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JP3259702B2 - 動画像可変ビットレート符号化装置および方法 - Google Patents

動画像可変ビットレート符号化装置および方法

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JP3259702B2
JP3259702B2 JP36822298A JP36822298A JP3259702B2 JP 3259702 B2 JP3259702 B2 JP 3259702B2 JP 36822298 A JP36822298 A JP 36822298A JP 36822298 A JP36822298 A JP 36822298A JP 3259702 B2 JP3259702 B2 JP 3259702B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、動画像可変ビット
レート符号化装置および方法に関し、特に、可変ビット
レートで符号量をリアルタイムに制御する動画像可変ビ
ットレート符号化装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来における動画像を高効率に符号化す
る方法としては、ＭＰＥＧ−２（ＩＳＯ／ＩＥＣ−１３
８１８−２）等に代表される方法が知られている。
【０００３】この方法では、画面を複数の画素の集合か
らなるブロックに分割し、各ブロックに対して離散コサ
イン変換（ＤＣＴ）を施すことにより空間領域の信号を
周波数領域の信号に変換する。この離散コサイン変換に
より得られるＤＣＴ係数と呼ばれる各周波数成分は、係
数位置（周波数）毎に定められた量子化幅で量子化さ
れ、量子化変換係数に可変長符号を割り当てることで可
変長符号化し、符号化データのビットストリームとして
出力していた。
【０００４】図８は、ＭＰＥＧ−２（ＩＳＯ／ＩＥＣ−
１３８１８−２）に準拠した画像符号化方法を説明する
ための図であり、図８によれば、減算器５０１と、離散
コサイン変換器５０２と、量子化器５０３と、可変長符
号化器５０４と、符号量制御器５０５と、逆量子化器５
０６と、逆離散コサイン変換器５０７と、加算器５０８
と、フレームメモリ５０９と、動き補償フレーム間予測
器５１０と、選択器５１１とにより構成される。
【０００５】ここで入力画像は、フレーム内符号化を行
うI ピクチャと、順方向予測だけを用いてフレーム間予
測符号化を行うＰピクチャと、順方向逆方向の両方から
予測を行うＢピクチャとに分類される。また入力画像
は、１６×１６画素のマクロブロックに分割され、マク
ロブロック単位に符号化処理を行う。
【０００６】まずＩピクチャでは、フレーム間予測を行
わずにフレーム内符号化を行う。このとき、選択器５１
１では信号値０を予測値として選択され、減算器５０１
からは、入力画像信号値と同じ値が出力される。この減
算器５０１からの出力信号値は、離散コサイン変換器５
０２にて離散コサイン変換されることによりＤＣＴ係数
が出力される。ＤＣＴ係数は量子化器５０３において、
予め設定された量子化幅により量子化される。
【０００７】量子化器５０３において量子化処理された
ＤＣＴ係数は、量子化変換係数として可変長符号化器５
０４へ出力され、ここで量子化変換係数は可変長符号化
される。可変長符号化された量子化変換係数は他のデー
タとともにビットストリームとして出力される。また、
量子化器５０３から出力された量子化変換係数は逆量子
化器５０６へも出力され、ここでこの量子化係数は逆量
子化されることにより得られた逆量子化変換係数は、逆
離散コサイン変換器５０７にて逆離散コサイン変換さ
れ、当初の入力画像信号が復元される。
【０００８】この逆量子化器５０５、逆離散コサイン変
換器５０７を経て復元された画像信号は、後のフレーム
間予測における参照画像として用いられるものであり、
加算器５０８を通してフレームメモリ５０９に記録され
る。このフレーム間予測は、ＰピクチャおよびＢピクチ
ャに対して動き補償フレーム間予測器５１０において行
われる。先ず、入力画像信号とフレームメモリ５０９に
記録された参照画像とを比較し、入力画像において分割
されたマクロブロック単位毎に動きベクトル探索を行う
ことにより、動きベクトルを決定する。この動きベクト
ル探索の結果に基づいた予測モードをマクロブロック毎
に決定する。この処理においてＰピクチャおよびＢピク
チャに対するマクロブロックの符号化処理をイントラモ
ードで実行した方がよいか否かが決定される。
【０００９】マクロブロック毎の予測モードにおいて決
定された符号化処理の内容がイントラモードである場
合、ＰピクチャおよびＢピクチャに対しても当該マクロ
ブロックの符号化処理は、上記のＩピクチャに対する符
号化処理と同様であり、決定された動きベクトルによる
動き補償付きフレーム間予測は行われず、フレーム内符
号化処理となる。
【００１０】マクロブロック毎の予測モードにおいて決
定された符号化処理の内容が非イントラモードである場
合、フレームメモリ５０９に記録された画像信号を参照
画像としてＰピクチャおよびＢピクチャに対する当該マ
クロブロックの符号化処理はフレーム間予測によって行
われる。動き補償フレーム間予測器５１０は、先に決定
された動きベクトルを基に動き補償フレーム予測を行う
ことにより入力画像信号に対する予測画像信号を生成す
る。
【００１１】生成された予測画像信号は、減算器５０１
へ与えられる一方で加算器５０８へも出力される。ここ
では、減算器５０１へ与えられた予測画像信号について
述べる。減算器５０１は、入力画像信号と与えられた予
測画像信号との差分信号を算出し、以降の差分信号に対
する符号化処理は上記Ｉピクチャの符号化処理と同様で
あり、離散コサイン変換器５０２でＤＣＴ変換係数とさ
れ、量子化器５０３で量子化される。
【００１２】量子化器５０３で量子化された差分信号
は、可変長符号化器５０４へ与えられビットストリーム
として出力される他、逆量子化器５０６へも与えられ
る。以降符号化処理された差分信号に対する復元処理が
行われるが、この逆量子化器５０６、逆離散コサイン変
換器５０７を介して行われる復元処理も前述したＰピク
チャおよびＢピクチャに対する復元処理と同様であっ
て、復元された差分信号は、先に加算器５０８に与えら
れた予測画像信号と加算器５０８で加算されることによ
り復元画像信号が生成される。
【００１３】加算器５０８で生成された予測画像信号
は、フレームメモリ５０９に記憶され、後のフレーム間
予測による符号化処理の参照画像となる。
【００１４】よって、ＭＰＥＧ−２（ＩＳＯ／ＩＥＣ−
１３８１８−２）等に代表される方法では、入力動画像
信号に対する符号化処理は、ＤＣＴ変換による空間方法
の冗長性の削減と、フレーム間予測による時間方向の冗
長性の削減ができることから効率的な符号化処理を行う
ことができる。
【００１５】また、ＭＰＥＧ−２（ＩＳＯ／ＩＥＣ−１
３８１８−２）等に代表される方法では、可変長符号化
器５０４と量子化器５０３と間に符号量制御器５０５を
備えるものもあり、この符号量制御制御器５０５によっ
て、可変長符号化器５０４から発生符号量の情報を獲得
し、ビットレートの制約を満たすよう量子化幅を決定し
て量子化器５０３へ量子化幅データを送ることにより発
生符号量を制御することができる。
【００１６】以下、このようなＭＰＥＧ−２（ＩＳＯ／
ＩＥＣ−１３８１８−２）の符号化処理を行う従来技術
