JPH0514876A - 動画像符号化方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入力動画像データの性質に関係なく、符号化
処理後の平均発生情報量を所望単位時間当りの情報量へ
制御でき、かつ情報量制御に伴なう再生画像の画質変動
を必要最小限に抑える。 【構成】 原画像データの直交変換による変換係数が、
量子化回路５により、量子化パラメータ制御回路１７か
らの量子パラメータに応じた量子化ステップ幅で量子化
され、可変長符号化回路６に供給されて符号化データと
なる。この符号化データはバッファメモリ８に供給され
て記憶され、所定の速度で読み出される。量子化パラメ
ータ制御回路１７は、符号化処理後のバッファメモリ８
でのデータ蓄積量やバッファメモリ８での過去の同じく
データ蓄積量に応じて、次の符号化処理で情報量が最適
となる量子化ステップ幅が得られるように、量子化パラ
メータを設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル動画像デー
タのデータ圧縮を行なう動画像符号化方式に係り、特
に、フィードバック型の情報量制御技術を用いた動画像
符号化方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】高能率符号化されたディジタル動画像デ
ータ（以下、符号化データという）をデータ通信回線に
より伝送、またはデータ記録メディアに記録するには、
データ通信回線の伝送速度やデータ記録メディアの転送
速度に制限があるため、データ圧縮された符号化データ
の発生情報量を制御する情報量制御が必須な技術となっ
ている。

【０００３】一般に、このような動画像符号化方式で
は、処理の容易さ等からデータ圧縮された符号化データ
を一旦バッファメモリに蓄え、しかる後、データ通信回
線の伝送速度またはデータ記録メディアの転送速度に応
じた速度でこの符号化データをバッファメモリから読み
出して伝送または記録する。また、バッファメモリに蓄
えられている未送出のデータ量、すなわちバッファメモ
リ蓄積量に応じて、次の符号化処理での量子化回路の量
子化ステップ幅を決定する。バッファメモリ蓄積量が多
くなった場合には、量子化ステップ幅を大きくすること
により、発生情報量を抑えてバッファメモリ蓄積量を減
らすように制御し、逆にバッファメモリ蓄積量が少なく
なった場合には、量子化ステップ幅を小さくすることに
より、発生情報量を多くしてバッファメモリ蓄積量を増
やすように制御する。そして、バッファメモリがオーバ
ーフローした際には、符号化処理を中止するか、あるい
は、決められた範囲の量子化ステップ幅よりもさらに大
きな量子化ステップ幅でもって次の符号化処理を行い、
発生情報量を制御するようにしている。

【０００４】バッファメモリ蓄積量によって量子化ステ
ップ幅を決定するフィードバック型の発生情報量制御
は、図１５の式（１）で表わされる。ここで、Ｑは量子
化ステップ幅、ＢＯはバッファメモリ蓄積量、ＯＦＳは
量子化ステップ幅のオフセット値、ＩＮＴ（）は０に向
かっての切捨て、ＢＭはバッファメモリのバッファサイ
ズ、ＱＲは量子化ステップの個数であり、Ｓは図１５の
式（２）で表わされる。

【０００５】なお、このような動画像符号化方式に関連
するものは、例えば、特開平２−２２２３８８号公報に
記載されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、ＴＶ
会議システムやＴＶ電話などのディジタル動画像データ
の高能率圧縮に広く用いられている。ＴＶ会議やＴＶ電
話等での画像信号は、背景が固定で人物のみが動くとい
ったように動き領域が小さく静止領域が多い画像、即ち
画面間の相関が非常に強い画像からなつており、このた
め、符号化処理後の発生情報量はほぼ均一になる。従っ
て、上記従来技術によれば、バッファメモリ蓄積量を用
いて、平均発生情報量をデータ通信回線の所定伝送速度
やデータ記録メディアの所定転送速度から求められる単
位時間当りの情報量になるように制御することができ
る。

【０００７】しかし、通常の動画を表わすテレビジョン
信号等のような画像信号の場合には、パニング、ズーミ
ング等のカメラ効果や絵柄の細かい画像、動きの激しい
画像等画像が時々刻々と変化することから、この変化に
応じて発生情報量も大きく変動することになる。このよ
うな画像信号に上記従来技術を用いた場合、発生情報量
が時々刻々と変化することによってバッファメモリ内に
蓄積されているデータ量も変動し、これに伴なって量子
化ステップ幅の切換え制御が頻繁に行なわれることにな
る。このため、平均発生情報量をデータ通信回線やデー
タ記録メディアに適合した単位時間当りの情報量になる
ように制御することが困難になるばかりでなく、量子化
ステップ幅の変化による再生画像の画質の変動を引き起
こしてしまう。

【０００８】本発明の目的は、かかる問題を解消し、入
力動画像データの性質に関係なく、符号化処理後の平均
発生情報量をデータ通信回線の所定伝送速度やデータ記
録メディアの所定転送速度から求められる単位時間当り
の情報量となるように制御でき、かつ情報量制御に伴な
う再生画像の画質変動を必要最小限に抑えることができ
るようにした動画像符号化方式を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、動画像の原画像データを直交変換して得
られる変換係数を量子化、可変長符号化して符号化デー
タとし、該符号化データをバッファメモリに一旦記憶し
て所定の速度で読み出すようにしたものであって、該バ
ッファメモリでの該符号化データの蓄積状態を判定する
蓄積状態判定手段と、該蓄積状態判定手段からの該バッ
ファメモリの過去の蓄積状態の判定出力を保持する状態
記憶手段と、該蓄積状態判定手段の判定出力と該状態記
憶手段の保持判定出力と該バッファメモリの蓄積量とか
ら量子化パラメータを決定する量子化パラメータ制御決
定手段とからなる量子化パラメータ制御手段を設け、次
の上記量子化に際しての量子化ステップ幅を該量子化パ
ラメータに応じたものとする。

