(57)【要約】【課題】符号量制御性、符号削減量及び画質に対して高品質なレート変換装置を提供する。【解決手段】動画像を圧縮符号化した第一画像符号化データから直交変換係数データ以外の残りのデータを分離し、直交変換ブロック毎に第一量子化画像データを可変長復号し、前記直交変換ブロックに対応する第一量子化パラメータを含む画像解析情報を抽出し、直交変換ブロック毎に前記第一量子化パラメータを用いて第一量子化画像データを逆量子化した後、第二量子化パラメータを用いて再量子化し生成した第二量子化画像データを順次可変長符号化し、前記残りのデータに対してレート変換に伴う修正を施したデータとの多重化を行い第二画像符号化データを作成し、第二画像符号化データの符号量を制御する為に、第二量子化パラメータを設定すると共に前記再量子化処理における除算結果の小数点以下の数値に対する丸め方法を前記画像解析情報に基づき設定する。【選択図】図１
2006191253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画面から構成される動画像を圧縮符号化した第一画像符号化データから、直交変換ブロック毎に第一量子化画像データを順次可変長復号する可変長復号ステップと、
前記第一画像符号化データを解析し、前記直交変換ブロックに対応する第一量子化パラメータを含む画像解析情報を抽出する解析ステップと、
前記直交変換ブロック毎に前記第一量子化パラメータを用いて、前記第一量子化画像データを量子化前の逆量子化画像データに戻す逆量子化ステップと、
前記逆量子化画像データを、第二量子化パラメータを用いて量子化し、第二量子化画像データを生成する再量子化ステップと、
前記第二量子化画像データを順次可変長符号化し可変長符号化画像データを作成する可変長符号化ステップと、
前記第一画像符号化データを前記第二量子化パラメータ及び前記可変長符号化画像データに基づき第二画像符号化データに変換する画像符号化データ変換ステップと、
前記第二画像符号化データの符号量を制御するために、前記第二量子化パラメータを設定するとともに、前記再量子化ステップにおける演算結果の小数点以下の数値に対する丸め閾値を前記画像解析情報に基づき設定する再量子化パラメータ設定ステップを備えたことを特徴とするレート変換方法。
【請求項２】
複数の画面から構成される動画像を圧縮符号化した第一画像符号化データから、直交変換ブロック毎に第一量子化画像データを順次可変長復号する可変長復号ステップと、
前記第一画像符号化データを解析し、前記直交変換ブロックに対応する第一量子化パラメータを含む画像解析情報を抽出する解析ステップと、
前記直交変換ブロック毎に前記第一量子化パラメータ及び第二量子化パラメータの比率を用いて、前記第一量子化画像データを第二量子化画像データへと変換する量子化画像データ変換ステップと、
第二量子化画像データを順次可変長符号化し可変長符号化画像データを作成する可変長符号化ステップと、
前記第一画像符号化データを前記第二量子化パラメータ及び前記可変長符号化画像データに基づき第二画像符号化データに変換する画像符号化データ変換ステップと、
前記第二画像符号化データの符号量を制御するために、前記第二量子化パラメータを設定するとともに、前記量子化画像データ変換ステップにおける演算結果の小数点以下の数値に対する丸め閾値を前記画像解析情報に基づき設定する再量子化パラメータ設定ステップを備えたことを特徴とするレート変換方法。
【請求項３】
前記再量子化パラメータ設定ステップは、前記第一量子化パラメータから前記第二量子化パラメータへの量子化パラメータ変更量が閾値以上の場合は、前記再量子化ステップまたは量子化画像データ変換ステップの演算過程において丸め閾値を大きく設定し、
前記量子化パラメータ変更量が閾値を超えない場合は丸め閾値を小さく設定することを特徴とする請求項１または２に記載のレート変換方法。
【請求項４】
前記再量子化パラメータ設定ステップは、前記第一量子化パラメータから前記第二量子化パラメータへの量子化パラメータ変更量が閾値以上の場合は前記再量子化ステップまたは量子化画像データ変換ステップの演算過程において小数点以下の数値に対して四捨五入を適用し、
前記量子化パラメータ変更量が閾値を超えない場合は小数点以下の数値に対して切り捨てを適用することを特徴とする請求項１または２に記載のレート変換方法。
