JPH09322176A - 符号化モード選択方法、動画像符号化装置、符号化方法、記録方法、及び伝送方法 - Google Patents

符号化モード選択方法、動画像符号化装置、符号化方法、記録方法、及び伝送方法

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JPH09322176A
JPH09322176A JP35488496A JP35488496A JPH09322176A JP H09322176 A JPH09322176 A JP H09322176A JP 35488496 A JP35488496 A JP 35488496A JP 35488496 A JP35488496 A JP 35488496A JP H09322176 A JPH09322176 A JP H09322176A
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JP35488496A
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Hideo Kodama
秀雄 児玉
Ten Urano
天 浦野
Tomoko Kobayashi
智子 小林
Yasuhachi Hamamoto
安八 濱本
Etsuko Sugimoto
悦子 杉本
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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  • Television Signal Processing For Recording (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 動画像に応じて最適な符号化モードを選択す
る。また、その選択した符号化モードで符号化し、符号
化したコードを記録又は伝送する。 【解決手段】 予測符号化、内挿符号化、動き補償、離
散コサイン変換(DCT)、適応符号化、可変長符号化
を行うことで動画像を符号化する装置・方法に於いて、
符号化モードを最適に選択する装置・方法が開示されて
いる。例えば、或る1つの装置では、ビデオデータに対
応するビデオコードとその符号化パラメータの総符号量
に関係する値が、許容されている各符号化モードについ
て各々求められて、最小の符号量に対応する符号化モー
ドが当該ビデオデータの符号化モードとして選択され
て、該符号化モードを用いて符号化が行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、動画像(映像)符
号化技術に関し、特に、符号化モードを適応的に選択す
る技術に関する。例えば、MPEG方式の動画像符号化
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
(1)動画像データの符号化技法 予測/内挿符号化、動き補償、DCT(離散コサイン変
換)、量子化、可変長符号化(VLC)等が、動画像符
号化で用いられている。
【0003】予測符号化では、現マクロブロックが参照
マクロブロックと比較され、その差がDCTへ出力され
る。現マクロブロックは現フレームから抽出される16
×16画素のブロックである。参照マクロブロックは参
照フレームから抽出される16×16画素のブロックで
ある。参照フレームは、現フレームに先行し、又は後続
するフレームである。参照フレームが先行する場合、前
方予測符号化と呼ばれる。参照フレームが後続する場
合、後方予測符号化と呼ばれる。現フレームに先行する
参照フレームと後続する参照フレームの平均が採用され
る場合は内挿符号化と呼ばれる。
【0004】参照フレームから抽出される参照マクロブ
ロックは、現マクロブロックに似ていることが望まれ
る。このため、例えば、予測誤差が最小のマクロブロッ
クが抽出される。そのマクロブロックの参照フレーム内
の位置は、現マクロブロックの現フレーム内の位置とは
一般に異なる。この位置の差は動きベクトルによって指
定される。現マクロブロックと参照マクロブロックの対
応する画素の差、これは動きベクトルによって指定され
るものであるが、これがDCTへ出力される。これが、
動き補償と呼ばれる。
【0005】DCTでは、8×8画素の現ブロックが、
DCT技法により8×8の係数行列Cijに変換されて量
子化器へ出力される。なお、現ブロックは、上記差分の
マクロブロックを図3のように分割して得られる。
【0006】図4のように、係数行列Cijは、或る除数
Qij(量子化ステップ幅q×各係数行列Cijに適当な定
数Kij)で除算され、余りは丸められる。量子化された
係数行列C’ijはジグザグ走査され、可変長符号化器へ
出力される。定数Kijは、量子化テーブルにより与えら
れる。
【0007】定数Kij、及び/又は、qが増加すると、
量子化器から出力される量子化された係数データC’ij
は、より多くの「0」を含むようになり、圧縮レートは
上昇する。適応量子化では、動画像符号化器から出力さ
れるビットストリームのビットレートが監視され、量子
化ステップ幅は、ビットレートが目標値に適合するよう
にセットされる。つまり、ビットレートが目標値より小
さいときは量子化ステップ幅qは小さく制御され、ビッ
トレートが目標値より大きいときは量子化ステップ幅q
は大きく制御される。
【0008】可変長符号化、例えば、ハフマン符号化で
は、量子化器から出力される量子化後の各係数データ
C’ijに対して、その出現頻度に応じた長さの符号が割
り当てられる。
【0009】(2)MPEG 或る1つのタイプの動画像符号化システムが、国際標準
化機構(ISO)傘下の動画像標準化のための専門家委
員会(MPEG)により提案されている。MPEG1標
準はISO/IEC11172により与えられ、MPE
G2標準は、ISO/IEC13818により与えられ
る。
【0010】MPEGシステムでは、周知の多数のデー
タ圧縮技法が単一のシステムに集積されている。これら
は、動き補償付き予測/内挿符号化、DCT、適応量子
化、及びVLCを含む。
【0011】図2のように、MPEG標準では、I,
P,Bピクチャが用いられている。Iピクチャは、DC
T,量子化、VLCのみで符号化されるイントラマクロ
ブロックで構成される。即ち、動き補償付き予測/内挿
符号化は使われない。Iピクチャは、動きベクトル無し
で復号される。
【0012】Pピクチャは、イントラマクロブロックと
前方マクロブロックで構成される。Pピクチャは、先行
するI又はPピクチャからの動きベクトルを用いて復号
される。Bピクチャは、イントラマクロブロックと、前
方予測マクロブロックと、後方予測マクロブロックと、
内挿マクロブロックで構成される。Bピクチャは、先行
及び後続するI又はPピクチャからの動きベクトルを用
いて復号される。
【0013】(3)符号化モード 6種類の動き補償、即ち、フレーム構造に於けるフレー
ムMC、フィールドMC、デュアルプライムMC、及
び、フィールド構造に於けるフィールドMC、16×8
MC、デュアルプライムMCが、MPEG標準で許容さ
れている。3種類の予測方向、即ち、前方向、後方向、
及び双方向(前方向及び後方向)が、MPEG標準で許
容されている。したがって、MPEG標準では、複数の
動き補償モードがある。動きベクトルの個数は動き補償
モードに依存している。そして、動き補償を伴わない予
測符号化モードと、イントラ符号化モードがMPEG標
準で許容されている。
【0014】したがって、MPEG標準には、複数種類
の符号化モードがある。符号化に際しては、許容されて
いる符号化モードの中から最適な符号化モードが各マク
ロブロックについて選択される。例えば、画面間予測符
号化に於いて、予測誤差が最小の符号化モードが選択さ
れる。また、最小の予測誤差が所定の閾値を越える場合
は、イントラ符号化モードが選択される。ここで、予測
誤差は、例えば、現マクロブロックと参照マクロブロッ
クの差の二乗誤差の平均値や、絶対値の平均値で与えら
れる。
【0015】(4)従来技術 動きベクトル検出に関連する従来技術としては、特開平
4−145777、特開平4−79484、特開平3−
40687、特開平4−207790、特開平4−23
4276、特開平4−40193等の公報がある。イン
トラ符号化とインター符号化を選択する選択回路に関連
する従来技術としては、特開平6−133301、特開
平5−137129号等の公報がある。動き付き予測/
内挿符号化器、DCT、適応量子化器、及びVLCを有
するエンコーダから出力される符号量に関連する従来技
術としては、特開平4−215384、特開平2−29
180、特開平2−222389等の公報がある。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】本発明の第1の課題に
ついて、説明する。従来においては、各種動き補償モー
ドの中では、予測誤差が一番最低になる動き補償モード
が選択されている。しかし、特開平4−215384号
公報(H04N7/13)に示されるように、画像を実際に符号化
したときの符号量は、この予測誤差に比例するものでは
ない。また、特開平2−29180号公報(H04N7/137)
に示されるように、符号化時の符号量に応じてモード選
択することが知られている。また、特開平2−2223
89号公報(H04N7/137) に示されるように、動き補償予
測符号化を行った場合に、画像自身の符号量だけでな
く、動きベクトルの符号量も考慮することが知られてい
る。
【0017】しかし、動きベクトルも含めた符号化時の
