JPH09172634A - ビデオデータ圧縮方式 - Google Patents

ビデオデータ圧縮方式

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JPH09172634A
JPH09172634A JP8271054A JP27105496A JPH09172634A JP H09172634 A JPH09172634 A JP H09172634A JP 8271054 A JP8271054 A JP 8271054A JP 27105496 A JP27105496 A JP 27105496A JP H09172634 A JPH09172634 A JP H09172634A
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video
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image
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JP8271054A
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Ian Saun Nicholas
イアン サンダース ニコラス
Clive Henry Gillard
ヘンリー ギラード クライブ
John Ludgate Michael
ジョン ラドゲート マイケル
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Sony United Kingdom Ltd
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 圧縮符号化された映像の質をよくする。 【解決手段】 連続する２以上の映像のグループを、各
映像グループに対して発生すべき出力符号化データ量へ
の所定の限度を前提として符号化するビデオデータ圧縮
装置において、現映像グループの映像の少なくとも幾つ
かを符号化して試験符号化される各映像の試験符号化デ
ータを発生する試験符号化器３００と、この符号化器に
より発生される試験符号化データ量に応じ各映像への出
力符号化データ量を割当てるデータ量配分器３３０と、
この配分器により映像に割当てられた出力符号化データ
量に従って映像グループの各映像を符号化する最終符号
化器３１０を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオデータ圧縮
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＭＰＥＧ II 規格によって規定される方
式の如きビデオデータ圧縮方式の中には、幾つかの異な
る符号化技法を用いて連続画像のビデオ信号を符号化す
るものがある。ちなみに、ＭＰＥＧ（Motion Picture E
xperts Group）II規格は、ＩＳＯ／ＩＥＣ刊行物ＤＩＳ
１３８１８／２，１９９５年３月「情報技術−映画及
び関連音声情報の一般的符号化」に記載されている。
【０００３】ビデオ信号は大抵、連続する画像グループ
（ＧＯＰ）に分割される。各ＧＯＰ内で少なくとも１つ
の画像は、その画像自体の中にある情報のみを用いて
「Ｉ画像」、即ち画像内画像として符号化される。これ
は、Ｉ画像（I-picture ）はあとで他の画像からの情報
を必要とすることなく復号できるので、ビデオ（画像）
列内へのランダムエントリポイントを提供する。ただ
し、これを逆にいえば、Ｉ画像の符号化は連続する画像
間の類似性を利用できないことになるので、Ｉ画像で得
られるデータ圧縮度は余り高くない。
【０００４】各ＧＯＰ内の他の画像は、「Ｐ画像」、即
ち予告画像として符号化されることがある。Ｐ画像（P-
picture ）は、最も近い前のＩ画像又はＰ画像に関して
符号化されるので、Ｐ画像と前のＰ又はＩ画像との差を
送信するだけでよい。また、動き補正がその差の符号化
に用いられるので、Ｉ画像の場合よりずっと高い圧縮度
が得られる。
【０００５】終わりに、ＧＯＰ内の画像の中には、「Ｂ
画像」、即ち双方向画像として符号化されるものがあ
る。これらは、２つの他の画像、即ち最も近い前のＩ又
はＰ画像と、最も近い次のＩ又はＰ画像とに関して符号
化される。Ｂ画像（B-picture）は他の画像を符号化す
るための基準としては用いられないので、Ｂ画像に対し
ては更に高い圧縮度を用いることができる。というの
は、高い圧縮によって生じるどんな符号化エラーも、他
の画像には伝わらないからである。
【０００６】したがって、各ＧＯＰ内には３種類にのぼ
