JPH0898171A

JPH0898171A - 映像符号化装置

Info

Publication number: JPH0898171A
Application number: JP6227913A
Authority: JP
Inventors: Tomoko Yasunari; 智子安成; Hideki Fukuda; 秀樹福田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-09-22
Filing date: 1994-09-22
Publication date: 1996-04-12

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、映像信号に対し最適な割当符号量
を求めるための映像符号化装置を考えるとき、その処理
能率を向上させることを目的とする。【構成】入力映像信号を、解像度変換器１０１で低い
解像度の映像信号に変換し、所定の暫定量子化パラメー
タに比例した量子化幅で量子化処理、可変長符号化処理
する。次に、入力映像信号の第１の所定期間をｎ分割し
た期間を第２の所定期間としたとき、その第２の所定期
間の符号化ビットストリームの符号量を符号量測定器１
１１測定し、記録媒体に記録できるデータ量に応じて、
符号量割当器１１２で割当符号量を求める。その後、前
記の割当符号量に基づいて、本来の解像度の映像信号を
量子化処理、可変長符号化処理して符号化ビットストリ
ームを出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像信号を圧縮符号化
して光ディスクや磁気ディスクなどに記録する際に用い
る映像符号化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、映像信号の符号化手段として、画
像を近接する複数の画素からなるブロックに分割し、ブ
ロックごとに離散コサイン変換などの直交変換を行う変
換符号化方法を用いることが一般的になっている。この
方法は変換係数を所定の量子化幅で量子化し、ハフマン
符号などの可変長符号を用いて圧縮符号化する。

【０００３】さらに、テレビ信号などの動画像の符号化
においては各フレーム間の相関を利用したフレーム間符
号化が行われる。フレーム間符号化は符号化の対象とす
るフレームからみて時間的に前あるいは後のフレーム
を参照フレームとして、対象フレームを予測し、その予
測誤差信号を符号化し伝送、あるいは記録する。フレー
ム間の予測は複数の画素からなるブロックごとに行わ
れ、各ブロックの動き量を検出して動き補償を行う。し
たがって、各ブロックの動き量は予測誤差信号とともに
伝送あるいは記録される。

【０００４】これらは、可変長符号を用いているため、
発生ビット量は符号化処理した後でなくては認識できな
い。したがって、発生ビット量を所定の割当ビット量に
おさめるため、発生ビット量と割当ビット量とを比較
し、その比較結果に応じて割当ビット量を更新するフィ
ードフォワード制御を行う方法が一般的に行われてい
る。この方法は符号化遅延を大きくすることなく所定の
ビット量に制御することができる。

【０００５】このように、可変長符号化データを与えら
れた所定の割当ビット量におさめるために種々の方法が
提案されている。これは、通信、放送などの符号の伝送
速度が一定である場合、再生装置側のバッファメモリの
占有量の破綻を来さないように符号化装置側で符号量を
制御する必要があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、映像信
号の持つ時間的情報量や空間的情報量の違いによって圧
縮する難易度が異なるため、所定の固定割当ビット量に
よって映像信号を符号化すると画像品質が一定に保つこ
とはできず、難易度の高い映像においては画質劣化が著
しく大きくなるという課題を有していた。

【０００７】また、光ディスクもしくは磁気ディスクな
どの媒体に記録する場合は、復号化手段が符号化データ
の読み取りを要求したときのみに、媒体から符号化デー
タを読み取ればよい。したがって、符号化データの最大
の転送速度の制限、および媒体に記録する映像信号の時
間の制限を満たせば、一定の符号量である必要はない。

【０００８】本発明はかかる点に鑑み、映像信号に対し
最適な割当符号量を求め、さらにその割当符号量を求め
る際の処理能率を向上させることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の映像符号化装置は、映像信号を圧縮符号
化処理する装置であって、第１の解像度の入力映像信号
を、第１の解像度より低い第２の解像度の映像信号に変
換する解像度変換器と、所定の暫定量子化パラメータに
比例した量子化幅で前記第２の解像度の映像信号を量子
化して量子化データを出力し、可変長符号化処理して暫
定符号化ビットストリームを出力する手段と、入力映像
信号の第１の所定期間を分割した期間のひとつを第２の
所定期間として、前記第２の所定期間の前記暫定符号化
ビットストリームの符号量を測定する符号量測定手段
と、前記第１の所定期間の符号量が所定の符号量と等し
くなるように、前記符号量測定手段によって測定した符
号量に応じて、第２の所定期間の割当符号量を求める符
号量割当手段と、前記第１の解像度の映像信号を、前記
割当符号量に基づいて量子化処理、可変長符号化処理し
て符号化ビットストリームを出力する再符号化手段とを
具備するものである。

【００１０】また、符号量割当器は、符号量測定器で測
定された第２の所定期間の符号量を線形変換することに
より、第２の所定期間の割当符号量を決定する装置であ
る。

【００１１】また、符号量割当器は、割当符号量が所定
の範囲内に収まるように制限する装置である。

【００１２】また、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）のフレー
ムのうちのひとつのフレームはフレーム内符号化処理
し、他の（Ｍ−１）個のフレームはフレーム間予測符号
化処理して圧縮符号化する場合、第２の所定期間は（ｋ
×Ｍフレーム分の時間）（ｋは自然数）である。

