CN101867811A - 图像编码装置和图像编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像编码装置和图像编码方法，能够容易地使生成码量与一个图像的目标码量吻合。第一预编码部(20)利用离散地选择出的量化参数并行地执行生成码量的计算。码量控制部(40)根据未被选择的量化参数的位置值来改变插值方法，使用由第一预编码部(20)得到的生成码量来执行插值处理。通过将针对各量化参数得到的生成码量与目标码量进行比较来确定临时量化参数。预编码部(30)并行地执行以临时量化参数为基准的第二范围的量化参数的生成码量的计算。码量控制部(40)将由预编码部(30)计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定最优量化参数。编码部(50)使用最优量化参数对图像进行编码。

Description

图像编码装置和图像编码方法
技术领域
本发明涉及图像编码装置和图像编码方法。详细地说涉及在不执行画面内反馈控制的情况下使生成码量吻合于赋予一个图像的目标码量的技术。
背景技术
以往，在传送运动图像的比特流或者将该比特流记录在记录介质上的***等中，为了有效地利用传送路径或记录容量，而实施了高效率编码。
在实现高效率编码的图像编码装置中，控制量化步长以使在编码器中产生的比特流的编码比特率与传送介质的传送速率一致并成为恒定。例如，图像编码装置在图案复杂的图像连续时，增大量化步长来抑制数据产生量，在简单的图案连续时，减小量化步长来增加数据产生量。图像编码装置通过这样控制量化步长，使得不会产生缓冲存储器的溢出或下溢，从而保持了固定速率。
因此，在这样的现有技术中的图像编码装置中，当复杂的图像连续时量化步长变大，画质劣化，当简单的图像连续时量化步长变小，无法得到整体均匀的画质。
鉴于上述问题，例如专利文献1公开了以下内容：按照每个GOP(Group Of Pictures，图像组)的编码的难易度和与多个GOP有关的编码的难易度的总和之比来调整分配给各GOP自身的分配码量。例如，对包含图案复杂的图像的GOP较多地分配码量，对包含图案简单的图像的GOP较少地分配码量。
另一方面，作为使生成码量对应于赋予一个图像的目标码量的方法，例如公知有TM5(test model5，测试模型5)的步长2比较好。这是以下一种手法：将被分配给图像的码量均等地分配给宏块(MB；MacroBlock)而得的码量设为宏块的目标码量，并在图像内执行反馈控制，以与目标码量相吻合。
现有技术文献
专利文献1：日本专利文献专利第3358620号公报。
发明内容
然而，当采用使生成码量与赋予一个图像的目标码量吻合的方法时，如果利用全部的量化参数来计算生成码量，则能够容易地确定最优量化参数。但是如果利用全部的量化参数来计算生成码量，则会导致电路规模和处理量的增大，无法以廉价的结构容易地进行编码。
另外，如果离散地选择量化参数来计算生成码量，则能够减小电路规模。在该情况下，通过插值处理来计算未被选择的量化参数的生成码量。但是，如果基于插值的生成码量的预测精度不高，则会导致无法高精度地设定图像对目标码量的的最优量化参数。
因此，本发明提供一种能够在不执行画面内反馈控制的情况下容易地使生成码量与赋予一个图像的目标码量吻合的图像编码装置和图像编码方法。
本发明的第一侧面包括：第一编码部，离散地选择第一范围内的量化参数，以并行地执行该选择出的量化参数的生成码量的计算；第二编码部，并行地执行第二范围内的量化参数的生成码量的计算，所述第二范围是比所述第一范围小的范围，并且以临时量化参数为基准；码量控制部，针对未被所述第一编码部选择的量化参数，通过插值处理计算生成码量，将所述选择出的量化参数的生成码量和通过插值而计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的所述临时量化参数；并且所述码量控制部将由所述第二编码部计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的最优量化参数；以及第三编码部，使用所述被确定了的最优量化参数来对图像进行编码；所述码量控制部根据通过所述插值处理计算生成码量的量化参数的位置值来改变插值方法。
在本发明中，由第一编码部离散地选择第一范围内的量化参数，以并行地执行该选择出的量化参数的生成码量的计算。另外，在码量控制部中，针对未被选择的量化参数，通过插值处理计算生成码量，将选择出的量化参数的生成码量和通过插值而计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的临时量化参数。
在插值处理中，通过比较被选择出的量化参数的生成码量和目标码量，来判别通过插值处理计算生成码量的量化参数。另外，根据判别出的量化参数的位置来改变插值方法。例如，根据通过插值处理计算生成码量的量化参数是否是被由第一编码部选择出的量化参数夹持的位置区域内的值来改变插值方法，当通过插值处理计算生成码量的量化参数是被选择出的量化参数夹持的位置区域内的值时，使用二次曲线来执行插值。在使用了二次曲线的插值中，如果与目标码量对应的临时量化参数处于在相加了与活动性相应的偏移时被限制在预先设定的范围内的量化参数的区域内，则将量化参数变换成平均量化参数，并计算平均量化参数的生成码量。
另外，当通过插值处理计算生成码量的量化参数不是被由第一编码部选择出的量化参数夹持的位置区域内的值时，使用由第一编码部计算出的生成码量的变化率来执行插值。在使用了所述生成码量的变化率的插值中，根据选择出的量化参数的生成码量来计算变化率，并使用该计算出的变化率在用于该变化率的计算的量化参数的间隔中执行插值。另外，当用于变化率的计算的量化参数的间隔大于1时，使用在用于变化率的计算的量化参数的间隔中执行插值而得到的生成码量，通过直线插值来求出位于用于变化率的计算的量化参数的区域的间隔内的量化参数的生成码量。
在第二编码部中，并行地执行第二范围内的量化参数的生成码量的计算，所述第二范围是比第一范围小的范围，并且以临时量化参数为基准。在码量控制部中，将由第二编码部计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的最优量化参数。在第三编码部中，使用该最优量化参数来对图像进行编码
本发明的第二侧面提高一种图像编码方法，包括以下步骤：在第一编码部中，离散地选择第一范围内的量化参数，以并行地执行该选择出的量化参数的生成码量的计算；在码量控制部中，针对未被所述第一编码部选择的量化参数，通过插值处理计算生成码量，将所述选择出的量化参数的生成码量和通过插值而计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的临时量化参数；在第二编码部中，并行地执行第二范围内的量化参数的生成码量的计算，所述第二范围是比所述第一范围小的范围，并且以所述临时量化参数为基准；在所述码量控制部中，将由所述第二编码部计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的最优量化参数；以及在第三编码部中，使用所述最优量化参数来对图像进行编码；在所述码量控制部中的所述插值处理中，根据通过所述插值处理计算生成码量的量化参数的位置值来改变插值方法。
根据本发明，离散地选择第一范围内的量化参数，并行地执行该选择出的量化参数的生成码量的计算。另外，针对未被选择的量化参数，通过插值处理计算生成码量，将选择出的量化参数的生成码量和通过插值而计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的临时量化参数。在该插值处理中，根据通过插值处理计算生成码量的量化参数的位置值来改变插值方法。另外，并行地执行比所述第一范围小、以临时量化参数为基准的第二范围内的量化参数的生成码量的计算，并且根据第二范围内的量化参数的生成码量与目标码量的比较来确定与目标码量对应的最优量化参数。使用该最优量化参数来对图像执行编码。
这样，根据通过插值处理计算生成码量的量化参数的位置值来改变插值方法，因此能够提供以下的图像编码装置以及图像编码方法：能够提高基于插值的生成码量的预测精度，能够容易地在不执行画面内反馈控制的情况下使生成码量与赋予一个图像的目标码量吻合。
