JP2002027465A - 画像情報変換装置及び方法 - Google Patents
画像情報変換装置及び方法Info
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Abstract
(ビットストリーム)を順次走査のMPEG4画像圧縮
情報(ビットストリーム)に変換するものであって、疑
似スライスのコンプレキシティを算出する疑似スライス
コンプレキシティ算出部25と、VOPのコンプレキシ
ティを算出するVOPコンプレキシティ算出部24と、
VOPの目標符号量を算出するVOP目標符号量算出部
26と、疑似スライスの目標符号量を算出する疑似スラ
イス目標符号量算出部27とを有し、MPEG4画像情
報符号化部(I/P−VOP)20は、画像情報をMP
EG4画像圧縮情報(ビットストリーム)に符号化際
に、目標符号量に応じて符号量制御を行う。
Description
る画像情報変換装置及び方法に関し、詳しくは、離散コ
サイン変換等の直交変換と動き補償によって圧縮された
MPEG等の画像情報(ビットストリーム)を衛星放
送、ケーブルTV、インターネット等のネットワークメ
ディアを介して受信する際に、若しくは光、磁気ディス
クのような記憶メディア上で処理する際に用いられる画
像情報を変換する画像情報変換装置及び方法に関する。
扱い、効率の高い情報の伝送、蓄積を目的とし、画像情
報特有の冗長性を利用して、離散コサイン変換等の直交
変換と動き補償により圧縮するMPEGなどの画像情報
圧縮方式が提供されている。そして、このような画像情
報圧縮方法に準拠した装置は、放送局などの情報配信、
及び一般家庭における情報受信の双方において普及しつ
つある。
818−2)は、飛び越し走査画像及び順次走査画像の
双方、並びに標準解像度画像及び高精細画像を網羅す
る、汎用画像符号化方式として定義されている。
れば、例えば、720×480画素を持つ標準解像度の
飛び越し走査画像に4〜8Mbpsの符号量(ビットレ
ート)を割り当て、1920×1088画素を持つ高解
像度の飛び越し走査画像に対して18〜22Mbpsの
符号量(ビットレート)を割り当てることにより、高い
圧縮率と良好な画質の実現が可能となる。
フェッショナル用途及びコンシューマー用途の広範なア
プリケーションに今後とも用いられるものと予想され
る。しかし、MPEG2は、主として放送用に適合する
高画質符号化を対象としており、例えばMPEG1より
低い符号量(ビットレート)、つまりより高い圧縮率の
符号化方式には対応していなかった。
後とも高い圧縮率の符号化方式のニーズは高まると思わ
れ、これに対応して、高い圧縮率を有するMPEG4符
号化方式の標準化が行われている。この画像符号化方式
に関しては、1998年12月にISO/IEC 14
496−2として国際標準の規格が承認された。
されたMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)
を、携帯端末上等で処理するのにより適した、より低い
符号量(ビットレート)の画像圧縮情報(ビットストリ
ーム)に変換したいというニーズがある。
-Frame Transcoding with Spatial and Temporal
Downsampling”(Susie L Wee, John G. Aposto
lopoulos, and Nick Feamster, ICIP 99、以下こ
れを文献1と呼ぶ)において画像情報変換装置(トラン
スコーダ)が提供されている。
換装置(トランスコーダ)は、図6に示すように、ピク
チャタイプ判別部1と、MPEG2画像情報復号化部
(I/Pピクチャ)2と、間引き部3と、MPEG4画
像情報符号化部(I/P−VOP)4と、動きベクトル
合成部5と、動きベクトル検出部6とから構成されてい
る。
符号化されたイントラ符号化画像(Iピクチャ;I)、
表示順序で順方向を参照して予測符号化された順方向予
測符号化画像(Pピクチャ;P)及び表示順序で順方向
及び逆方向を参照して予測符号化された双方向予測符号
化画像(Bピクチャ;B)から構成される飛び越し走査
のMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)が入力
される。
リーム)は、ピクチャタイプ判別部1において、I/P
ピクチャに関するものか、Bピクチャに関するものであ
るかを判別され、I/Pピクチャのみ後続のMPEG2
画像情報復号化部(I/Pピクチャ)2に出力され、B
ピクチャは破棄される。
チャ)2における処理は通常のMPEG2画像情報復号
化装置と同様に、MPEG2画像圧縮情報(ビットスト
リーム)を画像信号に復号するものである。
チャ)2の出力となる画素値は、間引き部3に入力され
る。間引き部3は、水平方向には1/2の間引き処理を
施し、垂直方向には、第一フィールド若しくは第二フィ
ールドのどちらか一方のデータのみを残し、もう一方を
廃棄する。このような間引きによって、入力となる画像
情報の1/4の大きさを持つ順次走査画像を生成する。
像はMPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)4
によってフレーム内で符号化されたI−VOP及び表示
順序で順方向を参照して予測符号化されたP−VOPに
符号化され、MPEG4画像圧縮情報(ビットストリー
ム)として出力される。尚、VOPはVideo objectPla
neを意味し、MPEG2におけるフレームに相当するも
のである。
報(ビットストリーム)中の動きベクトル情報は、動き
ベクトル合成部5において間引き後の画像情報に対する
動きベクトルにマッピングされ、動きベクトル検出部6
においては、動きベクトル合成部5において合成された
動きベクトル値を元に高精度の動きベクトルを検出す
る。
情報(ビットストリーム)の1/2×1/2の大きさを
持つ順次走査画像のMPEG4画像圧縮情報(ビットス
トリーム)を生成する画像情報変換装置に関して記述し
ている。すなわち、例えば入力となるMPEG2画圧縮
情報(ビットストリーム)がNTSC(National Tele
vision System Committee)の規格に準拠したもので
あった場合、出力となるMPEG4画像圧縮情報はSI
Fサイズ(352×240画素)ということになる。
においては、MPEG4画像情報符号化部(I/P−V
