JPH05336511A - 動画像符号化装置 - Google Patents

動画像符号化装置

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JPH05336511A JP14303092A JP14303092A JPH05336511A JP H05336511 A JPH05336511 A JP H05336511A JP 14303092 A JP14303092 A JP 14303092A JP 14303092 A JP14303092 A JP 14303092A JP H05336511 A JPH05336511 A JP H05336511A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 復号遅延を短くできる可変ビットレートの動
画像符号化装置を提供すること。 【構成】 フレーム単位で入力される入力動画像信号を
フレーム応じて異なり、かつ所定の複数フレームに相当
するウインドウサイズの約数の周期で周期的に変化する
符号化方式で符号化する符号化器１１と、符号化方式毎
に設定された符号化データの目標発生情報量に従って、
符号化データのウインドウサイズ内の発生情報量を申告
値以下に制御する可変レート制御部１３とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、可変レート符号化方
式の動画像符号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】可変レートの情報伝送ができる通信網、
例えばＡＴＭ（非同期転送モード）通信網を用いて動画
像の符号化データを伝送しようとする試みがなされてい
る。通信網が符号化データを情報発生量にかかわらず理
想的に伝送できれば、低遅延で画質は一定となる。しか
し実際には、網のトラフィック制御のためにユーザから
通信網に伝送情報の統計的性質を示すパラメータ値、例
えば平均ビットレートを申告し、網側で使用量パラメー
タ制御（ＵＰＣ：Usage Parameter Control ）を行っ
て、ユーザが申告値を守っているかどうかを監視する方
式がとられる。従って、ユーザである符号化装置の側で
は、申告値を守るように符号化データの発生情報量を制
御する必要がある。
【０００３】ＵＰＣの方式として、従来より図１３に示
すようなウインドウを用いる方式が知られている。図１
３（ａ）はスライディングウインドウと呼ばれ、位相を
１フレーム（または１フィールド）ずつスライドさせた
ウインドウを設定し、各ウインドウ内の平均ビットレー
トを申告値以内に制限する方式である。図１３（ｂ）は
ジャンピングウインドウと呼ばれ、位相をウインドウ幅
ずつずらせたウインドウを設定し、各ウインドウ内の平
均ビットレートを制限する方式である。
【０００４】図１４は、従来のスライディングウインド
ウの制限の下での可変レート動画像符号化装置のブロッ
ク図であり、ウインドウ内の符号化データの発生情報量
を積算し、符号化データの伝送時の平均ビットレートが
申告値以内に納まるようにフィードバック制御する方式
である。図１４において、入力動画像信号は符号化器４
１で符号化される。符号化器４１から出力された符号化
データは、ウインドウ内発生符号量積算部４２に入力さ
れ、ウインドウ内の符号化データの発生情報量が積算さ
れる。ウインドウ内発生情報量４３は、可変レート制御
部４４に入力される。可変レート制御部４４では、ウイ
ンドウ内発生情報量４３と目標値を比較することにより
制御情報４５を出力する。この制御情報４５によって、
符号化器２１から出力される符号化データの発生情報
量、すなわち伝送レートが可変制御される。
【０００５】このような可変伝送レートの動画像符号化
方式の具体例としては、例えば(1)特開平２−３０５２
８４号公報に開示された方式や、(2) “ＶＢＲ映像伝送
に関する−考察−スライディングウインドウの制限のも
とでの符号量制御−”、信学春季全大Ｄ−３４２，７−
８４，１９９２がある。可変伝送レートの動画像符号化
方式は、固定レートの動画像符号化方式に比較して復号
遅延（符号化装置の入力から復号化装置の出力までの遅
延時間）が小さいため、通信用の画像符号化方式として
特に有効である。
【０００６】しかし、図１４のような構成では、可変レ
ート制御部４４においてウインドウ内発生情報量の目標
値（平均ビットレート）を申告値（申告平均ビットレー
ト）と一致させた場合、発生情報量が申告値より多いフ
レームまたはフィールドが生じると、１フレームまたは
１フィールドずつスライドさせた各ウインドウ内の平均
ビットレートを申告値以内に制限するというスライディ
