JPH11196424A - 画像処理装置および方法、並びに提供媒体 - Google Patents
画像処理装置および方法、並びに提供媒体Info
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- JPH11196424A JPH11196424A JP35914597A JP35914597A JPH11196424A JP H11196424 A JPH11196424 A JP H11196424A JP 35914597 A JP35914597 A JP 35914597A JP 35914597 A JP35914597 A JP 35914597A JP H11196424 A JPH11196424 A JP H11196424A
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- Japan
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- picture
- rate controller
- image
- image data
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- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
Abstract
ックの量子化ステップが変化することによる復号画像の
画質の劣化を防止する。 【解決手段】 量子化器2は、画像データを所定の量子
化ステップで量子化する。バッファ4は、画像を符号化
したデータの発生符号量を所定の目標符号量に一致させ
るための第1のパラメータを1画面毎にレートコントロ
ーラ11に供給する。パラメータ検出器10は、マクロ
ブロックのアクティビティに対応する第2のパラメータ
をレートコントローラ11に供給する。ECS12は、目
標符号量に対応する第3のパラメータをレートコントロ
ーラ11に供給する。レートコントローラ11は、供給
された第1乃至第3のパラメータに基づいて、量子化ス
テップを制御する。
Description
び方法、並びに提供媒体に関し、特に、ディジタル衛星
放送システムのエンコードにおける、フィードフォワー
ド系のレートコントロールに適用して好適な画像処理装
置および方法、並びに提供媒体に関する。
Phase2)は、例えば、HDTV(High Definition Televisio
n)(商標)に代表されるディジタルテレビジョン放送の
符号化方式として採用されている。ディジタルテレビジ
ョン放送は、アナログテレビジョン放送に比べて、多チ
ャンネル化が可能とされ、その結果、チャンネルあたり
のコストを削減することができるだけでなく、映像、音
声に限らず各種のデータ放送等のサービスを可能にす
る。
recTv(商標)、国内ではPerfecTv(商標)およびJSkyB
(商標)をはじめとするいくつかの計画が一部実現され
ており、MPEG2を用いたディジタル放送はますます一般
的になりつつある。
MPEG手法によりエンコードするエンコーダが使用されて
いる。エンコーダでは、テレビジョン(以下、テレビと
いう)画像をm×n個のマクロブロックに分割し、各マ
クロブロック毎に、画素データを直交関数(例えばDCT
(Discrete Cosine Transform)など)で変換して信号電
力を集中させ、全体情報量を圧縮する。
圧縮、符号化を行う場合において、良好な画質の復号画
像を得ることができるようにするためのアルゴリズムの
1つとして、TM(Test Model)5が知られている。TM5は、
3つのステップから構成され、各ステップでは次のよう
な処理が行われる。
回エンコードした同一のピクチャタイプのフレームのコ
ンプレクシティ(Complexity)に基づいて、今回エンコ
ードするフレームの目標符号量を設定する。
I,P,Bの各ピクチャタイプ別の目標符号量と発生符
号量との差分を管理するための仮想バッファのデータ蓄
積量をフィードバックし、そのデータ蓄積量に基づい
て、実際の発生符号量が、ステップ1で設定された目標
符号量に一致(ほぼ一致)するように、次にエンコード
するマクロブロックについて、レート制御を行う。
慮し、復号画像の画質が良好になるように、エンコード
対象のマクロブロックの複雑さに基づいて、適応量子化
を行う。
に対応して変化するパラメータをCとし、画像のアクテ
ィビティに対応するものを、発生符号量を目標符号量に
一致させるためのパラメータをQとして、仮想バッファ
のデータ蓄積量から決定された仮の量子化ステップに対
応するものを、それぞれ用いることとすると、マクロブ
