JP3189861B2 - 動画像符号化装置および方法 - Google Patents

動画像符号化装置および方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、動画像を圧縮してディ
スク等の記録媒体に記録する場合に用いて好適な動画像
符号化装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】動画像のビデオデータはオーディオデー
タに比べて、そのデータ量が膨大なものとなるため、記
録媒体に記録するにはデータ量を圧縮することが必要と
なる。最近この圧縮技術の発展に伴い、動画像のビデオ
データを圧縮処理して、記録媒体に記録する装置が開発
されつつある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の装
置は、その殆どがリアルタイムで符号化を行なうように
しているため、１つのパスのみが形成されていた。この
ため次の課題を有していた。
【０００４】（１）素材データが入力されて、はじめて
エンコードがはじまる。 （２）やり直しが出来ない。 （３）特定の部分の画質を向上させるなど、細かい制御
ができない。 （４）フレームレートで処理を終わらせる必要があるた
めハードウェアが大型化する。
【０００５】ところで、動画像のビデオデータを圧縮す
る方法としては、可変レートで圧縮する方法があり、こ
の方法においては、画質を均一に保つために、複雑な画
像には多くの符号量が割り当てられ、平坦な画像には少
ない符号量が割り当てられるようになっている。従っ
て、この方法によれば、固定レートで圧縮する場合には
得ることができなかった均一な高画質の画像を再生する
ことができるとともに、長時間の画像の再生が可能にな
る。
【０００６】一方、例えばディスクなどの記録媒体にお
いては、そこに記録することのできる総データ量は一定
であり、その上限を越えてデータを記録することはでき
ない。
【０００７】従って、複雑な画像が連続するビデオデー
タを可変レートで圧縮し、ディスクに記録する場合、圧
縮データが、ディスクに記録することのできる総データ
量を越え、記録することができなくなるときがあった。
【０００８】さらに、平坦な画像が連続するビデオデー
タを可変レートで圧縮し、ディスクに記録する場合、デ
ィスクの記録域が不必要に余ってしまうときがあった。
【０００９】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たものであり、エンコードを任意のタイミングで開始
し、このエンコードを必要に応じてやり直すことができ
るようにするとともに、画質を向上させ、さらに構成を
簡略化することができるようにするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の動画像
符号化装置は、ビデオデータを記憶する第１の記憶手段
と、ビデオデータを符号化パラメータに従って符号化す
るエンコード手段と、エンコード手段の処理に必要な符
号化パラメータを設定し、エンコード手段をコントロー
ルするコントロール手段と、符号化パラメータを記憶す
る第２の記憶手段とを備え、コントロール手段は、符号
化パラメータにしたがってビデオデータを符号化して第
１のエンコードデータを生成したときに発生するデータ
量と、記録媒体の総データ量とを比較し、比較結果に基
づいて符号化パラメータを必要に応じて再設定し、エン
コード手段は、符号化パラメータが再設定された場合、
第１の記憶手段に記憶されたビデオデータのうち、第１
のエンコードデータに対応するビデオデータの少なくと
も一部を、コントロール手段によって再設定された符号
化パラメータに従って符号化して、第２のエンコードデ
ータを生成することを特徴とする。
【００１１】請求項２に記載の動画像符号化装置は、コ
ントローラ４に、符号化パラメータにしたがってビデオ
データを符号化したデータのＳ／Ｎ比に基づいて、符号
化パラメータをさらに変更させることを特徴とする。
【００１２】請求項３に記載に動画像符号化装置は、ビ
デオデータをフィルタリングするフィルタ手段としての
フィルタ回路１８と、符号化パラメータに基づいて、フ
ィルタ回路１８によりビデオデータをフィルタリングす
るフィルタリング特性を選択する選択手段としてのスイ
ッチ回路１９とをさらに備えることを特徴とする。
【００１３】請求項４に記載の動画像符号化装置は、エ
ンコーダ３が、ビデオデータを量子化する量子化手段と
しての量子化回路１４を有し、符号化パラメータが、量
子化回路１４の量子化特性を制御する量子化パラメータ
を含むことを特徴とする。
【００１４】請求項５に記載の動画像符号化装置は、符
号化パラメータが、ビデオデータの各フレームごとの符
号化方式を規定するフレーム構造情報を含むことを特徴
とする。
【００１５】請求項６に記載の動画像符号化装置は、符
号化パラメータが、所定のブロックごとの差分をとる基
準となる画像を規定する予測モード情報を含むことを特
徴とする。
【００１６】請求項７に記載の動画像符号化装置は、ビ
デオデータの動きベクトルを検出する動き検出手段とし
ての動き検出回路２をさらに備え、エンコーダ３が、量
子化回路１４により量子化されたデータを逆量子化する
逆量子化手段としての逆量子化回路１６と、動き検出回