OP)4における符号量制御が、出力となるMPEG4
画像圧縮情報(ビットストリーム)における画質を決定
する大きな要因となる。ISO/IEC 14496−
2においては、符号量制御の方式に関しては特に規定さ
れておらず、各ベンダが、アプリケーションに応じて、
演算量及び出力画質の観点から最適と考えられる方式を
用いることが出来る。以下では、代表的な符号量制御方
式として、MPEG2 Test Model 5(I
SO/IECJTC1/SC29/WG11 N040
0)で述べられている方式について述べる。
ーを用いて説明する。最初のステップS11において、
画像情報符号化部(I/P−VOP)4は、目標符号量
(ターゲットビットレート)、及び、GOP(group
of pictures)構成を入力変数として、各ピクチャへの
ビット配分を行う。ここで、GOPとは、ランダムアク
セス可能なピクチャの組である。
情報符号化部(I/P−VOP)4は、GOP内の各ピ
クチャに対する割り当てビット量を、割り当て対象ピク
チャを含めGOP内でまだ復号化されていないピクチャ
に対して割り当てられるビット量(以下、これをRとす
る)を基に配分する。この配分をGOP内の符号化ピク
チャ順に繰り返す。その際、以下に述べる2つの仮定を
用いて各ピクチャへの符号量割り当てを行う。
に用いる平均量子化スケールコードと発生符号量の積
は、画面が変化しない限り、ピクチャタイプ毎に一定値
となると仮定する。そこで、各ピクチャを符号化した
後、各ピクチャタイプ毎に、画面の複雑さを示す変数X
i,Xp,Xb(grobal complelxity measure)を次の
式(1)によって更新する。
の発生符号ビット量であり、Qi,Q p,Qbは、ピクチ
ャ符号化時の平均量子化スケールコードである。また、
初期値は、目標符号量(ターゲットビットレート)bi
t_rate[bits/sec]を用いて、式(2)
で示される値とする。
ドを基準としたP,Bピクチャの量子化スケールコード
の比率Kp,Kbが式(3)に定めた値となる場合に常に
全体の画質が最適化されると仮定する。
ードは、I,Pピクチャの量子化スケールコードの常に
1.4倍としている。これは、BピクチャをI,Pピク
チャに比較して多少粗めに符号化することにより、Bピ
クチャで節約できる符号量をI,Pピクチャに加える
と、I,Pピクチャの画質が改善され、これを参照する
Bピクチャの画質も改善されることを想定している。
に対する割り当てビット量(Ti,Tp,Tb)は式
(4)に示す値とする。
れていないP,Bピクチャの枚数である。
て、各ピクチャをステップS11,S12に従って符号
化する毎に、GOP内の未符号化ピクチャに対して割り
当てられるビット量Rを式(5)で更新する。
る際には、式(6)によりRを更新する。
シーケンスの最初でのRの初期値は0とする。
符号化装置(I/P−VOP)4は、仮想バッファを用
いたレート制御を行う。すなわち、ステップS12にお
いて、画像情報符号化装置(I/P−VOP)4は、ス
テップS11で式(4)により求められた各ピクチャに
対する割当ビット量(Ti,Tp,Tb)と、実際の発生
符号量を一致させるため、各ピクチャ毎に独立に設定し
た3種類の仮想バッファの容量を基に、量子化スケール
コードを、マクロブロック単位のフィードバック制御で
求める。
立ち、仮想バッファの占有量を式(7)によって求め
る。
ァの初期占有量、Bjはピクチャの先頭からj番目のマ
クロブロックまでの発生ビット量、MB_cntは1ピ
クチャ内のマクロブロック数である。各ピクチャ符号化
終了時の仮想バッファ占有量(dMB_cnt i,dMB_cnt p,
dMB_cnt b)は、それぞれ同一のピクチャタイプで、次
のピクチャに対する仮想バッファ占有量の初期値
(d0 i,d0 p,d0 b)として用いられる。
子化スケールコードを式(8)により計算する。
呼ばれるフィードバックループの応答を制御する変数で
あり、式(9)により与えられる。
初期値は式(10)で与えられる。
報符号化装置(I/P−VOP)4は、視覚特性を考慮
したマクロブロック毎の適応量子化を行う。すなわち、
ステップS13において、画像情報符号化部(I/P−
VOP)4は、ステップS12で求められた量子化スケ
ールコードを、視覚的に劣化の目立ちやすい平坦部でよ
り細かく量子化し、劣化の比較的目立ちにくい絵柄の複
雑な部分で粗く量子化するように、各マクロブロック毎
のアクティビティと呼ばれる変数によって変化させてい
る。
を用い、フレーム離散コサイン変換モードにおける4個
のブロックと、フィールド離散コサイン変換モードにお
ける4個のブロックとの、合計8ブロックの画素値を用
いて式(11)で与えられる。
画素値である。式(11)において最小値を採るのは、
マクロブロック内の一部だけでも平坦部分のある場合に
は量子化を細かくするためである。
2の範囲を取る正規化アクティビティNactjを求め
る。
したピクチャでのactjの平均値である。
mquantjはステップS12で得られた量子化スケ
ールコードQjを基に式(13)で与えられる。
おいて定められた上記符号量制御方式には以下の制限の
あることが知られており、実際の制御を行う場合には、
これらの制限に対する対策が必要となる。すなわち、第
一の制限は、第一ステップS11はシーンチェンジに対
応出来ず、また、シーンチェンジ後には第三ステップS
13で用いる媒介変数avg_actが間違った値とな
るということである。第二の制限は、MPEG2及びM
PEG4において規定されているVBV(Video Buffe
r Verifier)の拘束条件を満たす保証がないことであ
る。
解析とその符号量制御への応用”(信学技報、IE−9
5, DSP95−10, 1995年5月、以下これ
を文献2と呼ぶ)でも述べられている通り、Test
Model 5で定められている符号量制御方式は、M
PEG−2画像符号化装置において、必ずしも良好な画
質を与えるものではない。
るための、GOP内における各フレーム毎の最適な符号
量配分を与える手法として以下の方式を提案している。
すなわち、NI,NP,NBを、GOP内においてまだ符
号化されていないI,P,Bピクチャの枚数として、こ
れらに割り当てられる符号量をRI,RP,RBとする。
また、式(14)で与えられる固定レート条件の下に、
それぞれにおける量子化ステップサイズをQI,QP,Q