ロックを量子化するための最終的な量子化ステップMQUA
NTは、例えば、次式に従って決定される。 MQUANT=f(C,Q) なお、f(C,Q)は、引数CおよびQに対応する値
を、所定の範囲内の値に正規化したものを出力する関数
である。
では、量子化ステップが、発生符号量を目標符号量に対
応させるための変数Cと、画像の複雑さに対応する変数
Qから決定される。
トコントローラが行うレートコントロールは、基本的に
は、バッファの中の占有量に基づいて発生情報量をコン
トロールするものであり、これはフィードバック制御で
ある。
レートコントロールによると、ノイズが目立ち、高画質
の復号画像を得ることが困難である課題があった。
ものであり、フィードフォワード系に重きをおいてレー
トコントロールを行うことで、ノイズが少い、高画質の
復号画像を得ることができるようにするものである。
理装置は、画像データを所定の量子化ステップで量子化
する量子化手段と、画像の複雑さに対応するパラメータ
を検出する検出手段と、検出手段で検出されたパラメー
タに基づいて、量子化ステップを、その変化が少なくな
るように制御する制御手段とを備えることを特徴とす
る。
ータを所定の量子化ステップで量子化する量子化ステッ
プと、画像の複雑さに対応するパラメータを検出する検
出ステップと、検出ステップで検出されたパラメータに
基づいて、量子化ステップを、その変化が少なくなるよ
うに制御する制御ステップとを備えることを特徴とす
る。
を所定の量子化ステップで量子化する量子化ステップ
と、画像の複雑さに対応するパラメータを検出する検出
ステップと、検出ステップで検出されたパラメータに基
づいて、量子化ステップを、その変化が少なくなるよう
に制御する制御ステップとを備えるコンピュータプログ
ラムを提供することを特徴とする。
に記載の画像処理方法、および請求項3に記載の提供媒
体においては、画像データが所定の量子化ステップで量
子化され、画像の複雑さに対応するパラメータが検出さ
れ、検出されたパラメータに基づいて、量子化ステップ
が、その変化が少なくなるように制御される。
するが、特許請求の範囲に記載の発明の各手段と以下の
実施の形態との対応関係を明らかにするために、各手段
の後の括弧内に、対応する実施の形態(但し一例)を付
加して本発明の特徴を記述すると、次のようになる。但
し勿論この記載は、各手段を記載したものに限定するこ
とを意味するものではない。
ータを所定の量子化ステップで量子化する量子化手段
(例えば、図1の量子化器2)と、画像の複雑さに対応
するパラメータを検出する検出手段(例えば、図1のパ
ラメータ検出器10)と、検出手段で検出されたパラメ
ータに基づいて、量子化ステップを、その変化が少なく
なるように制御する制御手段(例えば、図1のレートコ
ントローラ11)とを備えることを特徴とする。
実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1
は、本発明を適用した画像処理装置の構成を示すブロッ
ク図である。
動き補償器8により動き補償された予測画像データを減
算し、その差分データを量子化器2に出力している。量
子化器2は、入力された画像データを量子化し、可変長
符号化器3と逆量子化器5に出力している。可変長符号
化器3は、量子化器2より入力された量子化データと、
動きベクトル検出器9より供給された動きベクトルを可
変長符号化し、バッファ4に出力する。バッファ4は、
入力された可変長符号化器3より供給された可変長デー
タを所定の伝送路に出力する。
た量子化データを逆量子化し、演算器6に出力する。演
算器6は、動き補償器8により動き補償された予測画像
データを、逆量子化器5より入力された差分データに加
算して、元の画像データに変換して、フレームメモリ7
に供給し、記憶させる。動きベクトル検出器9は、入力
された画像データの動きベクトルを検出し、その動きベ
クトルを、動き補償器8と、可変長符号化器3に出力し
ている。動き補償器8は、フレームメモリ7より読み出
された画像データを、動きベクトルに対応して動き補償
し、予測画像データを生成している。
データの複雑さに対応するパラメータを、動きベクトル
検出器9の出力を利用して検出し、レートコントローラ
11に出力している。レートコントローラ11にはま
た、バッファ4のデータの占有量に関するデータが供給
されている。ECS(Encoder Control Subsystem)12は、
レートコントローラ11に、ビットレートパラメータを
供給する。レートコントローラ11は、パラメータ検出
器10、バッファ4、およびECS12からのデータに対
