(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動画像の符号化におけるＤＣＴ係数を低周波成分と高周波成分とに分割するビデオデータ分割装置において、
画像フレームの発生情報量を求める手段と、
該画像フレームの発生情報量をパラメータとして、分割後の低周波成分および高周波成分の少くとも一方のデータ量が目標値となるように、低周波成分および高周波成分の分割点を求める手段とを具備し、
前記目標値を、過去のフレームにおける分割後のデータ量の目標値と分割後に実際に発生したデータ量との差分を吸収するために、該過去のフレームにおける分割後のデータ量の目標値と分割後に実際に発生したデータ量との差分に基づいて決定するようにしたことを特徴とするビデオデータ分割装置。
【請求項２】
請求項１に記載のビデオデータ分割装置において、
前記低周波成分および高周波成分の分割点は、ＤＣＴ係数のジグザグスキャン時の次数であることを特徴とするビデオデータ分割装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のビデオデータ分割装置において、
第ｎフレーム目（ここに、ｎは正の整数）の低周波成分および高周波成分の分割点ｘn は、該第ｎフレームの発生情報量をｃ、分割後の高周波成分の目標値をｙn とした時、下記の式で求めるようにしたことを特徴とするビデオデータ分割装置。
ｘn ＝（ｙn −ｃ）／ａ        ただし、ａは定数
【請求項４】
請求項３に記載のビデオデータ分割装置において、
前記分割後の高周波成分の目標値ｙnを 、各フレーム当たりの高周波成分平均データ量の目標値をＢ、第ｉフレーム目で高周波成分として発生したデータ量をｂi とする時、下記の式で求めるようにしたことを特徴とするビデオデータ分割装置。
【数１】
0003646844.tif 000003
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はビデオデータ分割装置に関し、特に動画像の階層化に用いて好適なビデオデータ分割装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ＡＴＭ、ＬＡＮ、インターネット等のネットワークを用いて、一斉同報的に行われるビデオ放送、あるいはテレビ会議参加者への会議映像の同時配信を行う送信装置においては、動画像の符号化におけるＤＣＴ係数を低周波成分と高周波成分とに分割し、それらを別個の通信路に送出する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、本発明者は、特願平９−４１７０８号において、動画像の符号化に標準的に用いられているＭＰＥＧにおけるＤＣＴ係数を、低周波成分と高周波成分とに分割して送信し、受信側では必要とする画像品質に応じて低周波成分のみを用いて、あるいは低周波成分と高周波成分の両方を用いて復号化できるようにした動画像符号化データの階層化方法および装置を提案した。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記の特許出願には、ＤＣＴ係数の分割後のデータ構造が与えられているが、ＤＣＴ係数の分割制御、すなわち分割時のＤＣＴ係数次数の選択の仕方については言及されていなかった。このため、階層分割後のデータ系列の情報量を一定に保つことはできず、固定速度のネットワークを利用することができないという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を除去し、階層分割後のデータ系列の情報量をほぼ一定に保つことができるようにしたビデオデータ分割装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、動画像の符号化におけるＤＣＴ係数を低周波成分と高周波成分とに分割するビデオデータ分割装置において、画像フレームの発生情報量を求める手段と、該画像フレームの発生情報量をパラメータとして、分割後の低周波成分および高周波成分の少くとも一方のデータ量が目標値となるように、低周波成分および高周波成分の分割点を求める手段とを具備し、前記目標値を、過去のフレームにおける分割後のデータ量の目標値と分割後に実際に発生したデータ量との差分を吸収するために、該過去のフレームにおける分割後のデータ量の目標値と分割後に実際に発生したデータ量との差分に基づいて決定するようにした点に特徴がある。
【０００７】
この特徴によれば、階層分割後の低周波成分と高周波成分のデータ量を、各フレームに対してほぼ一定に保つことができるようになり、固定速度のネットワークを利用することができるようになる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【０００９】
図の、原画像データから予測画像データを引き算して予測誤差信号を生成する減算器１と、該減算器１から出力された予測誤差信号を直交変換、例えばＤＣＴ変換する直交変換部２と、該直交変換されたデータを量子化する量子化部３と、該量子化されたデータを逆量子化する逆量子化部４と、逆直交変換部５と、加算器６と、再生画を一時的に記憶するフレームメモリ７と、前記原画像データと前記フレームメモリ７からの再生画データとで動き補償を行う動き補償予測部８とを備えた装置は、ＭＰＥＧ符号化装置として既知のものである。
【００１０】
