JPH10164581A - 画像信号符号化方法及び装置、信号記録媒体 - Google Patents

画像信号符号化方法及び装置、信号記録媒体

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JPH10164581A
JPH10164581A JP32315796A JP32315796A JPH10164581A JP H10164581 A JPH10164581 A JP H10164581A JP 32315796 A JP32315796 A JP 32315796A JP 32315796 A JP32315796 A JP 32315796A JP H10164581 A JPH10164581 A JP H10164581A
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Motoki Kato
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピクチャの絵柄が一様でない場合でもそのピ
クチャの画質を略々一様にし、また仮想バッファのビッ
ト占有量を安定化し、ピクチャの画質劣化を目立ち難
く、さらに安定したレートコントロールを保証する。 【解決手段】 動画像信号を構成するピクチャを複数の
マクロブロックＭＢに分割して各マクロブロックＭＢ毎
に符号化する画像信号符号化装置において、各マクロブ
ロックＭＢ毎に符号化難易度を計算する符号化難易度計
算回路１０７と、各マクロブロックＭＢ毎に画質劣化の
目立ち易さを示す重み係数（特徴量）を計算する特徴量
計算回路１０３と、各マクロブロックＭＢ毎に符号化難
易度と重み係数とから複雑度を計算し、ピクチャのマク
ロブロックＭＢ毎の符号化のための割当ビット量と複雑
度とを用いて、各マクロブロックＭＢの符号化の量子化
スケールを計算するビットレートコントローラ１０４と
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば光ディス
ク，磁気ディスク，磁気テープ等の信号記録媒体に動画
の映像信号を蓄積用符号化して記録するシステムや、伝
送路を介して動画の画像信号を伝送するシステム等にお
いて使用される画像信号符号化方法及び画像信号符号化
装置、並びに信号記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ディジタルビデオ信号は情報量
が極めて多い。このため当該ディジタルビデオ信号を小
型で記憶情報量（記憶容量）の少ない記録媒体に長時間
記録をしようとする場合、または、当該ディジタルビデ
オ信号を通信容量が限られた通信路の中で多くのチャネ
ル数にて伝送しようとする場合には、このディジタルビ
デオ信号を高能率符号化して情報量を低減することが不
可欠である。このような要求に応えるべく、ビデオ信号
の相関を利用した高能率符号化方式が提案されており、
その一つとしていわゆるＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉ
ｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔ Ｇｒｏｕｐ）方式がある。こ
のＭＰＥＧ方式は、先ずビデオ信号のフレーム間の差分
を取ることにより時間軸方向の冗長度を落し、その後、
離散コサイン変換（ＤＣＴ）等の直交変換手法を用いて
空間軸方向の冗長度を落してビデオ信号を能率良く符号
化する。
【０００３】上記ＭＰＥＧ方式では、図１４に示すよう
に、動画像を構成する各画像（各ピクチャ）をＩピクチ
ャ，Ｐピクチャ又はＢピクチャの３種類のピクチャの何
れかのピクチャとし、画像信号を圧縮符号化するように
している。Ｉピクチャは、イントラ符号化ピクチャであ
り、他のピクチャとは独立して符号化される。Ｐピクチ
ャは、順方向予測符号化ピクチャであり、時間的に過去
に位置するＩまたはＰピクチャから予測符号化を行な
う。Ｂピクチャは、双方向予測符号化ピクチャであり、
時間的に前後に位置するＩまたはＰピクチャを用いて、
順方向，逆方向，または双方向のピクチャから予測符号
化を行なう。そして、これらピクチャの集合がいわゆる
ＧＯＰ(Group Of Pictures)を構成する。
【０００４】それぞれのピクチャは、マクロブロック
（Macro Block、以下マクロブロックＭＢとする）とい
う小さな単位に分けられる。例えばディジタルビデオの
４：２：０フォーマットの場合、マクロブロックＭＢは
４つの輝度（Ｙ）のブロックと空間的に対応したＣｂと
Ｃｒの２つの色差ブロックの６つのブロックで構成され
る。これらブロックは、８画素×８ラインの６４個の画
素からなる。
【０００５】ここで、輝度信号の水平方向の画素数をＰ
Ｈとしたとき、ピクチャの水平方向のマクロブロック数
ＭＢＨは、次式(1)にて求められる。
【０００６】 MBH = (PH + 15) / 16 (1) また、輝度信号の垂直方向の画素数をＰＶとすると、例
えばピクチャがインタレースフレームの時（ＭＰＥＧ２
で定義されるフラグ(progressive_sequence)=0の時）の
ピクチャの垂直方向のマクロブロック数ＭＢＶは、次式
(2)にて求められる。
【０００７】 MBV = 2 * ((PV + 31) / 32) (2) そして、ピクチャの中のマクロブロック数ＮＭＢは、次
式(3)にて求められる。
【０００８】 NMB = MBH * MBV (3) 図１５には１ピクチャの中の各マクロブロックＭＢの符
号化順序を示す。すなわち１ピクチャの中のマクロブロ
ックＭＢは、この図１５に示すように、左上の１番目の
マクロブロックＭＢからＮＭＢ番目のマクロブロックＭ
Ｂまで順番（図１５中の数字にて示される番号順）に符
号化が行なわれる。
【０００９】ここで、ＭＰＥＧ符号化方式においては、
性質の異なる３種類のピクチャ（Ｉ，Ｐ，Ｂピクチャ）
の性能を生かすため、ピクチャ毎に適応的に割当ビット
量を変えたほうが良い。さらに、ＭＰＥＧ符号化方式に
おいては、符号化したピクチャの発生ビット量が、指定
された割当ビット量に近づくように、マクロブロックＭ
ＢのＤＣＴ係数の量子化を行なう際の量子化スケール
を、マクロブロックＭＢ毎に変更してビットレート制御
することができる。
【００１０】マクロブロックＭＢの量子化スケールを制
御する方式として、広く知られているものに、ＩＳＯ／
ＩＥＣ ＪＴＣ１／ＳＣ２９／ＷＧ１１／Ｎ０４００
Ｔｅｓｔ Ｍｏｄｅｌ ５， ｐｐ．５４−５７ （Ａ
ｐｒｉｌ，１９９３）で開示されている方式がある。な
おこれに対応する技術情報としては、米国特許（ U.S.P
at.No.5,144,424 title: APPARATUS FOR VIDEO DATA Q
UANTIZATIONCONTROL）等が挙げられる。以下、このマク
ロブロックＭＢの量子化スケールの制御方式をＴＭ５レ
ートコントロールと呼ぶことにする。
【００１１】ＴＭ５レートコントロールのフローチャー
トを図１６に示す。
【００１２】この図１６において、ビデオシーケンス内
のピクチャ数をNPICTとし、このシーケンスの各ピクチ
ャのうち、割当ビット量の計算を行うピクチャを示す変
数をpict_iとする。すなわち、この図１６のフローチャ
ートでは、シーケンス内の各ピクチャのうちpict_i番目
のピクチャに対して割当ビット量の計算を行う場合の流
れを示している。また、pict_i番目のピクチャに対する
割当ビット量をＢＴとする。なお、以下の説明では、各
変数をいわゆるＣ++言語に準じて記述している。
【００１３】先ず、ステップＳＴ５１では、割当ビット
量の計算を行うピクチャとして、上記変数pict_iを１に
することで、上記シーケンス内の最初のピクチャを指定
する。
【００１４】このステップＳＴ５１の後は、ステップＳ
Ｔ５２からステップＳＴ６３までの処理において順次上