【００１０】また、本発明は、動画像の原画像データを
直交変換して得られる変換係数を量子化、可変長符号化
して符号化データを得、該符号化データをバッファメモ
リに一旦記憶して所定の速度で読み出すようにしたもの
であって、該符号化データの発生情報量を算出する情報
量算出手段と、該情報量算出手段からの発生情報量の状
態を判定する情報量状態判定手段と、該情報量状態判定
手段からの判定出力を保持し過去の発生情報量の状態の
判定出力として出力する状態記憶手段と、該情報量状態
判定手段の判定出力と該状態記憶手段からの過去の判定
出力と符号化処理後の該バッファメモリの蓄積量とから
量子化パラメータを決定する量子化パラメータ制御決定
手段とからなる量子化パラメータ制御手段を設け、上記
量子化に際しての量子化ステップ幅を該量子化パラメー
タに応じたものとする。

【００１１】さらに、本発明は、量子化パラメータ制御
手段で決定された量子化パラメータを、バッファメモリ
蓄積状態または発生情報量状態に応じて、次の符号化処
理のためのより最適な量子化パラメータへ補正する量子
化パラメータ補正手段を設ける。

【００１２】

【作用】蓄積状態比較判定手段は、バッファメモリ蓄積
量、即ちバッファメモリでのデータ通信回線やデータ記
録メディアへの未送出分の符号化データの蓄積度合がど
の程度であるかを判定し、情報量状態判定手段は、符号
化処理後の発生情報量が、動画像符号化方式におけるフ
レーム構造とデータ通信回線の所定伝送速度やデータ記
録メディアの所定転送速度とから決まる符号化されるフ
レームに割り当てられる情報量と比較して発生情報量が
どの程度であるのかを判定する。

【００１３】量子化パラメータ制御手段は、該蓄積量状
態判定手段からのバッファメモリ蓄積状態データまたは
該情報量状態判定手段からの発生情報量状態データとバ
ッファメモリの蓄積量とにより、平均発生情報量を単位
時間当りの情報量へ制御するために適応的に処理し、次
の符号化処理での量子化パラメータを設定する。

【００１４】量子化パラメータ補正手段は、符号化処理
後のバッファメモリでの蓄積状態または発生情報量状態
の情報を用いることにより、設定された上記の量子化パ
ラメータを、次の符号化処理に対してより最適なものと
するために、適応的に補正する。

【００１５】このようにして、符号化処理後のバッファ
メモリのデータ蓄積量または発生情報量の状態変化の様
子から、次の符号化処理に最適な量子化パラメータが設
定さ

【００１６】れることになる。

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は情報量制御方式を適用した本発明による動画
像符号化装置の一実施例を示すブロック図であって、１
は原画像データの入力端子、２は単位ブロック変換回
路、３はデータ減算回路、４は直交変換回路、５は量子
化回路、６は可変長符号化回路、７はデータ多重回路、
８はバッファメモリ、９は符号化データの出力端子、１
０は逆量子化回路、１１は逆直交変換回路、１２はデー
タ加算回路、１３はフレームメモリ、１４は動き補償回
路、１５は動きベクトル検出回路、１６は動きベクトル
符号化回路、１７は量子化パラメータ制御回路である。

【００１７】同図において、ディジタル化された映像信
号である原画像データが入力端子１から入力され、単位
ブロック変換回路２で符号化処理単位となる８×８画素
のブロックに変換される。ブロック化された原画像デー
タはデータ減算回路３で動き補償回路１４からの動き補
償予測画像データが減算され、その差である動き補償予
測誤差データが生成される。この動き補償予測画像デー
タは、既に符号化処理済みの過去のフレームの画像デー
タから動き補償によって予測された画像データである。

【００１８】得られた動き補償予測誤差データは直交変
換回路４で８×８画素をブロックとする２次元ディスク
リートコサイン変換処理がなされ、この変換処理によっ
て得られた周波数成分に相当する変換係数は量子化回路
５で所定の量子化ステップ幅で量子化される。そして、
量子化された変換係数に対し、可変長符号化回路６で、
発生頻度が高いデータに短い符号が、発生頻度が低いデ
ータに長い符号が夫々割り当てられるように、符号割当
てが行なわれ、符号化データが形成される。

【００１９】かかる符号化データは、データ多重回路７
により、付加情報の動きベクトル符号化データと量子化
ステップ幅の情報とが多重され、一旦バッファメモリ８
に蓄えられた後、データ通信回線の伝送速度やデータ記
録メディアの転送速度に応じた速度で読み出されて出力
端子９から出力される。この動きベクトル符号化データ
は動き補償に用いられる動きベクトルの情報であり、動
きベクトル符号化回路１６で形成されるものである。ま
た、量子化ステップ幅の情報は、１フレームの符号化処
理が終了した時点でバッファメモリ８に蓄えられている
１フレーム分の符号化データのデータ量（バッファメモ
リ蓄積量）から、量子化パラメータ制御回路１７によ
り、適応的に決定された量子化パラメータの情報であ
り、この情報によって量子化回路５での量子化ステップ
幅が規定される。