るＩ，Ｐ及びＢの画像があり、これらは、異なる圧縮度
を達成することができるので、全体で得られる符号化さ
れたビットストリーム中に異なる配分率を占める必要が
ある。大まかにいえば、Ｉ画像が、使用可能な送信又は
記憶容量の中で大きな配分比を必要とし、Ｐ画像がこれ
に次ぎ、そしてＢ画像がこれに続く。
【０００７】しかし、これは一般的な原則にすぎず、現
在の趨勢も変わらないかも知れないが、ＧＯＰ内の画像
の符号化による主観的な品質を等しくするために必要な
ビット数は、ＧＯＰ毎に変動することがある。画像に送
信又は記憶容量を割当てるときのどんなエラーも、符号
化されたフレームの主観的品質を不均一にするか又は低
下させることになる。というのは、圧縮によるエラー、
人工雑音及びノイズは、ＧＯＰのフレーム間に平等に配
分されないからである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】これまで、ＧＯＰ内の
個々の画像に対し、先行するＧＯＰ内の対応する画像に
ついて得られる圧縮度に基いて、使用可能な符号化され
たビットストリーム内の占有率を割当てることが提案さ
れた。ビデオ圧縮の分野では、符号化された（あとで復
号された）映像の主観的品質をよくすることが、不変の
目標である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、連続する２以
上の映像のグループを、各映像グループに対して発生す
べき出力符号化データの量に所定の限度があることを前
提にして、符号化するビデオデータ圧縮装置を提供す
る。その装置は、現在の映像グループの映像の少なくと
も幾つかを符号化して、試験的に符号化される各映像に
対する試験符号化データを発生する試験符号化器と、試
験符号化器によって発生された試験符号化データの量に
応答して、映像グループ内の各映像に対する出力符号化
データの夫々の量を割当てるデータ量配分器と、データ
量配分器により当該映像に割当てられた出力符号化デー
タ量に従って、映像グループの各映像を符号化する最終
符号化器とを具える。
【００１０】本発明は、使用可能な符号化されたビット
ストリーム内の占有率を現在のＧＯＰ内の個々の画像
に、先行するＧＯＰ内の対応する画像に対して得られる
圧縮度に基いて割当てても、必ずしも、現在のＧＯＰの
各画像をほぼ等しい主観的基準に達するように符号化す
るに必要な符号化データ量を思い通りに予告できないこ
とを認めた。例えば、差データ（当該画像と１以上の基
準（参照）画像との間の動き補正された差を表す）がＰ
及びＢフレームに対して符号化されるので、現在ＧＯＰ
の中にシーン（場面）変化が現れると、シーン変化が現
れたフレームは、多量の差データを有することになり、
該ＧＯＰ内の他の画像に類似の水準に達するように符号
化するのに多数のビットを必要とすることになろう。
【００１１】本発明は、ＧＯＰ内の画像の符号化の部分
的リハーサル（予行練習）を行うことにより、この課題
に取組むものである。換言すると、ＧＯＰ内の画像の少
なくとも幾つか（できれば全部）を、最終の符号化段に
送る前に試験符号化段に通す。試験符号化段は、各画像
を符号化する（使用する記憶又は送信チャンネルにより
各ＧＯＰに対して課せられる総合的限度を心に留めて）
に必要な実際のビット数を判断する必要はなく、単に各
画像に割当てるべき全体のビットストリームの相対的な
比率を判断するのに用いるだけである。
【００１２】１つの実施態様では、ハードウェア所要量
を節減するため、ただ１つの符号化器が、各映像グルー
プに対し交互に試験符号化器及び最終符号化器として作
動する。動作を実時間で行う必要がある場合、ただ１つ
の符号化器が、映像グループの表示期間に等しい期間
に、１つの映像グループに対し試験符号化器及び最終符
号化器の両方として作動するのがよい。
【００１３】１つの実施態様では、試験及び最終符号化
器は、映像グループ内の１以上の他の試験符号化又は最
終符号化された映像を復号したものを用いる完全符号化
器である。しかし、試験符号化器は、グループ内の映像
の相対的なデータ必要量を判断するために作動するの
で、試験符号化器への入力（復号されたものでない）映
像を用いることにより処理資源を節約できて好都合であ
る。
【００１４】１つの実施態様では、データ量配分器の動
作を正確にするため、試験符号化器は、各映像グループ
を全部試験符号化する動作をする。この場合、データ量
配分器は、各映像グループに出力符号化データ量を、各
映像に対する試験符号化データの夫々の量に比例して割
当てる動作をするのがよい。
【００１５】一方、もう１つの実施態様では、試験符号
化器は、各映像グループの一部を試験符号化する動作を
する。この場合、データ量配分器は、映像グループの試