を具体的に述べる。
【００１７】従来技術の第１例として、前述したような
量子化処理を伴う符号化方式における符号量の制御方式
として、ＭＰＥＧ−２のテストモデル（Test Model 5,
ISO/ICE JTC1/SC21/WG11/N0400,1993 年4 月)の方法が
知られている。
【００１８】この方式では、フレーム内符号化処理およ
びフレーム間予測による符号化処理により発生した符号
量を、ある単位時間毎に一定にしようとする固定ビット
レート符号化方式を採用しており、符号化処理する複数
の画面の集合であるＧＯＰ(Group Of Picture)を単位と
して、ＧＯＰ毎に対する符号化処理により発生した符号
量が一定になるよう画面を１６×１６画素に分割したマ
クロブロック単位毎に設定する量子化幅を調整すること
で符号量を制御するものが知られている。
【００１９】この従来技術の第１例は、固定ビットレー
ト符号化方式を採用していることから単位時間当たりの
符号量を一定に制御しなければならないことから、符号
量を多く発生するようなシーンでは量子化幅を大きくす
るように制御し、発生符号量を抑制しており、また、符
号をあまり発生しないようなシーンでは、量子化幅を小
さくするように制御し、発生符号量を多くしている。
【００２０】しかしながら、上記従来技術の第１例にお
いては、画像に対応した符号化処理は行わず、単位時間
当たりの符号量を一定に制御するために量子化幅を設定
するため、特に、多く符号量を必要とするシーンに対す
る符号化処理においては、量子化幅を大きくとり、発生
符号量を抑えてしまうため画質が劣化する等の問題点が
あった。
【００２１】これに対し、上記従来技術の第１例の固定
ビットレート符号化方式にかわり、可変ビットレート符
号化方式が提案されている。この可変ビットレート符号
化方式における例として、記録する総符号量が決められ
ている蓄積媒体に符号化された画像を記録するとき、画
像毎に必要とする符号量の多少に基づいて、出力するビ
ットレートを制御することにより、蓄積媒体の記録符号
容量の制約を満たしながら平均画質を向上させるものが
ある。
【００２２】ここで、従来技術の第２例として、上記可
変ビットレート符号化方式を採用しているものが特開平
６−１４１２９８号公報に開示されている。
【００２３】この従来技術の第２例は、まず標準量子化
幅を予め設定し、この標準量子化幅に基づいてＤＣＴ係
数を量子化し、そして発生する符号量を算出する仮符号
化処理の後、実際に符号化する本符号化処理を実行す
る。即ち、仮符号化処理全体が終了してから、本符号化
処理を実行する「２パス符号化」であって、コンテンツ
全体の特性を知った上で再符号化するため高画質符号化
を達成するものである。
【００２４】しかしながら、上記従来技術の第２例にお
いては、あるビデオコンテンツを符号化する際、仮符号
化処理と本符号化処理との２度の処理を実行する必要が
あるため、少なくとも２倍の時間がかかってしまうた
め、リアルタイム処理を行うことができないといった問
題点があった。
【００２５】またこれに対し、可変ビットレート符号化
をリアルタイムで実行するため、仮符号化処理なしで符
号化処理を行う「１パス符号化」方式が考えられてい
る。
【００２６】ここで、従来技術の第３例として、上記可
変ビットレート符号化方式における「１パス符号化」方
式を採用したものがあり、 １９９８年３月電子情報通信学会総合大会 情報・システム講演論文集２Ｄ−１１−３（Ｐ３）稲田
他 「量子化ステップを利用したＭＰＥＧ２実時間可変ビッ
トレート符号化方式」が知られている。
【００２７】この従来技術の第３例は、ＭＰＥＧ−２に
準拠した画像符号化処理を行い、所定の期間後に、予め
設定された平均ビットレートになるように、ＧＯＰ毎に
量子化幅を設定し、発生符号量を調整するものである。
【００２８】また、従来技術の第４例として、特開平１
０−１６４５７７号公報に開示されるものがある。
【００２９】この従来技術の第４例は、実際の発生符号
量から、それ以後の数ＧＯＰで割り当て可能な符号量を
更新し、ＧＯＰ毎における過去の画面複雑度の平均値に
対する現在の画面のピクチャタイプの複雑度の割合を基
に、目標発生符号量、または目標量子化幅を決定してい
る。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
１パスの可変ビットレート符号化装置は、一連の符号化
処理が画質の劣化を招く可能性があるといった問題点が
あった。
【００３１】その理由は、上記１パス符号化システムで
は、先に割り当て可能な符号量、あるいは目標レートを
算出し、それに基づいて目標符号量や量子化幅の計算を
しているために、一定期間内での符号量の制御が優先さ
れ、画像シーンに依存した量子化幅の割り当てが十分で
はなく、結果的に固定ビットレートの場合と大差ない符
号化画質になることもあるからである。
【００３２】また、符号をあまり発生しないような符号
化の易しい画像であっても平均ビットレートに対する符
号量が不足していれば、十分な画質が得られているにも
かかわらず、量子化幅を小さくして発生符号量を大きく
しようとするため、割り当て符号量を過剰に多くしてし
まい、符号が無駄に消費されることがある。その結果、
符号を多く発生するような難しい画像において、十分な
符号量を割り当てができなくなることがあるからであ
る。
【００３３】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、リアルタイム処理可能な１パス可変ビットレ
ート符号化制御装置において、従来の１パス可変ビット
レート符号化装置以上に高画質な可変ビットレート符号
化装置を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、動画像データをあらかじ
め設定した平均ビットレートのもとで、可変ビットレー
トで符号化する動画像可変ビットレート符号化装置にお
いて、与えられた量子化幅で入力動画像データを符号化
し、符号化データと発生符号量とを出力する動画像符号
化手段と、動画像符号化手段で既に符号化済みの画像に
ついて、動画像符号化手段に与えた量子化幅と、動画像
符号化手段から得られる発生符号量とから、平均ビット
レートに対応して、第１の画像単位ごとに、以降に入力
される画像に適用するための基準となる基準量子化幅を
定める量子化幅設定手段と、動画像符号化手段から得ら
れる発生符号量と平均ビットレートに対する過不足量と
から第１の画像単位よりも小さい第２の画像単位ごとに
基準量子化幅を調整し、その調整後の量子化幅を動画像
符号化手段に与える量子化幅調整手段とを有することを
特徴とする。
【００３５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、第１の画像単位は、複数の画面の集合で構
成されることを特徴とする。
【００３６】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、第２の画像単位は、画面を分割し
たブロックの集合で構成されることを特徴とする。
【００３７】請求項４記載の発明は、請求項１から３の
いずれか１項に記載の発明において、量子化幅設定手段
は、現在まで符号化してきた画像の平均量子化幅と、発
生符号量の積で定義される複雑度とを計算し、複雑度と
平均ビットレートの比から前記第１の画像単位ごとに基
準となる基準量子化幅を計算することを特徴とする。
【００３８】請求項５記載の発明は、請求項１から４の