【請求項５】
前記再量子化パラメータ設定ステップは、前記解析ステップによる第一画像符号化データの直交変換係数分布解析結果に基づき、量子化パラメータ変更量閾値を決定することを特徴とする請求項３または４に記載のレート変換方法。
【請求項６】
前記再量子化ステップまたは量子化画像データ変換ステップの演算過程において、周波数成分の閾値を設け、閾値以下の低周波成分の丸め閾値は小さくし、閾値を超える高周波成分の丸め閾値は大きくすることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のレート変換方法。
【請求項７】
前記解析ステップは、直交変換ブロックの種類を解析し、前記再量子化ステップまたは量子化画像データ変換ステップの演算過程において、輝度信号及び色差信号ブロックごとに丸め閾値を変更することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のレート変換方法。
【請求項８】
前記解析ステップは、画面の種類を解析し、前記再量子化ステップまたは量子化画像データ変換ステップの演算過程において、前記画面の種類に応じて丸め閾値を変更することを特徴とする請求項１〜４に記載のレート変換方法。
【請求項９】
前記解析ステップは、連続する画面間のずれ量を解析し、前記再量子化ステップまたは量子化画像データ変換ステップの演算過程において、前記連続する画面間のずれ量に応じて丸め閾値を変更することを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のレート変換方法。
【請求項１０】
前記再量子化パラメータ設定ステップによって設定される量子化パラメータは、直交変換係数ごとの量子化の荒さを示す量子化テーブルであることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のレート変換方法。
【請求項１１】
前記再量子化パラメータ設定ステップによって設定される量子化パラメータは直交変換対象領域の量子化の荒さを示す量子化スケールコードであることを特徴とする請求項１〜４いずれかに記載のレート変換方法。
【請求項１２】
前記再量子化パラメータ設定ステップは、前記解析ステップによる第一画像符号化データの量子化スケールコード分布解析結果に基づき、量子化スケールコード変更量閾値を決定し、
量子化スケールコード変更量が量子化スケールコード変更量閾値以上の場合は前記再量子化ステップまたは量子化画像データ変換ステップの演算過程において小数点以下の数値に対して切り捨てを適用し、
量子化スケールコード変更量が量子化スケールコード変更量閾値を超えない場合は小数点以下の数値に対して四捨五入を適用することを特徴とする請求項１１に記載のレート変換方法。
【請求項１３】
前記再量子化パラメータ設定手段は、量子化スケールコード変更量が２を超える場合は前記再量子化手段の演算過程において小数点以下の数値に対して切り捨てのみを適用し、
量子化スケールコード変更量が１の場合には複数の丸め閾値を用意し、符号量制御内容に応じて前記丸め閾値のいずれかを選択し、小数点以下の数値に対して適用することを特徴とする請求項１１に記載のレート変換方法。
【請求項１４】
複数の画面から構成される動画像を圧縮符号化した第一画像符号化データから、直交変換ブロック毎に第一量子化画像データを順次可変長復号する可変長復号手段と、
前記第一画像符号化データを解析し、前記直交変換ブロックに対応する第一量子化パラメータを含む画像解析情報を抽出する解析手段と、
前記直交変換ブロック毎に前記第一量子化パラメータを用いて、前記第一量子化画像データを量子化前の逆量子化画像データに戻す逆量子化手段と、
前記逆量子化画像データを、第二量子化パラメータを用いて量子化し、第二量子化画像データを生成する再量子化手段と、
前記第二量子化画像データを順次可変長符号化し可変長符号化画像データを作成する可変長符号化手段と、
前記第一画像符号化データを前記第二量子化パラメータ及び前記可変長符号化画像データに基づき第二画像符号化データに変換する画像符号化データ変換手段と、
前記第二画像符号化データの符号量を制御するために、前記第二量子化パラメータを設定するとともに、前記再量子化手段における演算結果の小数点以下の数値に対する丸め閾値を前記画像解析情報に基づき設定する再量子化パラメータ設定手段を備えたことを特徴とするレート変換装置。
