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JP3416649B2 - 可変長符号化装置 - Google Patents

可変長符号化装置

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Publication number
JP3416649B2
JP3416649B2 JP2000529040A JP2000529040A JP3416649B2 JP 3416649 B2 JP3416649 B2 JP 3416649B2 JP 2000529040 A JP2000529040 A JP 2000529040A JP 2000529040 A JP2000529040 A JP 2000529040A JP 3416649 B2 JP3416649 B2 JP 3416649B2
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JP
Japan
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Application number
JP2000529040A
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Inventor
彰啓 渡部
英司 宮越
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Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Application granted granted Critical
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    • H03M7/30Compression; Expansion; Suppression of unnecessary data, e.g. redundancy reduction
    • H03M7/40Conversion to or from variable length codes, e.g. Shannon-Fano code, Huffman code, Morse code
    • HELECTRICITY
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    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N19/102Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the element, parameter or selection affected or controlled by the adaptive coding
    • H04N19/13Adaptive entropy coding, e.g. adaptive variable length coding [AVLC] or context adaptive binary arithmetic coding [CABAC]
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はデータの圧縮処理で
利用される可変長符号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の可変長符号化装置の代表的な用途
として動画データの圧縮処理がある。動画圧縮の国際規
格であるMPEG(Moving Picture Experts Group)で
は、DCT(離散コサイン変換)、量子化、動き補償を
伴う差分処理を行う。MPEGではマクロブロックと呼
ばれる縦16、横16の画素で構成される単位をベース
に動き補償を行って圧縮率の向上を図っている。
【0003】MPEGにおいては可変長符号化を行なっ
ているが、この可変長符号化は確率的に符号長を減少す
るものであるため必ずしも符号化ビット発生量が減少す
るとは限らず、また画像データ、映像の動きなどピクチ
ャのコーディングの困難さに応じて符号化ビット発生量
が揺らぐことになる。
【0004】このビット発生量の揺らぎはデコーダのバ
ッファモデルによって規定される。具体的には、規格に
よって規定される理想的なデコーダにおいては入力バッ
ファが存在し、リアルタイムデコードにおいてこの入力
バッファがオーバーフロー、あるいはアンダーフローし
てはならないという規定がなされている。よってエンコ
ーダはデコーダの入力バッファの容量の程度のビット発
生量の揺らぎが許されていることになる。逆にいえばこ
の制限をエンコーダでは必ず守られるようにエンコード
しなければならない。
【0005】このように、MPEGでは、可変長符号で
エンコードするのであるが、そのビット発生量に関し制
限を与えなければならない。一般的にその手法はレート
コントロールと呼ばれている。このようなレートコント
ロールについては例えば特開平7−107947号公報
に開示されているのように、通常量子化する際のステッ
プを変化させる手法などが知られている。また、可変長
符号化を行なったのちに、ビット発生量を制御する方法
としては特開平6−14314号公報などに開示された
手法が知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、量子化ステッ
プを大きくする方法によると、符号化ビット発生量は減
少することが予想されるが、実際の符号化ビット発生量
は符号化を行なうまでは不明である。このように、正確
に符号量を予測できない以上、量子化ステップで制御す
る方法では、確実性に欠けるという問題がある。このよ
うに従来の手法では、量子化ステップをマクロブロック
単位で変更する方法によっても非常に頻度が低いと思わ
れる状況を想定して符号化ビット発生量の上限を確実に
押えなければならないため、通常はもっと高画質が得ら
れるはずのデータに対しても画質の劣化を招くという問
題があった。特に、リアルタイムでのシステムにおいて
は、エンコードした結果を参照してさらに最適化を図る
