JP2012244542A - 符号化装置、符号化方法、及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】撮像部の状態に拘らず、復号時における画質の劣化を抑止する。
【解決手段】レート制御部は、符号化の対象とされる符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態に基づいて、符号化対象画像を符号化したときの符号量の目標とされる目標符号量を調整し、直交変換部、量子化部、及び可変長符号化部は、調整された目標符号量に応じて、符号化対象画像を符号化する。本開示は、例えば、撮像部の撮像により得られた各画像を符号化する符号化装置に適用できる。
【選択図】図1
【解決手段】レート制御部は、符号化の対象とされる符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態に基づいて、符号化対象画像を符号化したときの符号量の目標とされる目標符号量を調整し、直交変換部、量子化部、及び可変長符号化部は、調整された目標符号量に応じて、符号化対象画像を符号化する。本開示は、例えば、撮像部の撮像により得られた各画像を符号化する符号化装置に適用できる。
【選択図】図1
Description
本開示は、符号化装置、符号化方法、及びプログラムに関し、特に、例えば、符号化時における符号量を制御するようにして、復号時における画質の劣化を抑止できるようにした符号化装置、符号化方法、及びプログラムに関する。
例えば、符号化対象とされる各画像間の相関を利用して画像を符号化するMPEG(moving picture expert group)等の符号化方式において、各画像の符号化時における符号量を制御して、復号時における画質の劣化を抑止するようにした符号量制御技術が存在する。
この符号量制御技術によれば、各画像をそれぞれ符号化して得られた符号量、及び符号化の際に用いた量子化スケール等のパラメータ等をフィードバックするようにして、符号化時における各画像毎の符号量が制御される(例えば、特許文献1参照)。
ところで、例えば、符号化対象とされる各画像が、撮像部の撮像により得られる画像である場合、撮像時における撮像部の状態に応じて、各画像間の相関が変化するものとなる。
すなわち、例えば、撮像部による急激なズームイン又はズームアウト(以下、単にズームという)等が行われている場合、各画像間の相関は比較的小さくなる。
この場合、上述の符号量制御技術において、復号時における画質の劣化を抑止するためには、符号化対象とされた画像を予測し、その結果得られる予測画像を参照して符号化される画像(例えば、MPEGの場合、Pピクチャ及びBピクチャ)の符号量が多くなるように制御する必要がある。
また、例えば、撮像部による急激なズーム等が行われていない場合、各画像間の相関は比較的大きなものとなる。
この場合、上述の符号量制御技術において、復号時における画質の劣化を抑止するためには、予測画像として参照される画像(例えば、MPEGの場合、Iピクチャ及びPピクチャ)の符号量が多くなるように制御する必要がある。
しかしながら、上述の符号量制御技術では、撮像部の状態に基づいて、符号量を制御するようにはしていない。このため、撮像部による急激なズーム等が行われた場合、撮像部による急激なズーム等に追従して符号量を制御することができず、ひいては復号時における画質の劣化が生じ得る。
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、撮像部の状態に拘らず、復号時における画質の劣化を抑止できるようにするものである。
本開示の一側面の符号化装置は、符号化の対象とされる符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態に基づいて、前記符号化対象画像を符号化したときの符号量の目標とされる目標符号量を調整する調整部と、調整された前記目標符号量に応じて、前記符号化対象画像を符号化する符号化部とを含む符号化装置である。
前記調整部では、前記撮像部の状態に基づいて、前記符号化対象画像を予測して得られる予測画像を参照して符号化される第1の前記符号化対象画像、又は前記予測画像として参照される第2の前記符号化対象画像の一方に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整することができる。
前記調整部では、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部のズームの状態に基づいて、前記目標符号量を調整することができる。
前記調整部では、前記ズームが所定の閾値以上の速さで行われている場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、前記所定の閾値以上の速さで行われている前記ズームが終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整することができる。
前記調整部では、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部のフォーカスの状態に基づいて、前記目標符号量を調整することができる。
前記調整部では、前記フォーカスの変更が行われている場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、前記フォーカスの変更が終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整することができる。
前記調整部では、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部の移動時の状態に基づいて、前記目標符号量を調整することができる。
前記調整部では、前記撮像部が所定の閾値以上の速さで移動している場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、前記所定の閾値以上の速さで行われている前記撮像部の移動が終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整することができる。
前記調整部では、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部の露出の状態に基づいて、前記目標符号量を調整することができる。
前記調整部では、前記露出の変更が行われている場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、前記露出の変更が終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整することができる。
前記撮像部に対するユーザ操作に応じて、前記符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態を検出する検出部をさらに設けることができ、前記調整部では、検出された前記撮像部の状態に基づいて、前記目標符号量を調整することができる。
本開示の一側面の符号化方法は、画像を符号化する符号化装置の符号化方法であり、前記符号化装置による、符号化の対象とされる符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態に基づいて、前記符号化対象画像を符号化したときの符号量の目標とされる目標符号量を調整する調整ステップと、調整された前記目標符号量に応じて、前記符号化対象画像を符号化する符号化ステップとを含む符号化方法である。
本開示の一側面のプログラムは、コンピュータを、符号化の対象とされる符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態に基づいて、前記符号化対象画像を符号化したときの符号量の目標とされる目標符号量を調整する調整部と、調整された前記目標符号量に応じて、前記符号化対象画像を符号化する符号化部として機能させるためのプログラムである。
本開示の一側面によれば、符号化の対象とされる符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態に基づいて、前記符号化対象画像を符号化したときの符号量の目標とされる目標符号量が調整され、調整された前記目標符号量に応じて、前記符号化対象画像が符号化される。
本開示によれば、撮像部の状態に拘らず、復号時における画質の劣化を抑止することが可能となる。
以下、本開示における実施の形態(以下、本実施の形態という)について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.本実施の形態(撮像部の状態に応じて、各ピクチャに割り当てる目標符号量を調整する場合の一例)
2.変形例
1.本実施の形態(撮像部の状態に応じて、各ピクチャに割り当てる目標符号量を調整する場合の一例)
2.変形例
<1.本実施の形態>
[デジタルビデオカメラ1の構成例]
図1は、本実施の形態であるデジタルビデオカメラ1の構成例を示している。
[デジタルビデオカメラ1の構成例]
図1は、本実施の形態であるデジタルビデオカメラ1の構成例を示している。
このデジタルビデオカメラ1は、撮像部21、並べ替え部22、切替スイッチ23、直交変換部24、量子化部25、逆量子化部26、逆直交変換部27、加算部28、接続スイッチ29、フレームメモリ30aを内蔵する動き補償予測部30、差分算出部31、可変長符号化部32、バッファ部33、出力端子34、レート制御部35、及び操作部36から構成される。