附图说明
图1是表示图像编码装置的结构的图；
图2是表示图像编码装置的编码的处理顺序的流程图；
图3是表示自适应的Q矩阵的变换处理的流程图；
图4是表示临时量化参数的确定处理的流程图；
图5的(A)到(D)是用于说明临时量化参数的确定处理的图；
图6是表示插值处理的变换的流程图；
图7的(A)和(B)是例示了量化参数和生成码量的关系的图；
图8是表示计算生成码量的量化参数的位置和插值方法的关系的图；
图9是用于说明通过使用了二次曲线的插值计算生成码量的方法的图；
图10是表示使用了平均量化参数的临时量化参数的确定处理的流程图；
图11的(A)到(D)是用于说明使用了平均量化参数的临时量化参数的确定处理的图；
图12是例示了使用再编码素材时的生成码量的图；
图13是直线插值和使用了二次曲线的插值的比较图；
图14是表示使用了增加率的插值方法的图；
图15是表示使用了增加率的其他的插值方法的图；
图16是表示量化参数之间的差为1以外时使用了增加率的插值方法的图；
图17是表示量化参数之间的差为1以外时使用了增加率的其他插值方法的图。
具体实施方式
以下，对本发明的图像编码装置以及图像编码方法进行说明。该图像编码装置以及图像编码方法在通过使用了以MPEG4 AVC(AdvancedVideo Coding，高级视频编码)等为代表的算术编码的图像压缩方式执行码量控制时进行第一预编码和第二预编码。在第一预编码中，执行并行预编码，根据大范围的量化参数(QP：Quantization Parameter)来粗略估计实现目标码量的基本量化参数。另外，在第二预编码中，在基于第一预编码的估计结果的小范围内执行并行预编码，确定在本编码中使用的最优的基本量化参数。并且，当在第一预编码中粗略地估计实现目标码量的基本量化参数时，通过插值处理来计算未被选择的量化参数的生成码量。另外，根据计算生成码量的量化参数的位置来转换插值方法。
这样，图像编码装置和图像编码方法在提高图像编码的精度的同时，能够减轻处理负载，并在图像内实现良好的编码分布。另外，图像编码装置和图像编码方法通过提高在第一预编码中粗略估计基本量化参数时的精度，能够容易确定最优的基本量化参数。另外，按照以下的顺序来进行说明。
1.图像编码装置的结构
2.编码处理步骤
3.Q矩阵的变换处理
4.临时量化参数的确定处理
5.插值处理
6.使用了二次曲线的插值
7.使用了变化率的插值
8.最优量化参数的确定处理
<1.图像编码装置的结构>
图1示出了图像编码装置的结构。图像编码装置10包括执行并行预编码的第一预编码部20和第二预编码部30、码量控制部40、执行主编码的编码部50、以及延迟缓冲器15、16。
作为第一编码部的第一预编码部20是执行第一预编码的模块。第一预编码部20包括画面内预测模式确定部21、画面内预测处理部22、以及DCT(Discrete Cosine Transform；离散余弦变换)部23。另外，第一预编码部20包括量化部24、码长计算部25、以及活动性(Activity)计算部26。并且量化部24由多个量化部24-1～24-n构成，码长计算部25由多个码长计算部25-1～25-n构成。
作为第二编码部的第二预编码部30是执行第二预编码的模块。第二预编码部30包括画面内预测处理部31、DCT部32、量化部33、码长计算部34、逆量化部35、IDCT(Inverse DCT，逆离散余弦变换)部36、以及缓冲器37。另外，量化部33例如由量化部33-1～33-3构成，码长计算部34例如由码长计算部34-1～34-3构成。
码量控制部40是执行码量控制的模块。
作为第三编码部的编码部50是执行主编码的模块。编码部50包括画面内预测处理部51、DCT部52、量化部53、熵编码部54、逆量化部55、IDCT部56、以及缓冲器57。
在这样的结构中，输入图像的图像信号被提供给第一预编码部20和延迟缓冲器15、16。
被输入到第一预编码部20的图像信号被输入到画面内预测模式确定部21和活动性计算部26。画面内预测模式确定部21基于图像信号来确定画面内预测模式。一般来说，预测模式(预测方向)以4×4像素为单位从九种预测模式中确定。
该被确定的画面内预测模式也被送到第二预编码部30和编码部50，并在第二预编码部30中的第二预编码、编码部50中的主编码中被使用。
画面内预测处理部22生成表示预测图像与输入图像的差分的差分图像的图像信号。这里，为了削减处理预测图像由输入图像制作。如果如上所述使用输入图像的图像信号来执行画面内预测处理，则能够削减逆量化部、IDCT部、缓冲器，并且能够削减电路规模。
DCT部23将被完成了整数精度DCT的DCT系数发送给量化部24-1～24-n。量化部24对该DCT系数执行量化，并送到码长计算部25。码长计算部25通过执行基于上下文的自适应可变长编码方式CAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding)来计算码量。根据CAVLC，能够对应于周围的状况自适应地选择高效率的编码方式。
这样，在第一预编码中，即使是在作为熵编码方式而使用CABAC(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding，基于上下文的自适应二进制算术编码)的情况下，也对码量计算使用CAVLC。另外，CABAC是基于上下文的自适应二进制算术编码方式。
量化部24通过并行设置的量化部24-1、…、24-n(n＝1、2、3…)构成，码长计算部25通过并行设置的码长计算部25-1、…、25-n(n＝1、2、3…)构成。
在第一预编码中，从第一范围内的量化参数中以量化部24和码长计算部25的并行数来离散地选择。另外，在第一预编码中，对选择出的量化参数并行地执行量化和码长的计算，并将各自的生成码量从第一预编码部20输出到码量控制部40。
即，在第一预编码部20中，通过基于量化部24、码长计算部25的抑制了电路规模的并行预编码部分以第一范围内的量化参数QP执行第一预编码。另外，码量控制部40能够使用在第一预编码部20中计算出的生成码量来粗略估计实现目标码量的基本量化参数。另外，在以下的说明中，将粗略估计出的基本量化参数称为临时量化参数QP_precode1。
量化参数QP是用于在AVC中指定量化值的值。如果量化参数QP变大，则量化值也成为大的值。
在通过画面内预测模式确定部21确定画面内预测模式的同时，活动性计算部26计算活动性(Activity)，以根据该活动性对宏块分组。对各宏块确定了的活动性组(Activity Group)编号被输入到量化部24中。
所谓活动性表示画面内的局部图像的性质。作为宏块的活动性，如以往所知的那样例如使用各像素信号对宏块内的像素信号的平均值的误差的绝对值和或者宏块内的各像素信号的分散等。
码量控制部40根据第一预编码部20的第一预编码的结果来求出在下一个步骤中使用的临时量化参数和量化矩阵Q矩阵。
即，在第一预编码中，离散地选择可取范围(第一范围)的量化参数QP，并利用选择出的量化参数QP执行并行预编码，以获取生成码量。码量控制部40使用获取的生成码量通过插值处理来计算被间拔的量化参数QP的生成码量。码量控制部40根据计算生成码量的量化参数的位置来转换插值方法并执行插值处理。并且，码量控制部40将获取的生成码量和通过插值处理计算出的生成码量与目标码量进行比较来确定临时量化参数QP_precode1。
码量控制部40从临时量化参数QP_precode1、Q矩阵、以及各宏块的活动性组中得到量化的信息(Q矩阵、各宏块的QP等)，并供应给第二预编码部30。第二预编码部30基于这些值来执行第二预编码。
即，在第二预编码部30中，输入图像的图像信号在经由延迟缓冲器15被延迟处理了之后被输入到画面内预测处理部31。画面内预测处理部31生成表示预测图像与输入图像的差分的差分图像的图像信号。并且，执行基于DCT部32的DCT、基于量化部33的DCT系数的量化，码长计算部34计算生成码量。
另外，在以上的处理过程中，量化部33的输出被送给逆量化部35。逆量化部35进行逆量化并再现DCT系数。然后，IDCT部36对DCT系数进行IDCT变换，再现输入图像，并保存在缓冲器37中。
