JPH11252569A - 符号量配分装置 - Google Patents
符号量配分装置Info
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- JPH11252569A JPH11252569A JP5197098A JP5197098A JPH11252569A JP H11252569 A JPH11252569 A JP H11252569A JP 5197098 A JP5197098 A JP 5197098A JP 5197098 A JP5197098 A JP 5197098A JP H11252569 A JPH11252569 A JP H11252569A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の符号化歪み量を最小化する符号量配分
手法においては、画像シーケンスの総歪み量を導出する
際に、動き補償予測に伴う伝搬歪み量を考慮していなか
った。 【解決手段】 動き補償予測により予測参照フレームの
局部復号化画像中の歪みが符号化対象フレームの予測誤
差信号に伝搬する際の歪み伝搬率を各フレーム符号化タ
イプ毎に算出する歪み伝搬率算出部７と、各フレーム符
号化タイプのフレーム数、予め定められたフレームの符
号量と歪み量の関係および前記動き補償予測による歪み
伝搬率に基づき算出された画像シーケンス歪み量を最小
化する符号化対象フレームの配分符号量を出力する配分
符号量導出部１０とを少なくとも具えて構成した。
手法においては、画像シーケンスの総歪み量を導出する
際に、動き補償予測に伴う伝搬歪み量を考慮していなか
った。 【解決手段】 動き補償予測により予測参照フレームの
局部復号化画像中の歪みが符号化対象フレームの予測誤
差信号に伝搬する際の歪み伝搬率を各フレーム符号化タ
イプ毎に算出する歪み伝搬率算出部７と、各フレーム符
号化タイプのフレーム数、予め定められたフレームの符
号量と歪み量の関係および前記動き補償予測による歪み
伝搬率に基づき算出された画像シーケンス歪み量を最小
化する符号化対象フレームの配分符号量を出力する配分
符号量導出部１０とを少なくとも具えて構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、量子化スケールで
フレーム符号化タイプ毎の発生符号量を制御するデジタ
ル画像符号化圧縮装置の符号量配分装置に係り、特に符
号化対象とする画像シーケンスの歪み量を最小化する符
号量配分装置に関するものである。
フレーム符号化タイプ毎の発生符号量を制御するデジタ
ル画像符号化圧縮装置の符号量配分装置に係り、特に符
号化対象とする画像シーケンスの歪み量を最小化する符
号量配分装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】動画像は少しずつ異なるフレームを連続
して表示することにより得られるが、これらの連続する
フレームはフレーム間で相関が高く、フレーム間の相関
をとることにより冗長性を削減できる。さらに動き補償
予測を用いることによって、動き部分についても差分を
小さくすることができる。そこで、いわゆるＭＰＥＧ−
２映像符号化規格ではＩピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピク
チャという３種類のピクチャタイプを定め、１つのＩピ
クチャと複数のＰ，Ｂピクチャを図１に示すようにまと
めてＧＯＰ（Group of Pictures)とし、ＧＯＰを符号化
の単位として、一定の符号量に収まるように、符号量を
制御して動画像の符号化圧縮を行っている。
して表示することにより得られるが、これらの連続する
フレームはフレーム間で相関が高く、フレーム間の相関
をとることにより冗長性を削減できる。さらに動き補償
予測を用いることによって、動き部分についても差分を
小さくすることができる。そこで、いわゆるＭＰＥＧ−
２映像符号化規格ではＩピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピク
チャという３種類のピクチャタイプを定め、１つのＩピ
クチャと複数のＰ，Ｂピクチャを図１に示すようにまと
めてＧＯＰ（Group of Pictures)とし、ＧＯＰを符号化
の単位として、一定の符号量に収まるように、符号量を
制御して動画像の符号化圧縮を行っている。
【０００３】このような画像符号化圧縮における符号量
配分手法は、従来、２つに大別される。１つは、既符号
化画像の発生符号量と量子化スケールの値から予め定め
られた計算式に基づき各フレーム符号化タイプ（ピクチ
ャタイプ）ごとの配分符号量を算出する手法であり、Ｍ
ＰＥＧ−２に準拠したビットストリームを生成するＭＰ
ＥＧ−２のＴＭ５（ＩＳＯ／ＩＥＣ−ＪＴＣ１／ＳＣ２
９／ＷＧ１１：“TestModel 5（Draft)”，ＭＰＥＧ９
３／Ｎ０４００，１９９３）中に記載されている手法が
よく知られている。
配分手法は、従来、２つに大別される。１つは、既符号
化画像の発生符号量と量子化スケールの値から予め定め
られた計算式に基づき各フレーム符号化タイプ（ピクチ
ャタイプ）ごとの配分符号量を算出する手法であり、Ｍ
ＰＥＧ−２に準拠したビットストリームを生成するＭＰ
ＥＧ−２のＴＭ５（ＩＳＯ／ＩＥＣ−ＪＴＣ１／ＳＣ２
９／ＷＧ１１：“TestModel 5（Draft)”，ＭＰＥＧ９
３／Ｎ０４００，１９９３）中に記載されている手法が
よく知られている。
【０００４】もう一つは、画像シーケンス内で推定した
総歪み量を最小化するように各フレーム符号化タイプに
符号量を配分する手法である。ここで、画像シーケンス
は前述したＧＯＰのように、ビットレートを一定に保つ
ために設けられた各フレーム符号化タイプの一定数のフ