【００２０】量子化回路５からの量子化された変換係数
は、また、逆量子化回路１０で変換係数に戻され、さら
に、逆直交変換回路１１で逆ディスクリートコサイン変
換によって動き補償予測誤差データに戻される。この局
部復号化された動き補償予測誤差データは、データ加算
回路１２により、上記のようにデータ減算回路３で減算
に使用された動き補償回路１４からの動き補償予測画像
データと加算され、局部復号化画像データとしてフレー
ムメモリ１３に書き込まれる。この局部復号化画像デー
タは動画像符号化装置と対になる動画像復号化装置でデ
ータ伸長により再生されるべき画像データであり、フレ
ームメモリ１３で１フレーム分遅延されて動き補償回路
１４に供給され、次のフレームでの動き補償による動き
補償予測画像データを生成するために用いられる。

【００２１】動き補償回路１４は、動きベクトル検出回
路１５で検出された動きベクトルに応じて、フレームメ
モリ１３からの１フレーム前の局部復号化画像データを
ブロック単位でずらして動き補償予測画像データを生成
する。動きベクトル検出回路１５は、単位ブロック変換
回路２からの現フレームの現ブロックの原画像データを
フレームメモリ１３からの１フレーム前の局部符号化画
像データと画素単位でずらしながら比較し、最もブロッ
ク間のブロック差分値が小さくなるブロックのずれ量を
動きベクトルとして検出する。なお、この動きベクトル
は、動きベクトル符号化回路１６において、前ブロック
との差分が可変長符号化される。

【００２２】次に、量子化パラメータ制御回路１７につ
いて説明する。図２はこの量子化パラメータ制御回路１
７の一具体例を示すブロック図であって、１８は蓄積状
態比較判定回路、１９は状態判定スレッショルド設定回
路、２０は遅延回路、２１は量子化パラメータ制御選択
回路、２２１〜２２Ｎはパラメータ制御回路、２３は入
力端子、２４は出力端子である。

【００２３】同図において、バッファメモリ８への１フ
レーム分の符号化データの蓄積が終わって、入力端子２
３からバッファメモリ８（図１）内のデータ蓄積量（即
ちバッファメモリ蓄積量）を表わす情報（以下、蓄積量
情報という）とこのフレームでの量子化パラメータとが
入力され、量子化パラメータ制御選択回路２１と蓄積状
態比較判定回路１８とに供給される。蓄積状態比較判定
回路１８では、この蓄積量情報と状態判定スレッショル
ド設定回路１９に設定されているスレッショルド値とに
より、後述する比較判定処理がなされてバッファメモリ
８の蓄積状態が判定され、その判定結果を表わすバッフ
ァメモリ蓄積状態データが量子化パラメータ制御選択回
路２１に出力される。また、このバッファメモリ蓄積状
態データは遅延回路２０でｎ（但し、ｎは１以上の整
数）フレーム分遅延され、ｎフレーム前のバッファメモ
リ蓄積状態データとして量子化パラメータ制御選択回路
２１に供給される。量子化パラメータ制御選択回路２１
は、蓄積状態比較判定回路１８からのバッファメモリ蓄
積状態データと遅延回路２０からのｎフレーム前のバッ
ファメモリ蓄積状態データとを基に、後述する選択方法
により、異なるパラメータ制御を行なうパラメータ制御
回路２２１〜２２Ｎの中から、次のフレームの符号化処
理における量子化パラメータを決定するための最適なパ
ラメータ制御を行なうパラメータ制御回路を選択する。
このようにして選択されたパラメータ制御回路は、バッ
ファメモリ８から入力端子２３を介して供給される蓄積
量情報や量子化パラメータから次のフレームの符号化処
理に用いるための量子化パラメータを設定し、出力端子
２４から量子化回路５とデータ多重回路７とに供給す
る。

【００２４】ここで、蓄積状態比較判定回路１８でのバ
ッファメモリ８の蓄積状態の比較判定処理の１例を図３
で説明する。同図において、状態判定スレッショルド判
定回路１９には、例えば３個のスレッショルド値Ｔｈ１
〜Ｔｈ３（但し、Ｔｈ１＜Ｔｈ２＜Ｔｈ３＜バッファメ
モリ８の最大データ蓄積量）が設定されており、バッフ
ァメモリ８の蓄積量Ｄが０≦Ｄ＜Ｔｈ１のときは状態
（ａ）、Ｔｈ１≦Ｄ＜Ｔｈ２のときは状態（ｂ）、Ｔｈ
２≦Ｄ＜Ｔｈ３のときは状態（ｃ）、Ｔｈ３≦Ｄ＜バッ
ファフルのときは状態（ｄ）と夫々判定する。かかる判
定結果をバッファメモリ蓄積状態データとして量子化パ
ラメータ制御選択回路２１と遅延回路２０とに供給す
る。

【００２５】量子化パラメータ制御選択回路２１は蓄積
状態比較判定回路１８と遅延回路２０とからのバッファ
メモリ蓄積状態データに対応したパラメータ制御回路２
２１〜２２Ｎを選択するのであるが、バッファメモリ８
の１フレーム分の符号化データの蓄積が終わった時点で
の蓄積状態が図３で示した４つの状態に区分されて判定
される場合には、図４に示すように、１６種類のパラメ
ータ制御１〜１６が設定されることになる。但し、図４
における制御ｉ（ｉ＝１、２、……、１６）は図１にお
けるパラメータ制御回路２２ｉによるパラメータ制御で
ある。そして、例えばバッファメモリ８のデータ蓄積状
態が状態（ａ）から状態（ｂ）に変化したときには、量
子化パラメータ制御選択回路２１はそのデータ蓄積状態
の変化に最適なものとして制御２を選択することにな
る。