【請求項１５】
複数の画面から構成される動画像を圧縮符号化した第一画像符号化データから、直交変換ブロック毎に第一量子化画像データを順次可変長復号する可変長復号手段と、
前記第一画像符号化データを解析し、前記直交変換ブロックに対応する第一量子化パラメータを含む画像解析情報を抽出する解析手段と、
前記直交変換ブロック毎に前記第一量子化パラメータ及び第二量子化パラメータの比率を用いて、前記第一量子化画像データを第二量子化画像データへと変換する量子化画像データ変換手段と、
第二量子化画像データを順次可変長符号化し可変長符号化画像データを作成する可変長符号化手段と、
前記第一画像符号化データを前記第二量子化パラメータ及び前記可変長符号化画像データに基づき第二画像符号化データに変換する画像符号化データ変換手段と、
前記第二画像符号化データの符号量を制御するために、前記第二量子化パラメータを設定するとともに、前記量子化画像データ変換手段における演算結果の小数点以下の数値に対する丸め閾値を前記画像解析情報に基づき設定する再量子化パラメータ設定手段を備えたことを特徴とするレート変換装置。
【請求項１６】
前記再量子化パラメータ設定手段は、前記第一量子化パラメータから前記第二量子化パラメータへの量子化パラメータ変更量が閾値以上の場合は前記再量子化手段または量子化画像データ変換手段の演算過程において丸め閾値を大きく設定し、
前記量子化パラメータ変更量が閾値を超えない場合は丸め閾値を小さく設定することを特徴とする請求項１４または１５に記載のレート変換装置。
【請求項１７】
前記再量子化パラメータ設定手段は、前記第一量子化パラメータから前記第二量子化パラメータへの量子化パラメータ変更量が閾値以上の場合は前記再量子化手段または量子化画像データ変換手段の演算過程において小数点以下の数値に対して四捨五入を適用し、
前記量子化パラメータ変更量が閾値を超えない場合は小数点以下の数値に対して切り捨てを適用することを特徴とする請求項１４または１５に記載のレート変換装置。
【請求項１８】
前記再量子化パラメータ設定手段は、前記解析手段による第一画像符号化データの直交変換係数分布解析結果に基づき、量子化パラメータ変更量閾値を決定することを特徴とする請求項１６または１７に記載のレート変換装置。
【請求項１９】
前記再量子化手段または量子化画像データ変換手段の演算過程において、低周波成分の丸め閾値は小さくし、高周波成分の丸め閾値は大きくすることにより画質を改善することを特徴とする請求項１４〜１７いずれかに記載のレート変換装置。
【請求項２０】
前記解析手段は、直交変換ブロックの種類を解析し、前記再量子化手段または量子化画像データ変換手段の演算過程において、輝度信号及び色差信号ブロックごとに丸め閾値を変更することにより画質を改善することを特徴とする請求項１４〜１７いずれかに記載のレート変換装置。
【請求項２１】
前記解析手段は、画面の種類を解析し、前記再量子化手段または量子化画像データ変換手段の演算過程において、前記画面の種類に応じて丸め閾値を変更することを特徴とする請求項１４〜１７いずれかに記載のレート変換装置。
【請求項２２】
前記解析手段は、連続する画面間のずれ量を解析し、前記再量子化手段または量子化画像データ変換手段の演算過程において、前記連続する画面間のずれ量に応じて丸め閾値を変更することを特徴とする請求項１４〜１７いずれかに記載のレート変換装置。
【請求項２３】
前記再量子化パラメータ設定手段によって設定される量子化パラメータは、直交変換係数ごとの量子化の荒さを示す量子化テーブルであることを特徴とする請求項１４〜１７いずれかに記載のレート変換装置。
【請求項２４】
前記再量子化パラメータ設定手段によって設定される量子化パラメータは直交変換対象領域の量子化の荒さを示す量子化スケールコードであることを特徴とする請求項１４〜１７いずれかに記載のレート変換装置。
【請求項２５】
前記再量子化パラメータ設定手段は、前記解析手段による第一画像符号化データの量子化スケールコード分布解析結果に基づき、量子化スケールコード変更量閾値を決定し、
量子化スケールコード変更量が量子化スケールコード変更量閾値以上の場合は前記再量子化手段または量子化画像データ変換手段の演算過程において小数点以下の数値に対して切り捨てを適用し、
