JP3194317B2 - Variable rate coding device for image signal - Google Patents
Variable rate coding device for image signalInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、画像信号のディジタル
伝送装置において、符号化レートの変更が可能な画像信
号用可変レート符号化装置に関する。The present invention relates to a digital transmission apparatus of the image signal, capable image signal changes in the encoding rate
The present invention relates to a variable rate coding device for signal processing .
【0002】[0002]
【従来の技術】可変レート伝送が可能なネットワークと
接続して画像信号をディジタル伝送するシステムでは、
符号化装置に量子化ステップサイズが異なる複数の量子
化テーブルを用意し、ネットワークの輻輳状態に対応し
て量子化テーブルを切り替えて符号化レートを可変させ
る方式をとっている。2. Description of the Related Art In a system for digitally transmitting an image signal by connecting to a network capable of variable-rate transmission,
The encoding apparatus prepares a plurality of quantization tables having different quantization step sizes, and switches the quantization table according to the congestion state of the network to change the encoding rate.
【0003】図4は、従来の画像信号用可変レート符号
化装置の構成例を示す。図において、量子化テーブル4
1は、大きい量子化ステップサイズから小さい量子化ス
テップサイズまでを含むテーブルである。符号化制御部
42は1つの量子化テーブルを選択し、符号化部43は
その量子化ステップサイズに応じた符号化レートで入力
される画像信号aを符号化する。バッファメモリ44
は、その符号化データbを一旦蓄積した後にネットワー
クに送出する。FIG. 4 shows an example of the configuration of a conventional variable rate encoding apparatus for image signals. In the figure, quantization table 4
1 is a table including a range from a large quantization step size to a small quantization step size. The encoding control unit 42 selects one quantization table, and the encoding unit 43 encodes the input image signal a at an encoding rate corresponding to the quantization step size. Buffer memory 44
Transmits the encoded data b to the network after temporarily storing it.
【0004】従来装置では、量子化テーブル41の選択
によって対応する符号化レートを設定する構成になって
いる。すなわち、同一入力信号に対して大きい量子化ス
テップサイズの量子化テーブルを用いれば出力量子化レ
ベル数は少なくなり、それに対応付けるコード長も短く
できるので、結果的に符号化レートが低減できるという
ものである。逆に、小さい量子化ステップサイズの量子
化テーブルを選択すれば符号化レートは増加する。In the conventional apparatus, a corresponding coding rate is set by selecting a quantization table 41. That is, if a quantization table having a large quantization step size is used for the same input signal, the number of output quantization levels is reduced, and the code length associated therewith can be shortened. As a result, the coding rate can be reduced. is there. Conversely, if a quantization table with a small quantization step size is selected, the coding rate increases.
【0005】なお、量子化テーブル41の選択は、符号
化制御部42の制御に基づいて行われる。符号化制御部
42は、バッファメモリ44内のデータ量cを監視し、
データ量が所定値より大きくなれば大きい量子化ステッ
プサイズの量子化テーブルを選択し、データ量が所定値
より小さくなれば小さい量子化ステップサイズの量子化
テーブルを選択することにより、所定の符号化レートに
なるように制御する。The selection of the quantization table 41 is performed based on the control of the encoding control unit 42. The encoding control unit 42 monitors the data amount c in the buffer memory 44,
When the data amount is larger than a predetermined value, a quantization table having a large quantization step size is selected, and when the data amount is smaller than a predetermined value, a quantization table having a small quantization step size is selected. Control the rate.
【0006】また、符号化制御部42はネットワークか
らの符号化レート指示信号dを受け、対応する量子化ス
テップサイズの量子化テーブルを使用することにより符
号化レートを制御する。たとえば、ネットワークが輻輳
状態になった場合には、ネットワーク側から符号化レー
トを低減させる符号化レート指示信号dを受け、大きい
量子化ステップサイズの量子化テーブルに切り替えて符
号化レートを低減させるようになっている。なお、符号
化レート指示信号dには、その他にネットワークの輻輳
状態に対応して、符号化レートの増加あるいは所定の符
号化レートの設定を指示するものがある。[0006] The encoding control unit 42 receives the encoding rate instruction signal d from the network, and controls the encoding rate by using a quantization table having a corresponding quantization step size. For example, when the network is in a congested state, a coding rate instruction signal d for reducing the coding rate is received from the network side, and the coding rate is reduced by switching to a quantization table having a large quantization step size. It has become. In addition, the coding rate instruction signal d includes an instruction to increase the coding rate or to set a predetermined coding rate according to the congestion state of the network.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の画
像信号用可変レート符号化装置における符号化レートの
変更は、量子化ステップサイズの異なる量子化テーブル
への切り替えによる方法がとられていた。As described above, the coding rate in the conventional variable rate coding apparatus for image signals is changed by switching to a quantization table having a different quantization step size. .