路２により検出された動きベクトルを用いて逆量子化回
路１６により逆量子化されたデータに動き補償を施す動
き補償手段としての動き補償回路１２とをさらに有し、
符号化パラメータが、動きベクトルを含むことを特徴と
する。
【００１７】請求項８に記載の動画像符号化装置は、エ
ンコーダ３が、量子化回路１４の前段に、ビデオデータ
をＤＣＴ処理するＤＣＴ手段としてのＤＣＴ回路１３
と、逆量子化回路１６の後段に、ビデオデータを逆ＤＣ
Ｔ処理する逆ＤＣＴ手段としての逆ＤＣＴ回路１７とを
さらに有することを特徴とする。
【００１８】請求項９に記載の動画像符号化方法は、ビ
デオデータを第１の記憶手段に記憶するステップと、符
号化パラメータを設定する設定ステップと、符号化パラ
メータを記憶する第２の記憶ステップと、ビデオデータ
を符号化パラメータにしたがって符号化する第１の符号
化ステップと、符号化パラメータにしたがってビデオデ
ータを符号化したときに発生するデータ量と、記録媒体
の総データ量とを比較する比較ステップと、比較ステッ
プの比較結果に基づいて、符号化パラメータを必要に応
じて再設定する再設定ステップと、再設定ステップで符
号化パラメータが再設定された場合、再設定された符号
化パラメータにしたがって、第１の記憶ステップの処理
で記憶されたビデオデータのうち、符号化されたものと
同一のビデオデータの少なくとも一部を符号化する第２
の符号化ステップとを備えることを特徴とする。
【００１９】請求項１０に記載の動画像符号化方法は、
ステップＳ１５，Ｓ１７、またはＳ２０が、符号化パラ
メータにしたがってビデオデータを符号化したデータの
Ｓ／Ｎ比に基づいて、符号化パラメータを変更すること
を特徴とする。
【００２０】請求項１１に記載の動画像符号化方法は、
ステップＳ１２およびＳ１８が、ビデオデータを量子化
するステップを有し、符号化パラメータは、ビデオデー
タを量子化する量子化特性を制御する量子化パラメータ
を含むことを特徴とする。
【００２１】請求項１２に記載の動画像符号化方法は、
符号化パラメータが、ビデオデータの各フレームごとの
符号化方式を規定するフレーム構造情報を含むことを特
徴とする。
【００２２】請求項１３に記載に動画像符号化方法は、
符号化パラメータが、所定のブロックごとの差分をとる
基準となる画像を規定する予測モード情報を含むことを
特徴とする。
【００２３】請求項１４に記載の動画像符号化方法は、
符号化パラメータが、画像に動き補償を施すための動き
ベクトルを含むことを特徴とする。
【００２４】
【作用】上記構成の動画像符号化装置においては、ビデ
オデータが記憶され、ビデオデータが符号化パラメータ
に従って符号化され、符号化に必要な符号化パラメータ
が設定され、符号化がコントロールされ、符号化パラメ
ータが記憶され、符号化パラメータにしたがってビデオ
データが符号化されて第１のエンコードデータが生成さ
れたときに発生するデータ量と、記録媒体の総データ量
とが比較され、比較結果に基づいて符号化パラメータが
必要に応じて再設定され、符号化パラメータが再設定さ
れた場合、記憶されたビデオデータのうち、第１のエン
コードデータに対応するビデオデータの少なくとも一部
が、再設定された符号化パラメータに従って符号化され
て、第２のエンコードデータが生成される。
【００２５】さらに、この動画像符号化装置において
は、コントローラ４に、符号化パラメータにしたがって
ビデオデータを符号化したデータのＳ／Ｎ比に基づい
て、符号化パラメータをさらに変更させる。従って、画
質の劣化を防止することができる。
【００２６】また、この動画像符号化装置においては、
符号化パラメータに基づいて、フィルタ回路１８により
ビデオデータをフィルタリングする。従って、符号化に
よるデータの発生量を抑制することができる。
【００２７】本発明の動画像符号化方法においては、ビ
デオデータが記憶され、符号化パラメータが設定され、
符号化パラメータが記憶され、ビデオデータが符号化パ
ラメータにしたがって符号化され、符号化パラメータに
したがってビデオデータが符号化されたときに発生する
データ量と、記録媒体の総データ量とが比較され、比較
結果に基づいて、符号化パラメータが必要に応じて再設
定され、符号化パラメータが再設定された場合、再設定
された符号化パラメータにしたがって、記憶されたビデ
オデータのうち、符号化されたものと同一のビデオデー
タの少なくとも一部が符号化される。
【００２８】さらに、この動画像符号化方法において
は、一度符号化されたビデオデータのＳ／Ｎ比に基づい
て、符号化パラメータをさらに変更する。そして、変更
された符号化パラメータに基づいて、再度ビデオデータ
が符号化される。従って、画質の劣化を防止することが
できる。
【００２９】
【実施例】図１は本発明の動画像符号化装置の一実施例
の構成を示すブロック図である。ディジタルＶＴＲ１
は、ビデオデータを再生し、フィルタ回路１８およびス
イッチ回路１９に出力するとともに、再生したビデオデ
ータに対応するタイムコードをコントローラ４に出力す
る。フィルタ回路１８は、プリフィルタで、特性の異な
る複数のフィルタより構成され、パラメータ記憶装置５
からのフィルタ選択信号に基づいてフィルタを選択し、
そのフィルタでディジタルＶＴＲ１からのビデオデータ
をフィルタリングする。
【００３０】なお、フィルタ回路１８は、パラメータ記