応して、量子化器2の量子化ステップを制御するように
なされている。
側の構成について説明する。バッファ31は、伝送路を
介して供給された符号化データを一旦記憶し、これを可
変長復号器32に出力している。可変長復号器32は、
入力された符号化データを復調し、画像データ成分を逆
量子化器33に供給し、動きベクトルを動き補償器36
に出力している。演算器34は、動き補償器36から供
給された予測画像データを逆量子化器33の出力に加算
し、復号画像データとして出力する。この復号画像デー
タは、フレームメモリ35に供給され、記憶される。動
き補償器36は、フレームメモリ35に記憶された画像
データに動きベクトルに対応して動き補償を施し、予測
データを生成している。
れた後、可変長符号に変換され、従って、逆量子化の前
に、逆DCT変換がなされるが、簡単のため、ここでは省
略している。
る。送信側においては、動きベクトル検出器9は、入力
された画像データの動きベクトルを検出し、動き補償器
8に出力する。動き補償器8は、この動きベクトルに対
応して、フレームメモリ7より読み出された画像データ
に対して動き補償を施し、予測画像データを生成して、
演算器1に出力する。演算器1は、入力された画像デー
タから予測画像データを減算し、量子化器2に出力す
る。量子化器2は、入力された画像データを量子化し、
可変長符号化器3に出力する。可変長符号化器3は、量
子化器2より入力された量子化データと、動きベクトル
検出器9より供給された動きベクトルを可変長符号に変
換し、バッファ4を介して伝送路に伝送する。
ータは、逆量子化器5で逆量子化された後、演算器6に
入力される。演算器6は、逆量子化器5の出力に、動き
補償器8が出力した予測画像データを加算し、元の画像
データを復元して、フレームメモリ7に供給し、記憶さ
せる。
されてきた符号化データがバッファ31に一旦記憶され
た後、可変長復号器32に入力される。可変長復号器3
2は、入力された符号化データを復号し、画像データ成
分を逆量子化器33に出力し、動きベクトルを動き補償
器36に供給する。逆量子化器33は、入力された画像
データを逆量子化し、演算器34に出力する。動き補償
器36は、フレームメモリ35に記憶されている画像デ
ータを動きベクトルに対応して動き補償し、予測画像デ
ータを生成して、演算器34に出力する。演算器34
は、逆量子化器33の出力と、動き補償器36の出力す
る予測画像データとを加算し、元の画像データを復号し
て、出力する。この画像データはまた、予測画像データ
生成のために、フレームメモリ35に供給され、記憶さ
れる。
制御する動作を説明するフローチャートである。
トローラ11は、ピクチャの処理を始めてもよいか否か
の判定を行う。ピクチャの処理を始めてはいけないと判
定された場合(1つ前のピクチャの処理が終了してか
ら、次のピクチャの処理の処理を開始するまでのブラン
クの期間である場合)は、ピクチャの処理を始めてもよ
いと判定されるまで待機する。ピクチャの処理を始めて
もよいと判定された場合は、ステップS2に進み、レー
トコントローラ11は、ピクチャ前処理を行う。次に、
レートコントローラ11は、ステップS3でマクロブロ
ック処理を行う。レートコントローラ11は、ステップ
S4で未処理のマクロブロックがまだあるか否かの判定
を行う。未処理のマクロブロックがまだあると判定され
た場合は、ステップS3に戻り、レートコントローラ1
1は未処理のマクロブロックがなくなるまで同様の処理
を繰り返す。
された場合は、ステップS5に進み、レートコントロー
ラ11は、ピクチャ後処理を行う。ステップS5の処理
が終了すると、ステップS1に戻り、レートコントロー
ラ11は、次のピクチャの画像データを処理する。
2で、レートコントローラ11が行う、ピクチャ前処理
の詳細を説明する。
ントローラ11は、パラメータ検出器10から、処理対
象となるピクチャ内のマクロブロックの、アクティビテ
ィの平均act-avg、および、maeの平均mae-avgの供給を
受ける。
act-avgとmae-avgを計算する場合の手順を、図4および
図5を参照して説明する。上述したように、各フレーム
の入力画像はm×n個のマクロブロックに分割され、各
マクロブロック毎に、直交関数(例えばDCT(Discrete C
osine Transform)など)で変換されたり、動きベクトル
の検出が行われたりする。図4は、画像内の、直交変換
された、マクロブロックの画素データの例を示す図であ
る。同図に示すように、16×16の画素で1個のマク
ロブロックが構成される。
マクロブロックの画素データAm,nより、アクティビテ
ィact(画像の複雑さの度合を示すパラメータ)を、式