符号量を実際に算出して、符号化のモードを決定するも
のは、従来においては、存在しない。本願の第1の目的
は、動きベクトル含む実際の符号量を考慮した動き補償
モード選択方法を提供することである。また、本発明の
第2の課題は、このような動画像圧縮符号化装置を提案
することである。
【0018】本発明の第3の課題について、説明する。
従来においては、各種動き補償モードの中では、予測誤
差が一番最低になる動き補償モードが選択されている。
ところが、後段の量子化回路(118) での量子化ステップ
幅(q) が大きな場合(圧縮率が大きい場合)において
は、再生画像の画質は劣化する可能性が高い。
【0019】このような場合は、予測誤差が一番最低に
なる動き補償モードの予測符号化を行っても、予測誤差
が2番目に最低になる動き補償モードで予測符号化して
も、あまり大差がつかない可能性が高いと考えられる。
又、このような場合は、予測誤差が一番最低になる動
きベクトルで、予測符号化しても、予測誤差が2番目に
最低になる動きベクトルで予測符号化しても、復号画像
の画質にあまり大差がつかない可能性が高いと考えられ
る。
【0020】しかし、従来においては、圧縮率と動き補
償動作とを結び付ける考えはなかった。本願の第3の目
的は、この新規の認識に関わるものである。つまり、圧
縮率が大きければ、動きベクトルの検出精度又は動き補
償モード選択精度が高くても、復号画像の画質的には意
味は少ない。また、圧縮率が大きい場合は、実際の符号
化における符号量が少ないものが、切望されている状況
である。そこで、圧縮率等に応じて、動き補償動作を好
適に変更できればよい。本願の第3の課題は、動き補償
関連回路に圧縮率等を知らせることを課題とする。ま
た、ビットストリーム全体の符号量は、必ずしも画像間
の予測誤差だけによって決まる訳ではない。即ち、符号
化されるものは、差分ブロックまたは処理ブロックの画
素値だけではなく、動き補償モード情報、動きベクト
ル、その他のパラメータ等があり、これらは、動き補償
モードによって個数が異なる。また、例えば、動きベク
トルの値によっては、却って符号量を増加させることも
ある。リアルタイムに動画像圧縮データを復号するため
には、符号量制御は必須であるから、ある画像の一部分
の符号量が増加すると、他の部分の符号量は少なくせざ
るを得なくなり、全体の画質が劣化することもあり得
る。従って、ある一部分の画像間の予測誤差が最小にな
ったとしても、符号量が増加すれば、全体の画質劣化に
つながることもある。特に、低ビットレートにおける符
号化では、画質よりも符号量を減らすことが重要になっ
てくる。
【0021】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、複数
の異なる動き補償予測符号化モードの中から動画像信号
を符号化する方式を選択する適応型動き補償モード選択
方法に於いて、予め符号化しようとする動画像信号を各
モードにおける動きベクトルを含めた総符号量を実際に
算出し、この算出情報に基づき動き補償モードを選択す
る、動き補償モード選択方法である。
【0022】請求項2の発明は、動画像信号を符号化す
る場合に、この符号化する方式として複数の異なる動き
補償予測符号化モードから選択する動画像圧縮符号化装
置において、前記複数の異なる動き補償予測符号化モー
ドより動画像信号を符号化した場合に、実際に生じる動
きベクトルを含めた符号量を検出するモード別発生符号
量検出手段(18)と、少なくても、このモード別発生符号
量検出手段(18)の出力により、前記符号化する動き補償
モードを選択する適応型動き補償モード選択手段(20)と
を備えることを特徴とする動画像圧縮符号化装置であ
る。
【0023】請求項3の発明は、動き補償モードに対応
する動きベクトルを生成し、生成した動きベクトルによ
り特定される参照ブロックと処理ブロックより差分ブロ
ックを生成し、生成した差分ブロックまたは処理ブロッ
クをデータ圧縮して圧縮データを生成するデータ圧縮方
法において、複数の動き補償モードに対応する圧縮デー
タ量及びピクチャ間予測符号化を行なわないモードに対
応する圧縮データ量を各々算出し、算出した圧縮データ
量に応じてモードを選択することを特徴とするデータ圧
縮方法である。
【0024】請求項4の発明は、動き補償モードに対応
する動きベクトルを生成し、生成した動きベクトルによ
り特定される参照ブロックと処理ブロックより差分ブロ
ックを生成し、生成した差分ブロックまたは処理ブロッ
クをデータ圧縮して圧縮データを生成するデータ圧縮方
法において、複数の動き補償モードの中から予測誤差が
最小となる動き補償モードを選択し、該動き補償モード
とピクチャ間予測符号化を行わないモードの圧縮データ
量を各々算出し、算出したデータ量に応じてモードを選
択することを特徴とするデータ圧縮方法である。
【0025】請求項5の発明は、圧縮データ量に基づく
モードの選択に際しては、圧縮データ量が最も目標符号
量に近いモードを選択することを特徴とする請求項3又
は請求項4記載のデータ圧縮方法である。請求項6の発
明は、圧縮データ量に基づくモードの選択に際しては、
圧縮データ量が最も少ないモードを選択することを特徴
とする請求項3又は請求項4記載のデータ圧縮方法であ
る。請求項7の発明は、請求項3〜請求項6の符号化方
法により発生した符号を記録媒体に記録する記録方法で
ある。請求項8の発明は、請求項3〜請求項6の符号化
方法により発生した符号を伝送する伝送方法である。
【0026】請求項9の発明は、対応する現映像符号に
符号化される対象の現映像データを参照して符号化モー
ドを適応的に選択する方法に於いて、各々が現映像符号
とその符号化パラメータを含む総符号の量に関係する値
を各符号化モードについて各々求め、その求めた値を参
照して符号化モードを選択する、選択方法である。
【0027】請求項10の発明は、現映像データを符号
化するエンコーダに於いて、前記エンコーダを操作し
て、各符号化モードを用いて前記現映像データを各々符
号化させて符号を発生させる第1操作手段、前記発生さ
れた各符号を各々格納するメモリ、各々が前記現映像デ
ータに由来する現映像符号と、その符号化パラメータを
含む、前記発生された各符号、の量を各々求める手段、
その求めた量を参照して符号化モードを選択する手段、
及び、前記選択された符号化モードに対応する符号を前
記メモリから前記エンコーダの出力部へ出力させる第2
操作手段、を有するエンコーダである。
【0028】請求項11の発明は、選択された符号化モ
ードを用いて現映像データを符号化して圧縮符号を発生
する動画像符号化装置に於いて、前記現映像データに由
来する現映像符号の量に関係する第1値を各符号化モー
ドについて各々求める第1測定手段、各々が設定条件に
適合する前記第1値を抽出する手段、前記第1値が1つ
抽出された場合は該抽出された第1値に対応する符号化
モードを選択する第1選択手段、前記第1値が2つ以上
抽出された場合は前記現映像データに由来する現映像符
号の量に関係する第2値を前記抽出された第1値に対応
する各符号化モードについて各々求める第2測定手段、
前記第2値を参照して符号化モードを選択する第2選択
手段、及び、前記条件を前記圧縮の度合いに応じて設定
する設定手段、を有する動画像符号化装置である。
【0029】請求項12の発明は、選択された符号化モ
ードを用いて現映像データを符号化して圧縮符号を発生
するエンコーダに於いて、予測誤差を各符号化モードに
ついて各々求める第1測定手段、各々が与えられた閾値
より小さい前記予測誤差を抽出する手段、前記予測誤差
が1つ抽出された場合は、該抽出された予測誤差に対応
する符号化モードを選択する第1選択手段、前記予測誤
差が2つ以上抽出された場合は、分散値を、前記抽出さ
れた予測誤差に対応する各符号化モードについて各々求
める第2測定手段、前記分散値を参照して符号化モード
を選択する第2選択手段、及び、前記閾値(=予測誤差
の閾値)を、前記圧縮の度合いに応じて設定する設定手
段、を有するエンコーダである。
【0030】請求項13の発明は、請求項11、又は請
求項12に於いて、前記圧縮操作がDCT技法を用いて
行われる、エンコーダである。請求項14の発明は、請
求項11、又は請求項12に於いて、前記圧縮操作が量
子化技法を用いて行われ、前記圧縮の度合いが量子化ス
テップ幅である、エンコーダである。請求項15の発明
は、請求項11、又は請求項12に於いて、さらに、前
記発生された圧縮符号を格納するバッファメモリ、及
び、前記バッファメモリの残り容量に応じて前記圧縮の
度合いを制御するレート制御手段、を有するエンコーダ
である。請求項16の発明は、請求項11、又は請求項
12に於いて、さらに、前記発生される圧縮符号の量に
応じて前記圧縮の度合いを制御するレート制御手段、を
有するエンコーダである。
【0031】請求項17の発明は、対応する現映像符号
に符号化される対象である現映像データを、選択された
符号化モードを用いて符号化する方法に於いて、各々が
現映像符号とその符号化パラメータを含む総符号の量に
関係する値を各符号化モードについて各々求め、その求
めた値を参照して符号化モードを選択する、符号化方法
である。
【0032】請求項18の発明は、選択された符号化モ
ードを用いて現映像データから符号化された符号を媒体
に記録する方法に於いて、各々が現映像符号とその符号
化パラメータを含む総符号の量に関係する値を各符号化
モードについて各々求め、その求めた値を参照して符号
化モードを選択する、記録方法である。
【0033】請求項19の発明は、選択された符号化モ
ードを用いて現映像データから符号化された符号を伝送