【0008】しかし、符号化処理中のデータに対しては
量子化テーブルの変更ができない。そのために、符号化
レートの低減指示から実際に符号化レートが低減される
までに処理遅延が生じ、その間にネットワークの輻輳に
よるデータ廃棄が生ずることがあった。また、バッファ
メモリ内にすでに蓄積されている符号化データについて
も処理遅延の問題は同様であり、量子化テーブルが速や
かに切り替わったとしても、実際に符号化レートが変更
になるのはバッファメモリ内の蓄積データがすべて送出
されてからとなっていた。このように、従来装置では符
号化レートの変更指示に対する応答が遅く、さらにバッ
ファメモリにおける遅延も加わるために、その間にネッ
トワーク上でデータ廃棄が生じて画像品質を劣化させる
ことがあった。However, the quantization table cannot be changed for data being encoded. For this reason, a processing delay occurs from the instruction to reduce the coding rate until the coding rate is actually reduced, and during that time, data may be discarded due to network congestion. Also, the problem of processing delay is the same for coded data already stored in the buffer memory, and even if the quantization table is switched quickly, the coding rate is not actually changed in the buffer memory. Has been transmitted after all of the stored data. As described above, in the conventional apparatus, the response to the instruction to change the coding rate is slow, and the delay in the buffer memory is added. During this time, data is discarded on the network, thereby deteriorating the image quality.
【0009】さらに、量子化テーブル自体を符号化装置
側から復号化装置側に伝送する方式では、量子化テーブ
ルの変更に伴って量子化テーブル自体の情報を伝送しな
ければならず、その分の符号化データが伝送できなくな
る。これでは、却って画像品質を劣化させることにな
り、符号化レート低減のために頻繁に量子化テーブルを
変更することができなかった。すなわち、量子化テーブ
ル自体を伝送する方式では、符号化レートを柔軟に変更
することができなかった。Further, in the method of transmitting the quantization table itself from the encoding device to the decoding device, the information of the quantization table itself must be transmitted according to the change of the quantization table. The encoded data cannot be transmitted. In this case, the image quality is rather deteriorated, and the quantization table cannot be frequently changed to reduce the coding rate. That is, in the method of transmitting the quantization table itself, the encoding rate cannot be flexibly changed.
【0010】本発明は、ネットワーク側からの符号化レ
ート指示信号に対して、柔軟にかつ速やかに符号化レー
トを変更することができる画像信号用可変レート符号化
装置を提供することを目的とする。[0010] The present invention provides a variable rate encoding apparatus for image signals which can flexibly and quickly change the encoding rate in response to an encoding rate instruction signal from the network side .
It is intended to provide a device .
【0011】[0011]
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、量子化ステップサイズが異なる複数の量子化テーブ
ルを有し、ネットワークからの輻輳状態に応じた符号化
レート指示信号を受けて対応する量子化テーブルを選択
し、その量子化ステップサイズに応じた符号化レートで
画像信号を符号化する符号化手段と、画像信号の符号化
データを一旦蓄積してネットワークに送出するバッファ
メモリとを備えた画像信号用可変レート符号化装置にお
いて、符号化レート指示信号を受け、それが符号化レー
トの低減を指示するときに、バッファメモリ内のフレー
ムデータの中から優先順位の低いフレームデータを廃棄
し、優先順位の高いフレームデータのみをネットワーク
に送出するデータ廃棄処理手段を備えたことを特徴とす
る。The invention according to claim 1 has a plurality of quantization tables having different quantization step sizes, and receives a coding rate instruction signal corresponding to a congestion state from a network. Encoding means for selecting a quantization table to be encoded and encoding an image signal at an encoding rate corresponding to the quantization step size, and a buffer memory for temporarily storing encoded data of the image signal and sending it to a network. in the variable rate coding apparatus for image signals comprising, receiving a coded rate indication signal, when it is instructed to reduce the coding rate, frame in the buffer memory
Discarding the lower frame data priority from the beam data, and characterized in that only the high frame data priority with data discarding processing means for sending to the network.