【００２６】図５は量子化パラメータ制御選択回路２１
で選択されるパラメータ制御の一具体例を示すものであ
る。この具体例では、説明の便宜上、状態判定スレッシ
ョルド設定回路１９に２つの所定のスレッショルド値が
設定されており、バッファメモリの蓄積状態がＡ、Ｂ、
Ｃ状態の３つの状態に判定区分されるものとしている。
従って、蓄積状態比較判定回路１８と遅延回路２０との
出力により、図５に示すように、９種類の量子化パラメ
ータのパラメータ制御が可能となる。Ａ、Ｂ、Ｃ状態は
夫々図４の状態（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応し、９種
類のパラメータ制御は、図４の制御１から制御９までに
相当するものとする。

【００２７】図５において、バッファメモリ８の蓄積状
態は遅延回路２０からのバッファメモリ蓄積状態データ
で表わされる蓄積状態Ｘから蓄積状態比較判定回路１８
からのバッファメモリ蓄積状態データで表わされる蓄積
状態Ｙになるが、これを（Ｘ→Ｙ）と表わすと、（Ａ→
Ａ）の場合には制御１が選択されて量子化パラメータの
最小値ｑ＿ｍｉｎを次の符号化処理における量子化パラ
メータとする。これにより、量子化回路５の量子化ステ
ップ幅は最小となり、次のフレームでの符号化データの
情報量を増加させる。（Ａ→Ｂ）の場合には制御２が選
択されて量子化パラメータの初期値ｑ＿ｉｎｉｔを次の
符号化処理における量子化パラメータとし、量子化回路
５の量子化ステップ幅を初期値（例えば中間の量子化ス
テップ幅）にして、符号化データの情報量を現状に維持
させる。、（Ａ→Ｃ）の場合には制御５が選択されて入
力端子２３からの量子化パラメータｑにオフセットｓ２
を加えた値ｑ＋ｓ２を次の符号化処理における量子化パ
ラメータとし、このオフセット分量子化回路５の量子化
ステップ幅を増加させて情報量を減少させる。（Ｂ→
Ａ）の場合には制御３が選択されて量子化パラメータｑ
からオフセットｓ１を差し引いた値ｑ＿ｓ１を次の符号
化処理における量子化パラメータとし、このオフセット
分量子化回路５の量子化ステップ幅を減少させて情報量
を増加させる。（Ｂ→Ｂ）の場合には制御４が選択さ
れ、図６（ａ）に示すように、入力端子２３からのバッ
ファメモリ蓄積量に応じた量子化パラメータ制御特性か
ら決定された量子化パラメータを次のフレームでの量子
化パラメータとする。この場合には、Ｂ状態が続いても
その中で量子化ステップ幅が制御され、さらにＢ状態が
維持されるようにする。（Ｂ→Ｃ）の場合には制御６が
選択されて量子化パラメータｑにオフセットｓ１を加え
た値ｑ＋ｓ１を、（Ｃ→Ａ）の場合には制御７が選択さ
れて量子化パラメータｑからオフセットｓ２を差し引い
た値ｑ＿ｓ２を、（Ｃ→Ｂ）の場合には制御８が選択さ
れて量子化パラメータの初期値ｑ＿ｉｎｉｔを夫々次の
フレームの量子化パラメータとし、上記と同様の量子化
ステップ幅の制御が行なわれる。（Ｃ→Ｃ）の場合には
制御９が選択されて量子化パラメータの最大値ｑ＿ｍａ
ｘを次フレームの符号化処理における量子化パラメータ
とし、次のフレームでの量子化ステップ幅を最大として
バッファメモリ蓄積量を最大限で減少させる。

【００２８】なお、オフセットｓ１、ｓ２は、図６
（ｂ）に示すように、入力端子２３から入力されるバッ
ファメモリ蓄積量に応じて異なるようにしてもよいし、
また、一定としてもよい。

【００２９】以上の量子化パラメータ制御が行われたと
きのフレーム毎のバッファメモリ蓄積量の変化を図７に
示す。同図での矢印は１つ前のフレームに対してパラメ
ータ制御が変化したフレームを示している。このように
量子化パラメータ制御を行なうことにより、バッファメ
モリ蓄積量をＢ状態（即ち、バッファメモリ８の容量の
中間の蓄積量）に制御することができる。

【００３０】以上説明したように、この実施例によれ
ば、符号化処理の終了時点後及びｎフレーム前のバッフ
ァメモリ８のデータ蓄積状態から次のフレームの符号化
処理に最適な量子化パラメータを決定することができる
ため、バッファメモリ８を予め定められた蓄積量の状態
に制御することができ、この予め定められた蓄積量の蓄
積状態を予めデータ通信回線の伝送速度やデータ記録メ
ディアの転送速度から求められる単位時間当りの情報量
になるような蓄積状態に設定しておくことにより、符号
化処理後の平均発生情報量をこの単位時間当りの情報量
になるように制御することが可能となる。また、バッフ
ァメモリ８のオーバーフロー、アンダーフローを防止で
きるという効果もある。

【００３１】なお、この実施例では、情報量制御をフレ
ーム単位で行なったが、符号化ブロックを数個まとめた
ものを情報量制御の単位としてもよいし、また、インタ
ーレース画像を考慮して情報量制御をフィールド単位で
行なうようにしてもよい。過去の蓄積状態についても、
この実施例では１フレーム前のバッファメモリ８の蓄積
状態を用いて説明したが、数フレーム分前までのバッフ
ァメモリ８の蓄積状態をすべて用いるようにしてもよ
い。