ングウインドウの制約から、反動で低いビットレートで
しか符号化データを伝送できないフレームまたはフィー
ルドが生じてしまう。この結果、図１５（ａ）に示すよ
うに、符号化データの伝送可能情報量がウインドウサイ
ズの周期で振動する現象が生じる。このような現象を避
けるために、ウインドウ内発生情報量の目標値を申告値
より下げた場合は、図１５（ｂ）に示すようになり、申
告値と同じ固定ビットレート（申告平均ビットレート）
と比較して、実際の平均ビットレート、つまり符号化デ
ータの伝送可能情報量は低下する。
【０００７】一方、動画像符号化においては予測符号化
が用いられるわけであるが、その符号化方式（予測方
式）の性質により、各フレームの符号化データの発生情
報量が大きく異なる場合もある。図１６（ａ）は、従来
のＶＴＲ等の蓄積媒体用の動画像符号化方式における予
測構造を示したものであり、フレーム内符号化したフレ
ーム（Ｉピクチャという）５１、前方予測符号化または
フレーム内符号化したフレーム（Ｐピクチャという）５
２、および両方向予測符号化、前方予測符号化、後方予
測予測符号化またはフレーム内符号化したフレーム（Ｂ
ピクチャという）５３からなっている。Ｐピクチャおよ
びＢピクチャにおいて、予測画像としてどのフレームを
参照するかは、符号化効率によって選択される。この方
式では、一般に各ピクチャでの発生情報量はＩ＞Ｐ＞Ｂ
の関係が成り立つ。また、蓄積媒体用の動画像符号化の
要求条件として、ランダムアクセスを可能とするため
に、所定数のフレームのかたまりであるＧＯＰ（Group
of Picture）と呼ばれるレイヤを持っている。このよう
な動画像符号化方式の例としては、ＭＰＥＧの標準方式
（ISO/IEC JTC1/SC2/WG11 MPEG90/176,Coding of Movin
g Picture For DigitalStorage Media.）が知られてい
る。
【０００８】図１６（ａ）に示すような動画像符号化方
式は、Ｂピクチャが未来のフレームからの予測を行って
いるため、復号遅延が大きくなるという難点がある。こ
れに対し、図１６（ｂ）に示すようにＢピクチャの代わ
りに、複数のフレームからの前方予測またはフレーム内
符号化を行い、他のフレームの予測符号化に際し予測画
像として参照しないフレーム（Ｐ′ピクチャという）５
４を用いることで、復号遅延を小さくする予測符号化方
式も考えられている。しかし、この方式でもフレーム間
のビットレートの違いが大きいため、固定レートの伝送
においては大きな復号遅延が生じる。
【０００９】そこで、図１６のような動画像符号化方式
で符号化されたデータを復号遅延が小さい可変ビットレ
ートで伝送することが考えられる。しかし、図１４に示
した従来の可変レート動画像符号化装置では、前述のよ
うに符号化データの伝送可能情報量がウインドウサイズ
の周期で振動する現象が生じることがある。従って、符
号化データの発生情報量が多くなる符号化方式のフレー
ムまたはフィールドにおいて、少ない情報量しか伝送で
きない場合が生じるため、画質を落とすか、コマ落とし
を行うか、あるいは固定ビットレートの場合より大きな
復号遅延を想定しなければならなくなるという問題が生
じる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、ウイ
ンドウ内の平均ビットレートを申告値以下とするように
符号化データの発生情報量を制御して符号化データの伝
送ビットレートを制御する従来の可変レート動画像符号
化装置では、ウインドウ内発生情報量の目標値を申告値
と一致させると、低ビットレートでしか伝送できないフ
レームまたはフィールドができ、ウインドウサイズの周
期で伝送可能な符号量の振動が生じるという問題があ
り、ウインドウ内発生情報量の目標値を申告値より下げ
ると、申告値と同じ固定レートと比較して少ない符号量
しか送信できないという問題がある。このため、画質を
落としたり、コマ落としをしたり、あるいは固定レート
より大きな復号遅延を想定しなければならず、低遅延
で、画質一定という可変伝送レートの利点を十分に生か
すことができなかった。
【００１１】本発明は、復号遅延を短くができる可変伝
送レートの動画像符号化装置を提供することを目的とす
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するため、フレームまたはフィールド単位で入力さ
れる入力動画像信号をフレームまたはフィールドに応じ
て異なり、かつ所定の複数フレームまたは複数フィール
ドに相当する単位時間（ウインドウサイズ）の約数の周
期で周期的に変化する符号化方式で符号化する符号化器
と、符号化方式毎に設定された符号化データの目標発生