憶装置５からのフィルタ選択信号に基づいてタップの係
数が変化する１つのフィルタにより構成するようにして
も良い。
【００３１】スイッチ回路１９は、その一方の入力端子
とフィルタ回路１８の出力端子とが接続され、他方の入
力端子とディジタルＶＴＲ１の出力端子とが接続されて
おり、パラメータ記憶装置５より出力される切り換え信
号に基づいて、フィルタ回路１８からのビデオデータま
たはディジタルＶＴＲ１からのビデオデータのいずれか
一方を選択し、動き検出回路２に供給する。動き検出回
路２は入力されたビデオデータより対応する動画像の動
きを検出し、検出結果に対応する信号をコントローラ４
と、パラメータ記憶装置５に供給する。
【００３２】コントローラ４はパラメータを演算すると
ともに、そのパラメータをパラメータ記憶装置５に供給
し、記憶させる。記憶装置５に記憶された種々のパラメ
ータは読み出され、動き検出回路２、エンコーダ３、フ
ィルタ回路１８、およびスイッチ回路１９に供給される
ようになっている。
【００３３】エンコーダ３は、ビデオデータを記憶する
フレームメモリ１１、動きベクトルを使って差分を求め
る所謂動き補償を行なう動き補償回路１２、ＤＣＴ（Ｄ
ｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）処
理を行なうＤＣＴ回路１３、ＤＣＴ回路１３より出力さ
れるデータを量子化する量子化回路１４、量子化回路１
４により量子化されたデータを可変長符号化する可変長
符号化回路１５、量子化回路１４により量子化されたデ
ータを逆量子化する逆量子化回路１６、逆量子化回路１
６により逆量子化されたデータを逆ＤＣＴ処理してフレ
ームメモリ１１に出力する逆ＤＣＴ回路１７により構成
されている。
【００３４】エンコーダ３は、ビデオデータを可変レー
トで符号化し、可変レートのビットストリーム（符号化
データ）をディスク２０に供給する。さらに、エンコー
ダ３で処理されたデータは、モニタ６に供給され、表示
されるようになっている。
【００３５】次にその動作について説明する。ディジタ
ルＶＴＲ１は、図示せぬビデオテープよりビデオデータ
を再生し、そのビデオデータをフィルタ回路１８および
スイッチ回路１９に出力する。フィルタ回路１８は、パ
ラメータ記録装置５からのフィルタ選択信号に基づい
て、内蔵する複数のフィルタの中からフィルタを選択
し、そのフィルタでディジタルＶＴＲ１からのビデオデ
ータをフィルタリングして、スイッチ回路１９に供給す
る。スイッチ回路１９は、ディジタルＶＴＲ１より直接
供給されたビデオデータ、またはフィルタ回路１８でフ
ィルタリングされてから供給されたビデオデータのうち
の、例えばフィルタ回路１８からのビデオデータを選択
し、動き検出回路２に出力する。
【００３６】動き検出回路２は、例えば図２に示すよう
なフローチャートにしたがってシーンチェンジを検出す
る。
【００３７】即ち、まず動き検出回路２は内蔵する動き
検出用フレームメモリにディジタルＶＴＲ１より入力さ
れた１フレーム分のデータを記憶する（ステップＳ
１）。そして、同様に内蔵する動き検出用フレームメモ
リに次のフレームの画像を記憶する（ステップＳ２）。
次に、この時間的に前後する２フレームのビデオデータ
から動きベクトルを求める（ステップＳ３）。この動き
ベクトルの検出は、画像データが所定の大きさ（例えば
８×８画素）のブロックに区分され、このブロック毎に
行なわれる。求められた動きベクトルは記憶装置５に供
給され、記憶される。
【００３８】また、動き検出回路２は残差情報（得られ
た動きベクトルにより予測したデータと現データとの差
の絶対値の和、またはその差の２乗の和）を１フレーム
分について演算し、演算した結果をコントローラ４に出
力する（ステップＳ４）。コントローラ４は動き検出回
路２より入力された残差情報を予め設定した所定のスレ
ッショルドレベルと比較し（ステップＳ５）、残差がス
レッショルドレベルより小さいか等しいときシーンチェ
ンジでないと判定し（ステップＳ６）、残差の方がスレ
ッショルドレベルより大きいとき、シーンチェンジであ
ると判定する（ステップＳ７）。コントローラ４は、こ
のシーンチェンジに関する情報を内蔵するメモリに記憶
する。そして、同様の処理をビデオデータがなくなるま
で繰り返す（ステップＳ８）。このようにして、コント
ローラ４は入力されたビデオデータのフレーム構造を判
定し、このフレーム構造をパラメータ記憶装置５に転送
し、記憶させる。
【００３９】ここで、フレーム構造について図４を参照
して説明する。時間的に前後するフレームのビデオデー
タは関連していることが多い。この場合、時間的に前後
するフレームのビデオデータの差を演算し、その差を伝
送することによってデータを圧縮することができる。こ
の原理にしたがって伝送する画像は、Ｉ，Ｐ，Ｂの３つ
の画像に区分される。Ｉピクチャ（イントラ（画像内）
符号化画像）は、符号化するときその画像１枚の中だけ
の閉じた情報のみが使用される。この画像はランダムア
クセスや高速再生を可能とするために必要とされるもの
である。
【００４０】Ｐピクチャ（前方予測符号化画像）は、予
測画像（差分をとる基準となる画像）として、入力で時
間的に前に位置し、既に復号化されたＩピクチャ又はＰ
ピクチャを用いるものである。実際には動き補償された
予測画像との差を符号化する（インター符号化する）場