などの再エンコード処理が殆んど不可能であるためこの
ような安全策を採らざるを得ず画質の劣化を招いてい
た。
【0007】これらの問題は可変長符号化を行なったの
ちに制御を行なうことにすれば解決するが、特開平6−
14314号公報に開示されている手法では、全ての可
変長符号の長さを記憶しておく必要があるなどハードウ
ェアの規模が増大し、またローカルデコード画像と、デ
コーダによるデコード画像のずれが生じて画質の劣化が
数フレームに渡って継続するといった状況が発生する。
さらに画質劣化が特定のマクロブロックに集中すること
があり、画質劣化が顕著に表われやすい問題があった。
【0008】本発明にかかる可変長符号化装置は、上記
課題を解決し、リアルタイム処理において符号化ビット
発生量の上限を画質劣化が目立たないように確実に制限
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明にかかる可変長符号化装置は、入力されたデー
タを処理単位毎に可変長符号化する可変長符号化手段
と、前記可変長符号化された可変長符号化データを一時
的に記憶するバッファリング手段と、前記バッファリン
グ手段に記憶された可変長符号化データの処理単位当た
りの符号発生量に応じて、入力データに依存しないあら
かじめ用意された前記符号発生量より短い符号に置き換
える符号置き換え処理手段を具備することを特徴とす
る。
【0010】上記構成により、可変長符号化の結果、処
理単位当たりの符号発生量が多いものを必要に応じて短
い符号で置き換えることにより処理単位当たりの符号量
を低減させ、確実に符号発生量の上限を制限でき、符号
発生量を所定範囲に抑えることができる。
【0011】次に、前記可変長符号化装置は、前記入力
データの処理単位当たりの符号発生量の上限値を設定す
る手段を備え、前記符号置き換え処理手段が、前記バッ
ファリング手段に記憶された可変長符号化データの処理
単位当たりの符号発生量が前記上限値を越えた場合にあ
らかじめ用意された短い符号に置き換える処理をする手
段と、前記バッファリング手段に記憶された可変長符号
化データの処理単位当たりの符号発生量が前記上限値を
越えない場合に符号の置き換えを行わない処理をする手
段とを備えることが好ましい。
【0012】上記構成により、処理単位当たりの符号発
生量の上限を柔軟に設定でき、可変長符号化の結果、処
理単位当たりの符号化ビット発生量が上限値を越えたも
のを短い符号で置き換えることにより処理単位当たりの
符号量を確実に上限値以内に制限できる。
【0013】次に、前記入力は動画像データのフレーム
内圧縮処理またはフレーム間圧縮処理されたデータであ
って、前記処理単位は、動画像データの1ピクチャ当た
りのデータであることが好ましい。
【0014】上記構成により、動画像データの圧縮処理
過程の可変長符号化処理に適用することができ、MPE
G、H.261などの動画圧縮処理装置の可変長符号処
理に利用することができる。
【0015】次に、前記符号置き換え処理手段が置き換
えるあらかじめ用意された短い符号が、すでに前記符号
置き換え処理手段による処理が済んだ処理単位にかかる
置き換え処理済データと同じデコード結果が得られるも
のであることが好ましい。
【0016】上記構成により、置き換えたデータをデコ
ードする際にすでにデコードした画像と同一の画像とな
るので、画質の劣化を感じさせることがない。
【0017】次に、前記入力データが双方向予測符号化
画像ピクチャである場合、前記符号置き換え処理手段
は、前記置き換えるあらかじめ用意された短い符号と
し、時系列上、前方でもっとも近いフレーム内符号化画
像ピクチャか、前方でもっとも近い前方予測符号化画像
ピクチャか、後方でもっとも近いフレーム内符号化画像
ピクチャか、後方でもっとも近い前方予測符号化画像ピ
クチャのうちのいずれかと、同じデコード結果が得られ
るデータを選択することが好ましい。
【0018】上記構成により、置き換える必要のある双
方向予測符号化画像ピクチャデータを、時間的に近接す
る前後のピクチャであって、所定の符号発生量に収まっ
た画像データと置き換えることができ、動画像としてデ
コードした場合の違和感のないデータを得ることができ
る。
【0019】さらに、前記選択において後方の画像ピク
チャを選んだ場合は、前記入力データから前記選択した
後方の画像ピクチャまでの間にある双方向予測符号化画
像ピクチャすべてを前記選択した後方の画像ピクチャと
同じデコード結果が得られるデータと置き換えることが
好ましい。
【0020】上記構成により、双方向予測符号化画像ピ
クチャデータの置き換え処理において、置き換えた画像
ピクチャに後続する画像ピクチャが時系列上過去のデー
タとなることがなく、デコードした場合、画像の時間的
順番が逆転することのない違和感のないデータを得るこ
とができる。
【0021】次に、前記入力データが前方予測符号化画
像ピクチャである場合、前記符号置き換え処理手段は、
前記置き換えるあらかじめ用意された短い符号とし、時
系列上、前方でもっとも近いフレーム内符号化画像ピク
チャか、前方でもっとも近い前方予測符号化画像ピクチ
ャのうちのいずれかと同じデコード結果が得られるデー
タを選択し、前記入力データである前方予測符号化画像
ピクチャに後続する前方予測符号化画像ピクチャは、前
記選択された前方の画像ピクチャを参照することが好ま
しい。
【0022】上記構成により、置き換える必要のある前
方予測符号化画像ピクチャを、近接する前方の画像ピク
チャであって、所定の符号発生量に収まった画像データ
と置き換えることができ、動画像としてデコードした場
合の違和感のないデータを得ることができる。また、置
き換えた前方予測符号化画像ピクチャに後続する前方予
測符号化画像ピクチャの参照処理では前記前方の画像ピ
クチャを参照するので、置き換え処理をした前方予測符
号化画像ピクチャが他の画像ピクチャの参照処理に利用
されることがなく、不具合が発生することがない。
【0023】
【発明の実施の形態】本発明の可変長符号化装置をMP
EGエンコーダに適応した実施形態を示す。
【0024】図1は本実施形態にかかるMPEGエンコ
ーダのブロック図である。図1に示すように外部メモリ
101とエンコーダ102とで構成されている。
【0025】エンコーダ102はさらに外部メモリイン
