JPH0865678A - 動画像符号化方式 - Google Patents
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Abstract
を行うフレーム間のフレーム数、フレーム内符号化を行
うフレーム、フレーム間予測を行うフレーム及びフレー
ム内挿予測を行うフレームに対して割り当てられた量子
化ステップ幅比、並びにフレーム間の相関係数値に応じ
て、フレーム内符号化を行うフレーム、フレーム間予測
を行うフレーム、及びフレーム内挿予測を行うフレーム
の配置を決定する。画像順序変更回路1は、入力画像を
決定されたフレームの配置方法から定められる順番に従
って、画像信号符号化回路2に送出する。画像信号符号
化回路2は、入力されたフレームデータを実際に符号化
して出力する。
Description
し、特にデジタル動画像信号の高能率符号化方式に関す
る。
して、時間軸方向の予測は行わないフレーム内符号化、
時間軸上の片方向のみの予測を行うフレーム間予測、時
間軸上の両方向の予測を行うフレーム内挿予測を組み合
わせて、画像データの冗長度削減を図る方式が知られて
いる。その一例としてMPEG(Moving Pic
turers Expert Group)方式が知ら
れており、これを図2に示す。これは、動画像符号化の
国際標準方式として、IS-11172-2や13818-2 に記載され
ている方式である。
ャ、フレーム間予測を施す画像はPピクチャ、フレーム
内挿予測を施す画像はBピクチャと呼ばれる。それぞれ
の画像の予測構造を図3に示す。まずIピクチャでは、
時間方向の予測は行わずに、空間方向のみの冗長度削減
によって圧縮を図る。Pピクチャでは、既に符号化済み
のフレームを参照画像として、時間的に片方向の予測を
行うことによって冗長度削減を図る。参照画像として用
いられるのは、既に符号化済みの1枚のIピクチャ、も
しくはPピクチャである。Bピクチャでは、既に符号化
済みの2枚のフレームを参照画像として、時間的に両方
向の予測を行うことによって冗長度削減を図る。参照画
像として用いられるのは、既に符号化済みの2枚のIピ
クチャ、もしくはPピクチャである。
ールドを単位として行われる。そして、図2に示すよう
に、ピクチャの集合としてGOP(Group of Pictures)
が定義される。mはIピクチャ、Pピクチャ間の距離で
あり、nは1GOP内のPピクチャの数を表している。
Bピクチャでは時間的に後続するIピクチャ、もしくは
Pピクチャを予測に用いる。このためには、時間的に後
続するIピクチャ、もしくはPピクチャの符号化が、B
ピクチャの符号化の前に終了していなければならない。
よって、図2に示すように、符号器出力されるフレーム
の順番は符号器入力のそれとは異なることになる。
1における画像順序変更回路1と画像信号符号化回路2
を用いて実現されていた。画像順序変更回路1は、入力
画像を画像信号符号化回路2に送出する順番をフレーム
単位に変更する機能を有する。その順番は、図2に示し
た符号器出力の順番に対応する。具体的には、画像メモ
リ10に逐次的に書き込まれる画像フレームに対して、
図2に示されるピクチャの配置方法から定められる順番
に従って、画像順序制御回路11が、次にどのフレーム
を画像信号符号化回路2に送出するかを決定する。
データを実際に符号化する機能を有する。減算器12
は、画像順序変更回路1から与えられる入力画像と、過
去の符号化済み参照画像を用いて動き補償回路21によ
って作成される動き補償予測画像との差分を出力とす
る。変換回路13はこの差分画像に対して変換を施し、
量子化回路14はその変換結果を量子化する。この量子
化結果から、可変長符号化回路15は符号化データを作
成し、その符号化データは蓄積、もしくは伝送される。
逆量子化回路16は量子化結果に対して逆量子化を施