レームからなるまとまりであり、画像シーケンスに与え
られた総符号量の枠内で総歪み量に基づき各フレーム符
号化タイプに符号量を配分しようとするものである。
総歪み量を最小化するように各フレーム符号化タイプに
符号量を配分する手法である。ここで、画像シーケンス
は前述したＧＯＰのように、ビットレートを一定に保つ
ために設けられた各フレーム符号化タイプの一定数のフ
レームからなるまとまりであり、画像シーケンスに与え
られた総符号量の枠内で総歪み量に基づき各フレーム符
号化タイプに符号量を配分しようとするものである。
【０００５】本発明は、画像シーケンス内で推定した総
歪み量を最小化するように各フレーム符号化タイプに符
号量を配分する手法、すなわち、上記後者の手法に属す
るものであることから、その既に知られている一般的な
手法の手順を説明する。
歪み量を最小化するように各フレーム符号化タイプに符
号量を配分する手法、すなわち、上記後者の手法に属す
るものであることから、その既に知られている一般的な
手法の手順を説明する。
【０００６】この手法においては、まず、符号量をパラ
メータに個々のフレームの歪み量を見積もる。後述する
説明では符号量と個々のフレームの歪み量の関係を既知
として扱っているが、これは、例えば、符号量と歪み量
の関係を実験的に求めることにより歪み量を見積もって
も差し支えない。
メータに個々のフレームの歪み量を見積もる。後述する
説明では符号量と個々のフレームの歪み量の関係を既知
として扱っているが、これは、例えば、符号量と歪み量
の関係を実験的に求めることにより歪み量を見積もって
も差し支えない。
【０００７】次に、各フレーム歪み量と画像シーケンス
を構成する各フレーム符号化タイプ数とから画像シーケ
ンス総歪み量を推定する。本発明は、この画像シーケン
ス総歪み量の算出手法に関するものである。
を構成する各フレーム符号化タイプ数とから画像シーケ
ンス総歪み量を推定する。本発明は、この画像シーケン
ス総歪み量の算出手法に関するものである。
【０００８】最後に、各フレームの発生符号量を均等に
するのではなく、最適な符号化効率となるように各フレ
ーム符号化タイプ毎の符号量を決めて符号量制御を行う
ために、ラグランジュ未定係数法を用いて、画像シーケ
ンス総歪み量を最小化するように、各フレーム符号化タ
イプに符号量を配分する。以下、それぞれの従来技術を
説明する。
するのではなく、最適な符号化効率となるように各フレ
ーム符号化タイプ毎の符号量を決めて符号量制御を行う
ために、ラグランジュ未定係数法を用いて、画像シーケ
ンス総歪み量を最小化するように、各フレーム符号化タ
イプに符号量を配分する。以下、それぞれの従来技術を
説明する。
【０００９】符号量と歪み量の関係に関する従来技術 隣接画素間の相関が高く、電力スペクトルが非一様とい
う特徴を持つ一般的な画像に対して、符号量Ｒと符号化
歪み log（Ｄ／σx 2 ）の関係は図５のようになること
が知られている（N.S. Jayant and P. Noll ：“Digita
l coding of waveforms ”, Prentice-Hall,１９８
４）。高ビットレートつまり量子化歪みが小さいときの
符号量Ｒと量子化歪み量Ｄの関係は（１）式で表され
る。このとき、符号量Ｒと log（Ｄ／σx 2 ）は、図５
のａの領域に示されるように直線関係になる。
う特徴を持つ一般的な画像に対して、符号量Ｒと符号化
歪み log（Ｄ／σx 2 ）の関係は図５のようになること
が知られている（N.S. Jayant and P. Noll ：“Digita
l coding of waveforms ”, Prentice-Hall,１９８
４）。高ビットレートつまり量子化歪みが小さいときの
符号量Ｒと量子化歪み量Ｄの関係は（１）式で表され
る。このとき、符号量Ｒと log（Ｄ／σx 2 ）は、図５
のａの領域に示されるように直線関係になる。
【数２】Ｄ＝κ・２-2R σx 2 （１） κ ：入力信号の振幅分布や電力スペクトル分布を表
す因数 σx 2 ：入力信号分散値
す因数 σx 2 ：入力信号分散値
【００１０】しかし、符号量Ｒが制限され図５のａの領
域をはずれるに従い、量子化歪み量Ｄは次第に増加し
（１）式を満たさなくなる。従ってこのような非線型領
域で符号量をパラメータにフレーム歪み量を見積もる場
合には符号量と歪み量の関係を実験的に求めることが必
要である。
域をはずれるに従い、量子化歪み量Ｄは次第に増加し
（１）式を満たさなくなる。従ってこのような非線型領
域で符号量をパラメータにフレーム歪み量を見積もる場
合には符号量と歪み量の関係を実験的に求めることが必
要である。
【００１１】画像シーケンス総歪み量に関する従来技術 簡単のために２フレームからなる画像シーケンスにおけ
る総歪み量を考える。２フレームともに両画像間の相関
に無関係に互いに独立なイントラモード符号化（イント
ラモード符号化とは、フレーム間差分をとらずフレーム
内で完結した符号化であり、シーンチェンジなどフレー
ム間に相関がない場合や誤り伝搬を防ぐためのリフレッ
シュに用いられる符号化である。）を行う場合には、総
歪み量Ｊは（２）式のように２フレームの歪み量の単純
和で表される。
る総歪み量を考える。２フレームともに両画像間の相関
に無関係に互いに独立なイントラモード符号化（イント
ラモード符号化とは、フレーム間差分をとらずフレーム
内で完結した符号化であり、シーンチェンジなどフレー
ム間に相関がない場合や誤り伝搬を防ぐためのリフレッ
シュに用いられる符号化である。）を行う場合には、総
歪み量Ｊは（２）式のように２フレームの歪み量の単純
和で表される。
【数３】Ｊ＝Ｄ1(Ｑ1)＋Ｄ2(Ｑ2) （２） Ｑ1,Ｑ2 ：各フレーム符号化の平均量子化パラメータ Ｄ1(Ｑ1)，Ｄ2(Ｑ2)：各フレームをそれぞれＱ1,Ｑ2 で