ターフェース103、画像入力インターフェース10
4、コード出力インターフェース105、エンコード部
106、制御部107とで構成されている。
【0026】エンコード部106が可変長符号化手段に
該当し、外部メモリ101がバッファリング手段に該当
し、後述するように制御部107の制御により符号置き
換え処理手段が実行される。また、本実施形態では処理
単位は、画像ピクチャであり、ピクチャタイプはIピク
チャ(フレーム内圧縮符号化画像)、Pピクチャ(前方
予測符号化画像)、Bピクチャ(双方向予測符号化画
像)がある。
【0027】外部メモリ101は、参照画像データの保
持やエンコード処理されたビットストリームを一定ビッ
トレートで出力するための緩衝用バッファとしての役割
などを果たす。
【0028】外部メモリインターフェース103は、画
像入力インターフェイス104、コード出力インタフェ
ース105、エンコード部106という複数ブロックか
らの書き込み、読み出しの要求を調停し、他のブロック
と外部メモリとのデータの入出力を実行する。
【0029】画像入力インターフェース104は、外部
からの入力画像110を受け入れ、フィルタリングなど
を行なった後、外部メモリインターフェース103を介
て入力画像データ110を外部メモリ101の所定のア
ドレスに書き込む。以下、書き込みを行なった画像デー
タをソース画像データと呼ぶことにする。
【0030】エンコード部106は外部メモリ101か
ら画像データを読み込み、エンコード処理を実行し、エ
ンコードしたデータを外部メモリ101に書き込む。こ
の際、後述するようにエンコードしたデータの符号発生
量が設定した上限値以上であると制御部107が判断す
れば置き換え処理が実行され、置き換え後のデータが外
部メモリ101に書き込まれる。詳しい動作は後述す
る。
【0031】ここで、ライトポインタ121は、書き込
んだデータの外部メモリ101上のアドレスを示すため
のポインタであり、エンコード処理において発生した符
号量分だけライトポインタ121は増加することとな
る。また、後述するようにエンコード処理開始前のライ
トポインタ121は制御部107のベースポインタ12
4に渡され、また、エンコード処理後のライトポインタ
121も制御部107に渡され、外部メモリ101に書
き込まれたデータの発生符号量が上限値を越えているか
否かの判断に利用される。
【0032】制御部107は、エンコード部106、コ
ード出力インターフェース105を制御し、また直接外
部メモリインターフェース103を通じて外部メモリ1
01に対してデータ入出力を行う。設定する発生符号量
の上限値を上限値記憶領域125に保持し、エンコード
部106によるエンコード処理後の発生符号量が設定上
限値を越えているか否かによる置き換え処理実行要否の
判断を行い、越えている場合は、画像データのピクチャ
タイプ、時系列上の並びを考慮した置き換えパターンに
従って置き換え処理を実行する。なお、設定上限値はピ
クチャタイプに合わせて設定することができ、Bピクチ
ャタイプ画像データの上限値がα1、Pピクチャタイプ
画像データの上限値がα2である。ベースポインタ12
4は、エンコード処理実行前のエンコード部106のラ
イトポインタ121の初期値を受け取り、記憶するもの
である。エンコード処理後のライトポインタ121との
差によりエンコード処理による発生符号量算出に用い
る。詳しい処理動作は後述する。
【0033】コード出力インターフェース105は、内
部にリードポインタ122、ベースポインタ123を保
有し、このポインタを比較しながら外部の要求に応じて
出力ビットストリーム111を出力する。ここで、リー
ドポインタ122はビットストリームの出力が済んでい
る外部メモリ101のアドレスを記憶するためのポイン
タであり、ベースポインタ122は、エンコード処理、
置き換え処理が済み、出力可能となったデータの外部メ
モリ101のアドレスを記憶するためのポインタであ
る。出力処理についての詳しい動作は後述する。
【0034】以下、エンコード部106の構成を述べ、
続いて、置き換え要否判断処理、置き換えパターン判別
処理、置き換え処理、コード出力インタフェース105
を介した出力処理などについて詳しく説明する。
【0035】まず、エンコード部106の構成を説明す
る。図2に示すように、エンコード部106は、外部メ
モリ101との間で処理画像データを読み書きするため
のアドレスを生成するアドレス生成部221を備えてい
る。アドレス生成部221は、前述したライトポインタ
121を保持している。エンコード部106はさらに動
き検出部202、差分画像生成部213、DCT部20
6、量子化部207、可変長符号化部208、逆量子化
部209、逆DCT部210、動き補償部211を備え
ている。
【0036】マクロブロックデータ201は16×16
画素のマクロブロックデータである。
【0037】動き検出部202は、外部メモリ101か
ら読み出した参照画像データ212を探索領域として、
参照画像データ212中の16×16画素のブロックデ
ータと処理対象のマックロブロックデータ201との比
較を試行してもっとも合致するブロックデータを求め
る。そしてマクロブロックデータ201と求めたブロッ
クデータの位置の差をベクトル表現したものを動きベク
トル217として差分画像生成部213へ出力する。
【0038】差分画像生成部213は、与えられた動き
ベクトル217を基に、外部メモリ101に記憶されて
いる参照用画像データ212のうち入力されたマクロブ
ロックデータ201に対応する画像データから予測画像
219を生成する。差分画像生成部213は、インター
圧縮時では、マクロブロックデータ201と予測画像2
19との差分を差分画像204として出力し、イントラ
圧縮時では実際には差分を取らずにマクロブロックデー
タ201と同一のデータを差分画像204として出力す
る。ここで、差分画像生成部213は、処理モードがイ
ンターモードであったのかイントラモードであったのか
を判別する情報と動きベクトル217とをモード情報2
05として出力する。
【0039】DCT処理部206は、差分画像204に
対して直交変換である離散コサイン変換を行ない、その
結果を出力する。