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【作用】請求項1に記載の発明の符号化装置では、バッ
ファメモリに蓄積されているデータのうち優先順位の低
いデータを廃棄し、優先順位の高いデータのみをネット
ワークに送出することにより、符号化レートを直接変更
することができる。これにより、量子化テーブルの切り
替えおよびバッファメモリに起因する符号化レートの変
更遅延が解消され、ネットワーク側からの符号化レート
低減指示に対して速やかに応答することができる。な
お、量子化テーブルの切り替えは、データ廃棄に伴う符
号化レートの低減と同時あるいは所定時間経過後に行
う。In the encoding apparatus according to the first aspect of the present invention, the low priority data among the data stored in the buffer memory is discarded, and only the high priority data is transmitted to the network. The conversion rate can be changed directly. As a result, a delay in switching the quantization table and a change in the coding rate caused by the buffer memory is eliminated, and it is possible to quickly respond to a coding rate reduction instruction from the network side. The switching of the quantization table is performed simultaneously with the reduction of the encoding rate accompanying the data discarding or after a predetermined time has elapsed.
【0014】[0014]
【0015】[0015]
【実施例】図1は、請求項1に記載の発明の画像信号用
可変レート符号化装置の実施例構成を示す。1 shows the configuration of an embodiment of a variable rate encoding apparatus for an image signal according to the present invention.
【0016】図において、図4に示す従来と同一のもの
は同一符号を付した。すなわち、量子化テーブル41,
符号化制御部42,符号化部43およびバッファメモリ
44は従来と同一である。In the figure, the same components as those of the prior art shown in FIG. That is, the quantization table 41,
The encoding control unit 42, the encoding unit 43, and the buffer memory 44 are the same as the conventional one.
【0017】本実施例では、データ廃棄処理部11およ
びデータ廃棄制御部12を備える。データ廃棄処理部1
1は、バッファメモリ44が出力する符号化データbを
取り込み、廃棄データ指示信号eに応じて符号化データ
bの中から優先順位の低いデータを廃棄し、ネットワー
クに廃棄処理された符号化データfを出力する。データ
廃棄制御部12は、ネットワークから符号化レート指示
信号dを受け、指示された符号化レートに対応して廃棄
対象となるデータの優先順位を決定し、データ廃棄処理
部11にその優先順位に従った廃棄データ指示信号eを
送出する。In this embodiment, a data discard processing unit 11 and a data discard control unit 12 are provided. Data discard processing unit 1
1 fetches the coded data b output from the buffer memory 44, discards low-priority data from the coded data b in response to the discard data instruction signal e, and outputs the coded data f discarded to the network. Is output. The data discarding control unit 12 receives the coding rate instruction signal d from the network, determines the priority of data to be discarded in accordance with the specified coding rate, and gives the data discarding unit 11 the priority. The corresponding discard data instruction signal e is transmitted.
【0018】ここで、バッファメモリ44に蓄積される
符号化データbの優先順位について、図3に示すMPE
G(Moving Picture Expert Group)方式による符号化デ
ータを例にとって説明する。なお、MPEG方式は、複
数の動画像フレームを一組として符号化処理する動画像
符号化の国際標準の一つになっている。Here, the priority order of the encoded data b stored in the buffer memory 44 will be described with reference to the MPE shown in FIG.
Description will be made by taking encoded data according to the G (Moving Picture Expert Group) method as an example. The MPEG system has become one of the international standards for moving picture coding in which a plurality of moving picture frames are subjected to coding processing as a set.