情報量に従って、符号化データのウインドウサイズ内の
発生情報量を所定値（申告値）以下に制御する可変レー
ト制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１３】また、本発明は可変レート制御部におい
て、各フレームまたは各フィールド毎の符号化データの
制御目標発生情報量を符号化データの目標発生情報量値
以下となるように、各フレームまたは各フィールド毎に
符号化データの発生情報量を制御することを特徴とす
る。
【００１４】さらに、本発明は符号化器が入力動画像信
号のフレームまたはフィールドに応じて異なる予測方式
で予測符号化を行うものである場合、可変レート制御部
において、他のフレームまたはフィールドの予測符号化
に際し予測画像として参照されないフレームまたはフィ
ールドの入力動画像信号のコマ落としを行うことによ
り、符号化データの発生情報量を制御することを特徴と
する。
【００１５】
【作用】本発明では、フレームまたはフィールド毎に異
ならせた符号化方式をウインドウサイズの約数の周期で
周期的に変化させると共に、符号化方式毎に符号化デー
タの目標発生情報量を設定して、符号化データのウイン
ドウサイズ内の発生情報量を申告値以下に制御する可変
レート制御を行うことにより、固定伝送レートにおいて
は復号遅延が大きくなるような動画像信号の符号化に際
しても、短い復号遅延で符号化データを伝送することが
できる。
【００１６】例えば１秒当たりのフレーム数をＦ(frame
/sec) 、申告値である平均ビットレートをＲ(bit/sec)
、ウインドウサイズをＷ(frame) 、最初のＷ枚の各フ
レームの符号化データの発生情報量をｆi (bit) （ｉ＝
１，…，Ｗ）として、これらの関係を［数１］のように
設定する。
【００１７】この場合、スライディングウインドウの制
約を課すと、申告値の平均ビットレートＲ(bit/sec) で
符号化データを伝送するには、（Ｗ＋１）番目、（Ｗ＋
２）番目…のフレームの符号化データの発生情報量ｆ
W+1 ，ｆW+2 ，…を［数２］のようにすればよい。この
［数２］を一般化すると、［数３］が成り立ち、ウイン
ドウサイズＷの周期で同じ伝送ビットレートが繰り返さ
れることになる。
【００１８】
【数１】
【数２】
【数３】 従って、目標発生情報量を所定値、例えば申告値の平均
ビットレート以下になるように予め設定し、本発明に従
いウインドウサイズの約数の周期で符号化方式を周期的
に変化させ、それに伴い符号化データの各フレームまた
は各フィールド内の目標発生情報量を変化させれば、符
号化データの伝送レートはウインドウサイズの周期で同
一レートの繰り返しとなる。これにより、スライディン
グウインドウを適用した場合に、符号化データの発生情
報量が多くなる符号化方式（予測方式）のフレームまた
はフィールドにおいて少ない情報量しか伝送できない事
態が生じることはなくなる。ジャンピングウインドウに
適用した場合においても、各ウインドウ内の符号化デー
タの平均ビットレートを制限するという制約を満足でき
る。
【００１９】また、各フレームまたは各フィールド毎の
符号化データの制御目標発生情報量を目標発生情報量以
下となるように、各フレームまたは各フィールド毎に符
号化データの発生情報量を制御すれば、入力動画像信号
の変動に対しても制御が破綻することない。
【００２０】さらに、入力動画像信号のフレームまたは
フィールドに応じて異なる予測方式で予測符号化を行う
場合に、他のフレームまたはフィールドの予測符号化で
予測画像として参照されないフレームまたはフィールド
の入力動画像信号のコマ落としを行うことで符号化デー
タの発生情報量を制御すれば、符号化器での予測構造を
変更することなく、発生情報量の制御が可能となる。
【００２１】このように、従来では各フレームまたは各
フィールドの符号化データの伝送レートが異なる固定伝
送レートにおいて復号遅延が大きくなるような動画像符
号化に際しても、短い復号遅延で符号化データを伝送す
ることが可能となる。
【００２２】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【００２３】（第１の実施例）図１は、本発明の第１の
実施例に係る動画像符号化装置の構成を示すブロック図
であり、フレーム毎に異なった予測符号化方式をとる動
画像符号化方式を可変伝送レートの動画像符号化装置に
適用した例を示している。この動画像符号化装置は、フ
レーム単位で入力される入力動画像信号を符号化する符
号化器１１、符号化器１１から出力される符号化データ
を一時保持して伝送路との速度整合をとり伝送データと
して出力するバッファ１２、および符号化器１１からの