し、逆変換回路17はその逆量子化結果に対して逆変換
を施す。その逆変換結果に対して、加算器18は先に動
き補償回路21によって作成された動き補償予測画像を
加え合わせ、その結果を以降の予測に用いる参照画像と
して画像メモリ19に書き込む。画像メモリ19は、2
枚の画像を用いる両方向予測に備えてフレーム2面以上
の領域を有する。動き検出回路20は、画像順序変更回
路1から与えられる入力画像と、画像メモリ19から与
えられる参照画像とを用いて、動きベクトルの検出を行
う。両方向予測の場合には、時間的に過去、および未来
の2枚の参照画像を用いて、前方向、後ろ方向それぞれ
の動きベクトルを検出する。動き補償回路21は、動き
検出回路20から与えられる動きベクトルに従って、画
像メモリ19から与えられる参照画像を用いて動き補償
予測画像の作成を行う。動き補償制御回路22は、図2
に示されるピクチャの配置方法から定められる順番に従
って、現在の入力画像がIピクチャ、Pピクチャ、Bピ
クチャのいずれかであるかを判断し、図3に対応する形
で、動き検出回路20と動き補償回路21の予測モードを制
御する。符号量制御回路23は、可変長符号化回路15
から与えられる発生符号量に従って、量子化回路14と
逆量子化回路16で用いられる量子化ステップ幅の更新
を行い、以降の発生情報量の制御を実現する。具体的に
は、発生符号量が多い場合には量子化ステップ幅を大き
くし、少ない場合には量子化ステップ幅を小さくする。
さらに、現在の入力画像がIピクチャ、Pピクチャ、B
ピクチャのいずれかであるかに応じて、量子化ステップ
幅の更新方法を変更することも行われる。これは、Bピ
クチャの画質劣化が視覚的に検知されにくいことを利用
して、Bピクチャの画質劣化を許容することによってト
ータルの符号化効率を改善することを目的としている。
具体的には、量子化ステップ幅の2乗とひずみの分散が
近似的に比例することから、量子化ステップ幅の比を設
定することで各ピクチャに対するひずみ割り当てを決定
している。
率は、Iピクチャ、Pピクチャ、Bピクチャの配置方法
によって変化することが知られている。まず、時間軸方
向の予測を行わないIピクチャの発生情報量は、一般的
にPピクチャやBピクチャよりも多い。よって、Iピク
チャのフレーム間隔を小さくすると、符号化効率は低下
する。また、Pピクチャにおけるフレーム間予測、およ
びBピクチャにおけるフレーム内挿予測の効果は、参照
画像との距離を広げると低下する。よって、参照画像間
の距離を大きくすると、符号化効率は低下する。一方、
Bピクチャにおける両方向予測は片方向予測に比して有
効であり、適切な参照画像間の距離に基づくBピクチャ
の挿入によって、高い符号化効率を得ることができる。
ョン結果に従って、試行錯誤的にピクチャ配置を決定し
ていた。また、そのピクチャ配置は固定的に使用され、
エンコード期間を通じて途中で変更されることはなかっ
た。このために、時間的に変動する画像の特徴を十分に
は反映できず、符号化効率の改善に課題が残されてい
た。
符号化方式の符号化効率は、Iピクチャ、Pピクチャ、
Bピクチャの配置方法によって大きく変化する。しか
し、効果的なピクチャ配置方法は確立されていなかっ
た。本発明の目的は、それを確立することにある。
タに対して時間軸方向の予測は行わないフレーム内符号
化手段と、時間軸上で片方向の予測を用いるフレーム間
予測手段と、時間軸上で両方向の予測を用いるフレーム
内挿予測手段とを備える動画像符号化方式において、前
記フレーム内符号化を行うフレーム間のフレーム数に応
じて、前記フレーム内符号化を行うフレームと前記フレ
ーム間予測を行うフレームと前記フレーム内挿予測を行
うフレームの配置を決定する予測構造判定手段を備えた
ことを特徴とする。
時間軸方向の予測は行わないフレーム内符号化手段と、
