JPH10126792A

JPH10126792A - 画像符号化方法および装置

Info

Publication number: JPH10126792A
Application number: JP28050196A
Authority: JP
Inventors: Noboru Katsuta; 昇勝田; Kazuhiko Nakamura; 和彦中村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1996-10-23
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 1998-05-15
Anticipated expiration: 2016-10-23
Also published as: JP3218994B2

Abstract

(57)【要約】【課題】画像の符号化の困難さに応じて符号化の発生
ビットを制御して符号化劣化の少ない画像符号化方法お
よび装置を提供することを目的とする。【解決手段】レート制御部３は、目標ビットレート、
反応係数ＴとＧＯＰ単位で算出する発生ビット誤差よ
り、量子化幅を決定し、また、ピクチャー当たりの発生
符号量の上限値、下限値を設定し、上限値あるいは下限
値内に収まるようにq_scale値ををピクチャー毎に修正
し、基本化処理部１へ送り発生ビット数および画質を制
御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像信号のディジ
タル圧縮符号化装置に関するものであり、特に符号化す
る際の量子化幅の制御、発生ビット数の制御等に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のディジタル圧縮符号化としては、
例えばISO/IEC 13818-2（通称ＭＰＥＧ２）にディジタ
ル圧縮符号化データの国際標準フォーマットがあり、そ
の復号方法が示されている。また、そのフォーマットに
符号化する代表的な方法としては、ISO-IEC/JTC/SC29/W
G11 N0328の"Test Model 3"にその記述がある。ここに
は、符号化データが常に一定レートになるように量子化
幅を制御する手法の記述がある。一方、画像符号化にお
ける困難さは、一定ではなく固定のレートの手法でこれ
らすべての画像について一定の画質を保って符号化する
ためには、常に画像中のもっとも難しいシーンにおいて
画質が保てる程度のビットレートで前画像を符号化する
必要がある。そこで、ある画像全体を符号化した場合の
平均のビットレートを定め、その範囲で画像の符号化の
困難さに応じてビットを割り当てて符号化する可変レー
トの符号化方法が従来より試みられている。従来の例と
しては、例えば特願平０８−１０５０７８の画像符号化
装置がある。図９は、従来のＭＰＥＧ２ビデオ符号化装
置の構成を示したものである。同図において、１０１
は、入力画像をその符号化の順に並び替える画像並び替
え処理部、１０２は、１ピクチャー遅延処理部、１０３
は、基本符号化処理部、１０４は、入力画像を解析し符
号化の困難さを算出する符号化困難さ算出処理部、１０
５は、動き検出処理部、１０６は、レート制御部、１０
７は、エンコーダ送出バッファである。

【０００３】上記のような従来の符号化装置について以
下その動作を説明する。最初に符号化の際の画像のデー
タ構造を図１０を用いて説明する。符号化されるデータ
の各ピクチャーは、マクロブロックに分割されて符号化
される。このマクロブロックは、１６×１６画素の領域
のデータであり、さらに輝度および色差信号についてそ
れぞれ基本符号化処理単位である８×８のブロックに分
けられ符号化される。また、マクロブロックにおいて、
マクロブロック内のブロックの符号化方法および量子化
幅等を決定する。

【０００４】スライスは、複数のマクロブロックを含む
データ単位で複数のスライスで１つのピクチャーを構成
する。ピクチャーは、その符号化方法として、ピクチャ
ー内で符号化するピクチャー（イントラピクチャー：以
後Ｉピクチャー）、時間的に過去のピクチャーからの予
測符号化するピクチャー（以後Ｐピクチャー）、時間的
に過去未来の両方のピクチャーからの予測によって符号
化するピクチャー（以後Ｂピクチャー）がある。図１０
におけるピクチャーの配置は、その典型的な例であり、
最初のＩピクチャーを用いて３枚先のピクチャーを予測
符号化し、その間に含まれるピクチャーを両側予測して
いる。したがって、符号化する場合には、最初にＩピク
チャーを符号化し、ＰピクチャーついでＢピクチャーと
本来の時間方向の並びを変更して符号化する必要があ
る。

【０００５】さらにＩピクチャーから始まる複数のピク
チャーからＧＯＰ（グループオブピクチャー）を構成
し、さらに任意の数のＧＯＰで１つのビデオシーケンス
を構成する。

【０００６】以上のようなデータ構造の構造のもと図９
に戻ってその動作を説明する。入力画像データは、画像
並び替え処理部１０１で符号化する順に並び替えられ
る。動き検出部１０５は、Ｐピクチャー、Ｂピクチャー
についてそれぞれ参照ピクチャーとの比較によって各マ
クロブロックに対する動きベクトルを算出する。算出結
果は基本符号化処理部１０３に送られ動き補償つきの予
測画像生成に用いられる。また、動きベクトル算出結果
は、符号化困難さ算出処理部１０４に送られる。符号化
困難さ算出処理部１０４は、ピクチャーあたりの"compl
exity"を算出し、レート制御部１０６に送出する。