这里，量化部33在本例中由三级的量化部33-1、33-2、33-3构成，码长计算部34在本例中由三级的码长计算部34-1、34-2、34-3构成。设为三级是因为已经通过第一预编码在大范围内粗略估计了量化参数QP。
量化部33和码长计算部34计算在以临时量化参数QP_precode1为基准的第二范围内的量化参数QP下的生成码量。例如，当量化部33和码长计算部34被设为三级时，以临时量化参数QP_precode1为中心，将包含“QP_precode1+1”、“QP_precode1-1”的量化参数的范围设为第二范围。此时，码长计算部34从CABAC/CAVLC中选择与由编码部50执行的主编码的熵编码方式相同的的某一个方式。
码量控制部40根据通过第二预编码得到的生成码量来确定在主编码中使用的基本量化参数。并且，码量控制部40基于该被确定了的基本量化参数、Q矩阵以及各宏块的活动性组将量化信息(Q矩阵、各宏块的QP等)送到编码部50。
编码部50使用该基本量化参数、Q矩阵、活动性组等来执行主编码。即，一旦经由延迟缓冲器16接收到被延迟处理了的输入图像的图像信号，则画面内预测处理部51在第一预编码时被确定的预测模式下生成表示预测图像与输入图像的差分的差分图像的图像信号。DCT部52执行DCT，量化部53执行DCT系数的量化。量化部53的输出也被送到逆量化部55。
逆量化部55进行逆量化并再现DCT系数。然后，IDCT部56对DCT系数进行IDCT变换，再现输入图像，并保存在缓冲器57中。
这样，经过了由DCT部52执行的DCT、由量化部53执行的DCT系数的量化之后，通过熵编码部54完成熵编码，并输出设为目标码量的输出流。
这样，图像编码装置10在由第一预编码部20执行的第一预编码中计算利用离散地选择出的量化参数执行编码时的生成码量。另外，图像编码装置10使用计算出的生成码量来确定临时量化参数QP_precode1，所述临时量化参数QP_precode1是粗略估计了成为设为目标的生成码量的基本量化参数。
此时，第一预编码部20为了计算利用离散地选择出的量化参数执行编码时的生成码量而并行地执行编码。
一般来说，由于并行地执行编码，因此导致电路规模变得非常大。但是，第一预编码部20仅并行设置量化部24和码长计算部25，其他部分共用来使用，对间拔后的量化参数QP来计算生成码量。因此，能够削减电路规模并执行并行编码。另外，由于第一预编码部20是使用输入图像来执行画面内预测处理的结构，因此不使用逆量化部、IDCT部、缓冲器。因此，能够进一步削减电路规模并执行并行编码。
另外，当在熵编码中使用CABAC时，无法以高比特率处理。即，当为了预测码量而利用某个量化参数QP来执行码量计算时，如果利用该量化参数QP的生成量大，则无法预测码量。
CABAC是按照每1比特执行概率计算并压缩数据的熵编码方式。每1比特处理意味着码量越多处理时间越长，在固定的时间内(例如1帧的时间)无法结束处理。因此，在码量多的情况下，由于无法计算生成码量，因此无法以高的比特率预测码量。因此，第一预编码部20在码量计算中使用CAVLC。
这样，如果构成第一预编码部20来执行码量计算，则能够削减电路规模，削减处理，并执行简化了的并行预编码。另外，码量控制部40使用由第一预编码部20获取的生成码量，并通过插值处理来计算被间拔了的量化参数QP的生成码量。另外，码量控制部40对获取的生成码量以及通过插值处理计算出的生成码量与目标码量进行比较来确定临时量化参数QP_precode1。
第二预编码部30鉴于使用了第一预编码结果的临时量化参数QP_precode1具有误差，而再次执行预编码，由此可以提高在主编码中使用的基本量化参数的精度。即，第二预编码部30利用根据第一预编码结果而粗略估计出的临时量化参数QP_precode1的周边的量化参数QP来再次执行预编码，由此计算生成码量。另外，第二预编码部30求出生成码量处于目标码量以下并最接近于目标码量的最优量化参数QP_precode2。另外，第二预编码部30中的熵码长计算使用与主编码相同的方式(CABAC或CAVLC)。
第二预编码利用执行第一预编码而被确定了的临时量化参数QP_precode1以及例如一个大的量化参数QP_precode1+1、一个小的量化参数QP_precode1-1执行预编码。这里，为了削减电路规模，如上所述仅使量化部33和码长计算部34并行化，共用其他的处理。
此时，在画面内预测处理中使用的局部解码(Local Decode)图像设为利用通过第一预编码确定了的临时量化参数QP_precode1量化后的数据。即，通过逆量化和IDCT处理的数据是临时量化参数QP_precode1的量化的输出。这意味着临时量化参数QP_precode1的局部解码图像被替代用作使用量化参数QP_precode1+1、QP_precode1-1的预编码的画面内预测处理的输入，而不是量化参数QP_precode1+1、QP_precode1-1的局部解码图像用作该输入。
另外，由于存在画面内预测处理的输入不同而引起的误差，但基本量化参数是近似相同的值，由编码引起的失真(distortion)也是近似相同的量，因此能够忽略该误差。
<2.编码处理程序>
接着，参照图2的流程图来说明图像编码装置的编码的处理步骤。
在步骤ST1中，第一预编码部20执行活动性分组。第一预编码部20针对每个宏块计算活动性，并根据其值而分为活动性组。
即，如果假定分为Num0fActivityGroup的组的情况，则活动性计算部26通过比较ActivityThreshold[0]～ActivityThreshold[NumofActivityGroup-2]和活动性来确定活动性组。另外，后述的宏块的量化参数MB_QP如式(1)所示，通过对图像的基本量化参数(BaseQP)添加依存于活动性组的偏移(offset)(AdaptQpDelta[activity_group])而求出。
MB_QP＝BaseQP+AdaptQpDelta[activity_group]…(1)
例如，当将Num0fActivityGroup设为13时，AdaptQpDelta的各值可以为AdaptQpDelta[13]＝{-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6}。另外，活动性如上所述使用各像素信号对宏块内的像素信号的平均值的误差的绝对值和或宏块内的各像素信号的分散等，通过活动性表示宏块中的图像的平坦度。这里，当活动性大时，由于宏块的图像的平坦度低，因此为使量化参数变小而执行偏移，来减小量化步长。另外，当活动性小时，由于宏块的图像的平坦度高，因此为使量化参数变大而执行偏移，来增大量化步长。
在步骤ST2中，第一预编码部20确定画面内预测模式。第一预编码部20的画面内预测模式确定部21基于输入图像来确定画面内预测模式。画面内预测模式在基于第一预编码部20的第二预编码中、基于编码部50的主编码中也被使用。
在步骤ST3中第一预编码部20执行差分图像的生成和DCT运算。第一预编码部20的画面内预测处理部22生成表示预测图像与输入图像的差分的差分图像的图像信号。预测图像例如为了削减处理而根据输入图像生成。接着，DCT部23执行整数精度DCT，并将DCT系数送到量化部24。
在步骤ST4中，第一预编码部20计算基于第一预编码的码量。量化部24利用离散地选择出的量化参数QP对DCT系数值进行量化。码长计算部25通过执行码长计算来获取每一个图像的生成码量。此时，宏块的量化参数MB_QP如上所述被赋予考虑了活动性的值，并被编码。即，如上所述，宏块的量化参数MB_QP通过对图像的基本量化参数添加依存于活动性组的偏移而被求出。
另外，在对应于自适应的Q矩阵变换处理的情况下，针对每个Q矩阵执行上述的处理。即，针对每个Q矩阵，利用离散地选择出的量化参数QP来执行预编码，针对每个量化参数QP获取一个图像的生成码量。此时，按照针对每个Q矩阵覆盖量化参数QP的可取的范围的方式来选择量化参数QP。
在步骤ST5中，码量控制部40执行基于第一预编码的生成码量的修正。码量控制部40通过简化了预编码来执行误差的修正。利用误差具有某种程度的倾向来执行误差的修正。