記変数pict_iを１づつ増加させることで、シーケンス内
の各ピクチャについてそれぞれ割当ビット量の計算を行
い、このステップＳＴ５２からステップＳＴ６３までの
処理を当該シーケンス内の全てのピクチャについての割
当ビット量計算が終了するまで繰り返す。
【００１５】これらステップＳＴ５２からステップＳＴ
６３までの処理として、始めにステップＳＴ５２では、
pict_i番目のピクチャに対する割当ビット量ＢＴを計算
する。ここでは、先ず各ピクチャタイプ毎に、ピクチャ
の複雑さを示すパラメータを計算し、ＧＯＰの割当ビッ
ト量を、各ピクチャの複雑さに応じて比例配分する。
【００１６】次に、ステップＳＴ５３及びステップＳＴ
５４からステップＳＴ６０までの処理では、当該pict_i
番目のピクチャ内における各マクロブロックＭＢの量子
化スケールを計算する。ここでは、pict_i番目のピクチ
ャ内において量子化スケールの計算が行われるマクロブ
ロックＭＢを示す変数をmb_iとする。
【００１７】これらステップＳＴ５３からステップＳＴ
６０のうち、ステップＳＴ５３では、上記pict_i番目の
ピクチャ内で量子化スケールの計算を行うマクロブロッ
クＭＢとして、上記変数mb_iを１にすることで、当該ピ
クチャ内の最初のマクロブロックＭＢを指定する。
【００１８】このステップＳＴ５３の後は、ステップＳ
Ｔ５４からステップＳＴ６０までの処理において順次上
記変数mb_iを１づつ増加させることで、当該ピクチャ内
の各マクロブロックＭＢについてそれぞれ量子化スケー
ルの計算を行い、このステップＳＴ５４からステップＳ
Ｔ６０までの処理を当該ピクチャ内の全てのマクロブロ
ックＭＢについての量子化スケールの計算が終了するま
で繰り返す。
【００１９】これらステップＳＴ５４からステップＳＴ
６０までの処理として、始めにステップＳＴ５４では、
仮想バッファのビット占有量から当該ピクチャにおける
量子化スケールの総量（グローバル量子化スケールＧＱ
とする）を次式(4)から計算する。
【００２０】 GQ = d[mb_i] * 31 / r (4) ここで、式(4)中のd[mb_i]はmb_i番目のマクロブロック
ＭＢの符号化前の仮想バッファのビット占有量であり、
ｒはリアクションパラメータと呼ばれ、目標ビットレー
トとピクチャレートに関係する一定値である。仮想バッ
ファのビット占有量が大きいほど、上記グローバル量子
化スケールＧＱは大きくなる。なお、仮想バッファのビ
ット占有量の計算については、後のステップＳＴ５８に
て説明する。
【００２１】次に、ステップＳＴ５５では、mb_i番目の
マクロブロックＭＢの視覚特性を考慮した重み係数Ｗを
次式(5)から計算する。
【００２２】 W = (act[mb_i] + 2 * avg_act) / (2 * act[mb_i] + avg_act) (5) ここで、式(5)中のact[mb_i]は、マクロブロックＭＢの
４つの輝度信号ブロックの分散値の最小値である。この
値は、輝度信号の絵柄の複雑さを表し、これが大きいほ
ど絵柄が複雑となる。また、式中のavg_actは、直前に
符号化したピクチャでのact[mb_i]の平均値である。視
覚的に劣化の目立ちやすい平坦部では、重み係数Ｗは大
きくなり、一方、劣化の比較的目立ちにくい絵柄の複雑
な部分では、重み係数Ｗは小さくなる。重み係数Ｗは、
その値が１／２〜２の範囲を取り、１ピクチャの中での
Ｗの期待値が１になるように正規化されている。
【００２３】次にステップＳＴ５６では、mb_i番目のマ
クロブロックＭＢの量子化スケールｍＱを次式(6)から
計算する。
【００２４】 mQ = GQ / W (6) そして、ステップＳＴ５７ではmb_i番目のマクロブロッ
クＭＢのＤＣＴ係数の量子化を行ない、エンコードす
る。これによって、mb_i番目のマクロブロックＭＢの実
際の発生ビット量bit_mb[mb_i]が計算される。
【００２５】次にステップＳＴ５８では、仮想バッファ
のビット占有量を更新する。仮想バッファは、Ｉ，Ｐ，
Ｂピクチャについて、それぞれｄＩ，ｄＰ，ｄＢの３つ
が用意されており、以下の式(7)〜式(9)によって更新さ
れる。
【００２６】 dI[mb_i+1] = dI[1] + BG[mb_i] - BT * mb_i / NMB (7) dP[mb_i+1] = dP[1] + BG[mb_i] - BT * mb_i / NMB (8) dB[mb_i+1] = dB[1] + BG[mb_i] - BT * mb_i / NMB (9) ここで、上記各式中のdI[1], dP[1], dB[1]は各仮想バ
ッファの初期占有量であり、BG[mb_i]は次式(10)に示す
ようにピクチャの１番目のマクロブロックＭＢからmb_i
番目のマクロブロックＭＢまでの符号化発生ビット量bi
t_mbの総和である。
【００２７】 BG[mb_i] = Σ bit_mb[mb_i] （i=1〜mb_i） (10) また、上記各式中の（BT * mb_i / NMB）はピクチャの
割当ビット量ＢＴを、ピクチャの全マクロブロック数Ｎ
ＭＢ中のmb_i個のマクロブロックＭＢに比例配分した量
である。
【００２８】そして、ステップＳＴ５９ではマクロブロ
ックＭＢのアドレスを一つ進める。すなわち、上記変数
mb_iを１つ増加させる。
【００２９】次のステップＳＴ６０では、pict_i番目の
ピクチャの最後のマクロブロックＭＢの処理が終了した
か否かの判定を行なう。すなわち、変数mb_iがピクチャ
内のマクロブロック数ＮＭＢより大きいか否かの判定を
行い、大きくないと判定したとき（処理が終了しない場
合）はステップＳＴ５４に戻り、大きいと判定したとき
（処理が終了した場合）は次のステップＳＴ６１に進
む。
【００３０】このステップＳＴ６１では、変数pict_iを
１増加させて、次のピクチャへの処理へ移行する。
【００３１】ステップＳＴ６２では、上述の処理におけ
るピクチャ符号化終了時の仮想バッファ占有量dI[NMB+
1]，dP[NMB+1]，dB[NMB+1]を、次の同一のピクチャタイ
プのピクチャに対する仮想バッファ初期占有量 dI[1]，
dP[1]，dB[1]へ代入する。すなわち、式(11)〜式(13)式
のように、仮想バッファの初期占有量の更新を行う。
【００３２】dI[1] = dI[NMB+1] (11) dP[1] = dP[NMB+1] (12) dB[1] = dB[NMB+1] (13) 次のステップＳＴ６３では、シーケンス（ピクチャ数NP
ICT）の最後のピクチャの処理が終了したか否かの判定
を行なう。すなわち、変数pict_iがシーケンスのピクチ
ャ数NPICTより大きいか否かの判定を行い、大きくない
と判定したとき（処理が終了しない場合）はステップＳ
Ｔ５２に戻り、大きいと判定したとき（処理が終了した
場合）は、ＴＭ５レートコントロールの処理を終了す
る。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ＴＭ５
レートコントロールでは、現在のマクロブロックＭＢの
量子化スケールを計算する時に、前記式(4)のように現
在の仮想バッファのビット占有量からグローバル量子化
スケールＧＱを計算する。当該グローバル量子化スケー
ルＧＱは、前記式(7)，式(8)又は式(9)で計算される仮
想バッファのビット占有量が、安定するように計算され
る。すなわち、現在までのピクチャの発生ビット量BGが
現在までの割当ビット量(BT*mb_i/NMB)よりも小さく、
仮想バッファのビット占有量が下降する時（値が小さく
なる時）、式(4)からグローバル量子化スケールＧＱが
小さくされ、それによってマクロブロックＭＢの発生ビ
ット量が大きくなり、仮想バッファのビット占有量が安
定するようにフィードバックがかかる。これの逆の場
合、仮想バッファのビット占有量が上昇する時（値が大