【０００７】一方、入力画像は、１フレーム遅延処理部
１０２で動きベクトル検出部１０５および符号化困難算
出処理部１０４での処理を行うための遅延量として１ピ
クチャー分遅延されて基本符号化処理部１０３へ入力さ
れる。基本符号化処理部１０３は、基本的な符号化処理
をレート制御部１０６からの量子化パラメータ値にした
がった量子化幅で符号化し、ＭＰＥＧ標準に準拠したビ
ットストリームを生成する。

【０００８】レート制御部１０６は、基本符号化処理部
１０３からのビットストリームの発生ビット数と符号化
困難さ算出処理部１０４からの"complexity"および目標
ビットレート数より量子化パラメータであるq_scaleを
決定し、基本符号化処理部１０３での符号化の際の量子
化幅を決定する。

【０００９】以下、レート制御部１０６を説明する。ま
ず、ｊ番目のＧＯＰを符号化するとして最初に直前のＧ
ＯＰでのビット発生数ＧＯＰ＿Ｂj-1（ただし、最初の
ＧＯＰでは０）と検出する。。次にｊ番目のＧＯＰを符
号化する直前の発生ビット数と目標ビットレートから全
ＧＯＰが同じビット数を発生するとして算出できる発生
ビット数Ｇとの誤差であるＧＯＰレベル目標発生ビット
数誤差ＤＩＦ＿Ｇjを算出する。すなわち

【００１０】

【数１】

【００１１】ただし、ＤＩＦ＿Ｇ1＝０である。Ｇは、
たとえば、１５フレームで構成されたＧＯＰであるとき
は、目標ビットレートの２分の１である。

【００１２】次に、ｊ番目のＧＯＰを符号化する場合の
目標発生ビット数Ｒ（ｊ）を算出する。Ｒ（ｊ）は、以
下の式で算出する。

【００１３】

【数２】

【００１４】ただし、Ｔは、２以上の定数である。つぎ
にＧとＲ（ｊ）の比に応じて量子化幅を設定するととも
に符号化困難さ算出処理部１０４からの次のピクチャー
の符号化困難さ情報にもとづき、ほぼ目標の量子化幅で
符号化できるように次ピクチャーの目標ビット数を設定
し、レート制御を行う。

【００１５】以上のような符号化方法では、画像は、設
定された量子化幅でその画像の符号化の困難さに応じて
符号化される。したがって、シーンチェンジなどで符号
化の困難さが増加したときは、それに応じてビット発生
量も増加する。増加による目標発生量との誤差で、次の
目標ビット数は減少するが、Ｔをある程度大きくした場
合、その後の数ＧＯＰで吸収されることになり、各ＧＯ
Ｐで換算した場合の減少幅は、少なくなる。図１１は、
入力画像の困難さが変化し場合の発生ビット数と画質の
変化を説明した図である。入力画像が図１１のように困
難さが増加した場合、最初、その困難さに応じて発生ビ
ット数も増加し、画質も維持されるが、難しい画像が続
くにしたがって発生ビット数は、指数関数的に減少しそ
れに伴い画質も悪くなる。再び困難さが低下した場合そ
れにしたがって発生ビット数は減少するが、その後、同
じく指数関数的発生ビット数が増加し、それとともに画
質を回復する。多くの場合、この画像の困難さの変化
は、数十秒程度で起こることが多く、この変化の時間よ
りも十分長いＴを設定しておけば、発生ビット数は、ほ
ぼ画像の困難差に応じて増加し、画質も一定に保たれ
る。また、長く困難な画像が続いても画質を急激に劣化
させることなく符号化できる。そして、発生ビット数の
誤差は、ＧのＴ倍で保証されるためＴが全体の符号化時
間より十分短ければほぼ目標レートに近い発生ビット数
でかつ画像の困難さに応じて符号化できる。