する方法に於いて、各々が現映像符号とその符号化パラ
メータを含む総符号の量に関係する値を各符号化モード
について各々求め、その求めた値を参照して符号化モー
ドを選択する、伝送方法である。請求項20の発明は、
動画像信号を複数の異なる動き補償予測符号化モードに
より適応的に圧縮符号化する動き補償予測符号化手段(1
14) と、この動き補償予測符号化手段(114) で符号化さ
れた動画映像信号を圧縮率を変更できる非可逆符号化に
より更に圧縮符号化する非可逆符号化手段(118,120)
と、少なくても前記圧縮率に関連した値に応じて動き補
償モードを選択する処理を変更する動き補償モード選択
手段(22)と、を備えることを特徴とする動画像圧縮符号
化装置である。請求項21の発明は、動画像映像信号を
複数の異なる動き補償予測符号化モードを選択的に用い
て圧縮符号化する動き補償予測符号化手段(114) と、こ
の動き補償予測符号化手段(114) で符号化された動画映
像信号を圧縮率を変更できる非可逆符号化で更に圧縮符
号化する非可逆符号化手段(118,120) とを備える動画像
圧縮符号化装置において、前記各動き補償モードにより
前記動き補償予測符号化手段(114) で生じる予測誤差を
検出するモード別予測誤差検出手段(146) と、このモー
ド別予測誤差検出手段(146) の出力と前記圧縮率に関連
した値とを参考に前記動き補償モードを選定する動き補
償モード選択手段(22)と、を備えることを特徴とする動
画像圧縮符号化装置である。請求項22の発明は、請求
項20又は請求項21の構成に於いて、前記非可逆符号
化手段(118,120) が、DCT回路(118) を含むことを特
徴とする動画像圧縮符号化装置である。請求項23の発
明は、請求項20又は請求項21の構成に於いて、前記
非可逆符号化手段(118,120) が、量子化回路(120) を含
み、前記圧縮率(q) に関連した値が、この量子化回路(1
20) の量子化ステップ幅であることを特徴とする動画像
圧縮符号化装置である。請求項24の発明は、請求項2
0又は請求項21の構成に於いて、動画像圧縮符号化装
置(100) が、発生した符号を一時格納するバッファ(12
8) を備えるとともに、このバッファ(128) の残存量に
応じて前記圧縮率(q) を制御する発生符号量制御回路(1
32) を備えることを特徴とする動画像圧縮符号化装置で
ある。請求項25の発明は、請求項24の構成に於い
て、 前記圧縮率(q) に関連した値が、バッファ(128)
の残存量に関連する値であることを特徴とする動画像圧
縮符号化装置である。請求項26の発明は、請求項20
又は請求項21の構成に於いて、発生した符号量に応じ
て前記圧縮率(q) を制御する発生符号量制御回路(132)
を備えることを特徴とする動画像圧縮符号化装置であ
る。請求項27の発明は、請求項26の構成に於いて、
前記圧縮率(q) に関連した値が、この動画像圧縮符号
化装置での発生符号量に応じた値であることを特徴とす
る動画像圧縮符号化装置である。
【0034】
【発明の実施の形態】以下では、MPEGビデオエンコ
ーダの用語で記述されているが、それは、イメージフレ
ームが部分的に動き補償付き予測や適応量子化に基づい
て符号化される他のタイプのビデオエンコーダが使われ
る得ることを意図している。
【0035】(1)典型的なMPEGエンコーダ(図
1). 図1は典型的なMPEGエンコーダを示す。このシステ
ムでは、イメージを記述するビデオ信号が、画面並び換
え器111 に供給される。画面並び換え111 器は画面順を
並び換える。現フレームが時間的に先行するフレームに
より参照される場合は、該現フレームが先行して復号さ
れて画像メモリ142 に格納されている必要がある。この
ため、現フレームとその時間的な先行フレームとは、現
フレームが最初に処理されるように並び換えられる。例
えば、時間的に先行するBピクチャによって参照される
現I又はPピクチャは、先にマクロブロック変換器112
へ出力される。
【0036】画面並び換え器111 で並び換えられたビデ
オデータは、マクロブロック変換器112 に入力される。
例えば通常の2ポートメモリを含むマクロブロック変換
器112 は、信号を、ラスタスキャンフォーマットから1
6×16画素のマクロブロックフォーマットに変換し
て、減算器114 と動き検出器146 へ出力する。マクロブ
ロックフォーマットでは、イメージの各フレームは、1
6×16画素の行列にアレンジされた256画素を有す
るマクロブロックの集まりとして表される。マクロブロ
ック変換器112 は、これらの画素値をマクロブロック毎
に減算器114 へ供給する。
【0037】非イントラ符号化モードでは、減算器114
は、画像メモリ142 から供給される参照マクロブロック
を、マクロブロック変換器112 から供給される対応する
現マクロブロックから減算して、動き補償された差分マ
クロブロックである差分マクロブロックをブロック変換
器116 へ出力する。イントラ符号化モードでは、減算器
114 は、マクロブロック変換器112 から供給された現マ
クロブックを、ブロック変換器116 へ出力する。
【0038】ブロック変換器116 は、図3に示すよう
に、信号を、16×16画素のマクロブロックフォーマ
ットから、8×8画素の4個のブロックフォーマットに
変換して、DCT118 へ出力する。ブロック変換器116
は、これらの画素値をブロック毎にDCT118 へ供給す
る。
【0039】DCTプロセッサ118 は、各ブロックの画
素値にDCT演算を適用して、DCT係数行列Cijのブ
ロックに変換する。各ブロックは、図4(c)に示すよ
うなジグザグスキャンを用いて、64個の係数Cijのリ
ニアストリームにアレンジされる。何れのブロックに於
いても、これらの係数Cijの先頭は、画素ブロックの直
流(DC)空間周波数成分を表す。また、残りの係数C
ijは、次に高い空間周波数成分である。
【0040】DCTプロセッサ118 によって供給される
係数値は、量子化器120 に適用される。量子化器120
は、各係数値Cijを、割り当てられたビット数を持つ2
値に変換する。概して、低い順番の係数に対しては、高
い順番の係数に対してよりも、大きいビット数が用いら
れる。その理由は、人間の目が、低空間周波数のイメー
ジ成分に対してよりも、高空間周波数のイメージ成分に
対しての方が、より感受性が鈍いためである。この操作
は、例えば、各係数を、空間周波数に比例する各々異な
る値によって除算することで実行され得る。
【0041】また、各係数値に割り当てられたビット数
は、量子化コントローラ132 から供給される量子化ステ
ップ幅qに応じて変更され得る。量子化ステップ幅q
は、各係数が、量子化行列Kijによって除算される前又
は除算された後に、各係数を除算するために適用され
る。量子化器120 はデジタル値の流れを産み、それは、
VLC124 と、逆量子化器136 へ入力される。圧縮レー
トを制御する量子化ステップ幅qは可変である。
【0042】VLC124 は、量子化器120 からのデータ
を、例えば、ランレングスのハフマンタイプのコードを
用いて符号化する。ハフマンタイプのコードを用いて、
VLC124 は、出現頻度の高いデータ値の結合と0の連
続に対して、より少ないビット数を割り当てる。
【0043】第2のVLC134 がある。これは、ともに
モード決定器150 からのデータであるマクロブロックタ
イプデータMBTと動きベクトルデータとを、可変長符
号化する。
【0044】VLC124 で発生された符号と、VLC13
4 で発生された符号は、挿入器(FIFOメモリ)126
に入力する。この挿入器(FIFOメモリ)126 は、そ
れらを結合して、ビットストリームをバッファメモリ
(FIFOメモリ)128 へ出力する。このビットストリ
ームはバッファメモリ(FIFOメモリ)128 に格納さ
れ、光ディスクのような記録媒体130 に記録される。
【0045】MPEGエンコーダでは、バッファメモリ
128 のデータ量が監視され、MPEGデコーダのバッフ
ァメモリに格納されるデータ量がシミュレートされる。
これにより、量子化ステップ幅qが、MPEGデコーダ
のバッファメモリがオーバーフローしないように制御さ
れる。即ち、量子化ステップ幅qは、バッファメモリ12
8 と、バッファメモリ128 の容量変化を参照して決定さ
れる。量子化ステップ幅qとしては、通常は、値1〜3
1が採用される。
【0046】BピクチャとPピクチャでは、差分値がD
CTされて出力されため、データ量はIピクチャより少
なくなる。この理由から、MPEGでは、目標データ量
はピクチャタイプに応じて割り当てられる。また、発生
されたデータ量は、各スライスやマクロブロック毎に監
視される。データ量は目標値と比較され、量子化コント
ローラ132 によって評価される。例えば、発生符号量が
目標値より大きい場合は量子化ステップ幅qは大きくさ
れ、量子化は粗くなる。この制御は、量子化コントロー
ラ132 により行われる。他方では、発生符号量が目標値
より小さい場合は量子化ステップ幅qは小さくされ、量
子化は細かくなる。バッファメモリ128はフレームタイ
プ、フレーム特性、量子化ステップ幅に起因して生ずる
発生符号量の変動を緩和する。
【0047】なお、MPEG標準は、一般的ではない
が、固定ビットレートに加えて、可変ビットレートを許
容している。ビットレートが変動する場合は、量子化ス
テップ幅qは当然に変動する。
【0048】逆量子化器136 と逆DCT138 で構成され
る局部デコーダは、先行又は後続フレームのための参照
イメージデータを再生する。再生されたフレームは、画
