが生成される変数
データ率と伝送される出力データ率とを等しくするた
め、データはバッファデバイス１１８に緩衝されなくて
はならない。一般的に、出力データ率は定数である。し
かしながら、本発明の装置と方法は出力データ率が変数
である実施例にも等しく適用できる。一旦バッファ１１
８の大きさが選ばれると、圧縮データが生成されるレー
トは規制され、バッファ１１８にはオーバーフローやア
ンダーフロー（空になる）がない。このレート制御はダ
イナミックに修正するｑp によっても達成される。エン
コーダ１０６は全体の画質を改良すると共に、同時にバ
ッファ１１８の大きさ制約条件を満足させるようｑp を
適応することが可能である。
【００３８】好ましい実施例において、出力データ率は
３５２ｘ２４０ｘ３０個の画素／ｓビデオ解像度をもつ
約１．５Ｍビット／ｓの目標率を有する。当業者には明
らかなように、本発明はより高い解像度とビットレート
で作動するため些細な方法で延長される。
【００３９】１つの実施例において、適応量子化デバイ
ス２０６は、数２の量子化プロセスをωijによる量子化
と、次にｑp による量子化による２つのステップに分割
するように作動する。これら２つのステップの間に、ｑ
p の値が出力データ率等化バッファ１１８の完全性と同
様、第１ステップの結果を基にして選択される。
【００４０】図３に戻ると、ブロック図は適応量子化デ
バイス２０６の１つの実施例を図解している。
【００４１】図３に示されるように、変換係数Ｃijは第
１乗算器３０２に入力されて、ブロック３０４によりバ
ス３０６に沿って入力される数量
【００４２】
【外１】
【００４３】と掛け合わせられる。これは第１量子化ス
テップで、部分的に量子化された係数Ｃｗijを生じる。
スケーリングファクタ
【００４４】
【外２】
【００４５】が、たとえ全ての演算が整数演算で実行さ
れるとしても十分な正確さが保全されるように選択され
る。ωijの値がビデオシーケンスのため変化しないた
め、乗数ファクタ
【００４６】
【外３】
【００４７】もまた一定のままであり、シーケンスの始
めに一度計算される必要があるだけである。事前に計算
された値は、６４の整数のテーブルに任意の正確さで記
憶される（各８ｘ８変換係数に１個）。ＭＰＥＧにおい
て、２つのωijマトリックスが可能であり、従って２つ
のテーブルが必要とされる。
【００４８】その後、乗算器３０２の出力（Ｃｗij）は
第２乗算器３１０に入力されて、ここでＣｗijはブロッ
ク３１２によって示される２q ／ｑp に掛け合わせられ
る。これは第２量子化ステップである。しかしながら、
第１量子化ステップと異なり、ｑp は変数であり、ｑp
選択デバイス３１４によって決定される。スケーリング
ファクタ２q が、たとえ全ての作動が整数演算で実行さ
れるとしても十分な正確さが保全されるように選択され
る。以下により明確に示されるように、ｑp による量子
化は、ＭＰＥＧにおける全ての可能な２q ／ｑp 値に対
応する先に記憶された３１個の整数値による乗算を介し
て実行される。この場合、ｑ指数がステップの結果の正
確さを決定する。中間量子化結果に必要なビットの数を
増やさずに、整数演算の正確さを更に向上するというこ
の概念の延長がある。例えば、
【００４９】
【外４】
【００５０】による乗算を
【００５１】
【外５】
【００５２】による乗算に分割して、２m によって正規
化すること（除算又は２進シフト）は可能である。勿
論、浮動小数点演算が利用可能であれば、２つのスケー
リングの累乗は不要である。
【００５３】そのようにして、数２によって数学的に定
義され図３によって図解された量子化ステップは２つの
別のステップに分割される。第１ステップは数学的に以
下のように表現される。
【００５４】
【数３】
【００５５】ここで数３は乗算器３０２で実行される。
第２ステップは以下のように表現される。
【００５６】
【数４】