いずれか１項に記載の発明において、量子化幅調整手段
は、設定可能な量子化幅に対する最小値を設定すること
を特徴とする。
【００３９】請求項６記載の発明は、請求項１から５の
いずれか１項に記載の発明において、量子化幅調整手段
は、平均ビットレートからの超過量の最大値を設定し、
最大超過量をバッファサイズとし、平均ビットレートで
符号を引き出す仮想バッファを設定し、仮想バッファの
占有量と、バッファサイズから占有量を減じて求められ
る利用可能な符号量とを用いて前記第２の映像単位ごと
の前記量子化幅の調整を行うことを特徴とする。
【００４０】請求項７記載の発明は、請求項１から６の
いずれか１項に記載の発明において、量子化幅調整手段
は、量子化幅設定手段にて設定された量子化幅を、動画
像符号化手段から得られる発生符号量と平均ビットレー
トからの過不足量とから第２の画像単位ごとに量子化幅
を調整し、第１の量子化幅を計算するとともに、最大ビ
ットレートを設定し、量子化幅設定手段にて設定された
量子化幅に対して、動画像符号化手段から得られる発生
符号量から、最大ビットレートのもとで固定ビットレー
ト制御をした場合に設定される第２の量子化幅を計算
し、これら第１の量子化幅と第２の量子化幅のうち、値
の大きな方を画像符号化手段へ与える量子化幅とするこ
とを特徴とする。
【００４１】請求項８記載の発明は、請求項１から７の
いずれか１項に記載の発明において、量子化幅設定手段
は、第１の画像単位ごとの発生符号量の累算値と量子化
幅の平均値とから、これらの積で定義される第１の画像
単位ごとの複雑度を計算し、第１の画像単位ごとの複雑
度と第１の画像単位あたりのビットレートとから第１の
画像単位の量子化幅を決定することを特徴とする。
【００４２】請求項９記載の発明は、請求項１から８の
いずれか１項に記載の発明において、量子化幅設定手段
は、第１の画像単位ごとの発生符号量の累算値と量子化
幅の平均値とから、これらの積で定義される第１の画像
単位ごとの複雑度を計算し、現在まで符号化してきた画
像の前記第１の画像単位ごとの複雑度の平均値と、直前
の第１の画像単位のみ、あるいは、直前の第１の画像単
位を含む複数の画像単位での平均複雑度と、第１の画像
単位あたりのビットレートとから第１の画像単位の量子
化幅を決定することを特徴とする。
【００４３】請求項１０記載の発明は、請求項１から９
のいずれか１項に記載の発明において、量子化幅調整手
段は、あらかじめ量子化幅の閾値を設定し、平均レート
に対する過不足符号量が超過していない場合には、第１
の画像単位ごとに設定された基準量子化幅の値と、前記
の量子化幅の閾値とを比較し、基準量子化幅が前記閾値
以下であれば量子化幅調整を行わず、基準量子化幅が前
記閾値を越えていれば、平均レートに対する過不足符号
量に応じた量子化幅調整を行い、さらに閾値と比較して
大きな方を選択し、平均レートに対する過不足符号量が
超過している場合には、平均レートに対する過不足符号
量に応じた量子化幅調整を行い、第２の画像単位ごとの
量子化幅を出力することを特徴とする。
【００４４】請求項１１記載の発明は、動画像データを
あらかじめ設定した平均ビットレートのもとで、可変ビ
ットレートで符号化する動画像可変ビットレート符号化
方法において、与えられた量子化幅で入力動画像データ
を符号化し、符号化データと発生符号量とを出力する動
画像符号化工程と、動画像符号化工程で既に符号化済み
の画像について、動画像符号化工程に与えた量子化幅
と、動画像符号化工程から得られる発生符号量から、平
均ビットレートに対応して、第１の画像単位ごとに、以
降に入力される画像に適用するための基準となる量子化
幅を定める量子化幅設定工程と、量子化幅設定工程にて
設定された量子化幅を、動画像符号化工程から得られる
発生符号量と平均ビットレートからの過不足量から第１
の画像単位よりも小さい第２の画像単位ごとに量子化幅
を調整し、その調整後の量子化幅を動画像符号化工程に
与える量子化幅調整工程とを有することを特徴とする。
【００４５】請求項１２記載の発明は、請求項１１記載
の発明において、第１の画像単位は、複数の画面の集合
で構成されることを特徴とする。
【００４６】請求項１３記載の発明は、請求項１１また
は１２記載の発明において、第２の画像単位は、画面を
分割したブロックの集合で構成されることを特徴とす
る。
【００４７】請求項１４記載の発明は、請求項１１から
１３のいずれか１項に記載の発明において、第１の画像
単位ごとに基準となる量子化幅の設定する工程におい
て、現在まで符号化してきた画像の平均量子化幅と、発
生符号量の積で定義される複雑度とを計算し、複雑度と
平均ビットレートの比から第１の画像単位ごとに基準と
なる量子化幅を計算することを特徴とする。
【００４８】請求項１５記載の発明は、請求項１１から
１４のいずれか１項に記載の発明において、第２の画像
単位ごとの量子化幅の調整工程において、設定可能な量
子化幅に対する最小値を設定することを特徴とする。
【００４９】請求項１６記載の発明は、請求項１１から
１５のいずれか１項に記載の発明において、第２の画像
単位ごとの量子化幅の調整工程において、平均ビットレ
ートからの超過量の最大値を設定し、最大超過量をバッ
ファサイズとし、平均ビットレートで符号を引き出す仮
想バッファを設定し、仮想バッファの占有量と、バッフ
ァサイズから占有量を減じて求められる利用可能な符号
量とを用いて第２の映像単位ごとの量子化幅の調整を行
うことを特徴とする。
【００５０】請求項１７記載の発明において、請求項１
１から１６のいずれか１項に記載の発明において、第２
の画像単位ごとの量子化幅調整工程において、量子化幅
設定工程にて設定された量子化幅を、動画像符号化工程
から得られる発生符号量と平均ビットレートからの過不
足量とから第２の画像単位ごとに量子化幅を調整し、第
１の量子化幅を計算するとともに、最大ビットレートを
設定し、量子化幅設定手段にて設定された量子化幅に対
して、動画像符号化工程から得られる発生符号量とか
ら、最大ビットレートのもとで固定ビットレート制御を
した場合に設定される第２の量子化幅を計算し、第１の
量子化幅と第２の量子化幅との値の大きな方を画像符号
化工程へ与える量子化幅とすることを特徴とする。
【００５１】請求項１８記載の発明は、請求項１１から
１７のいずれか１項に記載の発明において、第１の画像
単位ごとの基準となる量子化幅の設定工程において、第
１の画像単位ごとの発生符号量の累算値と量子化幅の平
均値とから、これらの積で定義される第１の画像単位ご
との複雑度を計算し、第１の画像単位ごとの複雑度と第
１の画像単位あたりのビットレートとから第１の画像単
位の量子化幅を決定することを特徴とする。
【００５２】請求項１９記載の発明は、請求項１１から
１８のいずれか１項に記載の発明において、第１の画像
単位ごとの基準となる量子化幅の設定方法において、第
１の画像単位ごとの発生符号量の累算値と量子化幅の平
均値とから、これらの積で定義される第１の画像単位ご
との複雑度を計算し、現在まで符号化してきた画像の第
１の画像単位ごとの複雑度の平均値と、直前の第１の画
像単位のみ、あるいは、直前の第１の画像単位を含む複
数の画像単位での平均複雑度と、第１の画像単位あたり
のビットレートとから第１の画像単位の量子化幅を決定
することを特徴とする。
【００５３】請求項２０記載の発明は、請求項１１から
１９のいずれか１項に記載の発明において、第２の画像
単位ごとの量子化幅調整工程において、あらかじめ量子
化幅の閾値を設定し、平均レートに対する過不足符号量