符号化データの発生情報量を制御して伝送レートを可変
制御する可変レート制御部１３からなる。
【００２４】可変レート制御部１３は、入力動画像信号
が終わりになるまでフレーム毎の処理を行う。この可変
レート制御部１３は、目標発生情報量Ｍを設定するため
の目標発生情報量設定部１４、制御目標発生情報量Ｓを
計算する制御目標発生情報量計算部１５、コマ落とし判
定処理部１６および出力情報量Ｎを計算する出力情報量
計算部１７からなる。
【００２５】ここで、目標発生情報量Ｍは各フレームに
ついて予め設定された発生情報量の目標値であり、制御
目標発生情報量計算部１５、コマ落とし判定処理部１６
および出力情報量計算部１７に与えられる。制御目標発
生情報量Ｓは、各フレームにおいて符号化器１１から出
力されるべき符号化データの発生情報量Ｃの制御目標値
であり、符号化器１１に与えられる。出力情報量Ｎは、
各フレーム時間毎にバッファ１２から出力されるべき伝
送データの情報量であり、バッファ１２に与えられる。
【００２６】図２は、符号化器１１の内部構成の一例を
示すブロック図である。図２において、入力動画像信号
はコマ落とし回路２１を介して減算器２２に入力され、
予測画像信号２３との差分がとられて、予測残差信号が
生成される。この予測残差信号とコマ落とし回路２１か
らの入力動画像信号のいずれか一方がスイッチ２４によ
って選択され、ＤＣＴ（離散コサイン変換）回路２５に
より離散コサイン変換される。ＤＣＴ回路２５で得られ
たＤＣＴ係数データは、量子化回路２６で量子化され
る。量子化器２６で量子化された信号は二分岐され、一
方は可変長符号化回路２７で可変長符号化される。可変
長符号化回路２７の出力である符号化データは、図１の
バッファ１２に入力される。
【００２７】一方、量子化回路２６で量子化され二分岐
された信号の他方は、逆量子化回路２８およびＩＤＣＴ
（逆離散コサイン変換）回路２９により量子化回路２６
およびＤＣＴ回路２３の処理と逆の処理を順次受けた
後、加算器３０でスイッチ３１を介して入力される予測
画像信号２３と加算されることにより、局部復号信号が
生成される。この局部復号信号は、動きベクトル検出回
路やフレームメモリから構成される動き補償適応予測回
路３２に入力され、ループフィルタ３３を経て予測画像
信号２３が生成される。予測回路３２では、符号化対象
である入力動画像信号のフレームに応じて、図１６に示
した予測方式のいずれかが選択される。
【００２８】図１の可変レート制御部１３内の制御目標
発生情報量計算部１５から出力される制御目標発生情報
量Ｓは、図２の量子化回路２６および逆量子化回路２８
に与えられ、量子化ステップサイズを制御する信号とな
る。すなわち、この例では量子化ステップサイズの制御
によって符号化レートが可変制御される。また、可変レ
ート制御部１２内のコマ落とし判定処理部１７の出力
は、図１のコマ落とし回路２１に与えられる。
【００２９】図３および図４に示すフローチャートを参
照して、図１の動画像符号化装置におけるレート制御動
作を説明する。まず、目標発生情報量設定部１４で各フ
レームの目標発生情報量Ｍ［ｉ］を設定する（Ｓ１０
１）。次に、バッファ量Ｂ、ポインタｉおよびｊをそれ
ぞれ０に初期設定する（Ｓ１０２）。ここで、１秒当た
りのフレーム数をＦ(frame/sec) 、平均ビットレートの
申告値をＲ(bit/sec) 、ウンドウサイズをＷ(frame) 、
符号化器１１での符号化方式（予測方式）と符号化デー
タの目標発生情報量の切替えの繰り返し周期をＶ(fram
e) （但し、ＶはＷの約数）とすると、Ｓ１０１ではこ
れらの関係を［数４］のように設定する。
【００３０】
【数４】 ［数４］において、左辺はＶ(frame) 内の符号化データ
の発生情報量、右辺は申告値Ｒに従う符号化データの発
生情報量である。すなわち、［数４］は本発明に基づい
て、符号化方式（予測方式）と目標発生情報量の切替え
周期Ｖ(frame)を所定値（Ｖ・Ｒ／Ｆ）以下に設定する
ことを表わす。
【００３１】フレーム毎の符号化方式は、フレーム内符
号化したフレームをＩピクチャ、前方予測またはフレー
ム内符号化したフレームをＰピクチャ、複数の前方予測
またはフレーム内符号化したフレームＰ′ピクチャとす
る。一般に、各符号化方式での発生情報量はＩ＞Ｐ＞
Ｐ′の関係が成り立つことから、予測方式に応じて各フ
レームの順番と目標発生情報量Ｍ［ｉ］を予め設定す
る。
【００３２】例えばウインドウサイズをＷ＝８(frame)
とし、平均ビットレートの申告値をＲ＝９（Ｍbit/se
c)、１秒当たりフレーム数をＦ＝３０(frame) とする
と、８フレームをＩ→Ｐ′→Ｐ→Ｐ′→Ｉ→Ｐ′→Ｐ→
Ｐ′の順番で符号化するとして、［数４］に従い、［Ｉ