験符号化された各映像に出力符号化データ量を、それら
の映像に対する試験符号されたデータの夫々の量に比例
して割当て、且つ、映像グループの試験符号化されなか
った各映像に出力符号化データ量を、当該グループに対
して発生された試験符号化データの総量と、グループの
試験符号化されなかった各映像に関する夫々の所定比と
に比例して割当てるのがよい。
【００１６】試験符号化器は、映像グループ内の各映像
に対する所定の量子化度を用いて作動するデータ量子化
段を含むのがよい。
【００１７】所定の量子化度は、他の映像の符号化に基
準映像として用いられなかったグループ内映像により粗
（あら）い量子化を施すように選択するのがよい。こう
すると、他の映像の基準として用いられる映像により多
くのデータ量が割当てられ、そのため、それらの主観的
な品質がよくなる結果となる。ただし、より粗く量子化
された映像の主観的品質は低下すると予想されるかも知
れないが、実際は、基準映像がよくなるので基準でない
映像もよくなる。したがって、非基準映像をより粗く量
子化するという直観に反する方法により、映像の質が全
部よくなる可能性がある。
【００１８】本発明はまた、連続する２以上の映像のグ
ループを、各映像グループに対して発生すべき出力符号
化データ量に所定の限度があることを前提にして、符号
化するビデオデータ圧縮方法をも提供する。その方法
は、現在の映像グループの映像の少なくとも幾つかを試
験的に符号化して、試験符号化される各映像に対する試
験符号化データを発生するステップと、試験符号化によ
って発生された試験符号化データの量に応答して、映像
グループ内の各映像に対する出力符号化データの夫々の
量を割当てるステップと、データ量配分器により当該映
像に割当てられた出力符号化データ量に従って、映像グ
ループの各映像を最終符号化するステップとを含む。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を具
体的に説明する。図１は、ビデオデータ圧縮装置の第１
の例を示す概略図である。本装置は、フレーム再整理器
１０、活動度検出器２０、動き推定器３０、動き予告器
４０、減算器５０、加算器６０、ビット配分器７０、ウ
ェーブレット変換ユニット８０、自動量子化器９０、エ
ントロピー符号化器１００、エントロピー復号器１１
０、逆量子化器１２０及び逆ウェーブレット符号化器１
３０を含んでいる。（本説明でウェーブレット符号化に
言及する場合、当業者には、他の符号化技法、例えば離
散コサイン変換、即ちＤＣＴを代わりに使用しうること
が分かるであろう。）
【００２０】図１の装置の多くの特徴的機能は、ＭＰＥ
Ｇ符号化器の対応する特徴的機能と極めて類似した仕方
で行われるが、ここでは、それらを詳細には説明しな
い。
【００２１】よって、簡単に述べると、フレーム再整理
器１０は、入力ビデオデータを受け、連続する画像グル
ープ（ＧＯＰ）に作用して画像を再整理し、ＧＯＰ内の
各画像を、それらが依存する画像のあとで圧縮するよう
にする。例えば、Ｂ画像（双方向にて予告される画像）
が次のＩ又はＰ画像に依存する場合、それは、当該Ｉ又
はＰ画像のあとで圧縮されるよう再整理される。
【００２２】例えば、或るＧＯＰが次の４つの先頭フレ
ームＩ0 Ｂ1 Ｂ2 Ｐ3 ‥‥を（表示される順に）含む場
合、ただし、Ｐ画像が基準としてＩ画像を用い、２つの
Ｂ画像が基準として周囲のＩ及びＰ画像を用いるとする
と、フレーム再整理器１０は、ＧＯＰをＩ0 Ｐ3 Ｂ1 Ｂ
2 の順に圧縮されるように再整理することになる。
【００２３】Ｉ画像は画像内符号化されている、即ち、
その符号化の際他のどんな画像も基準としていない。し
たがって、ＧＯＰ内のＩ画像は、フレーム再整理器１０
からウェーブレット変換ユニット８０、自動量子化器９
０及びエントロピー符号化器１００に送られ、当該Ｉ画
像を表す出力圧縮データを発生する。
【００２４】圧縮されたＩ画像データはまた、エントロ
ピー符号化器１００から、エントロピー復号器１１０、
逆量子化器１２０、及び逆ウェーブレット変換ユニット
１３０より成る伸長（圧縮の復号）チェーンに送られ
る。これは、復号器内に存在するＩ画像を再構成し、こ
れを動き予告器４０に送る。
【００２５】圧縮すべきＧＯＰの次の画像は、一般にＩ
画像を基準としてこれに依存するＰ画像であるが、フレ
ーム再整理器１０から動き推定器３０に送られ、そこ
で、Ｉ及びＰ画像内の映像の動きを示す動きベクトルを
発生する。動き予告器４０はそれから、動きベクトルと
Ｉ画像の復号されたものとを用いて、Ｐ画像の予告され
たものを発生する。このＰ画像の予告されたものは、減
算器５０にて実際のＰ画像から減算され，２つのフレー
ム間の差がウェーブレット変換ユニット８０に送られ、