(1)に従って計算する。
ラマクロブロックの場合、対象マクロブロックの画素デ
ータAm,nより、mae(mean absolute error)(actとは別
の、マクロブロックの画像の複雑さの度合を示すパラメ
ータ)を、式(2)と式(3)に従って計算する。
イントラマクロブロックである場合、maeは式(4)に
より計算される。
の対象マクロブロックの、対応する画素データを表す。
mae-aveは、このようにして求められたmaeのそのマクロ
ブロックにおける総和を、画素数16×16で割り算し
て求められる。
は、ステップS22で、式(5)に従って、ピクチャの
目標情報量target-bit-pictureを計算する。
る関数を意味する。また、括弧内の対数計算は、互いに
算出方法の異なるact-avgとmae-avgとを、加算できるよ
うに単位を調整するためのものである。K3は定数であ
る。mae-prevは、直前のピクチャのmaeを表す。iは、I-
picture,P-picture,B-pictureを意味し、従って、mae-p
rev[i]は、mae-prev[I-picture],mae-prev[P-picture],
または、mae-prev[B-picture]を意味する。Nは1GOPで
の各ピクチャの数を意味し、通常のGOPの場合、N[I-pic
ture]=1,N[P-picture]=4,N[B-picture]=10である。
る。本方法で使用されるmae-avgは、TM5のステップ1で
は見られなかった、フィードフォワード系のパラメータ
である。
3で、シーンチェンジか否かの判定を行う。シーンチェ
ンジであると判定された場合は、ステップS24に進
み、レートコントローラ11は、仮の量子化ステップに
対応するパラメータ(TM5のステップ2で使用する変数
に近い変数だが、計算方法が異なる)(reference-qs
c)を、式(6)と式(7)に従って、初期化する。
そのピクチャの目標発生情報量を表し、式(5)におけ
るtarget-bit-pictureと同一のものである。
用いられる対数計算、および、rc-parameterは、互いに
算出方法の異なるact-avgとmae-avgとを、加算できるよ
うに単位を調整するためのものである。式(7)内のqs
-tableは、ステップS22で求めた目標情報量を、qsc
(quantizer scale code)に変換するためのテーブルを意
味する。また、量子化ステップqscは、画像の複雑さを
示すパラメータのみにより、事前に仮に算出されるもの
である。この処理は、TM5のステップ1に対応するが、T
M5では見られなかったフィードフォワード系の処理であ
る。レートコントローラ11は、さらに、ステップS2
5に進み、画像を符号化したデータの発生符号量を目標
符号量に一致させるための変数(m-param)を0とす
る。
いと判定された場合は、ステップS26に進み、レート
コントローラ11は、I,P,Bのピクチャタイプの判
定を行う。ピクチャタイプがBピクチャであると判定さ
れた場合は、ステップS27に進み、レートコントロー
ラ11は、以下の式(8)にに従い、発生符号量を目標
符号量に一致させるための変数(m-param)を計算す
る。 m-param={mae-prev[B-PICTURE]}/{mae-prev[I-PICTURE]} (8) ピクチャタイプがIピクチャであると判定された場合
は、ステップS28に進み、レートコントローラ11
は、式(9)と式(10)に従って、reference-qsc(T
M5のステップ2で使用する変数に近い変数だが、計算方
法が異なる)を更新する。
は、ステップS26でピクチャタイプがPピクチャであ
ると判定された場合は(ステップS28をスキップし
て)、ステップS29に進み、レートコントローラ11
は、式(11)に従い、m-paramを計算する。 m-param={mae-prev[P-PICTURE]}/{mae-prev[I-PICTURE]} (11)
終了した後、ステップS30に進み、レートコントロー
ラ11は、量子化ステップの増加を示すパラメータqsc-
upを0として、対象ピクチャの量子化の前処理を終了す
る。
3で、レートコントローラ11が行うマクロブロック処
理を説明する。
ントローラ11は、パラメータ検出器10より、(式
(1)乃至式(4)により算出された)actおよびmaeの
供給を受ける。レートコントローラ11は、ステップS
42で、式(12)に従い、アクティビティの予想値ac
t'を計算する。 act'=(act - act-ave)× m-param + act-ave (12) レートコントローラ11は、ステップS43で、式(1