第一误差因素是在画面内预测处理中使用输入图像而不是局部解码图像。在此情况下，在画面内预测上使用的图像中不存在由于编解码(codec)引起的失真，因此与实际的编码相比编码效率变好，并且有很少地产生码量的倾向。该误差的大小依赖于失真的大小，因此在生成码量与误差的关系中，如果比特率变小，则有误差变大的倾向。另外，在量化参数QP与误差的关系中，如果量化参数QP变大，则处于误差变大的倾向。因此，通过预先获取误差的大小的统计数据，并作成基于比特率的平均误差的模型、基于量化参数QP的平均误差的模型，由此执行修正。
第二误差因素是仅在熵编码方式中选择了CABAC时产生的因素。由于CABAC比CAVLC编码效率高，因此利用CAVLC预编码的生成码量有多于实际的码量产生的倾向。例如，在生成码量与误差的关系中，从统计上看如果比特率变小，则由于CABAC的效率变高而该误差的大小处于变大的倾向。这也是一样的，预先获取误差的大小的统计数据，并作成平均误差的模型，由此执行修正。
另外，与基于输入图像的画面内预测处理的误差相比可知，由于CABAC引起的误差向相反侧变化，其变化量小。因此，将修正量定义为比特率“r”和量化参数QP“q”的函数。现在，如果将修正比设为C(r，q)，则能够得到通过式(2)修正后的码量。
修正后的码量＝Pre-Encode码量×C(r，q)…(2)
在步骤ST6中，码量控制部40确定与目标码量对应的临时量化参数QP_precode1。码量控制部40利用所选择出的量化参数QP来执行预编码，并获取生成码量，因此对于被间拔的量化参数QP，通过插值处理来计算生成码量。另外，码量控制部40将通过执行预编码而得到的生成码量和通过插值处理而计算出的码量与目标码量进行比较，并且将码量处于目标码量以下并最接近于目标码量的量化参数QP设为临时量化参数QP_precode1。码量控制部40由于提高了基于插值处理的生成码量的预测精度，因此可以根据计算生成码量的量化参数的位置来改变插值方法。
另外，在对应于自适应的Q矩阵变换处理的情况下，针对每个Q矩阵执行上述处理。即，针对每个Q矩阵，将码量处于目标码量以下并最接近于目标码量的量化参数QP设为临时量化参数QP_precode1。即，在第一预编码部20中，为了对应于自适应的Q矩阵的选择，针对每个该Q矩阵，离散地选择可取范围的量化参数QP，并在并行电路部分中执行并行处理。另外，将目标码量与通过执行并行处理而得到的生成码量以及通过插值处理而计算出的码量进行比较，针对每个Q矩阵将码量处于目标码量以下并最接近于目标码量的量化参数QP设为临时量化参数QP_precode1。
这里，参照图3的流程图来进一步说明自适应的Q矩阵的变换处理。
当执行自适应的Q矩阵变换时，根据编码难易度自适应地执行Q矩阵的选择。作为编码难易度，使用针对每个Q矩阵而确定了的临时量化参数QP_precode1。
这里，将变换使用的Q矩阵的数量设为NumOfQMatrixId。另外，从倾斜平缓的Q矩阵以上升顺序分配Id，并将各Q矩阵可取的最大的量化参数QP作为QmatrixThreshold[0]～QmatrixThreshold[NumOfQMatrixId-2]。
在步骤ST21中码量控制部40执行Id的初始化，并设为“Id＝0”。在步骤ST22中，码量控制部40从Id值小的Q矩阵比较临时量化参数QP_precode1和QMatrixThreshold。如果在第Id个Q矩阵中临时量化参数QP_precode1QP小于QMatrixThreshold[Id]，则前进到步骤ST25，确定为当前的Q矩阵并结束处理。
在步骤ST22中，码量控制部40在第Id个Q矩阵中临时量化参数QP_precode1大于等于QMatrixThreshold[Id]，则在步骤ST23中增加Id并前进到步骤ST24。
在步骤ST24中，码量控制部40判断Id是否为变换使用的Q矩阵的第NumOfQMatrixId个。这里，如果不是Id＝NumOfQMatrixId-1，则返回到步骤ST22，检查下一个Q矩阵。另外，如果Id＝NumOfQMatrixId-1，则前进到步骤ST25，选择最陡的Q矩阵(ID为NumOfQMatrixId-1的Q矩阵)，并结束处理。
通过这样的处理，码量控制部40针对每个Q矩阵设定可取的最大的量化参数QP，从倾斜平缓的Q矩阵开始依次判断临时量化参数QP_precode1是否处于范围内。然后，如果处于范围内，则使用该临时量化参数QP_precode1。
在图2的步骤ST7中，码量控制部40确定Q矩阵和临时量化参数QP_precode1。码量控制部40通过上述处理来确定Q矩阵，并通过确定了该Q矩阵，来确定临时量化参数QP_precode1。这样，通过选择Q矩阵，来限定可取的量化参数QP的范围，能够减小在第一预编码中核查生成码量的量化参数QP的范围。这就成为了在第一预编码中被确定了的Q矩阵和临时量化参数QP_precode1。
接着，在步骤ST8～步骤ST10中执行第二预编码。第二预编码的目的可以认为是基于第一预编码的临时量化参数QP_precode1产生了误差，因此通过再次进行预编码，来提高基本量化参数的估计精度。
即，通过利用临时量化参数QP_precode1的周边的量化参数QP来再次进行预编码，由此可以计算出生成码量，所述临时量化参数QP_precode1是通过第一预编码而粗略估计出的基本量化参数。另外，比较计算出的生成码量和目标码量，将生成码量为目标码量以下且最接近于目标码量的量化参数QP设为最优量化参数QP_precode2。熵码长计算使用与主编码相同的方式(CABAC或CAVLC)。
在步骤ST8中，第二预编码部30执行画面内预测和DCT计算。第二预编码部30的画面内预测处理部31使用通过执行第一预编码等而被确定了的临时量化参数QP_precode1、Q矩阵、活动性组来执行画面内预测处理。另外，第二预编码部30的DCT部32执行DCT计算。在该第二预编码中，在画面内预测中使用的局部解码图像共用利用临时量化参数QP_precode1量化了的数据，所述临时量化参数QP_precode1通过执行第一预编码等而被确定。
在步骤ST9中，第二预编码部30计算出基于第二预编码的码量。第二预编码部30利用以临时量化参数QP_precode1为基准的第二范围内的各量化参数QP来计算码量。即，对量化部33-1赋予临时量化参数QP_precode1，并计算出量化参数QP_precode1的生成码量。另外，对量化部33-2赋予量化参数QP_precode1-1，对量化部33-3赋予量化参数QP_precode1+1，并计算出量化参数QP_precode1-1、QP_precode1+1的生成码量。
在步骤ST10中，码量控制部40确定最优量化参数QP_precode2。码量控制部40通过比较由第二预编码部30得到的生成码量和目标码量来确定最优量化参数QP_precode2。即，第二预编码部30在临时量化参数QP_precode1、QP_precode1-1、QP_precode1+1中将生成码量为目标码量以下且最接近于目标码量的量化参数设为最优量化参数QP_precode2。
在步骤ST11中编码部50执行主编码。编码部50使用通过第二预编码而确定了的最优量化参数QP_precode2、通过第一预编码而确定了的Q矩阵、活动性组来执行编码。这样结束与编码有关的一连串的处理。
<4.临时量化参数的确定处理>
码量控制部40使用利用由第一预编码部20离散地选择出的量化参数QP执行预编码而得到的生成码量来执行插值处理，并计算出未被选择的量化参数QP的生成码量。另外，码量控制部40将选择出的量化参数的生成码量和通过插值处理而计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的临时量化参数QP_precode1。
图4是表示临时量化参数的确定处理的流程图。另外，图5是用于说明临时量化参数的确定处理的图。在图4的步骤ST31中，第一预编码部20执行生成码量的计算。第一预编码部20利用离散选择出的每个量化参数QP来执行预编码，计算生成码量并前进到步骤ST32。例如在图5的(A)中，如用黑圆圈所示的那样，针对离散地选择出的量化参数QP计算出生成码量。