なお、このデジタルビデオカメラ1は、撮像部21の撮像時における急激なズーム等に応じて、MPEG等の符号化方式を用いた符号化(以下、圧縮符号化ともいう)時における各画像の符号量を制御するようにして、復号時における画質の劣化を抑止できるようにするものである。
なお、デジタルビデオカメラ1では、ズーム等の他、撮像時におけるフォーカスや露出の変更、撮像部21の動き(パンやチルト、手振れ等)等に応じて、圧縮符号化時における各画像の符号量を制御することができる。但し、本実施の形態では、説明を簡単にするために、撮像時におけるズームに応じて、符号量を制御する場合について説明する。その他の説明については、変形例として説明する。
撮像部21は、被写体を撮像し、その撮像により得られるフレーム(画像)を、並べ替え部22に供給する。
並べ替え部22は、撮像部21から表示の順序で供給されるフレームをピクチャとし、例えば15枚のピクチャにより構成されるGOP(Group of Picture)構造に応じて、圧縮のためのピクチャの順序に並べ替える。
並べ替え部22は、並べ替えた順序に応じて、フレームとしての各ピクチャを、Iピクチャ、Pピクチャ、又はBピクチャのいずれかとする。そして、並べ替え部22は、各フレームを、例えば16×16画素により構成されるマクロブロック単位で出力する。
ここで、Iピクチャとは、他のピクチャを参照せずにイントラ符号化されるフレームをいう。また、Pピクチャとは、時間的に先に表示されるIピクチャ又はPピクチャを参照し、その参照されるピクチャから生成(予測)される予測画像を用いて予測符号化されるフレームをいう。さらに、Bピクチャとは、時間的に先に表示されるIピクチャ又はPピクチャと、時間的に後に表示されるIピクチャ又はPピクチャとの一方又は両方を参照して、その参照されるピクチャから生成される予測画像を用いて予測符号化されるフレームをいう。なお、IピクチャとPピクチャは、他のピクチャの予測符号化の際に参照されるが、Bピクチャは、他のピクチャの予測符号化にあたって参照されない。
具体的には、例えば、並べ替え部22は、Iピクチャを出力する場合、切替スイッチ23の一端を接続端子Aに接続させ、接続スイッチ29を接続端子Cに接続させない。そして、並べ替え部22は、Iピクチャを、複数のマクロブロックIMBに分割し、接続端子A及び切替スイッチ23を介して直交変換部24に供給する。
また、例えば、並べ替え部22は、Pピクチャを出力する場合、切替スイッチ23の一端を接続端子Bに接続させ、接続スイッチ29を接続端子Cに接続させる。そして、並べ替え部22は、Pピクチャを、複数のマクロブロックPMBに分割し、動き補償予測部30及び差分算出部31に供給する。
並べ替え部22は、Bピクチャを出力する場合、同様にして、切替スイッチ23の一端を接続端子Bに接続させ、接続スイッチ29を接続端子Cに接続させる。そして、並べ替え部22は、Bピクチャを、複数のマクロブロックBMBに分割し、動き補償予測部30及び差分算出部31に供給する。
切替スイッチ23は、その一端を接続端子A又は接続端子Bの一方に接続可能であり、並べ替え部22からの制御にしたがって、一端を接続端子A又は接続端子Bの一方に接続する。なお、切替スイッチ23の他端は、直交変換部24と接続されている。
直交変換部24は、並べ替え部22から接続端子A及び切替スイッチ23を介して供給されるマクロブロックIMBに対して、例えばDCT(discrete cosine transform、離散コサイン変換)等の直交変換を施し、その結果得られる変換係数f(IMB)を量子化部25に供給する。
なお、直交変換部24では、例えば、16×16画素のマクロブロックIMBが、8×8画素の各ブロック毎に分割され、分割により得られた各ブロック毎に直交変換が施される。また、直交変換は、DCTに限定されず、その他、例えば、K-L(karhunen-loeve)変換や離散ウェーブレット変換等を採用することができる。
さらに、直交変換部24は、差分算出部31から接続端子B及び切替スイッチ23を介して供給される予測残差PMBDに対して、直交変換を施し、その結果得られる変換係数f(PMBD)を量子化部25に供給する。
なお、予測残差PMBDとは、マクロブロックPMBと、動き補償予測部30が行う動き補償によりマクロブロックPMBを予測して得られる予測マクロブロックPMB'との差分(PMB-PMB')を表す。
さらに、直交変換部24は、差分算出部31から接続端子B及び切替スイッチ23を介して供給される予測残差BMBDに対して、直交変換を施し、その結果得られる変換係数f(BMBD)を量子化部25に供給する。
なお、予測残差BMBDとは、マクロブロックBMBと、動き補償予測部30が行う動き補償によりマクロブロックBMBを予測して得られる予測マクロブロックBMB'との差分(BMB-BMB')を表す。
量子化部25は、レート制御部35からの量子化スケールに基づいて、直交変換部24からの変換係数f(IMB)を量子化し、その結果得られる量子化変換係数F(IMB)を、逆量子化部26及び可変長符号化部32に供給する。
また、量子化部25は、レート制御部35からの量子化スケールに基づいて、直交変換部24からの変換係数f(PMBD)を量子化し、その結果得られる量子化変換係数F(PMBD)を、逆量子化部26及び可変長符号化部32に供給する。
さらに、量子化部25は、レート制御部35からの量子化スケールに基づいて、直交変換部24からの変換係数f(BMBD)を量子化し、その結果得られる量子化変換係数F(BMBD)を、可変長符号化部32に供給する。
逆量子化部26は、量子化部25からの量子化変換係数F(IMB)を逆量子化し、その結果得られる変換係数f(IMB)を、逆直交変換部27に供給する。また、逆量子化部26は、量子化部25からの量子化変換係数F(PMBD)を逆量子化し、その結果得られる変換係数f(PMB)を、逆直交変換部27に供給する。
逆直交変換部27は、逆量子化部26からの変換係数f(IMB)を逆直交変換し、その結果得られるマクロブロックIMBを、加算部28を介して、動き補償予測部30に供給する。
逆直交変換部27は、逆量子化部26からの変換係数f(PMBD)を逆直交変換し、その結果得られる予測残差PMBDを、加算部28に供給する。
加算部28は、逆直交変換部27からのマクロブロックIMBを、そのまま、動き補償予測部30に供給する。
また、加算部28は、逆直交変換部27からの予測残差PMBD(=PMB-PMB')と、動き補償予測部30から接続スイッチ29を介して供給される予測マクロブロックPMB'とを加算する。そして、加算部28は、その加算により得られるマクロブロックPMBを、動き補償予測部30に供給する。
接続スイッチ29は、その一端を、並べ替え部22からの制御にしたがって、接続端子Cを介して加算部28と接続される。
動き補償予測部30は、フレームメモリ30aを内蔵し、内蔵するフレームメモリ30aに、加算部28からのマクロブロックIMB及びPMBを、予測マクロブロックPMB'又はBMB'を生成するために参照される参照マクロブロックとして保持する。
また、例えば、動き補償予測部30は、フレームメモリ30aに保持されている参照マクロブロックIMBに基づいて、並べ替え部22からのマクロブロックPMBの動きを表す動きベクトルPMVを検出し、可変長符号化部32に供給する。
さらに、例えば、動き補償予測部30は、検出した動きベクトルPMV、及びフレームメモリ30aに保持されている参照マクロブロックIMBに基づいて、マクロブロックPMBを動き補償する。動き補償予測部30は、その動き補償により得られる予測マクロブロックPMB'を、接続スイッチ29及び差分算出部31に供給する。
また、例えば、動き補償予測部30は、フレームメモリ30aに保持されている参照マクロブロックIMBや参照マクロブロックPMBに基づいて、並べ替え部22からのマクロブロックBMBの動きを表す動きベクトルBMVを検出し、可変長符号化部32に供給する。
そして、動き補償予測部30は、検出した動きベクトルBMV、及びフレームメモリ30aに保持されている参照マクロブロックIMBや参照マクロブロックPMBに基づいて、マクロブロックBMBを動き補償する。動き補償予測部30は、その動き補償により得られる予測マクロブロックBMB'を、差分算出部31に供給する。
差分算出部31は、並べ替え部22からのマクロブロックPMBと、動き補償予測部30からの予測マクロブロックPMB'との差分を表す予測残差PMBD(=PMB-PMB')を算出し、出力端子B及び切替スイッチ23を介して、直交変換部24に供給する。
また、差分算出部31は、並べ替え部22からのマクロブロックBMBと、動き補償予測部30からの予測マクロブロックBMB'との差分を表す予測残差BMBD(=BMB-BMB')を算出し、出力端子B及び切替スイッチ23を介して、直交変換部24に供給する。
可変長符号化部32は、量子化部25からの量子化変換係数F(IMB)を可変長符号化し、その結果得られる符号EN(I)を、バッファ部33に供給して保持させる。
また、可変長符号化部32は、量子化部25からの量子化変換係数F(PMBD)、及び動き補償予測部30からの動きベクトルPMVを可変長符号化し、その結果得られる符号EN(P)を、バッファ部33に供給して保持させる。
さらに、可変長符号化部32は、量子化部25からの量子化変換係数F(BMBD)、及び動き補償予測部30からの動きベクトルBMVを可変長符号化し、その結果得られる符号EN(B)を、バッファ部33に供給して保持させる。