像メモリ142 に格納される。その後、減算器114 へ前述
のように出力される。加算器140 は、上記再生データが
差分データである場合に、参照フレーム内の動き補償さ
れた参照マクロブロックを上記再生データに加算する。
【0049】画像メモリ142 は、少なくとも2つのイメ
ージデータを格納する。IピクチャとIピクチャ、Iピ
クチャとPピクチャ、PピクチャとPピクチャのペアの
何れかである。画像メモリ142 は、各マクロブロックを
参照用に出力する。また、動きベクトル検出用に動きベ
クトル検出器146 へ出力する。また、モード決定用にモ
ード決定器150 に出力する。動きベクトル検出器146 で
は、現マクロブロックに最も似ている領域が、例えば、
予測誤差を用いて参照フレーム内から探し出される。動
きベクトル検出器146 は、前方検出器146F、双方検出器
146M、後方検出器146Bから成る。前方検出器146Fは、前
方動きベクトルを検出して、その予測誤差とともに動き
補償モード選択器148 に出力する。双方検出器146Mは、
両方向の動きベクトルを検出して、その予測誤差ととも
に動き補償モード選択器148 に出力する。後方検出器14
6Bは、後方動きベクトルを検出して、その予測誤差とと
もに動き補償モード選択器148 に出力する。
【0050】動き補償モード選択回路148 は、最も予測
誤差の少ないものを選択する。つまり、3つの動きベク
トル検出回路146F,146M,146Bからの予測誤差出力の内、
後方向動きベクトル検出回路146Bからの予測誤差がもっ
とも少なければ、動き補償モード選択回路148 は、後方
向動き補償を指示するマクロブロックタイプ情報を出力
するとともに、後方向動きベクトル検出回路146Bからの
動きベクトルを出力する。
【0051】また、同様に、3つの動きベクトル検出回
路146F,146M,146Bからの予測誤差出力の内、双方向動き
ベクトル検出回路146Mの予測誤差がもっとも少なけれ
ば、動き補償モード選択回路148 は、双方向動き補償を
指示するマクロブロックタイプ情報を出力するととも
に、双方向動きベクトル検出回路146Mからの動きベクト
ルを出力する。
【0052】前段の動き補償モード選択回路148 によ
り、マクロブロックを動き補償予測符号化(インター符
号化)する場合に、最も、適切な動き補償の方向が選択
済みである。しかし、画像のパターンによっては、マク
ロブロックを符号化する場合に画面内符号化(イントラ
符号化)の方が、効率的な場合もある。モード決定回路
150 は、このイントラ/インターの決定を行う。モード
決定回路150 については、例えば、特開平6−1333
01号、特開平5−137129号に示されるように、
良く知られている。
【0053】モード決定回路150 は、マクロブロック変
換器112 からのマクロブロックの画像の分散値を求め
る。また、動き補償モード選択回路148 からのマクロブ
ロックタイプ情報及び動きベクトルに基づいて動き予測
符号化した場合の差分画面の分散値を求める。このため
に、動き補償モード選択回路148 からのマクロブロック
タイプ情報及び動きベクトルに基づいて、予測マクロブ
ロックを、動き補償読み出し制御回路144 を介して画像
メモリ142 から読み出して、このモード決定回路150 に
入力する。
【0054】モード決定回路150 は、この予測マクロブ
ロックとマクロブロック変換器112からのマクロブロッ
クとの差分画面のマクロブロックを得る。そして、この
マクロブロックの分散値を求める。このように求めた2
つの分散値を比較することによりマクロブロックのタイ
プを決定する。この決定に基づいて、マクロブロックタ
イプ情報を出力する。また、マクロブロックタイプ情報
として、インター符号化が選ばれた場合は、動きベクト
ル情報も出力する。
【0055】MPEGエンコーダの動作を、図1〜図4
を参照しつつ簡単に説明する。まず、画面並び替え回路
111 は、数十枚の画面から、一枚の画面が画面単位内で
圧縮が行われるIピクチャを設定し、それ以外の画面
は、動き補償を用いた画面単位間での圧縮が行われBピ
クチャ・Pピクチャとする。画面並び替え回路111 は、
この設定に合わせて画面の並び替えを行う。
【0056】そして、画面単位内で圧縮を行うイントラ
マクロブロックでは、ブロック化回路112 で画面を複数
の領域に分割し、減算回路114 を素通りし、DCT回路
118でそれぞれに二次元離散余弦変換(DCT)を行っ
て周波数成分を求める。このDCT処理の単位は、8×
8画素単位のブロックである。
【0057】画面(図4(a))はDCT処理されて、
図4(b)に示されるように、周波数成分に変換され
る。この結果、左上が低周波領域となり、右下が高周波
領域となる。得られた周波数成分は、図4(d)で示さ
れる値によって除算される。この除算が、量子化であ
る。この量子化時に、人間の視覚特性が高周波に対して
鈍感なことを利用し、低周波側には多くの符号を割り当
て、高周波側の符号量を少なくするように、量子化す
る。つまり、前述の値Qijは、高周波に当る領域の値が
大きく設定された量子化マトリックスKijと、量子化回
路120 からの量子化ステップ幅qとの、乗算結果であ
る。こうして得られたデータを図4(c)の如く、低周
波側から高周波側へジグザグに取り、この結果を可変長
符号化する。
【0058】また、画面単位間で圧縮を行うインタ−マ
クロブロックでは、ブロック化回路112 の出力(現画
面)と、動き補償による予測画面とを、減算回路114 に
入力して差分をとり、以降は、Iピクチャと同等に符号
化する。このようにBピクチャとPピクチャは、差分を
伝送するので、データ量は小さい。したがって、このま
までは、符号化時のデータ量(ビット量)が、画面によ
って異なる。しかし、MPEGでは、転送ビットレート
は、ほぼ一定である。
【0059】このために、データ量が多い画面が続く
と、バッファメモリ128 がオーバーフローしてしまう恐
れがある。そこで、量子化マトリックス(図4(d)の
乗数である量子化ステップ幅qの値を変更することによ
り量子化の粗さを変更して(圧縮率を制御して)、発生
データ量をフィードバック制御することにより、オーバ
ーフローを防止している。
【0060】動きベクトル検出回路146 は、動きベクト
ルを検出する。動き補償モード選択回路148 は、このマ
クロブロックの適切な符号化モードを検出する。動きベ
クトル検出回路146 、動き補償モード選択回路148 で
は、いくつかある動き補償予測モードのすべての内で、
予測誤差が最小になる動き補償モードを選択する。モー
ド決定回路150 は、最終的にマクロブロックタイプを決
定し、このマクロブロックタイプ情報と、動きベクトル
を出力する。
【0061】(2)第1実施例(図5〜図8). 図5において、図1と同一部分には、同一符号を付し説
明を省略する。図5において、50は、イントラ符号化用
のバッファである。52、54、56は、インタ−符号化用の
バッファである。各バッファは、各動き補償モードにお
ける、動きベクトル等の付属データを含む画像の符号化
データを格納する。
【0062】52は、前方向の動き補償予測符号化を行っ
た場合に発生する符号を一時格納するバッファである。
54は、双方向の動き補償予測符号化を行った場合に発生
する符号を一時格納するバッファである。56は、後方向
の動き補償予測符号化を行った場合に発生する符号を一
時格納するバッファである。
【0063】58は、モード選択回路である。モード選択
回路58は、バッファ50、52、54、56の符号量を検出し、
符号量が最も少ないモードを選択して、モード決定回路
60に出力する。このモード選択回路58は、複数の異なる
動き補償予測符号化モードより動画像信号を符号化した
場合に、実際に生じる動きベクトルを含めた符号量を検
出するモード別発生符号量検出手段58を成している。
【0064】モード決定回路60は、符号化する場合のモ
ードを決定する。モード決定回路60は、少なくても、モ
ード選択回路58の出力により、符号化する動き補償モー
ドを選択する適応型動き補償モード選択手段60を成して
いる。
【0065】第1実施例の動作を説明する。Bピクチャ
を符号化する場合には、各マクロブロックについて、モ
ードを決定しなくてはならない。 動き検出回路146 で
は、符号化するマクロブロックについて、各モードの動
きベクトルを求める。
【0066】これより、本願の特徴を記載する。モード
決定回路60は、図6のS1に示すように、まず、イント
ラ符号化が行われるように本エンコーダを制御する。そ
して、この時に発生する符号をバッファ50に格納する。
【0067】次に、モード決定回路60は、図6のS2に
示すように、まず、インタ−符号化のうちの前方向予測
符号化が行われるように本エンコーダを制御すると共
に、対応する前方向の動きベクトルを出力する。そし
て、この時に発生する符号をバッファ52に格納する。
【0068】モード決定回路60は、図6のS3に示すよ
うに、インタ−符号化のうちの双方向予測符号化が行わ
れるように本エンコーダを制御すると共に、対応する双
方向の動きベクトルを出力する。そして、この時に発生
する符号をバッファ54に格納する。
【0069】モード決定回路60は、図6のS4に示すよ
うに、インタ−符号化のうちの後方向予測符号化が行わ
れるように本エンコーダを制御すると共に、対応する後
方向の動きベクトルを出力する。そして、この時に発生
する符号をバッファ56に格納する。
【0070】モード選択回路58は、図6のS5に示すよ
うに、バッファ50、52、54、56の符号量を検出し、もっ
