KR20070110517A - 부호화 장치 및 부호화 장치를 구비한 동화상 기록 시스템 - Google Patents

부호화 장치 및 부호화 장치를 구비한 동화상 기록 시스템 Download PDF

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KR20070110517A
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

부호화의 목표 비트 레이트의 고저에 관계없이, 항상 양호한 화질을 유지하는 것을 가능하게 한다. 부호화 장치(210)는, 동화상을 표시하기 위한 화상 데이터를, 소정의 단위로 복수의 주파수 성분의 계수로 변환하는 변환부(103)와, 동화상의 해상도 및 미리 지정된 부호화의 목표 비트 레이트에 근거하여, 주파수 비트 할당 특성을 규정하기 위한 매트릭스를 결정하는 결정부(212)와, 결정된 매트릭스에 근거하여 계수의 각각을 양자화하여, 양자화값을 생성하는 양자화부(204)와, 양자화값을 부호화하여, 동화상의 부호화 데이터를 생성하는 부호화부(105)를 구비하고 있다.

Description

부호화 장치 및 부호화 장치를 구비한 동화상 기록 시스템{ENCODING DEVICE AND DYNAMIC IMAGE RECORDING SYSTEM HAVING THE ENCODING DEVICE}
본 발명은, 동화상의 화상 데이터를 고능률로 압축 부호화하는 기술에 관한 것이다.
최근, 멀티미디어 애플리케이션의 발전에 따라, 모든 미디어의 정보(예컨대, 화상ㆍ음성ㆍ텍스트)를 디지털 데이터화하여, 통일적으로 취급하는 것이 일반적이 되어 왔다. 이 중에서, 예컨대, 화상, 특히 동화상의 디지털 데이터(화상 데이터)의 데이터량은 매우 많아지므로, 축적ㆍ전송을 위해서는 동화상 데이터를 고능률로 압축하는 압축 기술이 필요해지고 있다. 동화상의 압축 부호화를 위해 개발된 압축 기술로서, 예컨대, ISO(국제 표준화 기구)에 의해 규격화된 MPEG－1／2／4 등의 압축 방식이 알려져 있다.
이들 압축 방식에서는, 화상 데이터를 직교 변환하여 양자화할 때에, 양자화 매트릭스가 지정된다. 양자화 매트릭스의 각 요소는 직교 변환 계수의 각 주파수 성분에 대응하여 마련되어 있으며, 그 요소값을 이용하여 직교 변환 계수가 양자화 된다. 양자화 매트릭스의 값을 어떻게 규정할지에 따라 주파수 공간 내에서의 비트 할당 특성을 제어할 수 있으므로, 양자화 매트릭스는 양자화 처리의 특징(양자화 특성)을 나타내고 있다고 할 수 있다.
양자화 매트릭스는, 화면 내(인트라) 부호화시와, 화면간 예측(인터 또는 논ㆍ인트라) 부호화의 각각에 대하여 설정할 수 있다. 이에 따라 예측 방법마다 상이한 주파수 비트 할당 특성을 갖게 하는 것이 가능해지고 있다. 또한 MPEG－2 규격에서는, 휘도 데이터 및 색차 데이터에 대하여, 각각 상이한 양자화 매트릭스를 설정하는 것도 가능하다.
도 1은 종래의 동화상 부호화 장치(100)의 구성을 나타낸다. 동화상 부호화 장치(100)는, 입력 화상 메모리(101)와, 감산부(102)와, 직교 변환부(103)와, 양자화부(104)와, 가변 길이 부호화부(105)와, 역 양자화부(106)와, 역 직교 변환부(107)와, 가산부(108)와, 참조 화상 메모리(109)와, 움직임 검출／움직임 보상부(110)와, 레이트 제어부(111)를 구비한다.
양자화 매트릭스를 이용한 양자화 연산은 양자화부(104)에서 행해진다. 우선 양자화부(104)는, 양자화 매트릭스의 각 계수값에 양자화 스케일을 곱하여, 양자화 파라미터를 산출한다. 양자화 스케일은, 압축 부호화에서의 목표 비트 레이트, 및, 가변 길이 부호화부(105)에서 생성된 부호화 화상 데이터의 발생 부호량에 근거하여, 레이트 제어부(111)에 의해 생성된다.
그리고 양자화부(104)는, 직교 변환부(103)로부터 출력된 직교 변환 계수의 각 주파수 성분의 값을, 대응하는 양자화 파라미터로 양자화하여, 그 결과를 양자 화값으로서 출력한다. 양자화를 위한 연산 처리에서는, 주로 직교 변환 계수를 양자화 파라미터로 제산(除算)하는 처리를 포함한다. 가변 길이 부호화부(105)는 그 양자화값을 압축 부호화하여 출력한다. 이 결과, 부호화 화상 데이터를 얻을 수 있다.
MPEG－2 규격에서는, 표준적으로 이용되는 양자화 매트릭스(디폴트 매트릭스)가 규정되어 있다(도 4(a) 및 (b)). 예컨대, 도 4(a)에 나타내는 인트라 부호화용 양자화 매트릭스에서는, 우측 하단의 요소일수록, 보다 큰 값(보다 가중치가 붙여진 값)이 설정되어 있다. 이 결과, 직교 변환 계수의 고주파 성분의 양자화 정밀도는 낮다. 한편, 도 4(b)에 나타내는 논ㆍ인트라 부호화용 디폴트 매트릭스에서는, 모든 요소가 같은 값이며, 가중치 부여의 정도에 차는 없다. 따라서, 직교 변환 계수의 고주파 성분의 양자화 정밀도는 동일하다. 바꿔 말하면, 인트라 부호화용 매트릭스는, 저주파 성분에 상대적으로 많은 비트량이 할당되는 주파수 비트 할당 특성으로 되어 있는데 대하여, 논ㆍ인트라 부호화용 매트릭스는, 각 주파수 성분에 균등하게 비트량이 할당되는 주파수 비트 할당 특성으로 되어 있다.
종래에는, 상술한 예와는 상이한 양자화 매트릭스도 이용되고 있었다(도 5(a) 및 (b)). 도 5(a) 및 (b)에 나타내는 매트릭스는 MPEG－2의 규격화 단계의 테스트 모델로 이용되어, 「TM5의 양자화 매트릭스」라고 부르고 있다. 도 5(a) 및 (b)로부터 분명하듯이, 어느 쪽의 매트릭스라도, 고주파 성분의 양자화 정밀도를 낮게 하도록 계수값이 가중치 부여되어 있는 것이다. 이 때문에, 저주파 성분에 할당되는 비트량은 상대적으로 많아진다.
논ㆍ인트라 부호화시의 양자화 스케일이 같게 하면, 고주파 성분에 관하여, TM5의 양자화 매트릭스를 이용한 양자화값은, MPEG－2의 디폴트 매트릭스를 이용한 양자화값보다 작아진다. 따라서 발생 부호량을 억제할 수 있다. 이는, 전자 쪽이 고주파 성분의 정보가 보다 많이 삭감되고 있기 때문이다.
또, MPEG－2 규격에서는, 2개의 타입의 양자화 스케일이 규정되어 있다. 도 2는 양자화 스케일의 할당 표를 나타낸다. 왼쪽 난의 양자화 스케일 코드(quantiser_scale_code) 1∼31의 각각에 대하여, 타입 0(qscale_type＝0) 및 타입 1(qscale_type＝1)이 규정되어 있으며, 어느 한쪽의 값이 양자화 스케일로서 할당된다.
레이트 제어부(111)는, 목표 비트 레이트 및 부호화 화상 데이터의 발생 부호량에 근거하여 양자화 스케일의 값을 결정한다. 양자화 스케일이 동일하면, 주파수 성분의 양자화 정밀도의 조도(粗度), 즉, 주파수 공간 내에서의 비트 할당 특성은 양자화 매트릭스의 계수값의 대소에 따라 결정된다.
상술한 설명으로부터 분명하듯이, 양자화 매트릭스 및 양자화 스케일은 양자화값에 크게 영향을 미친다. 예컨대, 특허 문헌 1은, 양자화 스케일에 근거하여 화면 단위로 양자화 매트릭스를 갱신하는 기술을 개시하고 있다.