3)に従い、量子化ステップqscを計算する。 qsc={(2act' + act-ave)/(act' + 2act-ave)}×reference-qsc (13)
前に処理したピクチャのものを使用するが、本方法で
は、そのとき量子化処理されるピクチャのものを、処理
前に、図3のステップS21で予め算出して使用する点
で、TM5のMQUANTとは異なる。
4で、式(14)に従い、ピクチャにおける発生情報量
を計算する。 picture-bit-generated = picture-bit-generated + bit-generated (14) なお、bit-generatedは、ピクチャ内の対象マクロブロ
ックにおける発生情報量を意味する。レートコントロー
ラ11は、ステップS45で、量子化ステップの増加を
示すパラメータqsc-upが0か否かの判定を行う。qsc-up
=0と判定された場合は、ステップS46に進み、レー
トコントローラ11は、ステップS44で計算した、ピ
クチャにおける発生情報量(マクロブロックにおけるも
のの累積値)picture-bit-generatedが、図3のステッ
プS22で計算された目標情報量target-bit-pictureよ
り大きいか否かの判定を行う。
された場合は、ステップS47に進み、レートコントロ
ーラ11は、発生情報量を目標情報量に近づけるため
に、reference-qscを1だけインクリメントするととも
に、qsc-up=1とする。このreference-qscは、次回、
図3のステップS24またはステップS28で使用され
る。なお、ステップS46の判定に対し、TM5の、これ
と対応するステップ2では、ピクチャ毎ではなく、マク
ロブロック毎における発生情報量が目標情報量より大き
いか否かの判定を行う。
判定された場合、ステップS46で、ピクチャ発生情報
量(マクロブロックにおけるものの累積値)が目標情報
量より大きくないと判定された場合、または、ステップ
S47の処理が終了した後、レートコントローラ11
は、対象マクロブロックの処理を終了する。
5で、レートコントローラ11が行うピクチャ後処理を
説明する。
ントローラ11は、式(15)に従い、GOP(Group of
Picture)単位での目標情報量target-bit-GOPを修正す
る。 target-bit-GOP = target-bit-GOP + target-bit-picture - picture-bit-generated (15) 右辺の第2項は、ピクチャの目標情報量、第3項は、ピ
クチャの発生情報量を示す。
2で、ピクチャがIピクチャまたはPピクチャであるか
否かの判定を行う。ピクチャがIピクチャまたはPピク
チャであると判定された場合は、ステップS63に進
み、レートコントローラ11は、それまでのactまたはm
aeを、それぞれact-prevまたはmae-prevに設定し、その
値を更新する。レートコントローラ11は、ステップS
64で、発生情報量の累積値が目標情報量より大きいか
否かの判定を行う。発生情報量が目標情報量より大きい
と判定された場合は、ステップS65に進み、レートコ
ントローラ11は、reference-qscおよびrc-parameter
を1だけインクリメントする。この値は、次回、図3の
ステップS24またはステップS28で使用される。
判定された場合は、ステップS66に進み、レートコン
トローラ11は、発生情報量が目標情報量より小さいか
否かの判定を行う。発生情報量が目標情報量より小さい
と判定された場合は、ステップS67に進み、レートコ
ントローラ11は、GOPにおける発生情報量の累積値が
目標情報量に近づくように、reference-qscおよびrc-pa
rameterを1だけディクリメントし、ピクチャの後処理
を終了する。この値は、次回、図3のステップS24ま
たはステップS28で使用される。発生情報量が目標情
報量より小さくないとステップS66で判定された場合
(すなわち、発生情報量と目標情報量が等しい場合)、
reference-qscとrc-parameterはそのままとされる。
のステップS65,S67の処理は、1ピクチャの処理
中に、条件が一致したとき1回だけ行われる。これによ
り、各ピクチャを量子化する量子化器2のパラメータ
は、あまり変化しないように(パラメータの値が一定と
なるように)動作する。また、図3のステップS21
(act-avg,mae-avgの入力)、ステップS22(目標情
報量計算)、ステップS24,S28(reference-qsc
の計算)、ステップS25,S27,S29(m-param
の計算)の処理により、フィードフォワード処理の比重