とも符号量の少ないバッファを検出し、モード決定回路
60に知らせる。つまり、モード選択回路58は、バッファ
50、52、54、56の符号量を検出し、モード決定回路60
は、図6のS6に示す如く、このもっとも少ない符号量
に対応するモードでの符号化を決定する。ここからは、
従来と同様に通常の符号化処理を行う。
【0071】このモードの決定について述べる。例え
ば、バッファ50の符号量が最も少ないのであれば、この
時のマクロブロックに適した符号化は、イントラ符号化
である。従って、モード選択回路58が、これを検出し、
これをモード決定回路60に伝えると、モード決定回路60
は、イントラ符号化を行うように本エンコーダを制御す
るために、イントラ符号化を示すマクロブロックタイプ
情報を出力する。
【0072】また、バッファ56の符号量がもっとも少な
いのであれば、この時のマクロブロックに適した符号化
は、後方向の動き補償予測符号化である。従って、モー
ド選択回路58が、これを検出し、これをモード決定回路
60に伝えると、モード決定回路60は、後方向の動き補償
予測符号化を行うように本エンコーダを制御するため
に、後方向予測符号化を示すマクロブロックタイプ情報
を出力すると共に後方向の動きベクトルを出力する。
【0073】このように、この第1実施例によれば、実
際の動きベクトルを含む符号量により、モードを選択し
ているので、発生符号量が少ない動き補償モードを選択
することが出来る。なお、この第1実施例は、ハード的
な概略回路ブロック図で説明したが、本願は、当然、M
PEGの符号化をソフトウエアで行う場合に、採用して
も良い。また、この第1実施例では、マクロブロックの
符号化モードとしてイントラ符号化を含んでいるが、本
願はこれに限定されるものではなく、複数種類の動き補
償モードだけでもよい。また、この第1実施例は、3つ
の動き補償モードについて説明したが、本願は、当然、
これだけに限定されるわけでなく、例えば、MPEG2
のフレーム構造におけるフレーム予測とフィールド予測
のモード選択にも利用できる。また、MPEG2のフィ
−ルド構造における16×16単位の予測と16×8単
位の予測モードの選択にも利用できる。また、Pピクチ
ャに用いても良い。
【0074】また、第1実施例では、常に、実際の符号
量からモードを選択している。しかし、本願は、これに
限定されるわけでない。例えば、十分にバッファ128 に
余裕があり、量子化ステップ幅qが最小の場合(圧縮率
が小さな場合)は、従来と同様にしてモードを決定して
もよい。そして、例えば、バッファ128 に余裕がなくな
る可能性が高まったり、量子化ステップ幅qが増加した
場合(圧縮率が大きな場合)に、発生符号量を少なくす
るために、上述の処理を行うように構成してもよい。
【0075】また、この第1実施例は、3つの動き補償
モードについては、全て実際に符号化した。しかし、本
願は、当然、これだけに限定されるわけでなく。例え
ば、動き補償モードにおいて、予測誤差が小さい上位2
つの動き補償モードについて全て実際に符号化するよう
にしてもよい。このようにすれば、プログラムにおける
演算量を低減でき、処理スピードの高速化が図れる。な
お、前述したように予測誤差が少ない場合に必ずしも符
号量が少ないとは限らないが、その可能性が高いからで
ある。
【0076】また、上述の如く、予測誤差が少ない上位
2つの動き補償モードについて、全て実際に符号化する
のではなく、図7の如く、予測誤差が所定閾値より少な
い動き補償モードについて実際に符号化するようにして
もよい。このようにすると、プログラムにおける演算量
を低減でき、処理スピードの高速化が図れる。
【0077】さらに、この図7の所定閾値の値を、量子
化ステップ幅qに応じて変更してもよい。つまり、図8
に示すように、量子化ステップ幅qが大きい場合、実際
の符号量を出来るだけ検出するモ−ドを選択した。つま
り、バッファ128 に余裕がない場合は、発生符号量の低
減が切望されるので、この様な場合には、少しでも発生
符号量を少なくする可能性を高めるために行う。
【0078】(3)第2実施例(図9). 図9において、図1及び図5と同一の部分には、同一符
号を付して説明を省略する。この実施例は、本エンコー
ダでの圧縮率又は発生符号量に関連する値に応じて、符
号化時のモード選択動作を変更するものである。なお、
本エンコーダでの圧縮率又は発生符号量に関連する値と
しては、挿入器126 からのマクロブロック毎の発生符号
量、バッファ128 の残り容量、量子化ステップ幅qがあ
る。
【0079】この実施例では、量子化ステップ幅qを用
いた。また、この実施例では、発生符号量に応じてモー
ド選択動作を行う場合に、実際の発生符号量を検出する
のではなく、分散値から発生符号量を予測した。図9に
おいて、62は、動き補償モード選択回路である。Lは、
量子化ステップ幅qを動き補償モード選択回路62に伝送
する報知手段としての信号線路である。
【0080】前記動き補償モード選択回路62は、予測誤
差が所定の閾値より小さいモードをまず検出する。な
お、この所定の閾値は、量子化ステップ幅qに応じて変
更される。この量子化ステップ幅qは、信号線路Lによ
り動き補償モード選択回路62に伝送されている。量子化
ステップ幅qが大きい場合には、前述の閾値も大きく変
更される。
【0081】そして予測誤差と閾値との比較し、閾値よ
り小さな予測誤差のモードを検出する。これに該当する
モードがなければ、動き補償モード選択回路62は、最も
予測誤差の小さいものを選択する。つまり、このモード
を示すマクロブロックタイプ情報を出力するとともに、
このモードの動きベクトルを出力する。また、これに該
当するモードが1つのみであれば、動き補償モード選択
回路62は、このモードを選択する。つまり、このモード
を示すマクロブロックタイプ情報を出力するとともに、
このモードの動きベクトルを出力する。
【0082】また、これに該当するモードが2つ以上で
あれば、動き補償モード選択回路62は、更に選択処理を
行う。この選択処理のために、分散値による処理を行
う。動き補償モード選択回路62は、複数のモードの一つ
について、マクロブロックタイプ情報及び動きベクトル
に基づいて、動き予測符号化した場合の誤差画面の分散
値を求める。
【0083】このため、このモードに対応するマクロブ
ロックタイプ情報及び動きベクトルを動き補償読み出し
制御回路144 に出力する。これにより、画像メモリ142
からは、対応する予測画面のマクロブロックが、動き補
償モード選択回路62へ出力される。
【0084】動き補償モード選択回路62は、マクロブロ
ック変換器112 からの現マクロブロックの画像と、画像
メモリ142 からの予測画面のマクロブロックの差分を求
め、更に、この差分画面マクロブロックの分散値を求め
る。動き補償モード選択回路62は、残りのモードについ
ても、同様に処理して、それぞれのモードにおける分散
値を求める。
【0085】そして、動き補償モード選択回路62は、こ
の分散値を比較して、動き補償モードを選択する。この
ように、動き補償モード選択回路62は、この動きベクト
ル検出回路(各モ−ド別予測誤差検出手段:146)の出力
と前記圧縮率に関連した値とを参考に前記動き補償モー
ドを選定する、動き補償モード選択手段62を成してい
る。また、この動き補償モード選択回路62は、少なくて
も前記圧縮率に関連した値に応じて動き補償モードを選
択する処理を変更する動き補償モード選択手段62を成し
ている。なお、この実施例では、動き補償モードによる
差分画面の分散値をモード決定回路150 でもう一度求め
るようにしているが、これは、当然、回路をまとめても
よい。
【0086】(4)動き補償付き予測符号化(図17,
図18). 従来より一般に行なわれている動き補償つき予測符号化
を用いた圧縮手法について、以下に概略を説明する。図
17は、MPEG規格に基づく圧縮動作の構成図、図1
8は、動き補償モードを選択する動作の構成図である。
図17に於いて、イントラ画像はまず、ブロック毎にD
CT/量子化部101 で、DCT及び量子化が行なわれ
る。
【0087】この際、符号量制御部108 より与えられる
目標符号量に応じて、量子化ステップ幅等が定められ
る。生成したデータは、VLC部102 へ送られて可変長
符号化(VLC)が行なわれる。符号化データは、前記
量子ステップ幅値とデータ統合され一本のビットストリ
ームを形成する。一方、前記符号化データは、逆量子化
/逆DCT(IDCT)部103 へも送られて復号化さ
れ、復号データ(以下、デコード画像)は、画像メモリ
104 へ蓄えられる。
【0088】次に、インター画像は、まず、動き検出部
105 で、マクロブロック毎に、参照ピクチャに対して動
きベクトルを検出する。ここで参照ピクチャは、画像メ
モリ104 に保持されているデコード画像である。複数の
動き補償モードが許容されている場合には、各動き補償
モード毎に動きベクトル検出を行なう。その後に、動き
補償部106 において、画像間予測誤差が最小となる動き
補償モードまたは、動き補償を行なわないモードを選択
する。
【0089】選択したモードに対応する差分ブロックま
たは処理ブロックは、DCT/量子化部101 、次いでV
LC部102 へ送られて、イントラ画像と同様の圧縮処理
が行なわれる。一方、動き補償部106 で選択した前記モ
ードの情報、及び動き補償を行う場合には対応する動き
ベクトル情報は、VLC部107 へ送られて符号化され
る。最後にデータ統合部110 において、各符号化情報が
一本のビットストリームに統合されて出力される。生成
ビットストリーム量は、符号量制御部108 へ送られて、