(특허 문헌 1) 일본 공개 특허 공보 제 2001－78194 호
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그러나, 상술한 바와 같은 가중치 부여의 경사, 즉, 양자화 매트릭스의 요소 사이의 변화의 정도가 비교적 완만한 양자화 매트릭스를 택일적으로 이용하면, 여러 가지의 문제가 발생한다.
예컨대, 상술한 양자화 매트릭스를 이용하면, 소정의 해상도의 화상에 대하여 낮은 목표 비트 레이트로 압축 부호화했을 때에 블록 노이즈 등이 발생하여, 화질이 열화한다. 시각에 대한 영향이 큰 저주파 성분의 정보량까지도 떨어뜨려지기 때문이다. 보다 자세하게는, 양자화 매트릭스만으로는 고주파 성분의 정보량을 충분히 떨어뜨릴 수 없으므로, 양자화 스케일을 크게 하여 정보량을 더 떨어뜨릴 필요가 있다. 그러나 양자화 스케일이 커지면 저주파 성분의 정보량도 떨어진다.
한편, 상술한 양자화 매트릭스를 이용하여 높은 목표 비트 레이트로 압축 부호화했을 때에도, 화질이 열화한다. 그 이유는, 양자화 스케일이 1만 변화되었을 때에 발생하는 화질 변동이 크고, 이 화질 변동이 화질 열화로서 나타나기 때문이다. 목표 비트 레이트가 높으면, 레이트 제어의 결과, 양자화 스케일을 작은 값으로 추이시키는 경우가 많아지며, 양자화 스케일이 1만 변화된 경우라도 주파수 공간 내에서의 할당 비트량이 크게 변화해 버리기 때문이다.
본 발명의 목적은, 부호화의 목표 비트 레이트의 고저에 관계없이, 항상 양호한 화질을 유지하는 장치 등을 제공하는 것에 있다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
본 발명에 의한 부호화 장치는, 동화상을 표시하기 위한 화상 데이터를, 소정의 단위로 복수의 주파수 성분의 계수로 변환하는 변환부와, 상기 동화상의 해상도 및 미리 지정된 부호화의 목표 비트 레이트에 근거하여, 주파수 비트 할당 특성을 규정하기 위한 매트릭스를 결정하는 결정부와, 결정된 매트릭스에 근거하여 상기 계수의 각각을 양자화하고, 양자화값을 생성하는 양자화부와, 상기 양자화값을 부호화하여, 상기 동화상의 부호화 데이터를 생성하는 부호화부를 구비하고 있다.
상기 양자화부는, 복수 종류의 매트릭스를 유지하고 있으며, 상기 결정부는, 상기 복수 종류의 매트릭스 중, 상기 양자화 처리에 사용하는 매트릭스를 결정하더라도 좋다.
상기 양자화부는, 상기 복수 종류의 매트릭스에 각각 대응하는 회로를 갖고 있으며, 상기 결정부는, 상기 양자화부에 대하여, 상기 양자화 처리에 사용하는 매트릭스에 대응하는 회로로 신호 경로를 전환하게 하더라도 좋다.
상기 결정부는, 해상도 및 목표 비트 레이트에 관한 복수 종류의 그룹과, 상기 복수 종류의 매트릭스와의 대응 관계를 규정한 조건 테이블을 유지하고 있으며, 상기 동화상의 해상도 및 미리 지정된 부호화의 목표 비트 레이트에 근거해 상기 조건 테이블을 참조하여, 대응하는 매트릭스를 결정하더라도 좋다.
상기 결정부는, 특정한 수치 및 특정한 수치 범위 중 적어도 한쪽을 상기 목표 비트 레이트로서 규정한 조건 테이블을 유지하더라도 좋다.
상기 양자화부는, 상이한 2개의 목표 비트 레이트에 각각 대응지어진 2종류의 매트릭스를 유지하고 있으며, 상기 결정부는, 지정된 목표 비트 레이트가 상기 2개의 목표 비트 레이트와는 상이할 때는, 적어도 상기 지정된 목표 비트 레이트, 및 상기 2종류의 매트릭스에 근거해서 연산을 행하여, 상기 양자화 처리에 사용하는 매트릭스를 산출하더라도 좋다.
상기 양자화부는, 특정한 목표 비트 레이트에 대응지어진 하나의 매트릭스를 유지하고 있으며, 상기 결정부는, 미리 단위 비트 레이트당 단계값을 유지하고 있으며, 지정된 목표 비트 레이트가 상기 특정한 목표 비트 레이트와는 상이할 때는, 적어도 상기 지정된 목표 비트 레이트, 상기 단계값, 및 상기 하나의 매트릭스에 근거해서 연산을 행하여, 상기 양자화 처리에 사용하는 매트릭스를 산출하더라도 좋다.
본 발명에 의한 동화상 기록 시스템은, 동화상의 영상 신호를 수신하여, 상기 동화상을 표시하기 위한 화상 데이터를 출력하는 영상 신호 수신부와, 상기 화상 데이터에 근거하여 상기 동화상의 부호화 데이터를 출력하는 부호화 장치와, 상기 부호화 데이터를 기록 매체에 기입하는 기록부를 갖고 있다. 상기 부호화 장치는, 상기 화상 데이터를, 소정의 단위로 복수의 주파수 성분의 계수로 변환하는 변환부와, 상기 동화상의 해상도 및 미리 지정된 부호화의 목표 비트 레이트에 근거하여, 주파수 비트 할당 특성을 규정하기 위한 매트릭스를 결정하는 결정부와, 결정된 매트릭스에 근거하여 상기 계수의 각각을 양자화하고, 양자화값을 생성하는 양자화부와, 상기 양자화값을 부호화하여, 상기 동화상의 부호화 데이터를 생성하는 부호화부를 구비하고 있다.
본 발명에 의한 컴퓨터 프로그램은, 동화상의 부호화 데이터를 출력하기 위한 데이터 처리 장치 또는 시스템에서 실행된다. 상기 컴퓨터 프로그램은, 상기 컴퓨터 프로그램을 실행한 상기 데이터 처리 장치에, 상기 동화상을 표시하기 위한 화상 데이터를, 소정의 단위로 복수의 주파수 성분의 계수로 변환하는 단계와, 상기 동화상의 해상도 및 미리 지정된 부호화의 목표 비트 레이트에 근거하여, 주파수 비트 할당 특성을 규정하기 위한 매트릭스를 결정하는 단계와, 결정된 매트릭스에 근거하여 상기 계수의 각각을 양자화하고, 양자화값을 생성하는 단계와, 상기 양자화값을 부호화하여, 상기 동화상의 부호화 데이터를 생성하는 단계를 실행시킨다.
(발명의 효과)
본 발명의 부호화 장치에 의하면, 압축 부호화에서의 목표 비트 레이트와 해상도의 정보에 근거하여 주파수 공간 내에서의 비트 할당 특성을 결정하여, 목표로 하는 화질마다 적합한 양자화 특성을 이용하여 양자화한다. 이에 따라, 항상 양호한 화질을 유지할 수 있다.
구체적으로는, 소정의 해상도의 동화상에 대하여 비교적 낮은 목표 비트 레이트로 압축 부호화할 때에는, 저주파 성분에 상대적으로 많은 비트량이 할당된다. 이에 따라, 블록 노이즈 등의 현저한 화질 열화를 막을 수 있다. 또한, 소정의 해상도의 화상에 대하여 비교적 높은 목표 비트 레이트로 압축 부호화할 때에는, 양자화 스케일의 변화에 대하여 할당 비트량의 변화폭을 작게 한다. 이에 따라, 세세한 비트 할당 제어가 가능해지며, 화질 변동을 억제할 수 있다.