Bとし、mを、量子化ステップサイズと再生誤差分散を
関係付ける次数(すなわち、量子化ステップサイズをm
乗したものの平均値の最小化が再生誤差分散を最低にす
ると仮定する)とする。そして、式(15)を最小にす
ることを考える。
化スケールQ、及び符号量Rは、Test Model
5でも用いられる媒体変数である各フレームのコンプ
レキシティXと、式(16)のように関係づけられる。
4)の拘束条件の元に式(15)を最小にするRI,
RP,RBを、ラグランジェの未定乗数法を用いて算出す
ると、最適なRI,RP,RBとして以下の式のような値
が求められる。
Test Model 5で定められた符号量制御方
式における式(4)との関係は以下の通りであると言え
る。すなわち、式(17)は、符号量制御の媒介変数で
あるKp,Kbを、各フレームのコンプレキシティXI,
XP,XBに応じて、式(18)のように適応的に算出し
ていることに他ならない。
0.6〜1.2程度に設定することで良好な画質が得ら
れることが示されている。
EG4画像情報符号化装置(I/P−VOP)4におい
て、MPEG2 Test Model 5において定
められたのと同様な手法を用いて符号量制御を行った場
合、シーンチェンジ等に起因する、GOP内でのコンプ
レキシティの変化に対応することが不可能であるため、
安定した符号量制御が困難となり、画質劣化を引き起こ
すことが考えられる。MPEG2画像情報復号化部(I
/Pピクチャ)2において抽出される、入力となるMP
EG2画像圧縮情報(ビットストリーム)内の情報をM
PEG4画像圧縮情報符号化部(I/P−VOP)4に
おいて利用することでこの問題を回避することが可能で
あると期待される。
は、先に図8に示すような画像情報変換装置を提案し
た。
判別部7と、圧縮情報解析部8と、MPEG2画像情報
復号化部(I/Pピクチャ)9と、間引き部10と、M
PEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)11と、
動きベクトル合成部12と、動きベクトル検出部13
と、情報バッファ14と、コンプレキシティ算出部15
とから構成される。
8、情報バッファ14、コンプレキシティ算出部15及
びMPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)11
における符号量制御以外の動作原理については、図6に
示した画像情報変換装置と同様であるため、以下では、
圧縮情報解析部8、情報バッファ14、コンプレキシテ
ィ算出部15における動作原理及びMPEG4画像情報
符号化部(I/P−VOP)11における符号量制御に
ついて述べることにする。
いられた量子化スケールのフレーム全体に渡る平均値
Q、及び、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビット
ストリーム)において、当該フレームに割り当てられた
総符号量(ビット数)Bは、情報バッファ14に格納さ
れる。
情報バッファ14に格納されたフレーム毎の情報Q及び
Bから、当該フレームに対するコンプレキシティXを式
(19)により算出する。
ームに対するコンプレキシティXは、1GOV(group
of VOPs)分バッファリングされた後、MPEG4画
像情報符号化部(I/P−VOP)11に符号量制御の
ための媒介変数として伝送される。このため、1GOV
分の遅延が必要となる。この遅延は図示しない遅延バッ
ファを用いて実現される。ここで、GOVとは、ランダ
ムアクセス可能なVOPの組である。
た、GOV内の各フレームに対するコンプレキシティX
が、MPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)1
1においてどのように用いられるかについて述べる。
尚、以下では、ピクチャタイプ判別部7がこの画像情報
変換装置内に存在せず、フレームレートの変換を行わな
い場合をも考慮することにする。
意味するところは、I−VOPに対する理想的な平均量
子化スケールQi_idealに対するP−VOP/B−VO
Pに対する理想的な平均量子化スケールQp_ideal,Q
b_idealの比が、式(20)によって与えられるという
ことである。
おいては、式(18)のように適応的にKp,Kbを算出
することを行わず、式(3)に示したような固定値を用
いている。
P1と、或るVOP2に対するコンプレキシティをそれ
ぞれX1,X2とし、理想的な量子化スケールをQ
1_ideal,Q2_idealとすれば、式(21)のようにな
る。
del 5のように、式(3)に示した固定値を用いた
い場合には、式(21)に代えて、式(22)のように
すれば良い。
して割り当てられる総符号量(ビット数)をRとし、R
が、各VOPに対して、R1,R2,…Rnといったよう
に割り当てられる時、当該GOVに対する画質が最適化
されるものとする。ここでRとR1,R2,…Rnの間に
は式(23)のような関係式が成り立つ。
Qk、割当符号量Rk、コンプレキシティXkの間には式
(24)なる関係があることにも注意して、式(23)
を変形すれば式(25)が得られる。
しては、式(21)に示した値を用いても、式(22)
に示した値を用いても良いが、前者の方が、画像に応じ
た、より最適な符号量配分を実現することが可能であ
る。その際、1/(1+m)の値を1.0と設定するこ
とで、指数演算を行うことが不要となり、高速な実行が
可能となる。また、1/(1+m)の値を1.0以外に
設定する場合にも、予めテーブルを持ち、これを参照し
て指数演算を行うことで高速な実行が可能となる。
プレキシティXkはMPEG4画像符号化によるもので
あるが、MPEG2画像符号化による各フレームに対す
るコンプレキシティと、MPEG4画像符号化による各
フレームに対するコンプレキシティが等しいと仮定すれ
ば、コンプレキシティ算出部15に格納されたXkを用
いることで、式(25)によって当該VOPに対する目
標符号量を算出することが可能である。
す。最初のステップS21において、圧縮情報解析部8
は、MPEG2画像情報復号化部9における復号処理に
用いられるGOP内の各フレームに対する平均量子化ス
ケールQ,及び割当符号量(ビット数)Bを抽出する。
ィ算出部15は、平均量子化スケールQ及び割当符号量
(ビット数)Bの積で与えられるコンプレキシティXを
算出する。
符号化部(I/P−VOP)11は、コンプレキシティ