時間軸上で片方向の予測を用いるフレーム間予測手段
と、時間軸上で両方向の予測を用いるフレーム内挿予測
手段とを備える動画像符号化方式において、前記フレー
ム内符号化を行うフレームと前記フレーム間予測を行う
フレームと前記フレーム内挿予測を行うフレームに対し
て割り当てられた量子化ステップ幅比に応じて、前記フ
レーム内符号化を行うフレームと前記フレーム間予測を
行うフレームと前記フレーム内挿予測を行うフレームの
配置を決定する予測構造判定手段を備えたことを特徴と
する。
て時間軸方向の予測は行わないフレーム内符号化手段
と、時間軸上で片方向の予測を用いるフレーム間予測手
段と、時間軸上で両方向の予測を用いるフレーム内挿予
測手段とを備える動画像符号化方式において、フレーム
間の相関係数値に応じて、前記フレーム内符号化を行う
フレームと前記フレーム間予測を行うフレームと前記フ
レーム内挿予測を行うフレームの配置を決定する予測構
造判定手段を備えたことを特徴とする。
て時間軸方向の予測は行わないフレーム内符号化手段
と、時間軸上で片方向の予測を用いるフレーム間予測手
段と、時間軸上で両方向の予測を用いるフレーム内挿予
測手段とを備える動画像符号化方式において、前記フレ
ーム内符号化を行うフレーム間のフレーム数および、前
記フレーム内符号化を行うフレームと前記フレーム間予
測を行うフレームと前記フレーム内挿予測を行うフレー
ムに対して割り当てられた量子化ステップ幅比に応じ
て、前記フレーム内符号化を行うフレームと前記フレー
ム間予測を行うフレームと前記フレーム内挿予測を行う
フレームの配置を決定する予測構造判定手段を備えたこ
とを特徴とする。
て時間軸方向の予測は行わないフレーム内符号化手段
と、時間軸上で片方向の予測を用いるフレーム間予測手
段と、時間軸上で両方向の予測を用いるフレーム内挿予
測手段とを備える動画像符号化方式において、前記フレ
ーム内符号化を行うフレーム間のフレーム数および、フ
レーム間の相関係数値に応じて、前記フレーム内符号化
を行うフレームと前記フレーム間予測を行うフレームと
前記フレーム内挿予測を行うフレームの配置を決定する
予測構造判定手段を備えたことを特徴とする。
て時間軸方向の予測は行わないフレーム内符号化手段
と、時間軸上で片方向の予測を用いるフレーム間予測手
段と、時間軸上で両方向の予測を用いるフレーム内挿予
測手段とを備える動画像符号化方式において、前記フレ
ーム内符号化を行うフレームと前記フレーム間予測を行
うフレームと前記フレーム内挿予測を行うフレームに対
して割り当てられた量子化ステップ幅比および、フレー
ム間の相関係数値に応じて、前記フレーム内符号化を行
うフレームと前記フレーム間予測を行うフレームと前記
フレーム内挿予測を行うフレームの配置を決定する予測
構造判定手段を備えたことを特徴とする。
て時間軸方向の予測は行わないフレーム内符号化手段
と、時間軸上で片方向の予測を用いるフレーム間予測手
段と、時間軸上で両方向の予測を用いるフレーム内挿予
測手段とを備える動画像符号化方式において、前記フレ
ーム内符号化を行うフレーム間のフレーム数と、前記フ
レーム内符号化を行うフレームと前記フレーム間予測を
行うフレームと前記フレーム内挿予測を行うフレームに
対して割り当てられた量子化ステップ幅比および、フレ
ーム間の相関係数値に応じて、前記フレーム内符号化を
行うフレームと前記フレーム間予測を行うフレームと前
記フレーム内挿予測を行うフレームの配置を決定する予
測構造判定手段を備えたことを特徴とする。
に説明する。Iピクチャ、Pピクチャ間の距離をm、P
ピクチャの数をnとし、図2に示す1GOP内のピクチ
ャ配置を
Nは N=m(n+1) (2) で与えられる。
適化問題、すなわち、与えられたビットレートを拘束条
件とする再生誤差分散の最小化問題は、
き、Rはトータルの割り当てビット数、RI はIピクチ