도 1은 종래의 동화상 부호화 장치(100)의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 양자화 스케일의 할당 표를 나타내는 도면,
도 3은 실시예 1에 의한 레코더(200)의 구성을 나타내는 도면,
도 4는 MPEG－2 규격의 매트릭스군을 나타내는 도면,
도 5는 테스트 모델의 매트릭스군을 나타내는 도면,
도 6은 도 4에 나타내는 매트릭스군의 약 절반의 요소값을 갖는 매트릭스군을 나타내는 도면,
도 7은 복수의 부호화 조건의 예를 나타내는 도면,
도 8은 목표 비트 레이트 및 동화상의 해상도가 상이할 때의 부호화 조건을 나타내는 도면,
도 9는 부호화 장치(210)에서의 부호화 처리의 순서를 나타내는 흐름도,
도 10은 미리 유지된 2개의 양자화 매트릭스 A 및 B를 이용하여, 양자화 매트릭스 C를 생성하는 방법을 나타내는 개념도,
도 11은 실시예 2에 의한 부호화 장치(300)의 구성을 나타내는 도면,
도 12는 실시예 2에 의한 복수의 부호화 조건의 예를 나타내는 도면,
도 13은 TM5의 양자화 매트릭스(도 5)보다 더 가중치 부여의 경사가 큰 양자화 특성을 갖는 양자화 매트릭스를 나타내는 도면,
도 14는 결정부(312)에서 실행되는, 양자화 매트릭스를 전환하기 위한 제어순서의 예를 나타내는 흐름도,
도 15는 실시예 3에 의한 레코더(250)의 구성을 나타내는 도면,
도 16은 부호화 장치(400)의 구성을 나타내는 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 종래의 동화상의 부호화 장치 101 : 입력 화상 메모리
102 : 감산부 103 : 직교 변환부
104 : 양자화부 105 : 가변 길이 부호화부
106 : 역 양자화부 107 : 역 직교 변환부
108 : 가산부 109 : 참조 화상 메모리
110 : 움직임 검출／움직임 보상부 111 : 레이트 제어부
200 : 레코더 204 : 양자화부
205 : 영상 신호 수신부
210 : 실시예 1에 의한 동화상의 부호화 장치
211 : 레이트 제어부
212, 312, 412 : 주파수 비트 할당 특성 결정부
215－1, 215－2 : 기록부
300 : 실시예 2에 의한 동화상의 부호화 장치
400 : 실시예 3에 의한 동화상의 부호화 장치
413 : 해상도 변환부
500 : 실시예 3에 의한 동화상의 복호화 장치
이하, 첨부한 도면을 참조하면서, 본 발명에 의한 데이터 처리 장치의 실시예를 설명한다. 이하의 설명에서는, 데이터 처리 장치는 동화상을 녹화하기 위한 레코더, 및／또는, 레코더에 포함되는 동화상을 압축 부호화하는 부호화 장치라고 한다.
(실시예 1)
도 3은 본 실시예에 의한 레코더(200)의 구성을 나타낸다. 레코더(200)는, 예컨대, 텔레비전 방송 신호를 수신하여 하드디스크나 광디스크에 녹화하는 프로그램의 녹화기로서 실현되고, 또는, 사용자가 피사체의 영상／음성을 하드디스크나 광디스크에 기록하는 캠코더로서 실현된다.
레코더(200)는, 영상 신호 수신부(205)와, 부호화 장치(210)와, 기록부(215－1, 215－2)를 갖고 있다. 영상 신호 수신부(205)는, 텔레비전 방송의 아날로그 신호를 수신하여, 그 신호를 디지털 신호(디지털 데이터)로 변환하여 출력하는 튜너이다. 또는, 영상 신호 수신부(205)는, 피사체의 영상을 디지털 데이터로서 출력하는 CCD 소자이다.
부호화 장치(210)는, 동화상의 디지털 데이터를 압축 부호화하여, 부호화 화 상 데이터를 생성한다. 부호화 장치(210)는, 예컨대, 하나의 기판상에 실장되어 인코더 보드로서 실현된다.
기록부(215－1)는, 예컨대, 하드디스크 드라이브이다. 또한, 기록부(215－2)는, 예컨대, 광디스크 드라이브이다. 하드디스크 드라이브 및 광디스크 드라이브는, 각각, 하드디스크 및 광디스크에, 부호화된 화상 데이터(영상 데이터 스트림)를 기입하고, 기입된 그 데이터를 판독할 수 있다. 또, 도면을 간단하게 하기 위해, 기록부(215－2)는 광디스크로서 표시되고 있다.
부호화 장치(210)는 1개의 하우징으로서 실현할 수도 있다. 이때는, 레코더(200)는, 예컨대, 튜너로서의 영상 신호 수신부(205), 부호화 장치(210) 및 기록 장치(215－1／215－2)로 구성되는 기록 시스템으로서 파악할 수 있다.
다음으로, 부호화 장치(210)를 상세히 설명한다. 부호화 장치(210)는, 입력 화상 메모리(101)와, 감산부(102)와, 직교 변환부(103)와, 양자화부(204)와, 가변 길이 부호화부(105)와, 역 양자화부(106)와, 역 직교 변환부(107)와, 가산부(108)와, 참조 화상 메모리(109)와, 움직임 검출／움직임 보상부(110)와, 레이트 제어부(211)와, 주파수 비트 할당 특성 결정부(212)를 구비하고 있다.
부호화 장치(210)는, 동화상을 구성하는 화상(픽쳐(picture))의 데이터를, 2개의 부호화 방법 중 어느 하나에 의해 압축 부호화한다. 즉, 화면 내(인트라) 부호화, 및, 화면간 예측(인터 또는 논ㆍ인트라) 부호화이다. 이하에 부호화 장치(210)의 기능을 개략적으로 설명한다.
우선 부호화 장치(210)는, 입력 화상 메모리(101)에서 수신한 화상 데이터 를, 직교 변환부(103)에서 주파수 성분의 계수로 변환한다. 그리고, 주파수 비트 할당 특성 결정부(212)(이하 「결정부(212)」라고 기술함)는, 동화상의 해상도 및 미리 지정된 부호화의 목표 비트 레이트에 근거하여, 부호화 처리에 이용하는 양자화 매트릭스를 결정한다.
양자화부(204)는, 결정된 매트릭스에 근거하여 주파수 성분의 계수의 각각을 양자화하여, 양자화값을 생성한다. 그리고 가변 길이 부호화부(105)는 그 양자화값을 부호화하여, 동화상의 부호화 데이터를 생성하여 출력한다.
이하, 부호화 장치(210)의 각 구성 요소를 설명한다.
입력 화상 메모리(101)는, 입력된 각 픽쳐의 화상 데이터를 부호화시까지 저장해 놓기 위한 메모리이다. 입력 화상 메모리(101)는, 부호화 순서의 변경에 의한 화상 데이터의 출력 지연에 대하여 충분한 기억 용량을 갖는다. 입력된 각 픽쳐의 화상 데이터는 부호화시에 복수의 블록으로 분할되어, 블록 단위로 부호화된다. 입력 화상 메모리(101)는, 블록 단위로 화상 데이터를 출력할 수 있다.
또 MPEG 규격에서는, 16화소×16화소의 집합을 매크로 블록이라 부른다. 그리고, 그보다 작은 단위의 블록(예컨대, 8화소×8화소의 집합)을 서브매크로 블록이라 부른다. 단, 부호화의 처리에 따라 단위가 변하므로, 이하에서는, 매크로 블록 및 서브매크로 블록을 총칭하여 「블록」이라 부르는 것으로 한다.
감산부(102)는, 입력 화상 메모리(101)로부터 출력된 블록 단위의 입력 화상 데이터를 정 입력 단자에 입력한다. 움직임 보상 예측을 행하지 않는 인트라 부호화의 경우는, 정 입력 단자로부터 입력된 입력 화상 데이터를 그대로 출력한다. 한편, 움직임 보상 예측을 행하는 논ㆍ인트라 부호화의 경우는, 움직임 검출／움직임 보상부(110)로부터 출력된 블록 단위의 움직임 보상 화상 데이터를 부 입력 단자에 입력하여 감산을 행하여, 감산 결과로서 블록 단위의 예측 오차 화상 데이터를 출력한다.
직교 변환부(103)는, 감산부(102)로부터 출력된 블록 단위의 화상 데이터를, 직교 변환하여 주파수 성분으로 변환한다. 직교 변환으로서, 예컨대, 이산 코사인 변환이 알려져 있다.
