JPH0918874A - 画質の制御方法 - Google Patents

画質の制御方法

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JPH0918874A
JPH0918874A JP16429195A JP16429195A JPH0918874A JP H0918874 A JPH0918874 A JP H0918874A JP 16429195 A JP16429195 A JP 16429195A JP 16429195 A JP16429195 A JP 16429195A JP H0918874 A JPH0918874 A JP H0918874A
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JP
Japan
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bits
video
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vbv
image
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Pending
Application number
JP16429195A
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English (en)
Inventor
Akira Nagamoto
明 長本
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Texas Instruments Inc
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Texas Instruments Inc
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T9/00Image coding
    • G06T9/005Statistical coding, e.g. Huffman, run length coding

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 MPEG映像の画質を高める。 【構成】 レート制御部8において新規なVBV形レー
ト制御が実施例される。このVBV形制御は、使われた
ビット数と過去の量子化パラメータを使って、量子化パ
ラメータを決定する。画面が変化するときの様な映像が
突然複雑になるときの画質の劣化を抑制できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は映像の画質の制御方法に
関し、特に、MPEG映像の画質の制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術及びその課題】一定のビットレート(bitr
ate )でMPEGビデオ信号を扱う時、発生されたビッ
ト・ストリームを定ビットレート動作によって送信又は
再生することができる様に量子化過程を制御することが
必要である。MPEGの基本特徴モデル(TM)はそれ
を制御する手順である。
【0003】MPEGの基本特徴モデルであるTM(Te
st Model)は、マクロブロック量子化パラメータを適応
させることによって、ビットレートを制限する手順にな
っている。このアルゴリズムは3つの部分からなる。
1)目標ビットの割当て、2)バッファ制御、3)適応
型量子化である。映像を符号化する為に利用し得るビッ
トの数を目標ビット割当てステージで推定する。バッフ
ァ制御ステージは、映像が推定された数のビットで符号
化されることを保証する。最後に、適応型量子化ステー
ジが、マクロブロック内での空間的な活動度に従って量
子化パラメータに対する基準値を変調して、画質を高め
る様な量子化パラメータの値を導き出す。適応型量子化
方式を改善することによって画質をよくすることができ
るが、レート制御の最初の工程としての目標ビットの割
当てが画質に大きな影響を持つ。勿論、割当てがよけれ
ば、その結果、画質が一層よくなる。
【0004】しかしながらTMには下記の2つの弱点が
ある。 1)画質の変動が比較的大きい。殆ど同じ数のビットを
使って各々のGOP(Group of Pictures )が符号化さ
れる様にビットレートが制御される。この様な動作によ
って一定ビットレートを達成することができるが、次に
述べる様な問題が起こる。情報の少ない映像では、量子
化工程の規模を減少することによって、発生されるビッ
トの量を増加し、反対に情報の多い映像では、量子化パ
ラメータを増加してビット量を制限する。これは時によ
って映像に顕著な品質の劣化を招く。更に、場面の変化
時には、符号化するのに大量のビットが必要である。そ
の為、場面の変化を含むGOPが、普通のGOPよりも
ずっと多数のビットを必要とする。然し、TMでは利用
し得るビットの数は普通のGOPと同じに設定されてい
る。この様なGOPでは画質が不良になる。
【0005】2)TMは画像の変化の影響を受けやす
い。TMは、符号化しようとする映像の映像としての複
雑さが、同じ種類の前の映像と同じであると仮定してい
る。映像の内容が突然に変化する時、これは当然成立し
ない。通常の状態でも、相次ぐ映像の映像としての複雑
さは全く同じではない。その為、映像が単純になる時に
は、TMでは品質のよすぎる映像が生ずるが、他方、映
像が更に複雑になると、TMでは品質の不良すぎる映像
が生ずる。TMは上述の様な弱点がある為、定ビットレ
ートを実現しつつ、画質を向上する為に、新規なレート