バッファ部33は、可変長符号化部32からの符号を一時的に保持し、出力端子34に出力する。
また、バッファ部33は、可変長符号化部32からの符号EN(I)に基づいて、符号EN(I)の符号量を表す発生符号量Siを算出し、レート制御部35に供給する。
バッファ部33は、同様にして、可変長符号化部32からの符号EN(P)に基づいて、符号EN(P)の符号量を表す発生符号量Spを算出し、レート制御部35に供給する。また、バッファ部33は、可変長符号化部32からの符号EN(B)に基づいて、符号EN(B)の符号量を表す発生符号量Sbを算出し、レート制御部35に供給する。
出力端子34は、バッファ部33に保持されている符号を、MPEG圧縮符号化の符号化結果として、例えば、図示せぬハードディスク等に出力するための端子である。
レート制御部35は、例えば、TM5における符号量制御アルゴリズムを用いて、1GOPにおける符号化レートを制御する。具体的には、例えば、レート制御部35は、1GOPにおける各ピクチャ毎の量子化スケールを算出し、量子化部25に供給する。
TM5における符号量制御アルゴリズムによるレート制御には、バッファ部33からレート制御部35に供給される発生符号量Si,Sp,Sb、及びレート制御部35において算出された平均量子化スケールQi,Qp,Qbが用いられる。
なお、TM5の詳細は後述する。また、TM5は、特開2009−118097号公報や「http://www.mpeg.org/MPEG/MSSG/tm5/Ch10/Ch10.html」等にも記載されている。
さらに、レート制御部35は、操作部36からの操作信号に応じて、撮像部21の状態(例えば、撮像部21において、速いズームが行われているか等)を検出する。
そして、レート制御部35は、検出した撮像部21の状態に基づいて、符号量制御アルゴリズムで用いるパラメータ(後述するR,Kb又はKp等)を変更するようにして、各ピクチャを圧縮符号化する際に目標とされる発生符号量を表す目標符号量を調整する。
すなわち、例えば、レート制御部35は、撮像部21の状態として、撮像部21において急激なズーム等が行われていないことを検出した場合、撮像部21の撮像により得られるフレーム(ピクチャ)の予測残差が大きくならないと判定する。
レート制御部35は、予測残差が大きくならないと判定した場合、図2Aに示されるように、Iピクチャの目標符号量Ti及びPピクチャの目標符号量Tpを多くし、Bピクチャの目標符号量Tbを少なくするように、目標符号量Ti,Tp,Tbの算出に用いるパラメータを変更する。
ここで、目標符号量Tiとは、1GOPに含まれるIピクチャを圧縮符号化する際に目標とされる発生符号量Siを表す。また、目標符号量Tpとは、1GOPに含まれるPピクチャを圧縮符号化する際に目標とされる発生符号量Spを表す。さらに、目標符号量Tbとは、1GOPに含まれるBピクチャを符号化する際に目標とされる発生符号量Sbを表す。
また、レート制御部35は、撮像部21の状態として、例えば、撮像部21において急激なズーム等が行われていることを検出した場合、予測残差が大きくなると判定する。
レート制御部35は、予測残差が大きくなると判定した場合、図2Bに示されるように、Iピクチャの目標符号量Tiを少なくし、Pピクチャの目標符号量Tp及びBピクチャの目標符号量Tbを多くするように、パラメータを変更する。
なお、図2Bに示した目標符号量Tiは、例えば図2Aに示した目標符号量Tiの0.7倍程度とされ、図2Bに示した目標符号量Tpは、例えば図2Aに示した目標符号量Tpの1.1倍程度とされ、図2Bに示した目標符号量Tbは、例えば図2Aに示した目標符号量Tbの1.2倍程度とされる。
レート制御部35は、パラメータが変更された場合、符号量制御アルゴリズムにおいて、変更後のパラメータを用いた符号量制御アルゴリズムを行う。
すなわち、例えば、レート制御部35は、TM5における第1のステップにより、上述のパラメータを用いて、1GOPにおける目標符号量Ti,Tp,Tbを算出する。
そして、レート制御部35は、TM5における第2及び第3のステップにおいて、第1のステップで算出した目標符号量Ti,Tp,Tbに基づいて、符号化対象ピクチャの各マクロブロック毎に量子化スケールmquantjを決定し、量子化部25に供給する。
つまり、レート制御部35は、1GOP当りのI,P,Bピクチャが、それぞれ、第1のステップで算出した目標符号量Ti,Tp,Tbで圧縮符号化される量子化スケールmquantjで、量子化部25による量子化を行わせるようにして、符号化レートを制御する。
操作部36は、撮像部21のズーム等を行わせる際に操作されるボタン等により構成され、ユーザにより操作される。操作部36は、例えば、ユーザにより操作されたことに対応して、対応する操作信号を、レート制御部35に供給する。
[TM5における第1乃至第3のステップの詳細]
次に、TM5の詳細について説明する。TM5は、以下に示す第1乃至第3のステップにより行われる。
次に、TM5の詳細について説明する。TM5は、以下に示す第1乃至第3のステップにより行われる。
(第1のステップ)1GOPにおいて、1GOP当りのIピクチャに割り当てる目標符号量Ti、1GOP当りのPピクチャに割り当てる目標符号量Tp、及び1GOP当りのBピクチャに割り当てる目標符号量Tbを決定するステップ
(第2のステップ)第1のステップで決定された目標符号量Ti,Tp,Tbに基づいて、符号化対象ピクチャのj番目のマクロブロックにおける便宜的な量子化スケールQjを決定する第2のステップ
(第3のステップ)第2のステップで決定された便宜的な量子化スケールQjに基づいて、最終的な量子化スケールmquantjを決定する第3のステップ
(第2のステップ)第1のステップで決定された目標符号量Ti,Tp,Tbに基づいて、符号化対象ピクチャのj番目のマクロブロックにおける便宜的な量子化スケールQjを決定する第2のステップ
(第3のステップ)第2のステップで決定された便宜的な量子化スケールQjに基づいて、最終的な量子化スケールmquantjを決定する第3のステップ
レート制御部35は、第1のステップにおいて、1ピクチャの圧縮符号化が行われる毎に、Iピクチャを圧縮符号化する際の難易度(global complexity measure)Xi、Pピクチャを圧縮符号化する際の難易度Xp、及びBピクチャを圧縮符号化する際の難易度Xbを更新する。
なお、難易度Xi,Xp,Xbの初期値は、それぞれ、次式(1)乃至(3)により算出される。
Xi=(160×bit_rate)/115 ・・・(1)
Xp=(60×bit_rate)/115 ・・・(2)
Xb=(42×bit_rate)/115 ・・・(3)
Xi=(160×bit_rate)/115 ・・・(1)
Xp=(60×bit_rate)/115 ・・・(2)
Xb=(42×bit_rate)/115 ・・・(3)
ここで、ビットレートbit_rate(bit/s)は、撮像部21の撮像モードや、出力端子34から出力される符号をハードディスク等に書き込む際の書き込みレートなどに応じて予め決定されるものであり、可変長符号化部32から出力される符号の符号化レートを表す。
すなわち、例えば、レート制御部35は、第1のステップにおいて、Iピクチャの圧縮符号化が行われる毎に、難易度Xiを、次式(4)により更新する。ここで、発生符号量Siは、Iピクチャの圧縮符号化により生成された符号EN(I)の符号量を表す。また、平均量子化スケールQiは、Iピクチャを構成する各マクロブロックIMBを量子化する際に用いた量子化スケールの平均を表す。
Xi = Si×Qi ・・・(4)
Xi = Si×Qi ・・・(4)
また、例えば、レート制御部35は、第1のステップにおいて、Pピクチャの圧縮符号化が行われる毎に、難易度Xpを、次式(5)により更新する。ここで、発生符号量Spは、Pピクチャの圧縮符号化により生成された符号EN(P)の符号量を表す。また、平均量子化スケールQpは、Pピクチャを構成する各マクロブロックの予測残差PMBDを量子化する際に用いた量子化スケールの平均を表す。
Xp = Sp×Qp ・・・(5)
Xp = Sp×Qp ・・・(5)
さらに、例えば、レート制御部35は、第1のステップにおいて、Bピクチャの圧縮符号化が行われる毎に、難易度Xbを、次式(6)により更新する。ここで、発生符号量Sbは、Bピクチャの圧縮符号化により生成された符号EN(B)の符号量を表す。また、平均量子化スケールQbは、Bピクチャを構成する各マクロブロックの予測残差BMBDを量子化する際に用いた量子化スケールの平均を表す。
Xb = Sb×Qb ・・・(6)
Xb = Sb×Qb ・・・(6)
また、レート制御部35は、第1のステップにおいて、1枚のピクチャが圧縮符号化される毎に、1GOPを圧縮符号化する際に目標とされる符号量を表すGOP目標符号量Rを更新する。なお、GOP目標符号量Rは、次式(7)により表される。
R = G + Rpre ・・・(7)
R = G + Rpre ・・・(7)
ここで、初期目標符号量Gは、1GOPを構成するピクチャの枚数をNとすれば、例えば、G = N×bit_rate/picture_rateと表される。また、GOP目標符号量Rpreは、前回の1GOPにおけるGOP目標符号量Rの残り(余り)を表す。なお、GOP目標符号量Rpreの初期値は0とされる。さらに、ピクチャレートpicture_rate(pic/s)は、撮像部21の撮像モードや、出力端子34から出力される符号をハードディスク等に書き込む際の書き込みレートなどに応じて予め決定されるものであり、可変長符号化部32から出力される符号に対応する各ピクチャのピクチャレートを表す。