合と、差をとらずそのまま符号化する（イントラ符号化
する）場合と、どちらか効率のよい方が予測モードとし
て、マクロブロック（例えば１６×１６画素）単位で選
択される。
【００４１】Ｂピクチャ（両方向予測符号化画像）は予
測画像として、時間的に前に位置し、既に復号化された
Ｉピクチャ又はＰピクチャ、時間的に後ろに位置する既
に復号化されたＩピクチャ又はＰピクチャ、或いはま
た、その両方から作られた補間画像の３種類を用いる。
これにより例えば物体の動いた後ろから出てきた部分に
関するデータを圧縮することができる。実際にはこの３
種類のインター符号化とイントラ符号化のなかで、一番
効率の良いものが予測モードとしてマクロブロック単位
に選択される。各フレーム構造に対して、マクロブロッ
クの選択可能な予測モードをまとめると、図５に示すよ
うになる。
【００４２】このようにＩピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピ
クチャのいずれから構成されるフレームであるのかを示
すのがフレーム構造である。通常フレーム構造の順序
は、例えば２枚のＩピクチャの間に１枚のＰピクチャを
有し、その２枚のＩピクチャとＰピクチャの間にそれぞ
れ２枚ずつのＢピクチャを有するというような、予め定
められたシーケンスよって決定されており、上述のシー
ンチェンジ発生時には、このシーケンスから外れて強制
的にその画像のフレーム構造をＩピクチャとする等の処
理がなされている。
【００４３】このフレーム構造は記憶装置５から読み出
され、動き検出回路２に供給されて動きベクトルの演算
に用いられる。また、後述するように、エンコーダ３の
動き補償回路１２に供給され、動き補償の演算にも用い
られる。
【００４４】さらに、このフレーム構造はコントローラ
４にも供給される。コントローラ４では、使用者の手動
操作により入力された情報、記憶装置５からのフレーム
構造、および動き検出回路２からの残差情報等のデータ
から、フィルタ回路１８で各フレームに適用されるフィ
ルタが決定され、そのフィルタ情報が記憶装置５に供給
されて記憶される。記憶装置５からは、フィルタ情報と
してのフィルタ選択信号がフィルタ回路１８に出力され
る。この場合、例えばＩピクチャには緩め（帯域の広
い）フィルタが選択され、Ｐピクチャ、Ｂピクチャと、
きつめ（帯域の狭い）フィルタが選択されるように、フ
ィルタ選択信号が出力されるようになっている。また、
残差が大きい場合にはきつめのフィルタが選択されるよ
うにフィルタ選択信号が出力される。そして、フィルタ
回路１８において、フィルタ選択信号に基づいてフィル
タが選択される。
【００４５】一方、動き検出回路２は、各マクロブロッ
クで、画素の平均値と各画素との残差（差の絶対値の和
または差の２乗の和）を計算し、これを画像内残差とし
てコントローラ４に出力する。コントローラ４は、既に
決定されているフレーム構造と、シーンチェンジ検出時
に動き検出回路２において求められた残差と、この画像
内残差によって、各マクロブロックの予測モードを決定
する。この予測モードはエンコーダ３の動き補償回路１
２における、差分をとる基準となる画像を設定するもの
であり、イントラ、前方予測、後方予測または両方向予
測の４つのモードのうちのいずれか１つが選択される。
【００４６】次に、この予測モードの決定方法につい
て、図６に示すフローチャートにしたがって説明する。
即ち、最初に、コントローラ４はフレーム構造がＩピク
チャに指定されているかどうかを判定し（ステップＳ３
１）、Ｉピクチャの場合には、予測モードとしてイント
ラモードを指定する（ステップＳ３２）。またフレーム
構造がＩピクチャでない場合には、Ｐピクチャであるか
どうかが判断され（ステップＳ３３）、Ｐピクチャの場
合には、動き検出回路２において求めた残差と画像内残
差との比較が行われる（ステップＳ３４）。画像内残差
の方が大きい場合には、予測画像を用いて差分を符号化
した方が符号化効率がよいと考えられるため、予測モー
ドとして前方予測モードが指定される（ステップＳ３
５）。画像内残差の方が小さい場合には、フレーム内符
号化を行う方が符号化効率がよいと考えられるため、予
測モードはイントラモードに指定される（ステップＳ３
６）。
【００４７】さらに、ステップＳ３３で、フレーム構造
がＰピクチャでないと判定された場合には、フレーム構
造はＢピクチャが指定されているということになり、前
方予測モード、後方予測モードまたは両方向予測モード
の３つの残差のうち、最小の残差を有するモードが予測
モードの候補とされる（ステップＳ３７）。次に、その
最小残差と画像内残差との比較が行われ（ステップＳ３
８）、画像内残差の方が小さい場合には、フレーム内符
号化を行う方が符号化効率がよいと考えられるため、予
測モードはイントラモードに指定される（ステップＳ３
９）。最小残差の方が小さい場合には、予測画像を用い
て差分を符号化した方が符号化効率がよいと考えられる
ため、最終的に候補となっていた前方予測、後方予測ま
たは両方向予測の３つの残差のうちの最小の残差を有す
る予測モードがそのまま指定される（ステップＳ３７の
処理がそのまま保持される）。
【００４８】コントローラ４はこの予測モードを決定す
ると、それを記憶装置５に供給し、記憶させる。この予
測モードパラメータは動き補償回路１２に供給されて使