【００１３】

【作用】本発明により、画像品質を一定に保つために映
像信号に適応した割当符号量を求める場合に、その能率
の向上が可能となる。このとき映像信号の解像度を低く
することにより、本来の映像信号に比べ速い速度で割当
符号量が求められる。解像度は、任意の割合で変えるこ
とができる。また、周期的にフレーム内符号化を行い、
その他のフレームはフレーム間予測符号化を行う場合、
フレーム内符号化を行う周期の整数倍で割当符号量が求
められる。また、割当符号量の最大値を制限することに
より、記録媒体からの読みだし速度に応じた制御をし、
最小値を制限することにより、最低の画像品質を保証す
ることができる。

【００１４】

【実施例】本発明の解像度変換器の有効性を以下に示
す。解像度を低くした映像信号と本来の解像度の映像信
号の発生符号量の関係を図２に示す。

【００１５】入力映像信号の画素サイズは、７０４×４
８０画素、解像度を低くした映像信号は、縦１/２、横
１/２の３５２×２４０画素とし、所定の暫定量子化パ
ラメータをＱとするとき、Ｑ＝４として、比較を行っ
た。また、ここでは、符号化方法は、ＭＰＥＧ２メイン
プロファイルメインレベルに準拠したものを用いて説明
する。図２の横軸は符号量割り当てが行われる単位（Ｇ
ＯＰ）、縦軸はそれぞれの発生符号量を示している。但
し、２つの映像信号は解像度が異なるため当然のことな
がら発生符号量も異なるので、比較するに当たって、解
像度を低くした方の発生符号量を２．５倍にした。

【００１６】図２で示されるように、得られた２つのデ
ータの発生符号量には相関関係があることがわかる。こ
のように、前者の低い解像度の映像信号で割り当てられ
た符号量に基づき、本来の解像度の映像信号の発生符号
量を制御することが可能である。なお、解像度変換器
は、前記の例に限らず、他の割合で解像度を低くしても
構わない。このように解像度を低くすることにより、割
当符号量を求める処理量が減るので、この映像符号化装
置を構成する場合に回路規模を縮小することが可能にな
る。また、その同じ処理を同じ時間で行う場合、単位時
間当たりの処理量を減らすことができ、回路を構成する
際、容易に行えるようになる。以下、この解像度変換器
を用いた映像符号化装置の一実施例について、図面を参
照しながら詳細に説明する。

【００１７】図１において本発明の映像符号化装置の第
１の実施例を示している。まず、解像度変換器１０１に
よって入力された映像信号の解像度を低くする。解像度
が低くなった映像信号は第１のブロック分割器１０３に
よって複数画素からなるブロックに分割される。次に第
１の離散コサイン変換器（以下、ＤＣＴ器とする）１０
５によって離散コサイン変換がなされ、第１の量子化器
１０７に入力される。第１の量子化器１０７は所定の暫
定量子化パラメータに比例した量子化幅で量子化処理を
行う。

【００１８】第１の可変長符号化器１０９は第１の量子
化器１０７の出力を可変長符号化処理して第１のビット
ストリームを出力する。符号量測定器１１１は第１の所
定期間Ｔをｎ分割した期間のひとつを第２の所定期間ｔ
としたときの、所定期間ｔの符号量を測定して出力す
る。符号量割当器１１２は、所定期間Ｔの符号量が所定
の符号量と等しくなるように、前記符号量測定手段によ
って測定した符号量ｂに応じて、所定期間ｔの割当符号
量Ｂを決定するものである。遅延器１０２は所定期間Ｔ
だけ映像信号の入力を遅延させる。入力映像信号は、第
２のブロック分割器１０４によって複数画素からなるブ
ロックに分割される。

【００１９】次に第２のＤＣＴ器１０６によって離散コ
サイン変換がなされ、第２の量子化器１０８に入力され
る。第２の量子化器１０８は符号量制御装置１１３によ
って修正された量子化パラメータに比例した量子化幅で
量子化処理を行う。第２の可変長符号化器１１０は第２
の量子化器１０８の出力を可変長符号化処理して第２の
ビットストリームを出力する。解像度変換器１０１は、
入力された映像信号を解像度の低い映像信号にして出力
する装置であり、例えばローパスフィルターやサンプリ
ング器から構成すればよい。

【００２０】符号量割当器１１２は、符号量測定器１１
１で測定された符号量をｂ、符号量割当器１１２によっ
て割り当てられる割当符号量をＢとするとき、Ｂ＝ｍ×
ｂ＋ｎ（但しｍ，ｎは定数）と示されるように、線形変
換により、割当符号量Ｂを決定し出力するればよい。但
し、割当符号量の決定はこれに限るものではなく、測定
された符号量ｂを用いて、入力映像信号の画質を一定に
保つ割当符号量Ｂを求めるものであれば、何でも構わな
い。