【００３２】図８は情報量制御方式を適用した本発明に
よる動画像符号化装置の他の実施例を示すブロック図で
あって、１７´は量子化パラメータ制御回路であり、図
１に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を
省略する。

【００３３】同図において、量子化パラメータ制御回路
１７´は、１フレームの符号化処理が終了した時点でこ
のフレームにおいて発生した情報量（発生情報量）とバ
ッファメモリ８に蓄えられているデータ量（バッファメ
モリ蓄積量）とに応じて、適応的に次のフレームの符号
化処理での量子化パラメータを決定し、その情報を量子
化回路５とデータ多重回路７とに供給する。

【００３４】図９は量子化パラメータ制御回路１７´の
一具体例を示すブロック図であって、２６は情報量加算
回路、２７は発生情報量状態比較判定回路、２８は割当
情報量設定回路、２９は状態判定スレッショルド設定回
路、３０は遅延回路であり、図２に対応する部分には同
一符号をつけて重複する説明を省略する。

【００３５】同図において、まず、データ多重回路７
（図８）から出力される符号化データが入力端子２５か
ら入力され、情報量加算回路２６でその情報量が累積さ
れて符号化処理後の、即ち、１フレーム分の符号化デー
タの発生情報量が検出される。この発生情報量は発生情
報量状態比較判定回路２７で、図１５に示す式（３）、
（４）、（５）で表わされる比較判定処理により、デー
タ多重回路７からの符号化データの発生情報量を表わす
状態（上記式（３）、（４）、（５）での状態（ａ）、
（ｂ）、（ｃ））が判定され、その判定結果を表わす発
生情報量状態データが量子化パラメータ制御選択回路２
１に出力される。但し、これらの式において、Ｉは発生
情報量、ＡＮは割当情報量設定回路２８に設定されてい
る１フレーム毎の割当情報量、Ｔｈ１、Ｔｈ２、Ｔｈ３
は判定スレッショルド設定回路２９で設定されているス
レッショルド値であり、Ｔｈ１＜Ｔｈ２＜Ｔｈ３とす
る。

【００３６】発生情報量状態比較判定回路２７から出力
される発生情報量状態データは、また、ｎ（但し、ｎは
１以上の整数）フレーム分の遅延量の遅延回路３０で遅
延され、ｎフレーム前またはｎフレーム前までの過去の
発生情報量状態データとして量子化パラメータ制御選択
回路２１に供給される。量子化パラメータ制御選択回路
２１は、発生情報量状態比較判定回路２７からの符号化
処理後の発生情報量状態データと遅延回路３０からの過
去の発生情報量状態データとから次のフレームの符号化
処理のための量子化パラメータを決定するための最適な
量子化パラメータ制御（次のフレームで発生情報量がそ
のフレームの割当情報量となるようにする量子化パラメ
ータ制御）を、図１に示した実施例と同様な選択方法に
より、パラメータ制御回路２２１〜２２Ｎから選択す
る。選択されたパラメータ制御回路は、入力端子２３を
介して供給されるバッファメモリ蓄積量や量子化パラメ
ータにより、次のフレームの符号化処理に用いるための
量子化パラメータを適応的に設定し、出力端子２４から
量子化回路５とデータ多重回路７（図８）とに供給す
る。これにより、次のフレームでは、この設定された量
子化パラメータにより、データ多重回路７からの符号化
データの発生情報量がそのフレームの割当情報量となる
ように量子化回路５の量子化ステップ幅が設定される。
但し、この量子化パラメータはバッファメモリ蓄積量に
応じたものでもあるため、量子化回路５の量子化ステッ
プ幅はバッファメモリ蓄積量に応じた分変化しており、
これにより、バッファメモリ８のデータ蓄積量もみなが
ら量子化ステップ幅が決められる。

【００３７】ここで、量子化パラメータ制御選択回路２
１によって選択される量子化パラメータ制御は、図１に
示した実施例のように一意的に量子化パラメータを決め
るものではなく、さらにバッファメモリ蓄積量に応じて
異なる量子化パラメータが得られるようにしたバッファ
メモリ蓄積量に対する特性を有している。かかる発生情
報量状態データに応じた量子化パラメータ制御の例を図
１０、図１１に示す。

【００３８】図１０はバッファメモリ蓄積量に対する特
性の傾きが等しい量子化パラメータ制御の１例を示して
いる。ここでは、特性が異なる３つの量子化パラメータ
制御を示しており、破線は特性１の、実線は特性２の、
１点鎖線は特性３の量子化パラメータ制御を夫々表わし
ているが、これらは全て傾きが等しい。夫々の量子化パ
ラメータ制御では、バッファメモリ蓄積量が異なると、
量子化パラメータも異なる。例えば、発生情報量状態比
較判定回路２７からの符号化処理後の発生情報量状態デ
ータと遅延回路３０からの過去の発生情報量状態データ
とによって特性２の量子化パラメータ制御が選択される
と、バッファメモリ蓄積量が１ステップずつ増加するに
つれて量子化パラメータはｑ₁、ｑ₂、ｑ₃、… …と増加
し、量子化回路５の量子化ステップ幅が増加して符号化
データの情報量が減少する。

【００３９】かかる特性の量子化パラメータ制御は１つ
の量子化パラメータを基準とし、この基準の量子化パラ
メータ制御を上下あるいは左右ににシフトすることで他
の量子化パラメータ制御を実現できる。例えば、特性２
の量子化パラメータ制御を基準とすると、特性１の量子
化パラメータ制御は、この特性２の量子化パラメータ制
御を上にシフトすることにより、また、特性３の量子化
パラメータ制御は、特性２の量子化パラメータ制御を横
にシフトすることにより、夫々得られる。