が超過していない場合には、第１の画像単位ごとに設定
された基準量子化幅の値と、前記の量子化幅の閾値とを
比較し、基準量子化幅が前記閾値以下であれば量子化幅
調整を行わず、基準量子化幅が前記閾値を越えていれ
ば、平均レートに対する過不足符号量に応じた量子化幅
調整を行い、さらに閾値と比較して大きな方を選択し、
平均レートに対する過不足符号量が超過している場合に
は、平均レートに対する過不足符号量に応じた量子化幅
調整を行い、第２の画像単位ごとの量子化幅を出力する
ことを特徴とする。
【００５４】さらに、本発明によれば、可変ビットレー
ト符号化に、画像の特徴を利用した量子幅の設定と、平
均ビットレートの調整を分離して実現している。即ち、
先ず、量子化幅の設定においては、符号化画質を複数の
ピクチャ群に渡って一定のレベルに保つよう量子化幅を
設定する。
【００５５】続いて、平均ビットレートの調整では、前
記設定された量子化幅を基準として、平均ビットレート
からの実際の発生符号量の過不足から量子化幅を調整す
る。従って、シーンに依存して決まる量子化幅が常に一
定となり、その後で符号量が平均ビットレートに近づく
ように量子化幅が調整されるため、従来の１パス可変ビ
ットレート符号化装置以上に高画質な可変ビットレート
符号化装置を提供することができる。
【００５６】また、設定する量子化幅に最小値を設ける
ことや、シーンに依存して決まる量子化幅と、平均ビッ
トレートからの過不足符号量の状態から過不足符号量の
調整処理を制御することにより、過剰な符号の発生を抑
制して符号を多く費やしたい画像で符号を消費できるよ
うになり、より平均的な画質の向上を得ることができ
る。
【００５７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しながら詳細に説明する。
【００５８】図１は、本発明の動画像可変ビットレート
符号化方法を説明するための図である。ここで、符号化
方式としては、ＭＰＥＧ−２（ＩＳＯ／ＩＣＥ−１３８
１８）の方式を用いることとする。尚、符号化方式とし
ては、ＭＰＥＧ−２（ＩＳＯ／ＩＣＥ−１３８１８）に
限らず、スカラー量子化処理を伴い、量子化幅によって
符号量が制御される符号化技術であればよい。例えば、
ＭＰＥＧ−１（ＩＳＯ／ＩＥＣ−１１１７２）や、ＩＴ
Ｕ−Ｔ Ｈ．２６１、ＩＴＵ−Ｔ Ｈ．２６３、などの
方式を用いてもよい。
【００５９】また、動画像符号化手段へ与える量子化幅
は、符号量制御のための基準として与えられる値である
ので、画面内の局所的な位置に対応する適応量子化を妨
げるものではない。そのため、最終的に与えられた適応
量子化幅が、動画像符号化手段へ符号量制御の基準とし
て与えられた量子化幅と異なっていても構わない。
【００６０】また、第１の画像符号化単位をＧＯＰ（Ｇ
ｒｏｕｐ ｏｆ Ｐｉｃｔｕｒｅ）に、第２の画像符号
化単位をマクロブロックとするものとする。この符号化
処理の単位についてもここに示したものに限らず、第１
の画像符号化単位および第２の画像符号化単位として
は、大局的に一定期間の画質を制御する単位と、そこで
設定される値をより細かく修正するためのより小さな単
位とが設定できればよく、この方式に限定されるもので
はない。
【００６１】例えば、第１の画像符号化単位は複数個の
ＧＯＰでもよい。第２の画像符号化単位も複数個のマク
ロブロックからなる単位でもよく、画面の横一列に並ぶ
マクロブロックの集合であったり、ＭＰＥＧ−１やＭＰ
ＥＧ−２で定義されているスライス、あるいはＨ．２６
１で定義されるＧＯＢ（Ｇｒｏｕｐ Ｏｆ Ｂｌｏｃ
ｋ）等も考えられる。
【００６２】ここで、図１に示した本発明の動画像可変
ビットレート符号化装置の実施の形態における一構成例
を説明する。
【００６３】図１によれば、本発明の動画像可変ビット
レート符号化装置は、動画像符号化手段１０１と、ピク
チャ群量子化幅設定手段１０２と、平均ビットレート調
整手段１０３とを有して構成される。動画像符号化手段
１０１は、ここではマクロブロックごとに与えられた量
子化幅Ｑj に基づいて画像の符号化処理を行い、この符
号化処理における発生符号量Ｓj を出力する。
【００６４】ピクチャ群量子化幅設定手段１０２におい
ては、動画像符号化手段１０１に与えられた量子化幅Ｑ
j はピクチャ群量子化設定手段１０２にも与えられ、こ
の与えられた量子化幅Ｑj と、動画像符号化手段１０１
に与えられた量子化幅Ｑj による符号化処理で発生した
符号量Ｓj とからＧＯＰの基準量子化幅Ｑgop を設定す
る。
【００６５】平均ビットレート調整手段１０３において
は、ピクチャ群量子化幅設定手段１０２に与えられた符
号量Ｓj は平均ビットレート調整手段１０３にも与えら
れ、この与えられた符号量Ｓj と、平均ビットレートと
を比較し、この比較により平均ビットレートに対する実
際に発生した符号量Ｓj の過不足量をもとめ、その過不
足量に応じてピクチャ群量子化幅設定手段１０２から与
えられたＧＯＰ基準量子化幅Ｑgop を調整し、動画像符
号化手段１０１に与える量子化幅Ｑj を決定する。
【００６６】図２は、図１のピクチャ群量子化幅設定手
段１０２を説明するための図である。
【００６７】図２によれば、ピクチャ群量子化幅設定手
段１０２は、量子化幅累積器２０１と、発生符号量累積
器２０２と、複雑度計算器２０３と、ピクチャ群量子化
幅計算器２０４とを有して構成される。
【００６８】量子化幅累積器２０１においては、平均ビ
ットレート調整手段１０３からピクチャ群量子化設定手
段１０２に与えられる量子化幅Ｑj を累積する。この量
子化幅Ｑj の累積動作は、シーケンス全体に対する処理
動作全体で続けられる。また、発生符号量累積器２０２
においては、動画像符号化手段１０１からピクチャ群量
子化設定手段１０２に与えられる発生符号量Ｓj を累積
する。この発生符号量Ｓj の累積動作も、同じくシーケ
ンス全体の間で続けられる処理である。
【００６９】複雑度計算器２０３は、量子化幅累積器２
０１に累積された量子化幅から求められた量子化幅Ｑj
の平均値と、発生符号量累積器２０２に累積された発生
符号化量Ｓj の累積値とからＧＯＰ当たりの複雑度を計
算する。量子化幅Ｑj の平均値は、量子化累積器２０１
から与えられた量子化幅Ｑj の累積値と、平均ビットレ
ート調整手段１０３から量子化幅Ｑj を与えられた回数
とから求められたものであり、また、発生符号化量Ｓj
の累積値は、それまでの平均ビットレート調整手段１０
３からマクロブロック毎に与えられた量子化幅Ｑj によ
り動画像符号化手段１０１で発生した発生符号量Ｓj の
累積値である。
【００７０】ピクチャ群量子化幅計算器２０４は、複雑
度計算器２０３から与えられたＧＯＰ毎の複雑度と、平
均ビットレートとから、ＧＯＰ毎における基準量子化幅
Ｇgop を計算する。
【００７１】図３は、図１の平均ビットレート調整手段
１０３を説明するための図である。
【００７２】図３によれば、平均ビットレート調整手段
１０３は、平均ビットレート仮想バッファ占有量計算器
３０１と量子化幅修正器３０２とを有して構成される。
【００７３】平均ビットレート仮想バッファ占有量計算
器３０１は、動画像符号化手段１０１から与えられたＧ
ＯＰ毎の発生符号量Ｓj と、平均ビットレートとから、
平均レート仮想バッファのバッファ占有率を計算する。
【００７４】そして、量子化幅修正器３０２において
は、平均ビットレート仮想バッファ占有量計算器３０１
が算出した平均レート仮想バッファのバッファ占有率に