【００１６】また、本実施の形態では、目標発生ビット
数誤差を初期化処理のなかで０に最初に設定したが、初
期値を入力させる構成も可能である。そうすることで、
例えば、同一の記録媒体に複数の画像のデータを記録
し、合計の記録時間の保証を行いたい場合についてなど
において先に符号化した画像の目標発生ビット数誤差値
を次の符号化の際の初期値として入力することで複数の
画像を符号化し記録する場合にもその記録時間を保証す
ることが可能になる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記のよ
うな構成では、Ｔが十分大きい場合には、入力画像の符
号化の困難さに応じてビットが割り当てられるが、Ｔを
大きくすれば、目標ビットレートとの誤差が大きくなっ
てしまうため、極端に大きくすることが難しい。また、
符号化の困難さの大きい画像が長く続き画質が低下した
後、静止画に近いような簡単な画像が入力された場合、
画質が低下したままで符号化されるため静止画のような
画像では、比較的が画質の劣化が目立ちやすく、また、
Ｔが大きい場合には、画質が劣化した状態も長く続く問
題があった。

【００１８】また、逆に非常に簡単な映像が続いたあ
と、極端に難しい画像が入力された場合には、それに比
例してビットが割り当てられるため、極端にビットを消
費してしまう。したがって、その画像がしばらく続く場
合、その画質を維持できる時間が短くなってしまう問題
があった。

【００１９】これらの問題を解決する方法として、符号
化するすべての画像の符号化の困難さを算出して、最適
なビットの割り当てをする方法があるが、この方法で
は、リアルタイムが符号化することは困難であるし、符
号化する全画像についての困難さの情報を記録する手段
やそれに基いて制御する手段など複雑な装置が必要で標
のビットレートを設定し、符号化のあらかじめ決めた各
中間点においてそれまでに符号化によって発生した発生
ビット数から目標ビットレートに基づき量子化幅を修正
し符号化する映像符号化において、前記各中間点におい
てそれまでの発生ビット数と目標ビットレートより換算
した発生ビット数の差である発生ビット誤差を算出し、
前記発生ビット誤差を少なくとも２以上の数で除算した
ビット数を前記目標ビットレートある問題があった。

【００２０】また、比例乗数Ｔについてもその最適な値
の設定方法を示したものはなかった。本発明は前記問題
を解決し、特に入力画像を先読みすることなくリアルタ
イムで符号化が可能でシーンチェンジの際においても最
適なビットが割り当てられるようにするものであり、ま
た、画像全体を符号化した発生ビット数を目標レートに
近い値になるよう制御できる画像符号化方法および装置
を提供することを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、目標のビットレートを設定し、符号化の
あらかじめ決めた各中間点においてそれまでに符号化に
よって発生した発生ビット数と目標ビットレートに基づ
き量子化幅を修正し符号化する映像符号化方法におい
て、あらかじめ目標ビットレートより換算した１ピクチ
ャー当たりのビット量より小さいピクチャーあたりに発
生させる最低発生ビット基準量を設定し、前記各中間点
においてそれまでの発生ビット数と目標ビットレートよ
り換算した発生ビット数の差である発生ビット誤差を算
出し、前記発生ビット誤差に比例した数を目標のビット
レートからさし引いた値と目標ビットレートとの比に基
づき量子化幅を設定し、つづくピクチャーを設定された
量子化幅で符号化し、ピクチャー符号化毎にその発生ビ
ット数を検出し、符号化されたピクチャーにおけるビッ
ト発生量が、前記最低発生ビット基準量以下である場
合、符号化されたピクチャーと同じ困難さのピクチャー
を続いて入力されて符号化した場合の各ピクチャーの発
生符号量が前記最低発生ビット基準量を超えるよう量子
化幅を現設定値よりも減少させるものでる。

【００２２】また、本発明は、目標のビットレートを設
定し、符号化のあらかじめ決めた各中間点においてそれ
までに符号化によって発生した発生ビット数と目標ビッ
トレートに基づき量子化幅を修正し符号化する映像符号
化方法において、あらかじめ目標ビットレートより換算
した１ピクチャー当たりのビット量より大きくピクチャ
ーあたりに発生させる最高発生ビット基準量を設定し、
前記各中間点においてそれまでの発生ビット数と目標ビ
ットレートより換算した発生ビット数の差である発生ビ
ット誤差を算出し、前記発生ビット誤差に比例した数を
目標のビットレートからさし引いた値と目標ビットレー
トとの比に基づき量子化幅を設定し、つづくピクチャー
を設定された量子化幅で符号化し、ピクチャー符号化毎
にその発生ビット数を検出し、符号化されたピクチャー
におけるビット発生量が、前記最高発生ビット基準量以
上である場合、符号化されたピクチャーと同じ困難さの
ピクチャーが続いて入力されて符号化した場合の各ピク
チャーの発生符号量が前記最高発生ビット基準量を超え
ないよう量子化幅を現設定値よりも増加させるものであ
る。