레이트 제어부(211)는, 압축 부호화에서의 목표 비트 레이트, 가변 길이 부호화부(105)에서 생성되기 전에 처리된 부호화 화상 데이터의 발생 부호량, 및 결정부(212)에서 결정된 양자화 매트릭스의 정보에 근거하여, 양자화부(204)에서 사용하는 양자화 스케일을 결정한다. 양자화 스케일 타입은 일반적으로 고정되어 있지만, 고정되어 있지 않더라도 좋다. 결정된 양자화 스케일은, 도 2의 테이블을 참조하여 양자화 스케일 코드(quantiser_scale_code)에 대응지어진다. 이 양자화 스케일 코드는, 후술하는 가변 길이 부호화부(105)에서 부호화된다.
또, 목표 비트 레이트는, 예컨대, 사용자에 의해 녹화 개시 전에 직접 설정된다. 또는, 사용자에 의해 목표 비트 레이트와 대응지어진 녹화 모드가 선택되는 것에 의해 설정된다. 목표 비트 레이트는 압축 부호화의 부호화 조건이다.
결정부(212)는, 목표 비트 레이트와 화상의 해상도에 근거하여 주파수 공간 내에서의 비트 할당 특성을 구하여, 양자화부(204)에서 사용하는 양자화 매트릭스를 결정한다. 양자화 매트릭스는 미리 복수로 준비되어 있다. 예컨대, 도 4 내지 도 6의 각 (a) 및 (b)에는, 결정부(212)에 의해 결정되는 복수의 양자화 매트릭스의 예가 표시되고 있다. 바꿔 말하면, 결정부(212)는 이들 매트릭스 중에서, 적절한 양자화 매트릭스를 선택한다. 결정부(212)에 의해 행해지는 처리의 상세한 바는 후술한다.
도 4 내지 도 6에 나타내는 매트릭스군을 설명한다. 도 4는 MPEG－2 규격의 매트릭스군을 나타낸다. 도 5는 테스트 모델의 매트릭스군을 나타낸다. 도 6은 도 4에 나타내는 매트릭스군의 약 절반의 요소값을 갖는 매트릭스군을 나타낸다. 각 도면의 (a) 및 (b)로서 나타내는 각 매트릭스는, 각각 인트라 부호화시 및 논ㆍ인트라 부호화에 이용된다. 도 6(a)에 나타내는 매트릭스의 요소값은, (1, 1) 성분을 제외하고, 도 4(a)에 나타내는 매트릭스의 요소값의 약 1／2이다. 또한, 도 6(b)에 나타내는 매트릭스의 요소값은, 도 4(b)에 나타내는 매트릭스의 요소값의 1／2이다.
상술한 도 4로부터 도 6의 각 (a) 및 (b)로서 나타내는 각 매트릭스는, 결정부(212) 내, 양자화부(204) 내 또는 도시하지 않는 ROM 또는 RAM 내에 매트릭스 데이터로서 유지되더라도 좋다. 또는, 양자화부(204) 내에 하드웨어 회로로서 실장되어 있더라도 좋다. 후자에서는, 결정부(212)는 어떤 하드웨어 회로를 이용할지를 결정하여, 양자화 처리가 그 하드웨어 회로를 이용하여 행해지도록 신호 경로를 전환하는 지시를 보내도록 기능하면 좋다. 또, 후술하는 방법에 의해, 양자화 매트릭스를 실시간으로 계산할 수도 있다.
다시 도 3을 참조한다.
양자화부(204)는, 결정부(212)에서 결정된 양자화 매트릭스의 각 요소값에, 레이트 제어부(211)에서 결정된 양자화 스케일을 곱하여 양자화 파라미터를 산출한다. 양자화 파라미터도 또한, 매트릭스로서 얻을 수 있다. 그리고 양자화부(204)는, 직교 변환부(103)로부터 출력된 직교 변환 계수의 각 주파수 성분의 값을, 대응하는 양자화 파라미터(대응하는 매트릭스의 요소값)로 양자화하여, 그 결과를 양자화값으로서 출력한다. 이 양자화 처리는, 주로 직교 변환 계수를 양자화 파라미터로 제산함으로써 행해진다.
가변 길이 부호화부(105)는, 양자화부(204)로부터 출력된 양자화값을 가변 길이 부호화하여, 부호화 화상 데이터를 출력한다. 논ㆍ인트라 부호화의 경우에는, 가변 길이 부호화부(105)는 또한 움직임 검출／움직임 보상부(110)에서 요구된 움직임 벡터 등의 정보와 함께 양자화값을 가변 길이 부호화하여, 부호화 화상 데이터를 출력한다.
역 양자화부(106)는, 양자화부(204)로부터 출력된 양자화값을, 역 양자화하여 직교 변환 계수를 생성한다. 이때 역 양자화에 있어서는, 양자화부(204)에서 사용한 양자화 파라미터와 같은 양자화 파라미터가 이용된다.
역 직교 변환부(107)는, 역 양자화부(106)로부터 출력된 직교 변환 계수를 역 직교 변환하여 복호화 화상 데이터를 생성한다. 이때, 감산부(102)에서 인트라 부호화가 선택된 경우는, 역 직교 변환부(107)는, 블록 단위의 입력 화상 데이터에 대한 복호화 화상을 생성한다. 한편, 감산부(102)에서 논ㆍ인트라 부호화가 선택된 경우는, 역 직교 변환부(107)는, 블록 단위의 예측 오차 화상 데이터에 대한 복 호화 화상을 생성한다.
가산부(108)는, 예측 오차 화상 데이터의 복호화 화상과, 움직임 검출／움직임 보상부(110)로부터 출력된 블록 단위의 움직임 보상 화상 데이터를 가산하여, 최종적인 복호화 화상 데이터를 생성한다.
참조 화상 메모리(109)는, 부호화시에 사용되는 참조 화상 데이터를 저장하여 유지해 놓기 위한 기억 용량을 갖고 있다. 참조 화상 메모리(109)는, 인트라 부호화시에는 역 직교 변환부(107)에서 생성된 블록 단위의 복호화 화상 데이터를 그대로 저장한다. 한편 참조 화상 메모리(109)는, 논ㆍ인트라 부호화시에는 가산부(108)에서 생성된 블록 단위의 복호화 화상 데이터를 저장한다. 참조 화상 메모리(109)에 저장된 복호화 화상 데이터는, 이후의 입력 화상에 대하여, 움직임 보상에 의한 화면간 예측 부호화를 행할 때의 참조 화상으로서 이용된다.
움직임 검출부／움직임 보상부(110)는, 입력 화상 메모리(101)로부터 출력된 블록 단위의 입력 화상 데이터에 대하여, 참조 화상 메모리(109)에 저장되어 있는 참조 화상 데이터의 지정된 범위로부터 유사한 블록 영역을 검출하여, 그 이동량에 상당하는 움직임 벡터를 결정한다. 또한, 참조 화상 메모리(109)에 저장되어 있는 화면간 예측 부호화용 참조 화상으로부터, 움직임 검출에 의해 결정된 움직임 벡터를 이용하여, 블록 단위의 움직임 보상 화상 데이터를 생성한다.
다음으로, 결정부(212)의 처리를 상세히 설명한다.
결정부(212)에 입력되는 목표 비트 레이트와 해상도는 모두 레코더(200)에서 이용되는 부호화 조건으로서, 사용자로부터 지정되는 파라미터이다. 도 7은 복수 의 부호화 조건의 예를 나타낸다. 목표 비트 레이트와 해상도에 따라, 부호화 조건 (1)∼(3)의 어느 조건에 해당하는지가 결정되어, 그에 따라, 채용해야할 양자화 매트릭스가 결정된다. 또, 도 7에서는, 채용되는 양자화 매트릭스가 도면 번호에 의해 표시되고 있지만, 이는 설명의 편의를 위한 것이다. 실제의 처리에서는, 대응하는 도면 번호의 양자화 매트릭스가 채용되는 구성으로 되어 있으면 좋고, 실제로 도 7에 나타내는 테이블이 저장되어 있지 않더라도 좋다. 후술하는 도 8, 도 12에 대해서도 마찬가지이다.
또, 인트라 부호화 및 논ㆍ인트라 부호화 중 어느 부호화를 행할지에 따라, 결정부(212)는 각 도의 (a) 또는 (b)의 어느 쪽을 선택할지를 결정한다. 예컨대, 인트라 부호화 처리가 행해진다고 하면, 결정부(212)는, 부호화 조건 (1)∼(3) 중 어디에 해당하는지를 특정하고, 그 후, 도 4, 도 5 및 도 6의 각 (a) 중에서 하나의 매트릭스를 선택한다.