符号化したときの歪み量
符号化したときの歪み量
【００１２】２フレームの一方の画像をイントラモード
で符号化し、その復号化画像を予測参照フレームとして
他方の画像を動き補償予測して符号化する場合のように
フレーム間の冗長性を利用した符号化を行う場合には、
総歪み量Ｊは（３）式のように原画像と符号化画像との
平均二乗誤差を用いたそれぞれの歪みの重み和とする報
告がある（K. Ramchandran, A. Ortega,“Bit Allocati
on for Dependent Quantization with Applications to
Multiresolution and MPEG Video Coders”,IEEE Tran
s. on Image Processing, vol. 3, No. 5, pp５３３−
５４５，１９９４）。
で符号化し、その復号化画像を予測参照フレームとして
他方の画像を動き補償予測して符号化する場合のように
フレーム間の冗長性を利用した符号化を行う場合には、
総歪み量Ｊは（３）式のように原画像と符号化画像との
平均二乗誤差を用いたそれぞれの歪みの重み和とする報
告がある（K. Ramchandran, A. Ortega,“Bit Allocati
on for Dependent Quantization with Applications to
Multiresolution and MPEG Video Coders”,IEEE Tran
s. on Image Processing, vol. 3, No. 5, pp５３３−
５４５，１９９４）。
【数４】Ｊ＝ω1 Ｄ1(Ｑ1)＋ω2 Ｄ2(Ｑ1,Ｑ2) （３） Ｑ1,Ｑ2 ：各フレーム符号化の平均量子化パラメータ Ｄ1,Ｄ2 ：歪み量 ω1,ω2 ：原画像と符号化画像との平均二乗誤差による
重み
重み
【００１３】また、画像シーケンス総歪み量の算出法と
してフレーム間相関を用いたそれぞれの歪みの重み和と
する報告もある（甲藤、太田：“ＭＰＥＧ圧縮効率の理
論解析とその符号量制御への応用”、信学技報ＩＥ９５
−１０，ＤＳＰ９５−１０，１９９５）。
してフレーム間相関を用いたそれぞれの歪みの重み和と
する報告もある（甲藤、太田：“ＭＰＥＧ圧縮効率の理
論解析とその符号量制御への応用”、信学技報ＩＥ９５
−１０，ＤＳＰ９５−１０，１９９５）。
【００１４】これらの従来手法では、動き予測に伴い予
測参照フレームの復号化画像中の歪みが符号化対象フレ
ームの予測誤差信号に混入する歪み量を考慮していな
い。予測参照フレームの復号化画像中の歪みを小さくす
ることにより、予測誤差信号に混入する歪みも減り、全
体として符号化効率が高くなるため、歪みの伝搬量を考
える必要がある。
測参照フレームの復号化画像中の歪みが符号化対象フレ
ームの予測誤差信号に混入する歪み量を考慮していな
い。予測参照フレームの復号化画像中の歪みを小さくす
ることにより、予測誤差信号に混入する歪みも減り、全
体として符号化効率が高くなるため、歪みの伝搬量を考
える必要がある。
【００１５】ラグランジュ未定係数法 ｎ個の変数
【外１】 を考える。ラグランジュ未定係数法とは、ｎ個の変数
【外２】 が次の（４）式のＳ個の付帯条件によって制限されてい
るとき、関数
るとき、関数
【外３】 の極値または停留値を求める手法であり、その詳細は、
小出著：“物理数学Ｉ”、朝倉書店（１９６７）にゆず
る。
小出著：“物理数学Ｉ”、朝倉書店（１９６７）にゆず
る。
【数５】
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】符号量制御の中枢をな
す各フレーム符号化タイプへの符号量配分は、各フレー
ムに最適な符号量配分を行うことで符号化効率が向上
し、符号化画質が大きく向上するため、符号化画質向上
の重要な要素である。上述したように、従来技術として
も符号化歪み量を最小化する符号量配分手法はあるが、
従来手法では画像シーケンスの総歪み量を導出する際
に、動き補償予測に伴う伝搬歪み量を考慮していない。
す各フレーム符号化タイプへの符号量配分は、各フレー
ムに最適な符号量配分を行うことで符号化効率が向上
し、符号化画質が大きく向上するため、符号化画質向上
の重要な要素である。上述したように、従来技術として
も符号化歪み量を最小化する符号量配分手法はあるが、
従来手法では画像シーケンスの総歪み量を導出する際
に、動き補償予測に伴う伝搬歪み量を考慮していない。
【００１７】本発明の目的は、動き補償予測に伴う伝搬
歪み量を考慮した画像シーケンスの総歪み量を導出する
ことによって、大きく向上した符号化画質が得られる符
号量配分装置を提供することにある。
歪み量を考慮した画像シーケンスの総歪み量を導出する
ことによって、大きく向上した符号化画質が得られる符
号量配分装置を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、予測参照フレームとして何を用
いるかによる符号化対象フレームの予測誤差電力の差に
基づいて歪み伝搬率を定義し、これを用いて画像シーケ
ンスの総歪み量を推定することを基本にしている。
に、本発明においては、予測参照フレームとして何を用
いるかによる符号化対象フレームの予測誤差電力の差に
基づいて歪み伝搬率を定義し、これを用いて画像シーケ
ンスの総歪み量を推定することを基本にしている。
【００１９】すなわち、本発明符号量配分装置は、量子
化スケールを制御して複数のフレーム符号化タイプで画
像を圧縮符号化する符号化圧縮装置の発生符号量を調節
するための符号量配分装置であって、動き補償予測によ
り予測参照フレームの局部復号化画像中の歪みが符号化
対象フレームの予測誤差信号に伝搬する際の歪み伝搬率
を、予測参照フレームに原画像を用いたときの予測誤差
電力値と予測参照フレームに前記局部復号化画像を用い