ャに対する割り当てビット数、RP はPピクチャに対す
る割り当てビット数、RB はBピクチャに対する割り当
てビット数、σ2 rは復元信号の平均値としての再生誤差
分散、σ2 r,IはIピクチャの再生誤差分散、σ2 r,PはP
ピクチャの再生誤差分散、
クチャの再生誤差分散、wp はPピクチャに対するひず
みの重み付けを示す係数、wB はBピクチャに対するひ
ずみの重み付けを示す係数である。
化効率(Gain)が近似的に
い程、優れた符号化効率が期待されることになる。ここ
でρは隣接フレーム間の相関係数であり、近似的に
(s)は第s番フレームの入力信号、x(s−1)は第
s−1番フレームの入力信号であり、E〔・〕は平均値
を求める操作を表している。そして
子化ステップ幅の比によって決定される。ρは、時間的
に変動する入力画像の特徴を反映する量であり、(6) 式
を逐次計算することによって求められる。そしてGOP
内のピクチャ数Nが与えられると、前記符号化効率(Gai
n)を最大にするIピクチャ、Pピクチャ間の距離mと1
GOP内のPピクチャの数nの組合せを探索すること
で、符号化効率の優れた予測構造を求めることができ
る。後述する実施例では、予測構造判定回路25が以上
の機能を実行する。
る。
施例を示すブロック図である。
に従来の技術で述べたように、画像データを画像信号符
号化回路2に送出する順番をフレーム単位に変更する機
能を有する。ただし、画像順序制御回路11は、予測構
造判定回路25から与えられるピクチャの配置方法に従
って、適応的に画像メモリ10の送出するフレームの順
番を決定する機能を有している。
示す図である。カウンタ40は、予測構造判定回路25
から与えられる1GOPのフレーム数を保持し、入力フ
レーム数をカウントする。そのカウント数は、1GOP
のフレーム数に達した時点でゼロにリセットされる。レ
ジスタ41は、予測構造判定回路25から与えられるI
ピクチャ、Pピクチャ間の距離を保持する。レジスタ4
2は、予測構造判定回路25から与えられる1GOP内
のPピクチャ数を保持する。アドレス生成器43は、カ
ウンタ40から与えられるカウンタ値と、レジスタ41
から与えられるIピクチャ、Pピクチャ間の距離と、レ
ジスタ42から与えられる1GOP内のPピクチャ数を
用いて、画像信号符号化回路2に送出する画像データの
画像メモリ10上のアドレスを生成する。また、画像信
号符号化回路2は、既に従来の技術で述べたように、入
力された画像データを実際に符号化する機能を有する。
ただし、動き補償制御回路22は、予測構造判定回路2
5から与えられるピクチャの配置方法に従って、適応的
に動き検出回路20、および動き補償回路21の予測モ
ードを決定する機能を有している。
化回路15から与えられる発生符号量に従って、量子化
回路14と逆量子化回路16で用いられる量子化ステッ
プ幅の更新を行うが、この場合、予測構造判定回路25
から与えられるピクチャの配置方法に従って、適応的に
量子化回路14と逆量子化回路16で用いられる量子化
ステップ幅を更新する機能を有している。
示している。カウンタ50は、予測構造判定回路25か
ら与えられる1GOPのフレーム数を保持し、入力フレ
ーム数をカウントする。そのカウント数は、1GOPの
フレーム数に達した時点でゼロにリセットされる。レジ
スタ51は、予測構造判定回路25から与えられる1G
OP内のPピクチャ数を保持する。剰余計算器52は、
カウンタ50から与えられる現在の入力フレーム数を、
レジスタ51から与えられる1GOP内のPピクチャ数
で除した場合の剰余を出力とする。判定器53は、カウ
ンタ50から与えられるカウンタ値と剰余計算器52か
ら与えられる剰余を入力として、カウンタ値がゼロの場
合は入力画像の予測モードがIピクチャであることを、
カウンタ値がゼロではなく剰余がゼロの場合は入力画像
