KR100319994B1 - 동화상부호화장치 - Google Patents

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다니구찌 이찌로오, 기타오카 다카시
미쓰비시덴키 가부시키가이샤
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Abstract

<과제>
화질에 직접 관계가 있는 양자화 특성값을 제어하는 것으로 화질과 발생 부호량의 양쪽을 제어할 수 있고, 시간적으로 인접한 픽처와의 화질의 밸런스를 유지하면서 발생 부호량을 제어할 수 있는 디지털 동화상 부호화를 실현한다.
<해결 수단>
입력 화상(1)과 미리 부호화된 예측 화상(3)을 이용하여 부호화를 행하는 동화상 부호화 장치에 있어서 부호화 제어부(14)를 구비하고, 부호화 제어부(14)에 의해 제 1 부호화 단위인 복수의 픽처에 대해 목표 양자화 특성값을 설정할 때, 다른 부호화 종류의 픽처 유형이 복수 존재하는 경우, 픽처 유형별로 설정하는 목표 양자화 특성값의 비율이 소정의 비율이 되도록 제어한다.

Description

동화상 부호화 장치
<발명이 속하는 기술 분야>
본 발명은 입력 화상과 미리 부호화된 예측 화상을 이용하여 동화상의 부호화를 행하는 동화상 부호화 장치에 관한 것으로, 특히 그 부호화 제어에 관한 것이다.
<종래의 기술>
도 5는 일경(日經) BP 출판 센터 출간 「디지털 화상 압축의 기초」의 189쪽 내지 196쪽에 기재되어 있는 국제 표준 부호화 방식 MPEG-2의 TM5에 채용된 종래의 화상 부호화 방식을 나타내는 흐름도이다. 이 국제 표준 부호화 방식 MPEG-2에는 부호화 제어 방식은 규정되어 있지 않으나 테스트 모델로서 TM5에 채용된 부호화 제어 방법을 소개하고 있다. 도 5에 나타내는 3개의 스텝으로 이루어진 방법은 이 MPEG-2의 TM5에서 채용된 방식이다.
이하에서, 각각의 스텝에서의 동작에 대해 설명한다.
먼저 스텝 1에서는 각각의 플레임의 부호화에 앞서서 프레임내 부호화를 하는 픽처(I 픽처), 전방 예측만을 하는 픽처(P 픽처), 및 전방/후방/양방향 예측 중의 어느 하나를 행하는 픽처(B 픽처)의 각각에 대해 이하에 나타내는 식(1) 내지 식(3)으로 정의되는 복잡도 지표(Xi, Xp, Xb)의 갱신을 한다.
Xi=SiQi(ave) (1)
Xp=SpQp(ave) (2)
Xb=SbQb(ave) (3)
이 식(1) 내지 식(3)에서는 Si, Sp, Sb를 발생 비트수, Qi(ave), Qp(ave),Qb(ave)를 평균적인 양자화 파라미터(1 프레임 중의 전부의 매크로블록의 양자화 특성값 mquant의 평균값, 단 1 내지 31의 범위의 정수로 정규화되어 있다)로 하고 있다. 이 복잡도 지표 Xi, Xp, Xb는 부호화 정보량이 많이 발생하는 화상에 대해서는 커지며, 높은 압축율을 얻을 수 있는 화상에 대해서는 작아지고, 지금부터 부호화하고자 하는 화상의 유형에 의해 어느 정도의 정보량이 필요한가를 수치로 규격화하여 상대적으로 나타낸 것이다.
또한, 그 초기값 Xi(init), Xp(init), Xb(init)는 다음의 식(4) 내지 식(6)으로 부여된다. 또한 이하의 식 중 bit_rate는 비트 레이트(bps)이다.
Xi(init) = 160 * bit_rate/115 (4)
Xp(init) = 60 * bit_rate/115 (5)
Xb(init) = 42 * bit_rate/115 (6)
또한, GOP(Group Of Picture)중의 다음 화면의 목표 비트 수 Ti, Tp, Tb는 다음의 식(7) 내지 식(9)에 나타내는 바와 같이, GOP에 할당된 남은 비트수를 I, P, B의 각각의 픽처의 남은 매수(枚數)의 자신의 픽처 유형으로 환산한 것으로 나눔으로써 얻어진다. 이것은 GOP중의 아직 부호화하지 않은 화상의 전부가 지금부터 부호화하고자 하는 화상 유형이라고 보았을 때, 1 프레임 당 몇 비트를 부여할 수 있는 가의 기준을 부여한 것이다.
Ti = R/(1+NpXp/XiKp+NbXb/XiKb) (7)
Tp = R/(Np+NbKpXb/KbXp) (8)
Tb = R/(Nb+NpKbXp/KpXb) (9)
상기 식(7) 내지 식(9)에 있어서 Kp, Kb는 양자화 매트릭스에 의존하는 불변의 정수이고, Kp = 1.0, Kb = 1.4 이다. 또한 Np, Nb는 GOP중의 부호화 순이고, P 픽처 및 B 픽처의 남은 매수이다. 또한 R은 GOP에 부여된 남은 비트수이고, 화상의 부호화 후에는 다음 식(10) 내지 식(12)중의 어느 하나이다.
R = R - Si (10)
R = R - Sp (11)
R = R - Sb (12)
여기서 Si, Sp, Sb는 방금 부호화된 화상으로 생성된 비트수이다.
또한, GOP의 최초의 화상을 부호화하기 전에, 이 남은 비트수(R)를 다음 식(13) 내지 식(14)에 의해서 설정한다. 여기서 식(14) 중의 N은 GOP중의 픽처의 수이다.
R = G + R (13)
G = bit_rate*N/picture_rate (14)
다음의 스텝 2는 가상 버퍼에 의해 각각의 매크로블록에 대해 임시의(reference) 양자화 특성값을 설정하는 단계이다. 부호화하고자 프레임에 대한 할당 정보량과, 실제로 발생한 정보량과의 차이를 매크로블록마다 피드백(feed back)한다. 실재의 발생 정보량이 계획량보다 크면 발생 정보량을 감소시키기 위해 양자화 특성값은 커지며, 반대의 경우에는 양자화 특성값은 작아진다.
먼저 j번째의 매크로블록의 부호화전에 I, P 또는 B의 픽처 유형에 의존하는 고유의 가상적인 버퍼(이 버퍼는 양자화 스텝폭의 계산에만 이용)의 충만도를 다음의 식(15) 내지 식(17)에 대응하는 하나를 이용하여 계산한다.
di(j) = di(0) + B(j-1) - Ti*(j-1)/MB_cnt (15)
dp(j) = dp(0) + B(j-1) - Tp*(j-1)/MB_cnt (16)
db(j) = db(0) + B(j-1) - Tb*(j-1)/MB_cnt (17)
또한 di(0), dp(0), db(0)은 각각의 픽처 유형의 가상 버퍼의 초기 충만도 이고, B(j)는 j를 포함하는 지금까지의 전부의 매크로블록의 부호화 발생 비트수 이며, MB_cnt는 픽처내의 매크로블록수이다. 또한 가상 버퍼의 최후의 충만도는 같은 유형의 다음 픽처의 초기 충만도 di(0), dp(0), db(0)으로 본다.
매크로블록(j)(j번째의 매크로블록)의 임시의 양자화 특성값(Qj)은 다음의 식(18) 내지 식(19)으로 부여된다.
Qj = d(j) * 31/r (18)
r = 2*bit_rate/picture_rate (19)
여기서 d(j)는 상기 고유의 가상 버퍼에의 충만도이다. 또한 초기값은 다음의 식(20) 내지 식(22)에 나타낸 것이다.
di(0) = 10*r/31 (20)
dp(0) = Kp*di(0) (21)
db(0) = Kb*di(0) (22)
다음의 스텝(3)은 스텝(2)에서 구한 임시의 양자화 특성값을 각각의 매크로 블록마다의 액티비티(activity)에 의해서 조정한다. 매크로블록(j)의 액티비티는 원화(原畵)(입력 화상)의 휘도 블록의 화소값을 이용하여 플레임 DCT(discretecosine transform) 부호화 모드에서의 4개의 블록과 필드 DCT 부호화 모드에서의 4개의 블록의 합께 8개의 휘도 블록의 화소값을 이용하여 다음에 나타내는 식(23) 내지 식(25)에 의해서 부여된다.