本実施形態では、前記量子化部３の出力を入力とする第１のジグザグスキャン符号化装置１１と、第２のジグザグスキャン符号化装置１３と、前記第１のジグザグスキャン符号化装置１１で決定された符号語を受取り、直交変換係数、すなわちＤＣＴ係数の分割次数ｘn を求めて出力するパラメータ決定装置１２とを有している。ベースレイヤパケット化装置１４は前記第２のジグザグスキャン符号化装置１３から出力されたＤＣＴ係数の低周波成分をパケット化し、拡張レイヤパケット化装置１５は前記第２のジグザグスキャン符号化装置１３から出力されたＤＣＴ係数の高周波成分をパケット化する。なお、前記第１のジグザグスキャン符号化装置１１は公知の通常のジグザグスキャン符号化装置である。
【００１１】
次に、本実施形態の動作を説明する。まず、前記第１のジグザグスキャン符号化装置１１の動作を、図２のフローチャートにより説明する。ステップＳ１では、前記量子化部３から出力されたデータ（ＤＣＴ係数）を、ジグザグスキャン順に取込む動作がなされる。ステップＳ２では、現係数を含めて以降の係数が全て０であるか否かの判断がなされる。この判断が否定の時にはステップＳ３に進んで係数値が０であるか否かの判断がなされる。この判断が肯定の時にはステップＳ１に戻って前記と同じ動作が繰り返される。一方、前記ステップＳ３の判断が否定になると、ステップＳ４に進んで、０の連続数と非０の係数値に従って符号語を決定し、パラメータ決定装置に出力する。
【００１２】
前記の動作が繰り返し行われている間に、前記ステップＳ２の判断が肯定になると、ステップＳ５に進み、ＥＯＢ（End Of Block）信号をパラメータ決定装置に出力する。
【００１３】
第１のジグザグスキャン符号化装置１１の上記の動作により、パラメータ決定装置１２は該第１のジグザグスキャン符号化装置１１から、符号化対象となっているフレームで発生した全符号化情報量ｃを検出できることになる。すなわち、第１のジグザグスキャン符号化装置１１から、符号化対象となっているフレームで発生した符号語が分かり、該符号語から符号語長が分かり、該符号語長の合計から全符号化情報量ｃが分かるようになる。
【００１４】
次に、該パラメータ決定装置１２の動作を説明する。該パラメータ決定装置１２は、まず、下記の(1) 式に基づいて、符号化対象の当該フレームの分割後の高周波成分データ量の目標値ｙn を定める。
【００１５】
【数２】
0003646844.tif 000002
ここで、Ｂはフレーム当りの高周波成分平均データ量の目標値（定数）、ｂi は第ｉフレームで高周波成分として発生したデータ量、ｙn は第ｎフレーム（現フレーム）に対する高周波数成分発生情報量の目標値である。
【００１６】
前記(1) 式は、各フレームに対する高周波成分のデータ量が目標値Ｂに近付くようにするための式であり、制御誤差を吸収するために、目標情報量（（ｎ＋１）Ｂ）と過去の高次係数の発生情報量（Σｂi ）との差分を取って、フィードバック制御をしている。
【００１７】
次に、パラメータ決定装置１２は、下式に基づいて、ジグザグスキャン分割次数ｘn （以下、単に分割次数ｘn と呼ぶ）を決定する。なお、下記の(2) 式は、図３に関して後述する実験式である。また、該分割次数ｘn とは、スキャンの順に沿って、０から６３までのインデックスが割り当てられた時の低周波成分と高周波成分の境界を示すインデックスである。
【００１８】
ｙn ＝ａｘn ＋ｃ  …(2)
ここに、ａは定数、ｃは当該フレームで発生した全情報量である。
【００１９】
(2) 式により、分割次数ｘn は下式により求めることができる、
ｘn ＝（ｙn −ｃ）／ａ  …(3)
ここで、前記(2) 式が成立する理由を、図３を参照して説明する。ジグザグスキャン分割次数ｘn を簡易に決定することを目的として、分割次数と、その時の高次係数のビット数の関係を計算機シミュレーションで調べた。図３は、Ｎ＝１５、Ｍ＝１のＭＰＥＧ１により、ＣＩＦ画像であるContainer 、Coastguard、およびMother&Daughter(M&D)を符号化した時の第１ＧＯＰ、第１４Ｐフレームにおいて、分割次数（横軸）を変化させた時の高次係数のビット数（縦軸）を示している。この図３から、分割次数ｘと高次係数のビット数ｙとの間には、下記の近似式(4) が部分的に当てはまることが分かる。
【００２０】
ｙ＝ａｘ＋ｃ  …(4)
図３に示した直線は、ａ（勾配）を共通とし、ｃを画像毎に変えたものである。なお、ｃはＤＣＴ係数の全ビット数であるから、符号化時に容易に得られる数値である。
【００２１】
パラメータ決定装置１２は、前記(1) 式と(3) 式により分割次数ｘn を決定する。そして、該分割次数ｘn を第２のジグザグスキャン符号化装置１３に入力する。該第２のジグザグスキャン符号化装置１３は、ジグザグスキャンの途中までの符号化データをベースレイヤパケット化装置１４へ、それ以降の高周波成分は拡張レイヤパケット化装置１５へ出力する働きをする。
【００２２】
該第２のジグザグスキャン符号化装置１３の動作を、図４のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ１１では、係数インデックスｉを−１に初期化する。ステップＳ１２では、該ｉに１を加算する。ステップＳ１３では、該ｉが前記パラメータ決定装置１２から送られてきた分割次数ｘn と比較され、ｉ≧ｘn が成立したか否かの判断がなされる。この判断が否定の時にはステップＳ１４に進み、ジグザグスキャン順に次の係数を取込む処理がなされる。ステップＳ１５では、現係数を含めて以降の係数が全て０であるか否かの判断がなされ、この判断が否定の時には、ステップＳ１６に進んで、係数値が０であるか否かの判断がなされる。この判断が肯定の時にはステップＳ１２に戻って、再度前記した動作が繰り返される。