用される。
【００４９】コントローラ４により予測モードとしてイ
ントラモードが指定された場合、動き補償回路１２は、
フレームメモリ１１より入力された画像データをそのま
まＤＣＴ回路１３に出力する。このとき動きベクトルは
与えられないか、あるいは与えられても無視される。
【００５０】また、前方予測モードが指定された場合、
動き補償回路１２は、与えられた動きベクトルを使用し
てフレームメモリ１１中の前方予測フレームから予測画
像を抜き出し、入力された画像データとの差分を取って
出力する。
【００５１】後方予測モードが指定された場合、動き補
償回路１２は、与えられた動きベクトルを使用してフレ
ームメモリ１１中の後方予測フレームから予測画像を抜
き出し、入力された画像データとの差分を取って出力す
る。
【００５２】さらに、両方向予測モードが指定された場
合、動き補償回路１２は、与えられた前方と後方の合計
２本の動きベクトルを使用し、フレームメモリ１１中の
前方予測フレームから予測画像を抜き出し、また後方予
測フレームから予測画像を抜き出し、この２つの平均を
とって予測画像とし、入力された画像データとの差分を
取って出力する。
【００５３】このようにして、動きベクトルとフレーム
構造が決定されると、次に図３のフローチャートに示す
ような処理が実行される。即ち、コントローラ４におい
て、シーンチェンジ検出時に動き検出回路２で求められ
た残差から、各フレームの性質が推測され、この推測、
あらかじめ入力された、ディジタルＶＴＲ１にセットさ
れたビデオテープに記録されている素材の長さ（時
間）、およびディスク２０に記録することのできる総デ
ータ量に基づいて、量子化パラメータが決定される（ス
テップＳ１１）。
【００５４】即ち、ディジタルＶＴＲ１にセットされた
ビデオテープに記録されている素材からの発生符号量
が、ディスク２０の総データ量と同一（または同一と見
なせる許容範囲）になるように、量子化パラメータが決
定される。
【００５５】つまり、例えば素材の長さが長ければ、そ
の発生符号量を抑制するために、量子化パラメータが大
きくされ、ディスク２０の総データ量が大きければ、そ
の記録域を有効に利用するために、量子化パラメータが
小さくされる。
【００５６】なお、素材からの符号発生量の目標値を、
ディスク２０に記録することのできる総データ量より幾
分小さな値に設定して、量子化パラメータを決定するよ
うにしても良い。
【００５７】この量子化パラメータは、エンコーダ３の
量子化回路１４における量子化のステップサイズであ
り、ＤＣＴ回路１３が出力するデータを割り算する除数
として用いられる。コントローラ４は、量子化パラメー
タを決定すると、それを記憶装置５に供給し記憶させ
る。
【００５８】記憶装置５に記憶された符号化パラメータ
（動きベクトル、フレーム構造、予測モードおよび量子
化パラメータ）は、そこから読み出され、エンコーダ３
に供給される。エンコーダ３は、記憶装置５より供給さ
れた符号化パラメータ（動きベクトル、フレーム構造、
予測モードおよび量子化パラメータ）に対応して、ディ
ジタルＶＴＲ１より供給されるビデオデータをエンコー
ドする。
【００５９】そして、その結果発生したエンコードデー
タ（発生符号量（発生データ量）およびＳ／Ｎ等）をコ
ントローラ４に出力する（ステップＳ１２）。コントロ
ーラ４はエンコーダ３より供給された発生符号量、Ｓ／
Ｎなどを検討し、問題のあるフレームのパラメータを再
設定（修正）する（ステップＳ１３）。即ち、発生符号
量が十分小さくならなかったり（データが十分圧縮され
ていなかったり）、十分な大きさのＳ／Ｎを得ることが
出来なかったような場合においては、設定したパラメー
タが不適切であるとして再設定（修正）が行なわれるの
である。
【００６０】さらに、発生符号量の総和と、ディスク２
０の総データ量が比較され（ステップＳ１４，Ｓ１
６）、発生符号量の総和がディスク２０の総データ量を
越えていた場合には、以下のようなパラメータの操作が
行われ、発生符号量が抑制される（ステップＳ１５）。
【００６１】即ち、例えばシーケンス（圧縮符号化処
理）全体または一部の、量子化パラメータが大きめに再
設定され、以下必要に応じて、フレーム構造が見直さ
れ、Ｂピクチャの頻度が増加される。さらに、予測モー
ド情報が見直され、イントラマクロブロックの頻度が減
少されたり、双方向予測マクロブロックの頻度が増加さ
れる。また、プレフィルタとしてのフィルタ回路１８の
フィルタが、入力されるビデオデータの高域成分をより
抑制するような特性のものに変更される。
【００６２】一方、発生符号量の総和がディスク２０の
総データ量を大きく下回っていた場合には、以下のよう
なパラメータの操作が行われ、発生符号量が増加される
（ステップＳ１７）。
【００６３】即ち、例えばシーケンス全体または一部
の、量子化パラメータが小さめに再設定され、以下必要
に応じて、フレーム構造が見直され、Ｂピクチャの頻度
が減少される。さらに、予測モード情報が見直され、イ
ントラマクロブロックの頻度が増加されたり、双方向予
測マクロブロックの頻度が減少される。また、プレフィ
ルタとしてのフィルタ回路１８のフィルタが、入力され
るビデオデータの高域成分を抑制しないような特性のも
のに変更されるか、或いはフィルタ回路１８をバイパス
してディジタルＶＴＲ１からのビデオデータがそのまま