たときの予測誤差電力値とに基づき、各フレーム符号化
タイプ毎に算出する歪み伝搬率算出部と、画像シーケン
ス内の各フレーム符号化タイプのフレーム数、フレーム
復号化タイプ毎に予め定められたフレームの符号量と歪
み量の関係および前記動き補償予測による歪み伝搬率に
基づき各フレーム符号化タイプの符号量をパラメータと
して算出された画像シーケンス歪み量を最小化する符号
化対象フレームの配分符号量を出力する配分符号量導出
部とを少なくとも具えたことを特徴とするものである。
化スケールを制御して複数のフレーム符号化タイプで画
像を圧縮符号化する符号化圧縮装置の発生符号量を調節
するための符号量配分装置であって、動き補償予測によ
り予測参照フレームの局部復号化画像中の歪みが符号化
対象フレームの予測誤差信号に伝搬する際の歪み伝搬率
を、予測参照フレームに原画像を用いたときの予測誤差
電力値と予測参照フレームに前記局部復号化画像を用い
たときの予測誤差電力値とに基づき、各フレーム符号化
タイプ毎に算出する歪み伝搬率算出部と、画像シーケン
ス内の各フレーム符号化タイプのフレーム数、フレーム
復号化タイプ毎に予め定められたフレームの符号量と歪
み量の関係および前記動き補償予測による歪み伝搬率に
基づき各フレーム符号化タイプの符号量をパラメータと
して算出された画像シーケンス歪み量を最小化する符号
化対象フレームの配分符号量を出力する配分符号量導出
部とを少なくとも具えたことを特徴とするものである。
【００２０】また、本発明符号量配分装置は、前記歪み
伝搬率算出部が、第１乃至第ｎの互いに異なるフレーム
符号化タイプに対し、歪み伝搬率をＦi （ｉ＝１，２，
----, ｎ）、予測参照フレームに原画像を用いたときの
予測誤差電力値をＸi （ｉ＝１，２，----, ｎ），およ
び予測参照フレームに局部復号化画像を用いたときの予
測誤差電力値をＹi （ｉ＝１，２，----, ｎ）としたと
き
伝搬率算出部が、第１乃至第ｎの互いに異なるフレーム
符号化タイプに対し、歪み伝搬率をＦi （ｉ＝１，２，
----, ｎ）、予測参照フレームに原画像を用いたときの
予測誤差電力値をＸi （ｉ＝１，２，----, ｎ），およ
び予測参照フレームに局部復号化画像を用いたときの予
測誤差電力値をＹi （ｉ＝１，２，----, ｎ）としたと
き
【数６】 に基づき各フレーム符号化タイプの歪み伝搬率を算出す
る歪み伝搬率算出部であることを特徴とするものであ
る。
る歪み伝搬率算出部であることを特徴とするものであ
る。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照し、発明の
実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。まず、
本発明の着眼等について説明しながら、如何にして本発
明による配分符号量が得られるかを説明する。
実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。まず、
本発明の着眼等について説明しながら、如何にして本発
明による配分符号量が得られるかを説明する。
【００２２】本発明では、符号量を配分する複数の画像
フレームからなる画像シーケンス内で、各フレームの発
生符号量を均等にするのではなく、最適な符号化効率と
なるように各フレーム符号化タイプ毎の符号量を決めて
ビットレートが一定になるよう符号量制御を行うことを
前提としている。なお、符号量配分はフレームを符号化
する度に更新されることから、以下ではＧＯＰ内の全未
符号化フレームを画像シーケンスとして扱う場合につい
て本発明の基本的な考え方を説明する。
フレームからなる画像シーケンス内で、各フレームの発
生符号量を均等にするのではなく、最適な符号化効率と
なるように各フレーム符号化タイプ毎の符号量を決めて
ビットレートが一定になるよう符号量制御を行うことを
前提としている。なお、符号量配分はフレームを符号化
する度に更新されることから、以下ではＧＯＰ内の全未
符号化フレームを画像シーケンスとして扱う場合につい
て本発明の基本的な考え方を説明する。
【００２３】ＭＰＥＧ−２等の予測符号化では、予測参
照フレームの復号化画像中の符号化歪みが符号化対象フ
レームの予測符号化の際に混入し、符号化対象フレーム
の予測誤差電力を増大させ、符号化効率を低下させる。
そのため、予測参照フレームの局部復号化画質の影響を
正しく評価することで、符号化対象フレームの予測誤差
電力を小さくし、符号化効率を高めることができる。
照フレームの復号化画像中の符号化歪みが符号化対象フ
レームの予測符号化の際に混入し、符号化対象フレーム
の予測誤差電力を増大させ、符号化効率を低下させる。
そのため、予測参照フレームの局部復号化画質の影響を
正しく評価することで、符号化対象フレームの予測誤差
電力を小さくし、符号化効率を高めることができる。
【００２４】本発明では、従来技術における総歪み量で
ある（２）式の各項に予測に伴う歪み伝搬の影響を考慮
した係数を乗ずることにより歪み量を算出することとし
た。このため、フレーム符号化タイプ毎にまず予測参照
フレームに原画像を用いたときの予測誤差電力値Ｘと、
予測参照フレームに局部復号化画像を用いたときの予測
誤差電力値Ｙを求める。次に、ＸとＹから（５）式で定
義される歪み伝搬率Ｆを求める。
ある（２）式の各項に予測に伴う歪み伝搬の影響を考慮
した係数を乗ずることにより歪み量を算出することとし
た。このため、フレーム符号化タイプ毎にまず予測参照
フレームに原画像を用いたときの予測誤差電力値Ｘと、
予測参照フレームに局部復号化画像を用いたときの予測
誤差電力値Ｙを求める。次に、ＸとＹから（５）式で定
義される歪み伝搬率Ｆを求める。
【数７】 歪み伝搬の影響は、予測参照フレームと符号化対象フレ
ームとの予測間距離と、順方向予測や双方向予測等の予