量子化スケールコード変更量が量子化スケールコード変更量閾値を超えない場合は小数点以下の数値に対して四捨五入を適用することを特徴とする請求項２４に記載のレート変換装置。
【請求項２６】
前記再量子化パラメータ設定手段は、量子化スケールコード変更量が２を超える場合は前記再量子化手段または量子化画像データ変換手段の演算過程において小数点以下の数値に対して切り捨てのみを適用し、
量子化スケールコード変更量が１の場合には複数の丸め閾値を用意し、符号量制御内容に応じて前記丸め閾値のいずれかを選択し、小数点以下の数値に対して適用することを特徴とする請求項２４に記載のレート変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動画像符号化データのビットレート変換を実行するための方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタル動画像を効率よく伝送・記録するためには圧縮符号化が必要である。ディジタルビデオおよび付随するオーディオに対する圧縮符号化方式の標準規格として周知であるＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｅｘｐｅｒｔ  Ｇｒｏｕｐ）−２では、一連の複数の画面（フレーム）から構成される動画像において、フレーム間の差分を取ることによって時間軸方向の冗長度を削減し、さらに、各フレームを構成する複数の画素にＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ；離散コサイン変換）による直交変換処理を施した後、量子化を行い空間軸方向の冗長度を削減することにより効率の良い動画像圧縮符号化を実現している。
【０００３】
ＭＰＥＧ−２では、動画像符号化データは階層構造を有し、最上位のシーケンス層からＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ  ｏｆ  Ｐｉｃｔｕｒｅ）層、ピクチャ層、スライス層、マクロブロック層およびブロック層の順の各層からなる。
【０００４】
符号化装置で符号化された動画像符号化データは、所定の転送速度で伝送路に送出され、復号装置に入力されて復号され再生される。しかしながら、無線通信などの狭帯域の伝送路に接続された復号装置も存在するため、動画像符号化データのビットレートを変換する必要がある。このビットレートの変換を行うのがレート変換装置である。
【０００５】
動画像符号化データのビットレートを変換するには大きく分けて以下の二つの方法がある。その１つは、復号装置と符号化装置の両方を用意し、動画像符号化データを復号装置で復号し画像を再生した後に、符号化装置でその再生画像を所望のビットレートまで再圧縮符号化する方法である。この方法では、復号装置と符号化装置両方を必要としており高価になる上、復号してから再び符号化するため遅延が大きくなり、実用的ではない。
【０００６】
一方、画像を完全に復号再生せずに、ビットレート変換を行う方法がある。ＭＰＥＧ−２で圧縮符号化した画像を例にして、図１３を用いて説明する。図１３は完全な復号再生を必要としないレート変換装置の概略構成を示すブロック図である。
【０００７】
レート変換装置１０では、入力端子１００への入力ビットストリーム内のシーケンス層、ＧＯＰ層、ピクチャ層、スライス層およびマクロブロック層の符号化情報を殆ど再利用する。基本的にブロック層のＤＣＴ係数の変換およびブロック層の変換に伴い修正が必要なマクロブロック層の符号の変換処理のみが行われる。
【０００８】
まず、ＭＰＥＧ−２で圧縮符号化された画像のビットストリームを入力端子１００から入力する。可変長復号部（ＶＬＤ）１１０ではビットストリームを解析しながら、ブロック毎に第一の量子化スケールＱ＿ｓｃａｌｅ１と量子化されたＤＣＴ係数ａ［ｉ］を抽出する。ここで、ｉ＝１、・・・、６４である。
【０００９】
また、可変長符号とは、０以外の係数間の０の個数（ラン）と係数値（レベル）の組を表す符号である。出現頻度の高いランとレベルの組には短い符号が、出現頻度の低いランとレベルの組には長い符号が割り当てられる。
【００１０】