Xに応じた目標符号量(ターゲットビット)を算出す
る。
は、GOP内におけるI,P,Bピクチャに対するコン
プレキシティXi,Xp,Xbは一定であると仮定してい
るが実際にはシーンチェンジをGOP内に含む場合や、
GOP内で背景が著しく変化する場合等ではこの仮定が
成り立たず、安定した符号量制御の妨げとなり、画質劣
化の要因ともなる。図8に示した画像情報変換装置にお
いては、そのような場合にも、入力となるMPEG2画
像圧縮情報(ビットストリーム)における、各フレーム
に対するコンプレキシティに基づいた符号量制御を行う
ため、画質劣化を引き起こすことなく、安定した符号量
制御を行うことが可能である。
た符号量制御方式において、ステップS13における適
応量子化が有効に作用するためには、j番目のマクロブ
ロックに対する量子化スケールコード、つまり式(8)
におけるQJがフレーム全体に渡って均一な値を取るこ
とが望ましい。そこで、CCIR(Comite Consultant
if Internationale des Radio Communications)テ
ストシーケンスの一つである“Flower Gard
en”を、n=15;m=3の条件の元、4Mbpsに
圧縮したMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)
を、図8に示した画像情報変換装置を用いて、n=5;
m=1のMPEG4画像圧縮情報(ビットストリーム)
に変換する際の、あるVOPに対するQJがどのような
値を取るかを図10に示す。
に渡って均一な値を取ることが望ましいが、実際には、
式(7)における仮想バッファ占有量(dj i,dj p,d
j b)がマクロブロック毎に変化するため、VOP全体に
渡って均一な値とならない。
ものであって、Qjの変動を抑制して符号量を制御する
ような画像情報変換装置及び方法を提供することを目的
とする。
めに、本発明は、第1の圧縮符号化方式で圧縮された飛
び越し走査の入力画像圧縮情報を、第2の圧縮符号化方
式で圧縮された順次走査の出力画像圧縮情報に変換する
ものであって、上記入力画像圧縮情報及び上記出力画像
圧縮情報を構成する符号化画像は、それぞれ複数の画素
からなる画素ブロックから構成され、上記出力画像圧縮
情報の符号化画像における画素ブロックからなる疑似画
像ブロック列に対するコンプレキシティ情報に基づい
て、上記疑似画像ブロック列に対する目標符号量を与え
て画像情報を変換するものである。
圧縮情報(ビットストリーム)を入力画像圧縮情報と
し、順次操作のMPEG4画像圧縮情報(ビットストリ
ーム)を出力画像圧縮情報とする。これらMPEG2画
像圧縮情報(ビットストリーム)及びMPEG4画像圧
縮情報は、複数の画素から構成される画素ブロックすな
わちマクロブロックから構成され、疑似画素ブロック列
すなわち疑似スライスを利用している。
トリーム)及びMPEG4画像圧縮情報(ビットストリ
ーム)は、画像群すなわちGOP(group of picture
s)及びGOV(group of VOPs)からそれぞれ構成さ
れている。そして、画像群であるGOP及びGOVは、
複数の符号化画像すなわちピクチャ(picture)及びV
OP(video object plane)からそれぞれ構成されて
いる。
EG2画像情報圧縮情報(ビットストリーム)を入力と
し、ピクチャタイプ判別部、圧縮情報解析部、MPEG
2画像情報復号化部(I/Pピクチャ)、間引き部、M
PEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)、動きベ
クトル合成部、動きベクトル検出部、情報バッファ、V
OPコンプレキシテイ算出部、擬似スライスコンプレキ
シティ算出部、VOP目標符号量算出部、擬似スライス
目標符号量算出部を兼ね備え、入力となるMPEG2画
像圧縮情報(ビットストリーム)における、各スライス
に対するコンプレキシティ情報を用いて、MPEG4画
像符号化の際に擬似スライス単位の目標符号量(ターゲ
ットビット)を与えることで、符号量制御のステップ2
に伴う参照量子化スケールの変動を最小限に抑え、各マ
クロブロックに対する符号量割当が画像に対して最適化
された状態で、順次走査のMPEG4画像圧縮情報(ビ
ットストリーム)を出力する手段を提供するものであ
る。
は、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビットストリ
ーム)内で、I/Pピクチャに関するものだけ残してB
ピクチャに関するものは廃棄する。圧縮情報解析部は、
1GOP分の遅延を実現すると同時に、入力となるMP
EG2画像圧縮情報(ビットストリーム)内で、各フレ
ームに対して割り当てられた符号量(ビット数)及び各
フレームにおける平均量子化スケール、並びに、各フレ
ームにおいて、後段のMPEG4画像圧縮情報でそれぞ
れの擬似スライスを構成するマクロブロック全体に渡る
平均量子化スケール及び発生符号量(ビット数)を抽出
する。MPEG2画像情報復号化部(I/Pピクチャ)
は、ピクチャタイプ判別部の出力となる、I/Pピクチ
ャに関する圧縮情報(ビットストリーム)を、水平方向
垂直方向ともに、8次の離散コサイン係数全てを用い
た、若しくはその低域成分のみを用いた復号処理を行
う。間引き部は、MPEG2画像情報復号化部(I/P
ピクチャ)の出力である画像情報の第一フィールド若し
くは第二フイールドのみを取り出して順次走査画像への
変換を行うと同時に、所望の画枠サイズに変換するため
のダウンサンプリングを行う。MPEG4画像情報符号
化部(I/P−VOP)は、間引き部の出力となる画像
情報をMPEG4符号化方式により符号化する。動きベ
クトル合成部は、MPEG2画像情報復号化部(I/P
ピクチャ)で検出された、入力となる画像圧縮情報(ビ
ットストリーム)内の動きベクトル値を元に、走査変換
後の画像データに対する動きベクトル値にマッピングを
行う。動きベクトル検出部は、動きベクトル合成部から
出力される動きベクトル値を元に、高精度の動きベクト
ル検出を行う。情報バッファは、圧縮情報解析部におい
て抽出された、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビ
ットストリーム)における各フレームに割り当てられた
符号量(ビット数)及び各フレームに対する平均量子化