制御が求められている。
【0006】
【課題を達成するための手段及び作用】本発明は新規な
レート制御方式を提供する。本発明においては仮想バッ
ファ検証器(VBV)バッファが重要な役割を果たす。
VBV形出力レート制御は、画面の変化の様に映像が突
然複雑になる時の画質の劣化を抑制することができる。
【0007】このVBV形レート制御はTMの弱点を改
善する様に設計される。即ち、 1)一定数のビットを使うことによって各々のGOPを
符号化するのではなく、VBVのオーバーフロー及びア
ンダーフローを避けることによって、定ビットレート動
作を達成する。TMレート制御は、全てのGOPを同じ
ビット数で符号化することによって定ビットレートを達
成する。然し、定ビットレートに課せられる制約は、V
BVバッファをオーバーフローもアンダーフローもさせ
ないことだけである。従って、各々のGOPで使われる
ビット数が全部同じである必要はない。この様に制約を
緩めることにより、定ビットレートの悪影響を減らすこ
とができる。
【0008】2)VBVバッファを「バッファ」として
うまく利用する。TMレート制御の場合、VBVバッフ
ァの占有率は常に割合高く、4Mbpsの様に低いビッ
トレートでは特にそうである。各々のGOPが殆ど同じ
数のビットを使うので、GOPの全ての開始の前に、V
BVバッファは殆ど一杯である。従って、TMレート制
御ではVBVバッファが有効に利用されていないと云う
ことができる。動画像では、映像の内容及びGOPの複
雑さが時間的に変化する。同様な品質を達成する為に
は、符号化しやすいGOPが必要とするビット数は比較
的少なく、符号化し難いGOPは比較的多数のビットを
必要とする。従って、容易なGOPの所でビットを節約
し、節約されたビットを困難なGOPに割当てるべきで
ある。これは、VBVバッファを「バッファ」としてう
まく利用することによって行なうことができる。これは
画質によい効果を持ち、場面の変化が起こる時には特に
そうである。(場面の変化を含むGOPは他の普通のG
OPよりもずっと多くのビットを必要とする。)
【0009】3)映像を符号化する際、利用し得るビッ
トの目標数を適応型で制御する。TMレート制御の場
合、映像の複雑さが前の映像と同じであると仮定してい
る。この仮定と実際の(真実の)複雑さとの間の差が品
質の変動を招く。場面の変化が起こる時、この結果、品
質が明瞭になりすぎたり不良になりすぎたりする。その
為、利用し得るビットの目標数は、映像を符号化する
際、適応的に制御すべきである。この制御には別の目的
もある。TMバッファ制御(ステップ−2)の目標は、
全てのマクロブロックが同じビット数を使うことであ
る。(図1(a))。上半分ではその複雑さが非常に平
易である様な映像を考える(図1(b))と、TMで得
られる結果では、再生像の品質は上半分で非常に高い
が、下半分で比較的悪い(図1(c))。よい品質を達
成する為には、ビットは図1(d)に示す様に割当てる
べきである。これもこの適応型制御によって行なうこと
ができる。
【0010】
【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。図2は本発明の一実施例に係る制御方法を実施する
MPEG符号器の一例を示す。最初に、動き補償部(M
C)1において入力信号に対する動きの補償が実施さ
れ、次に、離散余弦変換部(DCT)2において差信号
を変換し、量子化部(Q)3にて量子化する。この出力
を可変長符号化部(VLC)4で符号化し、送信するか
フレームメモリ5で記憶する。将来の映像に対する基準
信号をつくる為、量子化された係数を逆量子化部(I
Q)6で逆量子化し、その結果に対して逆DCT部(I
DCT)7で逆変換を実施する。VBV形レート制御は
レート制御部8で行われる。このVBV形レート制御
は、使われたビット数と過去の量子化パラメータを使っ
て、量子化パラメータを決定する。この決定過程の詳細
を以下に説明する。
【0011】そのアルゴリズムは2つの部分からなる。
一つは基準目標の計算であり、このステージは、映像を
符号化する前に実施される。VBVバッファ占有度を使
って、基準目標が設定される。このステージはVBVの
オーバーフロー及びアンダーフローを招かない様に設計
される。二つ目の適応型制御であり、映像を符号化する
際、現在の映像の複雑度を推定し、推定された複雑度及
び基準目標を用いて、実際の目標が計算される。これら
の部分は大まかに云うと、TMのステップ−1及びステ
ップ−2に夫々対応する。TMは、ステップ−1で、映
像に利用し得るビット数を決定し、決定されたビット数
を用いて映像を符号化しようとする。他方、VBV形レ
ート制御は、映像を符号化する際、目標ビット数が適応
型で変えられるので、非常に融通性のある制御である。
【0012】i番目の映像を符号化する前に、基準目標
T(i)を計算する。基準目標はVBVバッファ占有度
(VBVバッファにどれだけのビットが残っているか)
を反映し、この値を適応型制御では「基準」として使
う。
【数1】 aとb0 は定数である。
【数2】
【0013】B(i)はi番目の映像を符号化する直前
のVBVバッファ占有度(ビット)である。BはVBV
バッファの容量(ビット)である。基準目標は、映像を
符号化する際のバッファ状態のインジケータとして使わ
れる。次に、適応型制御がPI−制御の考えに従って実
行される。これは比例成分及び積分成分を持つフィード
バック制御である。目標の変化に対する良好な追従特性
を達成する為、I因子(誤差の積分値)が必要である。
マクロブロックjを符号化する前に、目標ビットを算出
しなおし、基準量子化パラメータを計算する。最初に、
誤差が次の式によって定義される。
【数3】 ここでBj はjを含めて、jまでの映像内にある全ての