すなわち、例えば、レート制御部35は、第1のステップにおいて、Iピクチャの圧縮符号化が行われる毎に、GOP目標符号量Rから、Iピクチャを圧縮符号化して得られる符号EN(I)の発生符号量Siを減算して、GOP目標符号量Rを更新する。
また、例えば、レート制御部35は、第1のステップにおいて、Pピクチャの圧縮符号化が行われる毎に、GOP目標符号量Rから、Pピクチャを圧縮符号化して得られる符号EN(P)の発生符号量Spを減算して、GOP目標符号量Rを更新する。
さらに、例えば、レート制御部35は、第1のステップにおいて、Bピクチャの圧縮符号化が行われる毎に、GOP目標符号量Rから、Bピクチャを圧縮符号化して得られる符号EN(B)の発生符号量Sbを減算して、GOP目標符号量Rを更新する。
そして、レート制御部35は、第1のステップにおいて、難易度Xi,Xp,Xb及びGOP目標符号量Rを更新後、次式(8)により、目標符号量Tiを算出する。
Ti = max{R/(1+((Np×Xp)/(Xi×Xp))+((Nb×Xb)/(Xi×Kb))),bit_rate/(8×picture_rate)} ・・・(8)
Ti = max{R/(1+((Np×Xp)/(Xi×Xp))+((Nb×Xb)/(Xi×Kb))),bit_rate/(8×picture_rate)} ・・・(8)
なお、残り枚数Npは、1GOPにおいて、まだ圧縮符号化されていないPピクチャの残り枚数を表す。また、残り枚数Nbは、1GOPにおいて、まだ圧縮符号化されていないBピクチャの残り枚数を表す。さらに、定数Kbは、例えば1.4とされる。
レート制御部35は、第1のステップにおいて、難易度Xi,Xp,Xb及びGOP目標符号量Rを更新後、同様にして、次式(9)及び(10)により、目標符号量Tp及び目標符号量Tbを算出する。なお、定数Kpは、例えば1.0とされる。
Tp = max{R/(Np+((Nb×Kp×Xb)/(Kb×Xp))),bit_rate/(8×picture_rate)} ・・・(9)
Tb = max{R/(Nb+((Np×Kb×Xp)/(Kp×Xb))),bit_rate/(8×picture_rate)} ・・・(10)
Tp = max{R/(Np+((Nb×Kp×Xb)/(Kb×Xp))),bit_rate/(8×picture_rate)} ・・・(9)
Tb = max{R/(Nb+((Np×Kb×Xp)/(Kp×Xb))),bit_rate/(8×picture_rate)} ・・・(10)
これにより、レート制御部35における第1のステップは終了される。
レート制御部35は、第2のステップにおいて、次式(11)により、j番目のマクロブロックIMBにおける便宜的な量子化スケールQjを算出する。
Qj=(dj×31/r) ・・・(11)
Qj=(dj×31/r) ・・・(11)
ここで、r=2×bit_rate/picture_rateであり、dj=d0 i+Bj-1-(Ti×(j-1)/MB_cnt)とされ、d0 i=10×r/31とされる。なお、MB_cntは、1ピクチャにおけるマクロブロックの総数を表す。また、例えば、発生符号量Bj-1は、ラスタスキャン順でj-1番目までのマクロブロックIMBにおいて発生した符号量を表す。
さらに、レート制御部35は、第2のステップにおいて、j番目のマクロブロックPMBにおける便宜的な量子化スケールQjを算出する場合にも同様にして、式(11)により量子化スケールQjを算出する。この場合、dj=d0 p+Bj-1-(Tp×(j-1)/MB_cnt)とされ、d0 p=Kp×d0 iとされる。
また、レート制御部35は、第2のステップにおいて、j番目のマクロブロックBMBにおける便宜的な量子化スケールQjを算出する場合にも同様にして、式(11)により量子化スケールQjを算出する。この場合、dj=d0 b+Bj-1-(Tb×(j-1)/MB_cnt)とされ、d0 b=Kb×d0 iとされる。
これにより、レート制御部35における第2のステップは終了される。
レート制御部35は、第2のステップの終了後、第3のステップにおいて、次式(12)により、マクロブロックIMB毎に、j番目のマクロブロックIMBにおける画像の複雑さを表す空間アクティビティactjを算出する。
actj = 1+min(vblk1,vblk2,…,vblk8) ・・・(12)
actj = 1+min(vblk1,vblk2,…,vblk8) ・・・(12)
ここで、vblnknは、次式(13)により表される。
vblnkn = (1/64)×Σ64 k=1(Pn k P_meank)2 ・・・(13)
vblnkn = (1/64)×Σ64 k=1(Pn k P_meank)2 ・・・(13)
また、P_meankは次式(14)により表される。
P_meank = (1/64)×Σ64 k=1Pn k ・・・(14)
P_meank = (1/64)×Σ64 k=1Pn k ・・・(14)
なお、Pn kは、マクロブロックIMBにおけるn番目の8×8画素のブロックの各画素のうち、k番目の画素の画素値を表す。
また、レート制御部35は、第3のステップにおいて、空間アクティビティactjを次式(15)により正規化し、正規化後の空間アクティビティN_actjを算出する。
N_actj = {(2×actj)+avg_act}/{actj+(2×avg_act)} ・・・(15)
N_actj = {(2×actj)+avg_act}/{actj+(2×avg_act)} ・・・(15)
なお、avg_actは、直前に圧縮符号化されたピクチャ(例えば、いまの場合、マクロブロックIMBにより構成されるIピクチャの直前に圧縮符号化されたピクチャ)を構成する各マクロブロックの空間アクティビティactjの平均を表す。また、圧縮符号化されたピクチャが未だ存在しない場合、avg_actは例えば400とされる。
そして、レート制御部35は、第3のステップにおいて、次式(16)により、j番目のマクロブロックIMBを量子化する際に用いる量子化スケールmquantjを算出する。
mquantj = Qj × N_actj・・・(16)
mquantj = Qj × N_actj・・・(16)
また、レート制御部35は、同様にして、第3のステップにおいて、j番目のマクロブロックPMBに対応する予測残差PMBDを量子化する際に用いる量子化スケール、及びj番目のマクロブロックBMBに対応する予測残差BMBDを量子化する際に用いる量子化スケールを算出する。
[デジタルビデオカメラ1の動作説明]
次に、図3のフローチャートを参照して、デジタルビデオカメラ1が行う圧縮符号化処理について説明する。
次に、図3のフローチャートを参照して、デジタルビデオカメラ1が行う圧縮符号化処理について説明する。
この圧縮符号化処理は、例えば、ユーザが、操作部36を用いて、撮像部21の撮像を開始するための操作を行ったときに開始される。
ステップS1において、撮像部21は、被写体を撮像し、その撮像により得られるフレーム(画像)を、並べ替え部22に供給する。
ステップS2において、並べ替え部22は、撮像部21から表示の順序で供給されるフレームとしてのピクチャを、GOP(Group of Picture)構造に応じて、圧縮のためのピクチャの順序に並べ替える。
ステップS3において、並べ替え部22は、並べ替えたピクチャの順序に応じて、各ピクチャを順次、注目ピクチャにする。
ステップS4において、レート制御部35は、注目ピクチャを構成する各マクロブロックの量子化スケールを算出するレート制御処理を行い、その結果得られる量子化スケールを、量子化部25に供給する。なお、レート制御処理の詳細は、図4のフローチャートを参照して詳述する。
ステップS5において、並べ替え部22は、並べ替えたピクチャの順序に応じて、注目ピクチャがIピクチャであるか否かを判別し、注目ピクチャがIピクチャあると判別した場合、処理をステップS6に進める。
ステップS6において、並べ替え部22は、切替スイッチ23の一端を接続端子Aに接続させ、接続スイッチ29を接続端子Cに接続させないようにする。そして、並べ替え部22は、注目ピクチャとしてのIピクチャを、複数のマクロブロックIMBに分割し、接続端子A及び切替スイッチ23を介して直交変換部24に供給する。
ステップS7において、直交変換部24は、並べ替え部22から接続端子A及び切替スイッチ23を介して供給されるマクロブロックIMBに対して、例えばDCT(discrete cosine transform、離散コサイン変換)等の直交変換を施し、その結果得られる変換係数f(IMB)を量子化部25に供給する。
なお、直交変換部24は、注目ピクチャがPピクチャである場合、差分算出部31から接続端子Bを介して供給される予測残差PMBDに対して直交変換を施し、その結果得られる変換係数f(PMBD)を量子化部25に供給する。また、直交変換部24は、注目ピクチャがBピクチャである場合、差分算出部31から接続端子Bを介して供給される予測残差BMBDに対して直交変換を施し、その結果得られる変換係数f(BMBD)を量子化部25に供給する。
ステップS8において、量子化部25は、レート制御部35からの、マクロブロックIMBに対応する量子化スケールに基づいて、直交変換部24からの変換係数f(IMB)を量子化する。そして、量子化部25は、その結果得られる量子化変換係数F(IMB)を、逆量子化部26及び可変長符号化部32に供給する。