【００４０】このような特性の量子化パラメータ制御に
よると、バッファメモリ蓄積量が同じでも、発生情報量
状態比較判定回路２７からの符号化処理後の発生情報量
状態データと遅延回路３０からのｎフレーム前の発生情
報量状態データとに応じて、量子化パラメータが異なる
ことになり、このため、バッファメモリ蓄積量の変動は
少ないが発生情報量と割当情報量とに差がある場合に適
用できる。

【００４１】また、図１１は発生情報量状態比較判定回
路２７からの符号化処理後の発生情報量状態データと遅
延回路３０からのｎフレーム前の発生情報量状態データ
とに応じた量子化パラメータ制御の他の例を示す。ここ
でも、特性が異なる３つの量子化パラメータ制御を示
し、破線は特性４の、１点鎖線は特性５の、実線は特性
６の量子化パラメータ制御を夫々表わしているが、特性
４、５の量子化パラメータ制御は特性６の量子化パラメ
ータ制御の傾きを変えることで実現できるものである。
傾きが急な特性は量子化パラメータの個数が多い場合や
バッファメモリ蓄積量のわずかな変化に対して量子化パ
ラメータを大きく変化させたいときに適用でき、逆に傾
きが緩やかな特性は量子化パラメータの個数が少くない
場合やバッファメモリ蓄積量が大幅に変化しても量子化
パラメータの変化を小さくさせたいときに適用できる。

【００４２】このような特性はすべて線形であるが、特
性６のように非線形特性の量子化パラメータ制御として
もよい。かかる非線形な特性では、バッファメモリ蓄積
量が少ないときは量子化パラメータを細かく制御し、逆
に多いときは量子化パラメータを粗く制御する。また、
図示してはいないが、バッファメモリ蓄積量が少ないと
きには量子化パラメータを粗く制御し、逆に多いときは
量子化パラメータを細かく制御するように、非線形特性
とすることもできる。

【００４３】かかる実施例をＣＤ−ＲＯＭやＤＡＴ等の
データ記録メディアに適用した場合には、ランダムアク
セスやスチル再生などの特殊再生機能が要求されるた
め、周期的にフレーム内符号化が行われる。フレーム内
符号化の周期をＮフレームとした場合のフレーム構造
は、図１２（ａ）に示すように、１フレームがＮフレー
ムで形成されたものであって、このＮフレームの先頭の
フレームがフレーム内符号化されたフレームであって、
これに続く（Ｎ−１）フレームがフレーム間符号化され
たフレームである。このようなフレーム構造を符号化す
る場合、フレーム内符号化されたフレームとフレーム間
符号化されたフレームとは上記の割当情報量が異なって
おり、フレーム内符号化されたフレームに対する割当情
報量に図１５の式（６）で、フレーム間符号化されたフ
レームに対する割当情報量は同じく式（７）で表わされ
る。但し、これら式（６）及び式（７）において、ＡＩ
はフレーム内符号化の割当情報量、ＡＰはフレーム間符
号化の割当情報量、Ｎはフレーム内符号化の周期、ＤＲ
は平均転送速度（単位は［ｂｉｔ／ｓｅｃ］）、Ｆは１
秒当りのフレーム数（通常のテレビジョン信号の場合：
Ｆ＝３０）、ＡＲはフレーム内／フレーム間符号化の割
当情報量の比率（ＡＩ／ＡＰ）である。図１２（ｂ）は
図１２（ａ）に示したフレーム１、２、３、……に対す
る割当情報量ＡＩ、ＡＰを示している。また、割当情報
量ＡＩ、ＡＰは１フレームまたは数ブロックの符号化処
理終了毎にアップデートしてもよい。

【００４４】以上説明したように、この実施例によれ
ば、符号化処理後の発生情報量の状態をそのフレームに
割り当てられた割当情報量から比較判定し、判定された
ｎフレーム前からの発生情報量状態の変化に応じて量子
化パラメータを適応的に制御することができるため、符
号化処理後の発生情報量を割当情報量に近づけることが
できる。このことは、符号化処理後の平均発生情報量が
データ通信回線の伝送速度やデータ記録メディアの転送
速度から求められる単位時間当りの情報量になるように
制御することに相当する。

【００４５】なお、この実施例では、情報量制御をフレ
ーム単位で行なっているが、符号化データのブロックを
数個まとめたものを情報量制御の単位としてもよいし、
インターレース画像を考慮してフィールド単位で情報量
制御を行なってもよい。また、この実施例における量子
化パラメータ制御は、図１０及び図１１に示すような特
性を適応的に選択することでなされているが、図１に示
した実施例で用いられたような予め定められた値に量子
化パラメータを設定することもできるし、逆に、図１に
示した実施例において、図８に示した実施例での上記量
子化パラメータ制御を用いることも可能である。

【００４６】図１３は情報量制御方式を適用した本発明
による動画像符号化装置のさらに他の実施例を示すブロ
ック図であって、３１は量子化パラメータ補正回路であ
り、図１に対応する部分には同一符号をつけて重複する
説明を省略する。

【００４７】図１に示した実施例では、バッファメモリ
蓄積量のみによって量子化パラメータ制御が選択される
ため、フレーム毎に符号化データの割当情報量が異なっ
ている場合でも、これに関係なく量子化パラメータが決
められてしまう。ここで説明する実施例は、フレーム毎
に符号化データの割当情報量が異なっても、これに対応
できるようにしたものである。