きくなる時）は、グローバル量子化スケールＧＱが大き
くされ、それによってマクロブロックＭＢの発生ビット
量が小さくなり、仮想バッファのビット占有量が安定す
るようにフィードバックがかかる。このフィードバック
コントロールにより、ピクチャの中の発生符号量を一様
にしている。
【００３４】しかし、このコントロールでは、ピクチャ
の絵柄が一様でない時、例えばピクチャの上半分と下半
分で画像の内容が違い、上半分は絵柄が単純であり、下
半分は絵柄が複雑である時は、問題がある。すなわち、
上半分と下半分で発生ビット量が一様になるようにフィ
ードバックがかかるため、上半分は量子化が細かくなり
過ぎ、下半分は量子化が粗くなり過ぎ、画質が一様にな
らない問題がある。また、ピクチャの上半分から下半分
へマクロブロックＭＢが移った時に、仮想バッファのビ
ット占有量が不安定に陥る問題がある。
【００３５】さらに、上記ＴＭ５レートコントロールで
は、マクロブロックＭＢの視覚特性を考慮した重み係数
を輝度信号の平坦度から計算している。しかし、これだ
けでは、ピクチャの画質劣化を目立ちにくいようにする
ためには不十分である。
【００３６】また、ＴＭ５レートコントロールでは、視
覚特性を考慮した重み係数Ｗの１ピクチャでの期待値が
１になるように正規化されていないと、安定したレート
コントロールが保証されない。例えば、図１７の（ａ）
に示すように、各マクロブロックＭＢにおいて図中の数
字にて示す量子化スケールｍＱ（数字が小さいと細かい
量子化が行われ、数字が大きいと粗い量子化が行われ
る）が計算された場合に、さらに図中の斜線部分のマク
ロブロックＭＢの量子化スケールを小さくしたい時、当
該斜線部分のマクロブロックＭＢだけの重み係数を上げ
ると、重み係数Ｗの期待値が１でなくなるので、図１７
の（ｂ）に示すように図中斜線部分のマクロブロックＭ
Ｂより後のマクロブロックＭＢについて計算される量子
化スケールだけが大きくなる問題がある。
【００３７】ＴＭ５レートコントロールでは、マクロブ
ロックＭＢの平坦度についての重み係数Ｗを１ピクチャ
の平坦度の平均値に対して相対的に正規化して計算して
いるので、この重み係数Ｗの期待値は１になっている。
しかし、マクロブロックＭＢの視覚特性を考慮するパラ
メータに対して、絶対的に重み係数Ｗを指定した場合、
当該重み係数Ｗの期待値が１でなくなる時には、安定し
たレートコントロールが保証されない。
【００３８】そこで、本発明はこのような状況に鑑みて
なされたものであり、ピクチャの絵柄が一様でない場合
でもそのピクチャの画質を略々一様にでき、また仮想バ
ッファのビット占有量を安定化することを可能にし、ピ
クチャの画質劣化を目立ち難く、さらに安定したレート
コントロールを保証できる画像信号符号化方法及び装
置、並びに信号記録媒体を提供することを目的とする。
【００３９】
【課題を解決するための手段】本発明の画像信号符号化
方法及び装置は、動画像信号を構成する画像を複数の領
域に分割して各領域毎に符号化するものであり、各領域
毎に符号化難易度を計算し、各領域毎に画質劣化の目立
ち易さを示す重み係数（特徴量）を計算し、各領域毎に
上記符号化難易度と重み係数とから複雑度を計算し、上
記各領域の符号化のための割当ビット量と上記複雑度と
を用いて、各領域の符号化の量子化スケールを計算する
ことにより、上述した課題を解決する。
【００４０】ここで、量子化スケールの計算の際には、
画像全体の複雑度に対する個々の領域の複雑度に比例し
て、各領域の割当ビット量を計算する。また、符号化難
易度は、各領域を固定量子化スケールで符号化した時の
発生符号量、または各領域の動きベクトル検出する際の
予測残差信号量、または各領域の平均値からの差分残差
量を用いて計算する。重み係数は、輝度信号の平坦度に
加えて、明るさ，赤色度，動き量，画像の中の各領域の
位置の少なくとも一つを用いて計算する。この符号化に
より得られた画像の符号化データ列は送信または記録す
る。
【００４１】また、本発明の信号記録媒体は、本発明の
画像信号符号化方法及び装置により符号化された画像の
符号化データ列が記録されてなるものである。すなわ
ち、本発明の信号記録媒体は、動画像信号を構成する画
像を複数の領域に分割した各領域毎に、符号化難易度と
画質劣化の目立ち易さを示す重み係数とを計算し、上記
符号化難易度と重み係数とから複雑度を計算し、上記画
像の符号化のための割当ビット量と上記複雑度とを用い
て各領域の符号化の量子化スケールを計算し、当該量子
化スケールを用いて各領域を符号化して得られた上記画
像の符号化データ列を、記録してなる。
【００４２】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る画像信号符号
化装置及び画像信号符号化方法、並びに信号記録媒体の
好ましい実施の形態について、図面を参照しながら詳細
に説明する。
【００４３】本発明の画像信号符号化装置の第１の構成
例を図１に示す。
【００４４】この図１において、端子１００から入力さ
れたディジタル動画像信号Ｓ１０は、動きベクトル検出
回路１０１と後述する遅延回路１０２へ送られる。な
お、上記入力ディジタル動画像信号Ｓ１０は、これ以降
マクロブロックＭＢ単位で処理されるため、入力ＭＢ信
号Ｓ１０と言い換えることにする。
【００４５】上記動きベクトル検出回路１０１では、上
記入力ＭＢ信号Ｓ１０からマクロブロックＭＢ単位に動
きベクトルＭＶを計算する。この動きベクトル検出は、
参照フレームと現在のマクロブロックＭＢとのパターン
マッチングで行なう。すなわち、次式(14)に示すよう
に、現在のマクロブロックＭＢの信号A[i,j]と、任意の
動きベクトルにより参照されるマクロブロックＭＢの信
号F[i,j]の差の絶対値の和Ｅｆを求める。
【００４６】 Ef = Σ｜A[i,j] - F[i,j]｜ (i=0〜15, j=0〜15） (14) 動きベクトル検出回路１０１は、上記和Ｅｆが最小とな
る動きベクトルを動きベクトル信号ＭＶとして出力す
る。
【００４７】上記入力ＭＢ信号Ｓ１０とそのマクロブロ
ックＭＢ単位の動きベクトルＭＶは、符号化難易度計算
回路１０７へ送られ、ここで上記入力ＭＢ信号Ｓ１０の
符号化難易度dft_mbが計算される。符号化難易度は、上
記入力ＭＢ信号Ｓ１０のマクロブロックＭＢ毎の情報量
の多さを表すパラメータである。符号化難易度計算回路
１０７の具体的な構成例については後述する。上記符号
化難易度dft_mbは、ビットレートコントローラ１０４へ
供給される。
【００４８】また、上記入力ＭＢ信号Ｓ１０とそのマク
ロブロックＭＢ単位の動きベクトルＭＶは、特徴量計算
回路１０３へ送られ、ここで上記入力ＭＢ信号Ｓ１０の
視覚特性を考慮した重み係数weight_mbが計算される。
この重み係数weight_mbは、符号化による劣化の目立ち
やすさを表すパラメータである。特徴量計算回路１０３
の詳細については後述する。重み係数weight_mbは、ビ
ットレートコントローラ１０４へ送られる。
【００４９】一方、上記入力ＭＢ信号Ｓ１０とそのマク
ロブロックＭＢ単位の動きベクトルＭＶは、そのマクロ
ブロックＭＢの量子化スケールｍＱがビットレートコン
トローラ１０４から出力されるまで、遅延回路１０２で
遅延されてから、動画像符号化回路１０５へ送られる。
なお、上記遅延回路１０２にて遅延されたディジタル動
画像信号を上記入力ＭＢ信号Ｓ１０と区別するため、以
下、入力ＭＢ信号Ｓ１１と呼ぶことにする。上記遅延回
路１０２から出力された入力ＭＢ信号Ｓ１１は、当該動
画像符号化回路１０５で符号化され、得られた符号化ビ
ットストリームは出力端子１０６から出力される。ま
た、動画像符号化回路１０５にて計算された符号化発生
ビット量bit_mbは、ビットレートコントローラ１０４へ
供給される。ビットレートコントローラ１０４の詳細に
ついては後述する。
【００５０】次に、図２には、動画像符号化回路１０５