スケール、並びに、各フレームにおいて、後段のMPE
G4画像圧縮情報でそれぞれの擬似スライスを構成する
マクロブロック全体に渡る平均量子化スケール及び発生
符号量(ビット数)を格納する。VOPコンプレキシテ
イ算出部は、情報バッファに格納された、入力となるM
PEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)における、
各フレームに割り当てられた符号量(ビット数)、及び
各フレームに対する平均量子化スケールから、出力とな
るMPEG4画像圧縮情報(ビットストリーム)におけ
る各VOPに対するコンプレキシティの推定値を算出す
る。擬似スライスコンプレキシティ算出部においては、
情報バッファに格納された、入力となるMPEG2画像
圧縮情報(ビットストリーム)における、各擬似スライ
スに割り当てられた符号量(ビット数)、及び各擬似ス
ライスに対する平均量子化スケールから、出力となるM
PEG4画像圧縮情報(ビットストリーム)における各
擬似スライスに対するコンプレキシティの推定値を算出
する。VOP目標符号量算出部は、VOPコンプレキシ
ティ算出部において算出された、各VOPに対するコン
プレキシティに基づいて、各VOPに対する目標符号量
(ターゲットビット)の算出を行い、擬似スライス目標
符号量算出部においては、VOP目標符号量算出部にお
いて算出された各VOPに対する目標符号量(ターゲッ
トビット)、及び擬似スライスコンプレキシティ算出部
において算出された、各擬似スライスに対するコンプレ
キシティから、各擬似スライスに対する目標符号量(タ
ーゲットビット)を算出し、その情報をMPEG4画像
情報符号化装置(I/P−VOP)に伝送する。
レームレートの変換を行わない装置構成も可能である。
また、VOP目標符号量算出部において、入力となるM
PEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)における各
フレームに対するコンプレキシティを用いず、MPEG
2 Test Model 5に定められているのと同
様の方式により各VOPに対する目標符号量を算出する
装置構成も考えられる。
施例について説明する。
の画像情報変換装置について、図1を参照して説明す
る。
判別部16と、圧縮情報解析部17と、MPEG2画像
情報復号化部(I/Pピクチャ)18と、間引き部19
と、MPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)2
0と、動きベクトル合成部21と、動きベクトル検出部
22と、情報バッファ23と、VOPコンプレキシティ
算出部24と、擬似スライスコンプレキシティ算出部2
5と、VOP目標符号量算出部26と、擬似スライス目
標符号量算出部27とから構成される。
符号化されたイントラ符号化画像(Iピクチャ;I)、
表示順序で順方向を参照して予測符号化された順方向予
測符号化画像(Pピクチャ;P)及び表示順序で順方向
及び逆方向を参照して予測符号化された双方向予測符号
化画像(Bピクチャ;B)から構成される飛び越し走査
のMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)が入力
される。
リーム)は、ピクチャタイプ判別部16において、I/
Pピクチャに関するものか、Bピクチャに関するもので
あるかを判別され、I/Pピクチャのみ後続の圧縮情報
解析部17に出力され、Bピクチャは破棄される。
画像情報復号化装置(I/Pピクチャ)18における復
号処理に用いられる量子化スケールのフレーム全体に渡
る平均値Q、及び、入力となるMPEG2画像圧縮情報
(ビットストリーム)において、当該フレームに割り当
てられた総符号量(ビット数)Bは、情報バッファ23
に格納される。
チャ)18における処理は通常のMPEG2画像情報復
号化装置と同様に、MPEG2画像圧縮情報(ビットス
トリーム)を画像信号に復号するものである。ここで、
Bピクチャに関するデータはピクチャタイプ判別部16
において廃棄されているので、MPEG2画像情報復号
化部(I/Pピクチャ)18は、I/Pピクチャのみを
復号化出来る機能を有すればよい。
チャ)18の出力となる画素値は、間引き部19に入力
される。間引き部19は、水平方向には1/2の間引き
処理を施し、垂直方向には、第一フィールド若しくは第
二フィールドのどちらか一方のデータのみを残し、もう
一方を廃棄する。このような間引きによって、入力とな
る画像情報の1/4の大きさを持つ順次走査画像を生成
する。
像をMPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)2
0において16×16画素で構成されるマクロブロック
単位で符号化するためには、水平方向、垂直方向とも
に、その画素数が16の倍数である必要が有る。間引き
部19においては、このための画素の補填若しくは廃棄
を、間引きと同時に行う。
報(ビットストリーム)がNTSC(National Televi
sion System Committee)の規格に準拠したもの、つ
まり720×480画素、30Hzの飛び越し走査画像
であった場合、間引き後の画枠はSIF(360×24
0画素)サイズということになる。この画像に対して、
間引き部19において、例えば水平方向の右端若しくは
左端の8ラインを廃棄して352×240画素とする。
行うことで、これ以外の画枠、例えば上記の例で、約1
/4×1/4の画枠であるQSIF(176×112画
素)サイズの画像に変換することも可能である。
情報復号化部(I/Pピクチャ)18における処理とし
て、水平方向、垂直方向それぞれについて、入力となる
MPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)内の、8
次の離散コサイン変換係数すべてを用いた復号処理を行
う画像情報変換装置について述べられているが、図1に
示した装置に関してはその限りではなく、水平方向の
み、或いは水平方向、垂直方向ともに、8次の離散コサ
イン変換係数のうちの低域成分のみを用いた復号処理を
行い、画質劣化を最小限に抑えながら、復号処理に伴う
演算量とビデオメモリ容量を削減することが可能であ
る。
画像はMPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)