[수학식 1]
(23)
여기서,
(24)
(25)
(Pk는 원화 8 ×8 화소 블록의 화소값)
또한 식(26)에 의해 정규화 액티비티(N_actj)를 구한다.
N_actj= (2*actj+avg_act)/(actj+2*avg_act) (26)
여기서, avg_act는 직전에 부호화된 픽처의 actj의 평균값이고 그 초기값은 400이다. 이 정규화 액티비티(N_actj)를 이용하여 갱신하는 mquantj를 다음 식(27)에 의해 구한다.
mqantj= Qj* N_actj(27)
여기서, Qj는 스텝(2)에서 얻은 임시의 양자화 특성값이고, 최종적으로 얻어진 매크로블록을 양자화 하기 위해 사용되는 mquantj는 1 내지 31의 범위의 정수에 클립(clip)된다.
또한, 이와 같은 종래의 동화상 부호화 장치에 관한 기술이 기재되어 있는 선행 기술 문헌으로서 그 외에도 예컨대 특개평 5-111012 호 공보가 있다. 이 선행 기술 문헌에서는 「I, P, B 픽처의 양자화 스텝폭 Qi, Qp, Qb의 비 Qi:Qp:Qb를 1:αQ0:αQ(여기서, αQ0, αQ는 정수)로 하였을 때 부호화 효율이 좋고 화상 열화도 발생하지 않는다」라고 기재하고 있다. 또한, 거기에는 「이미 부호화한 프레임 또는 필드의 스텝폭, 발생 부호량 및 지금부터 부호화하는 프레임 또는 필드와 과거에 부호화한 프레임 또는 필드의 발생 부호량과 상관을 갖는 평가량을 기초로 각각의 프레임 또는 필드에 대한 배분 부호량과 스텝폭의 기대값이 결정된다. 따라서, 다른 예측 부호화 방식을 이용하는 프레임 또는 필드의 양자화 스텝폭의 비가 최적값이 되도록 배분 부호량과 스텝폭의 초기값을 설정하는 것이 가능하다」는 취지의 기재가 있고, 또한 「I 픽처의 배분 부호량을 이상과 같이 갱신하는 것으로서 I 픽처와 P1, P2 픽처의 양자화 스텝폭의 비는 최적한 값에 가까워져 가므로 부호화 효율이 좋다」라고도 기재되어 있다.
이상과 같이 상기 선행 기술 문헌에 표시된 동화상 부호화 장치는 양자화 스텝의 폭의 비가 최적값이 되도록 배분 부호량과 스텝폭의 초기값을 설정한다던가, I 픽처와 P1, P2 픽처의 양자화 스텝폭의 비를 최적한 값에 가깝게 하기 위해 I 픽처의 배분 부호량을 갱신한다던가 하는 것으로 이후에 상세하게 설명하는 바와 같은 동화상 시퀀스의 특성에 따라서 각각의 픽처의 양자화 특성값의 비를 정하도록 하는 본 발명의 동화상 부호화 방식과는 그 수법을 달리하는 것이다.
종래의 동화상 부호화 장치는 이상과 같이 구성되어 있으므로 스텝(1)에 있어서 각각의 픽처마다의 복잡도 지표를 자기의 픽처 유형으로 환산한 값에 기초하여 부호화 제어를 하고 있고, 이 복잡도 지표는 상기한 바와 같이 부호화 정보량이 많이 발생하는 것과 같은 화상에 대해 커지며, 높은 압축율이 얻어지는 화상에 대해서는 작아지지만 화질에 직접 관계가 있는 양자화 특성값 단독의 제어에 관해서는 픽처 단위로 실시되는 스텝(1)에서는 언급하고 있지 않다. 즉, 상기한 국제 표준 부호화 방식 MPEG-2의 TM5에서의 부호화 제어는 스텝(1)에 있어서 발생한 비트수(S)와 양자화 특성값(Q)과의 곱인 복잡도 지표(X)에 기초한 부호량의 할당에 대해 주목하고 있고, 화질에 직접 관계가 있는 양자화 특성값을 단독으로 제어하고 있지 않고, 화질과 발생 부호량의 양방을 제어하는 것이 어렵다는 과제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이고 화질에 직접 관계가 있는 양자화 특성값을 제어하는 것으로 화질과 발생 부호량의 양쪽을 제어하는 것을 실현 가능하게 하고, 시간적으로 인접한 픽처와의 화질의 밸런스를 유지하면서 발생 부호량을 제어할 수 있는 동화상 부호화 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 동화상 부호화 장치의 개략 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 2에 의한 동화상 부호화 장치에서의 양자화 특성값과 발생 부호량의 관계를 나타내는 설명도.
도 3은 실시의 형태 2에 있어서의 프레임 사이 차분 절대값 합과 프레임내 분산값의 관계를 나타내는 설명도.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 6에 의한 동화상 부호화 장치에서의 I 픽처, P 픽처 및 B 픽처의 특성 곡선을 나타내는 설명도.
도 5는 종래의 동화상 부호화 방식에 있어서의 부호화 제어의 순서를 나타내는 흐름도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 입력 화상 3: 예측 화상
14: 부호화 제어부 15: 양자화 특성값
본 발명에 따른 동화상 부호화 장치는, 부호화 단위 중의 복수의 픽처가 다른 부호화 방법으로 각각 부호화되는 복수의 다른 유형의 픽처를 포함하면, 복수의 픽처 유형의 각각에 대해 목표 양자화 특성값을 설정하고, 복수의 픽처 유형별로 설정하는 목표 양자화 특성값의 비율이 소정의 비율이 되도록 제어하는 부호화 제어 수단을 구비한다.
본 발명에 따른 동화상 부호화 장치는, 부호화 제어 수단이 최초에 부호화되는 매크로블록의 양자화 특성값을 부호화된 그 픽처의 유형에 대해 이미 설정된 목표 양자화 특성값으로 설정하고, 부호화 수단이 다음의 매크로블록을 부호화할 때마다 부호화 중의 픽처내의 전 매크로블록에 설정된 양자화 특성값의 평균이 목표 양자화 특성값에 최종적으로 가까워지도록 그 이후에 부호화되는 매크로블록의 양자화 특성값을 갱신한다.
본 발명에 따른 동화상 부호화 장치는, 추출한 부호화 동화상 시퀀스의 특성에 따라서 복수의 픽처 유형별로 설정하는 목표 양자화 특성값의 비율을 적응적으로 변경하도록 한다.
<발명의 실시의 형태>
이하, 본 발명의 실시의 한 형태를 설명한다.
<실시 형태 1>
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 의한 동화상 부호화 장치의 개략 구성을 나타내는 불록도이다. 도 1에 있어서, 1은 이 실시의 형태 1에 의한 동화상 부호화 시스템에 입력되는 입력 화상, 2는 입력 화상(1)과 동일 또는 유사한 화상이 격납되는 화상 메모리, 3은 화상 메모리(2)에서 판독된 예측 화상이다. 4는 그 입력 화상(1)과 예측 화상(3)의 차분 연산을 하는 차분 연산부, 5는 차분 연산부(4)에 의해 출력되는 차분값 데이터, 6은 차분값 데이터(5) 또는 입력 화상(1)의 부호화를 하는 부호화부이다. 7은 부호화부(6)에서 부호화된 데이터를 가변 길이 부호화하는 가변 길이 부호화부, 8은 가변 길이 부호화부(7)에서 가변 길이 부호화된 데이터를 일시적으로 축적하는 버퍼, 9는 버퍼(8)에서 소정의 전송 레이트에 따라서 전송로에 송신되는 부호화 데이터이다.