圧縮が行われる。以前と同様、符号化（圧縮）された差
データはエントロピー符号化器から出力され、それから
伸長チェーン１１０，１２０，１３０によって復号さ
れ、差データを再発生する。
【００２６】加算器６０において、差データが前に伸長
されたものと加算され、Ｐ画像の伸長されたものが発生
され、これが動き予告器４０に記憶され、次の画像の圧
縮に使用される。
【００２７】この過程が続いて行われ、他の画像を基準
として用いる各画像は、要するに、入力画像と、前に圧
縮されてから伸長された基準画像からの動き予告によっ
て作成された入力画像との間の差データを符号化するこ
とにより、圧縮される。これは、伸長器（圧縮復号器）
で得られる画像に関して圧縮が行われることを意味す
る。
【００２８】活動度検出器（モニタ）２０は、各入力画
像のブロック内の映像の「活動度」又は「細部度」を検
出する。この処理については、図２を参照してあとで詳
細に述べる。
【００２９】ビット配分器７０は、現在のＧＯＰの画像
の映像活動度及び前のＧＯＰのＩ，Ｂ及びＰ画像に対し
て得られる量子化度に応じて、全体画像又は画像のブロ
ックに目標ビットレートを割当てる。要するに、割当て
は、先行するＧＯＰ内の対応フレームに対して発生され
た実際のデータ量に応じる割合で、又は先行ＧＯＰにつ
いて達成された実際のＩ：Ｂ：Ｐ比に従って、各ＧＯＰ
に対する総合目標ビットレート（ＴＢＲGOP ）を割当て
ることにより、行いうる。このように配分比、即ちＩ：
Ｂ：Ｐ比を「制御」して、使用中の映像内容の種類を反
映することができる。
【００３０】目標ビットレートは自動量子化器９０に供
給され、そこで、ウェーブレット符号化されたデータに
適用すべき適正な量子化係数を発生して、該目標ビット
レートに合せる。自動量子化器については、図３を参照
してあとでもっと詳細に説明する。
【００３１】図２は、映像活動度の種々異なるレベルを
示す、ビデオ画像の概略図である。画像のブロックの
「活動度」は、当該ブロック内の細部の度合いを表すも
のである。これは、図２内の空の領域１９０の如き、画
像の単調な変化の少ない領域を表すブロックは、低い映
像活動度を有することを意味する。図２内の木の部分１
９２の如き多量の映像細部を含むブロックは、高い活動
度を有することになる。図２はまた、木の端縁にある中
間領域１９４を示しており、これは、ブロック１９０と
ブロック１９２の間の活動度の値を有する。
【００３２】図２の映像内の各ピクセルブロックの活動
度は、当該ブロック内のピクセルの輝度値の変動
（σ2 ）を決定することにより測ることができる。ブロ
ックの活動度は、それから各ブロックに対する輝度の変
動を映像内の全ブロックに関する変動の平均で割算する
ことによって得られる。これにより、正規化されたブロ
ック活動度の値が得られる。
【００３３】映像活動度はモニタされ、ＧＯＰの連続映
像間における少なくとも所定閾値の急激な変化が検出さ
れる。この種の急激変化は、ＧＯＰ間で起きるシーン変
化を示すことがある。かような急激変化が検出される
と、ビット配分器が応答して「制御された」Ｉ：Ｂ：Ｐ
比を、シーン変化後の映像内容に対処するため、省略時
値に設定し直す。
【００３４】映像活動度を測定するもう１つの理由は、
圧縮されたビデオデータストリーム内で使用可能なスペ
ースを、夫々測定されたブロック活動度に応じてブロッ
ク（又はブロックのグループ）毎に割当てうる、という
ことである。換言すると、各ブロック又はブロックのグ
ループに適用されるデータ圧縮度が、当該ブロック又は
ブロックグループに対して測った活動度に応じて変えら
れるのである。
【００３５】圧縮度は、活動度の値に応じて（自動量子
化器９０に供給される目標ビットレートを変えることに
より）変えることができる。というのは、これまで、圧
縮による人工雑音や歪みが、高い細部内容（図２内の木
のブロック１９２の如き高活動度）のブロックよりも低
い細部内容（単調な空の領域１９０の如き低活動度）の
ブロックにおいて主観的に一層邪魔になることが認めら
れているからである。これは、高活動度のブロックにお
ける細部の高い度合いが圧縮による人工雑音又は歪みか
ら眼をそらさせるためである。したがって、低活動度の
領域又はブロックに対する目標ビットレートを、高活動
度の領域又はブロックに対するより高く設定することが
できる。
【００３６】映像活動度に応答して目標ビットレートを
変える１つの方法は、映像活動度の値に比例して目標ビ
ットレートを、例えば５０％だけ増減することである。
ここで、その値は全映像又はＧＯＰにわたって正規化
し、目標ビットレートを活動度値に応じて加重する結
果、全体として目標ビットレートがＴＢＲGOP を越えな