なお、量子化部25は、注目ピクチャがPピクチャである場合、レート制御部35からの、マクロブロックPMB(の予測残差PMBD)に対応する量子化スケールに基づいて、直交変換部24からの変換係数f(PMB)を量子化する。そして、量子化部25は、その結果得られる量子化変換係数F(PMB)を、逆量子化部26及び可変長符号化部32に供給する。
また、量子化部25は、注目ピクチャがBピクチャである場合、レート制御部35からの、マクロブロックBMB(の予測残差BMBD)に対応する量子化スケールに基づいて、直交変換部24からの変換係数f(BMB)を量子化する。そして、量子化部25は、その結果得られる量子化変換係数F(BMB)を、可変長符号化部32に供給する。
ステップS9において、可変長符号化部32は、量子化部25からの量子化変換係数F(IMB)を可変長符号化し、その結果得られる符号EN(I)を、バッファ部33に供給して保持させる。
なお、可変長符号化部32は、注目ピクチャがPピクチャである場合、量子化部25からの量子化変換係数F(PMB)、及び動き補償予測部30からの動きベクトルPMVを可変長符号化し、その結果得られる符号EN(P)を、バッファ部33に供給して保持させる。また、可変長符号化部32は、注目ピクチャがBピクチャである場合、量子化部25からの量子化変換係数F(BMB)、及び動き補償予測部30からの動きベクトルBMVを可変長符号化し、その結果得られる符号EN(B)を、バッファ部33に供給して保持させる。
ステップS10において、バッファ部33は、可変長符号化部32からの符号EN(I)に基づいて、符号EN(I)の発生符号量Siを算出し、レート制御部35に供給する。
なお、バッファ部33は、注目ピクチャがPピクチャである場合、可変長符号化部32からの符号EN(P)に基づいて、符号EN(P)の発生符号量Spを算出し、レート制御部35に供給する。また、バッファ部33は、注目ピクチャがBピクチャである場合、可変長符号化部32からの符号EN(B)に基づいて、符号EN(B)の発生符号量Sbを算出し、レート制御部35に供給する。
ステップS11において、逆量子化部26は、量子化部25からの量子化変換係数F(IMB)を逆量子化し、その結果得られる変換係数f(IMB)を、逆直交変換部27に供給する。
なお、逆量子化部26は、注目ピクチャがPピクチャである場合、量子化部25からの量子化変換係数F(PMB)を逆量子化し、その結果得られる変換係数f(PMB)を、逆直交変換部27に供給する。また、注目ピクチャがBピクチャである場合、ステップS11乃至ステップS13の処理はスキップされる。
ステップS12において、逆直交変換部27は、逆量子化部26からの変換係数f(IMB)を逆直交変換し、その結果得られるマクロブロックIMBを、加算部28を介して、動き補償予測部30に供給する。
なお、逆直交変換部27は、注目ピクチャがPピクチャである場合、逆量子化部26からの変換係数f(PMB)を逆直交変換し、その結果得られるマクロブロックPMBの予測残差PMBDを、加算部28に供給する。
加算部28は、逆直交変換部27からの予測残差PMBD(=PMB-PMB')と、動き補償予測部30から接続スイッチ29を介して供給される予測マクロブロックPMB'との対応する画素値どうしを加算する。そして、加算部28は、その加算により得られるマクロブロックPMBを、動き補償予測部30に供給する。
ステップS13において、動き補償予測部30は、内蔵するフレームメモリ30aに、逆直交変換部27から加算部28を介して供給されるマクロブロックIMBを、予測マクロブロックPMB'又はBMB'を生成するために参照される参照マクロブロックとして保持する。
なお、動き補償予測部30は、注目ピクチャがPピクチャである場合、内蔵するフレームメモリ30aに、加算部28から供給されるマクロブロックPMBを、予測マクロブロックBMB'を生成するために参照される参照マクロブロックとして保持する。
ステップS14において、並べ替え部22は、1GOPを構成する各ピクチャ全てを注目ピクチャとしたか否かを判別し、1GOPを構成する各ピクチャ全てを注目ピクチャとしていないと判別した場合、処理をステップS3に戻す。
そして、ステップS3では、並べ替え部22は、1GOPを構成する各ピクチャのうち、まだ注目ピクチャとされていないピクチャを、新たな注目ピクチャとし、処理をステップS4に進める。
ステップS4では、レート制御部35は、操作部36からの操作信号の他、直前のステップS10の処理により、バッファ部33から供給される発生符号量Si等に基づいて、レート制御処理を行い、ステップS5以降において、同様の処理が行われる。
また、ステップS14において、並べ替え部22は、1GOPを構成する各ピクチャ全てを注目ピクチャとしたと判別した場合、処理をステップS2に戻して、それ以降同様の処理が行われる。
なお、ステップS5において、並べ替え部22は、注目ピクチャがIピクチャではないと判別した場合、処理をステップS15に進める。
ステップS15では、並べ替え部22は、例えば、注目ピクチャがPピクチャであると判別した場合、切替スイッチ23の一端を接続端子Bに接続させ、接続スイッチ29を接続端子Cに接続させる。
そして、並べ替え部22は、注目ピクチャとしてのPピクチャを、複数のマクロブロックPMBに分割し、動き補償予測部30及び差分算出部31に供給する。
ステップS16では、動き補償予測部30は、フレームメモリ30aに保持されている参照マクロブロックIMBに基づいて、並べ替え部22からのマクロブロックPMBの動きを表す動きベクトルPMVを検出し、可変長符号化部32に供給する。
また、例えば、動き補償予測部30は、検出した動きベクトルPMV、及びフレームメモリ30aに保持されている参照マクロブロックIMB基づいて、マクロブロックPMBを動き補償する。そして、動き補償予測部30は、その結果得られる予測マクロブロックPMB'を、接続スイッチ29及び差分算出部31に供給する。
ステップS17では、差分算出部31は、並べ替え部22からのマクロブロックPMBと、動き補償予測部30からの予測マクロブロックPMB'との差分を表す予測残差PMBD(=PMB-PMB')を算出し、出力端子B及び切替スイッチ23を介して、直交変換部24に供給し、処理はステップS7に進められる。
ステップS7において、直交変換部24は、差分算出部31から接続端子B及び切替スイッチ23を介して供給される予測残差PMBDに対して、直交変換を施し、その結果得られる変換係数f(PMBD)を量子化部25に供給し、それ以降、同様の処理が行われる。
なお、ステップS15において、並べ替え部22は、例えば、注目ピクチャがBピクチャであると判別した場合、切替スイッチ23の一端を接続端子Bに接続させ、接続スイッチ29を接続端子Cに接続させる。
そして、並べ替え部22は、注目ピクチャとしてのBピクチャを、複数のマクロブロックBMBに分割し、動き補償予測部30及び差分算出部31に供給する。
ステップS16において、動き補償予測部30は、フレームメモリ30aに保持されている参照マクロブロックIMBや参照マクロブロックPMBに基づいて、並べ替え部22からのマクロブロックBMBの動きを表す動きベクトルBMVを検出し、可変長符号化部32に供給する。
また、例えば、動き補償予測部30は、検出した動きベクトルBMV、フレームメモリ30aに保持されている参照マクロブロックIMBや参照マクロブロックPMB基づいて、マクロブロックBMBを動き補償する。そして、動き補償予測部30は、その結果得られる予測マクロブロックBMB'を、差分算出部31に供給する。
ステップS17では、差分算出部31は、並べ替え部22からのマクロブロックBMBと、動き補償予測部30からの予測マクロブロックBMB'との差分を表す予測残差BMBD(=BMB-BMB')を算出し、出力端子B及び切替スイッチ23を介して、直交変換部24に供給して、処理をステップS7に進める。
ステップS7において、直交変換部24は、差分算出部31から接続端子B及び切替スイッチ23を介して供給される予測残差BMBDに対して、直交変換を施し、その結果得られる変換係数f(BMBD)を量子化部25に供給し、それ以降、同様の処理が行われる。
なお、この圧縮符号化処理は、例えば、ユーザが、操作部36を用いて、撮像部21の撮像を停止するための操作を行ったときに終了される。
[レート制御処理の詳細]
次に、図4のフローチャートを参照して、図3のステップS4におけるレート制御処理の詳細を説明する。
次に、図4のフローチャートを参照して、図3のステップS4におけるレート制御処理の詳細を説明する。
ステップS31において、レート制御部35は、操作部36からの操作信号に基づいて、注目ピクチャを撮像時の撮像部21の状態を検出する。
すなわち、例えば、ユーザが、操作部36を用いて、撮像部21によるズームを行わせるズーム操作を行った場合、操作部36は、ユーザのズーム操作に対応する操作信号をレート制御部35に供給する。
そして、レート制御部35は、操作部36からの操作信号に基づいて、注目ピクチャを撮像時の撮像部21におけるズームの状態(例えば、どのくらいの速さでズームが行われているか等)を検出する。
なお、レート制御部35は、操作部36から操作信号が供給されない場合、注目ピクチャの撮像時の撮像部21において、例えば、ズーム等が行われていない状態であるとして、撮像部21の状態を検出する。
ところで、ステップS31では、レート制御部35は、操作部35からの操作信号に基づいて、撮像部21の状態を検出するようにしたが、撮像部21の状態を検出する検出方法は、これに限定されない。すなわち、例えば、撮像部21が、注目ピクチャを撮像時の状態を表す撮像時情報を生成してレート制御部35に供給するようにし、レート制御部35は、撮像部21から供給される撮像時情報に基づいて、撮像部21の状態を検出するようにしてもよい。