応じて、ピクチャ群量子化幅設定手段１０２から与えら
れた量子化幅Ｑgop を修正し、修正した量子化幅Ｑgop
を量子化幅Ｑj として動画像符号化手段１０１およびピ
クチャ群量子化設定手段１０２へ送る。
【００７５】図４は、本発明の動作例を示すフローチャ
ートである。
【００７６】最初に初期化処理（ステップＳ１）におい
て初期化操作を行う。まず、ピクチャ群量子化幅設定手
段１０２から出力される基準量子化幅Ｑgop の初期値設
定を行う。予め量子化幅の初期値Ｑinitを設定してお
き、この初期値Ｑinitによって基準量子化幅Ｑgop の初
期化を行い、ピクチャ群量子化幅設定手段１０２から初
期化された基準量子化幅Ｑgop を出力する。すなわち、
Ｑgop ＝Ｑinitとする。
【００７７】次に、累積器のリセットや、各種カウンタ
のリセット、およびバッファ占有量のリセットを行う。
ここでは、ピクチャ群量子化幅設定手段１０２内の発生
符号量累積器２０１における発生符号量Ｓj の累積値Ｓ
sum と、同じくピクチャ群量子化幅設定手段１０２内の
量子化幅累算器２０２における量子化幅の累算値Ｑsum
とを０にリセットする。また、マクロブロック数のカウ
ンタｊ、ＧＯＰ数カウンタＮgop を０にし、さらに平均
レート仮想バッファの仮想バッファ占有量ｖｂｏｃもリ
セットする。すなわち、
【００７８】 Ｓsum ＝０ Ｑsum ＝０ ｊ＝０ Ｎgop ＝０ ｖｂｏｃ＝０ とする。
【００７９】次に、量子化幅更新処理（ステップＳ２）
にて、平均ビットレート調整手段１０３は、ピクチャ群
量子化幅設定手段１０２から与えられた基準量子化幅Ｑ
gopを更新する。これは、動画像符号化手段１０１の符
号化処理において発生した符号量Ｓj と、平均ビットレ
ートとからもとめられた仮想バッファ占有量ｖｂｏｃに
応じてピクチャ群量子化幅設定手段１０２から出力され
た基準量子化幅Ｑgopを修正している。
【００８０】例えば、平均ビットレート調整手段１０３
によって修正し、出力する量子化幅Ｑj を、更新される
前のピクチャ群量子化設定手段１０２に設定される基準
量子化幅Ｑgop と、更新される前の仮想バッファ占有量
ｖｂｏｃから、 Ｑj ＝Ｑgop ＊（１＋ｖｂｏｃ／Ｑreact ） と設定する。
【００８１】ここで、Ｑreact は、平均ビットレートに
対する発生符号量Ｓj の過不足量における制御の反応の
大きさを決めるパラメータである。
【００８２】次に、符号化処理（ステップＳ３）にて、
平均ビットレート調整手段１０３が出力した量子化幅Ｑ
j に基づいて、動画像符号化手段１０１は、次のマクロ
ブロックに対する符号化処理を行う。
【００８３】この符号化処理において、例えば１マクロ
ブロックに対する符号化処理の終了後、仮想バッファ占
有量ｖｂｏｃと、ピクチャ群量子化設定手段１０２で設
定されていた発生符号化量の累積値Ｓsum とを更新す
る。仮想バッファ占有量ｖｂｏｃの更新については、仮
想バッファ占有量ｖｂｏｃに、第ｊマクロブロックに対
する符号化処理で発生した発生符号量Ｓj を加え、マク
ロブロック当たりの平均ビットレートＲａｖｅ＿ｍｂを
差し引く。
【００８４】また、ピクチャ群量子化幅設定手段１０２
内の量子化累積器２０１において設定されていた発生符
号量の累積値Ｓsum や、発生符号量累積器２０２におい
て設定されていた量子化幅の累積値Ｑsum を更新し、マ
クロブロック数カウンタｊをインクリメントする。すな
わち、
【００８５】 ｖｂｏｃ＝ｖｂｏｃ＋Ｓj −Ｒａｖｅ＿ｍｂ Ｓsum ＝Ｓsum ＋Ｓj Ｑsum ＝Ｑsum ＋Ｑj ｊ＝ｊ＋１ とする。
【００８６】なお、上記の計算からわかるとおり、仮想
バッファ占有量は平均ビットレートＲａｖｅ＿ｍｂに対
する実際の発生符号量の過不足量を示している。
【００８７】そして、ＧＯＰ終了判定処理（ステップＳ
５）にて、符号化処理するマクロブロックがＧＯＰ最後
のマクロブロックであるか否かを判断する。この判断に
おいて、符号化処理するマクロブロックがＧＯＰ最後の
マクロブロックでなければ（ステップＳ５／ＮＯ）、符
号化処理ステップＳ２に戻り、次のマクロブロックに対
する処理へ移行し、符号化処理を繰り返す。
【００８８】また、ステップＳ５の判断において、符号
化処理するマクロブロックがＧＯＰ最後のマクロブロッ
クであると判断したとき（ステップＳ５／ＹＥＳ）、複
雑度更新処理（ステップＳ６）にて、次のＧＯＰに対す
る符号化処理へ移るとともに、ＧＯＰ数カウンタＮgop
をインクリメントし、先のＧＯＰに対する符号化処理の
シーケンス全体の発生符号量の累積値Ｓsum と、シーケ
ンス全体の量子化幅の累積値Ｑsum とから、ピクチャ群
量子化幅設定手段１０２内の複雑度計算器２０３におい
て新たな複雑度Ｘgop を計算し、更新する。すなわち、
【００８９】 Ｎgop ＝Ｎgop ＋１ Ｘgop ＝Ｓsum ＊（Ｑsum ／ｊ）／Ｎgop とする。
【００９０】ＧＯＰ量子化更新処理（ステップＳ７）に
て、先のＧＯＰにおける基準量子化幅Ｑgop を更新す
る。新たな基準量子化幅Ｑgop は、上記の関係式でもと
められた複雑度Ｘgop とＧＯＰ当たりの平均ビットレー
トＲgop との比から計算する。すなわち、更新された後
の新たな複雑度Ｘgop 、上記の関係式でもとめられたＧ
ＯＰ当たりの平均ビットレートＲgop とから、更新後の
基準量子化幅Ｑgop を、 Ｑgop ＝Ｘgop ／Ｒgop とする。
【００９１】そして、このＧＯＰにおける最後のマクロ
ブロックに対する符号化処理が終了したか否かを判断す
る（ステップＳ８）。この判断において、最後のマクロ
ブロックに対する符号化処理が終了したと判断すると
（ステップＳ８／ＹＥＳ）、このＧＯＰに対する符号化
処理を終了する。また、ステップＳ８における判断にお
いて、符号化処理しているマクロブロックが、このＧＯ
Ｐにおける最後のマクロブロックでなく、このＧＯＰに
対する符号化処理が終了していないと判断すると（ステ
ップＳ８／ＮＯ）、符号化処理をステップＳ２へ移行
し、その後の処理を繰り返し実行する。
【００９２】さらに、本発明における他の実施の形態を
図５〜図７に基づいて説明する。
【００９３】図５は、本発明における他の実施の形態を
説明するためのブロック図である。図５に示されるブロ
ック図は、図１に示されるブロック図に最大ビットレー
ト調整手段１０４を追加したものである。
【００９４】最大ビットレート調整手段１０４は、平均
ビットレート調整手段１０３の出力である量子化幅Ｑa
と、動画像符号化手段１０１の出力である発生符号量Ｓ
j とから、最大ビットレート調整手段１０４に設定され
ている最大ビットレートの制約を守るよう量子化幅の調
整を行い、第２の画像単位の量子化幅Ｑj を出力する。
【００９５】図６は、図５に示される最大ビットレート
調整手段１０４の構成を示すブロック図である。図５に
よれば、最大ビットレート調整手段１０４は、固定ビッ
トレート符号量制御手段６０１と、量子化幅選択器６０
２とを有して構成される。
【００９６】固定ビットレート符号量制御手段６０１で
は、予め設定されている最大ビットレートのもとで固定
ビットレート符号化を行い、マクロブロック単位の量子
化幅を計算する。量子化幅選択器６０２は、固定ビット
レート符号量制御手段６０１において算出された量子化
幅と、平均ビットレート調整手段１０３における前回符
号化処理したマクロブロックまでの平均ビットレート調
整により設定された量子化幅Ｑa とを比較して、大きな
方を動画像符号化手段に与える量子化幅Ｑj とする。