在步骤ST32中，码量控制部40判别量化参数范围WQ并前进到步骤ST33。码量控制部40比较目标码量“Target_bits”和在步骤ST31中计算出的生成码量，并判别设为目标的基本量化参数是否处于通过计算出生成码量后的量化参数QP所示的某个范围内。
码量控制部40比较例如在步骤ST31中计算出的码量和目标码量，如图5的(B)所示，判别“QP-a”，该“QP-a”是计算出的生成码量为目标码量“Target_bits”以上且最接近于目标码量的量化参数。另外，码量控制部40判别“QP-b”，该“QP-b”是计算出的生成码量小于目标码量“Target_bits”且最接近于目标码量的量化参数。并且，码量控制部40将判别出的量化参数“QP-a”～“QP-b”的范围作为包含设为目标的量化参数的量化参数范围WQ。
在步骤ST33中，码量控制部40在量化参数范围WQ中针对被间拔的量化参数QP通过插值处理计算出生成码量。码量控制部40针对量化参数范围WQ、即如图5的(C)所示“QP-a”～“QP-b”的范围内的各量化参数QP，通过插值处理计算出生成码量。这里，码量控制部40根据通过插值处理计算生成码量的量化参数的位置来改变插值方法。另外，后面详细叙述插值处理。
在步骤ST34中，码量控制部40确定临时量化参数QP_precode1。码量控制部40将在步骤ST31中计算出的生成码量和在步骤ST33中通过插值处理而得到的生成码量与目标码量进行比较。另外，码量控制部40如图5的(D)所示，将生成码量为目标码量以下且最接近于目标码量的量化参数QP设为临时量化参数QP_precode1。
<5.插值处理>
接着，对插值处理进行说明。码量控制部40比较利用被选择出的量化参数的生成码量和目标码量，并判别通过插值处理计算生成码量的量化参数。另外，码量控制部40根据通过插值处理计算生成码量的量化参数的位置来改变插值方法。码量控制部40根据量化参数的位置例如执行使用了二次曲线的插值和使用了生成码量的变化率的插值中的某一个。另外，在使用了二次曲线的插值中，执行使用了量化参数QP或平均量化参数AVG_QP的插值。图6示出了表示插值处理的变换动作的流程图。
在步骤ST41中，码量控制部40判别要插值的量化参数。码量控制部40比较被选择出的量化参数的生成码量和目标码量，将其生成码量夹着目标码量的两个被选择出的量化参数QP之间的量化参数判别为要插值的量化参数。另外，码量控制部40在目标码量比最小的被选择出的量化参数QP的生成码量大时将比最小的被选择出的量化参数QP小的量化参数判别为要插值的量化参数。另外，码量控制部40在目标码量比最大的被选择出的量化参数QP的生成码量小时，将比最大的被选择出的量化参数QP大的量化参数判别为要插值的量化参数。码量控制部40通过执行这样的处理，能够高效率地选择要插值的量化参数，而不需要针对未被选择的全部的量化参数QP执行插值。
在步骤ST42中，码量控制部40判别要插值的量化参数的位置是否是由被选择出的量化参数QP夹持的位置。当通过插值处理计算生成码量的量化参数的位置是由在第一预编码部20中选择出的量化参数QP夹持的位置时，码量控制部40前进到步骤ST43。另外，当通过插值处理计算生成码量的量化参数的位置不是由在第一预编码部20中选择出的量化参数QP夹持的位置时，码量控制部40前进到步骤ST46。
在步骤ST43中，码量控制部40判别要插值的量化参数的位置是否处于在相加了与活动性相应的偏移时被限制在预先设定的范围内的量化参数的区域内。当要插值的量化参数的位置未处于被限制在预先设定的范围内的区域内时，码量控制部40前进到步骤ST44，当处于被限制的区域内时，前进到步骤ST45。
这里，当对图像的基本量化参数(BaseQP)相加依赖于活动性组的偏移(AdaptQpDelta[activity_group])来求出宏块的量化参数MB_QP时，通过相加偏移，会产生量化参数被限制在预先设定的范围内的情况。例如，对于基本量化参数(BaseQP)，例如如上所述将NumOfActivityGroup设为“13”，将偏移设为“-6、-5、-4、-3、-2、-1、0、1、2、3、4、5、6”。另外，将量化参数的范围设为“0～51”。在此情况下，在基本量化参数(BaseQP)为“0～6”、“45～51”的范围中，当相加了偏移时，量化参数被限制在预先设定的“0～51”的范围内。因此，当要插值的量化参数的位置未处于“0～6”、“45～51”的区域内时，前进到步骤ST44，当处于“0～6”、“45～51”的区域内时，前进到步骤ST45。
在步骤ST44中，码量控制部40执行利用了二次曲线的插值，并计算量化参数QP的生成码量。码量控制部40判别夹持要插值的量化参数的位置的两个被选择出的量化参数QP、和两个被选择出的量化参数QP随后的值大(或者随后的值小)的被选择出的量化参数QP。接着，码量控制部40根据判别出的三个量化参数QP的值和该值的生成码量来确定二次曲线。进而，码量控制部40使用确定了的二次曲线来计算要插值的量化参数的生成码量，并结束插值处理。
在步骤ST45中，码量控制部40执行使用了二次曲线的插值，并执行平均量化参数AVG_QP的生成码量的计算。码量控制部40将夹持要插值的量化参数的位置的两个被选择出的量化参数QP、和两个被选择出的量化参数QP随后的值大(或者随后的值小)的被选择出的量化参数QP变换为平均量化参数AVG_QP。另外，将要插值的量化参数变换为平均量化参数AVG_QP。接着，码量控制部40根据三个平均量化参数AVG_QP的值和该值的生成码量来确定二次曲线。进而，码量控制部40使用确定了的二次曲线来计算要插值的平均量化参数AVG_QP的生成码量，并结束插值处理。
在向平均量化参数AVG_QP的变换中，基于上述的式(1)来计算各活动性组的宏块的量化参数MB_QP。
另外，当量化参数MB_QP设为“0≤MB_QP≤51”的范围并且根据式(1)计算出的值超过“0≤MB_QP≤51”的范围时，该值被削减到该范围中。
接着，对宏块的量化参数MB_QP，如式(3)所示乘以活动性组所属的宏块数MB_Nag，针对每个活动性组，计算出宏块量化参数累积值SUM_QP_ag。
SUM_QP_ag＝MB_QP×MB_Nag…(3)
另外，通过将每个活动性组的宏块量化参数累积值SUM_QP_ag的总和除以图像内的总宏块数，能够计算出平均值量化参数AVG_QP。
这样一来，能够将量化参数QP变换为平均量化参数AVG_QP。另外，平均值量化参数表示执行了基于活动性的偏移处理的每个宏块的量化参数的平均值。
图7的(A)和(B)针对各种素材例示了量化参数和生成码量的关系。另外，图7的(A)表示基本量化参数和生成码量的关系，图7的(B)表示平均量化参数和生成码量的关系。在基本量化参数和生成码量的关系中，例如当量化参数的位置处于“0～6”的区域WR时，即使加上偏移，也会产生量化参数被限制在“0～51”的范围内的情况。因此，该区域WR的特性会产生如图7的(A)所示根据素材而不同的情况。例如，即使加上偏移，量化参数也被限制在“0～51”的范围内，即使量化参数小，也会产生生成码量不变化的情况等。但是，如果使用平均量化参数，则即使是在加上了偏移时的量化参数饱和的区域，也如图7的(B)所示，无论哪种素材均表现同样的特性。因此，当对加上了偏移时的量化参数饱和的区域执行使用了二次曲线的插值时，通过使用平均量化参数，能够提高插值精度。
在步骤ST46中，码量控制部40执行使用了变化率的插值。码量控制部40根据选择出的量化参数的生成码量来计算出变化率，使用该计算出的变化率在用于变化率的计算的量化参数的间隔中执行插值。例如当选择出的量化参数的间隔为“1”时，码量控制部40根据该变化率、选择出的量化参数和要插值的量化参数的间隔来计算出要插值的量化参数的生成码量，并结束插值处理。当间隔比“1”大时，码量控制部40使用在用于变化率的计算的量化参数的间隔中执行插值而得到的生成码量，通过直线插值来计算出位于用于变化率的计算的量化参数的间隔内的量化参数的生成码量。
图8表示通过插值处理计算生成码量的量化参数的位置和插值方法的关系。另外，图8的黑圆圈表示通过第一预编码部20选择出的量化参数的生成码量。