マクロブロックを符号化することによって発生されたビ
ット数であり、qj はjを含めてjまでの映像内の平均
量子化パラメータ、kは定数である。
【数4】 X(i)はi番目の映像に於ける平均複雑度である。
【数5】
【0014】ここでNはGOPの大きさであり、MはP
−映像の間の間隔を表わす。映像を符号化した後、各々
の映像の種類に対する映像複雑度(XI ,XP 及び
B )を更新する。
【数6】 βI ,βP ,βB は定数である。
【数7】
【0015】qMBN は映像内に使用される量子化パラメ
ータの平均であり、BMBN は映像を符号化するのに使わ
れたビット数を表わす。基準量子化パラメータは次の様
に計算される。
【数8】 I (0),QP (0)及びQB (0)は夫々I−映
像,P−映像及びB−映像に対する初期量子化パラメー
タである。K(=15・フレームレート/ビットレー
ト)及びT(=2048)は制御定数である。同じ符号
化形式の次の映像を符号化する為の初期量子化パラメー
タQX (0)として、基準量子化パラメータ(Q
raw (MBN))の最終値が使われる。
【0016】本発明に係るVBV形制御を評価する為に
コンピュータ・シミュレーションを行なったので結果を
説明する。テストシーケンスは、6個のMPEG−2テ
ストシーケンス(表1)を連結することによって作成し
た。‘Tennis’の最初の映像を4回繰返して、P
−又はB−映像で場面の変化が起こる様にした。
【表1】 シミュレーション条件は次の通り。 輪郭とレベル MP@ML ビットレート 4Mbps MC形 フレーム/フィールド適応型 映像構造 フレーム
【0017】テストシーケンスに対するSNRの結果を
表2及び図3に示す。「変動」の値は、成功した映像の
SNRの値の間の絶対値の差の和として定義される(Σ
|SNR(i)−SNR(i−1)|)。
【表2】 平均SNRはTMに比肩し得るか若干それよりもよく、
画質の変動が減少する。特に場面の変化では、品質が大
幅に改善する。本発明を一実施例に関し説明したがこれ
に限られるものではない。
【0018】
【発明の効果】平均SNR、及び、映像同士間並びに一
つの映像内での画質の変動の点で、より効果的な制御が
可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】映像の符号化の際の適応型制御を説明する図。
【図2】本発明の一実施例に係る制御方法を実施する符
号器のブロック図。
【図3】シミュレーションの結果を示す図。
【符号の説明】 1 動き補償部 2 離散余弦変換部 3 量子化部 4 可変長符号化部 5 フレームメモリ 6 逆量子化部 7 逆DCT部 8 レート制御部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 映像の符号化前に、VBVバッファ占有
    度に基いて基準目標を設定し、 映像の符号化の際に、推定された映像の複雑度及び前記
    基準目標に基いて利用し得るビットの目標数を計算す
    る。ステップを含む画質の制御方法。
JP16429195A 1995-06-29 1995-06-29 画質の制御方法 Pending JPH0918874A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16429195A JPH0918874A (ja) 1995-06-29 1995-06-29 画質の制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16429195A JPH0918874A (ja) 1995-06-29 1995-06-29 画質の制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0918874A true JPH0918874A (ja) 1997-01-17

Family

ID=15790324

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP16429195A Pending JPH0918874A (ja) 1995-06-29 1995-06-29 画質の制御方法

Country Status (1)

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JP (1) JPH0918874A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6094455A (en) * 1996-09-25 2000-07-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Image compression/encoding apparatus and system with quantization width control based on bit generation error

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6094455A (en) * 1996-09-25 2000-07-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Image compression/encoding apparatus and system with quantization width control based on bit generation error

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