【００２１】また、符号量割当器１１２は、割当符号量
Ｂが、所定の範囲内に収まるように制限することもでき
る。割当符号量Ｂの範囲を決めることは、記録媒体から
の読みだし速度に応じた制御をすることを可能にする。
また、下限を決めることは、入力映像信号の最低の画質
を保証することを可能にする。

【００２２】符号量制御装置１１３は、第２の可変長符
号化器１１０からの出力ビットストリームが符号量割当
器１１２によって割り当てられた割当符号量Ｂに等しく
なるように、割当符号量Ｂと出力ビットストリームとか
ら適切な量子化パラメータになるように修正するもので
ある。

【００２３】なお、所定期間ｔに割り当てる割当符号量
Ｂの所定期間Ｔにおける総和をΣＢとするとき、ΣＢは
記録媒体に記録できる全データ量にほぼ等しいものであ
る。

【００２４】なお、ＤＣＴ器１０５、１０６は、離散コ
サイン変換に限るものではなく、他の直交変換でも構わ
ない。

【００２５】なお、符号化処理方法において、フレーム
間符号化処理を行っても構わない。また、周期的にフレ
ーム内符号化処理を行い、その他のフレームはフレーム
間符号化処理を行う場合でも構わない。この場合、フレ
ーム内符号化を行う周期の整数倍の時間内に発生する符
号量で割当符号量を求めればよい。これは、フレーム内
符号化を行う周期で符号化ビットストリームの統計的性
質が得られるためである。なお、符号量を測定して割当
符号量を求める最初のフレームはフレーム内符号化を行
うフレームでも構わないし、フレーム間予測符号化を行
うフレームでも構わない。

【００２６】なお、量子化処理における量子化幅は量子
化パラメータに比例したものであるが、フレームごとあ
るいは複数画素からなる画像領域ごとにアクティビティ
ーあるいは動き量等の画像の特性に合わせて重みづけた
ものでも構わない。

【００２７】

【発明の効果】以上のように本発明は、画像品質を一定
に保つために映像信号に適応した割当符号量を求める場
合、入力映像信号の解像度を低くすることによって、そ
の処理時間を短くすることができる。また、映像符号化
装置を構成する場合に回路規模を縮小することが可能に
なる。また、その同じ処理を同じ時間で行う場合、単位
時間当たりの処理量を減らすことができるということに
なり、回路を構成する場合において、容易になる。ま
た、解像度変換器は、任意で解像度を変えることができ
る。

【００２８】符号量割当器は、割当符号量を所定の範囲
内に収まるように制限することもできるので、記録媒体
からの読みだし速度に応じた制御を可能にできるし、ま
た、入力映像信号の最低の画質を保証することもでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における映像符号化装置
の一例のブロック図

【図２】解像度の違いによる発生符号量の関係を示すグ
ラフ

【符号の説明】

１０１解像度変換器１０２遅延器１０３、１０４ブロック分割器１０５、１０６離散コサイン変換器１０７、１０８量子化器１０９、１１０可変長符号化器１１１符号量測定器１１２符号量割当器１１３符号量制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０３Ｍ 7/38 9382−5Ｋ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像信号を圧縮符号化処理する装置であっ
て、第１の解像度の入力映像信号を、第１の解像度より
低い第２の解像度の映像信号に変換する解像度変換器
と、所定の暫定量子化パラメータに比例した量子化幅で
前記第２の解像度の映像信号を量子化して量子化データ
を出力し、可変長符号化処理して暫定符号化ビットスト
リームを出力する手段と、入力映像信号の第１の所定期
間を分割した期間のひとつを第２の所定期間として、前
記第２の所定期間の前記暫定符号化ビットストリームの
符号量を測定する符号量測定手段と、前記第１の所定期
間の符号量が所定の符号量と等しくなるように、前記符
号量測定手段によって測定した符号量に応じて、前記第
２の所定期間の割当符号量を求める符号量割当手段と、
前記第１の解像度の映像信号を、前記割当符号量に基づ
いて量子化処理、可変長符号化処理して符号化ビットス
トリームを出力する再符号化手段とを具備することを特
徴とする映像符号化装置。
【請求項２】符号量割当手段は、符号量測定器で測定さ
れた第２の所定期間の符号量を線形変換することによ
り、割当符号量を決定することを特徴とする請求項１記
載の映像符号化装置。
【請求項３】符号量割当手段は、割当符号量が所定の範
囲内に収まるように制限することを特徴とする請求項１
記載の映像符号化装置。
【請求項４】Ｍ個（Ｍは２以上の整数）のフレームのう
ちのひとつのフレームはフレーム内符号化処理し、他の
（Ｍ−１）個のフレームはフレーム間予測符号化処理し
て圧縮符号化する場合、第２の所定期間は（ｋ×Ｍフレ
ーム分の時間）（ｋは自然数）であることを特徴とする
請求項１記載の映像符号化装置。
【請求項５】第１の所定期間の所定の符号量は、記録媒
体に記録できる全データ量に応じて、規定されることを
特徴とする請求項１記載の映像符号化装置。