【００２３】また、本発明は、ある時間分の映像信号を
目標の平均符号化ビットレートに基づき符号化する符号
方法であって、符号化のあらかじめ決めた各中間点にお
いてそそれまでの発生ビット数と目標ビットレートより
換算した発生ビット数の差である発生ビット誤差を算出
し、その発生ビット誤差を現在までに符号化された映像
の時間に基づき決定される比例乗数を算出し、前記発生
ビット誤差に算出した比例乗数に比例させて値を目標の
ビットレートからさし引いた値と目標ビットレートとの
比に基づき量子化幅を設定する、ものである。

【００２４】また、さらに符号化時間中設定時刻を設
け、前記設定時刻より符号化の最終時刻間において、比
例乗数が、最終時刻において目標ビット誤差を所望の範
囲内とする値となるよう段階的に比例乗数値を変更する
ことで目標ビットとの誤差を許容範囲に収めるものであ
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図１から図８を用いて説明する。

【００２６】図１は、本発明の実施の形態である画像符
号化装置である。図１において、１は、図９の従来例に
おける入力画像をその符号化の順に並び替える画像並び
替え処理部１０１と動き検出部１０５および基本符号化
処理部１０３のの機能をもつ基本符号化処理部、２は、
エンコーダ出力バッファ、３はレート制御部である。

【００２７】以上のような符号化装置について以下その
動作を説明する。入力信号は、基本符号化処理部１に入
力される。基本符号化処理部１は、レート制御部３より
示された量子化幅q_scale値にしたがって各マクロブロ
ックをＭＰＥＧ２に準拠した信号に符号化しエンコーダ
出力バッファ２およびレート制御部３へ送る。また、基
本符号化処理部１は、各ＧＯＰエンドタイミング信号お
よびピクチャーエンドタイミング信号をレート制御部３
へ送る。レート制御部３は、目標ビットレート、反応係
数Ｔと基本符号化処理部１から符号化データとタイミン
グ信号から、量子化幅”q_scale”値を基本符号化処理
部１へ送り発生ビット数および画質を制御する。

【００２８】図２は、レート制御部１の構成図である。
同図において、４は、ＧＯＰ毎の発生ビット数を算出す
るＧＯＰカウンタ、５は、ピクチャー毎の発生ビット数
を算出するピクチャカウンタ、６は、量子化幅”q_scal
e”値を算出する制御部である。ＧＯＰカウンタ４およ
びピクチャーカウンタ５へは、基本符号化処理部１から
の符号化されたデータが送られており、発生ビット数を
カウントする。制御部６は、ＧＯＰエンドタイミング信
号およびピクチャーエンドタイミング信号を受け取る毎
にＧＯＰ毎の発生ビットおよびピクチャーの発生ビット
数を検出するとともに目標ビットレート（Ｒ）および反
応係数（Ｔ）よりq_scale値を算出する。

【００２９】図３は、"q_scale”値の算出方法を説明し
た図である。以下図３にしたがって算出方法を説明す
る。

【００３０】まず、目標ビットレートから計算できる目
標発生ビット数と現在の発生ビット数との誤差ＤＩＦ＿
Ｇiおよびq_scale値の基準値q_st、デコーダの仮想バッ
ファ占有量VBV_Buffer＿fullnessを設定する。また、１
ピクチャーあたりの最低発生ビット数Ｄ０を1,000,000
／ピクチャーレートとし、ピクチャーあたりの最高発生
ビット数Ｄ１を8,000,000／ピクチャーレートとする。
Ｄ０の設定値は、符号化レートが１Mbpsを下回ると極端
に画質が低下する経験則から、１Mbps以下に符号かのレ
ートが下がらないように設定した値であり、Ｄ１は、再
生を行う機器でデコーダに伝送できるデータ伝送レート
に一致させたり、それ前後あるいはそれ以下の任意の値
に設定できる。そして次に符号化するピクチャーのq_sc
ale値を以下の式で算出し出力する。

【００３１】

【数３】

【００３２】ただし、前のq_scale値より２以上大きい
数値になる場合は、q_scale ＝（直前のq_scale値）＋
２とする。

【００３３】次に、ピクチャーエンドタイミングを検出
し、ピクチャー発生ビット数（ＰＩＣ＿ＣＮＴ）を検出
する。検出結果をもとに以下の式にしたがって仮想バッ
ファの占有量を計算する。

【００３４】

【数４】

【００３５】ただし、右辺が、仮想バッファの容量（fu
llness＿ＭＡＸ）を超える場合は、VBV_buffer_fullnes
s ＝ fullness＿ＭＡＸとする。VBV_buffer_fullness値
が下限値Ｄ３より小さい場合、アンダーフローを避ける
ためピクチャースキップ処理信号を出力する。