도 7에 나타내는 예에서는, 목표 비트 레이트에 따라 부호화 조건 (1)∼(3) 중의 하나가 특정된다. 해상도는 모두 「720×480」의 표준 해상도(Standard Definition; SD)로 고정되어 있다.
부호화 조건(1)은, 해상도 「720×480」에 대하여 목표 비트 레이트는 8Mbps이며, 비교적 높다. MPEG－2 규격의 디폴트 매트릭스(도 4)를 그대로 이용하면 레이트 제어에 의해 결정되는 양자화 스케일이 비교적 작은 값으로 추이하는 경우가 많으므로, 계수값이 작은 양자화 매트릭스(도 6)를 사용한다. 이에 따라, 양자화 스케일의 값이 입력 화상에 따라 크게 변동하더라도 그 변화에 대한 세세한 비트 할당 제어가 가능하게 되어, 화질 변동을 억제할 수 있다.
부호화 조건 (2)는, 「720×480」에 대하여 목표 비트 레이트가 부호화 조건 (1)보다 낮은 4Mbps이다. 이 조건은 MPEG－2의 압축 방식에서 표준적인 부호화 조건이므로, MPEG－2 규격의 디폴트 매트릭스(도 4)를 사용한다.
부호화 조건 (3)은 「720×480」에 대하여 목표 비트 레이트는 2Mbps이며, 비교적 낮다. 일반적으로는, 목표 비트 레이트에 적합시키기 위해 양자화 스케일이 비교적 크게 설정되어, 블록 노이즈가 현저해지는 경향이 있다. 그래서 이 조건에 해당할 때에는, 고주파 성분에 대한 계수값이 큰 양자화 매트릭스(도 5)를 사용한다. 이에 따라, 양자화 스케일을 비교적 작게 하여 저주파 성분(특히 직류 성분)의 재현성을 높일 수 있다. 즉, 블록 노이즈를 저감할 수 있다.
여기서, 부호화 조건의 특징을 설명한다. 부호화 조건 (1)∼(3)에서, 압축 부호화 후의 데이터 사이즈가 같다고 하면, 목표 비트 레이트의 비에 근거하여 입력된 동화상의 시퀀스의 길이는 1 : 2 : 4가 된다. 바꿔 말하면, 부호화 조건 (1)은 데이터 사이즈보다 화질을 우선하는 용도에 적합하며, 부호화 조건 (3)은 화질보다 데이터 사이즈를 우선하는 용도에 적합하다. 이 때문에 부호화 조건 (1)은 「파인 모드(화질 우선 모드)」, 부호화 조건 (2)는 「노멀 모드(표준 모드)」, 부호화 조건 (3)은 「이코노미 모드(용량 우선 모드)」와 같이, 기록 모드의 차이로서 규정할 수도 있다.
도 7에 나타내는 양자화 매트릭스의 결정 방법에 의하면, 해상도가 동일하더라도 용도에 따라 상이한 양자화 매트릭스를 채용할 수 있다. 즉, 고화질이 요구 되는 용도에 있어서는, 양자화 스케일의 변화에 대하여 할당 비트량의 변화폭이 작아지는 양자화 매트릭스를 선택함으로써, 화질 변동에 기인하는 화질 열화를 억제할 수 있다. 한편, 데이터 사이즈가 우선되는 용도에 있어서는, 저주파 성분에 상대적으로 많은 비트량이 할당되는 양자화 매트릭스를 선택함으로써, 블록 노이즈 등의 현저한 화질 열화를 억제하여 안정한 화질을 얻을 수 있다. 따라서, 양호한 비트 할당 특성을 갖는 부호화 장치(210)를 제공할 수 있다.
또, 도 7의 예에서는, 목표 비트 레이트로서 복수의 특정한 수치(8.0Mbps, 4.0Mbps 및 2.0Mbps)를 들었지만, 복수의 수치 범위를 이용하더라도 좋다. 예컨대, 8.0Mbps 대신에 6.0∼10.0Mbps, 4.0Mbps 대신에 4.0∼6.0Mbps, 2.0Mbps 대신에 2.0∼4.0Mbps 등과 같이 하더라도 좋다. 그리고, 사용자로부터 지정된 목표 비트 레이트가 속하는 범위에 대응시켜, 부호화 조건을 정하더라도 좋다.
이와 같이 복수의 기록 모드를 갖는 시스템에서는, 각 기록 모드에 따라 요구되는 화질이 상이해지므로, 부호화 노이즈나 화질 변동에 기인하는 화질 열화를 고려하면서 주파수 공간의 비트 할당 특성을 결정할 필요가 있다. 본 실시예에서는, 사용자가 지정하는 기록 모드에 의해 부호화 조건(목표 비트 레이트 및 해상도)이 결정되는데, 즉, 부호화의 어려움에 관한 지표인 압축 이율이 결정되므로, 압축률의 정보를 이용하는 것은 고화질의 실현에 유효하다고 할 수 있다.
도 7에 나타내는 예에서는, 목표 비트 레이트는 상이하지만, 동화상의 해상도가 같을 때의 부호화 조건을 나타냈다. 그러나, 동화상의 해상도가 상이하더라도 좋다.
예컨대, 도 8은, 목표 비트 레이트 및 동화상의 해상도가 상이할 때의 부호화 조건을 나타낸다. 도 8에 나타내는 양자화 매트릭스의 결정 방법에 의하면, 해상도가 「720×480」 이외이더라도 대응할 수 있다.
도 8의 테이블에서, 부호화 조건 (4)∼(6)은 도 7의 부호화 조건 (1)∼(3)과 동일하다. 부호화 조건 (1)∼(3)은 해상도가 「1920×1080」인 영상, 즉, 고품질(High Definition; HD)의 영상에 관하여, 목표 비트 레이트에 따른 양자화 매트릭스를 정하고 있다.
도 8에 나타내는 주파수 비트 할당 특성에 의하면, 앞서의 예와 마찬가지로, 목표 비트 레이트가 높을수록 양자화 스케일의 변화에 대하여 할당 비트량의 변화폭이 작아지며, 목표 비트 레이트가 낮을수록 저주파 성분에 상대적으로 많은 비트량이 할당된다. 또한, 부호화 조건 (7) 및 (8)은 해상도 「352×480」이 지정된 경우, 예컨대 「720×480」을 수평 방향으로 다운 샘플링하고 나서 압축 부호화하는 경우에 상당하고, 이 경우도 마찬가지로 목표 비트 레이트에 따라 주파수 비트 할당 특성이 결정된다.
다음으로, 부호화 장치(210)의 처리 순서를 설명한다. 임의의 픽쳐에 대하여 인트라 부호화 처리를 행할 때의 처리를 예로 든다.
도 9는 부호화 장치(210)에서의 부호화 처리의 순서를 나타낸다. 단계 S91에서, 부호화 장치(210)는 동화상 데이터를 수신하여, 입력 화상 메모리(101)에 저장한다. 다음 단계 S92에서, 입력 화상 메모리(101)는 픽쳐의 일부(블록)마다의 화상 데이터를 출력한다. 단계 S93에서, 직교 변환부(103)는, 그 블록의 화상 데 이터(화소값)를 직교 변환하여 직교 변환 계수를 생성한다.
다음으로, 단계 S94에서, 결정부(212)는, 동화상의 해상도 및 미리 지정된 목표 비트 레이트에 근거하여 양자화 매트릭스를 결정한다. 그리고 단계 S95에서, 양자화부(204)는 결정된 매트릭스에 근거하여 계수의 각각을 양자화하여, 양자화값을 생성한다. 단계 S96에서, 가변 길이 부호화부(105)는, 양자화값을 압축 부호화하여 부호화 데이터를 생성한다. 생성된 부호화 데이터는 기록부(215－1／215－2)에 출력된다.
그리고 단계 S97에서, 그 픽쳐의 모든 블록을 부호화했는지 여부가 판정된다. 모든 블록을 부호화하지 않을 때는 단계 S92로부터의 처리를 계속하고, 부호화가 완료했을 때에는 처리는 종료한다.