【0019】図3において、(1)は中2フレームについ
て両方向予測符号化したものである。なお、Iはフレー
ム内符号化データであり、Iフレームデータのみで画像
信号の復元が可能である。Pは前方予測符号化データで
あり、IフレームデータまたはPフレームデータを用い
て予測符号化を行っているので、再生にはこれらのデー
タの再生が必要である。Bは両方向予測符号化データで
あり、IフレームデータとPフレームデータ、または前
後のPフレームデータを用いて予測符号化を行っている
ので、再生にはこれらのデータの再生が必要である。
(2) はこの予測符号化による各データの伝送順序の例を
示したものであり、受信側における復号処理の順序に合
わせてI,P,B,B,P,…,I,B,Bの順に伝送
される。各データには、定位置に同期信号、データ種別
および動きベクトル等の予測に用いたサイド情報が含ま
れており、データの途中から区切りを検出して情報を取
り出したり、符号化データの復号処理が可能になってい
る。In FIG. 3, (1) shows bidirectional predictive encoding of two middle frames. Note that I is intra-frame coded data, and an image signal can be restored using only I-frame data. P is forward prediction encoded data, and since prediction encoding is performed using I frame data or P frame data, reproduction of these data is necessary for reproduction. B is bidirectionally predictive encoded data, and since predictive encoding is performed using I frame data and P frame data, or P frame data before and after, the reproduction of these data is necessary.
(2) shows an example of the transmission order of each data by this predictive coding, and I, P, B, B, P,..., I, B, B in accordance with the order of decoding processing on the receiving side. Are transmitted in this order. Each data contains, at a fixed position, side information used for prediction of a synchronization signal, a data type, a motion vector, and the like. The data is detected by detecting a break from the middle of the data, and decoding processing of encoded data is performed. Has become possible.
【0020】この3種類のデータに対して、I,P,B
フレームの順に優先順位を付ける。すなわち、Iフレー
ムは一組の符号化データの復号化処理において基準とな
るので、最も高い優先順位を設定する。For these three types of data, I, P, B
Prioritize in frame order. That is, since the I frame serves as a reference in the decoding processing of a set of encoded data, the highest priority is set.
【0021】データ廃棄制御部12は、ネットワークか
ら符号化レートの低減指示を受けると、最も優先順位の
低いBフレームデータを廃棄するようにデータ廃棄処理
部11に廃棄データ指示信号eを送出する。データ廃棄
処理部11では、この廃棄データ指示信号eに応じて、
まずBフレームのデータ送信を中止し、これを廃棄す
る。したがって、ネットワークにはIおよびPフレーム
のデータのみが送られることになり、符号化レートを速
やかに低減することができる。すなわち、ネットワーク
からの符号化レート低減指示に対して応答が早く、ネッ
トワークでのデータ廃棄を防止することが可能となる。
なお、Bフレームの廃棄に続いてPフレームの廃棄も可
能であり、さらに符号化レートを低減させることができ
る。When receiving a coding rate reduction instruction from the network, the data discard control unit 12 sends a discard data instruction signal e to the data discard processing unit 11 so as to discard the B frame data having the lowest priority. In accordance with the discard data instruction signal e, the data discard processing unit 11
First, the transmission of the B frame data is stopped and discarded. Therefore, only the data of the I and P frames is sent to the network, and the coding rate can be reduced quickly. That is, the response to the coding rate reduction instruction from the network is quick, and it is possible to prevent data discarding in the network.
Note that it is possible to discard the P frame following the discard of the B frame, and it is possible to further reduce the coding rate.
【0022】一方、受信側では廃棄されたフレームが間
引かれた状態となる。すなわち、再生フレーム数が通常
の復号フレーム数よりも少ない状態となるので、補間処
理が必要となる。したがって、本発明の画像信号用可変
レート符号化装置に対応する復号化装置が必要となる。On the other hand, the discarded frames are thinned out on the receiving side. That is, since the number of reproduced frames is smaller than the number of normal decoded frames, interpolation processing is required. Therefore, a decoding device corresponding to the image signal variable rate encoding device of the present invention is required.