の構成例を示す。この動画像符号化回路１０５は、動き
補償フレーム間予測とＤＣＴとを組み合わせたハイブリ
ッド符号化方法を行うものである。
【００５１】図２において、端子１２には前記図１の遅
延回路１０２からの入力ＭＢ信号Ｓ１１が供給され、ま
た端子１３には同じく前記遅延回路１０２にて遅延され
たマクロブロックＭＢ単位の動きベクトルＭＶが供給さ
れ、これら入力ＭＢ信号Ｓ１１とその動きベクトルＭＶ
は動き補償回路２０に入力する。
【００５２】動き補償回路２０は、画像メモリを備え、
動きベクトル信号ＭＶに基づいて当該画像メモリからマ
クロブロックＭＢ毎の予測画像信号（以下、予測ＭＢ信
号と呼ぶ）を読み出す。そして、上記入力ＭＢ信号Ｓ１
１と予測ＭＢ信号のマクロブロックＭＢ毎の差分の絶対
値和と、当該入力ＭＢ信号Ｓ１１の平均値からの差分の
絶対値和とを比較する。その結果、前者が小さい時はイ
ンター符号化モードとし、後者が小さい時はイントラ符
号化モードとする。なお、Ｉピクチャの時は、すべての
マクロブロックＭＢをイントラ符号化モードとする。動
き補償回路２０は、インター符号化モードの場合に、上
記予測ＭＢ信号を信号Ｓ１２として出力し、またイント
ラ符号化モードの場合に、すべてゼロ値からなるマクロ
ブロックＭＢの信号を信号Ｓ１２として出力する。
【００５３】演算器１４は、上記入力ＭＢ信号Ｓ１１を
加算信号とし、上記信号Ｓ１２を減算信号としてマクロ
ブロックＭＢ毎に加算処理を行うことにより、当該入力
ＭＢ信号Ｓ１１と信号Ｓ１２との差分を計算し、当該差
分を予測残差ＭＢ信号Ｓ１３として出力する。
【００５４】次に、上記予測残差ＭＢ信号Ｓ１３は、Ｄ
ＣＴ回路１５に送られる。ＤＣＴ回路１５では、上記予
測残差ＭＢ信号Ｓ１３に対して、前記ブロック毎に８×
８画素の２次元ＤＣＴを施し、得られたＤＣＴ係数を出
力する。このＤＣＴ係数は、量子化回路１６へ送られ
る。
【００５５】量子化回路１６では、端子１１を介して前
記図１のビットレートコントローラ１０４から供給され
る量子化スケールｍＱと、上記動き補償回路２０にて決
定されたイントラ／インター予測モードとに基づいて、
上記ＤＣＴ係数を次のように量子化する。
【００５６】イントラ符号化モードの時、 ＤＣ係数 i[0,0] = c[0,0] // 8 (15) ＡＣ係数 i[u,v] = 16 * c[u,v] // (mQ * m1[u,v]) (16) インター符号化モードの時、 i[u,v] = 16 * c[u,v] / (mQ * m2[u,v]) (17) ここで、上記各式中のc[u,v](u=0〜7, v=0〜7)は、入力
ＤＣＴ係数であり、i[u,v]が量子化ＤＣＴ係数である。
また、式中のm1[u,v]はイントラ符号化用の量子化マト
リクスであり、m2[u,v]はインター符号化用の量子化マ
トリクスである。上記イントラ符号化用の量子化マトリ
クスm1[u,v]の例を図３の（ａ）に、インター符号化用
の量子化マトリクスm2[u,v]の例を図３の（ｂ）に示
す。また、式中の記号 // は、最も近い整数に丸める整
数除算を示し、記号 / は、結果を０に近づける切捨て
を伴った整数除算を示している。
【００５７】量子化回路１６の量子化出力信号とそれに
対応する動きベクトルＭＶは、可変長符号化（ＶＬＣ）
回路２１へ送られる。可変長符号化回路２１は、上記量
子化出力信号と動きベクトルＭＶをＭＰＥＧのシンタク
スに基づいて可変長符号化する。
【００５８】この可変長符号化により得られた信号は、
バッファメモリ２３に送られる。このバッファメモリ２
３は、可変長符号化回路２１からの短時間の発生ビット
量の変動を平滑化し、目標ビットレートの符号化ビット
ストリームを出力するものである。このバッファメモリ
２３から出力された符号化ビットストリームは、端子２
４から出力されて前記図１の出力端子１０６に送られ
る。
【００５９】この可変長符号化回路２１の出力信号はカ
ウンタ２２にも送られる。カウンタ２２では上記可変長
符号化回路２１からの出力信号の符号量をカウントする
ことで、前記入力ＭＢ信号Ｓ１１に対応する発生符号量
を求め、前記符号化発生ビット量bit_mbとして端子１０
へ供給する。この端子１０から出力された符号化発生ビ
ット量bit_mbが、前記図１のビットレートコントローラ
１０４に送られることになる。
【００６０】また、量子化回路１６の量子化出力信号と
量子化スケールは、逆量子化回路１７へ送られる。この
逆量子化回路１７では、上記量子化スケールに対応して
上記量子化出力信号に逆量子化処理を施す。当該逆量子
化回路１７の出力は、逆ＤＣＴ回路１８に入力され、こ
こで逆ＤＣＴ処理されて復号された予測残差ＭＢ信号Ｓ
１５が、演算器１９へ入力される。
【００６１】この演算器１９にはまた、演算器１４に供
給されている前記予測ＭＢ信号Ｓ１２と同一の信号が供
給されている。演算器１９は、上記予測残差ＭＢ信号Ｓ
１５に予測ＭＢ信号Ｓ１２を加算する。これにより、局
所復号した画像信号が得られる。この画像信号は、受信
側（デコーダ側）での出力画像と同じ信号である。
【００６２】次に、図４には図１の符号化難易度計算回
路１０７の構成例を示す。この符号化難易度計算回路１
０７は、基本的には前記図２で説明した動画像符号化回
路と同じ構成を有するものであるが、異る点は量子化回
路３０で固定の量子化スケールが使用される点と、可変
長符号化回路３１からの発生符号量についてバッファの
占有量の管理をしない点である。すなわち、可変長符号
化回路３１からの発生符号量は、カウンタ３２にて、マ
クロブロックＭＢ毎にビット量が数えあげられ、マクロ
ブロックＭＢの符号化難易度dft_mbが端子３３から出力
される。なお、この図４の各構成要素において、前記図
２の各構成要素と同様に動作する部分については、図２
と同じ指示符号を付して、それらの説明は省略する。
【００６３】また、図５は本発明の画像信号符号化装置
の第２の構成例を示す。
【００６４】この第２の構成例の画像信号符号化装置に
おいて前記図１にて説明した第１の構成例の画像信号符
号化装置との違いは、マクロブロックＭＢの符号化難易
度dft_mbの計算方法である。なお、この図５の各構成要
素において、前記図１の各構成要素と同様に動作する部
分については、図１と同じ指示符号を付して、それらの
説明は省略する。
【００６５】この図５に示す第２の構成例の画像信号符
号化装置では、入力ディジタル動画像信号（入力ＭＢ信
号）Ｓ２０をＰピクチャまたはＢピクチャとして符号化
する場合、マクロブロックＭＢの符号化難易度dft_mb(i
nter)として、動きベクトル検出回路２０１から出力さ
れる入力ＭＢ信号Ｓ２０の予測残差、すなわち前述した
式(14)で計算される前記差の絶対値の和Ｅｆを用いる。
また、入力ＭＢ信号Ｓ２０をＩピクチャとして符号化す
る場合は、マクロブロックＭＢの符号化難易度dft_mb(i
ntra)として、特徴量計算回路２０３で計算される入力
ＭＢ信号Ｓ２０の平均値からの差分の絶対値和を用い
る。または、マクロブロックＭＢの符号化難易度dft_mb
(intra)として、入力ＭＢ信号Ｓ２０の分散値を用いて
もよい。なお、上記符号化難易度dft_mb(intra)又はdft
_mb(intra)が供給されるビットレートコントローラ２０
４の詳細については後述する。その他の動作は、前記図
１の第１の構成例にて説明した画像信号符号化装置と同
じである。
【００６６】次に、前記図１に示した画像信号符号化装
置におけるマクロブロックＭＢの特徴量計算回路１０３
と、図５に示した画像信号符号化装置におけるマクロブ
ロックＭＢの特徴量計算回路２０３の動作について説明
する。これら特徴量計算回路では、入力ＭＢ信号（Ｓ１
０又はＳ２０）の特徴として、例えばそれぞれマクロブ
ロックＭＢの平坦度Ｆ，明るさＬ，赤色度（赤色レベ
ル）Ｒ，動き量（動きの大きさ）Ｍ，そしてピクチャの