可変長復号部１１０はＱ＿ｓｃａｌｅ１、ａ［ｉ］を逆量子化部（ＩＱ）１３０に送り、それ以外のデータをマルチプレクサ１６０（ＭＵＸ）に送る。
【００１１】
逆量子化部１３０では係数ａ［ｉ］にＱ＿ｓｃａｌｅ１を積算して逆量子化操作を行い、ｂ［ｉ］を生成し、量子化部（Ｑ）１４０に送る。量子化部１４０では逆量子化して得られた逆量子化係数ｂ［ｉ］を第二の量子化スケールＱ＿ｓｃａｌｅ２で除算して再量子化係数ｃ［ｉ］を生成する。ｃ［ｉ］とＱ＿ｓｃａｌｅ２を可変長符号化部（ＶＬＣ）１５０に送り、可変長符号に変換してマルチプレクサ１６０に送る。
【００１２】
マルチプレクサ１６０では、送られてきたデータを多重化して出力する。なお、所望のビットレートに圧縮するためにレート制御部１２０にて、可変長復号部１１０への入力ビット数及び可変長符号化部１５０の出力ビット数を計数しながらＱ＿ｓｃａｌｅ２を決定する。
【００１３】
このようなレート変換方法においては、逆ＤＣＴや逆量子化といった不可逆過程を経て動画像データが復号され、さらにこの動画像データがＤＣＴや量子化という不可逆過程を経て動画像符号化データに変換されるため、画質が劣化する問題がある。
【００１４】
特許文献１では、量子化スケール変更によるレート変換方法において、画質の劣化が生じる可能性が低くなるような量子化スケール決定方法が示されている。特許文献１では、元々大きな量子化スケールで量子化されていたＤＣＴ係数が、さらに粗い量子化スケールで再量子化することにより発生する画質劣化を防ぐために、閾値を設け、元々の量子化スケールが閾値より小さい場合にのみ量子化スケールの変更を行うようにしている。閾値は、処理対象の符号化困難度の時間変化に応じて変更される。
【特許文献１】特開２００２−２１８４６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
ところで、前記従来の構成における再量子化時の除算では、小数点以下の値の取り扱いは、四捨五入または切り捨てのどちらか一方を適用するのが一般的である。しかしながら、小数点以下の値の取り扱い方によって、削減符号量と画質において結果が大きく異なってくる。
【００１６】
名称”Ｍｏｂｉｌｅ＆Ｃａｌｅｎｄａｒ”  を有する既知の画像テストシーケンスに対する量子化スケール変更によるレート変換実験結果を図１４及び１５に示す。ここで、図１４は切り捨て適用時の実験結果を示し、図１５は四捨五入適用時の実験結果を示している。実験では、量子化スケールを変更するために全てのマクロブロックに対して、量子化スケールを特定する値である量子化スケールコードを一律に増加させた。また、該テストシーケンスは、７０４×４８０画像ドットの解像度、４：２：０のクロマフォーマット、４５０フレーム、１２Ｍｂｐｓの平均ビットレートを有する。また、該テストシーケンスの量子化後ＤＣＴ係数のうち「０」を除く各レベル絶対値出現頻度を図１６に示す。図１６よりレベル絶対値１が非常に多く出現することがわかる。
【００１７】
小数点以下の値を切り捨てする場合、量子化スケール変更前の時点でレベルの絶対値が１である量子化後ＤＣＴ係数は量子化スケールを一段階大きく変更するだけでレベル０へと変更される。それゆえ、レベル絶対値１の量子化後ＤＣＴ係数が多く含まれる前記テストシーケンスに対して、量子化スケールを一段階大きく変更すると図１４に示すように符号量が大幅に削減される。つまり、必要以上に符号量が削減される状況が発生し、変換後レートを目標レートへと制御する上で問題となる。
【００１８】
一方、小数点以下の値を四捨五入する場合、図１５に示すように量子化スケール変更に応じて符号量は段階的に削減されていく。しかしながら、四捨五入適用時と切り捨て適用時において、同等の符号量まで削減して画像の比較を行うと、四捨五入適用時は画質において切り捨て適用時より劣っている。
【００１９】
例えば、四捨五入及び切り捨て適用時のそれぞれにおいて、前記テストシーケンスを約５Ｍｂｐｓの平均ビットレートにレート変換した際の輝度成分の信号対雑音比（ＳＮＲ）は図１７に示すとおりである。ここで、ＳＮＲは（数１）により求まる変換前後の画像間のＳＮＲであり、ＳＮＲが高ければ高いほど変換前後の誤差が小さいことを示す。四捨五入適用時は、切り捨て適用時よりＳＮＲが約３．８ｄＢ低い結果となっている。
【００２０】
【数１】
2006191253.tif 000003
【００２１】