【0023】図2は、画像信号用可変レート復号化装置
の構成例を示す。図において、受信された符号化データ
fはバッファメモリ21を介して復号化部22に入力さ
れ、符号化装置側での処理に対応する量子化テーブル2
3を用いて復号化される。復号化制御部24は、受信さ
れた符号化データfから符号化に用いた量子化テーブル
を識別し、対応する量子化テーブル23を選択する。ま
た、復号化制御部24は、例えば符号化データfのシー
ケンス番号を監視し、符号化装置側のデータ廃棄によっ
て生じたデータ欠落を検出してデータ補間制御部25に
通知する。一方、復号化部22で復号化された信号はフ
レームメモリ26に記録され、データ補間制御部25の
制御によって欠落部分の補間再生が行われ、復号化され
た画像信号aが生成される。FIG. 2 shows a variable rate decoding apparatus for an image signal .
An example of the configuration will be described. In the figure, a received coded data f is input to a decoding unit 22 via a buffer memory 21, and a quantization table 2 corresponding to the processing on the coding device side.
3 is decoded. The decoding control unit 24 identifies the quantization table used for encoding from the received encoded data f, and selects the corresponding quantization table 23. Further, the decoding control unit 24 monitors, for example, the sequence number of the coded data f, detects data loss caused by data discard on the coding device side, and notifies the data interpolation control unit 25 of it. On the other hand, the signal decoded by the decoding unit 22 is recorded in the frame memory 26, the missing part is interpolated and reproduced under the control of the data interpolation control unit 25, and the decoded image signal a is generated.
【0024】ここで、補間方法について説明する。その
1は、前フレームを繰り返し表示する方法である。その
2は、前後のフレームの画素値を距離により重み付け平
均した値を用いる方法である。これは、例えばn,n+
1,n+2,n+3フレームのうち、n+1およびn+
2フレームが廃棄された場合に、その両フレームの画素
値Fn+1(i,j),Fn+2(i,j)は、前後のフレームとの時間
距離に対応して、 Fn+1(i,j)={2・Fn(i,j)+Fn+3(i,j)}/3 Fn+2(i,j)={Fn(i,j)+2・Fn+3(i,j)}/3 に基づいて補間することができる。ただし、i,jは画
素の位置を表す。Here, the interpolation method will be described. The first is a method of repeatedly displaying the previous frame. The second method is to use a value obtained by weighting and averaging the pixel values of the preceding and succeeding frames by distance. This is, for example, n, n +
Of the 1, n + 2, n + 3 frames, n + 1 and n +
When two frames are discarded, the pixel values F n + 1 (i, j) and F n + 2 (i, j) of both frames are represented by F n , corresponding to the time distance between the previous and next frames. +1 (i, j) = {2 · F n (i, j) + F n + 3 (i, j)} / 3 F n + 2 (i, j) = {F n (i, j) + 2 · Interpolation can be performed based on F n + 3 (i, j)} / 3. Here, i and j represent pixel positions.
【0025】なお、上式は4フレームのうち中2フレー
ムが廃棄された場合(図3においてBフレームが廃棄さ
れた場合)の補間方法であるが、定数の変更により任意
のパターンに拡張可能である。また、Pフレームを廃棄
した場合には、一組のフレームデータにおいて、そのP
フレーム以降のフレームについて前フレームのデータの
繰り返し表示、あるいは次の組のIフレームデータを用
いた補間により再生可能である。ただし、Pフレームの
廃棄は画像品質の劣化が顕著になる可能性があるので、
Bフレームの廃棄に続いては従来の量子化テーブルの切
り替えを優先する方法もある。The above equation is an interpolation method when two out of four frames are discarded (when the B frame is discarded in FIG. 3), but can be extended to an arbitrary pattern by changing the constant. is there. When a P frame is discarded, the P frame is discarded in a set of frame data.
The subsequent frames can be reproduced by repeatedly displaying the data of the previous frame or by interpolation using the next set of I-frame data. However, discarding the P frame may cause significant degradation in image quality.
There is also a conventional method of prioritizing the switching of the quantization table after discarding the B frame.
【0026】このように、バッファメモリ44内のデー
タ量cに応じて、またネットワークからの符号化レート
指示信号dに応じて量子化テーブルを選択し、符号化レ
ートを制御する従来機能は、本発明符号化装置における
機能と同時または時間差をおいて併用することが可能で
ある。As described above, the conventional function of selecting a quantization table in accordance with the data amount c in the buffer memory 44 and in response to the coding rate instruction signal d from the network and controlling the coding rate is the present invention. It is possible to use the functions of the invention coding apparatus simultaneously or with a time lag.