【0040】量子化部207は、DCT処理部206の
出力に対して量子化を行ない、その結果を量子化データ
216として出力する。この量子化によりDCT処理結
果の高周波成分が除去されてデータ量が圧縮される。
【0041】可変長符号化部208は、モード情報20
5とデータの出現確率に基づいて量子化データ216を
可変長符号化して出力ビットストリーム214として出
力する。ここで動きベクトル217を含むモード情報2
05は出力ビットストリーム214の一部に符号化され
る。後述する制御部107での置き換え要否判断におい
て可変長符号化したデータの発生符号量が設定した上限
値α1またはα2を越えていると判断された場合には、
制御部107による置き換え処理が実行され、制御部1
07が発行する置き換えパターン信号230に従い、保
持している置き換えパターン保持部231が保持する置
き換えパターンと置き換えられ、置き換え後のデータを
出力ビットストリーム214として出力する。
【0042】エンコード部106は、上記出力ビットス
トリーム214生成とともに次のエンコード処理のため
に参照用フレーム画像データ220を生成すべく、デコ
ーダで行われるデコード処理と同様の処理を逆量子化部
209、逆DCT部210、動き補償部211により行
いデータを用意する。
【0043】逆量子化部209は量子化データ216を
逆量子化する。ここで量子化の逆変換に相当するが量子
化において情報量が減少しているためにDCT部206
の出力と逆量子化部209の出力とは一致しない。
【0044】逆DCT部210は逆量子化部209の出
力に対して逆DCT処理を行なう。
【0045】動き補償部211は、モード情報205や
予測画像219を基に動き補償を行なう。動き補償は、
モード情報205がイントラモードの場合には逆DCT
部210の結果をそのまま出力し、モード情報205が
インターモードの場合には予測画像219と逆DCT部
210の出力を加算したものを出力する。これは差分画
像生成部213の逆の動作に相当する。動き補償部21
1の出力は参照画像データ220としてアドレス生成部
221に送られ、外部メモリインタフェース103を介
して外部メモリ101に書き込まれ、次段のマクロブロ
ックデータ201のエンコード処理に使用される。
【0046】以上のように、エンコード部106は、ソ
ース画像データをエンコードし、必要に応じて置き換え
処理されたビットストリームを作成し、その結果を外部
メモリ101に書き込む動作を行なう。
【0047】なお、MPEGではエンコード処理の中で
動き補償について入力フレーム画像のピクチャコーディ
ングタイプに応じて異なった処理が行われる。エンコー
ド部106は、制御部107に指定される3種類のピク
チャコーディングタイプ(Iピクチャ、Pピクチャ、B
ピクチャ)の種類に応じて動き検出部202や動き補償
部212の動作を変更する。
【0048】Iピクチャの場合にはフレーム間の情報、
参照画像を利用せず、動き補償、動き検出などを行なわ
ずにエンコードし、ローカルデコード画像を外部メモリ
101に対して書き込む。即ち、動き検出部202は動
きベクトル217を出力せず、差分画像生成部213
は、参照画像212を利用せず常にイントラ(動き補償
を行なわない)モードで動作する。
【0049】Pピクチャの場合には時系列上で前方にあ
る参照フレーム画像を1つのみ利用してその参照画像に
対する動き予測を利用してエンコードし、ローカルデコ
ード画像を外部メモリ101に対して書き込む。
【0050】Bピクチャの場合には時系列上で近隣の2
つの参照フレーム、例えば前後のIピクチャまたはPピ
クチャの2フレームを参照画像として用いる。このタイ
プに関してはローカルデコード画像を外部メモリ101
に書き込まない。すなわち、アドレス生成部221は、
参照画像データ220を外部メモリ101に書き込む動
作を行なわない。Bピクチャタイプの画像は参照画像と
して用いられることはないためローカルデコード画像を
保持しておく必要がないためである。逆にいうとBピク
チャタイプに対してのデータ変更操作は他のフレーム画
像に対して影響を全く与えないことがわかる。一方、I
タイプ、Pタイプのデータ変更操作は他のフレームの画
像に影響を与える。
【0051】以上が、エンコード部106の構成であ
る。
【0052】次に、本実施形態にかかる可変長符号化装
置を利用したMPEGエンコード処理手順を説明する。
図3は、制御部107の処理動作を中心とした本発明の
可変長符号化装置の処理フローである。図4は外部メモ
リ101にデータが書き込まれる様子を示した図であ
る。
【0053】入力画像110は一旦、画像入力インター
フェース部104を通じて外部メモリ101にソース画
像として書き込まれる。この動作は他のブロックから独
立して動作する。以下、既に外部メモリ101にソース
画像が取り込まれているものとして説明する。
【0054】最初に、制御部107は初期化処理(ステ
ップ301)を実行する。初期化処理では、エンコード
部106のライトポインタ121、コード出力インター
フェース105のリードポインタ122、ベースポイン
タ123、制御部107が保持するベースポインタ12
4がそれぞれ0に設定される。
【0055】次にピクチャタイプの決定(ステップ30
2)が実行される。ピクチャタイプのシーケンスは、M
PEGではエンコーダ機器側が決めるものであり、制御
部107は、例えばI,B,B,B,P,B,B,B,
I,・・・という順番を繰り返すなどのピクチャタイプ
のシーケンスを指定することができる。
【0056】次に、エンコード部106の起動処理(ス
テップ303)が実行され、エンコード部106の処理
終了待ち(ステップ304)に入る。エンコード部10
6の起動された時点では図4(a)に示すようにライト
ポインタ121とベースポインタ124は一致してい
る。次に、エンコード部106は、画像データを1ピク
チャ分外部メモリ101から取り込んでエンコード処理
を実行し、エンコード処理結果を外部メモリ101へ書
き込む。エンコード部106のライトポインタ121は
描き込んだ符号量に従って増加していく(図4
(b))。このときコード出力インターフェイス105
のベースポインタ123の値は前のままであって、現在
エンコード中のデータは外部へ出力されない。