【００３６】次に、PIC_CNTが下限値Ｄ０より小の場
合、次のフレーム以降で下限値を下回らないようq_scal
e値を減少させる。図４は、その減少方法を説明した図
である。通常は、単にq_scale値を１減少させ、PIC_CNT
がＤ０の２分の１を下回る場合、そのときのq_scale値
ごとに減少幅に変化をつける。符号化においては、量子
化幅と符号発生量の積がほぼ一定に近い値となるといわ
れており、PIC_CNTが下限値を超える程度にするには、
単純に同じものを符号化する場合で量子化幅を２分の１
倍程度にする必要がある。したがって、q_scale値が大
きい場合ほどq_scale値の減少幅を大きくする必要があ
る。一方、Ｉ、Ｐ、Ｂピクチャーで発生符号量が異なる
なり、特に下限値以下になるのはＢピクチャーが多く、
Ｂピクチャーの発生ビット数から単純に量子化幅を半分
にすると他のフレームでの発生ビット数が大きくなり過
ぎるので、単純に２倍にせず、下限値Ｄ０との誤差が半
分程度に回復する程度に設定し、数フレーム間で下限値
に到達する程度に変化量を決定する。すなわち、本実施
の形態ではq_scale値が９を超える場合には３、６以上
９以下で２、それ以下では、１減少させる。

【００３７】図３に戻って、次にPIC_CNTが上限値Ｄ１
を超える場合、q_scale値を増加させて発生符号量が上
限値を超えないようにq_scale値を増加させる。図５
は、q_scale値を増加させる方法を説明した図である。P
IC_CNTが上限値Ｄ１を越えると通常１増加させ、Ｄ１の
２倍を越える場合には、q_scale値が９を越える領域で
４増加、q_scale値が小さいそれ以外のところは、２増
加させる。q_scale値によって増加量を変えるのは、先
の場合と同様に量子化幅とビット発生量の積がほぼ一定
になることから量子化幅の大きいところでは、増加量も
大きくする必要があるためである。また、上限値を越え
る場合は、Ｉピクチャーやシーンチェンジなど一時的な
場合も考えられるので、数ピクチャー程度内で上限値内
に収まるような設定値である。

【００３８】図３に戻って、以上までの処理を各ピクチ
ャー毎に繰り返す。そして、ＧＯＰエンドタイミングを
うけとるとＧＯＰ内での発生ビット数（ＧＯＰ＿ＣＮ
Ｔ）を検出し、現在の発生ビット数との誤差ＤＩＦ＿Ｇ
iを以下の式で算出する。

【００３９】

【数５】

【００４０】算出結果をもとにＧＯＰの先頭処理にもど
って次のＧＯＰの先頭のq_scale値を算出する。以下、
符号化が終了するまで処理を繰り返す。

【００４１】図２に戻って、以上の処理でq_scale値を
出力するとともに、仮想バッファのアンダーフローを防
ぐためにピクチャースキップ信号を出力する。図１に戻
って、レート制御部３の指示するｑ_scale値にしたがっ
て符号化処理され、また、ピクチャースキップ処理信号
が出力されたとき、１ピクチャー分の符号化をスキップ
処理する。その結果、出力された符号化データは、エン
コーダバッファ２を介して出力される。

【００４２】図６は、本実施の形態における入力される
画像の困難さにたいして発生させるビット数および画質
の変化を示した図である。同図（a）は、反応係数に対
して十分小さい時間内で起こる困難さの変化に対するも
のである。発生ビット数は、ほぼ画像の符号化の困難さ
に応じて割り当てられ画質は、ほぼ一定に割り当てられ
る。

【００４３】図６（b）は、入力画像が極端に難しくな
り、その状態が続く場合のビット発生量および画質であ
る。ただし、従来例との比較においては、数式２が、Ｇ
ＯＰあたりのビットレートでの式であり、数式２のＴ
は、その値を“１秒あたりのＧＯＰ数”倍した値の本実
施の形態のＴに相当している。従来例に示した方法で
は、入力画像の困難さに応じてビットを発生し、そのあ
と反応係数をパラメータとして指数関数的にビット発生
量を減少する。そのため、画質も指数関数的に悪化して
いく。一方、本実施の形態では、上限値内に発生ビット
数を押さえるため、押さえられた発生ビット数分だけ高
い発生ビット数の状態をより長く維持することができ、
画質も許容できる範囲の画質をより長く維持できる。