の情報量＋Ｐ′の情報量＋Ｐの情報量＋Ｐ′の情報量＋
Ｉの情報量＋Ｐ′の情報量＋Ｐの情報量＋Ｐ′の情報
量］＝８・９／３０（Ｍbit)となるように、例えば Ｉの情報量 ＝１６／３０（Ｍbit) Ｐの情報量 ＝ ８／３０（Ｍbit) Ｐ′の情報量＝ ６／３０（Ｍbit) と、各フレームの符号化データの目標発生情報量Ｍ
［ｉ］を予め設定する。
【００３３】符号化に際しては、フレーム毎にレート制
御を行い、符号化データの発生情報量を予め設定した目
標発生情報量Ｍ以下にする。送信開始から、図５に示す
ようにＩ→Ｐ′→Ｐ→Ｐ′→Ｉ→Ｐ′→Ｐ→Ｐ′→Ｉ→
Ｐ′→Ｐ→Ｐ′→Ｉ→Ｐ′→Ｐ→Ｐ′→Ｉ→Ｐ′→Ｐ→
Ｐ′…のように繰り返し、予め各フレーム毎に設定した
レートで符号化データを伝送すれば、図１３（ａ）に示
したスライディングウインドウにおいて、任意の位相の
ウインドウ（８フレーム）内の平均ビットレートは、９
（Ｍbit/sec)以下となる。従って、図１４に示した従来
装置のようにウインドウ内の発生情報量を積算しないで
よい。
【００３４】この実施例では、ウインドウサイズＷ＝８
(frame) に対して、４(frame) の周期で同じ目標発生情
報量Ｍを設定したが、要はウインドウサイズＷの約数Ｖ
（この場合、Ｖ＝１，２，４，８(frame) ）の周期で同
じ目標発生情報量Ｍを設定すればよい。
【００３５】目標発生情報量設定部１４は、各フレーム
の目標発生情報量を記憶するメモリＭ［ｉ］（ｉ＝０，
…，Ｖ−１）と、このメモリのアドレスを示すポインタ
ｉから構成される。ｊ番目のフレームの目標発生情報量
は、ｊ−１を各フレーム毎の符号化方式と目標発生情報
量を切替える繰り返し周期Ｖで割った時の剰余数ｉ＝
（ｊ−１）mod Ｖをアドレスとしてメモリから読み出せ
ばよい。
【００３６】次に、制御目標発生情報量計算部１５にお
いて、バッファ量Ｂと各フレームの符号化データの目標
発生情報量Ｍ［ｉ］から、制御目標発生情報量Ｓを計算
する（Ｓ１０４）。すなわち、Ｓ１０３において入力動
画像信号が入力される毎に、目標発生情報量Ｍ［ｉ］か
らバッファ量Ｂを引いたものを制御目標発生情報量Ｓと
する。
【００３７】次に、符号化器１１において制御目標発生
情報量Ｓに基づいて入力動画像信号を符号化し、符号化
データをバッファ１２に送る（Ｓ１０５〜Ｓ１０６）。
【００３８】次に、出力情報量Ｎの計算部１７におい
て、バッファ量Ｂと目標発生情報量Ｍ［ｉ］から出力情
報量Ｎを計算する（Ｓ１０７〜Ｓ１０９）。すなわち、
符号化データがバッファに入力した時およびコマ落とし
の後に、もしバッファ量Ｂが目標発生情報量Ｍ［ｉ］を
上回っている場合は、バッファ１２の出力情報量Ｎは目
標発生情報量Ｍ［ｉ］とし、そうでない場合はバッファ
量Ｂを出力情報量Ｎとする。そして、バッファ１２に出
力情報量Ｎを送る。そして、バッファ１２は符号化器１
１から出力された発生情報量Ｃの符号化データを入力
し、これを出力情報量Ｎの伝送データとして出力する
（Ｓ１１０）。
【００３９】次に、コマ落とし判定処理部１６におい
て、バッファ量Ｂと次のフレームの目標発生情報量Ｍ
［ｊmod Ｖ］と、復号遅延時間Ｄから、コマ落としを行
うべきかどうかを判定する（Ｓ１１１）。バッファ１２
からの伝送データ出力時に、もしバッファ量Ｂが次のフ
レームの目標発生情報量Ｍ［ｊmod Ｖ］の復号遅延時間
Ｄの分を超える場合、つまりＢ＞Ｍ［ｊmod Ｖ］×Ｄの
場合には、コマ落とし回路２１を制御して、次のフレー
ムは符号化せずコマ落としを行い、その後Ｓ１０７に戻
る（Ｓ１１２〜Ｓ１１３）。Ｂ≦Ｍ［ｊmod Ｖ］×Ｄの
場合は、コマ落としをせず、Ｓ１０３に戻る（Ｓ１１
４）。
【００４０】なお、復号遅延Ｄは図示しない動画像復号
化装置の復号動作の開始タイミングを動画像符号化装置
の符号化動作の開始タイミングに対して遅延させる時間
であり、０以上１未満のフレーム時間の範囲に予め符号
化装置と復号化装置との間で設定される。
【００４１】図６は、符号化器１１から出力された符号
化データの発生情報量Ｃが制御目標発生情報量Ｓを上回
った場合についての処理を示している。例えば、復号側
で１／２フレームの遅延をさせて復号するとした場合
（Ｄ＝１／２(frame) ）、次のフレームの１／２フレー
ム時間までに伝送できれば、コマ落としはせずに、次の
フレームの制御目標発生情報量Ｓを前のフレームで発生
情報量Ｃが目標発生情報量Ｍを上回った分だけ下げ、次
のフレームの１／２フレーム時間までに伝送できない場
合は、次のフレームはコマ落としを行い、超過した分の
符号化データを出力する。図６の例では、フレーム
（６）はコマ落としされ、復号側ではフレーム（５）は
１フレーム時間遅れて表示され、その間はフレーム
（４）が繰り返し表示されることになる。