残存画像の符号化時に定める目標符号量の基準となる。
【0090】図18には、本構成の動き補償部106 内部
の詳細を記す。ここでは、まずブロック位置指定部11
で、検出済みの動きベクトルデータを用いて、ピクチャ
内の参照ブロック位置を指定し、参照ピクチャ内から、
参照ブロックを切り出す。次に、差分ブロック生成部12
で、前記参照ブロックと処理ブロックとの間の対応する
画素値の差分を求め、差分ブロックを生成する。11〜13
の動作は、複数の動き補償モードの各々及び動き補償を
行わないピクチャ間予測符号化の各々について行う。但
し、動き補償を行わない場合には、ブロック位置指定部
11では、動きベクトルデータを用いず、処理マクロブロ
ックと同じ座標を指定する。最小予測誤差選択部14で
は、各モードに対応する複数の差分ブロックを元に、画
像間の予測誤差が最小になる動き補償モードを選択す
る。
【0091】最後に、選択した動き補償モードによる動
き補償つきピクチャ間予測符号化(非イントラ)と、ピ
クチャ間予測符号化を行わないモード(イントラ)のい
ずれかを選択する、イントラ/非イントラ判定をイント
ラ/非イントラ判定部15で行う。一般には、ピクチャ間
予測符号化の予測誤差が一定の閾値を越えれば、ピクチ
ャ間予測符号化は行わない(イントラ判定)。
【0092】選択された動き補償モードの情報及び動き
ベクトルは、図17のVLC部107へ送られる。一方、
対応する差分ブロック、または、動き補償を行なわない
モードが選択された場合には、処理ブロックが、図17
のDCT/量子化部101 へ送られる。
【0093】(5)第3実施例(図10,図11). 本発明の第3実施例について述べる。図10は、本発明
による動画像圧縮方法の構成の一例を示したもの、図1
1は、本発明による動き補償モード選択の詳細を示した
ものである。
【0094】図10に示す様に、この実施例の動作構成
は、DCT及び量子化を行なうDCT/量子化部101 及
び可変長符号化を行なうVLC102 、VLC107 、逆量
子化及びIDCTを行なう逆量子化/IDCT部103 、
少なくとも1枚以上のピクチャデータを格納する画像メ
モリ104 、動き検出を行なう動き検出部105 、動き補償
を行なう動き補償部106 、符号量制御を行なう符号量制
御部108 、種々の圧縮データを一本のビットストリーム
に統合するデータ統合部110 で構成される。
【0095】本発明において、従来技術と異なる点は、
インター画像における動き補償モードの選択であるの
で、イントラ画像の圧縮動作については、述べない。イ
ンター画像の場合は、まず、動き検出部105 で画像メモ
リに蓄えられた参照画像に対して動き検出を行ない、さ
らに動き検出部で得られた動きベクトルを用いて動き補
償部106で動き補償を行なう。
【0096】動き補償部では、過去に符号化済みのビッ
トストリームの量から得られる目標符号量を用いて、複
数の動き補償モードの中から最適な動き補償モードを選
択する。DCT/量子化器101 では、選択された動き補
償モードに基づく動き補償により生成した差分ブロック
データをDCT及び量子化によって圧縮する。
【0097】更にVLC部102 において可変長符号化を
行なう。一方、選択された動き補償モード情報と該動き
補償モードに対応する動きベクトルは、VLC部107 で
可変長符号化される。データ統合部110 では、上記圧縮
データを統合して一つのビットストリームにし、出力す
る。
【0098】図11は、本実施例における、動き補償モ
ード選択動作の詳細である。まず、ブロック位置指定部
11において、検出済みの動きベクトルデータを用いて、
参照ピクチャ内の、参照ブロックの位置を指定する。次
に、差分ブロック生成部12において、処理ピクチャ内の
処理ブロックと、前記参照ブロック位置に基づく参照ピ
クチャ内の参照ブロックとの対応する画素値の差分をと
り、差分ブロックを生成する。
【0099】符号量計算部23では、前記差分ブロックを
符号化する場合に生成する符号量を求める。ここで、符
号量の算出は、予め差分ブロックの各要素、パターン、
及び動きベクトル値に対応する符号量の表を保持してお
き、該当する値を比較によって得る。または、差分ブロ
ック及びその他のパラメータを実際に符号化処理して生
成する符号量を得ても良い。その場合は、図10のDC
T/量子化部101 、VLC部102 、VLC部107 と同一
の動作を全てのモードについて行い、符号量を得る。最
近符号量選択部34では、各動き補償モード毎に求めた生
成符号量から、目標符号量に最も近い値となる動き補償
モードを選択する。
【0100】選択した動き補償データ及び対応する差分
ブロックデータ、または、動き補償を行なわないモード
が選択された場合には処理ブロックデータを出力する。
ここで、符号量計算時に符号化を行なった場合には、ブ
ロックデータの代わりに、符号化済みのデータを出力し
ても良い。その場合は、図10における、DCT/量子
化部101 、VLC部102 、VLC部107 の動作は行なわ
ない。
【0101】(6)第4実施例(図12). 次に本発明の第4実施例を説明する。本実施例は、目標
符号量の見積もりに量子化ステップ幅を用い、該目標符
号量に最近の符号量となる動き補償モードを選択するこ
とを特徴とする。図12は、本実施例における、動き補
償モード選択動作の詳細である。
【0102】まず、ブロック位置指定部11において、検
出済みの動きベクトルデータを用いて、参照ピクチャ内
の、参照ブロックの位置を指定する。次に、差分ブロッ
ク生成部12において、処理ピクチャ内の処理ブロック
と、前記参照ブロック位置に基づく参照ピクチャ内の参
照ブロックとの対応する画素値の差分をとり、差分ブロ
ックを生成する。
【0103】符号量計算部23では、前記差分ブロックを
符号化する場合に生成する符号量を求める。ここで、符
号量の算出は、予め差分ブロックの各要素、パターン、
及び動きベクトル値に対応する符号量の表を保持してお
き、該当する値を比較によって得る。または、差分ブロ
ック及びその他のパラメータを実際に符号化処理して生
成する符号量を得ても良い。その場合は、図10のDC
T/量子化部101 、VLC部102 、VLC部107 と同一
の動作を全てのモードについて行って符号量を得る。
【0104】符号化済みビットストリームのバッファ残
存量に応じて量子化ステップ幅が定められる場合には、
目標符号量の代わりに量子化ステップ幅を用いても良
い。この場合、図中目標符号量見積り部45において、量
子化ステップ幅値に対応する残存バッファ量のテーブル
を予め保持しておき、該テーブルと比較することによ
り、目標符号量の概算を得る。
【0105】最近符号量選択部34では、各動き補償モー
ド毎に求めた生成符号量から、見積もり目標符号量に最
も近い値となる動き補償モードを選択する。選択した動
き補償データ及び対応する差分ブロックデータ、また
は、動き補償を行なわないモードが選択された場合には
処理ブロックデータを出力する。ここで、符号量計算時
に符号化を行なった場合には、ブロックデータの代わり
に、符号化済みのデータを出力しても良い。その場合
は、図10における、DCT/量子化部101 、VLC部
102 、VLC部107 の動作は行なわない。
【0106】(7)第5実施例(図13). 次に本発明の第5実施例を説明する。本実施例は、符号
化後の符号量が最小となる動き補償モードを選択するこ
とを特徴とする。図13は、本実施例における動き補償
モード選択動作の詳細である。
【0107】まず、ブロック位置指定部11において、検
出済みの動きベクトルデータを用いて、参照ピクチャ内
の、参照ブロックの位置を指定する。次に、差分ブロッ
ク生成部12において、処理ピクチャ内の処理ブロック
と、前記参照ブロック位置に基づく参照ピクチャ内の参
照ブロックとの対応する画素値の差分をとり、差分ブロ
ックを生成する。
【0108】符号量計算部23では、前記差分ブロックを
符号化する場合に生成する符号量を求める。ここで、符
号量の算出は、予め差分ブロックの各要素、パターン、
及び動きベクトル値に対応する符号量の表を保持してお
き、該当する値を比較によって得る。または、差分ブロ
ック及びその他のパラメータを実際に符号化処理して生
成する符号量を得ても良い。その場合は、図10のDC
T/量子化部101 、VLC部102 、VLC部107 と同一
の動作を全てのモードについて行って符号量を得る。
【0109】最小符号量選択部54では、各モード毎に求
めた生成符号量から、最小符号量となるモードを選択
し、選択した動き補償データ及び対応する差分ブロック
データ、または、動き補償を行なわないモードが選択さ
れた場合には処理ブロックデータを出力する。選択した
動き補償データ及び対応する差分ブロックデータ、また
は、動き補償を行なわないモードが選択された場合には
処理ブロックデータを出力する。ここで、符号量計算時
に符号化を行なった場合には、ブロックデータの代わり
に、符号化済みのデータを出力しても良い。その場合
は、図10におけるDCT/量子化部101 、VLC部10
2 、VLC部107 の動作は行なわない。
【0110】(8)第6実施例(図14). 次に本発明の第6実施例を説明する。本実施例は、予測
誤差が最小となる動き補償モード、及び、動き補償を行
わないモードの内、符号化後の符号量が目標符号量にも
っとも近くなるモードを選択することを特徴とする。
【0111】図14は、本実施例における、モード選択
動作の詳細である。まず、ブロック位置指定部11におい
て、検出済みの動きベクトルデータを用いて、参照ピク
チャ内の、参照ブロックの位置を指定する。次に、差分