【００９７】なお、固定ビットレートで符号量を制御す
る方式としては、例えば、ＴｅｓｔＭｏｄｅｌ ５の方
法を使うことができる。
【００９８】また、本発明の他の実施の形態における平
均ビットレート調整手段から出力された量子化幅に対し
て調整を行う手段として、量子化幅の最小値Ｑmin を予
め設定しておき、設定された最小値Ｑmin と、平均ビッ
トレート調整手段１０３から出力された量子化幅Ｑa と
の大きい方を、動画像符号化手段１０１やピクチャ群量
子化幅設定手段１０２へ出力する量子化幅Ｑj Ｑj ＝ｍａｘ（Ｑa ，Ｑmin ） としてもよい。
【００９９】また、本発明の他の実施の形態における平
均ビットレート調整手段から出力された量子化幅に対し
て調整を行う手段として、仮想バッファ占有量ｖｂｏｃ
の平均ビットレートからの最大超過符号量Ｄｍａｘを設
定して制御してもよい。例えば、仮想バッファ占有量ｖ
ｂｏｃによる量子化幅の修正において使用されるパラメ
ータＱreact については、最大超過符号量Ｄｍａｘから
仮想バッファ占有量ｖｂｏｃを差し引くことにより、利
用可能な符号量（Ｄｍａｘ−ｖｂｏｃ）を計算し、Ｑre
act とＤｍａｘ−ｖｂｏｃとの小さな方をパラメータＱ
react Ｑreact ＝ｍｉｎ（Ｑreact ，Ｄｍａｘ−ｖｂｏｃ） としてもよい。
【０１００】あるいは、パラメータＱreact を用いず
に、 Ｑj ＝Ｑgop ＊（１＋ｖｂｏｃ／（Ｄｍａｘ−ｖｂｏｃ）） または、 Ｑj ＝Ｑgop ＊（Ｄｍａｘ／（Ｄｍａｘ−ｖｂｏｃ）） としてもよい。
【０１０１】また、本発明の他の実施の形態として、Ｇ
ＯＰ毎の符号化処理において、動画像符号化手段１０１
が発生した符号量Ｓj の累積値Ｓsum.gop と、一つのＧ
ＯＰ当たりで平均ビットレート調整手段１０３から出力
された量子化幅Ｑj の累積値Ｑsum.gop から計算された
平均量子化幅とのこれらの積により算出されるＧＯＰ毎
の複雑度Ｘを求め、それらのシーケンス、即ちそれぞれ
のＧＯＰ毎の符号化処理当たりの平均としてＸgop を求
めてもよい。
【０１０２】いま、第ｉ番目のＧＯＰに対する符号化処
理が終了し、この符号化処理終了によって、第ｉ番目の
符号量の累積値Ｓsum.gop と、量子化幅の累積値Ｑsum.
gopとが得られ、これらの積により、第ｉ番目のＧＯＰ
の複雑度Ｘ（ｉ）が得られる。また、量子化幅の累積は
マクロブロック単位に設定された量子化幅の累積であ
り、Ｎmb.gopをＧＯＰ当たりのマクロブロック数とす
る。
【０１０３】このとき、ＧＯＰ番号が１から始まるとし
て、以下の式でＸgop が計算される。 Ｘ（ｉ）＝Ｓsum.gop ＊（Ｑsum.gop/Ｎmb.gop） Ｘgop ＝（Ｘ（ｉ）＋Ｘ（ｉ−１）＋Ｘ（ｉ−２）＋・・・＋Ｘ（１））／ｉ
【０１０４】また、本発明の他の実施の形態として、上
記のように求められたＸgop は、ＧＯＰ番号１からＧＯ
Ｐ番号ｉまでの複雑度Ｘの平均に限らず、過去に符号化
処理されたＧＯＰ番号であればよく、その中で設定され
たＧＯＰ番号からのＧＯＰ番号ｉまでの複雑度Ｘの平均
としてもよい。ここで、Ｘgop は、 Ｘgop ＝（Ｘ（ｉ）＋Ｘ（ｉ−１）＋・・・＋Ｘ（ｉ−Ｎ））／（Ｎ＋１） Ｎは平均を計算するＧＯＰの数を設定するパラメータで
ある。
【０１０５】また、本発明の他の実施の形態として、前
述のようにＧＯＰ毎の複雑度Ｘを計算し、それらのシー
ケンス全体の、即ちＧＯＰ番号１からＧＯＰ番号ｉまで
の複雑度Ｘから算出された平均複雑度Ｘave と、直前に
符号化したＧＯＰを含む過去数ＧＯＰ、即ち、直前に符
号化処理されたＧＯＰからＧＯＰ番号ｉまでのＧＯＰ毎
の複雑度Ｘから算出された平均複雑度Ｘgop との関係か
ら基準値量子化幅Ｑgop を設定してもよい。
【０１０６】例えば、以下の式のように設定してもよ
い。 Ｘave ＝（Ｘ（ｉ）＋Ｘ（ｉ−１）＋Ｘ（ｉ−２）＋・・・＋Ｘ（１））／ｉ Ｘgop ＝（Ｘ（ｉ）＋Ｘ（ｉ−１）＋・・・・＋Ｘ（ｉ−Ｎ））／（Ｎ＋１） Ｑgop ＝（Ｘave ／Ｒgop ）＊（１＋ａ＊（Ｘgop −Ｘave ））
【０１０７】ここでａは、（Ｘgop −Ｘave ）によって
求められるＸの偏差によるＱgop を設定するときの制御
の強さを決めるパラメータであり、さらにシーケンス全
体の複雑度の標準偏差δｘを計算して、このパラメータ
ａを、 ａ＝ａ′／δｘ としてもよい。
【０１０８】また、本発明の他の実施の形態として、平
均ビットレート調整手段１０３における基準量子化幅Ｑ
gop の修正の際に、量子化幅の許容限としての閾値Ｑth
を設けて平均ビットレートを調整してもよい。例えば、
図４のフローチャートに基づく説明におけるステップＳ
２の量子化幅更新処理において、図７のフローチャート
に示されるような処理を実行する。
【０１０９】まず、一つのマクロブロック毎の符号化処
理において発生する符号量Ｓj が、一つのマクロブロッ
ク当たり割り当てる平均ビットレートに対して超過して
いるか否かを判断する（ステップＳ１１）。この判断に
おいて、符号量Ｓj が平均ビットレートを超過している
と判断すると（ステップＳ１１／ＹＥＳ）、平均ビット
レート調整手段１０３において、ピクチャ群量子化設定
手段１０２から入力した基準量子化幅Ｑgop を更新し
（ステップＳ１２）、更新した後の量子化幅Ｑjを動画
像符号化手段１０１およびピクチャ群量子化設定手段１
０２へ出力する。
【０１１０】ステップＳ１１の判断において、符号量Ｓ
j が平均ビットレートを超過していないと判断すると
（ステップＳ１１／ＮＯ）、ピクチャ群量子化幅設定手
段１０２から入力した基準量子化幅Ｑgop が、量子化幅
の許容限としての閾値Ｑth以上であるか否かを判断する
（ステップＳ１３）。この判断において、ピクチャ群量
子化幅設定手段１０２から入力した基準量子化幅Ｑgop
が、量子化幅の許容限としての閾値Ｑth以上であると判
断すると（ステップＳ１３／ＹＥＳ）、前述と同じよう
にピクチャ群量子化設定手段１０２から入力した基準量
子化幅Ｑgop を更新し（ステップＳ１２）、更新した後
の量子化幅Ｑj を計算し（ステップＳ１４）、さらに、
計算した後の量子化幅Ｑj と閾値とを比較して大きな方
を選択する（ステップＳ１５）。
【０１１１】ステップＳ１３の判断において、ピクチャ
群量子化幅設定手段１０２から入力した基準量子化幅Ｑ
gop が、量子化幅の許容限としての閾値Ｑth以下である
と判断すると（ステップＳ１３／ＮＯ）、ピクチャ群量
子化幅設定手段１０２から入力した基準量子化幅Ｑgop
に対する変更は行わず、この基準量子化幅Ｑgop を量子
化幅Ｑj として（ステップＳ１６）、動画像符号化手段
１０１へ出力する。
【０１１２】このように、平均ビットレート調整手段１
０３は、ピクチャ群量子化幅設定手段１０２から入力さ
れた基準量子化幅の調整を常時実行するのではなく、マ
クロブロック毎の符号化処理の際に発生した符号量の一
つのマクロブロックあたりに割り当てた平均ビットレー
トに対する過不足量と、基準量子化幅と量子化幅の許容
限との大小関係とにより、ピクチャ群量子化幅設定手段
１０２から入力された基準量子化幅の調整処理を制御す
る。
【０１１３】これにより、ピクチャ群量子化幅設定手段
１０２から入力された基準量子化幅が設定された許容限
以下で、マクロブロック毎の符号化処理の際に発生した
符号量が、一つのマクロブロックあたりに割り当てた平
均ビットレート以下である場合に、平均ビットレートに
おける余剰分を補おうとするための無駄な発生符号量を
抑制することができる。