【００５７】ここで数４は乗算器３１０、加算器３２
０、乗算器３２８によって実行される。数４において、
ｑp の値は少なくとも部分的にはＣｗijの値、従ってマ
クロブロックのエネルギーレベル（又は複雑さ）を基に
選ばれる。
【００５８】仮に浮動小数点プロセッサが使われるなら
ば、ωとｑはゼロに設定されることが可能であるという
ことを理解すべきである。
【００５９】次に、結果となる量子化された変換係数Ｃ
ｑijが、バス１１２のＶＬＣデバイス１１４に出力され
る。
【００６０】前述の通り、ｑp はバッファ１１８の完全
性とビット割り当て配慮を基にすると同様に、変換ブロ
ックとまたその近隣のブロックのエネルギー含量を基に
して選択される。ｑp の値が高くなるにつれて、画像が
より圧縮される。そのようにして、画質を犠牲にする代
わりに、ビットが割り当てられる必要がより少ない。高
エネルギー画像では、ユーザは画像の異常を容易に気が
つくことができないということが発見された。反対に、
低エネルギー画像ではユーザは画像の異常を容易に気が
つくことができる。そのようにして、低エネルギー画像
ではｑp をできるだけ低くして、圧縮を減らすべきであ
る。ＭＰＥＧの場合、ＭＢは自然に４つの８ｘ８個の輝
度ブロックの近隣を定義するため、エネルギーを測定す
るための自然単位を構成する。しかしながら、レート制
御要件のためｑp は上限及び下限を有する。そのように
して、必要なときのみ画質を最大限にする一方、レート
制御限度内に留まることが望ましい。
【００６１】ｑp 選択デバイス３１４は、概して以下の
通り作動するよう構成される。 １．ビット割り当てとバッファ１１８完全性制御配慮を
基にして１から３１の間の範囲で第１量子化ファクタｑ
p 0 を選択せよ。選択の実際の方法は重要でなく、多く
の可能性の１つである。例えば上述の書類であるＭＰＥ
Ｇ９０／４１はそのような１つの方法を述べている。 ２．ＭＢのエネルギー配慮を基にして第２量子化ファク
タｑp low を選択せよ。この選択の好ましい方法は、所
定のマクロブロックの最大限のエネルギー含量変換係数
の内の最小限の決定を基にする。これは以下のステップ
で表現される。 ａ．ＭＢにおける４つの輝度ブロックで、各輝度ブロッ
クの部分的に量子化されたＣｗij b 係数の最大を得よ。
これは以下のように表示される。
【００６２】
【数５】
【００６３】ここで指標ｂはＭＢの４つの輝度ブロック
の各々を表示する。ｂ．Ｃｗminimax を以下のように定
義せよ。
【００６４】
【数６】
【００６５】換言すると、ＭＢの各輝度ブロックに対応
する部分的に量子化された変換係数（Ｃｗij）の４つの
最大Ｃｗmax b の内の最小を決定せよ。ｃ．Ｃｑ
minimax が定義済の値であるようにｑp low を選択せ
よ。即ち、例えば数４を用いると以下のようになる。
【００６６】
【数７】
【００６７】Ｃｑminimax ＝２m の場合、丸めるファク
タ（ｋ＝０）を無視すれば、ｑp low の微分はかなり単
純化される。この場合は以下のとおり。
【００６８】
【数８】
【００６９】３．最後のｑp 選択は、レート制御と他の
制約条件を適切に満足させるはずであるｑp low を基に
する。例えば、ｑp 0 がレート制御配慮を基にして選ば
れるため、ｑp 0 の大きな値は、レート等化バッファ１
１８がほぼ完全であり、
【００７０】
【外６】
【００７１】を選ぶべきであると示している。一方、バ
ッファ１１８が全く完全でないならば、任意のｑp ＝ｑ
p low ≦ｑp 0 が受け入れられる。ｑp が１から３１の
間を変化するＭＰＥＧにおいてかなり上手にはたらくヒ
ューリスティックは、以下の通りである。
【００７２】
【数９】
【００７３】ここでα＞１である。特に、レートが約
１．５Ｍビット／ｓのとき、α＝２．５が上手にはたら
く。
【００７４】当業者に自明であろうが、他のヒューリス
ティックも可能である。ｑp 選択デバイス３１４の付加