いようにすべきである。
【００３７】図３は、自動量子化器９０（実際は、図３
の装置は、図１の自動量子化器９０とエントロピー符号
化器１００の機能を行う。）の概略図である。自動量子
化器９０は、入力端子２００に周波数分離されたビデオ
データを、入力端子２１０に初期量子化係数値Ｑ
S （０）を受ける。
【００３８】初期ＱS （量子化係数）値ＱS （０）は、
６４の如き所定の又は予め設定した数でもよく、或い
は、圧縮される現在のビデオデータの特性に応じて発生
してもよい。
【００３９】量子化／符号化器２４０は、供給される初
期ＱS 値を用いてビデオデータの現在のブロックを量子
化し、量子化されたデータに完全なハフマン符号化処理
を施すか、又は単にハフマン符号化処理から生じる可変
長コードの長さを検出する（これらは共に公知の技法で
ある。）。このようにして、量子化／符号化器は、供給
される初期ＱS 値を用いて入力周波数分離ビデオデータ
を量子化した結果生じるデータ量を検出する。
【００４０】ＱS 発生器２３２は、現在のＱS 値を用い
て量子化／符号化器２４０の出力ビットレートを、画像
の現在の画像領域に対する目標ビットレートと比較す
る。検出されたビットレートが目標ビットレートより低
い場合、量子化スケールファクタ（増減率）を減らして
周波数分離された映像データに粗（あら）さが少ない量
子化を適用すべきである。逆に、検出された出力ビット
レートが目標ビットレートより高い場合、量子化スケー
ルファクタを増やすべきである。したがって、ＱS 発生
器２３２は、初期ＱS 値、ＱS （０）を５０％の如き所
定の率だけ増減し、修正したＱS 値、ＱS （１）を第２
の量子化／符号化器２４２に供給する。したがって、初
期ＱS 値が４であれは、ＱS （１）の値は２又は６とな
る。
【００４１】この処理は、自動量子化器の各段で最終段
に達するまで続けられる。現在の画像領域に対する目標
ビットレートに近いがこれを越えない出力データ量を生
じることになるＱS 値が、ＱS （ｏｕｔ）として用いら
れる。
【００４２】図３の装置は、ＱS 値を得るため３段階の
２進探索処理を含んでいるが、実際には、もっと多くの
段を用いてＱS 値を決め、分解能を高くする。
【００４３】この処理によって発生される最終量子化ス
ケールファクタＱS （ｏｕｔ）は、単に別個の量子化及
びエントロピー符号化器に出力してもよい。ただし、図
３には、最終量子化／符号化器２４６が図１の別個の量
子化器及びエントロピー符号化器１００の代わりに圧縮
された出力ビデオを発生する代替策が示してある。
【００４４】出力される量子化スケールファクタＱ
S （ｏｕｔ）の選択は、個々の映像ブロック、例えば８
×８ピクセルブロック、ブロックグループ、「スライ
ス」（映像の水平ストリップ）のような映像領域又は画
像全体に対して行うことができる。
【００４５】図４は、図３の自動量子化器の作用を示す
模式的タイミング図である。図４に示す例は、各映像を
一連の「スライス」、即ちマクロブロックのグループよ
り成る水平の縞として処理する例である。ただし、上述
のとおり、図４に示す段階処理は、各画像の種々のタイ
プのブロックに対して行いうるであろう。図４の段階処
理が行われるブロックが、個々の目標ビットレートが決
められたブロックと同じ位置にあれば、好都合である。
換言すると、ＴＢＲが決められたブロックと同じサイズ
か又はそれより大きい同位置のブロックがよい。
【００４６】最初の処理として、自動量子化器の第１段
（図３の量子化／符号化器２４０）が映像の第１のスラ
イスを処理する。その処理が完了すると、当該段は、映
像の第２、第３、第４等々のスライスを処理する。
【００４７】第１段でスライス１の処理が完了すると、
第２段がスライス１の処理を引受ける。これが完了する
と、第３段がスライス１に作用し、これが完了すると、
最後に第４段がスライス１に作用する。この技法は、自
動量子化器によって生じる遅延を少なくする。前段が映
像全体の処理を完了するまで各段が待たねばならないと
すれば、図３の４段自動量子化器は、最小限４画像期間
の遅延を生じるであろう。この遅延は、個々のブロック
について処理を行うこの技法を用いることにより、非常
に少なくなる。
【００４８】図５は、ビデオデータ圧縮装置の第２の例
を示す概略図である。図５の装置は、もはや活動度検出
器２０又は前のＧＯＰからの圧縮実行結果を使用するこ
となく、ＧＯＰの個々の画像に対して目標ビットレート
を設定するが、その代わりに、各ＧＯＰの画像の少なく
とも幾つかについて試験的又は予行練習的な圧縮及び伸
長を行うものである。
【００４９】図５の装置は、図１の装置と同様な動作を
する試験（trial ）符号化部３００と、やはり図１の装