도 9를 참조하면서 부호화 장치(210)의 처리 순서를 설명했지만, 레코더(200)의 처리 순서는, 도 9에 대하여 처리 단계를 추가함으로써 용이하게 실현된다. 구체적으로는, 우선 단계 S91의 앞에 영상 신호를 수신하는 단계를 추가한다. 다음으로, 단계 S96의 뒤에 부호화 데이터를 기록부(215－1／215－2)에 기입하는 단계를 추가한다. 그리고, 단계 S97로부터 "예"로 진행한 후에, 모든 동화상 데이터의 부호화가 완료할 때까지 처리를 종료하지 않도록, 처리를 루프시키는 단계를 추가하면 좋다.
또, 단계 S94의 처리는 블록 단위로 실행하고 있지만, 이것에 한정되지 않고, 픽쳐 단위로 실행하더라도 좋고, 녹화 개시시에 한번만 실행하더라도 좋다.
또, 본 실시예에서는, 부호화 조건을 나타내는 목표 비트 레이트와 해상도의 몇몇의 조합에 대하여 설명했지만, 그 밖의 조합에 대해서도 여러 가지의 양자화 매트릭스를 대응지어 결정하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에서는, 부호화 조건을 나타내는 목표 비트 레이트와 해상도의 조합에 대하여 양자화 매트릭스를 대응짓고 있지만, 목표 비트 레이트 혹은 해상도 중 어느 하나만을 이용하여 양자화 매트릭스를 결정하도록 하더라도 좋다.
본 실시예에서는, 부호화 조건을 나타내는 목표 비트 레이트와 해상도의 조합에 대하여, 도 7 및 도 8에 규정하는 테이블을 참조하여 양자화 매트릭스를 결정한다고 했다. 그러나, 목표 비트 레이트 혹은 해상도의 정보에 근거하여 양자화 매트릭스를 결정하는 한, 다른 방법을 채용하더라도 좋다.
본 실시예에서는, 미리 유지된 3개의 양자화 매트릭스(도 4∼도 6) 중의 하나를 부호화 처리에 적용하는 매트릭스로서 선택하여, 결정하고 있었다. 그러나, 결정부(212) 또는 양자화부(204)가 양자화 매트릭스를 하나 또는 두 개 유지하고, 그것들을 이용하여 다른 양자화 매트릭스를 실시간으로 생성하더라도 좋다.
이하, 도 10을 참조하면서, 양자화 매트릭스를 생성하는 처리를 설명한다. 이하의 처리는, 예컨대, 결정부(212)가 소프트웨어에 의해 실현할 수 있다. 또, 양자화 매트릭스가 양자화부(204)에서 유지되고 있을 때에는, 결정부(212)가 양자화부(204)로부터 그 양자화 매트릭스를 판독하여, 처리를 행하면 좋다.
도 10은 미리 유지된 2개의 양자화 매트릭스 A 및 B를 이용하여, 양자화 매트릭스 C를 생성하는 방법을 개념적으로 나타낸다. (a)에 나타내는 양자화 매트릭 스 A는, 목표 비트 레이트 RA, 동화상이 HD 품질일 때에 채용되는 것으로 한다. 또한, (b)에 나타내는 양자화 매트릭스 B는, 목표 비트 레이트 RB, 동화상이 HD 품질일 때에 채용되는 것으로 한다.
이하의 설명에서는, 목표 비트 레이트 RA는 부호화 장치(210)에서 처리 가능한 최저 비트 레이트, 목표 비트 레이트 RB는 최고 비트 레이트라고 한다. 단 이것은 예이며, 목표 비트 레이트 RA 및 RB는, 최고 비트 레이트와 최저 비트 레이트의 사이에 존재하면 좋다.
양자화 매트릭스 C의 (i, j) 요소를 cij 등으로 기술한다. 8화소×8화소의 매크로 블록 단위로 부호화를 행할 때는, i 및 j는 1부터 8까지의 자연수이다.
요소 cij는, 양자화 매트릭스 A 및 B의 대응하는 요소 aij 및 bij, 목표 비트 레이트 RA 및 RB의 함수로서 규정할 수 있다. 도 10(c)는 요소 cij를 구하기 위한 함수 F의 그래프를 나타내고 있다. 가로축은 목표 비트 레이트, 세로축은 요소의 값을 나타낸다.
예컨대, 함수 F는, 시점을 (RA, aij) 및 종점을 (RB, bij)로 하는 선분(일차 함수)으로서 규정된다. 그리고 사용자에 의해 지정된 목표 비트 레이트 RC에 근거하여, 요소 cij를 구할 수 있다. 또, 함수는 임의이며, 각 (i, j) 요소마다 임의로 정하더라도 좋다.
모든 i 및 j의 그룹에 대하여 요소 cij를 구함으로써, 양자화 매트릭스 C를 얻을 수 있다. 도 10(d)는 목표 비트 레이트 RC, 동화상이 HD 품질일 때에 채용되는 양자화 매트릭스 C를 나타낸다. 또, 양자화 매트릭스 C의 요소를 일괄하여 구할 필요는 없고, 양자화 처리시에 요소 하나씩 구하더라도 좋다.
상술한 처리에서는, 2개의 양자화 매트릭스 A 및 B를 유지할 필요가 있지만, 하나의 양자화 매트릭스만으로도 처리는 가능하다. 예컨대, 상술한 양자화 매트릭스 A와, 단위 비트 레이트당 요소값의 단계값(증가폭)을 규정하여, 예컨대, 결정부(212)가 미리 유지하고 있으면 좋다. 이에 따라 결정부(212)는, 목표 비트 레이트 RC가 지정되면, 목표 비트 레이트 RA로부터의 차에 따라 요소값을 증감시켜 양자화 매트릭스 C의 요소를 구할 수 있다.
(실시예 2)
도 11은 실시예 2에 의한 부호화 장치(300)의 구성을 나타낸다. 부호화 장치(300)는, 실시예 1에서 설명한 부호화 장치(210) 대신에, 도 3의 레코더(200)의 일부로서 실장될 수 있다.
이하, 부호화 장치(300)를 설명한다. 또, 부호화 장치(300)의 구성 요소 중, 실시예 1에 의한 부호화 장치(210)의 구성 요소와 기능이 공통하는 것에 대해서는 같은 참조 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.
부호화 장치(300)는, 입력 화상 메모리(101), 감산부(102), 직교 변환 부(103), 양자화부(204), 가변 길이 부호화부(105), 역 양자화부(106), 역 직교 변환부(107), 가산부(108), 참조 화상 메모리(109), 움직임 검출／움직임 보상부(110), 레이트 제어부(211), 주파수 비트 할당 특성 결정부(312)를 구비한다.
주파수 비트 할당 특성 결정부(312)(이하, 「결정부(312)」라 기술함)는, 압축 부호화의 부호화 조건으로서 지정된 목표 비트 레이트와 해상도에 근거하여 주파수 공간 내에서의 비트 할당 특성을 구하여, 양자화부(204)에서 사용하는 양자화 매트릭스를 결정한다. 또한 결정부(312)는, 레이트 제어부(211)에서 결정된 양자화 스케일의 정보에 근거하여 픽쳐 단위로 주파수 비트 할당 특성을 보정하여, 양자화 매트릭스를 변경한다.
이하, 결정부(312)를 상세히 설명한다.
도 12는 본 실시예에 의한 복수의 부호화 조건의 예를 나타낸다. 도 12에 표시되는 바와 같이, 압축 부호화의 목표 비트 레이트와 해상도의 조합에 대하여, 2종류의 양자화 매트릭스(타입 1 및 타입 2)가 설정되어 있다.
양자화 매트릭스(타입 1)는, 도 7의 테이블에서 정해지고 있는 양자화 매트릭스와 같은 주파수 비트 할당 특성을 갖는다. 부호화 개시시에는 이 양자화 매트릭스(타입 1)가 사용된다.
한편, 양자화 매트릭스(타입 2)는, 소정의 조건하에서 발생 부호량을 낮게 억제하기 위해 이용된다. 구체적으로는, 레이트 제어부(211)에서, 실제로 발생한 부호량으로부터 계산되는 실제 비트 레이트를 목표 비트 레이트로 억제할 수 없을 때, 또는, 블록 노이즈에 의한 화질 열화가 현저하다고 판단했을 때이다.