中のマクロブロックＭＢ位置を計算する。
【００６７】上記平坦度Ｆとしては、例えばマクロブロ
ックＭＢの輝度信号の分散値を計算する。
【００６８】上記明るさＬとしては、例えばマクロブロ
ックＭＢの輝度信号の平均値を計算する。
【００６９】赤色度Ｒとしては、マクロブロックＭＢの
中の赤色領域の大きさを計算する。例えばマクロブロッ
クＭＢのＣｒブロックの画素値Cr[i,j]とＣｂブロック
の画素値Cb[i,j]を比較して、ＴＨ１，ＴＨ２を一定の
閾値とする時に、式(18)のｉｆ条件式に示すように、 if ((Cr[i,j] > TH1) && (Cr[i,j] < TH2)) R++; (i=0〜7, j=0〜7) (18) でカウントされる赤色度Ｒを計算する。なお、上記式(1
8)はいわゆるＣ++言語を用いて記述してあり、上記式(1
8)中の記号>，<はデータの大小を判定するための関係演
算子であり、記号++はインクリメント演算子でありR++;
はＲに１を加えることを意味し、記号&&は論理積を示す
論理演算子である。
【００７０】上記動き量Ｍとしては、例えばマクロブロ
ックＭＢの動きベクトルの大きさを計算する。また、ピ
クチャの中のマクロブロックＭＢ位置によって、重み係
数Ｐを決める。
【００７１】前記特徴量計算回路１０３または２０３
は、ｉ番目のマクロブロックＭＢの各特徴量（平坦度，
明るさ，赤色度，動き量，マクロブロックＭＢ位置の重
み係数）をそれぞれＦｉ，Ｌｉ，Ｒｉ，Ｍｉ，Ｐｉとし
て、それぞれ関数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４，ｆ５の特性
から画質劣化の目立ちやすさを示す重み係数mb_weight
[i]へ反映する係数αi，βi，γi，θi，εiを求め、式
(19)〜式(24)に示すように、これらの係数の積により、
それぞれの重み係数mb_weight[i]を求める。
【００７２】 αi ＝ ｆ１(Ｆｉ) (19) βi ＝ ｆ２(Ｌｉ) (20) γi ＝ ｆ３(Ｒｉ) (21) θi ＝ ｆ４(Ｍｉ) (22) εi ＝ ｆ５(Ｐｉ) (23) mb_weight[i] ＝ αi×βi×γi×θi×εi (24) ここで、関数ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４、ｆ５の特性の具
体例について、図６〜図１０を参照しながら説明する。
【００７３】図６には、マクロブロックＭＢの輝度信号
の平坦度（分散値）Ｆと係数αの関数ｆ１の特性を示
す。図６の横軸の平坦度Ｆは、０が完全に平坦であり、
ＭＡＸが最も絵柄が乱雑であることを示す。一般に、人
間の目は、絵柄の平坦部分では符号化ノイズを認識し易
く、逆に、絵柄が乱雑な部分では劣化を認識し難い。こ
の特徴に基づいて、平坦度Ｆが小さいほど係数αを大き
な値として、逆に平坦度Ｆが大きいほど係数αを小さい
値とする。
【００７４】図７には、マクロブロックＭＢの輝度信号
の明るさ（平均値）Ｌに対する係数βを表す関数ｆ２の
特性を示す。この図７の横軸の明るさＬは、０が黒であ
り、ＭＡＸが最も明るい値であることを示す。一般に、
人間の目は、暗い画像では符号化ノイズを認識し易い。
ただし、あるレベル以下の暗さでは、暗すぎて符号化ノ
イズを知覚できなくなる。この特徴に基づいて、明るさ
Ｌ＝０付近では係数β＝１とし、最も劣化を知覚しやす
い明るさＬのレベルではβはピークをもち、それ以上の
明るさＬでは徐々にβを小さくする。
【００７５】図８には、マクロブロックＭＢの赤色度Ｒ
と係数γの関数ｆ３の特性を示す。この図８の横軸の赤
色度Ｒは、０が赤色領域がないことを示し、ＭＡＸがマ
クロブロックＭＢ全領域が赤色であることを示す。一般
に、人間の目は赤の劣化を認識し易い特徴がある。この
特徴に基づいて、赤色領域がある一定の大きさよりも大
きい時は、係数γを大きな値とする。
【００７６】図９には、マクロブロックＭＢの動き量Ｍ
と係数θの関数ｆ４の特性を示す。この図９の横軸の動
き量Ｍは、０が静止している場合で、ＭＡＸが最も動き
が大きい（速い）場合を示している。一般に、人間の目
は、画像の動きが大きい（速い）と、目が動きについて
いけず、画像の劣化を認識し難い。この特徴に基づい
て、動き量Ｍが大きい値ほど係数θを１以下の小さな値
とする。
【００７７】図１０には、ピクチャの中のマクロブロッ
クＭＢの位置と劣化の目立ち易さを示す重み係数Ｐの特
性（図中数字にて表す）を示している。一般に、人はピ
クチャの中心を注目する場合が多く、ピクチャの端の画
質劣化は目立ち難い場合がある。この特徴に基づいて、
ピクチャの中心から放射状に重み係数Ｐを小さくしてい
る。係数εは、次式(25)から計算する。
【００７８】 ε＝ Ｐ[x,y] ／１０ (25) 前記特徴量計算回路１０３又は２０３では、このように
して求めた係数α，β，γ，θ，εを乗算することで、
マクロブロックＭＢの重み係数weight_mbを求める。な
お、ｉ番目のマクロブロックＭＢについては、それぞれ
係数αｉ，βｉ，γｉ，θｉ，εｉを求め、上記式(24)
に示したように乗算して、当該ｉ番目のマクロブロック
ＭＢの重み係数weight_mb[i]とする。また、この重み係
数weight_mb[i]を計算するために、係数αｉ，βｉ，γ
ｉ，θｉ，εｉの全てを使用しないで、その中の幾つか
を使用するようにしても良い。
【００７９】ここまでで説明したマクロブロックＭＢの
符号化難易度dft_mbと重み係数weight_mbの計算と、そ
れを使って、前記ビットレートコントローラ１０４また
は２０４で、マクロブロックＭＢの量子化スケールを決
定する処理の流れを、以下に説明する。このビットレー
トコントローラ１０４または２０４におけるビットレー
トコントロールは２パスであり、１パス目の動作を図１
１に示し、２パス目の動作を図１２に示す。
【００８０】図１１に示す１パス目の処理では、入力動
画像信号のマクロブロックＭＢの複雑度x_mbを調べるこ
とを目的とする。
【００８１】この図１１において、ステップＳＴ７１で
は、当該１パス目の処理を行うピクチャとして、前記変
数pict_iを１にすることで、前記シーケンス内のピクチ
ャのうちの最初のピクチャを指定する。
【００８２】このステップＳＴ７１の後は、ステップＳ
Ｔ７２からステップＳＴ７９までの処理において上記変
数pict_iを１づつ増加させることで、シーケンス内の各
ピクチャについてそれぞれ当該１パス目の処理を行い、
このステップＳＴ７２からステップＳＴ７９までの処理
を当該シーケンス内の全てのピクチャの各マクロブロッ
クＭＢの１パス目の処理が終了するまで繰り返す。
【００８３】これらステップＳＴ７２からステップＳＴ
７９までの処理において、始めのステップＳＴ７２で
は、上記pict_i番目のピクチャ内で１パス目の処理を行
うマクロブロックＭＢとして、上記変数mb_iを１にする
ことで、当該ピクチャ内の最初のマクロブロックＭＢを
指定する。
【００８４】このステップＳＴ７２の後は、ステップＳ
Ｔ７３からステップＳＴ７７までの処理において上記変
数mb_iを１づつ増加させることで、当該ピクチャ内の各
マクロブロックＭＢについてそれぞれ１パス目の処理を
行い、このステップＳＴ７３からステップＳＴ７７まで
の処理を当該ピクチャ内の全てのマクロブロックＭＢに
ついての１パス目の処理が終了するまで繰り返す。
【００８５】これらステップＳＴ７３からステップＳＴ
７７までの処理として、始めにステップＳＴ７３では、
mb_i番目のマクロブロックＭＢの符号化難易度dft_mbを
前述したようにして計算する。
【００８６】次のステップＳＴ７４では、mb_i番目のマ
クロブロックＭＢの視覚特性を考慮した画質劣化の目立
ち易さを示す重み係数weight_mbを前述のようにして計
算する。
【００８７】次のステップＳＴ７５では、mb_i番目のマ
クロブロックＭＢの複雑度x_mbを、次式(26)のように、