置と同様な動作をする最終符号化部３１０とより成ると
考えてよい。試験符号化部３００と図１のものとの主な
差は（活動度検出器及びビット配分器がないのは別にし
て）、所定の量子化係数をもつ固定量子化器３２０を使
う点である。
【００５０】動作に際し、試験符号化部３００は、一定
の量子化係数を用いてＧＯＰ（又は少なくともＧＯＰの
幾つかの画像）を圧縮する。この目的は、ＧＯＰ内の異
なる画像又は異なるタイプの画像に必要な圧縮データの
相対的な量を判断することである。試験的な圧縮が行わ
れている間、該ＧＯＰは遅延ユニット３４０に記憶され
る。
【００５１】試験符号化部３００のエントロピー符号化
器から出力される圧縮データは、ビット配分器３３０に
供給される。ビット配分器３３０の動作の仕方は、画像
の全部又は一部が試験圧縮を受けるかどうかによって決
まる。
【００５２】ＧＯＰの画像がすべて試験圧縮を受ける場
合、ビット配分器３３０は、試験圧縮時に発生され記憶
又は送信チャンネルの容量（例えば３０Ｍｂｐｓ（メガ
ビット／秒））に全体的に制限されるデータの量の比に
従って、最終圧縮に対する目標ビットレートを割当て
る。換言すると、ＧＯＰ内の各画像には、次式によるデ
ータ量が割当てられる。 ただし、ｂn はＧＯＰ内のｎ番目の画像に対して発生さ
れた試験データの量、ＴＢＲn はｎ番目の画像に対して
割当てられる目標ビットレートである。
【００５３】ＧＯＰ内の幾つかの画像だけが試験圧縮を
受け、その画像の部分がＧＯＰ内にある各タイプの画像
を含む場合、当該ＧＯＰ内の全画像に使用するＩ：Ｂ：
Ｐ比を定めることができる。ＧＯＰ内の画像に圧縮デー
タの量が割当てられる基準となるＩ：Ｂ：Ｐ比は、次式
を用いて得ることができる。
【００５４】終わりに、ＧＯＰがＩ，Ｂ及びＰ画像を含
むが、Ｉ及びＰ画像のみ試験圧縮を受ける場合、Ｂ：Ｐ
比を使用し、Ｉ及びＰ画像に使用できるデータ量に基い
てＢ画像にデータ量を割当てなければならない。この
Ｂ：Ｐ比は、一定のこともあり、或いは、前のＧＯＰを
圧縮した最終符号化部３１０の最終エントロピー符号化
器の出力を用いて制御することもできよう。
【００５５】上述の技法はまた、画像の部分領域（例え
ば、ブロック又は「スライス」）にも適用可能であるこ
とが分かるであろう。一旦ビットの割当てをビット配分
器３３０が実行し終えると、ＧＯＰは遅延ユニット３４
０から最終圧縮（符号化）部３１０に送られる。最終圧
縮部３１０の自動量子化器は、映像データに適用される
量子化の度合いを制御して、総合ビットレートがビット
配分器３３０により発生された目標ビットレートに従う
ようにする。
【００５６】図６は、ビデオデータ圧縮装置の第３の例
を示す概略図である。図６の装置は同じく、試験圧縮部
３５０及び最終圧縮部３１０を含み、試験圧縮部３５０
は、試験的に圧縮されたデータをビット配分器３３０に
供給して、最終圧縮に使用する目標ビットレートを制御
する。
【００５７】図５の装置と対照的に、試験圧縮部３５０
は、エントロピー復号器、逆量子化器及び逆ウェーブレ
ット符号化器の帰還ループを有しない。その代わりに、
試験圧縮時、Ｂ及びＰ画像を入力された夫々の基準画像
に関して圧縮する。これにより、上述の帰還ループを用
いる完全圧縮より若干圧縮の正確さが落ちることになる
が、ＧＯＰの各画像に要求される概略の相対的データ量
を判断することだけが圧縮の目的であるから、この僅か
な不正確さは問題でなく、ハードウェア又は処理資源の
節約によって償われる以上のものがある。
【００５８】図７は、ビデオデータ圧縮装置の第４の例
の概略図で、試験圧縮部３５０及び最終圧縮部３６０に
用いる類似の装置が示されている。これは同じく、処理
資源の節約が圧縮の正確さに劣らず重要な場合に有用で
あろう。
【００５９】図８は、ビデオデータ圧縮装置の第５の例
を示す概略図である。この装置は、先に述べた実施形態
における試験圧縮部と最終圧縮部としての動作を交互に
行うただ１つの圧縮部４００を具える。これは、圧縮部
４００の処理を入力ビデオのデータレートより早い速度
で行うことによって達成される。
【００６０】例えば、フレーム再整理器１０に供給され
る入力ビデオの標準ビデオデータレートは、３０．５Ｍ
Ｈｚである。しかし、圧縮部４００を例えば２７ＭＨｚ
の基本ビデオデータレートで作動させれば、それは、Ｇ
ＯＰの入力ビデオデータを一度試験圧縮（自動量子化器
は実際には固定量子化レベルで作動する。）処理してか
ら再び最終圧縮処理することができる。ここに、最終圧
縮では、ビット配分器３３０は、試験圧縮時に発生され
たデータ量を用いて自動量子化器（今度は可変量子化係
数にて作動する。）を制御する。
【００６１】例えば、１２フレームのＧＯＰを処理して