の予測モードがPピクチャであることを、それ以外の場
合には入力画像の予測モードがBピクチャであること
を、動き検出回路20と動き補償回路21に通知する。
図5に示す回路構成は、符号量制御回路23においても
同様に用いられる。符号量制御回路23は、判定器53
から与えられる予測モード情報に従って、量子化ステッ
プ幅の更新を行う。
ら与えられる動き補償予測画像と入力画像との相関を計
算する機能を有している。予測構造判定回路25は、G
OP内のフレーム数、量子化ステップ幅比、相関計算回
路24から与えられるフレーム間の相関係数等を入力と
して、ピクチャの配置方法を決定する。
造判定回路25の一構成を示している。まず相関計算回
路24は、乗算器30,31、蓄算器32,33、除算
器34を用いて構成される。乗算器30は入力画像の2
乗を出力とし、乗算器31は入力画像と動き補償予測画
像の積を出力とする。畜算器32は乗算器30の出力を
蓄算し、畜算器33は乗算器31の出力を蓄算し、除算
器34は蓄算器33の出力を畜算器32の出力で除した
値を出力とする。
35,36、符号化効率演算回路37、判定器38から
構成される。ROMテーブル35は、GOPピクチャ数
Nを入力として、そのNの値に対して可能なIピクチ
ャ、Pピクチャ間の距離mと1GOP内のPピクチャの
数nの組合せを出力する。ROMテーブル36は、I、
P、Bピクチャに対する量子化ステップ幅比を入力とし
て、それに対して求まる量子化特性を表すパラメータ
α、βを出力とする。符号化効率演算回路37は、すで
に作用に述べた(5)式に従って、符号化効率を計算す
る。判定器38は、可能なピクチャ配置の中で最大の符
号化効率を与える組合せを判定する。さらに判定器38
は、決定されたピクチャ配置方法を、画像順序制御回路
11、動き補償制御回路22、および符号量制御回路2
3に対して通知する。
照して説明する。
のフレーム数、およびIピクチャ、Pピクチャ、Bピク
チャに対する量子化ステップ比が書き込まれる。これ
は、符号化開始前でも、符号化動作中でも構わない。相
関計算回路24は、予め設定された相関係数の値、もし
くは符号化処理中に算出した相関係数の値を予測構造判
定回路25に送出する。これらのパラメータを用いて、
予測構造判定回路25はピクチャの配置方法を決定す
る。変更されたピクチャ配置は、画像順序制御回路1
1、動き補償制御回路22、および符号量制御回路23
に対して通知され、これらの回路は以降そのピクチャ配
置に従う動作を行う。
ム内符号化、フレーム間予測、フレーム内挿予測の配置
から求められる評価量を基準として、GOP内のフレー
ム数、Iピクチャ、Pピクチャ、Bピクチャそれぞれに
対して定められた量子化ステップ幅比、フレーム間の相
関係数等のパラメータから予測構造を決定することによ
って、自動的に優れた符号化効率を提供できるという効
果を有している。
ロック図である。
る。
程を示す図である。
ロック図である。
ロック図である。
ロック図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 画像データに対して時間軸方向の予測は
行わないフレーム内符号化手段と、時間軸上で片方向の
予測を用いるフレーム間予測手段と、時間軸上で両方向
の予測を用いるフレーム内挿予測手段とを備える動画像
符号化方式において、前記フレーム内符号化を行うフレ
ーム間のフレーム数に応じて、前記フレーム内符号化を
行うフレームと前記フレーム間予測を行うフレームと前
記フレーム内挿予測を行うフレームの配置を決定する予
測構造判定手段を備えたことを特徴とする動画像符号化
方式。 - 【請求項2】 画像データに対して時間軸方向の予測は
行わないフレーム内符号化手段と、時間軸上で片方向の
予測を用いるフレーム間予測手段と、時間軸上で両方向