여기서 양자화 매트릭스의 전환예를 설명한다. 지금, 해상도 「720×480」으로 목표 비트 레이트로서 2Mbps가 지정되었다고 한다. 부호화 개시시는, 도 5에 나타내는 양자화 매트릭스가 사용된다. 이 양자화 매트릭스는, 가중치 부여의 경사, 즉, 양자화 매트릭스의 요소 사이의 변화의 정도가 비교적 완만하다.
그 후, 움직임이 빠른 동화상 등의 압축 부호화가 곤란한 입력 화상이 계속되어, 레이트 제어로 목표 비트 레이트로 억제할 수 없을 때, 또는, 양자화 후의 저주파 성분의 값이 소정의 임계값을 평균하여 하회할 때에는, 도 13에 나타내는 양자화 매트릭스를 채용한다. 도 13은 TM5의 양자화 매트릭스(도 5)보다 더 가중치 부여의 경사가 큰 양자화 특성을 갖는 양자화 매트릭스를 나타낸다. (a)는 인트라 부호화시에 이용되고, (b)는 논ㆍ인트라 부호화시에 이용된다. 이에 따라, 저주파 성분으로 할당되는 비트량이 상대적으로 많아져, 화질 열화를 억제할 수 있다.
도 14는 결정부(312)에서 실행되는, 양자화 매트릭스를 전환하기 위한 제어 순서의 예를 나타낸다. 처리의 개시시는, 양자화 매트릭스(타입 1)가 설정되어 있다. 부호화 개시 후는, 도 14에 나타내는 처리를 각 픽쳐의 부호화 전에 행한다.
우선 단계 S141에서, 결정부(312)는 양자화 스케일(Qscale)이 임계값(Qth1)보다 작은지 여부를 판단한다. 작을 때는 단계 S142로 진행하고, 작지 않을 때는 단계 S143으로 진행한다.
단계 S142에서, 결정부(312)는, 사용하는 양자화 매트릭스를 타입 1(양자화 매트릭스(타입 1))로 설정한다. 이때는, 소망하는 레이트 제어가 실현되고 있다.
한편, 단계 S143에서는, 결정부(312)는, 양자화 스케일(Qscale)이 임계값(Qth2) 이상인지 여부를 판단한다. 임계값(Qth2) 이상일 때는 단계 S144로 진행하고, 임계값(Qth2) 이상이 아닐 때는, 양자화 매트릭스의 변경에 대하여 히스테리시스(hysteresis)를 갖게 하기 위해, 직전의 픽쳐에서 이용하고 있었던 양자화 매트릭스를 그대로 이용한다. 그리고 처리는 종료한다.
단계 S144에서, 결정부(312)는, 사용하는 양자화 매트릭스를 타입 1(양자화 매트릭스(타입 2))로 설정한다. 이때는, 레이트 제어가 파탄할 가능성이 있는, 혹은 블록 노이즈가 현저한 것을 의미한다.
도 14의 설명으로부터 분명하듯이, 임계값 Qth1 및 Qth2는, 각각 양자화 매트릭스(타입 1)와 양자화 매트릭스(타입 2)를 전환하기 위한 값이다(Qth1≤Qth2로 함). 한편, Qscale은 레이트 제어부에서 픽쳐 단위로 결정되는 양자화 스케일이다.
상술한 처리와 같이, 레이트 제어로 결정되는 양자화 스케일이 큰 경우, 고주파 성분을 더 거칠게 양자화하는 양자화 매트릭스로 변경함으로써 양자화 스케일을 작게 할 수 있어, 블록 노이즈에 의한 화질 열화를 억제할 수 있다.
또, 본 실시예에서는, 부호화 개시시의 양자화 매트릭스(타입 1) 이외의 양자화 매트릭스로서 1종류의 양자화 매트릭스(타입 2)만을 설정하고 있지만, 2종류 이상의 양자화 매트릭스를 전환하더라도 괜찮다.
또한, 본 실시예에서는, 양자화 스케일을 임계값 처리하여 양자화 매트릭스의 변경에 관한 판정을 행하고 있지만, 판정 조건에 이용하는 정보는 레이트 제어 의 상태와 상관이 있는 정보라면 양자화 스케일이 아니더라도 좋다.
본 실시예에서는, 테이블을 참조함으로써, 다음 양자화 매트릭스를 결정하고 있지만, 레이트 제어의 상태를 나타내는 정보에 근거하여 양자화 매트릭스를 결정하는 방법이라면 다른 방법이라도 괜찮다.
(실시예 3)
도 15는 본 실시예에 의한 레코더(250)의 구성을 나타낸다. 레코더(250)는, 부호화 장치(400)와, 복호화 장치(500)와, 기록부(215－1／215－2)를 구비하고 있다.
레코더(250)는, 예컨대, HD 품질의 디지털 방송 프로그램의 부호화 화상 데이터가 기록부(215－1／215－2)에 축적되어 있을 때에 있어서, 그 부호화 화상 데이터를 SD 품질로 변환(다운 샘플링)하여 재압축 부호화할 때에 이용된다. 또는 레코더(250)는, 비교적 높은 비트 레이트로 압축 부호화된 부호화 화상 데이터를, 더빙을 위해 재압축 부호화할 때에 이용된다. 재압축 부호화에 있어서, 복호화 장치(500)는 부호화 화상 데이터를 일단 복호화하고, 부호화 장치(400)는 복호화된 화상 데이터를 재차 부호화한다. 또, 기록부(215－1／215－2)에 축적되어 있지 않은 부호화 화상 데이터를 이용하는 것도 가능하다.
도 15에서는, 레코더(250)는 하나의 기기로서 기재되어 있다. 그러나, 부호화 장치(400), 복호화 장치(500) 및 기록부(215－1／215－2)를 하나의 기기로서 서로 접속함으로써, 동화상 기록 시스템으로서 실현하더라도 좋다.
이하, 우선 복호화 장치(500)를 설명한다. 도 15에 나타내는 복호화 장치(500)는, 미리 압축 부호화된 부호화 화상 데이터를 복호화하여 복호화 화상 데이터를 생성한다. 그리고 복호화의 과정에서, 복호화 장치(500)는 부호화 화상 데이터의 주파수 비트 할당 특성, 실제 비트 레이트, 그 부호화 화상 데이터의 해상도의 정보(이하「해상도 1의 정보」라고 기술함)를 추출한다.
복호화 장치(500)는, 부호화 처리와 역의 처리를 행할 수 있으면 좋다. 따라서, 예컨대, 부호화 장치(210)(도 3)의 가변 길이 부호화부(105)의 역의 처리를 행하는 복호화부, 역 양자화부(106), 역 직교 변환부(107), 참조 화상 메모리(109) 및 움직임 검출／움직임 보상부(110)를 마련함으로써, 부호화 화상 데이터의 복호화가 가능하게 된다. 또, 움직임 검출／움직임 보상부(110)는 움직임 보상에 관한 기능을 위해 필요하게 된다.
다음으로 부호화 장치(400)를 설명한다. 도 16은 부호화 장치(400)의 구성을 나타낸다. 부호화 장치(400)의 구성 요소 중, 실시예 1의 부호화 장치(210) 또는 실시예 2에 의한 부호화 장치(300)의 구성 요소와 기능이 공통하는 것에 대해서는 같은 참조 부호를 붙이고, 그 설명은 생략한다.
부호화 장치(400)는, 입력 화상 메모리(101), 감산부(102), 직교 변환부(103), 양자화부(204), 가변 길이 부호화부(105), 역 양자화부(106), 역 직교 변환부(107), 가산부(108), 참조 화상 메모리(109), 움직임 검출／움직임 보상부(110), 레이트 제어부(211), 주파수 비트 할당 특성 결정부(412), 해상도 변환부(413)를 구비한다.