【００４４】図６（c）は、困難な画像が長く続いたあ
と比較的やさしい画像にシーンが変わった場合を示して
いる。従来例では、発生ビット数は、画像の困難さに応
じて低下し、そのあと反応係数Ｔをパラメータにしたが
って、指数関数的に発生ビット数を増加させるため、画
質が回復するも反応係数にしたがって遅れ、また、比較
的符号化簡単な画像のシーンとしては、絵柄が単純であ
ったり、動きが少ないシーンが考えられるがいずれも同
じ量子化幅であっても画質の劣化が目立ちやすため画質
が低下したように見える場合がある。一方、本実施の形
態では、下限値を設定しているため、発生ビット数は、
ある程度目標値に近づけながらある程度画質を確保する
ことができる。以上のように、本実施の形態では、反応
係数により比較的長い期間困難さが偏る場合において
も、極端ビット発生量を低下させて画質が低下するのを
回避し、また、困難な画像が続いても画質をより長く維
持することができる。

【００４５】なお、本実施の形態では、ＧＯＰを単位で
目標のビットレートとのビット発生誤差を算出している
が、ＧＯＰの先頭毎でなくても数ピクチャー単位でビッ
ト発生誤差が算出できる単位であれば特に限定されるも
のではない。

【００４６】また、各ピクチャー毎におけるq_scale値
の変化量も各ピクチャーあたりの発生ビット数の上限値
下限値の制限ができる程度で設定することが可能であ
る。

【００４７】図７は、図１の符号化装置の反応係数入力
に接続して反応係数決定する反応係数制御部７の入出力
を説明した図である。同図の反応係数制御部７は、符号
化する画像の符号化時間と現在符号化している部分の符
号化を開始したときを基準とした時刻を入力として反応
係数Ｔを出力として算出する。図８は、反応係数制御部
の入出力特性の例である。（数３）で示されるように、
本実施の形態では、ビット発生量の誤差がビットレート
の反応係数Ｔ倍で量子化幅が数式上無限大になり、ビッ
ト発生量の誤差の上限を保証している。したがって、反
応係数Tは、利用されるシステムにおいて許容できる目
標レートとの誤差にによってその上限値は限定される。
一方、反応係数Ｔが大きい程、シーンチェンジの間隔な
どが長いものにも対応可能であり、できるだけ大きい反
応係数を与える方が望ましい動作が可能となる。図８に
おいては、反応係数Ｔを符号化の前半部分では大きい値
に設定し、符号化の終了時には、小さい値になるよう段
階的に減少させるものである。こうすることで、最終的
なビット発生数の誤差は、最終的に設定されたＴの値で
比較的小さく保証され、符号化の中間部では、反応係数
Ｔが大きく設定されて時間の比較的長いシーンにも対応
可能となる。

【００４８】図８においては、反応係数の減少の開始時
刻を符号化時間の３分の２の時刻としたが、たとえば、
映画などエンディングの部分にタイトル名や配役名など
の静止画など比較的符号化の困難さの低いシーンが予想
される場合には、反応係数を減少させる時刻を符号化の
終了直前に設定すれば、本編の部分のほぼ全域にわたっ
て反応係数を大きく設定でき、高画質を実現できる。

【００４９】なお、本実施の形態において反応係数Ｔを
２０から１８０の間で設定しているが、Ｔは、５程度の
小さいあたいでも、従来固定レートの符号化においては
画質が低下していたシーンチェンジなどにつては十分そ
の画質を維持するのに効果があり、また、逆に発生ビッ
ト数の誤差が許容できる範囲でできるだけ大きくするこ
とでより高画質の符号化が可能となる。

【００５０】また、本実施の形態では、ピクチャー毎の
ビット発生量が上限値あるいは下限値を越えた場合のq_
scale値の変化量を同じ困難さの画像が続く場合に数フ
レーム後にの上限値あるいは下限値内になるような値と
したが、単に、量子化幅と符号発生量の関係から導かれ
る変化量（たとえば、発生ビット数が下限値の２分の１
なら量子化幅を２分の１にする。）で行うことも可能で
あり、ピクチャー毎の発生符号量の上限値あるいは下限
値内に発生符号量を収めるよう量子化幅を増減するかぎ
りにおいてその変化量は設定可能である。

【００５１】

【発明の効果】以上で説明したように本発明は、画像を
その符号化の困難さに応じて符号化することができ、ま
た、１ピクチャー当たりのビット量より小さいピクチャ
ーあたりに発生させる最低発生ビット基準量（ピクチャ
ーあたりの下限値）を設定し、その値以上のビット発生
量になるように量子化幅を設定するため、符号化の困難
さの大きい画像が長く続き画質が低下した後、簡単な画
像が入力された場合でも画質を確保し劣化の目立たない
符号化が行える。

【００５２】ピクチャーあたりに発生させる最高発生ビ
ット基準量（ピクチャーあたりの上限値）を設定し、符
号化したピクチャーでの発生符号量がその値を越えた場
合、同じ困難さのピクチャーを符号化した場合に前記最
高発生ビット基準量を超えないと予測できる量子化幅に
量子化幅を現設定値よりも増加させるので符号化が困難
な画像のシーンが続いても画質の劣化が目立たない程度
の符号量をより長く割り当てることができる。