【0027】[0027]
【発明の効果】以上説明したように本発明は、量子化テ
ーブルの切り替えおよびバッファメモリに起因する符号
化レートの変更遅延を解消し、ネットワーク側からの符
号化レート低減指示に対して柔軟にかつ速やかに応答
し、符号化レートを低減することができる。したがっ
て、ネットワーク上で輻輳によるデータ廃棄を防止する
ことができ、可変レート符号化方式における画像品質の
安定化を図ることができる。As described above, the present invention eliminates the delay of the coding rate change caused by the switching of the quantization table and the buffer memory, and flexibly and in response to the coding rate reduction instruction from the network side. It is possible to respond quickly and reduce the coding rate. Therefore, data discard due to congestion on the network can be prevented, and image quality in the variable rate coding system can be stabilized.
【0028】また、本発明の符号化装置では、優先順位
に従ってフレーム単位に廃棄しているので、受信側での
補間処理が容易になり、簡単な構成で対応する復号化装
置を実現することができる。また、これにより、一組の
フレームデータ全体が再生不能になるIフレームデータ
の廃棄が回避できるので、画像品質の大幅な劣化を防ぐ
ことができる。Further, in the encoding apparatus according to the present invention, since the discarding is performed in units of frames in accordance with the priority order, the interpolation processing on the receiving side becomes easy, and a corresponding decoding apparatus can be realized with a simple configuration. it can. In addition, this makes it possible to avoid discarding the I frame data that makes the entire set of frame data unreproducible, thereby preventing a significant deterioration in image quality.
【図1】請求項1に記載の発明の画像信号用可変レート
符号化装置の実施例構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment of a variable rate encoding apparatus for an image signal according to the present invention.
【図2】画像信号用可変レート復号化装置の構成例を示
すブロック図。FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of an image signal variable rate decoding device .
【図3】MPEG方式による符号化処理例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of an encoding process according to the MPEG system.
【図4】従来の画像信号用可変レート符号化装置の構成
例を示すブロック図。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration example of a conventional image signal variable rate encoding device.
11 データ廃棄処理部 12 データ廃棄制御部 21 バッファメモリ 22 復号化部 23 量子化テーブル 24 復号化制御部 25 データ補間制御部 26 フレームメモリ 41 量子化テーブル 42 符号化制御部 43 符号化部 44 バッファメモリ Reference Signs List 11 data discard processing unit 12 data discard control unit 21 buffer memory 22 decoding unit 23 quantization table 24 decoding control unit 25 data interpolation control unit 26 frame memory 41 quantization table 42 encoding control unit 43 encoding unit 44 buffer memory
Claims (1)
子化テーブルを有し、ネットワークからの輻輳状態に応
じた符号化レート指示信号を受けて対応する量子化テー
ブルを選択し、その量子化ステップサイズに応じた符号
化レートで画像信号を符号化する符号化手段と、 前記画像信号の符号化データを一旦蓄積してネットワー
クに送出するバッファメモリとを備えた画像信号用可変
レート符号化装置において、 前記符号化レート指示信号を受け、それが符号化レート
の低減を指示するときに、前記バッファメモリ内のフレ
ームデータの中から優先順位の低いフレームデータを廃
棄し、優先順位の高いフレームデータのみをネットワー
クに送出するデータ廃棄処理手段を備えたことを特徴と
する画像信号用可変レート符号化装置。1. A quantization table having a plurality of quantization tables having different quantization step sizes, receiving a coding rate instruction signal according to a congestion state from a network, selecting a corresponding quantization table, and selecting the quantization step size. Encoding means for encoding the image signal at an encoding rate according to, and a buffer memory for temporarily storing the encoded data of the image signal and sending it to the network, a variable rate encoding apparatus for an image signal, When the coding rate instruction signal is received and it indicates a reduction in the coding rate, the frame rate in the buffer memory is reduced.
Over the low frame data priority from the beam data is discarded and the higher priority frame data only image signals for variable rate coding apparatus characterized by comprising data discarding processing means for sending to the network.
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