測方式により異なるため、ここでは、ＭＰＥＧ−２符号
化を想定しＰピクチャへの歪み伝搬率ＦP とＢピクチャ
への歪み伝搬率Ｆ B をそれぞれ求める例で説明する。
ームとの予測間距離と、順方向予測や双方向予測等の予
測方式により異なるため、ここでは、ＭＰＥＧ−２符号
化を想定しＰピクチャへの歪み伝搬率ＦP とＢピクチャ
への歪み伝搬率Ｆ B をそれぞれ求める例で説明する。
【００２５】再び図１を参照するに、図１においては、
Ｍ＝３，Ｎ＝１５のＧＯＰ構造と動き補償予測における
予測方向を示す。ここでＭはＰピクチャの予測フレーム
間隔を、また、ＮはＩピクチャと次のＩピクチャ間のフ
レーム間隔である。ＧＯＰ内の同じフレーム符号化タイ
プのフレームには同量の符号量を配分し同じ符号化歪み
が生じるものと仮定し、Ｉ，Ｐ，Ｂピクチャの歪みをそ
れぞれＤI ，ＤP ，Ｄ B としたときの伝搬歪み量を表１
に示す。
Ｍ＝３，Ｎ＝１５のＧＯＰ構造と動き補償予測における
予測方向を示す。ここでＭはＰピクチャの予測フレーム
間隔を、また、ＮはＩピクチャと次のＩピクチャ間のフ
レーム間隔である。ＧＯＰ内の同じフレーム符号化タイ
プのフレームには同量の符号量を配分し同じ符号化歪み
が生じるものと仮定し、Ｉ，Ｐ，Ｂピクチャの歪みをそ
れぞれＤI ，ＤP ，Ｄ B としたときの伝搬歪み量を表１
に示す。
【００２６】
【表１】
【００２７】ここで、図１の「Ｂ３」から「Ｂ８」フレ
ームについては予測参照フレームが同じピクチャタイプ
の双方向予測であるため、単純にＦ・Ｄにより伝搬歪み
量を求めることができる。しかし、異なるピクチャタイ
プを予測参照フレームとした双方向予測では単純にＦ・
Ｄから伝搬歪み量を求めることができない。例えば、図
１の「Ｂ１」フレームに着目すると、１フレーム間隔の
順方向予測に用いる「Ｉ１」フレームと２フレーム間隔
の後方向予測に用いる「Ｐ１」フレームを予測参照フレ
ームに用いている。また、図１の「Ｂ９」フレームに着
目すると、２フレーム間隔の後方向予測に用いる「Ｉ
２」フレームと１フレーム間隔の順方向予測に用いる
「Ｐ４」フレームを予測参照フレームに用いている。そ
こで、このような対称性を利用して、「Ｂ１」と「Ｂ
９」フレームを併せた伝搬歪み量を、双方向予測で用い
る２枚の予測参照フレームを共にＩピクチャとしたとき
の伝搬歪み量および２枚の予測参照フレームを共にＰピ
クチャとしたときの伝搬歪み量の和と考えてＦB ・ＤI
＋ＦB ・ＤP により求めることとした。同様に、図１の
「Ｂ２」と「Ｂ１０」フレームは予測参照フレームが対
称関係にあるので、「Ｂ２」と「Ｂ１０」フレームを併
せた伝搬歪み量を、双方向予測で用いる２枚の予測参照
フレームを共にＩピクチャとしたときの伝搬歪み量およ
び２枚の予測参照フレームを共にＰピクチャとしたとき
の伝搬歪み量の和と考えた。
ームについては予測参照フレームが同じピクチャタイプ
の双方向予測であるため、単純にＦ・Ｄにより伝搬歪み
量を求めることができる。しかし、異なるピクチャタイ
プを予測参照フレームとした双方向予測では単純にＦ・
Ｄから伝搬歪み量を求めることができない。例えば、図
１の「Ｂ１」フレームに着目すると、１フレーム間隔の
順方向予測に用いる「Ｉ１」フレームと２フレーム間隔
の後方向予測に用いる「Ｐ１」フレームを予測参照フレ
ームに用いている。また、図１の「Ｂ９」フレームに着
目すると、２フレーム間隔の後方向予測に用いる「Ｉ
２」フレームと１フレーム間隔の順方向予測に用いる
「Ｐ４」フレームを予測参照フレームに用いている。そ
こで、このような対称性を利用して、「Ｂ１」と「Ｂ
９」フレームを併せた伝搬歪み量を、双方向予測で用い
る２枚の予測参照フレームを共にＩピクチャとしたとき
の伝搬歪み量および２枚の予測参照フレームを共にＰピ
クチャとしたときの伝搬歪み量の和と考えてＦB ・ＤI
＋ＦB ・ＤP により求めることとした。同様に、図１の
「Ｂ２」と「Ｂ１０」フレームは予測参照フレームが対
称関係にあるので、「Ｂ２」と「Ｂ１０」フレームを併
せた伝搬歪み量を、双方向予測で用いる２枚の予測参照
フレームを共にＩピクチャとしたときの伝搬歪み量およ
び２枚の予測参照フレームを共にＰピクチャとしたとき
の伝搬歪み量の和と考えた。
【００２８】表１に従う予測伝搬モデルを考慮すると、
ＧＯＰ内の未符号化ピクチャ総歪み量ＪはＮP ≧１のと
き（６）式で表される。
ＧＯＰ内の未符号化ピクチャ総歪み量ＪはＮP ≧１のと
き（６）式で表される。
【数８】 この関係を用いて、各フレーム符号化タイプの符号量を
パラメータとしてフレーム符号化タイプ毎に歪み量を求
めるためには符号量と歪み量の関係が明らかになってい
なければならない。量子化歪みが小さい場合を例にとっ
て説明すると、両者の関係として（１）式の符号量と歪
み量の関係を用いることができる。すなわち、Ｉ，Ｐ，
Ｂピクチャにおける（１）式のパラメータκをそれぞれ
κI , κP，κB 、符号量をＲI ，ＲP ，ＲB とする
と、ＮP ≧１のとき（１）式を（６）式に代入して、
（７）式を得る。
パラメータとしてフレーム符号化タイプ毎に歪み量を求
めるためには符号量と歪み量の関係が明らかになってい
なければならない。量子化歪みが小さい場合を例にとっ
て説明すると、両者の関係として（１）式の符号量と歪
み量の関係を用いることができる。すなわち、Ｉ，Ｐ，
Ｂピクチャにおける（１）式のパラメータκをそれぞれ
κI , κP，κB 、符号量をＲI ，ＲP ，ＲB とする
と、ＮP ≧１のとき（１）式を（６）式に代入して、
（７）式を得る。
【数９】
【００２９】また、ＧＯＰ内の未符号化ピクチャの符号
化で消費できる総符号量をＲDCT ，ＧＯＰ内の未符号化
Ｉ，Ｐ，Ｂピクチャの各フレーム数をＮI ，ＮP ，ＮB
とすると、この総符号量ＲDCT と各ピクチャタイプへの