当通过插值处理计算生成码量的量化参数的位置处于被通过第一预编码部20选择出的量化参数夹持的位置时，执行使用了二次曲线的插值。另外，当包含设为目标的基本量化参数的量化参数范围WQ处于通过第一预编码部20选择出的最小的量化参数以下的范围时，码量控制部40执行使用了变化率的插值。另外，当包含设为目标的基本量化参数的量化参数范围WQ处于通过第一预编码部20选择出的最大的量化参数以上的范围时，码量控制部40执行使用了变化率的插值。
将在第一预编码部20中被选择出的量化参数QP例如如图8所示设为“QP-pa”、“QP-pb”、“QP-pc”、“QP-pd”、“QP-pe”、“QP-pf”。当包含设为目标的基本量化参数的量化参数范围WQ为“QP-pa”～“QP-pb”时，码量控制部40通过使用了二次曲线的插值来计算被间拔的量化参数的生成码量。另外，当量化参数范围WQ为“QP-pb”～“QP-pc”、“QP-pc”～“QP-pd”、“QP-pd”～“QP-pe”、“QP-pe”～“QP-pf”时，码量控制部40通过使用了二次曲线的插值来计算生成码量。当包含设为目标的基本量化参数的量化参数范围WQ处于“QP-pa”以下的范围时，码量控制部40通过使用了变化率的插值来计算被间拔的量化参数的生成码量。当包含设为目标的基本量化参数的量化参数范围WQ处于“QP-pf”以上的范围时，码量控制部40通过使用了变化率的插值来计算被间拔的量化参数的生成码量。
<6.使用了二次曲线的插值>
图9是用于说明通过使用了二次曲线的插值计算生成码量的方法的图。在使用了二次曲线的插值中，依次使用通过第一预编码部20选择出的三个量化参数QP来执行插值。例如，将量化参数QP(或者平均值量化参数AVG_QP)的值为“Xa”时的生成码量设为“Ya”，将为“Xb”时的生成码量设为“Yb”，将为“Xc”时的生成码量设为“Yc”。此时，码量控制部40使用式(4)来计算量化参数QP(或者平均值量化参数AVG_QP)为“Xm”时的生成码量“Ym”。
Ym＝Ya×(Xm-Xb)×(Xm-Xc)/(Xa-Xb)/(Xa-Xc)+
    Yb×(Xm-Xa)×(Xm-Xc)/(Xb-Xa)/(Xb-Xc)+
    Yc×(Xm-Xa)×(Xm-Xb)/(Xc-Xa)/(Xc-Xb)…(4)
之后，判别为目标码量以下且最接近于目标码量的生成码量，将与该判别出的生成码量对应的量化参数QP设为临时量化参数QP_precode1。
另外，当使用平均量化参数AVG_QP时，判别为目标码量以下且最接近于目标码量的生成码量，并选择与该判别出的生成码量对应的平均量化参数。并且，判别被选择出的平均量化参数是否是变换了哪个量化参数QP的参数，将判别出的量化参数QP设为临时量化参数QP_precode1。
另外，图10示出了表示使用了平均量化参数的临时量化参数的确定处理的流程图。另外，图11是用于说明使用了平均量化参数的临时量化参数的确定处理的图。在图10的步骤ST51中，第一预编码部20执行生成码量的计算。第一预编码部20针对离散地选择出的每个量化参数QP执行预编码，计算生成码量并前进到步骤ST52。例如在图11的(A)中，以黑圆圈所示，针对离散地选择出的量化参数QP计算生成码量。
在步骤ST52中，码量控制部40判别量化参数范围WQ并前进到步骤ST53。码量控制部40比较目标码量“Target_bits”和在步骤ST51中计算出的生成码量，并判别设为目标的量化参数QP是否处于通过计算出生成码量的量化参数QP表示的某个范围内。
码量控制部40比较例如在步骤ST51中计算出的码量和目标码量，如图11的(B)所示，判别“QP-a”，该“QP-a”是计算出的生成码量为目标码量“Target_bits”以上且最接近于目标码量的量化参数。并且，码量控制部40判别“QP-b”，该“QP-b”是计算出的生成码量小于目标码量“Target_bits”且最接近于目标码量的量化参数。并且，码量控制部40将判别出的量化参数“QP-a”～“QP-b”的范围设为包含设为目标的量化参数的量化参数范围WQ。
在步骤ST53中，码量控制部40在量化参数范围WQ中针对被间拔的量化参数QP，如以图6的步骤ST45所示，通过使用了平均量化参数的插值处理来计算生成码量。码量控制部40将量化参数范围WQ的量化参数以及用于插值的量化参数变换为平均量化参数。例如，将量化参数QP-a、QP-b以及“QP-a”～“QP-b”的范围内的量化参数QP变换为平均量化参数AVG_QP。另外，针对“QP-a”～“QP-b”的范围内的变换后的平均量化参数AVG_QP，如以图11的(C)的白圆圈所示，通过插值处理计算出生成码量。
在步骤ST54中，码量控制部40确定临时量化参数QP_precode1。码量控制部40将在步骤ST51中计算出的生成码量和在步骤ST53中通过插值处理得到的生成码量与目标码量进行比较。另外，如图11的(D)所示，码量控制部40将生成码量为目标码量以下且最接近于目标码量的平均量化参数AVG_QP设为临时平均量化参数ACV_QP_precode1。并且，判别临时平均量化参数ACV_QP_precode1是否是变换了某个量化参数QP的参数，并将判别出的量化参数设为临时量化参数QP_precode1。
这样，如果执行使用了二次曲线的插值，则与现有的直线插值相比能够提高精度。即，以预编码预测码量的素材不限于原图像，也可以使用执行了编码和解码的图像(以下称为“再编码素材”)。一般来说，已知在通过MPEG和AVC执行了编码和解码的再编码素材等的情况下，量化参数QP和码量的关系不会成为平滑的变化，如图12所示表现出曲线成为阶梯状的特性。
图13在再编码素材等的编码中示出了直线插值和使用了二次曲线的插值。另外，在图13中，直线插值以虚线示出，二次曲线以实线示出。当通过直线插值计算生成码量时，对实际的生成码量的误差有可能变大。但是，如果使用二次曲线，则对实际的生成码量的误差变小，与执行直线插值的情况相比能够提高精度。
<8.基于变化率的插值>
码量控制部40在使用了生成码量的变化率的插值中根据选择出的量化参数的生成码量来计算变化率，使用该计算出的变化率在用于变化率的计算的量化参数的间隔中执行插值。
图14示出使用了增加率的插值方法。该插值处理是用于目标码量比由第一预编码部20计算出的码量小、用作插值处理的基准点的QP之间的差为1的情况下的处理。另外，例如将量化参数QP为“X0”时的码量设为“Y0”，将量化参数QP为“X1”时的码量设为“Y1”。码量控制部40根据由第一预编码部20计算出的码量基于式(5)来计算变化率RT。
RT＝(Y1-Y0)/Y0…(5)
码量控制部40根据计算出的生成码量和由式(5)求出的变化率RT基于式(6)来计算比计算该生成码量的量化参数QP大“1”的量化参数QP的生成码量。另外，在式(6)中，将计算生成码量的量化参数QP为“Xp”时的生成码量设为“Yp”，将量化参数QP为比“Xp”大“1”的“Xp+1”时的码量设为“Yp+1”。
Yp+1＝Yp×(1+RT)…(6)
这样一来，对于值大于计算生成码量的量化参数QP的量化参数QP，基于式(6)依次执行码量的计算。例如，量化参数QP为比“X1”大“1”的“X2”时的生成码量“Y2”根据式(6)成为“Y2＝Y1×Y1/Y0”。另外，量化参数QP为比“X1”大“2”的“X3”时的生成码量“Y3”根据式(6)成为“Y3＝Y2×Y1/Y0”。
之后，当计算出的码量为目标码量以下时，将此时的量化参数QP设为临时量化参数QP_Precode1。例如，在图14中，当量化参数QP为“X4”时，计算出的生成码量为目标码量以下，因此将作为此时的量化参数QP的“X4”确定为临时量化参数QP_precode1。
图15示出了使用增加率的其他的插值方法。该插值处理是用于目标码量比由第一预编码部20计算出的生成码量大、用作插值处理的基准点的量化参数QP之间的差为1的情况的处理。另外，例如将量化参数QP为“X0”时的生成码量设为“Y0”，将量化参数QP为“X1”时的生成码量设为“Y1”。码量控制部40根据由第一预编码部20计算出的生成码量基于式(7)来计算变化率RT。
RT＝(Y0-Y1)/Y1…(7)