20によってフレーム内で符号化されたI−VOP及び
表示順序で順方向を参照して予測符号化されたP−VO
Pに符号化され、MPEG4画像圧縮情報(ビットスト
リーム)として出力される。
し、MPEG2におけるフレームに相当するものであ
る。また、I−VOPはIピクチャに対応するイントラ
符号化VOP、P−VOPはPピクチャに対応する順方
向予測符号化VOP、B−VOPはBピクチャに対応す
る双方向予測符号化VOPである。
OP)20における符号化の際には、入力となるMPE
G2画像圧縮情報(ビットストリーム)中の動きベクト
ル情報は、動きベクトル合成部21において間引き後の
画像情報に対する動きベクトルにマッピングされ、動き
ベクトル検出部22においては、動きベクトル合成部2
1において合成された動きベクトル値を元に高精度の動
きベクトルを検出する。
で用いられる、擬似スライスの概念について述べる。
ム)には、図2に示すようなスライス層が存在する。す
なわち、スライス層では、画面内で図2のように横長の
帯状の領域を示し、(図2のa,b,c…の領域)画面
を複数のスライスで構成することにより、あるスライス
層でエラーが発生しても、次のスライス層の開始(sl
ice_start_code)からの同期でエラー回
復が可能となる。スライス層は1個以上のマクロブロッ
クから構成され、ラスタスキャンオーダで、左から右、
上から下に並び、その長さや開始位置は自由で、画面毎
に変更可能である。但し、並列処理や効果的なエラー耐
性を目的として、一つのスライスは右方向にのみ伸び、
下方にまで伸びることはない。
ム)においては、低ビットレートにおける符号化効率を
考慮して、図2に示したようなスライス層は構文上定義
されていないが、本実施の形態においては、MPEG4
画像情報符号化部(I/P−VOP)20における符号
化処理のため、図3に示すような擬似スライスを定義す
る。すなわち、例えば、図1に示した画像情報変換装置
によって、入力となる、飛び越し走査のMPEG2画像
圧縮情報(ビットストリーム)が、1/2×1/2の画
枠を持つ順次走査のMPEG4画像圧縮情報(ビットス
トリーム)に変換される場合を考える。この時、図3の
Aにおける入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビット
ストリーム)内の4つのマクロブロックMB0,MB1,
MB2m,MB2m+1が、図3のBに示す出力となるMPE
G4画像圧縮情報(ビットストリーム)においては1つ
のマクロブロックMb0に対応することになる。この
時、図3のAにおいてマクロブロックMB0,MB1,…M
B4m-1から構成される領域aに対応して、図3のBに示
す出力となるMPEG4画像圧縮情報(ビットストリー
ム)における、マクロブロックMb0,Mb1,…,Mb
m-1から構成されるマクロブロック群aを擬似スライス
0と定義する。疑似スライス1以降に関しても同様であ
る。
るMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)内の、
各フレームに対する割当符号量(ビット数)Bk、及び
各フレームにおける平均量子化スケールQkに関する情
報を抽出し、情報バッファ23に格納する。同時に、各
フレームにおいて、出力となるMPEG4画像圧縮情報
(ビットストリーム)において擬似スライス1を構成す
るマクロブロック群に対する割当符号量(ビット数)B
pseudo_slice1,及び平均量子化スケールQpse
udo_slice1を情報バッファ23に格納する。図3のAに
おいて、nを整数として、入力となる画像圧縮情報(ビ
ットストリーム)内のあるマクロブロックMBnに対す
る発生符号量及び量子化スケールをそれぞれBMBn,Q
MBnとすれば、擬似スライス0に対して、次の式(2
6)が成り立つ。
る。但し、mが奇数の場合、例えば入力となる飛び越し
走査のMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)の
画枠が720×480画素であった場合、その1/2×
1/2は360×240画素ということになるが、後続
のMPEG4画像情報符号化装置(I/P−VOP)2
0においてマクロブロック単位の処理を行うためには、
間引き部19において、例えば画枠に対する右4画素を
破棄して、352×240画素とする必要がある。この
場合には、式(26)に示した値をとしてB
pseudo_slice0,Qpseudo_sl ice0として用いても良い
し、次の式(27)のようにしても良い。
ては、情報バッファ23に格納された、入力となるMP
EG2画像圧縮情報(ビットストリーム)内の、各フレ
ームに対する割当符号量(ビット数)Bk及び各フレー
ムにおける平均量子化スケールQkに関する情報から、
各VOPに対するコンプレキシティの推測値Xkを次の
式(28)のように1GOV分算出する。
VOPコンプレキシテイ算出部24を用いて、式(2
5)により、各VOPに対する目標符号量(ターゲット
ビット)を算出する。以下では、式(25)によつて求
められる各VOPに対する目標符号量(式ではR1)を
Tvopと表す。
においては、情報バッファ23に格納された、出力とな
るMPEG4画像圧縮情報(ビットストリーム)におい
て擬似スライス1を構成するマクロブロック群に対する
割当符号量(ビット数)Bps eudo_slice1及び平均量子
化スケールQpseudo_slice1に関する情報から、各擬似
スライスに対するコンプレキシティX
pseudo_slice1を、次の式(29)のように算出する。
スライス1,…擬似スライスN−1から構成されている
とすれば、疑似スライス目標量算出部27においては、
疑似スライス1に対する目標符号量T
pseudo_slice1が、次の式(30)のように算出され、
MPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)20に
伝送される。
するTpseudo_slice1をそれぞれTi _pseudo_slice1,T
p_pseudo_slice1,Tb_pseudo_slice1とすれば、MPE
G4画像情報符号化部(I/P−VOP)20におい
て、仮想バッファ(dj i,dj p,dj b)の占有量を、式
(27)に対応して、次の式(31)のように算出す
る。
ス先頭における各仮想バッファの占有量であり、B