エンコーダ３に入力されるように、スイッチ回路１９が
次のようにして制御される。
【００６４】つまり、コントローラ４は、記憶装置５に
記憶された符号化パラメータにより、ディジタルＶＴＲ
１からのビデオデータの周波数帯域をフィルタ回路１８
で制限せずにエンコーダ３に入力しても問題ないかどう
か判定し（ビデオデータの発生符号量が、莫大に増加す
ることがないかどうかを判定し）、問題ないと判定する
と、スイッチ情報を記憶装置５に供給し、記憶させる。
このスイッチ情報は、切り換え信号として記憶装置５か
らスイッチ回路１９に供給され、この切り換え信号に基
づいて、フィルタ回路１８からのビデオデータに代わっ
て、ディジタルＶＴＲ１からのビデオデータが選択され
る。これにより、周波数帯域の制限されていないビデオ
データがエンコーダ３に入力されるようになる。
【００６５】以上のように再設定されたパラメータにし
たがって、エンコーダ３は再びエンコードを行なう（ス
テップＳ１８）。このエンコードにより得られた発生符
号量およびＳ／Ｎ等が同様にしてコントローラ４に供給
される。コントローラ４は、このようにして得られた発
生符号量およびＳ／Ｎ等が、求められている規格に合致
するものであるか否か判定する（ステップＳ１９）。も
し、求められている規格に合致しないものである場合
は、その規格に合致しない部分のパラメータが手直しさ
れる（ステップＳ２０）。そして、ステップＳ１８に戻
り再びエンコードが実行される。
【００６６】このようにして、求められている規格に合
致した発生符号量とＳ／Ｎが得られた場合においては、
次に人間によるチェックが行なわれる。即ちエンコーダ
３により処理された画像がモニタ６に出力表示される。
操作者は、この表示を見て問題のある部分があればこれ
を手直しする（ステップＳ２１，Ｓ２２）。即ち、予測
モードおよび量子化パラメータをコントローラ４を介し
て手動操作により設定し直し、そのパラメータに対応す
るエンコードを実行させる（ステップＳ２３）。このよ
うな処理が視覚的に見て問題がなく、さらに発生符号量
の総和がディスク２０の総データ量と同一（または同一
と見なせる許容範囲）になるまで繰り返されることにな
る。
【００６７】このようにして満足のいく画像が得られた
場合、エンコーダ３より出力されたビットストリームが
ディスク２０に供給され、記録されることになる。記憶
装置５はこのようにして調整設定したパラメータをすべ
て記憶しており、このパラメータを設定すれば、ディジ
タルＶＴＲ１より出力されたビデオデータを設定調整し
た通りの画像データに圧縮して出力することができる。
【００６８】次にエンコーダ３の処理について説明す
る。エンコーダ３においてはディジタルＶＴＲ１より入
力されたビデオデータがフレームメモリ１１に記憶され
る。このフレームメモリ１１に記憶されたビデオデータ
に対して動き補償回路１２において、記憶装置５より入
力された予測モードおよび動きベクトルを使って予測画
像が生成される。この動き補償された予測画像のデータ
がＤＣＴ回路１３に供給され、ＤＣＴ処理される。この
ＤＣＴ処理は画像を画素レベルではなく、コサイン関数
のどの周波数成分がどれだけ含まれているかで表現する
ものであり、例えば２次元ＤＣＴにより８×８の画素ブ
ロックは８×８のコサイン関数の成分の係数ブロックに
変換される。例えばテレビカメラで撮ったような自然画
はなめらかな信号になることが多く、この場合ＤＣＴ処
理すると効率よくデータ量を小さくすることができる。
【００６９】このＤＣＴ回路１３の出力を量子化回路１
４において、記憶装置５より供給された量子化パラメー
タに対応して所定のステップサイズで量子化すると、Ｄ
ＣＴ処理されたデータは殆どが０となり、わずかに大き
な係数が残る。そこで量子化回路１４の出力を可変長符
号化回路１５に供給し、ジグザグスキャンをして、０で
ない係数と、その係数の前にどれだけ０が続いたかを示
す０ランを１組としたハフマン符号（可変長符号）とす
る。このハフマン符号は、ディジタルＶＴＲ１より出力
されたオリジナルのビデオデータに比べ、そのデータ量
は大幅に圧縮されていることになる。
【００７０】一方、上述したようにＰピクチャ或はＢピ
クチャを処理する場合、時間的に前のフレームのデータ
が必要となる。このデータを用意するため量子化回路１
４の出力が逆量子化回路１６により逆量子化され、逆量
子化されたデータがさらに逆ＤＣＴ回路１７により逆Ｄ
ＣＴ処理されてフレームメモリ１１に記憶される。即
ち、これにより量子化回路１４により量子化し、可変長
符号化回路１５を介して出力したデータと同一のデータ
がフレームメモリ１１に記憶されることになる。動き補
償回路１２は、このようにしてフレームメモリ１１に記
憶されている時間的に前のフレームのデータを必要に応
じて参照し、所定の処理を行なうことになる。
【００７１】また、このようにしてエンコード処理した
データをフレームメモリ１１から読み出し、モニタ６に
供給することにより、実際に処理した結果得られた画像
を視覚的に確認することができる。
【００７２】以上のように、ビデオデータの符号化デー
タのＳ／Ｎ比に基づいて、符号化パラメータを変更する
だけでなく、ディスク２０に記録することのできるデー
タ量（総データ量）と、ビデオデータの発生符号量とが
同一（または同一と見なせる許容範囲）になるように、