【0057】次に、制御部107は、エンコード部10
6が1ピクチャ分のエンコード処理を終了すると、符号
発生量計算処理(ステップ305)を行なう。この符号
発生量計算処理は、制御部107がエンコード部106
のライトポインタ121の値を読み出して制御部107
自身が保持していたベースポインタ124と比較するこ
とにより行う。つまりライトポインタはエンコード結果
の書き込みの際に符号発生量に応じて増加しているので
ポインタの増加分を計算することで符号発生量を算出す
ることができる。
【0058】次に置き換え処理を実行するか否かの判断
(置き換え要否判断)を行う(ステップ306)。ここ
では、ステップ305で計算した符号化ビット発生量が
上限値を越えているか否かをチェックする。処理中の画
像データのピクチャタイプがBピクチャであれば、上限
値α1と比較し、処理中の画像データのピクチャタイプ
がPピクチャであれば、上限値α2と比較する。符号発
生量が上限値以内ならばステップ309に進み、符号発
生量が上限値を越える場合にはステップ307の置き換
え処理に進む。図4bに示した例では設定上限値(例え
ばα1)を越えている。
【0059】ステップ306で符号化ビット発生量が上
限値を越えた場合は、置き換え処理(ステップ307、
ステップ308)を実行する。まず、ステップ307
で、制御部107のベースポインタ124をエンコード
部106のライトポインタ121に戻す。これにより、
エンコード部106のライトポインタ121はエンコー
ド結果書き込み前の元の値に戻る(図4(c))。次い
で、ステップ308で、制御部107は、処理中の画像
データのピクチャタイプ、時系列上の画像データの位置
に応じて置き換えパターンを判別し、この置き換えパタ
ーン信号230をエンコード部106に与える。エンコ
ード部106は受け取った置き換えパターン信号230
に従い、置き換えパターン保持部231が保持する置き
換えパターンから指定されたデータをエンコード処理済
みデータとして採用し、外部メモリ101に対して、元
の値に戻されたライトポインタ121が示すアドレスか
ら上書きして行く。ライトポインタ121の値は、上書
きした置き換えデータの書き込み終了地点のアドレスま
で更新される(図4(d))。上書きされず残っている
データは無視され、次の画像データの処理は図4(d)
のライトポインタの値から続行され、次の画像データ処
理結果が書き込まれて行く。
【0060】置き換えパターン保持部231が保持する
データは、 (1)全マクロブロックを前方予測モード、動きベクト
ル0、差分データ0で符号化したもの(前方の参照画像
と同じデコード結果が得られるデータ) (2)全マクロブロックを後方予測モード、動きベクト
ル0、差分データ0で符号化したもの(後方の参照画像
と同じデコード結果が得られるデータ) の2種類である。
【0061】これらの短いデータは、決められたコード
として、ソース画像を必要とせずにあらかじめ準備して
おくことができ、かつデータ量も非常に少ない。
【0062】なお上記の置き換えパターン判別処理につ
いての詳細は後述する。
【0063】次に、制御部107は、出力処理のための
ポインタ更新を行う(ステップ309)。まず、エンコ
ード部のライトポインタの値をベースポインタ124と
コード出力部105のベースポインタ123に代入す
る。
【0064】コード出力インターフェイス105を介し
た出力処理は以下の通りである。コード出力インターフ
ェイス105は、出力要求があったとき、リードポイン
タ122がベースポインタ123と一致するまで符号化
ビットを読み出して出力ビットストリーム111として
出力する。つまり、 (1)リードポインタ122、ベースポインタ123が
一致していないときには、リードポインタ122が指し
示すアドレスのデータを外部メモリ101から読み出し
外部へ出力ビットストリーム111として出力する。そ
してその後リードポインタ122の値は“1”増加す
る。
【0065】(2)リードポインタ122とベースポイ
ンタ123が一致しているときは外部に対し出力すべき
データがないことを知らせる。
【0066】コード出力インターフェース105は以上
のような動作をするのでベースポインタ123を越えて
リードポインタ122は増加せず、ベースポインタ以降
のデータは外部へ出力されない。
【0067】以上の一連の処理の後、再びピクチャタイ
プの決定(ステップ302)に処理が移行する。
【0068】なお、上記フローは制御部107にマイク
ロコードを用いてプログラムされている。
【0069】次に、置き換えパターン判別処理の詳細に
ついて述べる。置き換えパターンは何種類かのパターン
が存在する。本実施形態では、処理対象の画像データの
ピクチャコーディングタイプと、時系列に並べた場合の
当該画像の位置に応じてパターンを判別する。置き換え
パターン判別において重要な点は以下の2つのルールで
ある。
【0070】(1)置き換えるデータは時間的に近接す
る参照画像と同じデコード結果が得られるものであるこ
と。これにより置き換え後の画像データの再生画像が前
後の画像と時間的に近く、違和感の少ない再生画像とな
る。
【0071】(2)置き換え後の画像データの時系列の
並びが前後の画像データと逆転していないこと。これに
より置き換え後の画像データの再生画像が時間的に逆戻
りすることがなく、違和感の少ない再生画像となる。
【0072】上記2点に注目して、それぞれの置き換え
パターンについて説明を行なう。
【0073】パターン1は、エンコード処理を行った画
像がピクチャコーディングタイプBで、前方の参照画像
(IまたはPピクチャ)の直後に相当する画像であっ
て、かつ、その画像のエンコード結果である符号発生量
がα1を越えている場合である。このパターン1は、当
該Bピクチャのエンコードデータを、前方の参照画像と
同じデコード結果が得られるデータと置き換えるパター
ンである。図5に一例を示す。図5(a)は時系列順に
並べた置き換え処理前の画像データの様子を示し、図5
(b)が置き換え処理後の動画表示の様子を示したもの
である。図5(a)に示すように、ピクチャシーケンス
がI,B,B,B,Pであり、それぞれの画像を順に
a,b,c,d,eとする。パターン1は、画像bのエ