码量控制部40根据计算出的生成码量和由式(7)求出的变化率RT基于式(8)来计算比计算出该生成码量的量化参数QP小“1”的量化参数QP的生成码量。另外，在式(8)中，将计算生成码量的量化参数QP为“Xq”时的生成码量设为“Yq”，将量化参数QP为比“Xq”小“1”的“Xq-1”时的生成码量设为“Yq-1”。
Yq-1＝Yq×(1+RT)…(8)
这样一来，对于值小于计算出生成码量的量化参数QP的量化参数QP，基于式(8)依次执行码量的计算。例如，量化参数QP为比“X0”小“1”的“X-1”时的生成码量“Y-1”根据式(8)成为“Y-1＝Y0×Y0/Y1”。另外，量化参数QP为比“X0”小“2”的“X-2”时的生成码量“Y-2”根据式(8)成为“Y-2＝Y-1×Y0/Y1”。
之后，当计算出的生成码量变大超过了目标码量时，将比此时的量化参数QP大“1”的值设为临时量化参数QP_precode1。例如，在图15中，当量化参数QP为“X-3”时，计算出的生成码量变大超过目标码量，因此将比此时的量化参数QP大“1”的值“X-2”设为临时量化参数QP_precode1。
接着，对用于变化率的计算的量化参数的间隔大于“1”的情况进行说明。在此情况下，码量控制部40使用在用于变化率的计算的量化参数的间隔中执行插值而得到的生成码量通过直线插值来求出位于用于变化率的计算的量化参数的间隔内的量化参数的生成码量。
图16是表示使用了量化参数间的差为1以外时的增加率的插值方法的图。另外，图16示出了目标码量比由第一预编码部20计算出的生成码量小、用作插值处理的基准点的量化参数之间的差例如为“3”的情况。
这里，将量化参数QP为“X0”时的生成码量设为“Y0”，将量化参数QP为“X3”时的生成码量设为“Y3”。码量控制部40根据由第一预编码部20计算出的生成码量基于式(9)来计算变化率RT。
RT＝(Y3-Y0)/Y0…(9)
码量控制部40根据计算出的生成码量和由式(9)求出的变化率RT基于式(10)来计算比计算出该生成码量的量化参数QP大“3”的量化参数QP的生成码量。另外，在式(10)中，将计算出生成码量的量化参数QP为“Xp”时的生成码量设为“Yp”，将量化参数QP为比“Xp”大“3”的“Xp+3”时的生成码量设为“Yp+3”。
Yp+3＝Yp×(1+RT)…(10)
这样一来，对于值比计算出生成码量的量化参数QP大的量化参数QP，基于式(10)在用于变化率的计算的量化参数的间隔中依次执行码量的计算。例如，量化参数QP为比“X3”大“3”的“X6”时的生成码量“Y6”根据式(10)成为“Y6＝Y3×Y3/Y0”。另外，量化参数QP为比“X3”大“6”的“X9”时的生成码量“Y9”根据式(10)成为“Y9＝Y6×Y3/Y0”。
之后，当计算出的生成码量为目标码量以下时，使用量化参数QP为“Xr”和提前“3”的“Xr-3”时的生成码量执行直线插值。根据该直线插值，通过式(11)、(12)计算位于用于变化率的计算的量化参数的间隔内的量化参数QP为“Xr-1”、“Xr-2”时的生成码量“Yr-1”“Yr-2”。
Yr-1＝(Yr-Yr-3)/(Xr-Xr-3)
    ×(Xr-1-Xr-3)+Yr-3…(11)
Yr-2＝(Yr-Yr-3)/(Xr-Xr-3)
    ×(Xr-2-Xr-3)+Yr-3…(12)
码量控制部40判别在计算出的生成码量“Yr-3”～“Yr”中为目标码量以下且最接近于目标码量的生成码量，将与该判别出的生成码量对应的量化参数QP设为临时量化参数QP_precode1。例如，在图16中，生成码量“Yr-3”相当于“Y6”，“Yr”相当于“Y9”，码量控制部40将“X8”确定为临时量化参数QP_precode1。
图17是表示使用了量化参数之间的差为1以外时的增加率的其他插值方法的图。另外，图17示出了目标码量比由第一预编码部20计算出的生成码量大、用作插值处理的基准点的量化参数之间的差例如为“3”的情况。
这里，将量化参数QP为“X0”时的生成码量设为“Y0”，将量化参数QP为“X3”时的生成码量设为“Y3”。码量控制部40根据由第一预编码部20计算出的生成码量基于式(13)来计算变化率RT。
RT＝(Y0-Y3)/Y3…(13)
码量控制部40根据计算出的生成码量和由式(13)求出的变化率RT基于式(14)来计算比计算出该生成码量的量化参数QP小“3”的量化参数QP的生成码量。另外，在式(14)中，将计算生成码量的量化参数QP为“Xq”时的生成码量设为“Yq”，将量化参数QP为比“Xq”小“3”的“Xq-3”时的生成码量设为“Yq-3”。
Yq-3＝Yq×(1+RT)…(14)
这样一来，对于值比计算生成码量的量化参数QP小的量化参数QP，基于式(14)以用于变化率的计算的量化参数的间隔依次执行生成码量的计算。例如，量化参数QP为比“X0”小“3”的“X-3”时的生成码量“Y-3”根据式(14)成为“Y-3＝Y0×Y0/Y3”。另外，量化参数QP为比“X0”小“6”的“X-6”时的生成码量“Y-6”根据式(14)成为“Y-6＝Y-3×Y0/Y3”。
之后，当计算出的生成码量超过了目标码量时，使用量化参数QP为“Xs”和靠后“3”的“Xs+3”时的生成码量执行直线插值。根据该直线插值，通过式(15)、(16)计算位于用于变化率的计算的量化参数的间隔内的量化参数QP为“Xs+1”、“Xs+2”时的生成码量“Ys+1”“Ys+2”。
Ys+1＝(Ys+3-Ys)/(Xs+3-Xs)
    ×(Xs+1-Xs)+Ys…(15)
Ys+2＝(Ys+3-Ys)/(Xs+3-Xs)
    ×(Xs+2-Xs)+Ys…(16)
码量控制部40判别在计算出的生成码量“Ys”～“Ys+3”中为目标码量以下且最接近于目标码量的生成码量。另外，码量控制部40将与被判别出的生成码量对应的量化参数QP设为临时量化参数QP_precode1。例如，在图17中，生成码量“Ys”相当于“Y-3”，生成码量“Ys+3”相当于“Y0”，码量控制部40将“X-1”确定为临时量化参数QP_precode1。
另外，量化参数QP在值小时量化步长的间隔窄，在值大时量化步长的间隔宽。另外，如果为了减小画质的劣化而提高传送率并加大目标码量，则在设为期望的目标码量的编码中，量化参数QP的值变小。因此，第一预编码部20将量化参数QP的最小值包含在要选择的量化参数之中。例如，如以图5的黑圆圈所示的那样选择量化参数。这样一来，仅在量化参数QP的值大的情况下，执行使用了变化率的插值，在其他的情况下执行使用了二次曲线的插值。因此，与现有的直线插值相比，能够高精度地确定临时量化参数QP_precode1。
<8.最优量化参数的确定处理>
码量控制部40将由第一预编码部20执行预编码而得到的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的最优量化参数QP_precode2。
这里，将临时量化参数QP_precode1的生成码量设为“Generated_bits(QP_precode1)”，将QP_precode1-1的生成码量设为“Generated_bits(QP_precode1-1)”，将QP_precode1+1的生成码量设为“Generatedbits(QP_precode1+1)”。另外，将目标码量设为“Target_bits”。
在Generated_bits(QP_precode1+1)≤Target_bits≤Generated_bits(QP_precode1-1)”的情况下，将生成码量为目标码量以下且最接近于目标码量的量化参数QP作为最优量化参数QP_precode2。
在不是上述情况的情况下，如下所述，码量控制部40根据第二预编码的结果来求出针对量化参数QP的变化的生成码量的变化率。这里，当量化参数QP的值近时，可以认为变化率大致恒定，并预测在各量化参数QP下的生成码量，将生成码量为目标码量以下且最接近于目标码量的量化参数QP确定为最优量化参数QP_precode2。
首先，根据第二预编码的结果如式(17)、(18)、(19)那样地来求出量化参数QP每变化“1”、生成码量变化百分之几。
DiffRatio_1＝(Generated_bits(QP_precode1-1)-Generated_bits(QP_precode1))/Generated_bits(QP_precode1)…(17)