10은 화상 메모리(2)의 내용에서 입력 화상에 가까운 화상 또는 일치하는 화상을 검색하는 움직임 보상 예측부, 11은 움직임 보상 예측부(10)로부터 출력되어 화상 메모리(2) 및 가변 길이 부호화부(7)에 보내지는 움직임 벡터이다. 12는 부호화부(6)에 의해서 부호화된 데이터를 국소 복호하는 복호부, 13은 움직임 보상 예측부(10)로부터의 움직임 벡터에 기초하여 예측된 예측 화상(3)과 복호부(12)에서 국소 복호된 데이터를 가산하고 화상 메모리(2)에 격납하는 가산부이다. 14는 입력 화상(1), 예측 화상(3), 차분값 데이터(5) 및 가변 길이 부호화부(7)에서 가변 길이 부호화된 데이터에 기초하여 부호화될 픽처의 각각의 매크로블록의 부호화에 사용되는 양자화 특성값을 설정하는 부호화 제어부, 15는 부호화 제어부(14)에서 부호화부(6)에 보내지는 양자화 특성값이다.
다음은 동작에 대해서 설명한다.
이 실시의 형태 1에 의한 동화상 부호화 시스템은 각각의 픽처를 몇 개의 블록으로 분할하여 각각의 블록마다 부호화를 한다. 또한 동화상 부호화 시스템은 입력 화상(1)을 그대로 부호화하는 프레임내 부호화부와 이미 부호화된 예측 화상(3)과 입력 화상(1)의 차분을 구해 이것을 부호화하는 프레임 사이 부호화를 한다.
먼저, 프레임 사이 부호화 동작에 대해 설명한다.
화상 메모리(2)로부터 입력 화상(1)과 동일 또는 유사한 화상을 블록 단위로 판독한다. 판독된 예측 화상(3)의 블록 데이터와 입력 화상(1)의 블록 데이터를 차분 연산부(4)에 입력하여 차분 연산을 한다. 그 결과 얻어진 차분값 데이터(5)는 부호화부(6)에서 부호화된 후, 가변 길이 부호화부(7)에서 가변 길이 부호화되어 버퍼(8)에 축적된다. 이 버퍼(8)에 축적된 데이터는 전송 레이트에 따라 판독되고, 전송로에 부호화 데이터(9)로서 출력된다. 또한 부호화부(6)에서 부호화된 데이터는 복호부(12)에 보내져서 국부 복호되고 앞의 예측 화상(3)의 블록 데이터와 가산부(13)에서 복호 가산된다. 이 가산부(13)에서 복호 가산된 복호 화상의 블록은 화상 메모리(2)에 기록된다.
다음에 프레임내 부호화의 동작에 대해 설명한다.
화상 메모리(2)에서 입력 화상(1)을 블록 단위로 판독한다. 판독된 입력 화상(1)의 블록 데이터는 그대로 부호화부(6)에 보내져 부호화된다. 이 부호화된 데이터는 다시 가변 길이 부호화부(7)에서 가변 길이 부호화되어 버퍼(8)에 축적되고 전송 레이트에 따라서 전송로에 부호화 데이터(9)로서 출력된다. 또한 부호화부(6)에서 부호화된 데이터는 복호부(12)에서 국부 복호되고 그 복호화된 블록 데이터는 화상 메모리(2)에 기록된다.
여기서, 소정의 조건을 만족하는 복수의 픽처를 제 1 부호화 단위라고 한다. 이 실시의 형태 1에 의한 동화상 부호화 시스템은 국제 표준 부호화 방식 MPEG2에따라서 M=3, N=15의 GOP 구성을 갖는 부호화를 하는 것으로 한다. 구체적으로는, 프레임내 부호화된 I 픽처와, 전방 예측을 이용하여 부호화된, 즉, 앞의 화상으로부터의 움직임 보상 예측을 이용하여 부호화된 P 픽처와, 전방/후방/양방향 예측 중 어느 것을 이용하여 부호화된, 즉, 앞의 또는 후속의 화상으로부터의 움직임 보상 예측을 이용하여 부호화된 B 픽처의 배열은 부호화 순서로
"IBBPBBPBBPBBPBB"
이고, 표시 화상 순서로
"BBIBBPBBPBBPBBP"
이다.
이들 3종류의 픽처(I 픽처, P 픽처, B 픽처)는 각각의 부호화 방법이 다르므로 각각의 픽처 유형의 부호시의 발생 부호량은 다르다. 일반적으로는 어떠한 화상을 그들 3종류의 부호화 방법으로 부호화한 경우 I 픽처가 재일 발생 부호량이 많고, 이어서 P 픽처가 많다. 예측 방법의 종류가 많은 B 픽처는 일반적으로 3 종류의 픽처 유형중 재일 발생 부호량이 적다. 또한 부호화된 픽처가 그 후의 픽처의 부호화시의 예측 화상(3)으로서 사용되는가 어떤가를 고려할 필요가 있다. 즉 I 픽처는 프레임내 부호화된 픽처, 즉 그 자신으로부터만의 정보를 사용하여 부호화된 것이므로 후속의 P 픽처 및 B 픽처의 예측 화상(3)이 된다.
또한 P 픽처는 I 픽처 또는 P 픽처 등의 앞에서 부호화된 화상으로부터의 전방 예측에 의해 부호화된 픽처이고, 후속의 P 픽처 또는 B 픽처의 예측 화상(3)이 된다. B 픽처는 I 픽처 또는 P 픽처로부터의 양방향(또는 전방 또는 후방) 예측에의해 부호화된 픽처이고, 후속의 픽처의 예측 화상(3)으로는 안 된다. 따라서 후속의 픽처에 예측 오차가 전파되지 않는 B 픽처는 그 발생 부호량을 삭감하기 쉬운 것이 된다. 단, B 픽처의 화질과 다른 유형의 픽처의 화질과의 밸런스를 고려할 필요가 있으므로, B 픽처의 발생 부호량만을 극단으로 삭감할 수는 없다.
동화상의 양자화를 할 때 이용되는 양자화 특성값은 발생 부호량 및 화질에 직접 관계가 있다. 즉, 양자화 특성값이 작은 경우, 정밀하게 양자화하므로 발생하는 부호량은 많으나, 정밀한 그림까지 재현성이 좋다(화질이 좋음). 반대로 양자화 특성값이 큰 경우, 조잡하게 양자화하므로 발생하는 부호량은 적으나, 정밀한 그림일수록 재현성이 나쁘다(화질이 나쁨). 즉, 양자화에 의해 파기되던가 축소되는 계수가 많을수록 화질이 나빠진다.
도 5에 나타낸 종래의 동화상 부호화 방식에서는 GOP내의 다음 픽처의 목표 비트수(Ti, Tp, 또는 Tb)를, 복잡도 지표(Xi, Xp, Xb)를 이용하여 구하고 있다. 따라서 다음 픽처의 부호화 비트수의 할당량은 알 수 있으나 어떻게 양자화하는가는 도 5의 스텝(1)에서는 알 수 없다. 또한, 복잡도 지표(Xi, Xp, Xb)인 파리미터를 이용하므로 양자화 특성값을 직접 볼 수가 없게 되어 있다.
이 실시의 형태(1)에서는 도 5에 나타낸 스텝(1)에서의 제 1 부호화 단위(GOP)내의 각각의 픽처에 대한 목표 양자화 특성값의 설정을 이하와 같이 행한다.