いて、ＧＯＰの４フレームについて試験圧縮を行いたい
場合、圧縮部４００を１３．５ＭＨｚの基本ビデオデー
タレートの４／３、即ち１８ＭＨｚで作動させることが
できる。
【００６２】終わりに、図９は、映像内の目標ビットレ
ートの加重（重み付け）を示す模式図である。既に述べ
たとおり、目標ビットレートは、映像内の個々のマクロ
ブロック、マクロブロックのグループ、スライス、縞な
ど種々の形のブロックに割当てることができる。図９に
示す例では、別個の目標ビットレートが映像の個々のコ
ードブロック４１０に割当てられている。
【００６３】加重は、映像のブロックに対する目標ビッ
トレートに適用し、映像の中央寄りのブロックほど高い
目標ビットレートを与えて、他のすべての率は等しくな
るようにする。これは、２つの主な理由によって行われ
る。 （ａ）視聴者の注意の中心は、画像の中央部となる傾向
があり、したがって、視聴者は、画像の端（はし）より
も中央における符号化エラーによく気が付き易いこと。 （ｂ）多くの家庭用テレビ受像機は過走査（オーバース
キャン）されており、したがって、画像の最周縁は家庭
の視聴者には全く見えないこと。
【００６４】したがって、割当て方針としては、画像の
中央への割当てに重きをおくことになる。この中央への
加重はまた、いわゆる「レターボックス」フィルム送信
に特に有益である。図９の横と下の曲線図は、画像内の
異なるブロックに対する目標ビットレートに適用すべき
加重係数の１つの考えられる包絡線を示す。
【００６５】目標ビットレート（ＴＢＲ）の割当てに対
する上述の方針のいずれにおいても、ビット配分器によ
り各ブロック、スライス又は映像に少なくとも所定の最
小（非ゼロ）目標ビットレートが割当てられる。こうす
れば、ビット配分器が予期しない画像内容を考慮に入れ
て、映像を符号化できないような小さい目標ビットレー
トが画像の領域に割当てられるのを避けることができ
る。
【００６６】他の好ましい機能的特徴として、目標ビッ
トレート（したがって、適用される圧縮度）を直接画像
の種類に応じて変えることもできる。詳しくいうと、
Ｉ：Ｂ：Ｐ方式では、Ｂ画像（又はＢ画像の領域）に他
の画像より低いＴＢＲを割当てることができる。という
のは、それが他のどの画像に対しても基準として使われ
ないからである。このため、他の画像の基準として使わ
れる画像により体ビット配分を行うことになる。しか
し、そうするとより粗く量子化された映像の主観的品質
が低下するであろうと予想されるかも知れないが、実際
には、基準の画像がよくなるために、基準でない画像も
よくなる。
【００６７】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれは映
像の質を落とすことなく高い圧縮度を維持することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ビデオデータ圧縮装置の第１の例を示す概略図
である。
【図２】映像活動度の異なるレベルを含むビデオ画像を
示す説明図である。
【図３】図１の自動量子化（及びエントロピー符号化）
器の例を示す概略図である。
【図４】図３の自動量子化器の動作を示すタイミング図
である。
【図５】ビデオデータ圧縮装置の第２の例を示す概略図
である。
【図６】ビデオデータ圧縮装置の第３の例を示す概略図
である。
【図７】ビデオデータ圧縮装置の第４の例を示す概略図
である。
【図８】ビデオデータ圧縮装置の第５の例を示す概略図
である。
【図９】目標ビットレートの加重を示す説明図である。
【符号の説明】
３００，３５０ 試験符号化器、３３０ データ量配分
器、３１０，３６０最終符号化器、４００ ただ１つの
符号化器、３２０ データ量子化段
フロントページの続き (72)発明者 クライブ ヘンリー ギラード イギリス国 ハンプシャー，ベージングス トーク，ケンプショット，ビターン クロ ース 14 (72)発明者 マイケル ジョン ラドゲート イギリス国 ハンプシャー，ベージングス トーク，キングス ファーロング，カルバ ー ロード 116

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 連続する２以上の映像のグループを、各
    映像グループに対して発生すべき出力符号化データの量
    に所定の限度があることを前提にして、符号化するビデ
    オデータ圧縮装置であって、 現在の映像グループの映像の少なくとも幾つかを符号化
    して、試験的に符号化される各映像に対する試験符号化
    データを発生する試験符号化器と、 上記試験符号化器によって発生された試験符号化データ
    の量に応答して、上記映像グループ内の各映像に対する