【０１１４】その結果、符号を多く消費したい画像が入
力されたときに抑制した符号を多く分配できるようにな
り、平均画質を向上することができる。
【０１１５】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、可変ビットレート符号化のリアルタイム処理
を実行することが可能であり、さらに、この可変ビット
レート符号化のリアルタイム処理を行う従来の１パス可
変ビットレート符号化装置以上に、高画質符号化を達成
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における動画像可変ビット
レート符号化装置の一構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるピクチャ群量子化
幅設定手段の構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態における平均ビットレート
調整手段の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態における動画像可変ビット
レート符号化装置の動作例を示すフローチャートであ
る。
【図５】本発明の他の実施の形態における動画像可変ビ
ットレート符号化装置の構成例を示すブロック図であ
る。
【図６】本発明の他の実施の形態における最大ビットレ
ート調整手段の構成例を示すブロック図である。
【図７】本発明のさらに他の実施の形態における量子化
幅更新処理に動作例を示すフローチャートである。
【図８】従来のＭＰＥＧ−２に準拠した画像符号化方法
を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１０１ 動画像符号化手段 １０２ ピクチャ群量子化幅設定手段 １０３ 平均ビットレート調整手段 １０４ 最大ビットレート調整手段 ２０１ 量子化幅累積器 ２０２ 発生符号量累積器 ２０３ 複雑度計算器 ２０４ ピクチャ群量子化計算器 ３０１ 平均ビットレート仮想バッファ占有量計算器 ３０２ 量子化幅修正器 ４０１ 固定ビットレート符号量制御手段 ４０２ 量子化幅選択器 ５０１ 減算器 ５０２ 離散コサイン変換器 ５０３ 量子化器 ５０４ 可変長符号化器 ５０５ 符号量制御器 ５０６ 逆量子化器 ５０７ 逆離散コサイン変換器 ５０８ 加算器 ５０９ フレームメモリ ５１０ 動き補償フレーム間予測器 ５１１ 選択器
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−215460（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−155152（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−23433（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−164588（ＪＰ，Ａ) ＭＰＥＧ実時間可変ビットレート符号 化方式，テレビジョン学会技術報告，20 ／68，1996．12 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 動画像データをあらかじめ設定した平均
    ビットレートのもとで、可変ビットレートで符号化する
    動画像可変ビットレート符号化装置において、 与えられた量子化幅で入力動画像データを符号化し、符
    号化データと発生符号量とを出力する動画像符号化手段
    と、前記動画像符号化手段で既に符号化済みの画像につい
    て、 前記動画像符号化手段に与えた量子化幅と、前記動
    画像符号化手段から得られる発生符号量とから、前記平
    均ビットレートに対応して、第１の画像単位ごとに、以
    降に入力される画像に適用するための基準となる基準量
    子化幅を定める量子化幅設定手段と、 前記動画像符号化手段から得られる発生符号量と前記平
    均ビットレートに対する過不足量とから前記第１の画像
    単位よりも小さい第２の画像単位ごとに前記基準量子化
    幅を調整し、その調整後の量子化幅を前記動画像符号化
    手段に与える量子化幅調整手段とを有することを特徴と
    する動画像可変ビットレート符号化装置。
  2. 【請求項２】 前記第１の画像単位は、複数の画面の集
    合で構成されることを特徴とする請求項１記載の動画像
    可変ビットレート符号化装置。
  3. 【請求項３】 前記第２の画像単位は、画面を分割した
    ブロックの集合で構成されることを特徴とする請求項１
    また２記載の動画像可変ビットレート符号化装置。
  4. 【請求項４】 前記量子化幅設定手段は、 現在まで符号化してきた画像の平均量子化幅と、前記発
    生符号量の積で定義される複雑度とを計算し、前記複雑
    度と平均ビットレートの比から前記第１の画像単位ごと
    に基準となる前記基準量子化幅を計算することを特徴と
    する請求項１から３のいずれか１項に記載の動画像可変
    ビットレート符号化装置。
  5. 【請求項５】 前記量子化幅調整手段は、 設定可能な量子化幅に対する最小値を設定することを特
    徴とする１から４のいずれか１項に記載の動画像可変ビ
    ットレート符号化装置。
  6. 【請求項６】 前記量子化幅調整手段は、 前記平均ビットレートからの超過量の最大値を設定し、
    前記最大超過量をバッファサイズとし、前記平均ビット
    レートで符号を引き出す仮想バッファを設定し、前記仮
    想バッファの占有量と、バッファサイズから占有量を減
    じて求められる利用可能な符号量とを用いて前記第２の
    映像単位ごとの前記量子化幅の調整を行うことを特徴と
    する請求項１から５のいずれか１項に記載の動画像可変
    ビットレート符号化装置。
  7. 【請求項７】 前記量子化幅調整手段は、 前記量子化幅設定手段にて設定された量子化幅を、前記
    動画像符号化手段から得られる発生符号量と前記平均ビ
    ットレートからの過不足量とから前記第２の画像単位ご
    とに量子化幅を調整し、第１の量子化幅を計算するとと
    もに、 最大ビットレートを設定し、前記量子化幅設定手段にて
    設定された量子化幅に対して、前記動画像符号化手段か
    ら得られる発生符号量から、前記最大ビットレートのも
    とで固定ビットレート制御をした場合に設定される第２
    の量子化幅を計算し、これら第１の量子化幅と第２の量
    子化幅のうち、値の大きな方を前記画像符号化手段へ与
    える量子化幅とすることを特徴とする請求項１から６の
    いずれか１項に記載の動画像可変ビットレート符号化装
    置。
  8. 【請求項８】 前記量子化幅設定手段は、 前記第１の画像単位ごとの発生符号量の累算値と量子化
    幅の平均値とから、これらの積で定義される第１の画像
    単位ごとの複雑度を計算し、前記第１の画像単位ごとの
    複雑度と第１の画像単位あたりのビットレートとから第
    １の画像単位の量子化幅を決定することを特徴とする請
    求項１から７のいずれか１項に記載の動画像可変ビット
    レート符号化装置。
  9. 【請求項９】 前記量子化幅設定手段は、 前記第１の画像単位ごとの発生符号量の累算値と量子化
    幅の平均値とから、これらの積で定義される第１の画像