【００２３】
一方、前記ステップＳ１６の判断が否定の時には、ステップＳ１７に進んで、０の連続数と係数値に従って符号語を決定し、該符号語は前記ベースレイヤパケット化装置１４に出力される。
【００２４】
次に、前記した処理が繰り返された結果、ステップＳ１３の処理が肯定になると、ステップＳ１８に進んで、ジグザグスキャン順に次の係数を取込む処理がなされる。次いで、ステップＳ１９に進んで、現係数を含めて以降の係数が全て０であるか否かの判断がなされ、この判断が否定の時には、ステップＳ２０に進んで、係数値が０であるか否かの判断がなされる。この判断が肯定の時にはステップＳ２２に進んで、前記ｉに１が加算され、再度前記したステップＳ１８、Ｓ１９の動作が繰り返される。
【００２５】
一方、前記ステップＳ２０の判断が否定の時には、ステップＳ２１に進んで、０の連続数と係数値に従って符号語を決定し、該符号語は前記拡張レイヤパケット化装置１５に出力される。
【００２６】
以上のように、本実施形態によれば、まず、過去の階層分割後の発生情報量から現フレームの階層分割後の目標情報量ｙn を決定し、次に、その目標情報量ｙn に最も近い発生情報量となると予想される分割次数ｘn を決定するようにしているので、ベースレイヤパケット化装置１４と拡張レイヤパケット化装置１５とに常にほぼ一定量の情報を供給することができるようになり、階層化ビデオ放送等において、固定速度のネットワークを利用することができるようになる。
【００２７】
次に、本発明の第２実施形態について、図５および図６を参照して説明する。この実施形態は、既に符号化が終了してハードディスク等の蓄積装置に蓄積されたファイルを、該蓄積装置から読み込んで階層分割するようにしたものである。
【００２８】
図５において、ファイル読込装置２０は前記蓄積装置から符号化により圧縮されたファイルを読み出す。読み出されたファイルはフレームデータ量計測装置２１と可変長符号復号装置２３に送られる。フレームデータ量計測装置２１は、画像フレーム当たりの符号語の発生情報量を計測し、該発生情報量ｃをパラメータ決定装置２２に送る。パラメータ決定装置２２は前記第１実施形態と同じ手法により、スキャン分割次数ｘn を決定する。該スキャン分割次数ｘn は可変長符号復号装置２３に送られる。
【００２９】
次に、該可変長符号復号装置２３の動作を、図６のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ３１では置数Ｒが０と置かれる。ステップＳ３２では、ファイル読込装置２０からＤＣＴ係数ブロックデータが入力される。ステップＳ３３では、該ＤＣＴ係数ブロックデータから符号語が一つ読込まれ、これが復号されてゼロラン長ｚが求められる。ステップＳ３４では、Ｒ＝Ｒ＋ｚ＋１が演算される。ステップＳ３５では、Ｒ≧分割次数（＝ｘn ）が成立するか否かが判断される。この判断が否定の時にはステップＳ３６に進んで、符号語を、ベースレイヤファイル書込み装置２４に送られる。そして、再びステップＳ３３に戻って、前記した処理が繰り返される。
【００３０】
前記の処理が繰り返されている間に、ステップＳ３５の判断が肯定になると、ステップＳ３７に進む。該ステップＳ３７では、符号語が、拡張レイヤファイル書込み装置２５に送られる。
【００３１】
以上のように、この実施形態においても、ベースレイヤファイル書込み装置２４と拡張レイヤファイル書込み装置２５に、ほぼ一定量の情報を書込むことができるようになる。
【００３２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、画像フレームの発生情報量をパラメータとして、分割後の低周波成分および高周波成分の少くとも一方のデータ量が目標値となるように、低周波成分および高周波成分の分割点を求めるようにしているので、分割後の低周波成分および高周波成分の情報量を各画像フレームに対して一定にすることができるようになる。このため、階層化ビデオ放送等において、固定速度のネットワークを利用することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図２】  図１の第１のジグザグスキャン符号化装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】  分割次数と、その時の高次係数のビット数の関係を計算機シミュレーションで調べた結果を示すグラフである。
【図４】  図１の第２のジグザグスキャン符号化装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】  本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図である。
【図６】  図５の可変長符号復号装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
３…量子化部、１１…第１のジグザグスキャン符号化装置、１２…パラメータ決定装置、１３…第２のジグザグスキャン符号化装置、１４…ベースレイヤパケット化装置、１５…拡張レイヤパケット化装置。
【図１】
0003646844.tif 000004
【図２】
0003646844.tif 000005
【図３】
0003646844.tif 000006
【図４】
0003646844.tif 000007
【図５】
0003646844.tif 000008
【図６】
0003646844.tif 000009