ステップS32では、レート制御部35は、検出したズームの状態に基づいて、予め決められた所定の閾値th1以上の速さで行われる速いズームが開始されたか否かを判定する。
レート制御部35は、検出したズームの状態に基づいて、速いズームが開始されたと判定した場合、処理をステップS33に進める。
ステップS33では、レート制御部35は、現在のパラメータR,Kb又はKpの少なくとも1つを変更するようにして、参照フレーム(を構成する参照マクロブロック)を参照して圧縮符号化されるPピクチャ及びBピクチャそれぞれの目標符号量Tp及びTbが多くなるように調整する。
そして、ステップS34では、レート制御部35は、ステップS33の処理で変更されたパラメータR,Kb又はKp等を用いて、TM5による第1のステップにより、注目ピクチャの目標符号量Tを算出する。すなわち、例えば、レート制御部35は、注目ピクチャがIピクチャである場合、式(1)又は式(4)により、目標符号量Tiを算出する。
なお、ステップS34では、パラメータR,Kb又はKpが、ステップS33の処理で変更されたことに対応して、レート制御部35は、注目ピクチャがIピクチャである場合、図2Bに示されるような目標符号量Tiを算出することとなる。
また、レート制御部35は、注目ピクチャがPピクチャである場合には、図2Bに示されるような目標符号量Tpを算出し、注目ピクチャがBピクチャである場合には、図2Bに示されるような目標符号量Tbを算出することとなる。
ステップS35では、レート制御部35は、ステップS34で算出された目標符号量Tに基づいて、TM5における第2及び第3のステップにより、注目ピクチャにおける量子化スケールを算出し、量子化部25に供給する。
なお、ステップS32において、レート制御部35は、検出したズームの状態に基づいて、速いズームが開始されていないと判定した場合、処理をステップS36に進め、ステップS36及びステップS37をスキップして、処理をステップS34に進める。
ステップS34では、レート制御部35は、現在のパラメータR,Kb又はKp等を用いて、TM5による第1のステップにより、注目ピクチャの目標符号量Tを算出して、それ以降、同様の処理が行われる。
また、ステップS32において、レート制御部35は、速いズームが開始されたとの判定後、速いズームが終了されたと判定されてステップS37の処理が行われるまで、処理をステップS36に進める。
ステップS36において、レート制御部35は、検出したズームの状態に基づいて、速いズームが終了されたか否かを判定する。
そして、レート制御部35は、検出したズームの状態に基づいて、速いズームが終了されておらず、速いズームが行われていると判定した場合、処理をステップS34に進める。
ステップS34では、レート制御部35は、速いズームが開始されたときにステップS33の処理で変更済みのパラメータR,Kb又はKp等を用いて、TM5による第1のステップにより、注目ピクチャの目標符号量Tを算出して、処理をステップS35に進める。
これにより、速いズームが行われている場合には、ステップS34において、レート制御部35は、参照フレームを参照して圧縮符号化されるPピクチャ及びBピクチャそれぞれの目標符号量Tp及びTbを、多めに算出することとなる。
また、ステップS36において、レート制御部35は、検出したズームの状態に基づいて、速いズームが終了されたと判定した場合、処理をステップS37に進める。
ステップS37では、レート制御部35は、現在のパラメータR,Kb又はKpの少なくとも1つを変更するようにして、参照フレームとして参照されるIピクチャ及びPピクチャそれぞれの目標符号量Ti及びTpが多くなるように調整して、処理をステップS34に進める。
そして、ステップS34では、レート制御部35は、ステップS37の処理で変更されたパラメータR,Kb又はKp等を用いて、TM5による第1のステップにより、注目ピクチャの目標符号量Tを算出する。
すなわち、例えば、ステップS34では、パラメータR,Kb又はKpが、ステップS37の処理で変更されたことに対応して、レート制御部35は、注目ピクチャがIピクチャである場合、図2Aに示されるような目標符号量Tiを算出する。
また、レート制御部35は、注目ピクチャがPピクチャである場合、図2Aに示されるような目標符号量Tpを、注目ピクチャがBピクチャである場合、図2Aに示されるような目標符号量Tbをそれぞれ算出することとなる。
これにより、速いズームが終了した場合には、ステップS34において、レート制御部35は、参照フレームとして参照されるIピクチャ及びPピクチャそれぞれの目標符号量Ti及びTpを多めに算出することとなる。
ステップS34の処理の終了後、処理はステップS34に進められ、それ以降、同様の処理が行われる。
以上で、レート制御処理は終了され、処理は、図3のステップS4にリターンされてステップS5に進められる。
以上説明したように、圧縮符号化処理におけるレート制御処理によれば、撮像部21において、速いズームが行われている場合、レート制御部35は、参照フレームを参照して圧縮符号化されるPピクチャ及びBピクチャそれぞれの目標符号量Tp及びTbを多めに算出するようにした。
このため、撮像部21において、速いズームが行われているために、予測残差PMB及びBMBが大きくなる場合でも、例えば、量子化時におけるPピクチャ及びBピクチャにおける画像情報の損失を抑制することができるようになるので、復号時における画質の劣化を抑止することが可能となる。
また、例えば、撮像部21において、速いズームが行われていないために、予測残差PMB及びBMBが小さくなる場合には、レート制御部35は、参照フレームとして参照されるIピクチャ及びPピクチャそれぞれの目標符号量Ti及びTpを多めに算出するようにした。
このため、参照フレームとして参照されるIピクチャ及びPピクチャにおいて、量子化時における画像情報の損失を抑制することができるようになる。また、そのような参照フレームを参照して圧縮符号化されるPピクチャ及びBピクチャそれぞれの予測残差PMB及びBMBを、より小さくすることができるようになり、ひいては復号時における画質の劣化を抑止することが可能となる。
<2.変形例>
本実施の形態では、注目ピクチャの撮像時における撮像部21のズームの状態に応じて、目標符号量Ti,Tp,Tbを調整するようにしたが、目標符号量Ti,Tp,Tbを調整する際に参照される撮像部21の状態は、これに限定されない。
本実施の形態では、注目ピクチャの撮像時における撮像部21のズームの状態に応じて、目標符号量Ti,Tp,Tbを調整するようにしたが、目標符号量Ti,Tp,Tbを調整する際に参照される撮像部21の状態は、これに限定されない。
すなわち、例えば、注目ピクチャの撮像時における撮像部21の状態としては、撮像部21のズームの状態、撮像部21のフォーカスの状態(例えば、フォーカスの変更が行われているか等)、撮像部21の移動(パン、チルト、手振れ等)時の状態(例えば、移動した速さ等)、撮像部21の露出の状態(例えば、露出が行われているか等)等の少なくとも1つを採用することができる。
これらの状態は、例えば、操作部36からの操作信号に応じて、レート制御部35により検出される。また、撮像部21が移動したときの状態については、撮像部21に加速度センサなどを設けるようにしておき、撮像部21に設けられた加速度センサで検出された加速度から、撮像部21が移動したときの状態(例えば、移動時の速さ等)を算出するようにしてもよい。
具体的には、例えば、撮像部21のフォーカスの状態を、撮像部21の状態として採用する場合、ステップS31において、フォーカスの状態が検出される。そして、検出したフォーカスの状態に応じて、ステップS32では、フォーカスの変更が開始されたか否かが判定され、ステップS36では、フォーカスの変更が終了されたか否かが判定される。この場合、フォーカスの変更が開始されたと判定された場合、ステップS33の処理が行われ、フォーカスの変更が終了されたと判定された場合、ステップS37の処理が行われる。
また、例えば、撮像部21の移動時の状態を、撮像部21の状態として採用する場合、ステップS31において、撮像部21の移動時の状態が検出される。そして、撮像部21の移動時の状態に応じて、ステップS32では、予め決められた所定の閾値th2以上の速さでの撮像部21の移動が開始されたかが判定され、ステップS36では、所定の閾値th2以上の速さでの移動が終了されたかが判定される。この場合、所定の閾値th2以上の速さでの移動が開始されたと判定された場合、ステップS33の処理が行われ、所定の閾値th2以上の速さでの移動が終了されたと判定された場合、ステップS37の処理が行われる。
さらに、例えば、撮像部21の露出の状態を、撮像部21の状態として採用する場合、ステップS31において、撮像部21の露出の状態が検出される。そして、露出の状態に応じて、ステップS32では、露出の変更が開始されたか否かが判定され、ステップS36では、露出の変更が終了されたか否かが判定される。この場合、露出の変更が開始されたと判定された場合、ステップS33の処理が行われ、露出の変更が終了されたと判定された場合、ステップS37の処理が行われる。