ンコードデータが符号発生量がα1より大きい場合が該
当する。
【0074】ここで、パターン1の場合の置き換えパタ
ーン信号の生成と置き換え処理について述べる。エンコ
ード処理の順はI、P、Bの順に行なわれるのでa,
e,b,c,dの順で行なわれる。画像bのエンコード
処理後、ステップ306の制御部107の置き換え要否
判断で置き換えが必要と判断された場合、制御部107
はピクチャタイプがBであり、かつ、前方の参照画像の
直後にあるのでパターン1と判定でき、置き換えパター
ン保持部231が保持している前方の参照画像と同じデ
コード結果が得られるデータを置き換えるデータとして
指定する。このときデコード結果は画像aと同一のもの
となる。なお、ステップ308の置き換え処理により、
再生画像はa,a,c,d,eとなる。つまり一瞬だけ
画像aが連続表示されるのみであり、見た目の違和感を
少なくできる。
【0075】次に、パターン2を説明する。パターン2
は、エンコード処理を行った画像がピクチャコーディン
グタイプBで、その画像のエンコード結果である符号発
生量がα1を越えており、当該Bピクチャのエンコード
データを、後方の参照画像と同じデコード結果が得られ
るデータと置き換えるパターンである。特に処理対象で
ある画像データの時系列上の並びが後方の参照画像側に
近い場合や、前方の参照画像までの間にエンコード処理
が所定の発生符号量内に収まった他の画像データが存在
する場合のパターンである。図6に一例を示す。図6
(a)は時系列順に並べた置き換え処理前の画像データ
の様子を示し、図6(b)が置き換え処理後の動画表示
の様子を示したものである。図6(a)に示すように、
ピクチャシーケンスがI,B,B,B,Pであり、それ
ぞれの画像を順にa,b,c,d,eとする。パターン
2は、画像cや画像dのエンコードデータが符号発生量
がα1より大きい場合が該当する。ここでは画像cが符
号発生量がα1より大きい場合とする。
【0076】パターン2の場合の置き換えパターン信号
の生成と置き換え処理について述べる。パターン1の場
合の説明と同様、エンコード処理の順はI、P、Bの順
に行なわれるのでa,e,b,c,dの順で行なわれ、
画像cのエンコード処理後、ステップ306の制御部1
07の置き換え要否判断で置き換えが必要と判断される
と、制御部107はピクチャタイプがBであり、かつ、
先行する参照画像aとの間に他の画像bがあるのでパタ
ーン2と判定し、置き換えパターン信号“2”を発行
し、置き換えパターン保持部231が保持している後方
の参照画像と同じデコード結果が得られるデータを置き
換えるデータとして指定する。この置き換えパターン2
はピクチャシーケンス上、後方の参照画像eまでのすべ
ての画像に対して、後方の参照画像と同じデコード結果
が得られるデータとの置き換えを指定し、置き換えたデ
ータをエンコードデータとする。そのため、ステップ3
08の置き換え処理により、図6(b)に示すように、
再生画像はa,b,e,e,eとなる。つまり一瞬だけ
画像eが連続表示されるのみであり、見た目の違和感を
少なくできる。
【0077】なお、このパターン2では、以下の通り、
別の置き換え処理を規定することができる。この別の置
き換えパターン2を図7を用いて説明する。上記の置き
換えパターン2と同様、エンコード処理がI、P、Bの
順に行なわれ、a,e,b,c,dの順で行なわれる。
置き換えパターン保持部231は、符号発生量が上限値
α1を越える画像データが出現するまで、Bピクチャの
画像をのエンコード結果を第3の置き換えパターンとし
て更新しながら処理を進める。ここでは、画像cに対す
る符号発生量がα1を越えるものとする。画像cのエン
コード処理後、ステップ306の制御部107の置き換
え要否判断において置き換えが必要と判断され、制御部
107はピクチャタイプがBであり、かつ、先行する参
照画像aとの間に他の画像bがあるのでパターン2と判
定し、置き換えパターン信号“3”を発行する。ここ
で、パターン信号“3”は第3の置き換えパターン、つ
まり直前のBピクチャである画像bのエンコードデータ
を置き換えるデータとして指定する。そのため、ステッ
プ308の置き換え処理により、図7(b)に示すよう
に、再生画像はa,b,b,d,eとなる。
【0078】置き換えるビットストリームは、画像bに
対するBピクチャデータと同様であり、画像cの処理で
は、全てのマクロブロックにおいて画像bと同じ双方向
予測を行い、画像処理を実行する。置き換えるデータは
直前のBピクチャのエンコードデータであり、あらかじ
め用意しておくことが可能であり、データ作成は非常に
高速であってリアルタイム処理が実現可能である。さら
にデコードした結果は前方の画像bと同じ画像になる。
つまり一瞬だけ画像bが連続表示されるのみであり、見
た目の違和感を少なくできる。
【0079】なお、上記の別のパターン2では、先行し
たBピクチャの画像bのエンコードデータを第3の置き
換えパターンとして置き換えパターン保持部231に保
持したが、制御部107は、先行したBピクチャ画像b
のエンコードデータを描き込んだアドレスを別に保持し
ておく構成でも良い。つまり、続くBピクチャ画像cの
エンコード結果の符号化ビット発生量がα1を越えた場
合、制御部107が別に保持していたアドレスに格納さ
れているエンコードデータを画像cのエンコードデータ
として続くアドレスにコピーする。さらに次のBピクチ
ャの符号発生量も大きければ同様に続くアドレスにコピ
ーする。また置き換え処理が必要となるBピクチャ画像
が連続するときはまとめて連続するアドレスに画像bの
エンコードデータをコピーしても良い。この別のパター
ン2の置き換え処理によっても連続するBピクチャの符
号化ビット発生量はすべて上限値α1以内となり、置き
換えたBピクチャ分だけ一瞬、同じ画像が連続表示され
るのみであり、見た目の違和感を少なくできる。
【0080】次に、パターン3を説明する。パターン3
は、エンコード処理を行った画像がピクチャコーディン
グタイプPで、その画像のエンコード結果である符号発
生量がα2を越えており、当該Pピクチャのエンコード
データを、前方の参照画像と同じデコード結果が得られ
るデータと置き換えるパターンである。このパターン3
では置き換えられたPピクチャは他の画像データの参照