부호화 제어부(14)는 GOP 내의 각각의 픽처의 목표 양자화 특성값(Qi, Qp, 또는 Qb)을 픽처 유형별로 설정하는 목표 양자화 특성값의 비율, 즉 Qi:Qp:Qi:Qb또는 Qp:Qb가 소정의 비율이 되도록 설정한다. 이와 같이 픽처 유형별로 설정하는 목표 양자화 특성값의 비율을 소정의 비율로 하는 것으로 GOP 전채의 화질의 밸런스를 유지할 수 있다.
또한, 부호화 제어부(14)는 부호화하는 GOP의 도중에 발생 부호량의 조정을 할 필요가 있으면 픽처 유형별로 설정하는 목표 양자화 특성값의 유지하면서 각각의 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 절대값을 발생 부호량을 억제하는 경우에는 크게 하고, 반대로 발생 부호량을 증가시키는 경우에는 작게 한다. 이와 같은 변경은 다음에 부호화되는 픽처에 대해서 실행된다. 또한, 이에 대신하여 다음으로 부호화되는 매크로블록 이후의 전부의 매크로블록에 대한 목표 양자화 특성값을 변경하도록 해도 된다.
부호화 제어부(14)는 제 2 부호화 단위인 각각의 픽처내의 매크로블록 단위에서의 양자화 특성값의 설정은 각각의 픽처의 최초에 부호화되는 매크로블록에 대한 양자화 특성값을 그 픽처 유형의 목표 양자화 특성값으로 설정하고 그 이후의 각각의 매크로블록을 부호화할 때마다 그에 사용되는 양자화 특성값을 갱신한다. 부호화 제어부(14)는 이 갱신을 각각의 픽처내의 전부의 매크로블록의 양자화 특성값의 평균이 그 픽처 유형의 목표 양자화 특성값에 최종적으로 가까워지도록 제어한다. 이와 같은 제어에 의해 각각의 픽처의 발생 부호량이 그 목표 발생 부호량을 중심으로 하는 소정의 범위에 있도록 한다.
또한, 상기 설명에서는 M=3, N=15의 GOP 구성을 갖도록 부호화를 행하는 것으로 하였으나 픽처 유형의 조합은 다른 경우이어도 되며, 이는 본 발명의 내용을제한하지 않는다.
또한, 상기 설명에서는 목표 양자화 특성값의 값은 특별하게 명시하지 않았으나 그것은 본 발명이 각각의 픽처 유형별로 설정하는 목표 양자화 특성값의 상대적인 관계(비율)에 무게를 두고 있기 때문이다. 즉, 비율을 바꾸지 않는다는 것은 픽처 유형 사이의 상대적인 화질이 바뀌지 않는다는 것을 의미하고, 또한 비율을 그대로 하면서 목표 양자화 특성값의 절대값을 바꾸는 것은 픽처 유형 사이의 상대적 화질을 그대로 유지하면서 발생 부호량의 조정을 도모하는 것을 의미한다.
또한, 상기 설명에서는 매크로블록 단위의 양자화 특성값의 갱신을 하면서 픽처내의 전부의 매크로블록의 양자화 특성값의 평균이 픽처 유형별로 설정된 목표 양자화 특성값에 가까워지도록 제어하는 것을 나타냈으나, 제어 방법은 본 발명을 한정하는 것이 아니고 근처의 매크로블록과의 화질을 유지하면서 또한 소정의 발생 부호량이 되도록 제어하면 된다.
이상과 같이, 이 실시 형태 1에 의하면 제 1의 부호화 단위인 복수의 픽처에 대해 목표 양자화 특성값을 설정할 때, 부호화의 종류가 다른 픽처 유형별로 설정하는 목표 양자화 특성값의 비율이 소정의 비율이 되도록 제어하고 있으므로, 디지털 동화상 부호화시 화질에 직접 관계가 있는 양자화 특성값을 직접 제어하는 것이 가능하고, 화질과 발생 부호량 양쪽을 제어할 수 있고, 원하는 화질을 얻으며, 또한 단위 시간에서 발생하는 부호량을 소정의 범위로 하는 것이 가능하고, 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적 화질을 유지하면서 발생 부호량의 제어를 할 수 있는 효과가 얻어진다.
<실시 형태 2>
도 5에 나타내는 종래의 동화상 부호화 장치에 있어서 I 픽처와 P 픽처의 복잡도 지표의 관계(Kp=1.0)와 I 픽처와 B 픽처의 복잡도 지표의 관계(Kb=1.4)에 대해서 기술하였으나 이들 복잡도 지표의 관계(Kp, Kb)는 어느 쪽도 보편적인 취급으로 된다. 그러나, 이들 복잡도 지표의 관계(Kp, Kb)는 일의가 아니고, 항상 최적인 것도 아니다. 왜냐하면 화상의 그림이 다르면 양자화되는 계수의 발생 상황이 다르기 때문이다.
이 실시 형태 2에 의한 동화상 부호화 장치에서는 부호화 제어부(14)에서 부호화하는 동화상 시퀀스의 1개 이상의 특성을 추출하고 그 특성에 따라 각각의 픽처별로 설정되는 목표 양자화 특성값의 비율을 적응적으로 변경하고 있다. 도 2는 어떤 유형의 픽처에 대한 양자화 특성값(Q)과 발생 부호량(H)의 관계를 나타낸 설명도이다. 여기서 이 양자화 특성값(Q)과 발생 부호량(H)은 거의 반비례의 관계가 있는 것이 알려져 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 어떠한 특정한 유형의 픽처의 Q-H 특성 곡선은 부호화하는 동화상 시퀀스의 화상의 그림의 복잡도를 나타내는 1개 이상의 화상 특성에 따라 변화한다. 즉, 동일 양자화 특성값이어도 동화상 시퀀스의 그림의 복잡도에 따라 다른 발생 부호량이 얻어진다. 예컨대, 부호화되는 화상을 먼저 직교 교환하고 그후 양자화를 하는 것과 같은 경우(MPEG2의 경우는 이에 해당한다), 화소값이 거의 균일한 화상에서는 직교 교환을 했을 때 교환후의 계수는 거의 직류 성분이고 교류 성분의 계수는 많지 않다. 즉, 화소값이 거의 균일한 화상을 부호화하는경우에는 발생 부호량은 적다. 한편, 인접한 화소와의 상관이 적고 프레임내 분산값이 큰 경우 직교 교환한 후의 계수는 직류 성분뿐만 아니라 교류 성분의 계수도 많이 발생한다.
이와 같이 부호화하는 화상이 복잡한 그림일수록 도 2에 나타내는 바와 같이 오른쪽 오름의 화살표로 나타내는 방향에 Q-H 특성 곡선이 이동한다. 따라서 어떠한 특정한 유형의 픽처의 목표 양자화 특성값을 그 목표 발생 부호량으로 구하기 위해 이 실시 형태 2의 동화상 부호화 장치는 복수의 픽처 유형의 각각에 대해 픽처의 복잡도에 의존하는 복수의 Q-H 특성 곡선을 갖고 있다. 예컨대 부호화 조건이 M=3, N=15, 전송 레이트: 15Mbps, 프레임 레이트: 30㎐인 경우, 1GOP(=15 프레임)에 7.5Mbit의 부호량이 할당되는 것으로 된다. 즉, 1 프레임당 0.5Mbit의 부호량이 할당된다. 그리고 부호화하는 동화상 시퀀스의 추출한 1개 이상의 특성에 따라서 부호화하는 동화상 시퀀스에 대해 성립하는 Q-H 특성 곡선은 도 2에 나타낸 바와 같은 복수의 특성 곡선의 어느 것에 제일 가까운가를 판정하여 제일 가까운 것을 고르고, 선택한 Q-H 특성 곡선을 이용하여 목표 발생 부호량에서 목표 양자화 특성값(Qs)을 산출한다.