なお、例えば、撮像部21の状態として、複数の状態を採用する場合、ステップS32において、複数の状態毎に、ステップS33の処理を実行すべきか否かを判定する。そして、複数の状態のいずれか1つの状態に基づいて、ステップS33の処理を実行すべきとの判定結果を得た場合、ステップS33の処理を実行する。
具体的には、例えば、ステップS32では、撮像部21による処理(例えば、速いズーム、フォーカスの変更、撮像部21の移動、又は露出の変更等の少なくとも1つの処理)が開始されたと判定された場合に、ステップS33の処理が行われる。
そして、ステップS36では、撮像部21において開始された処理の全てが終了したと判定された場合(例えば、速いズーム、フォーカスの変更、撮像部21の移動、又は露出の変更等のいずれも行われていないと判定された場合)に、処理はステップS37に進められることとなる。
本実施の形態において、デジタルビデオカメラ1は、MPEG符号化方式を用いて、フレームを圧縮符号化するようにしたが、フレームの圧縮符号化方法は、MPEG符号化方式に限定されず、例えば、AVC(advanced video coding)等を用いるようにしてもよい。
なお、AVCにおいては、例えば、Iピクチャ、Pピクチャの他に、Bピクチャも参照フレームとされる。この場合、図4のステップS33では、目標符号量Tiが少なくなり、目標符号量Tp,Tbのいずれも多くなるように、パラメータが変更される。そして、図4のステップS37では、目標符号量Ti,Tp,Tbのいずれも多くなるように、パラメータが変更される。
また、フレームの他、フィールドを対象として圧縮符号化するようにすることができる。
本実施の形態では、効率的に可変長符号化できるように、直交変換を行うようにして、変換係数に偏りが生じるようにしたが、変換係数に偏りを生じさせるための処理は、直交変換に限定されない。
すなわち、例えば、直交変換に代えて、画素の予測値を周囲の画素から算出し、予測値と画素の画素値との差分を、変換係数として算出するDPCM(differential pulse code modulation)符号化を行うようにしてもよい。なお、予測値は、各画素の差分に偏りが生じる値とされる。
また、本実施の形態では、レート制御部35が、TM5によるアルゴリズムにより量子化スケールを算出するようにした。しかしながら、量子化スケールを算出するためのアルゴリズムは、TM5に限定されず、他のアルゴリズムを採用することができる。
本実施の形態では、本技術をデジタルビデオカメラに適用した場合を説明したが、本技術は、その他の電子機器に適用することができる。すなわち、本技術は、撮像により得られた画像を、少なくとも予測残差として圧縮符号化するものであれば、どのような装置にも適用することができる。
なお、本技術は以下のような構成もとることができる。
(1)符号化の対象とされる符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態に基づいて、前記符号化対象画像を符号化したときの符号量の目標とされる目標符号量を調整する調整部と、調整された前記目標符号量に応じて、前記符号化対象画像を符号化する符号化部とを含む符号化装置。
(2)前記調整部は、前記撮像部の状態に基づいて、前記符号化対象画像を予測して得られる予測画像を参照して符号化される第1の前記符号化対象画像、又は前記予測画像として参照される第2の前記符号化対象画像の一方に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する前記(1)に記載の符号化装置。
(3)前記調整部は、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部のズームの状態に基づいて、前記目標符号量を調整する前記(2)に記載の符号化装置。
(4)前記調整部は、前記ズームが所定の閾値以上の速さで行われている場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、前記所定の閾値以上の速さで行われている前記ズームが終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する前記(3)に記載の符号化装置。
(5)前記調整部は、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部のフォーカスの状態に基づいて、前記目標符号量を調整する前記(2)に記載の符号化装置。
(6)前記調整部は、前記フォーカスの変更が行われている場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、前記フォーカスの変更が終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する前記(5)に記載の符号化装置。
(7)前記調整部は、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部の移動時の状態に基づいて、前記目標符号量を調整する前記(2)に記載の符号化装置。
(8)前記調整部は、前記撮像部が所定の閾値以上の速さで移動している場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、前記所定の閾値以上の速さで行われている前記撮像部の移動が終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する前記(7)に記載の符号化装置。
(9)前記調整部は、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部の露出の状態に基づいて、前記目標符号量を調整する前記(2)に記載の符号化装置。
(10)前記調整部は、前記露出の変更が行われている場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、前記露出の変更が終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する前記(9)に記載の符号化装置。
(11)前記撮像部に対するユーザ操作に応じて、前記符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態を検出する検出部をさらに含み、前記調整部は、検出された前記撮像部の状態に基づいて、前記目標符号量を調整する前記(2)乃至(10)に記載の符号化装置。
(1)符号化の対象とされる符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態に基づいて、前記符号化対象画像を符号化したときの符号量の目標とされる目標符号量を調整する調整部と、調整された前記目標符号量に応じて、前記符号化対象画像を符号化する符号化部とを含む符号化装置。
(2)前記調整部は、前記撮像部の状態に基づいて、前記符号化対象画像を予測して得られる予測画像を参照して符号化される第1の前記符号化対象画像、又は前記予測画像として参照される第2の前記符号化対象画像の一方に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する前記(1)に記載の符号化装置。
(3)前記調整部は、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部のズームの状態に基づいて、前記目標符号量を調整する前記(2)に記載の符号化装置。
(4)前記調整部は、前記ズームが所定の閾値以上の速さで行われている場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、前記所定の閾値以上の速さで行われている前記ズームが終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する前記(3)に記載の符号化装置。
(5)前記調整部は、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部のフォーカスの状態に基づいて、前記目標符号量を調整する前記(2)に記載の符号化装置。
(6)前記調整部は、前記フォーカスの変更が行われている場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、前記フォーカスの変更が終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する前記(5)に記載の符号化装置。
(7)前記調整部は、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部の移動時の状態に基づいて、前記目標符号量を調整する前記(2)に記載の符号化装置。
(8)前記調整部は、前記撮像部が所定の閾値以上の速さで移動している場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、前記所定の閾値以上の速さで行われている前記撮像部の移動が終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する前記(7)に記載の符号化装置。
(9)前記調整部は、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部の露出の状態に基づいて、前記目標符号量を調整する前記(2)に記載の符号化装置。
(10)前記調整部は、前記露出の変更が行われている場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、前記露出の変更が終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する前記(9)に記載の符号化装置。