の確認によって、いずれの量子化された輝度係数も最大
値を越えないと保証される。例えば、ＭＰＥＧはＣｑij
＜２8 を必要とする。この要件は、最後のｑp が少なく
とも以下に定義されたｑp min の値と同じくらいの大き
さであると保証することによって満足される。
【００７５】
【数１０】
【００７６】
【数１１】
【００７７】明らかに、これらの制約はまた色差ブロッ
クに延長される。
【００７８】図４を参照すると、ｑp 選択デバイス３１
４がより詳細に説明されている。
【００７９】図示の通り、部分的に量子化された変換係
数Ｃｗijはバス３１６に沿って第１ラッチ４０２に入力
される。第１ラッチ４０２は、ただ１つの変換係数が最
大選択モジュール４０６（後に説明される）に渡される
ことを保証するため提供される。第１ラッチ４０２は１
クロックサイクルでデータを保持するだけである。
【００８０】次に、変換係数はバス４０４に沿って最大
選択モジュール４０６に出力される。最大選択モジュー
ル４０６は、各マクロブロックの４つのサブブロックの
各々における最大変換係数を決定するため提供される。
最大選択モジュール４０６の作動は、数５の数学的表現
に相当する。
【００８１】第２ラッチ４１０はゼロに初期設定され
る。６４サイクル後、第２ラッチ４１０は、マクロブロ
ック内の１つのサブブロックにも対応する単一８ｘ８画
素ブロックの、第１の６４個の変換係数Ｃｗijの中に最
大値を含む。
【００８２】この時点で、６４サイクルカウンタ４０３
は第２ラッチ４１０をクリアし、同様に第１ラッチ４０
２及び第１最大選択モジュール４０６の作動をリセット
するよう作動する。次に、第１ラッチ４０２及び第１最
大選択モジュール４０６は、マクロブロックの次のサブ
ブロックを表示する変換係数の次のシーケンスの用意を
する。
【００８３】簡潔には、第１最大選択モジュール４０
６、第１ラッチ４０２、第２ラッチ４１０の機能は、単
にマクロブロック内の各サブブロックの最大変換係数Ｃ
ｗijを選ぶことである。
【００８４】６４サイクルを読み出した後の６４サイク
ルカウンタ４０３は、第２ラッチ４１０が現サブブロッ
クに対応する最大の変換係数Ｃｗijを含むことを知る。
そのようにして、この最大値はバス４１２に沿って第１
最小選択モジュール４１４に出力される。最小選択モジ
ュール４１４は、１つのマクロブロックのため計算され
た４つの最大変換関数の内の最小変換関数を決定するよ
う構成される。これはＣｗminimax と定義される。最小
選択モジュール４１４の作動は、数６の数学的関係に対
応する。
【００８５】作動では、第３ラッチ４２０が非常に大き
い値に初期設定される。従って、第１カウンタ４０３が
６４サイクルの回数に達するごとに、最小選択モジュー
ル４１４は１つの比較をするよう促される。その比較と
は、第３ラッチ４２０に記憶された現行値と、バス４１
２に沿って最小選択モジュール４１４に入力されている
現最大変換係数Ｃｗijである。そのようにして、第１の
６４サイクルカウンタ４０３の４サイクル後に、第３ラ
ッチ４２０はＣｗminimax と定義される、マクロブロッ
クの４ブロックの最大変換係数Ｃｗijの最小値で負荷さ
れる。４サイクルカウンタ４０５は実質的に４つのブロ
ックを計算するカウンタである。マクロブロックの４つ
の輝度ブロックがこのプロセスを完了すると、次に第４
ラッチ４２６がバス４２４に沿ってＣｗminimax で負荷
される。
【００８６】その時点で、Ｃｗminimax は乗算器４３０
に出力されて、ブロック４３２に示される正しい累乗へ
と正規化される。乗算器４３０の出力はｑp low であ
る。乗算器４３０の作動は、数８によって与えられる数
学的表現に対応する。
【００８７】次に、ｑp low の値は第２最大選択モジュ
ール４３６に出力される。最大選択モジュール４３６は
概して、ｑp のため選ばれた極限値が任意のレート制御
要件の下限より下でないことを保証するため提供され