符号化パラメータを変更するようにしたので、記録する
ことのできるデータ量が一定のディスク２０に記録する
データが、可変レートのデータであっても、ディスク２
０に記録しきれなくなったり、またディスク２０の記録
域が不必要に余ってしまうことを防止するとともに、画
質の劣化を防止することができる。
【００７３】なお、本実施例においては、符号化したデ
ータを記録する記録媒体としてディスク２０を用いた
が、これに限られるものではない。
【００７４】さらに、本実施例では、符号化データのＳ
／Ｎ比を、所謂信号のＳ／Ｎ比の意味するものとして用
いたが、このＳ／Ｎ比を、例えば符号化する前のビデオ
データと、符号化したビデオデータを復号したビデオデ
ータとの画素ごとの差分の総和や、その平均値と理解し
ても良い。
【００７５】
【発明の効果】以上の如く、本発明の動画像符号化装置
によれば、ビデオデータを記憶し、ビデオデータを符号
化パラメータに従って符号化し、符号化に必要な符号化
パラメータを設定し、符号化をコントロールし、符号化
パラメータを記憶し、符号化パラメータにしたがってビ
デオデータを符号化して第１のエンコードデータを生成
したときに発生するデータ量と、記録媒体の総データ量
とを比較し、比較結果に基づいて符号化パラメータを必
要に応じて再設定し、符号化パラメータが再設定された
場合、記憶されたビデオデータのうち、第１のエンコー
ドデータに対応するビデオデータの少なくとも一部を、
再設定された符号化パラメータに従って符号化して、第
２のエンコードデータを生成する。従って、必要に応じ
て任意の部分のエンコード処理をやり直すことが可能に
なるとともに、記録媒体の記録域を有効に利用して、デ
ータを記録することができる。
【００７６】さらに、この動画像符号化装置によれば、
コントロール手段に、符号化パラメータにしたがってビ
デオデータを符号化したデータのＳ／Ｎ比に基づいて、
符号化パラメータをさらに変更させる。従って、画質の
劣化を防止することができる。
【００７７】また、この動画像符号化装置によれば、符
号化パラメータに基づいて、フィルタ手段によりビデオ
データをフィルタリングする。従って、符号化によるデ
ータの発生量を抑制することができる。
【００７８】本発明の動画像符号化方法によれば、ビデ
オデータを記憶し、符号化パラメータを設定し、符号化
パラメータを記憶し、ビデオデータを符号化パラメータ
にしたがって符号化し、符号化パラメータにしたがって
ビデオデータを符号化したときに発生するデータ量と、
記録媒体の総データ量とを比較し、比較結果に基づい
て、符号化パラメータを必要に応じて再設定し、符号化
パラメータが再設定された場合、再設定された符号化パ
ラメータにしたがって、記憶されたビデオデータのう
ち、符号化されたものと同一のビデオデータの少なくと
も一部を符号化する。従って、より適切な符号化を行う
ことが可能となる。
【００７９】さらに、この動画像符号化方法によれば、
一度符号化されたビデオデータのＳ／Ｎ比に基づいて、
符号化パラメータをさらに変更する。そして、変更され
た符号化パラメータに基づいて、再度ビデオデータが符
号化される。従って、画質の劣化を防止することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動画像符号化装置の一実施例の構成を
示すブロック図である。
【図２】図１の実施例におけるシーンチェンジを検出す
る場合の動作を説明するフローチャートである。
【図３】図１の実施例におけるエンコード処理を説明す
るフローチャートである。
【図４】図１の実施例におけるフーレム構造を説明する
図である。
【図５】フレーム構造と予測モードの関係を説明する図
である。
【図６】図１の実施例における予測モードを決定する場
合の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１ ディジタルＶＴＲ ２ 動き検出回路 ３ エンコーダ ４ コントローラ ５ パラメータ記憶装置 ６ モニタ １１ フレームメモリ １２ 動き補償回路 １３ ＤＣＴ回路 １４ 量子化回路 １５ 可変長符号化回路 １６ 逆量子化回路 １７ 逆ＤＣＴ回路 １８ フィルタ回路 １９ スイッチ回路 ２０ ディスク

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ビデオデータを圧縮処理して符号化し、
    記録媒体に記録する動画像符号化装置において、上記ビデオデータを記憶する第１の記憶手段と、 上記ビデオデータを 符号化パラメータに従って符号化す
    るエンコード手段と、上記エンコード手段の処理に必要
    な上記符号化パラメータを設定し、上記エンコード手段
    をコントロールするコントロール手段と、 上記符号化パラメータを記憶する第２の記憶手段とを備
    え、 上記コントロール手段は、上記符号化パラメータにした
    がって上記ビデオデータを符号化して第１のエンコード
    データを生成したときに発生するデータ量と、上記記録
    媒体の総データ量とを比較し、比較結果に基づいて上記
    符号化パラメータを必要に応じて再設定し、上記エンコード手段は、上記符号化パラメータが再設定
    された場合、上記第１の記憶手段に記憶された上記ビデ
    オデータのうち、上記第１のエンコードデータに対応す