【００５３】また、反応係数が、符号化の前半を大きい
値とし最終時刻において目標ビット誤差を所望の範囲内
とする値となるよう段階的に比例乗数値を変更すること
で目標ビットとの誤差を許容範囲に収めるとともに、符
号化の大部分のところでは、反応係数を大きくとること
ができ、画質をより均一に保つことができ、本発明の実
用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における画像符号化装置の
構成図

【図２】本発明の実施の形態における画像符号化装置の
レート制御部の構成図

【図３】本発明の実施の形態における画像符号化装置の
レート制御部でq_scale算出方法の説明図

【図４】本発明の実施の形態における画像符号化装置の
レート制御部での量子化幅減算処理の説明図

【図５】本発明の実施の形態における画像符号化装置の
レート制御部での量子化幅加算処理の説明図

【図６】本発明の実施の形態における画像符号化装置に
おいて入力される画像の困難さにたいして発生させるビ
ット数および画質の変化を示した説明図

【図７】本発明の実施の形態における反応係数制御部の
説明図

【図８】本発明の実施の形態において反応係数制御部の
入出力特性の説明図

【図９】従来の画像符号化装置の構成図

【図１０】ＭＰＥＧ標準のデータ構造の説明図

【図１１】従来の画像符号化装置での入力画像の困難さ
が変化し場合の発生ビット数と画質の変化の説明図

【符号の説明】

１基本符号化処理部２エンコーダ出力バッファ３レート制御部４ＧＯＰビットカウンタ５ピクチャービットカウンタ６制御部７反応係数制御部１０１画像並び替え処理部１０２１ピクチャー遅延処理部１０３基本符号化処理部１０４符号化困難さ算出処理部１０５動き検出処理部１０６レート制御部１０７エンコーダ送出バッファ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】目標のビットレートを設定し、符号化の
あらかじめ決めた各中間点においてそれまでに符号化に
よって発生した発生ビット数と目標ビットレートに基づ
き量子化幅を修正し符号化する映像符号化方法におい
て、あらかじめ目標ビットレートより換算した１ピクチ
ャー当たりのビット量より小さいピクチャーあたりに発
生させる最低発生ビット基準量を設定し、前記各中間点
においてそれまでの発生ビット数と目標ビットレートよ
り換算した発生ビット数の差である発生ビット誤差を算
出し、前記発生ビット誤差に比例した数を目標のビット
レートからさし引いた値と目標ビットレートとの比に基
づき量子化幅を設定し、つづくピクチャーを設定された
量子化幅で符号化し、ピクチャー符号化毎にその発生ビ
ット数を検出し、符号化されたピクチャーにおけるビッ
ト発生量が、前記最低発生ビット基準量以下である場
合、符号化されたピクチャーと同じ困難さのピクチャー
を続いて入力されて符号化した場合の各ピクチャーの発
生符号量が前記最低発生ビット基準量を超えるよう量子
化幅を現設定値よりも減少させることを特徴とする画像
符号化方法。
【請求項２】映像信号中の複数ピクチャからなるグル
ープオブピクチャの境界を中間点とすることを特徴とし
た請求項１記載の画像符号化方法。
【請求項３】目標のビットレートを設定し、符号化の
あらかじめ決めた各中間点においてそれまでに符号化に
よって発生した発生ビット数と目標ビットレートに基づ
き量子化幅を修正し符号化する映像符号化方法におい
て、あらかじめ目標ビットレートより換算した１ピクチ
ャー当たりのビット量より大きくピクチャーあたりに発
生させる最高発生ビット基準量を設定し、前記各中間点
においてそれまでの発生ビット数と目標ビットレートよ
り換算した発生ビット数の差である発生ビット誤差を算
出し、前記発生ビット誤差に比例した数を目標のビット
レートからさし引いた値と目標ビットレートとの比に基
づき量子化幅を設定し、つづくピクチャーを設定された
量子化幅で符号化し、ピクチャー符号化毎にその発生ビ
ット数を検出し、符号化されたピクチャーにおけるビッ
ト発生量が、前記最高発生ビット基準量以上である場
合、符号化されたピクチャーと同じ困難さのピクチャー
が続いて入力されて符号化した場合の各ピクチャーの発
生符号量が前記最高発生ビット基準量を超えないよう量
子化幅を現設定値よりも増加させることを特徴とする画
像符号化方法。
【請求項４】映像信号中の複数ピクチャからなるグル