【００４２】各フレームの符号化方式に関しては、同じ
目標発生情報量を設定したフレームに対して異なる符号
化方式を採用してもよい。例えば、前方予測またはフレ
ーム内符号化したフレームについては、Ｐピクチャのう
ち設定レートの高いフレームをＰ″ピクチャとして、 Ｐ″の情報量＝１６／３０（Ｍビット） と予め設定し、送信開始からＩ→Ｐ′→Ｐ→Ｐ′→Ｐ″
→Ｐ′→Ｐ→Ｐ′→Ｐ→Ｐ″→Ｐ′→Ｐ→Ｐ′→Ｐ…の
ように伝送してもよい。また、目標発生情報量に関して
は、全てのフレームを同じ目標発生情報量にしても構わ
ない。
【００４３】このように符号化方式をウインドウサイズ
Ｗの約数Ｖの周期で周期的に変化させ、さらに符号化方
式毎に符号化データの目標発生情報量Ｍを設定すること
により、符号化データの発生情報量が多くなる符号化方
式のフレームにおいても、画質を犠牲にせず十分な情報
量の符号化データを伝送することができる。
【００４４】また、上記実施例と同様のレート制御を固
定伝送レートで行うためには、フレーム間の発生情報量
の違いを吸収するためのバッファを復号化装置側に設け
ることが必要であり、それにより復号遅延が大きくな
る。これに対し、上記実施例においては、可変伝送レー
トの利点を生かしてフレーム間の発生情報量の違いを吸
収するためのバッファは不要となり、復号遅延も小さく
なる。さらに、従来のスライディングウインドウの制限
の下での可変伝送レート制御とは異なり、ウインドウ内
発生情報量の積算を行う必要はない。
【００４５】（第２の実施例）図７は、本発明の第２の
実施例に係る動画像符号化装置のブロック図であり、図
１と対応する部分に同一の参照符号を付している。第１
の実施例においては、１フレームの発生情報量Ｃが制御
目標発生情報量Ｓに達しなかった場合、達しなかった分
が無駄になっていたが、第２の実施例ではこの点を改良
している。このため、図７では可変レート制御部１３内
に限界発生情報量Ｌを計算する限界発生情報量計算部１
８が追加されている。ここで、限界発生情報量Ｌはスラ
イディングウインドウの制約からくる、各フレームの符
号化データの発生情報量の限界値である。
【００４６】図８および図９に示すフローチャートを参
照して、同実施例におけるレート制御動作を説明する。
まず、目標発生情報量設定部１４で各フレームの目標発
生情報量Ｍを先と同様に設定し（Ｓ２０１）。次いで出
力情報量Ｎ、バッファ量Ｂ、ポインタｉおよびｊをそれ
ぞれ０に、フレーム番号ｋを１に、さらに限界発生情報
量ＬをＬ＝Ｗ・Ｒ／Ｆにそれぞれ初期設定する（Ｓ２０
２）。
【００４７】次に、制御目標発生情報量計算部１５にお
いて限界発生情報量Ｌ、バッファ量Ｂおよび各フレーム
の目標発生情報量Ｍ［ｉ］から制限目標発生情報量Ｓを
計算する。すなわち、Ｓ２０３において入力画像信号が
入力される毎に、目標発生情報量Ｍ［ｉ］が制限発生情
報量Ｌからバッファ量Ｂを引いたものより大きいかどう
かを判断し（Ｓ２０４）、大きければ制限目標発生情報
量Ｓは制限発生情報量Ｌからバッファ量Ｂを引いたもの
とし（Ｓ２０５）、そうでなければ目標発生情報量Ｍ
［ｉ］を制御目標発生情報量Ｓとする（Ｓ２０６）。こ
うして計算された制御目標発生情報量Ｓを符号化器１１
に送り、符号化データの発生情報量Ｃを制御する。
【００４８】次に、コマ落とし判定処理部１６において
各フレームの符号化を行う前にコマ落としを行うべきか
どうかを判定し（Ｓ２０７）、制御発生目標情報量Ｓが
目標発生情報量Ｍ［ｉ］の予め決めた閾値ε倍（０以上
１未満）以上の場合、すなわちＳ≧Ｍ［ｉ］×εの場合
は、コマ落としを行わず、符号化器１１において制御目
標発生情報量Ｓを基づいて入力動画像信号を符号化し
（Ｓ２０８）、得られた符号化データをバッファ１２に
送る（Ｓ２０９）。一方、Ｓ２０７の判定においてＳ≧
Ｍ［ｉ］×εの場合には、画質劣化を回避するためにコ
マ落とし処理を行う（Ｓ２１０）。
【００４９】次に、出力情報量計算部１７においてバッ
ファ量Ｂと限界発生情報量Ｌから出力情報量Ｎを計算す
る。符号化データがバッファ１２に入力した時およびコ
マ落としの後に、バッファ量Ｂが限界発生情報量Ｌを上
回っているかどうかを判定し（Ｓ２１１）、上回ってい
る場合には限界発生情報量Ｌを出力情報量Ｎ［ｊ］とし
（Ｓ２１２）、そうでない場合にはバッファ量Ｂを出力
情報量Ｎ［ｊ］とする（Ｓ２１３）。こうして計算され
た出力情報量Ｎ［ｊ］をバッファ１２に送ることによ
り、バッファ１２は符号化器１１から出力された発生情
報量Ｃの符号化データを入力して出力情報量Ｎ［ｊ］の
伝送データを出力する（Ｓ２１４）。
【００５０】次に、限界発生情報量計算部１８において
過去（Ｗ−１）フレームの出力情報量から、次のフレー