そのマクロブロックＭＢの符号化難易度dft_mbと重み係
数weight_mbを乗算して計算する。
【００８８】 x_mb[mb_i] = dft_mb[mb_i] * weight_mb[mb_i] (26) 次のステップＳＴ７６で、マクロブロックＭＢのアドレ
スを一つ進める。すなわち、上記変数mb_iを１つ増加さ
せる。
【００８９】そして、ステップＳＴ７７では、pict_i番
目のピクチャの最後のマクロブロックＭＢの処理が終了
したか否かの判定を行なう。このステップＳＴ７７にて
処理が終了していないと判定した場合はステップＳＴ７
３へ戻り、処理が終了したと判定した場合はステップＳ
Ｔ７８へ進み、次のピクチャのへ処理を移る。
【００９０】ステップＳＴ７９では、シーケンス（ピク
チャ数NPICT）の最後のピクチャの処理が終了したか否
かの判定を行なう。ステップＳＴ７９にて処理が終了し
ていないと判定した場合はステップＳＴ７２へ戻り、処
理が終了したと判定した場合はステップＳＴ８０へ進
み、当該図１１の１パス目の処理を終了する。
【００９１】次に図１２に示す２パス目の処理では、入
力動画像信号のマクロブロックＭＢの量子化スケールｍ
Ｑを計算することを目的とする。
【００９２】この図１２において、最初のステップＳＴ
８５では、学習パラメータＫＱの初期設定を行なう。当
該学習パラメータＫＱの最初の初期値KQ[1]は、マクロ
ブロックＭＢの符号化難易度の計算条件に関係する値で
ある。学習パラメータＫＱは、後のステップＳＴ９２で
更新される。
【００９３】次のステップＳＴ８６では、当該２パス目
の処理を行うピクチャとして、前記変数pict_iを１にす
ることで、前記シーケンス内のピクチャのうちの最初の
ピクチャを指定する。
【００９４】このステップＳＴ８６の後は、ステップＳ
Ｔ８７からステップＳＴ９７までの処理において上記変
数pict_iを１づつ増加させることで、シーケンス内の各
ピクチャについてそれぞれ当該２パス目の処理を行い、
このステップＳＴ８７からステップＳＴ９７までの処理
を当該シーケンス内の全てのピクチャの各マクロブロッ
クＭＢの２パス目の処理が終了するまで繰り返す。
【００９５】これらステップＳＴ８７からステップＳＴ
９７までの処理の最初のステップＳＴ８７では、pict_i
番目のピクチャの割当ビット量ＢＴを計算する。すな
わち、前記ビットレートコントローラ１０４又は２０４
において、端子１０７から供給される前記ＧＯＰの割当
ビット量を、各ピクチャの符号化難易度に応じて比例配
分する。pict_i番目のピクチャの符号化難易度は、その
ピクチャの各マクロブロックＭＢの符号化難易度dft_mb
の総和から計算する。
【００９６】次のステップＳＴ８８からステップＳＴ９
４までの処理において、始めのステップＳＴ８８では、
上記pict_i番目のピクチャ内で２パス目の処理を行うマ
クロブロックＭＢとして、上記変数mb_iを１にすること
で、当該ピクチャ内の最初のマクロブロックＭＢを指定
する。
【００９７】このステップＳＴ８８の後は、ステップＳ
Ｔ８９からステップＳＴ９４までの処理において上記変
数mb_iを１づつ増加させることで、当該ピクチャ内の各
マクロブロックＭＢについてそれぞれ２パス目の処理を
行い、このステップＳＴ８９からステップＳＴ９４まで
の処理を当該ピクチャ内の全てのマクロブロックＭＢに
ついての２パス目の処理が終了するまで繰り返す。
【００９８】これらステップＳＴ８９からステップＳＴ
９４までの処理として、始めにステップＳＴ８９では、
mb_i番目のマクロブロックＭＢの割当ビット量target_b
it_mbを次式(27）から計算する。
【００９９】 target_bit_mb[mb_i] = XA * x_mb[mb_i] (27) ここで、式(27)中のXAは、次式(28)で計算されるpict_i
番目のピクチャ内で一定のパラメータである。
【０１００】 XA = BT / sum_x_mb (28) ここで、式(28)中の変数sum_x_mbは、１パス目の処理で
計算されたpict_i番目のピクチャ内のマクロブロックＭ
Ｂの複雑度x_mbの総和である。この変数sum_x_mbは、式
(29)にて求める。
【０１０１】 sum_x_mb = Σ x_mb[mb_i] (mb_i=1〜NMB) (29) 次のステップＳＴ９０では、mb_i番目のマクロブロック
ＭＢの量子化スケールｍＱを次式(30)で計算する。
【０１０２】 mQ[mb_i] = KQ[mb_i] / (KQ * XA * weight_mb[mb_i]) (30) ここでKRは、目標ビットレートに関係する係数である。
KQ[mb_i] は、学習パラメータであり、後のステップＳ
Ｔ９２でマクロブロックＭＢ毎に更新される。
【０１０３】次にステップＳＴ９１では、mb_i番目のマ
クロブロックＭＢのＤＣＴ係数の量子化を行ない、エン
コードする。これによって、mb_i番目のマクロブロック
ＭＢの実際の発生ビット量bit_mb[mb_i]が計算される。
【０１０４】次のステップＳＴ９２では、学習パラメー
タＫＱを更新する。学習パラメータＫＱは、Ｉ，Ｐ，Ｂ
ピクチャについて、それぞれKQ_I，KQ_P，KQ_Bの３つが
用意されており、これらが式(31)，式(32)，式(33)によ
って更新される。
【０１０５】 KQ_I[mb_i+1] = KQ_I[1] + BG[mb_i] - BTMB[mb_i] (31) KQ_P[mb_i+1] = KQ_P[1] + BG[mb_i] - BTMB[mb_i] (32) KQ_B[mb_i+1] = KQ_B[1] + BG[mb_i] - BTMB[mb_i] (33) ここで、各式中のKQ_I[1]，KQ_P[1]，KQ_B[1]は、それ
ぞれＩ，Ｐ，Ｂピクチャの１番目のマクロブロックＭＢ
の符号化前の初期値である。また、BG[mb_i]は、次式(3
4)に示すようにピクチャの１番目のマクロブロックＭＢ
からmb_i番目のマクロブロックＭＢまでの符号化発生ビ
ット量bit_mbの総和である。また、BTMB[mb_i]は、次式
(35)に示すようにピクチャの１番目のマクロブロックＭ
Ｂからmb_i番目のマクロブロックＭＢまでの割当ビット
量target_bit_mbの総和である。
【０１０６】 BG[mb_i] = Σ bit_mb[mb_i] (i=1〜mb_i) (34) BTMB[mb_i] = Σ target_bit_mb[i] (i=1〜mb_i) (35) 次のステップＳＴ９３ではマクロブロックＭＢのアドレ
スを一つ進める。すなわち、上記変数mb_iを１つ増加さ
せる。
【０１０７】そして、ステップＳＴ９４では、pict_i番
目のピクチャの最後のマクロブロックＭＢの処理が終了
したか否か判定を行なう。このステップＳＴ９４で処理
が終了していないと判定した場合はステップＳＴ８９へ
戻り、処理が終了したと判定した場合は、ステップＳＴ
９５へ進み、前記係数pict_iを１増加させて次のピクチ
ャへ処理を移る。
【０１０８】次にステップＳＴ９６では、Ｉ，Ｐまたは
Ｂピクチャを符号化した時のそれぞれピクチャの学習パ
ラメータKQ_I， KQ_P，KQ_Bの平均値を、次の同一のピ
クチャタイプのピクチャに対する初期値KQ_I[1]，KQ_P
[1]，KQ_B[1]へ代入する。これら代入は式(36)，式(3
7)，式(38)により行う。
【０１０９】 KQ_I[1] = (ΣKQ_I[i])/NMB (i=2〜mb_i+1) (36) KQ_P[1] = (ΣKQ_P[i])/NMB (i=2〜mb_i+1) (37) KQ_B[1] = (ΣKQ_B[i])/NMB (i=2〜mb_i+1) (38) 次のステップＳＴ９７では、シーケンス（ピクチャ数NP
ICT）の最後のピクチャの処理が終了したか否かの判定
を行なう。ステップＳＴ９７にて処理が終了していない