ープオブピクチャの境界を中間点とすることを特徴とし
た請求項３記載の画像符号化方法。
【請求項５】目標のビットレートを設定し、符号化の
あらかじめ決めた各中間点においてそれまでに符号化に
よって発生した発生ビット数と目標ビットレートに基づ
き量子化幅を修正し符号化する映像符号化装置におい
て、符号化の際の発生ビット数を検出する発生ビット数
検出手段と発生ビット数に基づき量子化幅を示すパラメ
ータ値を算出する量子化幅算出部を具備し、前記各中間
点において前記発生ビット数検出手段が検出したそれま
での発生ビット数と目標ビットレートより換算した発生
ビット数の差である発生ビット誤差を算出し、前記発生
ビット誤差に比例した数を目標のビットレートからさし
引いた値と目標ビットレートとの比に基づき量子化幅を
設定し、つづくピクチャーを設定された量子化幅で符号
化し、ピクチャー符号化毎にその発生ビット数を検出
し、符号化されたピクチャーにおけるビット発生量が、
あらかじめ目標ビットレートより換算した１ピクチャー
当たりのビット量より小さいピクチャーあたりに発生さ
せる最低発生ビット基準量以下である場合、符号化され
たピクチャーと同じ困難さのピクチャーを続いて入力さ
れて符号化した場合の各ピクチャーの発生符号量が前記
最低発生ビット基準量を超えるよう量子化幅を現設定値
よりも減少させることを特徴とする画像符号化装置。
【請求項６】目標のビットレートを設定し、符号化の
あらかじめ決めた各中間点においてそれまでに符号化に
よって発生した発生ビット数と目標ビットレートに基づ
き量子化幅を修正し符号化する映像符号化装置におい
て、符号化の際の発生ビット数を検出する発生ビット数
検出手段と発生ビット数に基づき量子化幅を示すパラメ
ータ値を算出する量子化幅算出部を具備し、前記各中間
点において前記発生ビット数検出手段が検出したそれま
での発生ビット数と目標ビットレートより換算した発生
ビット数の差である発生ビット誤差を算出し、前記発生
ビット誤差に比例した数を目標のビットレートからさし
引いた値と目標ビットレートとの比に基づき量子化幅を
設定し、つづくピクチャーを設定された量子化幅で符号
化し、ピクチャー符号化毎にその発生ビット数を検出
し、符号化されたピクチャーにおけるビット発生量が、
あらかじめ目標ビットレートより換算した１ピクチャー
当たりのビット量より大きいピクチャーあたりに発生さ
せる最高発生ビット基準量以下である場合、符号化され
たピクチャーと同じ困難さのピクチャーが続いて入力さ
れて符号化した場合の各ピクチャーの発生符号量が前記
最高発生ビット基準量を超えないよう量子化幅を現設定
値よりも増加させることを特徴とする画像符号化装置。
【請求項７】ある時間分の映像信号を目標の平均符号
化ビットレートに基づき符号化する符号方法であって、
符号化のあらかじめ決めた各中間点においてそれまでの
発生ビット数と目標ビットレートより換算した発生ビッ
ト数の差である発生ビット誤差を算出し、その発生ビッ
ト誤差を現在までに符号化された映像の時間に基づき決
定される比例乗数を算出し、前記発生ビット誤差に算出
した比例乗数に比例させて値を目標のビットレートから
さし引いた値と目標ビットレートとの比に基づき量子化
幅を設定することを特徴とする画像符号化方法。
【請求項８】符号化時間中設定時刻を設け、前記設定
時刻より符号化の最終時刻間において、比例乗数が、最
終時刻において目標ビット誤差を所望の範囲内とする値
となるよう段階的に比例乗数値を変更することを特徴と
する請求項７記載の画像符号化装置。
【請求項９】符号化する映像の合計時間と現在までに
符号化した符号化時間を入力される入力部と符号化の際
の発生ビット数を検出する発生ビット数検出手段と発生
ビット数に基づき量子化幅を示すパラメータ値を算出す
る量子化幅算出部を具備し、前記各中間点において前記
発生ビット数検出手段が検出したそれまでの発生ビット
数と目標ビットレートより換算した発生ビット数の差で
ある発生ビット誤差を算出し、前記発生ビット誤差に比
例した数を目標のビットレートからさし引いた値と目標
ビットレートとの比に基づき量子化幅を設定し、前記発
生ビット誤差に比例させるための比例乗数が、入力部に
最終時刻を示す入力された合計時間と現在までの符号化
時間を示す時刻情報に基き、最終時刻において目標ビッ
ト誤差を所望の範囲内とする値となるよう所定の時刻よ
り段階的に比例乗数値を変更することを特徴とする画像
符号化装置。