これは、四捨五入適用時は符号量の減少が小さく、切り捨て適用時と同等の符号量まで削減するためには、量子化スケールを大きく変更する必要があり、結果として画質が劣化するためである。
【００２２】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、再量子化時の除算における小数点以下の値の取り扱い方を適応的に変更可能なレート変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
前記従来の課題を解決するために、本発明は次のようにして、再量子化時の除算における小数点以下の値の取り扱い方を適応的に変更し、レート変換を行う。
【００２４】
複数の画面から構成される動画像を圧縮符号化した第一画像符号化データから、直交変換係数データ以外の残りのデータを分離し、直交変換ブロック毎に第一量子化画像データを順次可変長復号する。
【００２５】
また、第一画像符号化データを解析し、前記直交変換ブロックに対応する第一量子化パラメータを含む画像解析情報を抽出する。
【００２６】
次に直交変換ブロック毎に前記第一量子化パラメータを用いて、第一量子化画像データを逆量子化した後、第二量子化パラメータを用いて再量子化し第二量子化画像データを生成する。
【００２７】
さらに、第二量子化画像データを順次可変長符号化し、分離された残りのデータに対してレート変換に伴う修正を施したデータとの多重化を行い、第二画像符号化データを作成する。
【００２８】
ここで、第二画像符号化データの符号量を制御するために、第二量子化パラメータを設定するとともに、前記再量子化処理における除算結果の小数点以下の数値に対する丸め方法を画像解析情報に基づき設定する。
【００２９】
除算結果の数値丸め方法は、量子化パラメータの変更量閾値設け、量子化パラメータの変更量が閾値以上であれば切り捨てを適用し、そうでなければ四捨五入を適用する。
【００３０】
量子化パラメータの変更量閾値は、事前に用意した入力レートと目標レートとの対応表を参照し設定する。また、変更量閾値は変換対象である第一画像符号化データの解析結果に応じて変更することも可能である。
【００３１】
本構成によって、再量子化時の除算における小数点以下の値の取り扱い方を適応的に変更可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明のレート変換方法によれば、再量子化時の除算における小数点以下の値の取り扱い方を適応的に変更可能とすることにより、目標ビットレートが高い場合は符号量制御性に優れた四捨五入が適用され、目標ビットレートが低い場合は、画質劣化を抑えた符号量削減に優れた切り捨てが適用される。したがって、符号量制御性、符号削減量および画質において優れたレート変換方法が簡単な構成で提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。これらの実施の形態では、背景技術のところで説明したＭＰＥＧ−２で圧縮符号化して得られたビットストリームを例として用いるが、本発明のレート変換方法及びレート変換装置はこの方式に限るものではなく、量子化過程を含む他の圧縮符号化方式に対して同様に適用できる。
【００３４】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態におけるレート変換装置の処理対象であるＭＰＥＧ−２ビットストリームの構成の詳細を説明する。ビットストリームは背景技術のところで説明したように階層構造を有しており、以下では各階層に対応したデータについて説明する。
【００３５】
シーケンスは、動画像を構成する時系列のピクチャの集合である。ビットストリームは、最上位層のデータとして、このシーケンスに対応したシーケンス層のデータを含んでいる。このシーケンス層のヘッダには、そのシーケンスに属する各ピクチャのサイズや画素アスペクト比等を指定するデータが含まれている。
【００３６】
シーケンス層のデータには、このシーケンスを構成する複数のＧＯＰに対応したＧＯＰ層のデータが含まれている。１つのＧＯＰは、複数のピクチャによって構成されている。ＧＯＰを構成する各ピクチャには、イントラ符号化ピクチャ（Ｉピクチャ）、順方向予測ピクチャ（Ｐピクチャ）、双方向予測ピクチャ（Ｂピクチャ）の３種類がある。
【００３７】