ブロック生成部12において処理ピクチャ内の処理ブロッ
クと前記参照ブロック位置に基づく参照ピクチャ内の参
照ブロックとの対応する画素値の差分をとり、差分ブロ
ックを生成する。
【0112】予測誤差計算部13では、予測誤差を計算す
る。符号量計算部23では、前記差分ブロックを符号化す
る場合に生成する符号量を求める。最小予測誤差選択部
64では、ピクチャ間予測符号化を行なうモード毎に得た
予測誤差の値が最小になるものを選び出す。符号量計算
部23では、該最小予測誤差を持つモードと、イントラ符
号化を行なうモードの双方について、圧縮後の符号量を
計算する。
【0113】最近符号量選択部34では、該計算した符号
量が、目標符号量に最も近くなるモードを選択する。な
お、本実施例においては、最近符号量選択部34の代わり
に最小符号量を選択する手段を用いても良い。また、目
標符号量の代わりに、量子化ステップ幅を用い、目標符
号量を見積もる手段を追加しても良い。
【0114】(9)第7実施例(図15). 次に本発明の第7実施例を説明する。本実施例は、最適
な符号量を得るモードを用いて符号化を行い、生成ビッ
トストリームを記録する、圧縮データ記録方法である。
図15は本実施例における圧縮動画像記録方法の一例を
示したものである。
【0115】図15に示す様に、この実施例の動作構成
はDCT及び量子化を行なうDCT/量子化部101 及び
可変長符号化を行なうVLC102 、VLC107 、逆量子
化及びIDCTを行なう逆量子化/IDCT部103 、少
なくとも1枚以上のピクチャデータを格納する画像メモ
リ104 、動き検出を行なう動き検出部105 、動き補償を
行なう動き補償部106 、符号量制御を行なう符号量制御
部108 、種々の圧縮データを一本のビットストリームに
統合するデータ統合部110 、圧縮データを記録する記録
媒体611 で構成される。
【0116】本発明において、従来技術と異なる点は、
インター画像における動き補償モードの選択であるの
で、イントラ画像の圧縮動作については、述べない。イ
ンター画像の場合は、まず、動き検出部105 で画像メモ
リに蓄えられた参照画像に対して動き検出を行ない、さ
らに動き検出部で得られた動きベクトルを用いて動き補
償部106で動き補償を行なう。
【0117】動き補償部では、過去に符号化済みのビッ
トストリームの量から得られる目標符号量を用いて、複
数の動き補償モードの中から最適な動き補償モードを選
択する。DCT/量子化器101 では、選択された動き補
償モードに基づく動き補償により生成した差分ブロック
データをDCT及び量子化によって圧縮する。
【0118】更にVLC部102 において可変長符号化を
行なう。一方、選択された動き補償モード情報と該動き
補償モードに対応する動きベクトルは、VLC部107 で
可変長符号化される。データ統合部110 では、上記圧縮
データを統合して一つのビットストリームにし、出力す
る。
【0119】出力されたビットストリームは、記録装置
に収納された記録媒体611 に記録される。なお、動き補
償部106 の内部構成は、前記実施例3〜実施例6のいず
れか一つと同じである。
【0120】(10)第8実施例(図16). 次に本発明の第8実施例を説明する。本実施例は、最適
な符号量を得るモードを用いて符号化を行い、生成ビッ
トストリームを伝送する、圧縮データ伝送手段である。
【0121】図16は本実施例における圧縮動画像記録
方法の一例を示したものである。図16に示す様に、こ
の実施例の動作構成は、DCT及び量子化を行なうDC
T/量子化部101 及び可変長符号化を行なうVLC102
、VLC107 、逆量子化及びIDCTを行なう逆量子
化/IDCT部103 、少なくとも1枚以上のピクチャデ
ータを格納する画像メモリ104 、動き検出を行なう動き
検出部105 、動き補償を行なう動き補償部106 、符号量
制御を行なう符号量制御部108 、種々の圧縮データを一
本のビットストリームに統合するデータ統合部110 、圧
縮データを転送する送信手段711 で構成される。
【0122】本発明において、従来技術と異なる点は、
インター画像における動き補償モードの選択であるの
で、イントラ画像の圧縮動作については、述べない。イ
ンター画像の場合は、まず、動き検出部105 で画像メモ
リに蓄えられた参照画像に対して動き検出を行ない、さ
らに動き検出部で得られた動きベクトルを用いて動き補
償部106 で動き補償を行なう。
【0123】動き補償部では、過去に符号化済みのビッ
トストリームの量から得られる目標符号量を用いて、複
数の動き補償モードの中から最適な動き補償モードを選
択する。DCT/量子化器101 では、選択された動き補
償モードに基づく動き補償により生成した差分ブロック
データをDCT及び量子化によって圧縮する。更にVL
C部102 において可変長符号化を行なう。一方、選択さ
れた動き補償モード情報と該動き補償モードに対応する
動きベクトルは、VLC部107 で可変長符号化される。
データ統合部110 では、上記圧縮データを統合して一つ
のビットストリームにし、出力する。
【0124】各処理部101 〜110 によって圧縮した動画
像データのビットストリームは、送信手段711 によって
伝送される。なお、動き補償部106 の内部構成は、前記
実施例3〜実施例6のいずれか一つと同じである。
【0125】
【発明の効果】或る本発明では、複数種類の動き補償を
適応的に使用して動画像を符号化する動き補償モード選
択において、実際に発生する動きベクトルを含む符号量
によりモードを選択している。したがって、動き補償モ
ードの選択が的確に行える。また、或る本発明では、圧
縮率(量子化ステップ幅q)、バッファの残存量、発生
符号量等に応じて、動き補償モード選択処理動作を変更
することができる。したがって、エンコーダの状況に応
じた適切な動き補償モードの選択処理を行うことができ
る。また、或る本発明では、動画像の圧縮、記録、伝送
に於いて、ビットストリーム全体の符号量を最適な値に
することができる。また、或る本発明では、予測誤差が
少なく、且つ、ビットストリーム全体の符号量を最適な
値にすることができる。また、或る本発明では、予測誤
差が少なく、且つ、ビットストリーム全体の符号量を最
小にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】典型的な動画像符号化装置を例示するブロック
図。
【図2】動画像符号化方式の説明図。
【図3】動画像符号化方式の説明図。
【図4】動画像符号化方式の説明図。
【図5】第1実施例の動画像符号化装置のブロック図。
【図6】図5の装置の動作手順の一例を示すフロ−チャ
−ト。
【図7】図5の装置の動作手順の一例を示すフロ−チャ
−ト。
【図8】図5の装置の動作手順の一例を示すフロ−チャ
−ト。
【図9】第2実施例の動画像符号化装置のブロック図。
【図10】第3〜第6実施例の動画像圧縮方式の機能ブ
ロック図。
【図11】第3実施例の動画像圧縮方式の動作説明図。
【図12】第4実施例の動画像圧縮方式の動作説明図。
【図13】第5実施例の動画像圧縮方式の動作説明図。
【図14】第6実施例の動画像圧縮方式の動作説明図。
【図15】第7実施例の動画像圧縮記録方式の機能ブロ
ック図。
【図16】第8実施例の動画像圧縮伝送方式の機能ブロ
ック図。
【図17】典型的な動画像圧縮符号化方式の機能ブロッ
ク図。
【図18】図10の動画像圧縮方式の動作説明図。
【符号の説明】
q 量子化ステップ幅 L 信号線路 50 バッファメモリ 52 バッファメモリ 54 バッファメモリ 56 バッファメモリ 58 モード選択回路 60 モード決定回路 62 動き補償モード選択回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱本 安八 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 杉本 悦子 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の異なる動き補償予測符号化モード
    の中から動画像信号を符号化する方式を選択する適応型
    動き補償モード選択方法に於いて、 予め符号化しようとする動画像信号を各モードにおける
    動きベクトルを含めた総符号量を実際に算出し、この算
    出情報に基づき動き補償モードを選択する、 動き補償モード選択方法。
  2. 【請求項2】 動画像信号を符号化する場合に、この符
    号化する方式として複数の異なる動き補償予測符号化モ
    ードから選択する動画像圧縮符号化装置において、 前記複数の異なる動き補償予測符号化モードより動画像
    信号を符号化した場合に、実際に生じる動きベクトルを
    含めた符号量を検出するモード別発生符号量検出手段(1
    8)と、 少なくても、このモード別発生符号量検出手段(18)の出
    力により、前記符号化する動き補償モードを選択する適
    応型動き補償モード選択手段(20)とを備えることを特徴
    とする動画像圧縮符号化装置。
  3. 【請求項3】 動き補償モードに対応する動きベクトル
    を生成し、生成した動きベクトルにより特定される参照
    ブロックと処理ブロックより差分ブロックを生成し、生
    成した差分ブロックまたは処理ブロックをデータ圧縮し
    て圧縮データを生成するデータ圧縮方法において、 複数の動き補償モードに対応する圧縮データ量及びピク
    チャ間予測符号化を行なわないモードに対応する圧縮デ
    ータ量を各々算出し、算出した圧縮データ量に応じてモ