処理には用いられないように、当該Pピクチャに続くP
ピクチャは置き換えた前方の参照画像を参照する。図8
に一例を示す。図8(a)は時系列順に並べた置き換え
処理前の画像データの様子を示し、図8(b)が置き換
え処理後の動画表示の様子を示したものである。図8
(a)に示すように、ピクチャシーケンスがI,B,
B,P,Pであり、それぞれの画像を順にa,b,c,
d,eとする。パターン3は、Pピクチャタイプである
画像dのエンコードデータが符号発生量がα2より大き
い場合が該当する。
【0081】パターン3の場合の置き換えパターン信号
の生成と置き換え処理について述べる。パターン1の場
合の説明と同様、エンコード処理の順はI、P、Bの順
に行なわれるのでa,d,e,b,c,の順で行なわれ
る。画像dのエンコード処理後、ステップ306の制御
部107の置き換え要否判断で置き換えが必要と判断さ
れると、制御部107はピクチャタイプがPであるので
パターン3と判定し、置き換えパターン信号“1”を発
行し、前方参照画像と同じデコード結果が得られるデー
タを置き換えるデータとして指定する。この置き換えパ
ターン3はピクチャシーケンス上、参照画像dまでのす
べての画像に対して前方の参照画像と同じデコード結果
が得られるデータとの置き換えを指定し、置き換えたデ
ータをエンコードデータとする。そのため、ステップ3
08の置き換え処理により、図8(b)に示すように、
再生画像はa,a,a,a,eとなる。なお、後続する
Pピクチャである画像データeは、前方参照画像として
元来画像データdを参照するものであるが、画像データ
dが画像データaと同じデコード結果が得られるデータ
に置き換えられているため、結局画像aを前方の参照画
像として用いることとなる。
【0082】置き換えるビットストリームはパターン1
と同様に、全てのマクロブロックにおいて前方の参照画
像aから動きベクトル0で予測を行ない、しかも予測と
実際の画像との差分が“0”であるというデータであ
る。つまり図2において動きベクトル217を“0”
に、モード情報205をインターモードでかつ前方予測
に、さらに差分画像204を全て“0”とするものに対
応し、よって、DCT結果は全て“0”、量子化結果は
全て“0”であって、可変長符号化部208は全て
“0”のデータに対して符号化を行なったものに相当す
る。従って入力画像や参照画像に全く依存しないコード
であるため、あらかじめ用意しておくことが可能である
ため、データ作成は非常に高速であってリアルタイム処
理が実現可能である。さらにデコードした結果は前方の
参照画像aと同じ画像になる。つまり一瞬だけ画像aが
連続表示されるのみであり、見た目の違和感を少なくで
きる。
【0083】以上3つの置き換えパターンとその置き換
え処理を説明した。これらの方法は任意に組み合わせる
ことができ、柔軟に符号発生量を制御できる。
【0084】上記置き換え処理を行なった場合に出力さ
れる出力ビットストリーム111は置き換えられた画像
のデコード結果がそのごく近くの画像のデコード結果と
同じになる。つまりこれら置き換え処理はデコード結果
がいずれも時間的に非常に近接した画像に置き替わるだ
けであり、また時間的に画像の順番が逆転することがな
いように制御されている。よってその付近で画像が一瞬
フリーズされるように感じるがブロックが大幅に乱れる
ようなことはなく見ための違和感が少なくなる。また置
き換えるビットストリームは、ソース画像データからエ
ンコードするものではなくあらかじめ用意されているも
のであって、書き込みは非常に高速に行なうことができ
リアルタイム処理でデータの置き換えが実現できる。従
ってデコードしたときの違和感を最小限にとどめ、かつ
符号化ビット発生量が確実に制御できる。
【0085】なお、本実施形態は全てピクチャ単位(フ
レーム構造ではフレーム、フィールド構造ではフィール
ド)の置き換え処理を前提とした説明としたが、より大
きい範囲や小さい範囲でも適用することは可能であり符
号化ビット発生量の制御として効果がある。ただし適用
範囲境界での整合性を図り、見た目の違和感を小さくす
ることが好ましい。
【0086】また、図3に示した処理フローは制御部1
07にマイクロコードを用いてプログラムされており、
柔軟なシステム設計が可能である。
【0087】また、上記実施形態では、図3の処理フロ
ーのステップ306の置き換え要否判断において、上限
値をしきい値として用いて、符号発生量と比較して置き
換え処理の要不要を判断する例としたが、置き換え処理
実行か否かの判断処理の方法は、符号発生量と設定した
上限値の比較方法に限られない。例えば、量子化ステッ
プ、平均輝度の値を勘案したしきい値を設定し、そのし
きい値と量子化ステップ、平均輝度を比較して置き換え
処理の要不要を判断する構成としても良い。
【0088】なお、本発明の可変長符号化装置は、上記
の発明の概念から逸脱することなく、上記の方法及び装
置に種々の変更及び変形を成し得ることが理解されよ
う。従って、本発明は上記実施形態に限定されるもので
はないことに注意する必要がある。
【0089】
【発明の効果】本発明の可変長符号化装置によれば、リ
アルタイム処理で符号化ビット発生量の上限を確実に制
御でき、符号発生量を制御してレートコントロールが実
現できる。データの置き換え処理は非常に高速に行なう
ことができ、かつ、置き換え処理を行ったデータのデコ
ード結果は近接する画像と同じであり、見た目の違和感
がない。さらにデータ量を確実に制御できるためレート
コントロールの破綻を心配することなく量子化ステップ
を小さくできるので通常の画像の高画質化を図ることが
できる。
【0090】また、本発明の可変長符号化装置によれ
ば、エンコード機器側のエンコード処理で符号発生量を
制御したエンコードデータを生成するので、デコード機
器側で特別な構成、仕組みを必要とせず、規格に対応し
たどんなデコード機器であっても符号発生量を制御した
データのデコードができ、動画像を生成できる。 [図面の簡単な説明]
【図1】 本発明の実施形態のMPEGエンコード装置
のブロック図である。
【図2】 第1図のエンコーダ部106の詳細を示すブ
ロック図である。
【図3】 制御部107の処理動作のフローチャートで
ある。