【００４８】図１３において、量子化パラメータ制御回
路１７は、図２で説明したのと同様、１フレームの符号
化処理が終了した時点におけるバッファメモリ８（図１
３）に蓄えられているデータ蓄積量（バッファメモリ蓄
積量）から適応的に量子化パラメータを決定するが、さ
らにその情報を量子化パラメータ補正回路３１に供給す
る。量子化パラメータ補正回路３１では、１フレームの
符号化処理が終了した時点で、量子化パラメータ制御回
路１７から出力された量子化パラメータが、データ多重
回路７から出力される符号化データのそのフレームで発
生した情報量により、補正されてより最適化され、その
補正された情報が量子化回路５とデータ多重回路７とに
供給される。

【００４９】図１４は量子化パラメータ補正回路３１の
一具体例を量子化パラメータ制御回路１７とともに示す
ブロック図であって、３２は入力端子、３３は情報量加
算回路、３４は発生情報量状態比較判定回路、３５は割
当情報量設定回路、３６は状態判定スレッショルド設定
回路、３７は遅延回路、３８はパラメータ補正回路であ
り、図２に対応する部分には同一符号をつけて重複する
説明を省略する。

【００５０】同図において、量子化パラメータ制御回路
１７は、図２で説明したように、１フレームの符号化処
理が終了した時点でのバッファメモリ８（図１３）内の
データ蓄積量（バッファメモリ蓄積量）から生成したバ
ッファメモリ蓄積状態データとｎフレーム前のまたはｎ
フレーム前までの過去のバッファメモリ蓄積状態データ
から次のフレームの符号化処理の量子化パラメータを決
定し、この量子化パラメータを量子化パラメータ補正回
路３１に供給する。

【００５１】量子化パラメータ補正回路３１は、図９で
説明した量子化パラメータ制御回路１７´と同様に、デ
ータ多重回路７（図１３）から出力される符号化データ
が入力端子３２から入力され、情報量加算回路３３でそ
の情報量が累積されて符号化処理後の、即ち、１フレー
ム分の符号化データの発生情報量が検出される。この発
生情報量は発生情報量状態比較判定回路３４で、割当情
報量設定回路３５に設定されている１フレーム毎の割当
情報量と判定スレッショルド設定回路３６で設定されて
いるスレッショルド値とにより、比較判定処理され、デ
ータ多重回路７からの符号化データの発生情報量を表わ
す状態が判定され、その判定結果を表わす発生情報量状
態データが出力される。この発生情報量状態データは、
パラメータ補正回路３８に供給されるとともに、ｎ（但
し、ｎは１以上の整数）フレーム分の遅延量の遅延回路
３０で遅延され、ｎフレーム前またはｎフレーム前まで
の過去の発生情報量状態データとしてパラメータ補正回
路３８に供給される。

【００５２】パラメータ補正回路３８は量子化パラメー
タ制御回路１７からの量子化パラメータをこれら発生情
報量状態データに応じて（例えば単純にあるオフセット
を加算、減算、またはスケーリングする等して）補正
し、次のフレームの符号化処理のためのより最適な量子
化パラメータとして量子化回路５とデータ多重回路７
（図１３）とに供給する。

【００５３】以上説明したように、この実施例によれ
ば、符号化処理後とｎフレーム前のまたはｎフレーム前
までのバッファメモリ蓄積状態から適応的に量子化パラ
メータを設定できるため、図１に示した実施例と同様、
符号化処理後の符号化データの平均発生情報量を単位時
間当りの情報量へ制御でき、さらに、符号化データの発
生情報量の状態を割当情報量から比較判定し、設定され
た量子化パラメータを判定された発生情報量状態に応じ
てより最適な値に補正できるため、図８で示した実施例
と同様、符号化処理後の符号化データの発生情報量を割
当情報量に近づけることができ、符号化処理後の符号化
データの平均発生情報量を単位時間当りの情報量へ制御
することができる。このように設定された量子化パラメ
ータを補正することにより、符号化処理後の符号化デー
タの平均発生情報量をより単位時間当りの情報量となる
ように制御することができる。

【００５４】なお、図１３に示した実施例では、まず、
バッファメモリ８のデータ蓄積量状態から量子化パラメ
ータを設定し、次に、符号化データの発生情報量状態か
らより最適な量子化パラメータとなるように補正して情
報量制御をしているが、逆に、符号化データの発生情報
量状態から量子化パラメータを設定し、しかる後、バッ
ファメモリ８のデータ蓄積量状態から量子化パラメータ
がより最適となるように補正するようにしてもよい。

【００５５】また、情報量制御はフレーム単位で行なわ
れるが、符号化ブロックを数個まとめた単位で情報量制
御を行なうようにしてもよいし、インターレース画像を
考慮してフィールド単位で情報量制御を行なうようにし
てもよい。

【００５６】さらに、図１３に示した実施例では、量子
化パラメータの制御に図２に示したのと同様の量子化パ
ラメータ制御回路１７を用いたが、図９に示したのと同
様の量子化パラメータ制御回路１７´を用いてもよい。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
符号化処理後のバッファメモリのデータ蓄積量や発生情
報量を状態分けし、その情報の変化をフィードバックし
て次の量子化パラメータを設定及び補正するため、符号
化処理後の平均発生情報量を通信回線の伝送速度あるい
はデータ記録メディアの転送速度で決まる単位時間当り
の情報量に制御することができ、しかも、該バッファメ
モリのオーバーフローやアンダーフローを防止できる。
また、フィードバックされる該バッファメモリの蓄積状
態情報や発生情報量状態の変化から最適な量子化パラメ
ータが設定されて情報量制御がなされるため、再生画像
の画質劣化を必要最小限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による動画像符号化装置の一実施例を示
すブロック図である。