    る上記ビデオデータの少なくとも一部を、再設定された
    上記符号化パラメータに従って符号化して、第２のエン
    コードデータを生成する ことを特徴とする動画像符号化
    装置。
  2. 【請求項２】 上記コントロール手段は、上記符号化パ
    ラメータにしたがって上記ビデオデータを符号化したデ
    ータのＳ／Ｎ比に基づいて、上記符号化パラメータをさ
    らに変更することを特徴とする請求項１に記載の動画像
    符号化装置。
  3. 【請求項３】 上記ビデオデータをフィルタリングする
    フィルタ手段と、 上記符号化パラメータに基づいて、上記フィルタ手段に
    より上記ビデオデータをフィルタリングするフィルタリ
    ング特性を選択する選択手段とをさらに備えることを特
    徴とする請求項１または２に記載の動画像符号化装置。
  4. 【請求項４】 上記エンコード手段は、 上記ビデオデータを量子化する量子化手段を有し、 上記符号化パラメータは、上記量子化手段の量子化特性
    を制御する量子化パラメータを含むことを特徴とする請
    求項１乃至３のいずれかに記載の動画像符号化装置。
  5. 【請求項５】 上記符号化パラメータは、上記ビデオデ
    ータの各フレームごとの符号化方式を規定するフレーム
    構造情報を含むことを特徴とする請求項１乃至４のいず
    れかに記載の動画像符号化装置。
  6. 【請求項６】 上記符号化パラメータは、所定のブロッ
    クごとの差分をとる基準となる画像を規定する予測モー
    ド情報を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれ
    かに記載の動画像符号化装置。
  7. 【請求項７】 上記ビデオデータの動きベクトルを検出
    する動き検出手段をさらに備え、 上記エンコード手段は、 上記量子化手段により量子化されたデータを逆量子化す
    る逆量子化手段と、 上記動き検出手段により検出された動きベクトルを用い
    て上記逆量子化手段により逆量子化されたデータに動き
    補償を施す動き補償手段とをさらに有し、 上記符号化パラメータは、上記動きベクトルを含むこと
    を特徴とする請求項４に記載の動画像符号化装置。
  8. 【請求項８】 上記エンコード手段は、 上記量子化手段の前段に、上記ビデオデータをＤＣＴ処
    理するＤＣＴ手段と、 上記逆量子化手段の後段に、上記ビデオデータを逆ＤＣ
    Ｔ処理する逆ＤＣＴ手段とをさらに有することを特徴と
    する請求項７に記載の動画像符号化装置。
  9. 【請求項９】 ビデオデータを圧縮処理して符号化し、
    記録媒体に記録する動画像符号化方法において、上記ビデオデータを第１の記憶手段に記憶する第１の記
    憶ステップと、 符号化パラメータを設定する設定ステップと、 上記符号化パラメータを記憶する第２の記憶ステップ
    と、 上記ビデオデータを上記符号化パラメータにしたがって
    符号化する第１の符号化ステップと、 上記符号化パラメータにしたがって上記ビデオデータを
    符号化したときに発生するデータ量と、上記記録媒体の
    総データ量とを比較する比較ステップと、 上記比較ステップの比較結果に基づいて、上記符号化パ
    ラメータを必要に応じて再設定する再設定ステップと、 上記再設定ステップで上記符号化パラメータが再設定さ
    れた場合、再設定された符号化パラメータにしたがっ
    て、上記第１の記憶ステップの処理で記憶された上記ビ
    デオデータのうち、上記第１の符号化ステップの処理に
    より符号化されたものと同一の上記ビデオデータの少な
    くとも一部を符号化する第２の符号化ステップとを備え
    ることを特徴とする動画像符号化方法。
  10. 【請求項１０】 上記変更ステップは、上記符号化パラ
    メータにしたがって上記ビデオデータを符号化したデー
    タのＳ／Ｎ比に基づいて、上記符号化パラメータをさら
    に変更することを特徴とする請求項９に記載の動画像符
    号化方法。
  11. 【請求項１１】 上記第１および第２符号化ステップ
    は、 上記ビデオデータを量子化するステップを有し、 上記符号化パラメータは、上記ビデオデータを量子化す
    る量子化特性を制御する量子化パラメータを含むことを
    特徴とする請求項９または１０に記載の動画像符号化方
    法。
  12. 【請求項１２】 上記符号化パラメータは、上記ビデオ
    データの各フレームごとの符号化方式を規定するフレー
    ム構造情報を含むことを特徴とする請求項９乃至１１の
    いずれかに記載の動画像符号化方法。
  13. 【請求項１３】 上記符号化パラメータは、所定のブロ
    ックごとの差分をとる基準となる画像を規定する予測モ
    ード情報を含むことを特徴とする請求項９乃至１２のい
    ずれかに記載の動画像符号化方法。
  14. 【請求項１４】 上記符号化パラメータは、画像に動き
    補償を施すための動きベクトルを含むことを特徴とする
    請求項９乃至１３のいずれかに記載の動画像符号化方
    法。
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