(11)前記撮像部に対するユーザ操作に応じて、前記符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態を検出する検出部をさらに含み、前記調整部は、検出された前記撮像部の状態に基づいて、前記目標符号量を調整する前記(2)乃至(10)に記載の符号化装置。
ところで、上述した一連の処理は、ハードウェアにより実行することもできるし、ソフトウェアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウェアにより実行する場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、専用のハードウェアに組み込まれているコンピュータ、又は、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のコンピュータなどに、プログラム記録媒体からインストールされる。
[コンピュータの構成例]
図5は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。
図5は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。
CPU(Central Processing Unit)51は、ROM(Read Only Memory)52、又は記憶部58に記憶されているプログラムに従って各種の処理を実行する。RAM(Random Access Memory)53には、CPU51が実行するプログラムやデータ等が適宜記憶される。これらのCPU51、ROM52、及びRAM53は、バス54により相互に接続されている。
CPU51にはまた、バス54を介して入出力インタフェース55が接続されている。入出力インタフェース55には、キーボード、マウス、マイクロホン等よりなる入力部56、ディスプレイ、スピーカ等よりなる出力部57が接続されている。CPU51は、入力部56から入力される指令に対応して各種の処理を実行する。そして、CPU51は、処理の結果を出力部57に出力する。
入出力インタフェース55に接続されている記憶部58は、例えばハードディスクからなり、CPU51が実行するプログラムや各種のデータを記憶する。通信部59は、インターネットやローカルエリアネットワーク等のネットワークを介して外部の装置と通信する。
また、通信部59を介してプログラムを取得し、記憶部58に記憶してもよい。
入出力インタフェース55に接続されているドライブ60は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、或いは半導体メモリ等のリムーバブルメディア61が装着されたとき、それらを駆動し、そこに記録されているプログラムやデータ等を取得する。取得されたプログラムやデータは、必要に応じて記憶部58に転送され、記憶される。
コンピュータにインストールされ、コンピュータによって実行可能な状態とされるプログラムを記録(記憶)する記録媒体は、図5に示すように、磁気ディスク(フレキシブルディスクを含む)、光ディスク(CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)を含む)、光磁気ディスク(MD(Mini-Disc)を含む)、もしくは半導体メモリ等よりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディア61、又は、プログラムが一時的もしくは永続的に格納されるROM52や、記憶部58を構成するハードディスク等により構成される。記録媒体へのプログラムの記録は、必要に応じてルータ、モデム等のインタフェースである通信部59を介して、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線又は無線の通信媒体を利用して行われる。
なお、本明細書において、上述した一連の処理を記述するステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理はもちろん、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別に実行される処理をも含むものである。
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
なお、本開示は、上述した本実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
1 デジタルビデオカメラ, 21 撮像部, 22 並べ替え部, 23 切替スイッチ, 24 直交変換部, 25 量子化部, 26 逆量子化部, 27 逆直交変換部, 28 加算部, 29 接続スイッチ, 30 動き補償予測部, 30a フレームメモリ, 31 差分算出部, 32 可変長符号化部, 33 バッファ, 34 出力端子, 35 レート制御部, 36 操作部
Claims (13)
- 符号化の対象とされる符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態に基づいて、前記符号化対象画像を符号化したときの符号量の目標とされる目標符号量を調整する調整部と、
調整された前記目標符号量に応じて、前記符号化対象画像を符号化する符号化部と
を含む符号化装置。 - 前記調整部は、前記撮像部の状態に基づいて、前記符号化対象画像を予測して得られる予測画像を参照して符号化される第1の前記符号化対象画像、又は前記予測画像として参照される第2の前記符号化対象画像の一方に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する
請求項1に記載の符号化装置。 - 前記調整部は、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部のズームの状態に基づいて、前記目標符号量を調整する
請求項2に記載の符号化装置。 - 前記調整部は、
前記ズームが所定の閾値以上の速さで行われている場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、
前記所定の閾値以上の速さで行われている前記ズームが終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する
請求項3に記載の符号化装置。 - 前記調整部は、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部のフォーカスの状態に基づいて、前記目標符号量を調整する
請求項2に記載の符号化装置。 - 前記調整部は、
前記フォーカスの変更が行われている場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、
前記フォーカスの変更が終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する
請求項5に記載の符号化装置。 - 前記調整部は、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部の移動時の状態に基づいて、前記目標符号量を調整する
請求項2に記載の符号化装置。 - 前記調整部は、
前記撮像部が所定の閾値以上の速さで移動している場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、
前記所定の閾値以上の速さで行われている前記撮像部の移動が終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する
請求項7に記載の符号化装置。 - 前記調整部は、前記符号化対象画像の撮像時における前記撮像部の露出の状態に基づいて、前記目標符号量を調整する
請求項2に記載の符号化装置。 - 前記調整部は、
前記露出の変更が行われている場合、前記第1の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整し、
前記露出の変更が終了した場合、前記第2の符号化対象画像に多くの前記目標符号量を割り当てるように調整する
請求項9に記載の符号化装置。 - 前記撮像部に対するユーザ操作に応じて、前記符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態を検出する検出部をさらに含み、
前記調整部は、検出された前記撮像部の状態に基づいて、前記目標符号量を調整する
請求項2に記載の符号化装置。 - 画像を符号化する符号化装置の符号化方法において、
前記符号化装置による、
符号化の対象とされる符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態に基づいて、前記符号化対象画像を符号化したときの符号量の目標とされる目標符号量を調整する調整ステップと、
調整された前記目標符号量に応じて、前記符号化対象画像を符号化する符号化ステップと
を含む符号化方法。 - コンピュータを、
符号化の対象とされる符号化対象画像の撮像時における撮像部の状態に基づいて、前記符号化対象画像を符号化したときの符号量の目標とされる目標符号量を調整する調整部と、
調整された前記目標符号量に応じて、前記符号化対象画像を符号化する符号化部と
して機能させるためのプログラム。
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