화상의 그림의 복잡도의 판정은 플레임내 분산값을 이용하여 행해진다. 예컨대 프레임내 분산값은 평균값 분리 차분 절대값 합(Σ|Xi-m|: 여기서 Xi는 화소, m은 평균값), 또는 평균값 분리 차분 2승 합(Σ(Xi-m)2: Xi는 화소, m은 평균값)에 의해 부여된다. 이에 대신하여 프레임 사이 차분 절대값 합 등을 이용하여도 된다. 이와 같은 복잡도 판정 방법이 이 실시 형태 2를 한정하는 것은 아니며, 「양자화특성값(Q)과 발생 부호량(H)」의 관계를 각각 나타내는 복수의 Q-H 특성 곡선에서 1개의 Q-H 특성 곡선을 고를 수 있는 것과 같은 그림의 복잡도 판정 방법이면 된다.
또한 상기한 바와 같이 화상의 그림의 복잡도에 따라서 직교 교환후의 계수의 분포 상황(직류 성분, 교류 성분의 분포 상황)이 다르므로 직교 교환후의 계수의 분포 상황이 복잡도를 판정하기 위해 사용될 수 있다.
예컨대 이 실시의 형태 2에 의한 동화상 부호화 장치는 프레임 분산값 또는 프레임 분산값과 프레임 사이 차분 절대값 합의 양쪽을 이용하여 복수의 Q-H 특성 곡선에서 1개의 Q-H 특성 곡선을 선택할 수 있다. 도 3은 이 실시 형태 2에 의한 부호화 제어부 14에서의 프레임 사이 차분 절대값 합과 프레임내 분산값의 관계를 나타낸 설명도이고, 프레임 사이 차분 절대값 합 및 프레임내 분산값을 축으로 한 픽처 유형별로 설정하는 목표 양자화 특성값의 비율 Qp/Qi, Qb/Qi, Qb/Qp의 관계를 나타내고 있다. 또한 도면 중, ()내의 왼쪽의 문자가 Qp/Qi, 중앙의 문자가 Qb/Qi, 오른쪽의 문자가 Qb/Qp에 상당한다. 도 3에 나타내는 바와 같이 플레임 사이 차분 절대값과 프레임내 분산값의 조합에 의해 몇 개의 그룹(도면의 A, B, C의 3그룹)으로 나눌 수 있다.
따라서 이 실시 형태 2에서는 부호화할 동화상 시퀀스의 특성(프레임 사이 차분 절대값 합 및 프레임내 분산값)을 추출하고, 추출된 특성이 도 3 중 어느 그룹에 제일 가까운가를 결정하고, 그 그룹에 알맞은 각각의 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율을 설정한다. 또한 부호화를 개시한 직후에 설정되는 초기의 비율의 결정은 제 1 GOP 내의 최초에 부호화되는 픽처의 프레임내 분산값만을 이용하여 실행된다.
또한, 프레임 사이 차분 절대값 합 및 프레임내 분산값의 조합에 대신하여 프레임 사이 차분 절대값 합만, 프레임내 분산값만, 프레임 사이 차분 자승 합 등의 다른 특성, 또는 그들 특성의 조합을 부호화하는 동화상 시퀀스의 특성으로서 사용해도 된다. 이와 같이 「각각의 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율의 설정」이 부호화하는 동화상 시퀀스의 특성에 따라서 몇 개의 그룹으로 나눠서 행해지는 것이면 된다. 각각의 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율의 설정을 경우로 구분하는 부호화하는 동화상 시퀀스의 특성의 정의가 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
이상과 같이 이 실시 형태 2에 의하면 부호화 제어부(14)의 추출한 동화상 시퀀스의 특성에 따라서 각각의 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율을 적응적으로 변경하고 있으므로, 적절한 목표 양자화 특성값의 비율을 설정하는 것이 가능하고 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적인 화질을 유지하면서 부호량의 제어를 할 수 있는 효과가 얻어진다.
<실시의 형태 3>
상기 실시의 형태 1 및 2에 의한 동화상 부호화 시스템은 GOP 내의 픽처에 대해서 픽처 유형별로 목표 양자화 특성값을 설정하고 각각의 픽처의 최초에 부호화되는 매크로블록에 대한 양자화 특성값을 그 픽처 유형의 목표 양자화 특성값으로 설정하고, 또한 각각의 픽처내의 전 매크로블록의 양자화 특성값의 평균이 그 픽처 유형의 목표 양자화 특성값에 가까워지도록 그 이후의 매크로블록에 대한 양자화 특성값을 갱신하는 것이지만, 부호화할 화상에 따라서 목표 양자화 특성값을 변경하지 않으면 안되는 경우가 있다. 본 발명의 실시 형태 3에 의한 동화상 부호화 시스템은 그와 같은 경우에 목표 양자화 특성값의 값의 변경을 하는 것이다.
예컨대, 연속하는 유사한 그림의 동화상을 부호화하는 경우에도 피사체의 움직임이 격해지던가 피사체의 크기가 변경되는 등으로 예측이 곤란해지는 경우가 있다. 또는 피사체의 움직임이 급격히 약해지던가, 예측이 용이하게 되는 경우가 있다. 이와 같이 픽처 사이나 픽처내에 있어서 발생 부호량이 급격하게 변화한다던가 하여 목표의 발생 부호량에 대해 미리 정해진 범위 이상의 발생 부호량의 편차가 발생되는 것으로 예상된다. 이와 같은 편차가 발생한 경우에는 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 값을 재 설정할 필요가 있다.
본 발명의 실시 형태 3에 의한 동화상 부호화 시스템에서는 부호화 제어부(14)는 부호화중의 픽처의 이미 부호화된 매크로블록의 양자화 특성값의 실제의 평균값이 그 픽처 유형의 목표 양자화 특성값에서 소정의 범위이상 떨어져 있고, 또한 그 픽처의 이미 부호화된 매크로블록의 발생 부호량이 그 목표값에서 소정의 범위 이상 떨어져 있는 경우에 부호화중의 상기 픽처의 전 매크로블록의 양자화 특성값의 평균이 그 픽처 유형의 목표 양자화 특성값에 가까워지도록 제어하는 것은 곤란하다고 판정한다. 즉, 미리 설정한 상기 목표 양자화 특성값으로 부호화 단위의 부호화하면 발생 부호량이 목표의 발생 부호량에 대해 미리 정해진 범위 이상의 편차가 발생한다고 판정한다. 그리고 이와 같이 판정했을 때에는 부호화 제어부(14)는 현 GOP의 이후의 남은 픽처에 대해 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값을재 설정한다. 이에 대신하여, 부호화 제어부(14)는 그 부호화중의 픽처의 남은 매크로블록에 대한 목표 양자화 특성값 및 그 이후의 픽처에 대한 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값을 재 설정하도록 해도 된다.
이 실시 형태 3에 의한 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 재설정 방법은 버퍼(8)가 오버플로 또는 언더플로를 일으키지 않도록 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값을 단계적으로 증감시킴으로써 실현한다. 또한 추출한 부호화하는 동화상 시퀀스의 특성이 도 3의 어느 그룹 즉, 어느 특성 곡선에 제일 가까운가를 판정하고 그 그룹에 알맞은 각각의 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율을 재 설정한다.
이상과 같이, 이 실시 형태 3에 의하면, 미리 정해진 목표 양자화 특성값에 의해 부호화하면 발생 부호량은 목표의 발생 부호량에서 소정 범위 이상 떨어지고 픽처 부호화의 도중에 판정한 경우에는 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 재설정을 하고 있으므로, 적절한 목표 양자화 특성값을 설정하는 것이 가능해 지고, 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적인 화질을 유지하면서 부호량의 제어를 할 수 있는 효과가 얻어진다.