と判定した場合はステップＳＴ８７へ戻り、処理が終了
したと判定した場合はステップＳＴ９８へ進み、当該２
パス目のビットレートコントロールの処理を終了する。
【０１１０】なお、上述した１パス目と２パス目の間の
遅延量は、１ＧＯＰ以上あることが好ましい。この遅延
時間のために図１の遅延回路１０２または図５の遅延回
路１０２が設けられている。また、シーケンスのピクチ
ャをすべてＩピクチャで符号化する場合は、１パス目と
２パス目の間の遅延量は、１ピクチャ時間で十分であ
る。また、シーケンスのピクチャ数NPICT=1の時は静止
画をＩピクチャで符号化するので、１パス目と２パス目
の間の遅延量は、１ピクチャ時間で十分である。
【０１１１】次に、上述した第１、第２の構成例の画像
信号符号化装置での符号化により得られた符号化ビット
ストリームは、本発明に係る信号記録媒体に記録された
り、伝送路を介して伝送されることになる。
【０１１２】前記図１及び図５には、信号記録媒体の一
例として光ディスク７０４を用いた例を示し、この光デ
ィスク７０４に記録すること、または、伝送路に伝送す
ることを行うようにしている。
【０１１３】前記図１及び図５において、光ディスク７
０４に記録する場合、前記出力端子１０６から出力され
た符号化ビットストリーム及び、量子化スケール等の後
の復号化に必要な情報からなるデータ列は、誤り訂正エ
ンコーダ（ＥＣＣエンコーダ）７０１によってエラーコ
レクションコードが付加され、変調回路７０２に送られ
る。当該変調回路７０２では上記誤り訂正エンコーダ７
０１の出力に対して、所定の変調処理、例えばいわゆる
８−１４変調（ＥＭＦ：Eight to Fourteen Modulatio
n）或いは８−１６変調等を施す。これらの変調処理
は、ディジタル信号を光ディスク７０４の伝送特性に合
わせるために、上記エンコーダされたデータ（８ビッ
ト）を１４ビットや１６ビットに変換する変調方式であ
る。この変調回路７０２の出力は記録ヘッド７０３に送
られ、当該記録ヘッド７０３にて光ディスク７０４に記
録される。なお、図１及び図５の例では、信号記録媒体
として光ディスクを例に挙げたが、ハードディスクやフ
レキシブルディスク等の磁気ディスク媒体や、磁気テー
プ等のテープ状記録媒体、ＩＣカードや各種メモリ素子
等の半導体記憶媒体等の記録媒体であってもよい。ま
た、光ディスクとしては、物理的にピットを形成して記
録がなされるディスクや、光磁気ディスクの他に、相変
化型光ディスクや有機色素型光ディスク、紫外線レーザ
光により記録がなされる光ディスク、多層記録膜を有す
る光ディスク等の各種のディスクを用いることができ
る。
【０１１４】一方、伝送路に伝送する場合、上記データ
列は、誤り訂正エンコーダ７１１にてエラーコレクショ
ンコードが付加され、インターフェイス回路７１２及び
端子７１３を介して伝送路に出力される。なお、この伝
送路としては、通常のケーブルのみならず、電波或いは
光による送信も含まれる。
【０１１５】上述したように、本発明構成例の画像信号
符号化方法及び装置においては、マクロブロックＭＢの
データを量子化する量子化スケールをコントロールする
場合に、ピクチャの割当ビット量を受けとり、予めその
ピクチャのすべてのマクロブロックＭＢについての複雑
度を計算し、そのピクチャのマクロブロックＭＢ毎の必
要な割当ビット量を考慮して、マクロブロックＭＢの量
子化スケールを計算するようにしている。
【０１１６】そのため、ピクチャの絵柄が一様でない
時、例えばピクチャの上半分と下半分で画像の内容が違
い、上半分は絵柄が単純であり、下半分は絵柄が複雑で
あるような時でも、上半分と下半分で必要な割当ビット
量を適応的に割り当てて、最適な量子化スケールを計算
できるので、従来に比べて、高画質にピクチャを符号化
できる。
【０１１７】また、本発明構成例では、上述のように予
めピクチャのすべてのマクロブロックＭＢについての複
雑度を計算する際に、ピクチャのマクロブロックＭＢ毎
の複雑度を、符号化難易度と画質劣化の目立ちやすさを
示す重み係数から計算するようにしている。すなわち、
マクロブロックＭＢの符号化難易度は、例えばマクロブ
ロックＭＢを固定量子化スケールで符号化した時の発生
符号量、またはマクロブロックＭＢの動きベクトル検出
時の予測残差信号量、またはマクロブロックＭＢの平均
値からの差分残差量を用いて計算するようにし、マクロ
ブロックＭＢの画質劣化の目立ちやすさを示す重み係数
は、輝度信号の平坦度に加えて、例えば明るさ，赤色
度，動き量，そしてピクチャの中のマクロブロックＭＢ
位置の少なくとも一つを用いて計算するようにしてい
る。したがって、従来に比べて、画質劣化の目立ち難い
符号化が可能である。
【０１１８】さらに、上述のように本発明構成例では、
上記各ピクチャのマクロブロックＭＢ毎の必要な割当ビ
ット量を考慮してマクロブロックＭＢの量子化スケール
を計算する際に、ピクチャ全体の複雑度に対する個々の
マクロブロックＭＢの複雑度に比例して、マクロブロッ
クＭＢの割当ビット量を計算するようにしている。その
ため、マクロブロックＭＢの画質劣化の目立ち易さを示
す重み係数の指定が非常に柔軟にできる特徴がある。し
たがって、従来のように、重み係数の１ピクチャでの期
待値が１になるように正規化されている必要がない。
【０１１９】またさらに、本発明構成例の画像信号符号
化方法及び装置によれば、例えば図１３に示すように、
各マクロブロックＭＢにおいて図中の数字にて示す量子
化スケールｍＱが計算された場合において、図中の斜線
部分のマクロブロックＭＢの量子化スケールを小さくし
たい時、当該斜線部分の各マクロブロックＭＢの重み係
数を上げたとしても、前述した図１７の場合のように図
中斜線部分のマクロブロックＭＢより後のマクロブロッ
クＭＢについて計算される量子化スケールだけが大きく
なるような問題は発生しない。したがって、前述した従
来例に比べて、安定したビットレートコントロールが保
証される。
【０１２０】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、動画像信号を構成する画像（ピクチャ）を複数
の領域（ＭＢ）に分割して各領域毎に符号化するに際
し、各領域毎に符号化難易度を計算し、各領域毎に画質
劣化の目立ち易さを示す重み係数を計算し、各領域毎に
上記符号化難易度と重み係数とから複雑度を計算し、上
記画像（ピクチャ）の符号化のための割当ビット量と上
記複雑度とを用いて、各領域の符号化の量子化スケール
を計算することにより、ピクチャの絵柄が一様でない場
合でもそのピクチャの画質を略々一様にでき、また仮想
バッファのビット占有量を安定化することを可能にし、
ピクチャの画質劣化を目立ち難く、さらに安定したレー
トコントロールを保証できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像信号符号化装置の第１の構成例を
示すブロック回路図である。
【図２】動画像符号化回路の具体的構成を示すブロック
回路図である。
【図３】イントラ符号化用とインター符号化用の量子化
マトリクスの例を示す図である。
【図４】符号化難易度計算回路の具体的構成を示すブロ
ック回路図である。
【図５】本発明の画像信号符号化装置の第２の構成例を
示すブロック回路図である。
【図６】マクロブロックＭＢの輝度信号の平坦度Ｆと係
数αの関数ｆ１の関係説明に用いる特性図である。
【図７】マクロブロックＭＢの輝度信号の明るさ（平均
値）Ｌと係数βの関数ｆ２の関係説明に用いる特性図で
ある。
【図８】マクロブロックＭＢの赤色度Ｒと係数γの関数
ｆ３の関係説明に用いる特性図である。
【図９】マクロブロックＭＢの動き量Ｍと係数θの関数
ｆ４の関係説明に用いる特性図である。
【図１０】ピクチャの中のマクロブロックＭＢ位置Ｐと
係数εの関数ｆ５の関係説明に用いる図である。
【図１１】本発明構成例のビットレートコントロールに