が高くなっている。これにより、ノイズの少ない、高画
質の画像を提供することが可能となる。
して、量子化器2の量子化ステップを出力qscで制御す
る。なお、ECS12から供給されるビットレート、およ
びバッファ4から供給される占有量に関する情報は、レ
ートコントローラ11において、target-bitを決定する
とき使用される。
ータプログラムをユーザに提供する提供媒体としては、
磁気ディスク、CD-ROM、固体メモリなどの記録媒体の
他、ネットワーク、衛星などの通信媒体を利用すること
ができる。
理装置、請求項2に記載の画像処理方法、および請求項
3に記載の提供媒体によれば、量子化ステップを、その
変化が少なくなるように制御するようにしたので、ノイ
ズが少い、高画質の復号画像を提供することができる。
ロック図である。
の量子化器制御動作を説明するフローチャートである。
るフローチャートである。
を説明する図である。
明するフローチャートである。
るフローチャートである。
4 バッファ, 5逆量子化器, 6 演算器, 7
フレームメモリ, 8 動き補償器, 9動きベクト
ル検出器, 10 パラメータ検出器, 11 レート
コントローラ, 12 ECS, 31 バッファ, 3
2 可変長復号器, 33 逆量子化器, 34 演算
器, 35 フレームメモリ, 36 動き補償器
Claims (3)
- 【請求項1】 画像を符号化する画像処理装置におい
て、 画像データを所定の量子化ステップで量子化する量子化
手段と、 前記画像の複雑さに対応するパラメータを検出する検出
手段と、 前記検出手段で検出された前記パラメータに基づいて、
前記量子化ステップを、その変化が少なくなるように制
御する制御手段とを備えることを特徴とする情報処理装
置。 - 【請求項2】 画像を符号化する画像処理方法におい
て、 画像データを所定の量子化ステップで量子化する量子化
ステップと、 前記画像の複雑さに対応するパラメータを検出する検出
ステップと、 前記検出ステップで検出された前記パラメータに基づい
て、前記量子化ステップを、その変化が少なくなるよう
に制御する制御ステップとを備えることを特徴とする情
報処理方法。 - 【請求項3】 画像を符号化する画像処理装置に使用す
るコンピュータプログラムであって、 画像データを所定の量子化ステップで量子化する量子化
ステップと、 前記画像の複雑さに対応するパラメータを検出する検出
ステップと、 前記検出ステップで検出された前記パラメータに基づい
て、前記量子化ステップを、その変化が少なくなるよう
に制御する制御ステップとを備えるコンピュータプログ
ラムを提供することを特徴とする提供媒体。
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---|---|---|---|
JP35914597A JP4171934B2 (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 画像処理装置および方法、並びに記録媒体 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP35914597A JP4171934B2 (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 画像処理装置および方法、並びに記録媒体 |
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Publication Number | Publication Date |
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JPH11196424A true JPH11196424A (ja) | 1999-07-21 |
JP4171934B2 JP4171934B2 (ja) | 2008-10-29 |
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ID=18462982
Family Applications (1)
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JP35914597A Expired - Fee Related JP4171934B2 (ja) | 1997-12-26 | 1997-12-26 | 画像処理装置および方法、並びに記録媒体 |
Country Status (1)
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