ムのスライディングウインドウの制約の下での符号化デ
ータの発生情報量の限界値Ｌを求める（Ｓ２１５）。限
界発生情報量計算部１８は過去Ｗフレームの出力情報量
Ｎを記憶するメモリＮ［ｊ］（ｊ＝０，…，Ｗ−１）を
持っていて、ｋ番目のフレームの出力情報量はｋ−１を
ウインドウサイズＷで割った時の剰余数ｊの位置に記憶
される。
【００５１】なお、限界発生情報量Ｌはウインドウ内の
出力情報量をフレーム毎に総計して求めることもできる
が、初期設定（Ｓ２０２）でＬをウインドウ内で出力で
きる総情報量Ｒ・Ｗ／Ｆに設定し、伝送データの出力時
に（過去Ｗフレーム前の出力情報量−現フレームの出力
情報量）をＬに加算することによって、より少ない計算
量で求めることができる。
【００５２】次に、コマ落とし処理判定部１６において
再びコマ落としを行うべきかどうかの判定を行い（Ｓ２
１６）、バッファ１２からの伝送データ出力時に、バッ
ファ量Ｂが次のフレームの限界発生情報量Ｌの復号遅延
時間Ｄの分を超える場合、つまりＢ＞Ｌ×Ｄの場合に
は、コマ落とし回路２１を制御して、次のフレームは符
号化せずコマ落としを行い、その後Ｓ２１１に戻る（Ｓ
２１７〜Ｓ２１８）。Ｂ≦Ｌ×Ｄの場合にはコマ落とし
をせず、Ｓ２０３へ戻る（Ｓ２１９）。
【００５３】この第２の実施例では、各フレームの制御
目標発生情報量Ｓは必ず予め設定した目標発生情報量Ｍ
以下になるため、従来のように制御が破綻することはな
い。また、第１の実施例１においては１フレームの発生
情報量Ｃが制御目標発生情報量Ｓに達しなかった場合、
達しなかった分には無駄になっていたのに対して、第２
の実施例では制御の方法が複雑になるが、限界発生情報
量Ｌを計算することにより、制御目標発生情報量Ｓに達
しなかった分を発生情報量Ｃが制御目標発生情報量Ｓを
超えた時に用いることができる。従って、第１の実施例
と比較して、復号遅延やコマ落としをさらに小さくする
ことができる。
【００５４】（第３の実施例）図１０は、本発明の第３
の実施例に係る動画像符号化装置を示すブロック図であ
り、図１、図２と対応する部分に同一の参照符号を付し
ている。第１および第２の実施例においては、コマ落と
しの処理は符号化データの発生情報量が多かったフレー
ムの次のフレーム符号化をしないことで行っている。こ
の場合、他のフレームの予測符号化に際し予測画像とし
て参照されるＩピクチャやＰピクチャなどのフレームが
コマ落としされると、符号化器１１での予測方式を変更
する必要があり、処理が複雑となる。そこで、第３の実
施例ではコマ落としを行うフレームを他のフレームの予
測符号化に際し予測画像として参照されないフレーム、
例えばＢピクチャやＰ′ピクチャに限定することによ
り、他のフレームの予測構造に影響を与えないようにし
ている。図１０では、可変レート制御部１３において図
１および図７における制御目標発生情報量計算部１５が
除去されており、また各部の機能および動作も異なって
いる。
【００５５】図１１および図１２に示すフローチャート
を参照して、同実施例におけるレート制御動作を説明す
る。まず、目標発生情報量設定部１４で各フレームの目
標発生情報量Ｍを先と同様に設定し（Ｓ３０１）。次い
で出力情報量Ｎ、バッファ量Ｂ、ポインタｉおよびｊを
それぞれ０に、フレーム番号ｋを１に、さらに限界発生
情報量ＬをＬ＝Ｗ・Ｒ／Ｆにそれぞれ初期設定する（Ｓ
３０２）。
【００５６】次に、符号化器１１において入力同画像信
号が入力される毎に目標発生情報量Ｍに基づいて入力動
画像信号を符号化し（Ｓ３０３〜Ｓ３０４）、得られた
符号化データをバッファ１２に送る（Ｓ３０５）。
【００５７】次に、出力情報量計算部１７においてバッ
ファ量Ｂと限界発生情報量Ｌから出力情報量Ｎを計算す
る。符号化データがバッファ１２に入力した時およびコ
マ落としの後に、バッファ量Ｂが限界発生情報量Ｌを上
回っているかどうかを判定し（Ｓ３０６）、上回ってい
る場合には限界発生情報量Ｌを出力情報量Ｎ［ｊ］とし
（Ｓ３０７）、そうでない場合にはバッファ量Ｂを出力
情報量Ｎ［ｊ］とする（Ｓ３０８）。こうして計算され
た出力情報量Ｎ［ｊ］をバッファ１２に送ることによ
り、バッファ１２は符号化器１１から出力された発生情
報量Ｃの符号化データを入力して出力情報量Ｎ［ｊ］の
伝送データを出力する（Ｓ３１０）。
【００５８】次に、限界発生情報量計算部１８において
過去（Ｗ−１）フレームの出力情報量から、次のフレー
ムのスライディングウインドウの制約の下での符号化デ
ータの発生情報量の限界値Ｌを求める（Ｓ３１０５）。
この限界発生情報量Ｌの具体的な計算方法は、第２の実
施例と同じである。
【００５９】次に、コマ落とし処理判定部１６において
コマ落としを行うべきかどうかの判定を行う（Ｓ３１