    単位ごとの複雑度を計算し、現在まで符号化してきた画
    像の前記第１の画像単位ごとの複雑度の平均値と、直前
    の第１の画像単位のみ、あるいは、直前の第１の画像単
    位を含む複数の画像単位での平均複雑度と、第１の画像
    単位あたりのビットレートとから第１の画像単位の量子
    化幅を決定することを特徴とする請求項１から８のいず
    れか１項に記載の動画像可変ビットレート符号化装置。
  10. 【請求項１０】 前記量子化幅調整手段は、 あらかじめ量子化幅の閾値を設定し、平均レートに対す
    る過不足符号量が超過していない場合には、 前記第１の画像単位ごとに設定された基準量子化幅の値
    と、前記の量子化幅の閾値とを比較し、前記基準量子化
    幅が前記閾値以下であれば量子化幅調整を行わず、 前記基準量子化幅が前記閾値を越えていれば、 平均レートに対する過不足符号量に応じた量子化幅調整
    を行い、さらに閾値と比較して大きな方を選択し、 平均レートに対する過不足符号量が超過している場合に
    は、 平均レートに対する過不足符号量に応じた量子化幅調整
    を行い、前記第２の画像単位ごとの量子化幅を出力する
    ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載
    の動画像可変ビットレート符号化装置。
  11. 【請求項１１】 動画像データをあらかじめ設定した平
    均ビットレートのもとで、可変ビットレートで符号化す
    る動画像可変ビットレート符号化方法において、 与えられた量子化幅で入力動画像データを符号化し、符
    号化データと発生符号量とを出力する動画像符号化工程
    と、前記動画像符号化工程で既に符号化済みの画像につい
    て、 前記動画像符号化工程に与えた量子化幅と、前記動
    画像符号化工程から得られる発生符号量から、前記平均
    ビットレートに対応して、第１の画像単位ごとに、以降
    に入力される画像に適用するための基準となる基準量子
    化幅を定める量子化幅設定工程と、 前記量子化幅設定工程にて設定された量子化幅を、前記
    動画像符号化工程から得られる発生符号量と平均ビット
    レートからの過不足量から前記第１の画像単位よりも小
    さい第２の画像単位ごとに量子化幅を調整し、その調整
    後の量子化幅を前記動画像符号化工程に与える量子化幅
    調整工程とを有することを特徴とする動画像可変ビット
    レート符号化方法。
  12. 【請求項１２】 前記第１の画像単位は、複数の画面の
    集合で構成されることを特徴とする請求項１１記載の動
    画像可変ビットレート符号化方法。
  13. 【請求項１３】 前記第２の画像単位は、画面を分割し
    たブロックの集合で構成されることを特徴とする請求項
    １１また１２記載の動画像可変ビットレート符号化方
    法。
  14. 【請求項１４】 前記第１の画像単位ごとに基準となる
    量子化幅の設定する工程において、 現在まで符号化してきた画像の平均量子化幅と、前記発
    生符号量の積で定義される複雑度とを計算し、前記複雑
    度と平均ビットレートの比から前記第１の画像単位ごと
    に基準となる基準量子化幅を計算することを特徴とする
    請求項１１から１３のいずれか１項に記載の動画像可変
    ビットレート符号化方法。
  15. 【請求項１５】 前記第２の画像単位ごとの量子化幅の
    調整工程において、 設定可能な量子化幅に対する最小値を設定することを特
    徴とする１１から１４のいずれか１項に記載の動画像可
    変ビットレート符号化方法。
  16. 【請求項１６】 前記第２の画像単位ごとの量子化幅の
    調整工程において、 前記平均ビットレートからの超過量の最大値を設定し、 前記最大超過量をバッファサイズとし、前記平均ビット
    レートで符号を引き出す仮想バッファを設定し、 前記仮想バッファの占有量と、バッファサイズから占有
    量を減じて求められる利用可能な符号量とを用いて前記
    第２の画像単位ごとの前記量子化幅の調整を行うことを
    特徴とする請求項１１から１５のいずれか１項に記載の
    動画像可変ビットレート符号化方法。
  17. 【請求項１７】 前記第２の画像単位ごとの量子化幅調
    整工程において、 前記量子化幅設定工程にて設定された量子化幅を、前記
    動画像符号化工程から得られる発生符号量と前記平均ビ
    ットレートからの過不足量とから前記第２の画像単位ご
    とに量子化幅を調整し、第１の量子化幅を計算するとと
    もに、 最大ビットレートを設定し、 前記量子化幅設定工程にて設定された量子化幅に対し
    て、前記動画像符号化工程から得られる発生符号量か
    ら、前記最大ビットレートのもとで固定ビットレート制
    御をした場合に設定される第２の量子化幅を計算し、 前記第１の量子化幅と第２の量子化幅のうち、値の大き
    な方を前記画像符号化工程へ与える量子化幅とすること
    を特徴とする請求項１１から１６のいずれか１項に記載
    の動画像可変ビットレート符号化方法。
  18. 【請求項１８】 前記第１の画像単位ごとの基準となる
    量子化幅の設定工程において、 前記第１の画像単位ごとの発生符号量の累算値と量子化
    幅の平均値とから、これらの積で定義される第１の画像
    単位ごとの複雑度を計算し、 前記第１の画像単位ごとの複雑度と第１の画像単位あた
    りのビットレートとから第１の画像単位の量子化幅を決
    定することを特徴とする請求項１１から１７のいずれか
    １項に記載の動画像可変ビットレート符号化方法。
  19. 【請求項１９】 前記第１の画像単位ごとの基準となる
    量子化幅の設定方法において、 前記第１の画像単位ごとの発生符号量の累算値と量子化
    幅の平均値とから、これらの積で定義される第１の画像
    単位ごとの複雑度を計算し、 現在まで符号化してきた画像の前記第１の画像単位ごと
    の複雑度の平均値と、直前の第１の画像単位のみ、ある
    いは、直前の第１の画像単位を含む複数の画像単位での
    平均複雑度と、第１の画像単位あたりのビットレートと
    から第１の画像単位の量子化幅を決定することを特徴と
    する請求項１１から１８のいずれか１項に記載の動画像
    可変ビットレート符号化方法。
  20. 【請求項２０】 前記第２の画像単位ごとの量子化幅調
    整工程において、 あらかじめ量子化幅の閾値を設定し、平均レートに対す
    る過不足符号量が超過していない場合には、 前記第１の画像単位ごとに設定された基準量子化幅の値
    と、前記の量子化幅の閾値とを比較し、前記基準量子化
    幅が前記閾値以下であれば量子化幅調整を行わず、 前記基準量子化幅が前記閾値を越えていれば、 平均レートに対する過不足符号量に応じた量子化幅調整
    を行い、さらに閾値と比較して大きな方を選択し、 平均レートに対する過不足符号量が超過している場合に
    は、 平均レートに対する過不足符号量に応じた量子化幅調整
    を行い、第２の画像単位ごとの量子化幅を出力すること
    を特徴とする請求項１１から１９のいずれか１項に記載
    の動画像可変ビットレート符号化方法。
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