配分符号量ＲI ，ＲP ，ＲBとは（８）式の関係があ
る。
化で消費できる総符号量をＲDCT ，ＧＯＰ内の未符号化
Ｉ，Ｐ，Ｂピクチャの各フレーム数をＮI ，ＮP ，ＮB
とすると、この総符号量ＲDCT と各ピクチャタイプへの
配分符号量ＲI ，ＲP ，ＲBとは（８）式の関係があ
る。
【数１０】 ＮI ・ＲI ＋ＮP ・ＲP ＋ＮB ・ＲB −ＲDCT ＝０ （８） ラグランジュ未定係数法を用い、（８）式の拘束条件の
もとで（７）式の歪み量を最小化するＲI ，ＲP ，ＲB
の組を求めると、ＮI ＞０，ＮP ＞０，ＮB ＞０のとき
には（９）式となる。
もとで（７）式の歪み量を最小化するＲI ，ＲP ，ＲB
の組を求めると、ＮI ＞０，ＮP ＞０，ＮB ＞０のとき
には（９）式となる。
【数１１】
【００３０】いずれかのピクチャタイプのフレーム数が
零のとき、例えばＮI ＝０のときも、同様にラグランジ
ュ未定係数法を用いると、（９′）式となる。
零のとき、例えばＮI ＝０のときも、同様にラグランジ
ュ未定係数法を用いると、（９′）式となる。
【数１２】
【００３１】また、各ピクチャタイプの配分符号量は負
の値をとれないので、（９）式あるいは（９′）式にお
いていずれかの配分符号量が負になった場合、例えばＲ
P ＜０の場合、ＮP ＝０，ＲP ＝０として、各ピクチャ
タイプの配分符号量が非負となるまでラグランジュ未定
係数法を再帰的に行う。以上の導出手法に従って、本発
明による配分符号量を求めることができる。
の値をとれないので、（９）式あるいは（９′）式にお
いていずれかの配分符号量が負になった場合、例えばＲ
P ＜０の場合、ＮP ＝０，ＲP ＝０として、各ピクチャ
タイプの配分符号量が非負となるまでラグランジュ未定
係数法を再帰的に行う。以上の導出手法に従って、本発
明による配分符号量を求めることができる。
【００３２】図２は、本発明符号量配分装置の一実施形
態を示している。図２において、破線枠にて囲んで示さ
れ、動き誤差信号導出部１、直交変換部２、量子化スケ
ール制御部３および符号化部４を順次の構成要素として
含んでなる部分は動き補償予測を行う一般的な符号化圧
縮装置を示している。この破線枠外に、図示のように、
信号分散計測部５、歪み量見積もり部６、歪み伝搬率算
出部７、ＧＯＰ内の未符号化フレーム計数部８、総符号
量算出部９および配分符号量導出部１０を新たに配置し
て一実施形態としての本発明符号量配分装置を構成す
る。
態を示している。図２において、破線枠にて囲んで示さ
れ、動き誤差信号導出部１、直交変換部２、量子化スケ
ール制御部３および符号化部４を順次の構成要素として
含んでなる部分は動き補償予測を行う一般的な符号化圧
縮装置を示している。この破線枠外に、図示のように、
信号分散計測部５、歪み量見積もり部６、歪み伝搬率算
出部７、ＧＯＰ内の未符号化フレーム計数部８、総符号
量算出部９および配分符号量導出部１０を新たに配置し
て一実施形態としての本発明符号量配分装置を構成す
る。
【００３３】以下、動作につき説明する。まず、第一段
階として、各フレーム符号化タイプの歪み量を導出する
手順を説明する。図２に示す信号分散計測部５では、フ
レーム符号化タイプ毎に動き予測誤差信号の信号分散を
求める。符号量配分は符号化対象フレームのマクロブロ
ックを符号化する以前に行われるため、信号分散計測部
５で求めた分散は次フレーム以降の符号量配分に用いら
れる。ここで、マクロブロックとはブロック符号化の符
号化単位である画像ブロック（例えば１６画素×１６画
素）の集合からなる一定の大きさのブロックであって、
同一の量子化スケールを用いるブロックをいう。次段の
歪み量見積もり部６では、信号分散計測部５で計測され
た信号分散から例えば（１）式に従って歪み量を与える
κ・σx 2 を求める。なお、このκ・σx 2を求めるに
あたっては、図５のａ領域からはずれた量子化歪みが大
きい領域では実験的に求めた関係から歪み量を見積もる
ことが望ましい。
階として、各フレーム符号化タイプの歪み量を導出する
手順を説明する。図２に示す信号分散計測部５では、フ
レーム符号化タイプ毎に動き予測誤差信号の信号分散を
求める。符号量配分は符号化対象フレームのマクロブロ
ックを符号化する以前に行われるため、信号分散計測部
５で求めた分散は次フレーム以降の符号量配分に用いら
れる。ここで、マクロブロックとはブロック符号化の符
号化単位である画像ブロック（例えば１６画素×１６画
素）の集合からなる一定の大きさのブロックであって、
同一の量子化スケールを用いるブロックをいう。次段の
歪み量見積もり部６では、信号分散計測部５で計測され
た信号分散から例えば（１）式に従って歪み量を与える
κ・σx 2 を求める。なお、このκ・σx 2を求めるに
あたっては、図５のａ領域からはずれた量子化歪みが大
きい領域では実験的に求めた関係から歪み量を見積もる
ことが望ましい。
【００３４】次に、第二段階として、歪み伝搬率を導出
する手順を説明する。同じく図２に示す歪み伝搬率算出
部７では、動き補償予測符号化を行うＰピクチャとＢピ
クチャへの歪み伝搬率を算出する。図３は歪み伝搬率算
出部７で行われる歪み伝搬率の導出原理を示している。
図３のブロック１１において予測参照フレームに原画像
を用いたときの予測誤差電力値Ｘを求め、同様にブロッ
ク１２において予測参照フレームに局部復号化画像を用
いたときの予測誤差電力値Ｙを求める。さらに、ブロッ
ク１３では、（５）式に従いＰピクチャとＢピクチャ各
々への歪み伝搬率ＦP ，ＦB を求める。
する手順を説明する。同じく図２に示す歪み伝搬率算出
部７では、動き補償予測符号化を行うＰピクチャとＢピ
クチャへの歪み伝搬率を算出する。図３は歪み伝搬率算
出部７で行われる歪み伝搬率の導出原理を示している。
図３のブロック１１において予測参照フレームに原画像