pseudo_slice_jは、擬似スライス先頭からj番目のマク
ロブロックでの発生符号量である。P_SLICE_C
NTは1擬似スライスに含まれるマクロブロックの個数
で、各擬似スライス符号化終了時における仮想バッファ
の占有量(dP_SLICE_CNT i,dP_SLICE_CNT p,d
P_SLICE_CNT ib)は、次の擬似スライスに対する仮想バ
ッファの占有量の初期値(d0 i,d0 p,d0 b)として用
いられる。
(I/P−VOP)20における一連の符号量制御の動
作原理について、図4を参照して説明する。
解析部17は、ピクチャタイプ判別部16を介して入力
されたMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)の
構文を解析し、各フレームに対する割当符号量(ビット
数)Bk、及び各フレームにおける平均量子化スケール
Qkに関する情報を抽出し、情報バッファ23に格納す
る。同時に、各フレームにおいて、出力となるMPEG
4画像圧縮情報(ビットストリーム)において疑似スラ
イス1を構成するマクロブロック群に対する割当符号量
(ビット数)Bpseudo_slice1、及び平均量子化スケー
ルQpseudo_slic e1を情報バッファ23に格納する。
キシティ算出部24は、情報バッファ23に格納され
た、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビットストリ
ーム)内の、各フレームに対する割当符号量(ビット
数)Bk、及び各フレームにおける平均量子化スケール
Qkに関する情報から、各VOPに対するコンプレキシ
ティの推測値Xkを1GOV分算出する。
量算出部26は、各VOPに対する目標符号量(ターゲ
ットビット)を算出する。
ンプレキシティ算出部25は、情報バッファ23に格納
された、出力となるMPEG4画像圧縮情報(ビットス
トリーム)において疑似スライス1を構成するマクロブ
ロック群に対する割当符号量(ビット数)B
pseudo_slice1、及び平均量子化スケールQ
pseudo_slice1に関する情報から、各疑似スライスに対
するコンプレキシティXpseudo_slice1を算出する。
標符号量算出部27は、各疑似スライスに対応する目標
符号量(ターゲットビット)を算出し、MPEG4画像
情報符号化部(I/P−VOP)20に伝送する。
情報符号化部(I/P−VOP)20は、仮想バッファ
を用いたレート制御を行う。ステップS37において、
MPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)20
は、視角特性を考慮したマクロブロックごとの適応量子
化を行う。
の画像情報変換装置について、図5を参照して説明す
る。
部28と、圧縮情報解析部29と、MPEG2画像情報
復号化部(I/Pピクチャ)30と、間引き部31と、
MPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)32
と、動きベクトル合成部33と、動きベクトル検出部3
4と、情報バッファ35と、擬似スライスコンプレキシ
ティ算出部36と、VOP目標符号量算出部37と、擬
似スライス目標符号量算出部38とから構成される。
した画像情報変換装置における相違点は、図1に示した
画像情報変換装置においては、MPEG4画像情報符号
化部(I/P−VOP)20における、各VOPに対す
る目標符号量(ターゲットビット)を式(25)により
算出するのに対し、図5に示した画像情報変換装置にお
いては、MPEG4画像情報符号化部(I/P−VO
P)32における、各VOPに対する目標符号量(ター
ゲットビット)を式(4)により算出する点にある。す
なわち、図5に示した画像情報変換装置においては、圧
縮情報解析部29において、入力となるMPEG2画像
圧縮情報(ビットストリーム)におけるGOP構造を抽
出してこれを情報バッファ35に格納し、これより、V
OP目標符号量算出部37においては、出力となるMP
EG4画像圧縮情報(ビットストリーム)におけるGO
V構造を決定し、式(4)に基づいて各VOPに対する
目標符号量(ターゲットビット)の算出を行う。
(ビットストリーム)を、出力としてMPEG4画像圧
縮情報(ビットストリーム)を対象としてきたが、入
力、出力ともこれに限らず、例えばMPEG−1やH.
263などの画像圧縮情報(ビツトストリーム)でも良
い。
し走査のMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)
を入力とし、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビッ
トストリーム)における、各スライスに対するコンプレ
キシティ情報を用いて、MPEG4画像符号化の際に擬
似スライス単位の目標符号量(ターゲットビット)を与
えることで、符号量制御におけるコンプレキシティを算
出するステップに伴う参照量子化スケールの変動を最小
限に抑え、各マクロブロックに対する符号量割当が画像
に対して最適化された状態で順次走査のMPEG4画像
圧縮情報(ビツトストリーム)に変換して出力する手段
を提供するものである。
示すブロック図である。
におけるスライス層の概念を説明する図である。
における疑似スライスの概念を示す図である。
作フローを示す図である。
示すブロック図である。
図である。
O/IEC JTC1/SC29/WG11 N040
0)で述べられている符号量制御方式の動作原理を示す
フローチャートである。
を示す図である。
動作を示すフローチャートである。
lower Garden”を、n=15;m=3の条
件の元、4Mbpsに圧縮したMPEG2画像圧縮情報
(ビットストリーム)を、図8に示した画像情報変換装
置を用いて、n=5;m=1のMPEG4画像圧縮情報
(ビットストリーム)に変換する際の、あるVOPに対
するQjがどのような値を取るかを示した図である。
18 MPEG2画像情報復号化部(I/Pピクチ
ャ)、19 間引き部、20 MPEG4画像情報符号
化部(I/P−VOP)、21 動きベクトル合成部、
22 動きベクトル検出部、23 情報バッファ、24
VOPコンプレキシテイ算出部、25 擬似スライス
コンプレキシティ算出部、26 VOP目標符号量算出
部、27 擬似スライス目標符号量算出部