１）。すなわち、バッファ１２からの伝送データ出力時
に、バッファ量Ｂが次のフレームの限界発生情報量Ｌの
復号遅延時間Ｄの分を超え（Ｂ＞Ｌ×Ｄ）、かつ次のフ
レームが他のフレームに予測符号化に際し予測画像とし
て参照されないフレーム、例えばＰ′ピクチャやＢピク
チャである場合、コマ落とし回路２１を制御して、次の
フレームは符号化せずコマ落としを行い、その後Ｓ３０
６に戻る（Ｓ３１２〜Ｓ３１３）。Ｂ≦Ｌ×Ｄである
か、または次のフレームが他のフレームの予測符号化に
際し予測画像として参照されるフレームである場合には
コマ落としをせず、Ｓ３０３へ戻る（Ｓ３１４）。
【００６０】このように第３の実施例では、第１、第２
の実施例の利点に加えて、コマ落としを行うフレームを
他のフレームの予測符号化に際して予測画像として参照
されないフレームのみに限定することによって、他のフ
レームの予測構造に影響を与えることがなくなるため、
処理が非常に簡単となるという効果が得られる。
【００６１】なお、以上の実施例では、制御の時間単位
をフレームで示したが、フィールド単位など他の時間単
位で制御を行ってもよい。
【００６２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば復
号遅延が短いという可変伝送レート方式の動画像符号化
の利点を生かしつつ、ウインドウサイズ内の平均ビット
レートを申告値以下に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例に係る動画像符号化装置
のブロック図
【図２】図１における符号化器の具体例を示すブロック
図
【図３】第１の実施例の動作を説明するためのフローチ
ャートの一部を示す図
【図４】第１の実施例の動作を説明するためのフローチ
ャートの他の一部を示す図
【図５】本発明における目標発生情報量の設定法を説明
するための図
【図６】第１の実施例におけるコマ落としと復号遅延Ｄ
の関係を説明するための図
【図７】本発明の第２の実施例に係る動画像符号化装置
のブロック図
【図８】第２の実施例の動作を説明するためのフローチ
ャートの一部を示す図
【図９】第２の実施例の動作を説明するためのフローチ
ャートの他の部を示す図
【図１０】本発明の第３の実施例に係る動画像符号化装
置のブロック図
【図１１】第３の実施例の動作を説明するためのフロー
チャートの一部を示す図
【図１２】第３の実施例の動作を説明するためのフロー
チャートの他の部を示す図
【図１３】スライディングウインドウ方式およびジャン
ピングウインドウ方式を説明するための図
【図１４】従来のスライディングウインドウの制限の下
での可変レート動画像符号化装置のブロック図
【図１５】従来の問題点を説明するための図
【図１６】蓄積媒体用の動画像符号化方式における予測
符号化の予測構造を示す図
【符号の説明】
１１…符号化器 １２…バッファ １３…可変レート制御部 １４…目標発生情
報量設定部 １５…制御目標発生情報量計算部 １６…コマ落とし
判定処理部 １７…出力情報量計算部 １８…限界発生情
報量計算部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】フレームまたはフィールド単位で入力され
    る入力動画像信号をフレームまたはフィールドに応じて
    異なり、かつ所定の複数フレームまたは複数フィールド
    に相当する単位時間の約数の周期で周期的に変化する符
    号化方式で符号化する符号化手段と、 前記符号化方式毎に設定された前記符号化データの目標
    発生情報量に従って、前記符号化データの前記単位時間
    内の発生情報量を所定値以下に制御する制御手段とを備
    えたことを特徴とする動画像符号化装置。
  2. 【請求項２】前記制御手段は、各フレームまたは各フィ
    ールド毎の前記符号化データの制御目標発生情報量を前
    記目標発生情報量以下となるように、各フレームまたは
    各フィールド毎に前記符号化データの発生情報量を制御
    することを特徴とする請求項１に記載の動画像符号化装
    置。
  3. 【請求項３】前記符号化手段は、前記入力動画像信号の
    フレームまたはフィールドに応じて異なる予測方式で予
    測符号化を行い、 前記制御手段は、他のフレームまたはフィールドの予測
    符号化に際し予測画像として参照されないフレームまた
    はフィールドの入力動画像信号のコマ落としを行うこと
    により前記符号化データの発生情報量を制御することを
    特徴とする請求項１または２記載の動画像符号化装置。
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