を用いたときの予測誤差電力値Ｘを求め、同様にブロッ
ク１２において予測参照フレームに局部復号化画像を用
いたときの予測誤差電力値Ｙを求める。さらに、ブロッ
ク１３では、（５）式に従いＰピクチャとＢピクチャ各
々への歪み伝搬率ＦP ，ＦB を求める。
【００３５】また、第三段階として、ＧＯＰ内の未符号
化フレームで消費できる総符号量を導出する手順を説明
する。図２に示すＧＯＰ内の未符号化フレーム計数部８
では、ＧＯＰを構成する各符号化フレーム数から既に符
号化されたそれぞれの符号化フレーム数を減算すること
により、ＧＯＰ内の未符号化フレーム数を各フレーム符
号化タイプ毎に計数する。また、総符号量算出部９で
は、ビットレートから逆算したＧＯＰ内の全フレームで
消費できる符号量を初期値とし、順次符号化済みフレー
ムの発生符号量を減じることで、ＧＯＰ内の全未符号化
フレームで消費できる総符号量ＲDCT を求める。
化フレームで消費できる総符号量を導出する手順を説明
する。図２に示すＧＯＰ内の未符号化フレーム計数部８
では、ＧＯＰを構成する各符号化フレーム数から既に符
号化されたそれぞれの符号化フレーム数を減算すること
により、ＧＯＰ内の未符号化フレーム数を各フレーム符
号化タイプ毎に計数する。また、総符号量算出部９で
は、ビットレートから逆算したＧＯＰ内の全フレームで
消費できる符号量を初期値とし、順次符号化済みフレー
ムの発生符号量を減じることで、ＧＯＰ内の全未符号化
フレームで消費できる総符号量ＲDCT を求める。
【００３６】最後に、配分符号量の導出手順を説明す
る。図２に示す配分符号量導出部１０では、図４のフロ
ーチャートに従って配分符号量を導出する。まず、ステ
ップＳ１において、歪み量見積もり部６（図２参照、以
下同）から各フレーム符号化タイプの歪み量と符号量と
の関係を示す関数、例えば（１）式の場合では
る。図２に示す配分符号量導出部１０では、図４のフロ
ーチャートに従って配分符号量を導出する。まず、ステ
ップＳ１において、歪み量見積もり部６（図２参照、以
下同）から各フレーム符号化タイプの歪み量と符号量と
の関係を示す関数、例えば（１）式の場合では
【外４】 を、歪み伝搬率算出部７から歪み伝搬率ＦP,ＦB を、ま
た総符号量算出部９からＲDCT をそれぞれ導出する。次
に、ステップＳ２において、ＧＯＰ内の未符号化フレー
ム計数部８から符号化対象ＧＯＰ内の未符号化Ｉ，Ｐ，
Ｂピクチャの各フレーム数ＮI,ＮP,ＮB を求め、次に、
ステップＳ３において（９）式または（９′）式に従い
各フレーム符号化タイプへの配分符号量ＲI,ＲP,ＲB を
計算する。最後に、ステップＳ４において、配分符号量
ＲI,ＲP,ＲB それぞれの正負判定を行い、それらがすべ
て非負（ＹＥＳ）であればそのまま出力し、ＲI,ＲP,Ｒ
B のいずれかが負（ＮＯ）のときは、そのフレーム符号
化タイプの配分符号量と未符号化フレーム数とを共に強
制的に０としてステップＳ２に戻り、そのフレーム符号
化タイプ以外について再帰的に配分符号量を再計算す
る。
た総符号量算出部９からＲDCT をそれぞれ導出する。次
に、ステップＳ２において、ＧＯＰ内の未符号化フレー
ム計数部８から符号化対象ＧＯＰ内の未符号化Ｉ，Ｐ，
Ｂピクチャの各フレーム数ＮI,ＮP,ＮB を求め、次に、
ステップＳ３において（９）式または（９′）式に従い
各フレーム符号化タイプへの配分符号量ＲI,ＲP,ＲB を
計算する。最後に、ステップＳ４において、配分符号量
ＲI,ＲP,ＲB それぞれの正負判定を行い、それらがすべ
て非負（ＹＥＳ）であればそのまま出力し、ＲI,ＲP,Ｒ
B のいずれかが負（ＮＯ）のときは、そのフレーム符号
化タイプの配分符号量と未符号化フレーム数とを共に強
制的に０としてステップＳ２に戻り、そのフレーム符号
化タイプ以外について再帰的に配分符号量を再計算す
る。
【００３７】以上により得られた符号化対象フレームに
該当するフレーム符号化タイプの配分符号量は、図２中
に破線枠で囲んで示す符号化圧縮装置の量子化スケール
制御部３に送られる。量子化スケール制御部３では配分
符号量を目標値として実際の発生符号量を制御する。配
分符号量の計算過程で強制的に配分符号量を０にしたフ
レーム符号化タイプについては、０を目標に許される範
囲で最も粗い量子化スケールで符号化が行われることに
なる。
該当するフレーム符号化タイプの配分符号量は、図２中
に破線枠で囲んで示す符号化圧縮装置の量子化スケール
制御部３に送られる。量子化スケール制御部３では配分
符号量を目標値として実際の発生符号量を制御する。配
分符号量の計算過程で強制的に配分符号量を０にしたフ
レーム符号化タイプについては、０を目標に許される範
囲で最も粗い量子化スケールで符号化が行われることに
なる。
【００３８】
【発明の効果】本発明装置によれば、動き予測に伴う歪
み伝搬の影響を考慮した画像シーケンス総符号量の算出
が可能となり、従って、各符号化タイプへの最適な符号
量配分が行われるため、符号化画質を向上させることが
できる。
み伝搬の影響を考慮した画像シーケンス総符号量の算出
が可能となり、従って、各符号化タイプへの最適な符号
量配分が行われるため、符号化画質を向上させることが
できる。
【図１】ＭＰＥＧの表示順序におけるＧＯＰ構造と、Ｐ
ピクチャ、Ｂピクチャにおける予測形態を示している。
ピクチャ、Ｂピクチャにおける予測形態を示している。
【図２】本発明符号量配分装置の一実施形態を示してい
る。
る。
【図３】図２中の歪み伝搬率算出部で行われる歪み伝搬
率の導出原理を示している。
率の導出原理を示している。
【図４】図２中の配分符号量導出部で行われる配分符号
量導出の手順をフローチャートにて示している。
量導出の手順をフローチャートにて示している。
【図５】一般的な画像における符号量Ｒと符号化歪みlo
g(Ｄ／σx 2)の関係を示している。