<실시 형태 4>
동화상 시퀀스의 부호화의 도중에 그림이 완전히 바뀌는 경우도 있다. 이것을 장면 변경(scene change)이라고 한다. 이 경우 장면 변경후의 화상은 장면 변경 전의 화상과 상관이 없으므로, 일반적으로는 프레임내 예측(I 픽처)에 의해 부호화를 한다. 또한 무리하게 프레임 사이 예측(P 픽처 또는 B 픽처)을 해도 예측이 빗나가 있기 때문에 일반적으로는 부호화하지 않으면 안되는 계수가 많다. 어느 경우에도 장면 변경한 화상을 부호화하는 경우에는 발생 부호량이 증대한다. 이 때문에 장면 변경이 일어난 경우, 현 GOP 내의 이후의 픽처의 목표 양자화 특성값을 재 설정하여 목표 발생 부호량을 갱신할 필요가 있다. 본 발명의 실시 형태 4에 의한 동화상 부호화 시스템에서는 그와 같은 경우에 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 비율의 변경 및 목표 양자화 특성값의 갱신한다.
이 실시 형태 4에서, 부호화 제어부(14)는 제 1 부호화 단위의 부호화의 도중에 장면 변경이 일어났다고 판정하면 현 GOP 내의 이후의 픽처의 목표 양자화 특성값의 재 설정을 한다. 이 목표 양자화 특성값의 재 설정은 현 GOP 내의 남은 픽처의 픽처 유형별로 할당되는 발생 부호량을 예측하고, 다시 할당된 발생 부호량에 따라서 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 비율 및 그 값을 갱신함으로써 행한다. 이 때문에 부호화 제어부(14)는 먼저 장면 변경이 일어난 화상을 포함하는 동화상 시퀀스의 특성이 도 3 중의 어느 그룹의 특성 곡선에 재일 가까운가를 판정하여 각각의 픽처 유형의 발생 부호량을 할당을 다시 실시하여 그 그룹에 알맞은 각각의 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율을 재 설정함과 함께 목표 양자화 특성값의 값을 갱신한다.
장면 변경의 직후는 발생 부호량의 변화가 격하다고 예측되므로 다시 할당된 발생 부호량으로 되어 있는가 어떤가를 빈번히 조사하여 발생 부호량을 안정시키기 위해 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 비율이나 절대값의 재 설정을 반복하는 것이 바람직하다. 예컨대, M=3인 경우에는 픽처 유형이 B, B, P의 3개의 픽처를 1개의 집합으로 하여 각각의 픽처에 대한 발생 부호량의 재 할당을 하고, 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 비율이나 절대값을 설정하여도 되며, 또한 이 재설정을 GOP 내의 부호화될 픽처마다 반복해도 된다. 즉, 발생 부호량이 소정의 범위내에 들어가며 또한 시간적으로 인접한 픽처의 화질의 변화가 매끈(smooth)하고, 근방의 픽처와의 화질의 밸런스가 유지되고 있으면 발생 부호량의 재 할당의 빈도나, 각각의 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율이나 절대값의 설정의 빈도를 특정할 필요는 없다. 이들 빈도가 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
이상과 같이, 이 실시 형태 4에 의하면, 장면 변경이 일어났다고 판정한 경우에 동화상 시퀀스의 특성에 따른 목표 양자화 특성값의 픽처 유형별의 비율의 변경 및 목표 양자화 특성값의 값의 갱신을 하고 있으므로 적절한 목표 양자화 특성값의 값 및 비율을 설정하는 것이 가능하게 되고, 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적이 화질을 유지하면서 부호량의 제어를 할 수 있는 효과가 얻어진다.
<실시 형태 5>
상기 실시 형태 4에서는 장면 변경의 검출시에도 M=3, N=15라는 부호화 조건을 유지하면서 GOP 내의 각각의 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율이나 절대값을 갱신하는 것에 대해 나타내었으나, 도중에 부호화 조건을 변경하여 예컨대 픽처 유형을 변경하도록 해도 된다. 본 발명의 실시 형태 5에 의한 동화상 부호화 시스템은 장면 변경을 검출하면 픽처 유형을 적응적으로 변경하고 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 비율 및 그들의 값을 갱신한다.
일반적으로 장면 변경이 일어난 화상을 부호화하는 경우, 그 부호화되는 현재의 화상과 그 이전의 화상과는 상관이 없으므로 상기와 같이 발생 부호량이 증대한다. 즉, 장면 변경의 직전의 픽처에 기초한 예측을 하여 부호화하는 것은 효율이 나쁘다.
그러므로, 이 실시의 형태 5에 의한 부호화 제어부(14)는 장면 변경된 화상을 그 자신의 픽처 단독의 정보를 사용하여 프레임내 부호화를 하여 I 픽처를 생성한다. 즉, 현재의 픽처 유형을 I로 변경한다. 그리고, 이 I 픽처를 포함하는 현 GOP 내의 이후의 픽처에 대한 발생 부호량의 재 할당을 하여 각각의 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율이나 절대값을 재 설정한다.
또한, 장면 변경의 판정은 프레임 사이의 차분 2승 합이 미리 정해진 임계값보다 큰 경우나, 프레임 사이 차분 절대값 합이 미리 정해진 임계값보다 큰 경우나, 그 외 그림의 차이의 정도를 객관적으로 평가할 수 있는 수치가 미리 정해진 임계값보다 큰 경우, 또한 이들 평가값의 판정 결과의 조합에 의해 실현할 수 있다. 장면 변경의 판정이 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
다음으로 장면 변경의 직후에 부호화하고자 하는 픽처 유형이 B 픽처인 경우, P 픽처로 변경한다는 가능성에 대해 검토한다. P 픽처로 변경한다는 것은 장면 변경의 직전에 부호화된 I 픽처 또는 P 픽처보다 전방 예측을 하는 것이 된다. 이것이 I 픽처로 변경한 경우보다 발생하는 부호량이 적다면 지금부터 부호화하고자 하는 B 픽처를 부호화 효율이 좋은 P 픽처로 변경하는 것도 있을 수 있다. 단, 장면 변경 직전의 화상으로부터의 예측 쪽이 프레임내 부호화(I 픽처)보다 부호화 효율이 좋다는 것은 그림이 바뀌어도 예측할 수 있는 범위라는 것을 의미한다. 따라서, 이 「장면 변경 직후에 부호화하고자 하는 픽처를 P 픽처로 변경하는 경우」와, 상기한 「장면 변경 직후는 I 픽처로 변경하여 부호화하는 경우」로 분리하여 다룰 필요가 있다.
이상과 같이, 이 실시 형태 5에 의하면 장면 변경의 검출시에 그후 최초에 부호화되는 픽처의 픽처 유형을 적응적으로 변경하고 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 비율과 그들의 값의 갱신을 하고 있으므로 적절한 목표 양자화 특성값의 값 및 비율을 설정할 수 있고, 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적인 화질을 유지하면서 부호량의 제어를 할 수 있는 효과가 얻어진다.
<실시 형태 6>
상기 실시 형태 1 내지 5의 어느 동화상 부호화 장치도 도 2에 나타낸 바와 같은 각각의 픽처 유형별의 Q-H 특성 곡선이나, 도 3에 나타낸 바와 같은 특성 곡선에 따라, 각각의 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 절대값이나 그 값의 비율을 구하는 것이지만, 본 발명의 실시 형태 6에 의한 동화상 부호화 장치는 부호화하는 동화상 시퀀스의 화상의 그림의 복잡도에 나타내는 특성을 추출하여 추출한 화상 특성에 대한 Q-H 특성 곡선은 도 2에 나타낸 바와 같은 복수의 특성 곡선의 어느 것에 제일 가까운가를 판정하여 제일 가까운 것을 선택하고, 또한 이 특성 곡선에 따라 그 픽처 유형, 예컨대 I 픽처의 목표 발생 부호량에 대응하는 목표 부호화 특성값을 계산함과 함께 복수의 소정의 환산식을 이용하여 다른 픽처 유형, 예컨대 P, B 픽처의 목표 발생 부호량에 대응하는 목표 부호화 특성값을 계산한다.