る。
【００８８】最大選択モジュール４３６の出力は、レー
ト制御要件のため下になることのできない値より大きい
か又は等しいｑp の値である。もしより低い値が選ばれ
ると、レート等化バッファはオーバーフローし始め、従
って情報が失われる。もしｑ p low が下限より下になる
と、次に最大選択モジュール４３６は下限選択モジュー
ル４４０（後に説明される）によって計算されたｑp の
下限値を代わりに選択する。
【００８９】最大選択モジュール４３６によって出力さ
れた値は、最小選択モジュール４４４に出力される。最
小選択モジュール４４４は、ｑp の極限値が、レート制
御要件のため上になることのできない値より小さいか又
は等しいように選ばれることを保証するため提供され
る。換言すれば、最大選択モジュール４３６はｑp low
が任意の最大値ｑp 0 以上になることを可能にしない。
この場合、レート制御の問題は等化バッファのアンダー
フローの問題である。バッファはほぼ空であり、伝送す
るデータを有さないであろう。そのようにして、最小選
択モジュール４４４は最後に選択されたｑp がレート制
御に必要な一定の値より上にならないよう保証する。ｑ
p 0 のこの値は、バッファの完全性の測定より計算され
る。前述のように、ｑp o の計算の１つの方法はＭＰＥ
Ｇ９０／４１に記述されている。
【００９０】最後に、４６０に組み込まれるブロックの
集合が数１０、数１１を実施するため用いられる。これ
らの方程式の目的は、値ｑp min が最後に量子化された
係数Ｃｑijが定義済の最大を越えないよう保証するｑp
の下限である、と定義することだと再現している。デバ
イス４１４、４２０、４２６、４３０及び４３２は数学
的方程式数６と数８を実施するため再現される。モジュ
ール４６０に組み込まれたデバイスは、最小選択を最大
選択に置換するのを除いて同一である。これはまた数６
と数８及び、対応する数１０と数１１の違いでもある。
【００９１】内部モードＭＢの品質が、全体のビデオの
品質にとって重要であることを理解すべきである。特
に、ＧＯＰの内部画像におけるＭＢの品質はそのＧＯＰ
の他の画質を決定するに際して重大である。低いビット
レートのとき、多くの変換を基にしたスキームの最も反
対すべき歪みは、変換係数の粗い量子化による塊状の出
現であり、変換されたブロックのエッジの回りの画素輝
度のミスマッチを導く。塊状は比較的平滑な、即ち、殆
ど輝度アクティビティがない画像の領域で、最も明らか
である。一旦導入されると、内部画像の塊状は他のＧＯ
Ｐにも残る傾向がある。従って、塊状を最も視覚的に厄
介な領域に軽減することが重要である。低い輝度アクテ
ィビティの領域は、ＤＣＴ変換のＡＣ係数における低エ
ネルギー含量によって特徴付けられる。しかしながら、
ＤＣ係数は画素ブロックの平均値を定義するだけであっ
て、そのアクティビティを定義しない。このため本発明
は、図４のアルゴリズムをＡＣ係数６３個に適用するだ
けで、ＤＣ係数１個には適用しない。更に、約１．５Ｍ
ビット／ｓで符号化するとき、Ｃｑminimax の好ましい
値は２である。
【００９２】予測ＭＢの適応量子化は若干異なる。この
場合、ＤＣ係数は図４のプロセスに含まれるべきであ
る。約１．５Ｍビット／ｓで符号化するときは、適応量
子化を先の予測画像のＭＢに適用するだけで有用であ
る。この場合、Ｃｑminimax ＝１が好ましい。
【００９３】
【発明の効果】本発明は上記より構成され、スケーリン
グファクタを決定及び変更し、適応量子化の特徴を用い
て静止及び動作画像を変換係数に符号化するような装置
と方法を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動作画像エンコーダを示す高度なブロ
ック図である。
【図２】本発明の変換係数モジュールと適応量子化モジ
ュールを示すブロック図である。
【図３】適応量子化モジュールのアーキテクチャを示す