    出力符号化データの夫々の量を割当てるデータ量配分器
    と、 上記データ量配分器により当該映像に割当てられた出力
    符号化データ量に従って、上記映像グループの各映像を
    符号化する最終符号化器とを具えたビデオデータ圧縮装
    置。
  2. 【請求項２】 各映像グループに対し、交互に上記試験
    符号化器及び上記最終符号化器として作動するただ１つ
    の符号化器を含む請求項１の装置。
  3. 【請求項３】 ただ１つの符号化器が、上記映像グルー
    プの表示期間に等しい期間に、１つの映像グループに対
    し、上記試験符号化器及び上記最終符号化器の両方とし
    て作動する請求項２の装置。
  4. 【請求項４】 各映像グループ内の少なくとも幾つかの
    映像の試験符号化は、該映像グループ内の１以上の他の
    試験符号化された映像を復号したものに応じて行われ、 各映像グループ内の少なくとも幾つかの映像の最終符号
    化は、該映像グループ内の１以上の他の最終符号化され
    た映像を復号したものに応じて行われる請求項１の装
    置。
  5. 【請求項５】 各映像グループ内の少なくとも幾つかの
    映像の試験符号化は、該映像グループ内の１以上の他の
    入力映像に応じて行われ、 各映像グループ内の少なくとも幾つかの映像の最終符号
    化は、該映像グループ内の１以上の他の最終符号化され
    た映像を復号したものに応じて行われる請求項１の装
    置。
  6. 【請求項６】 各映像グループ内の少なくとも幾つかの
    映像の試験符号化は、該映像グループ内の１以上の他の
    入力映像に応じて行われ、 各映像グループ内の少なくとも幾つかの映像の最終符号
    化は、該映像グループ内の１以上の他の映像に応じて行
    われる請求項１の装置。
  7. 【請求項７】 上記試験符号化器は、各映像グループの
    全部を試験符号化する動作をする請求項１〜６のいずれ
    か１項の装置。
  8. 【請求項８】 上記データ量配分器は、上記映像グルー
    プの各映像に出力符号化データの量を、各映像に対する
    試験符号化されたデータの夫々の量に比例して割当てる
    請求項７の装置。
  9. 【請求項９】 上記試験符号化器は、各映像グループの
    幾つかを試験符号化する動作をする請求項１〜６のいず
    れか１項の装置。
  10. 【請求項１０】 上記データ量配分器は、上記映像グル
    ープの試験符号化された各映像に出力符号化データの量
    を、それらの映像に対する試験符号化されたデータの夫
    々の量に比例して割当て、且つ、上記映像グループの試
    験符号化されなかった各映像に出力符号化データの量
    を、当該グループに対して発生された試験符号化データ
    の総量と、該グループの試験符号化されなかった各映像
    に関する夫々の比とに比例して割当てる請求項９の装
    置。
  11. 【請求項１１】 上記夫々の比は、上記試験符号化され
    た映像について得られた試験符号化データの量から導出
    される請求項１０の装置。
  12. 【請求項１２】 上記試験符号化器は、上記映像グルー
    プ内の各映像に対する所定の量子化度を用いて作動する
    データ量子化段を含む請求項１〜１１のいずれか１項の
    装置。
  13. 【請求項１３】 上記所定の量子化度は、他の映像の符
    号化に基準映像として使用されなかった上記グループ内
    映像に、より粗い量子化を施すように選択される請求項
    １１の装置。
  14. 【請求項１４】 連続する２以上の映像のグループを、
    各映像グループに対して発生すべき出力符号化データの
    量に所定の限度があることを前提にして、符号化するビ
    デオデータ圧縮方法であって、 現在の映像グループの映像の少なくとも幾つかを試験的
    に符号化して、試験符号化される各映像に対する試験符
    号化データを発生するステップと、 上記試験符号化によって発生された試験符号化データの
    量に応答して、上記映像グループ内の各映像に対する出
    力符号化データの夫々の量を割当てるステップと、 上記データ量配分器により当該映像に割当てられた出力
    符号化データ量に従って、上記映像グループの各映像を
    最終符号化するステップとを含むビデオデータ圧縮方
    法。
JP8271054A 1995-10-30 1996-10-14 ビデオデータ圧縮方式 Pending JPH09172634A (ja)

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