상기 실시 형태 2 내지 5와 동일하게 부호화하는 동화상 시퀀스 중의 화상의 그림의 복잡도의 판정은 프레임내 분산값과 같은 추출한 화상 특성을 이용하여 행해진다. 예컨대, 프레임내 분산값은 평균값 분리 차분 절대값 합(Σ|Xi-m|: 여기서 Xi는 화소, m은 평균값), 또는 평균값 분리 차분 2승 합(Σ(Xi-m)2: Xi는 화소, m은 평균값)에 의해 부여된다. 이에 대신하여 프레임 사이 차분 절대값 합 등을 이용해도 된다. 또한, 화상의 그림의 복잡도에 따라 직교 변환 후의 계수의 분포 상황(직류 성분, 교류 성분의 분포 상황)이 다르므로 직교 변환 후의 계수의 분포 상황이 복잡도를 판정하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 이상의 특성의 임의의 조합도 사용될 수 있다.
부호화 제어부(14)는 도 2에 나타내는 바와 같은 어떠한 특성의 픽처 유형, 예컨대 I 픽처만의 복수의 Q-H 특성 곡선의 테이블을 가지고 있다. 이미 기술한 바와 같이, 이들 복수의 Q-H 특성 곡선의 테이블은 화상의 그림이 다른 복잡도에 대응하고 있다. 부호화 제어부(14)는 먼저 프레임내 분산값 등의 부호화하는 동화상 시퀀스의 1개 이상의 특성을 추출한다. 그리고, 추출한 화상 특성에 대한 Q-H 특성 곡선은 도 2에 나타낸 바와 같은 복수의 특성 곡선의 어느 것에 제일 가까운가를 판정하여 제일 가까운 것을 고르고, 선택한 1개의 Q-H 특성 곡선의 테이블을 이용하여 상기 특정의 픽처 유형, 예컨대 I 픽처의 목표 발생 부호량에서 그 픽처 유형의 목표 양자화 특성값(Qs)을 산출한다. 그리고 부호화 제어부(14)는 복수의 소정의 환산식을 이용하여 다른 픽처 유형, 예컨대 P, B 픽처의 목표 부호화 특성값 및 발생 부호량을 계산한다. 여기서 도 4는 I, P 및 B의 3 종류의 픽처의 각각의 특성 곡선의 한 예를 나타내는 도면이다. 도시한 바와 같이 I, P, B의 3 종류의 픽처의 특성 곡선은 각각 다르다. 동일 양자화 특성값(Qa)으로 부호화한 때의 발생 부호량은 각각 Hi, Hp, Hb이고, 동일 발생 부호량 Ha로 되는 목표 양자화 특성값은 각각 Qi, Qp, Qb이다. 단 실제의 부호화에 있어서는 동일 발생 부호량이 되도록 각각의 픽처 유형의 목표 양자화 특성값을 제어하는 일은 없다. 왜냐하면 도 4에 도시하는 바와 같이 Qi가 제일 큰 값으로 되고, P 픽처나 B 픽처의 예측에 이용되는 I 픽처의 화질이 나빠지기 때문이다.
어떠한 특정의 1개의 픽처 유형, 예를 들면 I 픽처에 대한 Q-H 특성 곡선만을 설정하는 이유는 부호화 제어부(14)에 의한 부호화 제어의 처리를 간단화하기 위해서다. 또한, 컴퓨터 시뮬레이션이나 실기(實機)의 하드웨어에서의 데이터 연산 처리에 있어서 I 픽처만의 Q-H 특성 곡선의 테이블을 가지면 되므로 메모리의 절약이 가능하게 된다. 또한, Q-H 특성 곡선을 테이블이 아니고 함수 연산으로 처리하는 경우도 마찬가지이고, 1개의 함수 연산으로 되게 되어 연산 시간을 단축할 수 있다.
상기 설명에서는 GOP 단위로 각각의 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 값과 비율을 설정하여 각각의 픽처를 부호화한 때에 원하는 발생 부호량이 얻어지도록 제어하는 것에 대해 나타내었으나, 단위 시간당(예를 들면 1초) 원하는 발생 부호량에서 소정의 범위내가 되도록 제어하도록 하여도 된다. 이 경우 발생 정보량의 상한은 단위 시간에서의 목표 발생 부호량과 전송 버퍼 축적 용량의 합이고, 그 하한은 단위 시간에서의 목표 발생 부호량과 전송 버퍼 축적 용량의 차(差)이다.
이상과 같이 이 실시 형태 6에 의하면 어떠한 특정의 픽처 유형의 Q-H 특성 곡선에 따라서 그 픽처 유형의 목표 발생 부호량에서 목표 부호화 특성값을 계산함과 함께 복수의 소정의 환산식을 이용하여 다른 픽처 유형의 목표 발생 부호량에서 목표 부호화 특성값을 계산하므로 간단한 방법으로 적절한 목표 양자화 특성값의 값 및 비율을 설정하는 것이 가능하게 되고, 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적이 화질을 유지하면서 발생 부호량의 제어를 할 수 있는 효과가 얻어진다.
<실시 형태 7>
상기 실시 형태 2 내지 6의 동화상 부호화 장치는 부호화하는 동화상 시퀀스의 특성을 추출하여 그 특성에 따라 각각의 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율을 적응적으로 변경하는 것이지만, 본 발명의 실시 형태 7에 의한 동화상 부호화 장치는 동화상 시퀀스의 특성을 추출하여 발생 부호량에 관계가 있는 움직임의 정도나 그림의 복잡도를 판정하고 움직임의 정도 등에 따라 각각의 픽처의 목표 발생 부호량을 적응적으로 변경하는 것이다.
여기서, 제 1 부호화 단위인 복수의 픽처에서 프레임내 부호화를 하는 픽처(I 픽처), 전방 예측을 하는 픽처(P 픽처) 및 양방향 예측을 하는 픽처(B 픽처)가 존재하는 경우 부호화 제어부(14)는 부호화하는 동화상 시퀀스의 특성을 추출한다. 그 결과 거의 정지하고 있어서 움직임이 적은 화상이면 I 픽처에 대해 제일 많은 목표 발생 부호량을 할당하고, P 픽처에 대해서는 다음으로 많은 목표 발생 부호량을 할당하고, B 픽처에 대해서는 제일 적은 목표 발생 부호량을 할당한다. 이것은 움직임이 적은 화상에서는 전방 예측이나 양방향 예측에 의한 예측 화상(3)의 재현성이 좋은 것이 인한 것이고 목표 발생 부호량의 할당을 P 픽처나 B 픽처의 예측 화상(3)이 되는 I 픽처에는 제일 많게, 예측 화상(3)에 사용되는 P 픽처에는 다음으로 많게 하고, 예측 화상(3)에는 사용되지 않는 B 픽처에는 제일 적은 목표 발생 부호량을 할당하고 있다.
또한, 화상의 움직임이 커짐에 따라 부호화 제어부(14)는 각각의 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율을 적응적으로 변경한다. 즉 프레임내 부호화를 하는 I 픽처와 전방 예측을 하는 P 픽처와 양방향 예측을 하는 B 픽처로 할당하는 목표 발생 부호량의 차를 줄이도록 부호화 제어부(14)는 각각의 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율을 변경한다. 이것은 움직임이 커짐에 따라 화질을 유지하기 위해서는 P 픽처에 대해서도 많은 발생 부호량을 할당할 필요가 있기 때문이다. 따라서 움직임이 커질수록 I 픽처와 P 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율은 1에 가까워지고, Qi와 Qp의 차는 줄어든다.
또한, 화상의 움직임이 커짐에 따라서 예측 화상에 사용되지 않는 B 픽처에 대해서도 많은 발생 부호량을 할당할 필요가 있다. 이 때문에 움직임이 커짐에 따라 I 픽처(또는 P 픽처)와 B 픽처의 목표 양자화 특성값의 비율은 1에 가까워지고, Qi(또는 Qp)와 Qb의 차가 줄어든다.