【図4】 外部メモリ101にデータが書き込まれる様
子を示した図である。
【図5】 置き換えパターン1を説明する図である。
【図6】 置き換えパターン2を説明する図である。
【図7】 別の置き換えパターン2を説明する図であ
る。
【図8】 置き換えパターン3を説明する図である。
【符号の説明】
101 外部メモリ 102 エンコーダ 103 外部メモリインターフェイス 104 画像入力インターフェース 105 コード出力インターフェース 106 エンコード部 107 制御部 110 入力画像 111 出力ビットストリーム 121 ライトポインタ 122 リードポインタ 123、124 ベースポインタ 125 上限値記憶領域 201 マクロブロックデータ 202 動き検出部 204 差分画像 205 モード情報 206 DCT部 207 量子化部 208 可変長符号化部 209 逆量子化部 210 逆DCT部 211 動き補償部 212 参照画像データ 213 差分画像生成部 214 出力ビットストリーム 216 量子化データ 217 動きベクトル 219 予測画像 220 参照用フレーム画像データ 221 アドレス生成部 230 置き換えパターン信号 231 置き換えパターン保持部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−9684(JP,A) 特開 平5−68243(JP,A) 特開 平9−200749(JP,A) 特開 平8−275158(JP,A) 特開 平8−137817(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 7/40 H03M 7/30 H04N 7/32

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力されたデータを処理単位毎に可変長
    符号化する可変長符号化手段と、前記可変長符号化され
    た可変長符号化データを一時的に記憶するバッファリン
    グ手段と、前記バッファリング手段に記憶された可変長
    符号化データの処理単位当たりの符号発生量に応じて、
    前記入力データに依存しないあらかじめ用意された前記
    符号発生量より短い符号に置き換える符号置き換え処理
    手段と、前記入力データの処理単位当たりの符号発生量
    の上限値を設定する手段とを具備し、 前記符号置き換え処理手段が、前記バッファリング手段
    に記憶された可変長符号化データの処理単位当たりの符
    号発生量が前記上限値を越えた場合にあらかじめ用意さ
    れた短い符号に置き換える処理をする手段と、前記バッ
    ファリング手段に記憶された可変長符号化データの処理
    単位当たりの符号発生量が前記上限値を越えない場合に
    符号の置き換えを行わない処理をする手段とを備え、 前記入力が動画像データのフレーム内圧縮処理またはフ
    レーム間圧縮処理されたデータであって、前記処理単位
    が動画像データの1ピクチャ当たりのデータであり、 前記短い符号は、前記符号発生量が前記上限値を越えた
    可変長符号化データから見て、前方に配置された参照画
    像と後方に配置された参照画像とのいずれかと同じデコ
    ード結果が得られるデータであることを特徴とする可変
    長符号化装置。
  2. 【請求項2】 前記符号発生量が前記上限値を越えた可
    変長データが双方向予測符号化画像ピクチャである場
    合、前記符号置き換え処理手段は、時系列上において、
    前記符号発生量が前記上限値を越えた可変長データから
    見て前方に向かって最も近い位置に配置されたフレーム
    内符号化画像ピクチャと、前方に向かって最も近い位置
    に配置された前方予測符号化画像ピクチャと、後方に向
    かって最も近い位置に配置されたフレーム内符号化画像
    ピクチャと、後方に向かって最も近い位置に配置された
    前方予測符号化画像ピクチャとのうちのいずれかと同じ
    デコード結果が得られるデータを、前記置き換えるあら
    かじめ用意された短い符号として選択する請求項1に記
    載の可変長符号化装置。
  3. 【請求項3】 前記符号置き換え処理手段が、前記符号
    発生量が前記上限値を越えた可変長データから見て後方
    に向かって最も近い位置に配置されたフレーム内符号化
    画像ピクチャと、後方に向かって最も近い位置に配置さ
    れた前方予測符号化画像ピクチャとのうちのいずれかを
    選んだ場合は、前記符号発生量が前記上限値を越えた可
    変長データから前記選択した後方に向かって最も近い位
    置に配置されたフレーム内符号化画像ピクチャと前方予
    測符号化画像ピクチャとのいずれかまでの間にある双方
    向予測符号化画像ピクチャのすべてを、前記選択した後
    方に向かって最も近い位置に配置されたフレーム内符号
    化画像ピクチャと前方予測符号化画像ピクチャとのいず
    れかと同じデコード結果が得られるデータと置き換える
    請求項2に記載の可変長符号化装置。
  4. 【請求項4】 前記符号発生量が前記上限値を越えた可
    変長データが前方予測符号化画像ピクチャである場合、
    前記符号置き換え処理手段は、時系列上において、前記
    符号発生量が前記上限値を越えた可変長データから見て
    前方に向かって最も近い位置に配置されたフレーム内符
    号化画像ピクチャと、前方に向かって最も近い位置に配
    置された前方予測符号化画像ピクチャとのうちのいずれ
    かと同じデコード結果が得られるデータを、前記置き換
    えるあらかじめ用意された短い符号として選択し、前記
    符号発生量が前記上限値を越えた可変長データである前
    方予測符号化画像ピクチャに後続する前方予測符号化画
    像ピクチャは、前記符号置き換え処理手段によって選択
    された前記フレーム内符号化画像ピクチャと前記前方予
    測符号化画像ピクチャとのいずれかを参照する請求項1
    に記載の可変長符号化装置。
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