より詳細なブロック図である。
【図４】ｑp 選択モジュールのアーキテクチャを示すよ
り詳細なブロック図である。
【符号の説明】
１０４、１１０、１１２、１２４、２０４ バス １０６ エンコーダ ２０２ 変換係数デバイス ２０６ 適応量子化デバイス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エリツク ヴイズイツト アメリカ合衆国06811、コネチカツト州ダ ンブリー、ミル プレイン ロード 55、 ユニツト 18−４

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ビデオ画像が複数の画像を有し、各画像
    が複数のマクロブロックを有し、各マクロブロックが複
    数のサブブロックを有する、ビデオ画像を符号化するた
    めの装置であって、 （ａ）マクロブロックのサブブロックの各々毎に変換係
    数Ｃijを生成するため構成された第１モジュールと、 （ｂ）前記変換係数を可変的に量子化するため構成され
    ると共に、第１量子化ステップ、次に第２量子化ステッ
    プで前記変換係数Ｃijを量子化するため更に構成される
    第２モジュールであって、前記第１量子化ステップがマ
    クロブロックのサブブロックの各々毎に部分的に量子化
    された係数Ｃｗijの集合を生成するための定義済のマト
    リックスでの重みのマトリックスによる量子化であり、
    前記第２量子化ステップがマクロブロックの各サブブロ
    ック毎の前記Ｃｗijの計算を基にした変数スケーリング
    ファクタｑp による量子化である、第２モジュールと、 を含むビデオ画像の符号化装置。
  2. 【請求項２】 前記ｑp がＣｗminimax の計算を基に
    し、Ｃｗminimax がマクロブロックの各サブブロック毎
    のＣｗijの最大の内の最小である、請求項１に記載のビ
    デオ画像の符号化装置。
  3. 【請求項３】 ｑp が出力等化バッファのレート制御要
    件をも基にする、請求項１に記載のビデオ画像の符号化
    装置。
  4. 【請求項４】 ビデオ画像が複数の画像を有し、各画像
    が複数のマクロブロックを有し、各マクロブロックが複
    数のサブブロックを有する、ビデオ画像を符号化するた
    めの方法であって、 （ａ）マクロブロックのサブブロックの各々に変換係数
    Ｃijを生成するステップと、 （ｂ）変数量子化ファクタＱp を生成するステップであ
    って、第１量子化ステップ、次に第２量子化ステップを
    含み、前記第１量子化ステップが部分的に変換された変
    換係数Ｃｗijを生成するための固定スケーリング重みω
    ijによる量子化であり、前記第２量子化ステップがマク
    ロブロックの各サブブロックの前記Ｃｗijの計算を基に
    した変数スケーリングファクタｑp による量子化であ
    る、変数量子化ファクタＱp を生成するステップと、 （ｃ）量子化された変換係数Ｃｑijを生成するため、前
    記変数量子化ファクタＱ p によって前記変換係数Ｃijを
    基準化するステップと、 を含むビデオ画像の符号化方法。
  5. 【請求項５】 ステップ（ｂ）がＣｗminimax の計算を
    基にしてｑp を決定するステップを更に含み、前記Ｃｗ
    minimaxがマクロブロックの各サブブロックにおける前
    記Ｃｗijの最大の内の最小である、請求項４に記載のビ
    デオ画像の符号化方法。
  6. 【請求項６】 ステップ（ｂ）が出力等化バッファのレ
    ート制御要件を基にしてｑp を決定するステップを更に
    含む、請求項４に記載のビデオ画像の符号化方法。
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