우선 해상도 변환부(413)는, 복호화 장치(500)에서 복호화된 복호화 화상 데이터에 대하여, 복호화 장치(500)에서의 복호화의 과정에서 추출된 해상도 1의 정보, 및, 재압축 부호화의 부호화 조건으로서 사용자로부터 지정된 해상도의 정보(이하 「해상도 2의 정보」라고 기술함)에 근거하여 해상도를 변환하여, 재압축 부호화에 대한 입력 화상 데이터를 생성한다. 해상도 변환을 행하지 않는 경우는, 복호화 화상을 그대로 재압축 부호화의 입력 화상 데이터로서 출력하면 좋다.
주파수 비트 할당 특성 결정부(412)(이하 「결정부(412)」라고 기술함)는, 복호화 장치(500)로부터 부호화 화상 데이터의 주파수 비트 할당 특성, 실제 비트 레이트, 해상도 1의 정보를 취득한다. 또한 결정부(412)는, 재압축 부호화의 부호화 조건으로서 사용자로부터 지정된 목표 비트 레이트 및 해상도 2의 정보를 수신한다. 그리고 결정부(412)는, 그것들에 근거하여, 재압축 부호화에서의 주파수 비트 할당 특성을 결정한다.
결정부(412)에서, 주파수 비트 할당 특성을 결정하는 산출식의 예를 수학식 1에 나타낸다.
Figure 112007066549966-PCT00001
여기서, M1_ij, R1, H1, V1은, 각각 복호화하기 전의 부호화 화상 데이터가 갖는 주파수 비트 할당 특성, 실제 비트 레이트, 수평 해상도, 수직 해상도를 나타낸다. 또한, M2_ij, R2, H2, V2는, 각각 재압축 부호화에서의 주파수 비트 할당 특성, 목표 비트 레이트, 수평 해상도, 수직 해상도를 나타낸다. 또, 여기서는 주 파수 비트 할당 특성은 주파수 공간 좌표 (i, j)에 대응하는 형태의 매트릭스로서 나타내고 있으며, 양자화시에 이용되는 양자화 매트릭스에 대응하고 있다. 이와 같이 재압축 부호화 처리를 행하는 경우에, 복호화 전의 부호화 화상 데이터가 갖는 주파수 비트 할당 특성을 이용함으로써, 재압축 부호화의 과정에서 손상되는 주파수 성분의 정보량을 적게 할 수 있다.
또, 본 실시예에서 R1은 실제 비트 레이트로 하고 있지만, R1은 복호화하기 전의 부호화 데이터에 대하여 관리 정보 등에 포함되는 비트 레이트(예컨대, 과거의 부호화시에 이용한 목표 비트 레이트)라도 괜찮다.
또, 수학식 1은 예이며, 주파수 비트 할당 특성의 산출식은 다른 수학식을 이용하여도 좋다. 예컨대, 양자화 매트릭스의 직류 성분의 계수값을 바꾸지 않고서, 고주파 성분의 계수값을 변화시키도록 하더라도 좋다.
상술한 복호화 장치(500) 및 부호화 장치(400)에서의 처리에 의해, 재부호화 화상 데이터가 생성되면, 기록부(215－1／215－2)에 의해 기록 매체에 기입된다. 이에 따라, 화상 품질의 변환, 동화상을 구성하는 각 픽쳐의 화소수의 변환, 비트 레이트의 변환 등이 행해진다.
상술한 부호화 장치 및 복호화 장치에서 실행되는 처리는, 범용 컴퓨터에서 컴퓨터 프로그램을 실행함으로써 실현할 수 있다. 그와 같은 컴퓨터 프로그램은, 예컨대, 도 9 및 도 14에 나타내는 흐름도에 규정된 처리를 실행하는 명령을 포함하고 있다. 컴퓨터 프로그램은, 광디스크로 대표되는 광 기록 매체, SD 메모리 카드, EEPROM으로 대표되는 반도체 기록 매체, 플렉서블 디스크로 대표되는 자기 기 록 매체 등의 기록 매체에 기록되어, 제품으로서 시장에 유통된다. 또는 컴퓨터 프로그램은, 인터넷으로 대표되는 통신 네트워크를 거쳐 전송된다.
본 발명에 따른 동화상 부호화 장치는, 동화상 데이터를 압축 부호화할 때의 목표 비트 레이트의 고저에 관계없이 항상 양호한 화질을 유지할 수 있다. 그 실용적 가치는 매우 높다. 이러한 동화상 부호화 장치는, 하나의 기판상에 실장되고, 또는, 다른 기기에 내장할 수 있으므로, 여러 가지의 동화상의 디지털 기록 기기에의 응용이 가능하다.

Claims (8)

  1. 동화상을 표시하기 위한 화상 데이터를, 소정의 단위로 복수의 주파수 성분의 계수로 변환하는 변환부와,
    상기 동화상의 해상도 및 미리 지정된 부호화의 목표 비트 레이트에 근거하여, 주파수 비트 할당 특성을 규정하기 위한 매트릭스를 결정하는 결정부와,
    결정된 매트릭스에 근거하여 상기 계수의 각각을 양자화하고, 양자화값을 생성하는 양자화부와,
    상기 양자화값을 부호화하여, 상기 동화상의 부호화 데이터를 생성하는 부호화부
    를 구비한 부호화 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자화부는, 복수 종류의 매트릭스를 유지하고 있으며,
    상기 결정부는, 상기 복수 종류의 매트릭스 중, 상기 양자화 처리에 사용하는 매트릭스를 결정하는
    부호화 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 양자화부는, 상기 복수 종류의 매트릭스에 각각 대응하는 회로를 갖고 있으며,
    상기 결정부는, 상기 양자화부에 대하여, 상기 양자화 처리에 사용하는 매트릭스에 대응하는 회로로 신호 경로를 전환시키는
    부호화 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 결정부는, 해상도 및 목표 비트 레이트에 관한 복수 종류의 그룹과, 상기 복수 종류의 매트릭스와의 대응 관계를 규정한 조건 테이블을 유지하고 있으며, 상기 동화상의 해상도 및 미리 지정된 부호화의 목표 비트 레이트에 근거해 상기 조건 테이블을 참조하여, 대응하는 매트릭스를 결정하는 부호화 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 결정부는, 특정한 수치 및 특정한 수치 범위 중 적어도 한쪽을 상기 목표 비트 레이트로서 규정한 조건 테이블을 유지하는 부호화 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자화부는, 상이한 2개의 목표 비트 레이트에 각각 대응지어진 2종류의 매트릭스를 유지하고 있으며,
    상기 결정부는, 지정된 목표 비트 레이트가 상기 2개의 목표 비트 레이트와는 상이할 때는, 적어도 상기 지정된 목표 비트 레이트, 및 상기 2종류의 매트릭스에 근거해서 연산을 행하여, 상기 양자화 처리에 사용하는 매트릭스를 산출하는
    부호화 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 양자화부는, 특정한 목표 비트 레이트에 대응지어진 하나의 매트릭스를 유지하고 있으며,
    상기 결정부는, 미리 단위 비트 레이트당의 단계값을 유지하고 있으며, 지정된 목표 비트 레이트가 상기 특정한 목표 비트 레이트와는 상이할 때는, 적어도 상기 지정된 목표 비트 레이트, 상기 단계값, 및 상기 하나의 매트릭스에 근거해서 연산을 행하여, 상기 양자화 처리에 사용하는 매트릭스를 산출하는
    부호화 장치.
  8. 동화상의 영상 신호를 수신하여, 상기 동화상을 표시하기 위한 화상 데이터를 출력하는 영상 신호 수신부와,
    상기 화상 데이터에 근거하여 상기 동화상의 부호화 데이터를 출력하는 부호화 장치와,
    상기 부호화 데이터를 기록 매체에 기입하는 기록부
    를 구비한 동화상 기록 시스템으로서,
    상기 부호화 장치는,
    상기 화상 데이터를, 소정의 단위로 복수의 주파수 성분의 계수로 변환하는 변환부와,
    상기 동화상의 해상도 및 미리 지정된 부호화의 목표 비트 레이트에 근거하여, 주파수 비트 할당 특성을 규정하기 위한 매트릭스를 결정하는 결정부와,
    결정된 매트릭스에 근거하여 상기 계수의 각각을 양자화하고, 양자화값을 생성하는 양자화부와,
    상기 양자화값을 부호화하여, 상기 동화상의 부호화 데이터를 생성하는 부호화부
    를 구비한
    동화상 기록 시스템.
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