Claims (14)
- 【請求項1】 第1の圧縮符号化方式で圧縮された飛び
越し走査の入力画像圧縮情報を、第2の圧縮符号化方式
で圧縮された順次走査の出力画像圧縮情報に変換する画
像情報変換装置において、 上記入力画像圧縮情報及び上記出力画像圧縮情報を構成
する符号化画像は、それぞれ複数の画素からなる画素ブ
ロックから構成され、 上記出力画像圧縮情報の符号化画像における画素ブロッ
クからなる疑似画像ブロック列に対する目標符号量を算
出する目標符号量算出手段と、 上記目標符号量算出手段で算出した目標符号量を用い、
画像情報を上記出力画像圧縮情報に符号化する符号化手
段とを有することを特徴とする画像情報変換装置。 - 【請求項2】 上記疑似画素ブロック列とは、上記出力
画像圧縮情報の符号化画像における水平方向一列分の画
素ブロック群であることを特徴とする請求項1記載の画
像情報変換装置。 - 【請求項3】 上記疑似画素ブロック列を構成する画素
ブロックに対応する上記入力画像圧縮情報の符号化画像
における画素ブロック群の平均量子化スケール及び割当
符号量を上記入力画像圧縮情報から抽出する解析手段
と、 この解析手段で検出した平均量子化スケール及び割当符
号量を格納する情報バッファとを有することを特徴とす
る請求項2記載の画像情報変換装置。 - 【請求項4】 上記解析手段は、上記情報バッファに格
納した平均量子化スケール及び割当符号量を用いて、上
記出力画像圧縮情報及び符号化画像におけるk番目の疑
似画素ブロック列に対するコンプレキシティを次の式に
よって算出することを特徴とする請求項3記載の画像情
報変換装置。 【数1】 ただし、k番目の疑似画素ブロック列に対する平均量子
化スケールをQpseudo _slicekと、割当符号量をB
pseudo_slicekと、コンプレキシティをXpseudo_sli cek
とする。 - 【請求項5】 上記解析手段は、上記出力画像圧縮情報
を構成する符号化画像に対する目標符号量及び各疑似画
素ブロック列に対するコンプレキシティを用いて、上記
出力画像圧縮情報を構成する符号化画像を構成するk番
目の疑似画素ブロック列に対するコンプレキシティを次
の式によって算出することを特徴とする請求項4記載の
画像情報変換装置。 【数2】 ただし、当該符号化画像に対する目標符号量をT
vopと、l番目の疑似画素ブロック列に対するコンプレ
キシティをXpseudo_slicelと、目標符号量をTpseud
o_slicekとする。 - 【請求項6】 上記入力画像圧縮情報は複数の符号化画
像からなる画像群から構成され、上記解析手段は、上記
入力画像圧縮情報を構成する画像群の構造を解析するこ
とにより、上記出力画像圧縮情報の符号化画像に対する
目標符号量を算出することを特徴とする請求項5記載の
画像情報変換装置。 - 【請求項7】 上記解析手段は、上記入力画像圧縮情報
を構成する各フレームに対するコンプレキシティを抽出
し、このコンプレキシティを利用して上記出力画像圧縮
情報の符号化画像に対する目標符号量を算出することを
特徴とする請求項5記載の画像情報変換装置。 - 【請求項8】 上記出力画像圧縮情報は、フレーム内で
符号化されたイントラ符号化画像、表示順序で順方向を
参照して符号化された順方向予測符号化画像、表示順序
で順方向及び逆方向を参照して符号化された双方向予測
符号化画像から構成され、上記変換手段は、各種類の符
号化画像を構成するj番目の画素ブロックにおける仮想
バッファの占有量をそれぞれ次の式によって与えること
を特徴とする請求項5記載の画像情報変換装置。 【数3】 ただし、イントラ符号化画像、順方向予測符号化画像、
双方向予測符号化画像に対するl番目の目標符号量T
pseudo_slicelをそれぞれTi_pseudo_slicel,T
p_pseudo_slicel,Tb_pseudo_slicelと、j番目の画素
ブロックに対する仮想バッファの占有量をdj i,dj p,
dj bと、仮想バッファの占有量の初期値をd0 i,d0 p,
d0 bとする。また、疑似画素ブロック列の先頭からj番
目のマクロブロックまでに発生した符号量(ビット数)
をBpseudo_slicejと、疑似画素ブロック列を構成する
画素ブロックの個数をP_SLICE_CNTとする。 - 【請求項9】 上記変換手段は、各疑似画素ブロック列
の処理終了時における上記仮想バッファの占有量を、次
の疑似画素ブロック列に対する上記仮想バッファの占有
量の初期値とすることを特徴とする請求項8記載の画像
情報変換装置。 - 【請求項10】 上記入力画像圧縮情報は、フレーム内
で符号化されたイントラ符号化画像、表示順序で順方向
を参照して符号化された順方向予測符号化画像、表示順
序で順方向及び逆方向を参照して符号化された双方向予
測符号化画像から構成され、上記イントラ符号化画像及
び上記順方向予測符号化画像を通過させるが、上記双方
向予測符号化画像を破棄する判別手段を有することを特
徴とする請求項1記載の画像情報変換装置。 - 【請求項11】 上記第1の圧縮符号化方式はMPEG
2であり、上記第2の圧縮符号化方式はMPEG4であ
ることを特徴とする請求項1記載の画像情報変換装置。 - 【請求項12】 第1の圧縮符号化方式で圧縮された飛
び越し走査の入力画像圧縮情報を、第2の圧縮符号化方
式で圧縮された順次走査の出力画像圧縮情報に変換する
画像情報変換方法において、 上記入力画像圧縮情報及び上記出力画像圧縮情報を構成
する符号化画像は、それぞれ複数の画素からなる画素ブ
ロックから構成され、 上記出力画像圧縮情報の符号化画像における画素ブロッ
クからなる疑似画像ブロック列に対する目標符号量を算
出し、 上記目標符号量を用い、画像情報を上記出力画像圧縮情
報に符号化することを特徴とする画像情報変換方法。 - 【請求項13】 上記疑似画素ブロック列とは、上記出
力画像圧縮情報の符号化画像における水平方向一列分の
画素ブロック群であることを特徴とする請求項12記載
の画像情報変換方法。 - 【請求項14】 上記疑似画素ブロック列を構成する画
素ブロックに対応する上記入力画像圧縮情報の符号化画
像における画素ブロック群の平均量子化スケール及び割
当符号量を上記入力画像圧縮情報から抽出し、情報バッ
ファに格納することを特徴とする請求項13記載の画像
情報変換方法。
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