よるマクロブロックＭＢの量子化スケールの計算のため
の１パス目の計算の流れを示すフローチャートである。
【図１２】本発明構成例のビットレートコントロールに
よるマクロブロックＭＢの量子化スケールの計算のため
の２パス目の計算の流れを示すフローチャートである。
【図１３】本発明の画像信号符号化方法においてピクチ
ャのマクロブロックＭＢの量子化スケールの計算結果の
例を示す図である。
【図１４】ＭＰＥＧのデータ構造の説明に用いる図であ
る。
【図１５】ピクチャの中のマクロブロックＭＢの符号化
順序の説明に用いる図である。
【図１６】ＴＭ５方式のレートコントロールによるマク
ロブロックＭＢの量子化スケールの計算の流れを示すフ
ローチャートである。
【図１７】従来の方法でのピクチャのマクロブロックＭ
Ｂの量子化スケールの計算結果の例を示す図である。
【符号の説明】
１０１，２０１ 動きベクトル検出回路、 １０２ 遅
延回路、 １０３，２０３ 特徴量計算回路、 １０
４，２０４ ビットレートコントローラ、 １０５ 動
画像符号化回路、 １０７ 符号化難易度計算回路

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 動画像信号を構成する画像を複数の領域
    に分割して各領域毎に符号化する画像信号符号化方法に
    おいて、 各領域毎に符号化難易度を計算し、 各領域毎に画質劣化の目立ち易さを示す重み係数を計算
    し、 各領域毎に上記符号化難易度と重み係数とから複雑度を
    計算し、 各領域の符号化のための割当ビット量と上記複雑度とを
    用いて、各領域の符号化の量子化スケールを計算するこ
    とを特徴とする画像信号符号化方法。
  2. 【請求項２】 画像全体の複雑度に対する個々の領域の
    複雑度に比例して、各領域の割当ビット量を計算するこ
    とを特徴とする請求項１記載の画像信号符号化方法。
  3. 【請求項３】 上記符号化難易度は、各領域を固定量子
    化スケールで符号化した時の発生符号量を用いて計算す
    ることを特徴とする請求項１記載の画像信号符号化方
    法。
  4. 【請求項４】 上記符号化難易度は、各領域の動きベク
    トル検出時の予測残差信号量を用いて計算することを特
    徴とする請求項１記載の画像信号符号化方法。
  5. 【請求項５】 上記符号化難易度は、各領域の平均値か
    らの差分残差量を用いて計算することを特徴とする請求
    項１記載の画像信号符号化方法。
  6. 【請求項６】 上記重み係数は、輝度信号の平坦度に加
    えて、明るさを用いて計算することを特徴とする請求項
    １記載の画像信号符号化方法。
  7. 【請求項７】 上記重み係数は、輝度信号の平坦度に加
    えて、赤色度を用いて計算することを特徴とする請求項
    １記載の画像信号符号化方法。
  8. 【請求項８】 上記重み係数は、輝度信号の平坦度に加
    えて、動き量を用いて計算することを特徴とする請求項
    １記載の画像信号符号化方法。
  9. 【請求項９】 上記重み係数は、輝度信号の平坦度に加
    えて、画像の中の各領域の位置を用いて計算することを
    特徴とする請求項１記載の画像信号符号化方法。
  10. 【請求項１０】 上記重み係数は、輝度信号の平坦度に
    加えて、明るさと赤色度と動き量と画像の中の各領域の
    位置の内の二つ以上の組み合わせを用いて計算すること
    を特徴とする請求項１記載の画像信号符号化方法。
  11. 【請求項１１】 符号化により得られた上記画像の符号
    化データ列を送信することを特徴とする請求項１記載の
    画像信号符号化方法。
  12. 【請求項１２】 符号化により得られた上記画像の符号
    化データ列を記録媒体に記録することを特徴とする請求
    項１記載の画像信号符号化方法。
  13. 【請求項１３】 動画像信号を構成する画像を複数の領
    域に分割して各領域毎に符号化する画像信号符号化装置
    において、 各領域毎に符号化難易度を計算する符号化難易度計算手
    段と、 各領域毎に画質劣化の目立ち易さを示す重み係数を計算
    する重み係数計算手段と、 各領域毎に上記符号化難易度と重み係数とから複雑度を
    計算し、各領域毎の符号化のための割当ビット量と上記
    複雑度とを用いて、各領域の符号化の量子化スケールを
    計算する量子化スケール計算手段とを有することを特徴
    とする画像信号符号化装置。
  14. 【請求項１４】 上記量子化スケール計算手段は、画像
    全体の複雑度に対する個々の領域の複雑度に比例して、
    各領域の割当ビット量を計算することを特徴とする請求
    項１３記載の画像信号符号化装置。
  15. 【請求項１５】 上記符号化難易度計算手段は、各領域
    を固定量子化スケールで符号化した時の発生符号量を用
    いて、上記符号化難易度を計算することを特徴とする請
    求項１３記載の画像信号符号化装置。
  16. 【請求項１６】 上記符号化難易度計算手段は、各領域
    の動きベクトル検出時の予測残差信号量を用いて、上記
    符号化難易度を計算することを特徴とする請求項１３記
    載の画像信号符号化装置。
  17. 【請求項１７】 上記符号化難易度計算手段は、各領域
    の平均値からの差分残差量を用いて、上記符号化難易度
    を計算することを特徴とする請求項１３記載の画像信号
    符号化装置。
  18. 【請求項１８】 上記重み係数計算手段は、輝度信号の
    平坦度に加えて、明るさを用いて、上記重み係数を計算
    することを特徴とする請求項１３記載の画像信号符号化
    装置。
  19. 【請求項１９】 上記重み係数計算手段は、輝度信号の
    平坦度に加えて、赤色度を用いて、上記重み係数を計算
    することを特徴とする請求項１３記載の画像信号符号化
    装置。
  20. 【請求項２０】 上記重み係数計算手段は、輝度信号の
    平坦度に加えて、動き量を用いて、上記重み係数を計算
    することを特徴とする請求項１３記載の画像信号符号化
    装置。
  21. 【請求項２１】 上記重み係数計算手段は、輝度信号の
    平坦度に加えて、画像の中の各領域の位置を用いて、上
    記重み係数を計算することを特徴とする請求項１３記載
    の画像信号符号化装置。
  22. 【請求項２２】 上記重み係数計算手段は、輝度信号の
    平坦度に加えて、明るさと赤色度と動き量と画像の中の
    各領域の位置の内の二つ以上の組み合わせを用いて、上
    記重み係数を計算することを特徴とする請求項１３記載
    の画像信号符号化装置。
  23. 【請求項２３】 符号化により得られた上記画像の符号
    化データ列を送信する送信手段を備えることを特徴とす
    る請求項１３記載の画像信号符号化装置。
  24. 【請求項２４】 符号化により得られた上記画像の符号
    化データ列を記録媒体に記録する記録手段を備えること
    を特徴とする請求項１３記載の画像信号符号化装置。
  25. 【請求項２５】 動画像信号を構成する画像を複数の領
    域に分割した各領域毎に、符号化難易度と画質劣化の目
    立ち易さを示す重み係数とを計算し、上記符号化難易度
    と重み係数とから複雑度を計算し、上記各領域の符号化
    のための割当ビット量と上記複雑度とを用いて各領域の
    符号化の量子化スケールを計算し、当該量子化スケール
    を用いて各領域を符号化して得られた上記画像の符号化
    データ列を、記録してなることを特徴とする信号記録媒
    体。
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