g(Ｄ／σx 2)の関係を示している。
１ 動き誤差信号導出部 ２ 直交変換部 ３ 量子化スケール制御部 ４ 符号化部 ５ 信号分散計測部 ６ 歪み量見積もり部 ７ 歪み伝搬率算出部 ８ ＧＯＰ内の未符号化フレーム計数部 ９ 総符号量算出部 10 配分符号量導出部 11 予測参照原画像と符号化対象Ｐ／Ｂピクチャ画像の
予測誤差電力値Ｘ 12 予測参照局部復号化画像と符号化対象Ｐ／Ｂピクチ
ャ画像の予測誤差電力値Ｙ 13 Ｐ／Ｂピクチャへの歪み伝搬率算出
予測誤差電力値Ｘ 12 予測参照局部復号化画像と符号化対象Ｐ／Ｂピクチ
ャ画像の予測誤差電力値Ｙ 13 Ｐ／Ｂピクチャへの歪み伝搬率算出
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 吉道 東京都世田谷区砧１丁目10番11号 日本放 送協会 放送技術研究所内
Claims (2)
- 【請求項１】 量子化スケールを制御して複数のフレー
ム符号化タイプで画像を圧縮符号化する符号化圧縮装置
の発生符号量を調節するための符号量配分装置であっ
て、 動き補償予測により予測参照フレームの局部復号化画像
中の歪みが符号化対象フレームの予測誤差信号に伝搬す
る際の歪み伝搬率を、予測参照フレームに原画像を用い
たときの予測誤差電力値と予測参照フレームに前記局部
復号化画像を用いたときの予測誤差電力値とに基づき、
各フレーム符号化タイプ毎に算出する歪み伝搬率算出部
と、 画像シーケンス内の各フレーム符号化タイプのフレーム
数、フレーム符号化タイプ毎に予め定められたフレーム
の符号量と歪み量の関係および前記動き補償予測による
歪み伝搬率に基づき各フレーム符号化タイプの符号量を
パラメータとして算出された画像シーケンス歪み量を最
小化する符号化対象フレームの配分符号量を出力する配
分符号量導出部とを少なくとも具えたことを特徴とする
符号量配分装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の符号量配分装置におい
て、前記歪み伝搬率算出部は、第１乃至第ｎの互いに異
なるフレーム符号化タイプに対し、歪み伝搬率をＦi (
ｉ＝１，２，----, ｎ）、予測参照フレームに原画像を
用いたときの予測誤差電力値をＸi （ｉ＝１，２，---
-, ｎ）、および予測参照フレームに局部復号化画像を
用いたときの予測誤差電力値をＹi （ｉ＝１，２，---
-, ｎ）としたとき 【数１】 に基づき各フレーム符号化タイプの歪み伝搬率を算出す
る歪み伝搬率算出部であることを特徴とする符号量配分
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5197098A JP3884555B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | 符号量配分装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5197098A JP3884555B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | 符号量配分装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11252569A true JPH11252569A (ja) | 1999-09-17 |
| JP3884555B2 JP3884555B2 (ja) | 2007-02-21 |
Family
ID=12901739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5197098A Expired - Fee Related JP3884555B2 (ja) | 1998-03-04 | 1998-03-04 | 符号量配分装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3884555B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6798362B2 (en) | 2002-10-30 | 2004-09-28 | International Business Machines Corporation | Polynomial-time, sequential, adaptive system and method for lossy data compression |
| JP2019092075A (ja) * | 2017-11-15 | 2019-06-13 | キヤノン株式会社 | 画像符号化装置及びその制御方法並びにプログラム |
-
1998
- 1998-03-04 JP JP5197098A patent/JP3884555B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6798362B2 (en) | 2002-10-30 | 2004-09-28 | International Business Machines Corporation | Polynomial-time, sequential, adaptive system and method for lossy data compression |
| JP2019092075A (ja) * | 2017-11-15 | 2019-06-13 | キヤノン株式会社 | 画像符号化装置及びその制御方法並びにプログラム |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3884555B2 (ja) | 2007-02-21 |
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