    ードを選択することを特徴とするデータ圧縮方法。
  4. 【請求項4】 動き補償モードに対応する動きベクトル
    を生成し、生成した動きベクトルにより特定される参照
    ブロックと処理ブロックより差分ブロックを生成し、生
    成した差分ブロックまたは処理ブロックをデータ圧縮し
    て圧縮データを生成するデータ圧縮方法において、 複数の動き補償モードの中から予測誤差が最小となる動
    き補償モードを選択し、該動き補償モードとピクチャ間
    予測符号化を行わないモードの圧縮データ量を各々算出
    し、算出したデータ量に応じてモードを選択することを
    特徴とするデータ圧縮方法。
  5. 【請求項5】 圧縮データ量に基づくモードの選択に際
    しては、圧縮データ量が最も目標符号量に近いモードを
    選択することを特徴とする請求項3又は請求項4記載の
    データ圧縮方法。
  6. 【請求項6】 圧縮データ量に基づくモードの選択に際
    しては、圧縮データ量が最も少ないモードを選択するこ
    とを特徴とする請求項3又は請求項4記載のデータ圧縮
    方法。
  7. 【請求項7】 請求項3〜請求項6の符号化方法により
    発生した符号を記録媒体に記録する記録方法。
  8. 【請求項8】 請求項3〜請求項6の符号化方法により
    発生した符号を伝送する伝送方法。
  9. 【請求項9】 対応する現映像符号に符号化される対象
    の現映像データを参照して符号化モードを適応的に選択
    する方法に於いて、 各々が現映像符号とその符号化パラメータを含む総符号
    の量に関係する値を各符号化モードについて各々求め、 その求めた値を参照して符号化モードを選択する、 選択方法。
  10. 【請求項10】 現映像データを符号化する動画像符号
    化装置に於いて、 前記動画像符号化装置を操作して、各符号化モードを用
    いて前記現映像データを各々符号化させて符号を発生さ
    せる第1操作手段、 前記発生された各符号を各々格納するメモリ、 各々が前記現映像データに由来する現映像符号と、その
    符号化パラメータを含む、前記発生された各符号、の量
    を各々求める手段、 その求めた量を参照して符号化モードを選択する手段、
    及び、 前記選択された符号化モードに対応する符号を前記メモ
    リから前記エンコーダの出力部へ出力させる第2操作手
    段、 を有する動画像符号化装置。
  11. 【請求項11】 選択された符号化モードを用いて現映
    像データを符号化して圧縮符号を発生する動画像符号化
    装置に於いて、 前記現映像データに由来する現映像符号の量に関係する
    第1値を各符号化モードについて各々求める第1測定手
    段、 各々が設定条件に適合する前記第1値を抽出する手段、 前記第1値が1つ抽出された場合は、該抽出された第1
    値に対応する符号化モードを選択する第1選択手段、 前記第1値が2つ以上抽出された場合は、前記現映像デ
    ータに由来する現映像符号の量に関係する第2値を、前
    記抽出された第1値に対応する各符号化モードについて
    各々求める第2測定手段、 前記第2値を参照して符号化モードを選択する第2選択
    手段、及び、 前記条件を、前記圧縮の度合いに応じて設定する設定手
    段、 を有する動画像符号化装置。
  12. 【請求項12】 選択された符号化モードを用いて現映
    像データを符号化して圧縮符号を発生する動画像符号化
    装置に於いて、 各符号化モードについて前記現映像データの参照データ
    を各々求め、各参照データと前記現映像データの予測誤
    差を各々求める第1測定手段、 各々が与えられた閾値より小さい前記予測誤差を抽出す
    る手段、 前記予測誤差が1つ抽出された場合は、該抽出された予
    測誤差に対応する符号化モードを選択する第1選択手
    段、 前記予測誤差が2つ以上抽出された場合は、該抽出され
    た予測誤差に対応する参照データと前記現映像データの
    差分データを各々求め、各差分データの分散値を各々求
    める第2測定手段、 前記分散値を参照して符号化モードを選択する第2選択
    手段、及び、 前記閾値を、前記圧縮の度合いに応じて設定する設定手
    段、 を有する動画像符号化装置。
  13. 【請求項13】 請求項11、又は請求項12に於い
    て、 前記圧縮操作がDCT技法を用いて行われる、 動画像符号化装置。
  14. 【請求項14】 請求項11、又は請求項12に於い
    て、 前記圧縮操作が量子化技法を用いて行われ、前記圧縮の
    度合いが量子化ステップ幅である、 動画像符号化装置。
  15. 【請求項15】 請求項11、又は請求項12に於い
    て、さらに、 前記発生された圧縮符号を格納するバッファメモリ、及
    び、 前記バッファメモリの残り容量に応じて前記圧縮の度合
    いを制御するレート制御手段、 を有する動画像符号化装置。
  16. 【請求項16】 請求項11、又は請求項12に於い
    て、さらに、 前記発生される圧縮符号の量に応じて前記圧縮の度合い
    を制御するレート制御手段、 を有する動画像符号化装置。
  17. 【請求項17】 対応する現映像符号に符号化される対
    象である現映像データを、選択された符号化モードを用
    いて符号化する方法に於いて、 各々が現映像符号とその符号化パラメータを含む総符号
    の量に関係する値を各符号化モードについて各々求め、 その求めた値を参照して符号化モードを選択する、 符号化方法。
  18. 【請求項18】 選択された符号化モードを用いて現映
    像データから符号化された符号を媒体に記録する方法に
    於いて、 各々が現映像符号とその符号化パラメータを含む総符号
    の量に関係する値を各符号化モードについて各々求め、 その求めた値を参照して符号化モードを選択する、 記録方法。
  19. 【請求項19】 選択された符号化モードを用いて現映
    像データから符号化された符号を伝送する方法に於い
    て、 各々が現映像符号とその符号化パラメータを含む総符号
    の量に関係する値を各符号化モードについて各々求め、 その求めた値を参照して符号化モードを選択する、 伝送方法。
  20. 【請求項20】 動画像信号を複数の異なる動き補償予
    測符号化モードにより適応的に圧縮符号化する動き補償
    予測符号化手段(114) と、 この動き補償予測符号化手段(114) で符号化された動画
    映像信号を圧縮率を変更できる非可逆符号化により更に
    圧縮符号化する非可逆符号化手段(118,120) と、 少なくても前記圧縮率に関連した値に応じて動き補償モ
    ードを選択する処理を変更する動き補償モード選択手段
    (22)と、 を備えることを特徴とする動画像圧縮符号化装置。
  21. 【請求項21】 動画像映像信号を複数の異なる動き補
    償予測符号化モードを選択的に用いて圧縮符号化する動
    き補償予測符号化手段(114) と、この動き補償予測符号
    化手段(114) で符号化された動画映像信号を圧縮率を変
    更できる非可逆符号化で更に圧縮符号化する非可逆符号
    化手段(118,120) とを備える動画像圧縮符号化装置にお
    いて、 前記各動き補償モードにより、前記動き補償予測符号化
    手段(114) で生じる予測誤差を検出するモード別予測誤
    差検出手段(146) と、 このモード別予測誤差検出手段(146)の出力と前記圧縮
    率に関連した値とを参考に前記動き補償モードを選定す
    る動き補償モード選択手段(22)と、 を備えることを特徴とする動画像圧縮符号化装置。
  22. 【請求項22】 前記非可逆符号化手段(118,120) は、
    DCT回路(118) を含むことを特徴とする請求項20ま
    たは請求項21に記載の動画像圧縮符号化装置。
  23. 【請求項23】 前記非可逆符号化手段(118,120) は、
    量子化回路(120) を含み、前記圧縮率(q) に関連した値
    とは、この量子化回路(120) の量子化ステップ幅である
    ことを特徴とする請求項20または請求項21に記載の
    動画像圧縮符号化装置。
  24. 【請求項24】 この動画像圧縮符号化装置(100) は、
    発生した符号を一時格納するバッファ(128) を備えると
    ともに、このバッファ(128) の残存量に応じて前記圧縮
    率(q) を制御する発生符号量制御回路(132) を備えるこ
    とを特徴とする請求項20または請求項21に記載の動
    画像圧縮符号化装置。
  25. 【請求項25】 前記圧縮率(q) に関連した値とは、こ
    のバッファ(128) の残存量に関連する値であることを特
    徴とする請求項24に記載の動画像圧縮符号化装置。
  26. 【請求項26】 発生した符号量に応じて前記圧縮率
    (q) を制御する発生符号量制御回路(132) を備えること
    を特徴とする請求項20または請求項21に記載の動画
    像圧縮符号化装置。
  27. 【請求項27】 前記圧縮率(q) に関連した値とは、こ
    の動画像圧縮符号化装置での発生符号量に応じた値であ
    ることを特徴とする請求項26に記載の動画像圧縮符号
    化装置。
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