DiffRatio_2＝(Generated_bits(QP_precode1)-Generated_bits(QP_precode1+1))/Generated_bits(QP_precode1+1)…(18)
DiffRatio＝(DiffRatio_1+DiffRatio_2)/2…(19)
接着，使用生成码量的变化率DiffRatio来求出生成码量。这里，如果将DeltaQp设为求出的量化参数QP与临时量化参数QP_precode1之差的绝对值，则当量化参数QP比临时量化参数QP_precode1小时，根据式(20)求出生成码量。
Generated_bits(QP)＝Generated_bits(QP_precode1-1)
×(1.0+DiffRatio)^(DeltaQp-1)…(20)
当量化参数QP比临时量化参数QP_precode1大时，根据式(21)来求出生成码量。
Generated_bits(QP)＝Generated_bits(QP_precode1+1)
×(1.0-DiffRatio)^(DeltaQp-1)…(21)
这样一来，码量控制部40将最接近于目标码量的量化参数QP确定为在本编码中使用的最优量化参数QP_precode2。
如上所述，本发明在第一和第二预编码部中仅编码和码长计算部并行地执行，共用其他的处理要素，由此能够削减电路规模。另外，在第一预编码中，利用大范围的量化参数QP来执行降低精度抑制了电路规模和处理负载的并行预编码，并粗略估计实现目标码量的基本量化参数。在第二预编码中，利用小范围执行提高了精度的并行预编码，确定在本编码中使用的基本量化参数。这样一来，能够提高图像编码的精度并且减轻处理负载。
并且，在粗略估计基本量化参数的处理中，根据在第一预编码中选择出的量化参数的生成码量通过插值处理计算被间拔的量化参数的生成码量。另外，根据计算生成码量的量化参数的位置来改变在插值处理中使用的插值方法。因此，与利用一个插值方法执行插值处理的情况相比，能够提高插值处理的精度。即，作为粗略估计出的基本量化参数的临时量化参数QP_precode1的精度变高，能够将用于本编码的基本量化参数设为最优量化参数。
因此，能够在不执行画面内反馈控制的情况下使生成码量与赋予一个图像的目标码量吻合。由此，能够去除由于反馈参数的不适当的初始值而引起的弊病、不适当的目标码量分配等反馈控制的问题。结果，能够使生成码量与目标码量一致，并确定考虑了视觉特性的码量分配、即量化参数。
另外，也可以通过计算机装置来实现本发明的图像编码装置以及图像编码方法。在此情况下，使计算机装置发挥如图像编码装置那样的功能的计算机程序例如能够以计算机可读的形式提供给可执行各种程序代码的通用计算机***。例如，能够通过光盘、磁盘或半导体存储器等存储介质或者网络等通信介质来提供计算机程序。这样，通过以计算机可读的形式提供计算机程序，能够在计算机装置上执行与计算机程序相应的处理，从而实现上述的图像编码装置的动作和图像编码方法。
另外，本发明不应该被解释为限于上述的发明实施方式。该发明实施方式以例示的方式公开了本发明，毋庸置疑，在不脱离本发明的主旨的范围内本领域技术人员能够修正或替换实施方式。即，为了判断本发明的主旨，应该参考权利要求书。
产业上的可利用性
在本发明的图像编码装置和图像编码方法中，离散地选择第一范围内的量化参数，并行地执行该选择出的量化参数的生成码量的计算。另外，针对未被选择的量化参数，通过插值处理来计算生成码量，并将选择出的量化参数的生成码量和通过插值计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的临时量化参数。在该插值处理中，根据通过插值处理计算生成码量的量化参数的位置来改变插值方法。另外，并行地执行比第一范围小的、以临时量化参数为基准的第二范围的量化参数的生成码量的计算，并根据第二范围的量化参数的生成码量与目标码量的比较来确定与目标码量对应的最优量化参数。使用该最优量化参数对图像执行编码。
这样，根据通过插值处理计算生成码量的量化参数的位置来改变插值方法，因此能够提高基于插值的生成码量的预测精度，能够容易地在不执行画面内反馈控制的情况下使生成码量与赋予一个图像的目标码量吻合。因此，适于记录图像的电子设备、例如摄像机、记录器或图像编辑装置等。

Claims (9)

1.一种图像编码装置，包括：
第一编码部，离散地选择第一范围内的量化参数，以并行地执行该选择出的量化参数的生成码量的计算；
第二编码部，并行地执行第二范围内的量化参数的生成码量的计算，所述第二范围是比所述第一范围小的范围，并且以临时量化参数为基准；
码量控制部，针对未被所述第一编码部选择的量化参数，通过插值处理计算生成码量，将所述选择出的量化参数的生成码量和通过插值而计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的所述临时量化参数；并且所述码量控制部将由所述第二编码部计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的最优量化参数；以及
第三编码部，使用所述被确定了的最优量化参数来对图像进行编码；
所述码量控制部根据通过所述插值处理计算生成码量的量化参数的位置值来改变插值方法。
2.如权利要求1所述的图像编码装置，其中，
所述码量控制部通过比较被选择出的量化参数的生成码量和目标码量，来判别通过插值处理计算生成码量的量化参数。
3.如权利要求2所述的图像编码装置，其中，
所述码量控制部根据通过所述插值处理计算生成码量的量化参数是否是被由所述第一编码部选择出的量化参数夹持的位置区域内的值来改变插值方法。
4.如权利要求3所述的图像编码装置，其中，
当通过所述插值处理计算生成码量的量化参数是被由所述第一编码部选择出的量化参数夹持的位置区域内的值时，所述码量控制部使用二次曲线来执行插值。
5.如权利要求4所述的图像编码装置，其中，
还包括活动性计算部，该活动性计算部计算所述图像的每个块的活动性，
当将与所述活动性相应的偏移加到所述量化参数中来执行生成码量的计算时，如果与所述目标码量对应的所述临时量化参数处于在相加了所述偏移时被限制在预先设定的范围内的量化参数的区域内，则所述码量控制部将所述量化参数变换成平均量化参数，并计算平均量化参数的生成码量。
6.如权利要求3所述的图像编码装置，其中，
当通过所述插值处理计算生成码量的量化参数不是被由所述第一编码部选择出的量化参数夹持的位置区域内的值时，所述码量控制部使用由所述第一编码部计算出的生成码量的变化率来执行插值。
7.如权利要求6所述的图像编码装置，其中，
在使用了所述生成码量的变化率的插值中，根据选择出的量化参数的生成码量来计算变化率，并使用该计算出的变化率在用于该变化率的计算的量化参数的间隔中执行插值。
8.如权利要求7所述的图像编码装置，其中，
在使用了所述生成码量的变化率的插值中，当用于所述变化率的计算的量化参数的间隔大于1时，使用在用于所述变化率的计算的量化参数的间隔中执行插值而得到的生成码量，通过直线插值来求出位于用于所述变化率的计算的量化参数的区域的间隔内的量化参数的生成码量。
9.一种图像编码方法，包括以下步骤：
在第一编码部中，离散地选择第一范围内的量化参数，以并行地执行该选择出的量化参数的生成码量的计算；
在码量控制部中，针对未被所述第一编码部选择的量化参数，通过插值处理计算生成码量，将所述选择出的量化参数的生成码量和通过插值而计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的临时量化参数；
在第二编码部中，并行地执行第二范围内的量化参数的生成码量的计算，所述第二范围是比所述第一范围小的范围，并且以所述临时量化参数为基准；
在所述码量控制部中，将由所述第二编码部计算出的生成码量与目标码量进行比较，来确定与目标码量对应的最优量化参数；以及
在第三编码部中，使用所述最优量化参数来对图像进行编码；
在所述码量控制部中的所述插值处理中，根据通过所述插值处理计算生成码量的量化参数的位置值来改变插值方法。
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