이와 같이 제어하는 것에 의해 움직임의 정도에 따라 근방의 픽처와의 화질의 밸런스를 유지하면서 발생 부호량을 제어하는 것이 가능하게 된다.
이상과 같이, 이 실시 형태 7에 의하면 움직임이 적은 화상에 대해서는 I 픽처에 목표 발생 부호량을 제일 많이 할당하고 P 픽처에는 다음으로 많이 목표 부호량을 할당하고, B 픽처에는 제일 적은 목표 발생 부호량을 할당하여 움직임이 커짐에 따라 각각의 픽처에 할당되는 목표 발생 부호량의 차를 줄일 수 있도록 각각의픽처의 목표 양자화 특성값의 비율을 적응적으로 변경하고 있으므로 간단한 방법으로 적절한 목표 양자화 특성값의 값 및 비율을 설정할 수 있고, 시간적으로 인접한픽처 사이의 상대적인 화질을 유지하면서 발생 부호량의 제어를 할 수 있는 효과가 얻어진다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 부호화 제어 수단을 설치하여 부호화 단위 중의 복수의 픽처가 다른 부호화 방법으로 각각 부호화되는 복수의 다른 유형의 픽처를 포함하면 복수의 픽처 유형의 각각에 대해 목표 양자화 특성값을 설정하고, 복수의 픽처 유형별로 설정하는 목표 양자화 특성값의 비율이 소정의 비율이 되도록 제어하도록 구성하였으므로, 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적인 화질을 유지하면서 부호량의 제어를 하는 것이 가능한 동화상 부호화 장치가 얻어지는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 부호화 제어 수단이 최초에 부호화되는 매크로블록의 양자화 특성값을 부호화되는 그 픽처 유형에 대해서 이미 설정된 목표 양자화 특성값으로 설정하고, 부호화 수단이 다음 매크로블록을 부호화할 때마다 부호화중의 픽처내의 전 매크로블록에 설정된 양자화 특성값의 평균이 목표 양자화 특성값에 최종적으로 가까워지도록 그 이후에 부호화되는 매크로블록의 양자화 특성값을 갱신하도록 구성하였으므로, 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적인 화질을 유지하면서 부호량의 제어를 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 추출한 부호화 동화상 시퀀스의 특성에 따라 복수의 픽처유형별로 설정하는 목표 양자화 특성값의 비율을 적응적으로 변경하도록 구성하였으므로, 적절한 목표 양자화 특성값의 비율을 설정하는 것이 가능하게 되고 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적인 화질을 유지하면서 부호량의 제어를 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 부호화 제어 수단이 상기의 미리 설정한 목표 양자화 특성값으로 부호화 단위의 부호화를 속행하면 발생 부호량이 목표의 발생 부호량에 대해서 미리 정해진 범위 이상의 편차가 생기는가 여부를 판정하고, 그와 같은 편차가 생긴다고 판정된 경우에 복수의 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 값을 변경하도록 구성하였으므로, 적절한 목표 양자화 특성값을 설정하는 것이 가능하게 되고, 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적 화질을 유지하면서 부호량의 제어를 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 부호화 제어 수단이 부호화하는 동화상 시퀀스의 복잡도를 나타내는 특성을 추출함과 함께, 부호화 단위의 부호화의 도중에서 장면 변경이 일어났는가를 검출하고 장면 변경을 검출하면 복수의 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 비율 및 그 값을 추출한 동화상 시퀀스의 특성에 따라서 갱신하도록 구성하였으므로, 적절한 목표 양자화 특성값의 값 및 비율을 설정하는 것이 가능하게 되고, 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적인 화질을 유지하면서 부호량의 제어를 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 부호화 제어 수단이 부호화 단위의 부호화의 도중에서 장면 변경이 일어났는가를 검출하고, 장면 변경을 검출하면 상기 장면 변경 후에 최초에 부호화되는 픽처의 픽처 유형을 적응적으로 변경하고, 복수의 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 비율 및 그 값을 갱신하도록 구성하였으므로, 적절한 목표 양자화 특성값의 값 및 비율을 설정하는 것이 가능하고 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적인 화질을 유지하면서 부호량의 제어를 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 부호량 제어 수단이 다른 부호화 방법으로 각각 부호화되는 복수의 다른 유형의 픽처를 부호화할 때 이용되는 목표 양자화 특성값을 설정하기 위해서 어떠한 특정의 1개의 픽처 유형의 발생 부호량-양자화 특성값 특성만을 이용하도록 구성하였으므로, 간단한 방법으로 적절한 목표 양자화 특성값의 값 및 비율을 설정하는 것이 가능하게 되고, 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적인 화질을 유지하면서 부호량의 제어를 할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 의하면, 부호화 제어 수단이 부호화 단위인 복수의 픽처가 프레임내 부호화를 하는 픽처, 전방 예측을 하는 픽처 및 양방향 예측을 하는 픽처를 포함하는 경우에는 부호화하는 동화상 시퀀스의 특성을 추출하고, 상기 특성이 동화상 시퀀스가 움직임이 적은 화상이라는 것을 나타내는 경우에는 I 픽처에 제일 많이, P 픽처에 다음으로 많이, B 픽처에 제일 적은 목표 발생 부호량을 할당하고, 추출된 특성이 나타내는 동화상 시퀀스의 움직임이 커짐에 따라서 I 픽처와 P 픽처와 B 픽처에 할당하는 목표 양자화 부호량의 차이를 줄이도록 복수의 픽처 유형별의 목표 양자화 특성값의 비율을 적응적으로 변경하도록 구성하였으므로, 적절한 목표 양자화 특성값의 값 및 비율을 간단한 방법으로 설정하는 것이 가능하게 되고, 시간적으로 인접한 픽처 사이의 상대적인 화질을 유지하면서 부호량의 제어를할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 동화상 시퀀스 중의 복수의 픽처를 부호화 단위로 하여 각각 픽처를 부호화하는 동화상 부호화 장치에 있어서,
    상기 부호화 단위 중의 상기 복수의 픽처가 다른 부호화 방법으로 각각 부호화되는 복수의 다른 유형의 픽처를 포함하면, 상기 복수의 픽처 유형의 각각에 대해 목표 양자화 특성값(양자화 스텝폭)을 설정하고, 상기 복수의 픽처 유형별로 설정하는 상기 목표 양자화 특성값의 비율이 소정의 비율이 되도록 제어하여 양자화 특성값을 생성/출력하는 부호화 제어 수단으로서, 상기 제어 동작은 각각의 픽처에 대해 전체 복잡도 지표에 기초한 목표 부호량의 할당에 전적으로는 의존하지 않고 동화상의 시퀸스 특성에 따르는 상기 부호화 제어 수단과;
    상기 부호화 제어수단에 의해 출력되는 상기 양자화 특성값을 이용하고, 또한 상기 픽처 및/또는 미리 부호화된 예측 화상으로부터의 예측을 이용하여 상기 각각의 픽처를 부호화하는 부호화 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동화상 부호화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 부호화 제어 수단은 최초로 부호화된 매크로블록의 양자화 특성값을 부호화되는 그 픽처의 유형에 대해 미리 설정된 상기 목표 양자화 특성값으로 설정하고,
    상기 부호화 수단은 다음 매크로블록을 부호화할 때마다 부호화 중인 픽처내의 전 매크로블록에 설정된 양자화 특성값의 평균이 상기 목표 양자화 특성값에 최종적으로 근접하도록 그 이후에 부호화되는 매크로블록의 양자화 특성값을 갱신하는 것을 특징으로 하는 동화상 부호화 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 부호화 제어 수단은 부호화하는 상기 동화상 시퀀스의 복잡도를 나타내는 특성을 추출하고, 추출된 상기 특성에 따라 상기 복수의 픽처 유형별로 설정하는 상기 목표 양자화 특성값의 상기 비율을 적응적으로 변경하는 것을 특징으로 하는 동화상 부호화 장치.
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