の予測を用いるフレーム内挿予測手段とを備える動画像
符号化方式において、前記フレーム内符号化を行うフレ
ームと前記フレーム間予測を行うフレームと前記フレー
ム内挿予測を行うフレームに対して割り当てられた量子
化ステップ幅比に応じて、前記フレーム内符号化を行う
フレームと前記フレーム間予測を行うフレームと前記フ
レーム内挿予測を行うフレームの配置を決定する予測構
造判定手段を備えたことを特徴とする動画像符号化方
式。 - 【請求項3】 画像データに対して時間軸方向の予測は
行わないフレーム内符号化手段と、時間軸上で片方向の
予測を用いるフレーム間予測手段と、時間軸上で両方向
の予測を用いるフレーム内挿予測手段とを備える動画像
符号化方式において、フレーム間の相関係数値に応じ
て、前記フレーム内符号化を行うフレームと前記フレー
ム間予測を行うフレームと前記フレーム内挿予測を行う
フレームの配置を決定する予測構造判定手段を備えたこ
とを特徴とする動画像符号化方式。 - 【請求項4】 画像データに対して時間軸方向の予測は
行わないフレーム内符号化手段と、時間軸上で片方向の
予測を用いるフレーム間予測手段と、時間軸上で両方向
の予測を用いるフレーム内挿予測手段とを備える動画像
符号化方式において、前記フレーム内符号化を行うフレ
ーム間のフレーム数および、前記フレーム内符号化を行
うフレームと前記フレーム間予測を行うフレームと前記
フレーム内挿予測を行うフレームに対して割り当てられ
た量子化ステップ幅比に応じて、前記フレーム内符号化
を行うフレームと前記フレーム間予測を行うフレームと
前記フレーム内挿予測を行うフレームの配置を決定する
予測構造判定手段を備えたことを特徴とする動画像符号
化方式。 - 【請求項5】 画像データに対して時間軸方向の予測は
行わないフレーム内符号化手段と、時間軸上で片方向の
予測を用いるフレーム間予測手段と、時間軸上で両方向
の予測を用いるフレーム内挿予測手段とを備える動画像
符号化方式において、前記フレーム内符号化を行うフレ
ーム間のフレーム数および、フレーム間の相関係数値に
応じて、前記フレーム内符号化を行うフレームと前記フ
レーム間予測を行うフレームと前記フレーム内挿予測を
行うフレームの配置を決定する予測構造判定手段を備え
たことを特徴とする動画像符号化方式。 - 【請求項6】 画像データに対して時間軸方向の予測は
行わないフレーム内符号化手段と、時間軸上で片方向の
予測を用いるフレーム間予測手段と、時間軸上で両方向
の予測を用いるフレーム内挿予測手段とを備える動画像
符号化方式において、前記フレーム内符号化を行うフレ
ームと前記フレーム間予測を行うフレームと前記フレー
ム内挿予測を行うフレームに対して割り当てられた量子
化ステップ幅比および、フレーム間の相関係数値に応じ
て、前記フレーム内符号化を行うフレームと前記フレー
ム間予測を行うフレームと前記フレーム内挿予測を行う
フレームの配置を決定する予測構造判定手段を備えたこ
とを特徴とする動画像符号化方式。 - 【請求項7】 画像データに対して時間軸方向の予測は
行わないフレーム内符号化手段と、時間軸上で片方向の
予測を用いるフレーム間予測手段と、時間軸上で両方向
の予測を用いるフレーム内挿予測手段とを備える動画像
符号化方式において、前記フレーム内符号化を行うフレ
ーム間のフレーム数と、前記フレーム内符号化を行うフ
レームと前記フレーム間予測を行うフレームと前記フレ
ーム内挿予測を行うフレームに対して割り当てられた量
子化ステップ幅比および、フレーム間の相関係数値に応
じて、前記フレーム内符号化を行うフレームと前記フレ
ーム間予測を行うフレームと前記フレーム内挿予測を行
うフレームの配置を決定する予測構造判定手段を備えた
ことを特徴とする動画像符号化方式。
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