【図２】図１における量子化パラメータ制御回路の一具
体例を示すブロック図である。

【図３】図２における蓄積状態比較判定回路の蓄積状態
判定処理を示す図である。

【図４】図２における量子化パラメータ制御選択回路の
動作を示す図である。

【図５】図２における量子化パラメータ制御選択回路に
よって選択される量子化パラメータ制御の１例を示す図
である。

【図６】量子化パラメータ及びオフセットの１例の特性
を示す図である。

【図７】図１に示した実施例におけるバッファメモリの
データ蓄積量の変化を示す図である。

【図８】本発明による動画像符号化装置の他の実施例を
示すブロック図である。

【図９】図８における量子化パラメータ制御回路の一具
体例を示すブロック図である。

【図１０】図８に示した実施例における量子化パラメー
タ制御の特性の１例を示す図である。

【図１１】図８に示した実施例における量子化パラメー
タ制御の特性の他の例を示す図である。

【図１２】図８に示した実施例におけるフレーム構造の
１例を示す図である。

【図１３】本発明による動画像符号化装置のさらに他の
実施例を示すブロック図である。

【図１４】図１３における量子化パラメータ制御回路と
量子化パラメータ補正回路の一具体例を示すブロック図
である。

【図１５】動画像符号化装置での処理を表わす数式を示
す図である。

【符号の説明】

４ 直交変換回路 ５ 量子化回路 ６ 可変長符号化回路 ７ データ多重回路 ８ バッファメモリ １７、１７´ 量子化パラメータ制御回路 １８ 蓄積状態比較判定回路 １９ 状態判定スレッショルド設定回路 ２０ 遅延回路 ２１ 量子化パラメータ制御選択回路 ２２１〜２２Ｎ パラメータ制御回路 ２６ 情報量加算回路 ２７ 発生情報量状態判定回路 ２８ 割当情報量設定回路 ３０ 遅延回路 ３１ 量子化パラメータ補正回路 ３８ パラメータ補正回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動画像の原画像データを直交変換して得
   られる変換係数を量子化、可変長符号化して符号化デー
   タを得、該符号化データをバッファメモリに一旦記憶し
   て所定の速度で読み出すようにした動画像符号化方式に
   おいて、 該バッファメモリでの該符号化データの蓄積量から該バ
   ッファメモリの蓄積状態を判定する蓄積状態判定手段
   と、 該蓄積状態判定手段の判定出力を保持し該バッファメモ
   リの過去の蓄積状態の判定出力として出力する状態記憶
   手段と、 該蓄積状態判定手段の判定出力と該状態記憶手段からの
   過去の判定出力と該バッファメモリの蓄積量とから量子
   化パラメータを決定する量子化パラメータ制御決定手段
   とからなる量子化パラメータ制御手段を設け、上記量子
   化に際しての量子化ステップ幅を該量子化パラメータに
   応じたものとし、発生情報量を制御することを特徴とす
   る動画像符号化方式。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記符号化データの単位期間の発生情報量を算出する情
   報量算出手段と、 該情報量算出手段からの発生情報量の状態を判定する情
   報量状態判定手段と、 該情報量状態判定手段の判定出力を保持し過去の発生情
   報量の状態の判定出力として出力する状態記憶手段と、 前記パラメータ制御決定手段によって決定された量子化
   パラメータを該情報量状態判定手段の判定出力と該状態
   記憶手段からの過去の判定出力とに応じて補正するパラ
   メータ補正回路とからなる量子化パラメータ補正手段を
   設け、補正された該量子化パラメータに応じて符号化処
   理の前記量子化ステップ幅を変化させ、発生情報量を制
   御することを特徴とする動画像符号化方式。
3. 【請求項３】 動画像の原画像データを直交変換して得
   られる変換係数を量子化、可変長符号化して符号化デー
   タを得、該符号化データをバッファメモリに一旦記憶し
   て所定の速度で読み出すようにした動画像符号化方式に
   おいて、 該符号化データの単位期間の発生情報量を算出する情報
   量算出手段と、 該情報量算出手段からの発生情報量の状態を判定する情
   報量状態判定手段と、 該情報量状態判定手段からの判定出力を保持し過去の発
   生情報量の状態の判定出力として出力する状態記憶手段
   と、 該情報量状態判定手段の判定出力と該状態記憶手段から
   の過去の判定出力と符号化処理後の該バッファメモリの
   蓄積量とから量子化パラメータを決定する量子化パラメ
   ータ制御決定手段とからなる量子化パラメータ制御手段
   を設け、上記量子化に際しての量子化ステップ幅を該量
   子化パラメータに応じたものとし、発生情報量を制御す
   ることを特徴とする動画像符号化方式。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記バッファメモリの蓄積量から前記バッファメモリの
   蓄積状態を判定する蓄積状態判定手段と、 該蓄積状態判定手段の判定出力を保持し該バッファメモ
   リの過去の蓄積状態の判定出力として出力する状態記憶
   手段と、 前記量子化パラメータ制御決定手段によって決定された
   前記量子化パラメータを該蓄積状態判定手段の判定出力
   と該状態記憶手段からの過去の判定出力とから補正する
   パラメータ補正回路とからなる量子化パラメータ補正手
   段を設け、補正された該量子化パラメータに応じて次の
   符号化処理の量子化ステップ幅を変化させ、発生情報量
   を制御することを特徴とする動画像符号化方式。