Ｉピクチャは、他のピクチャとは独立して静止画として符号化される画面のことである。Ｐピクチャは、時間的に過去に位置するＩまたはＰピクチャに基づいて予測符号化される画面のことである。Ｂピクチャは、時間的に前後に位置するＩまたはＰピクチャを用いて順方向、逆方向または双方向のピクチャに基づいて予測符号化される画面のことである。ＧＯＰ層のデータ中には、以上説明したようなＧＯＰを構成する各ピクチャに対応したピクチャ層のデータが含まれている。
【００３８】
１つのピクチャは、複数のスライスから構成され、ピクチャ層のデータには、そのピクチャを構成する各スライスに対応したスライス層のデータが含まれている。また、各スライスに対応したスライス層のヘッダには、そのスライスに適用する量子化スケールを指定するデータが含まれる。
【００３９】
１つのスライスは、各々が１６×１６個の画素からなる複数のマクロブロックにより構成されている。スライス層のデータには、そのスライスを構成する各マクロブロックに対応したマクロブロック層のデータが含まれている。
【００４０】
ここで、ＰピクチャまたはＢピクチャに対応したマクロブロック層のデータは、各マクロブロック毎に、当該マクロブロックのピクチャ間予測符号化のために参照された他のピクチャ内の参照画像の位置を特定する動き情報を含んでいる場合がある。
【００４１】
各マクロブロックに対応したマクロブロック層のデータには、そのマクロブロックを構成する各ブロックに対応したブロック層のデータが含まれている。また、マクロブロック層のヘッダには、同一スライス内の以降のマクロブロックに適用する量子化スケールを指定するデータが含まれる場合がある。
【００４２】
ブロックは、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｂ、Ｃｒの三種類からなる。ここで、Ｉピクチャに対応したブロック層のデータは、各ブロック毎に、当該ブロック内の各画素値から得られた複数のＤＣＴ係数を量子化し、かつ、可変長符号化することにより得られた可変長符号化データを含んでいる。さらにＰピクチャまたはＢピクチャに対応したブロック層のデータは、ブロック毎に、当該ブロックとその参照画像との間の差分情報に対応したＤＣＴ係数を量子化し、かつ、可変長符号化することにより得られた可変長符号化データを含んでいる。
【００４３】
以上が、本実施形態に係るレート変換装置の処理対象であるＭＰＥＧ−２ビットストリームの構成の詳細である。
【００４４】
図１は、本発明の実施の形態１におけるレート変換装置の構成を示すブロック図である。図１において、図１３と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を一部省略する。
【００４５】
レート変換装置１０では、入力端子１００への入力ビットストリーム内のシーケンス層、ＧＯＰ層、ピクチャ層、スライス層およびマクロブロック層の符号化情報の殆どを再利用する。基本的にブロック層のＤＣＴ係数の変換およびブロック層の変換に伴い修正が必要なマクロブロック層の符号の変換処理のみが行われる。
【００４６】
以下、レート変換装置１０の動作の概要を説明する。まず、ＭＰＥＧ−２で圧縮符号化された画像のビットストリームを入力端子１００から入力する。解析部２１０では、ビットストリームを解析しながら、ブロック毎に第一の量子化スケールコードＱ＿ｃｏｄｅ１及び量子化スケールタイプＱ＿ｔｙｐｅとＤＣＴ係数ブロックを抽出し、可変長復号部（ＶＬＤ）１１０に送る。また、解析部２１０は、ビットストリームからＤＣＴ係数ブロック以外のデータを分離しマルチプレクサ１６０（ＭＵＸ）に送る。
【００４７】
第一の量子化スケールＱ＿ｓｃａｌｅ１は、第一の量子化スケールコードＱ＿ｃｏｄｅ１及び量子化スケールタイプＱ＿ｔｙｐｅにより特定される。量子化スケールコードは、「１」〜「３１」のいずれかの値をとる。また、量子化スケールタイプの値は、線形量子化スケールの場合は「０」、非線形量子化スケールの場合は「１」である。
【００４８】
可変長復号部１１０では、ＤＣＴ係数ブロックを可変長復号し、量子化されたＤＣＴ係数ａ［ｉ］を生成する。ここで、ｉは可変長符号化時のスキャンの順番を表し、ｉ＝１、・・・、６４である。可変長復号部１１０は、ａ［ｉ］とともにＱ＿ｃｏｄｅ１とＱ＿ｔｙｐｅを逆量子化部（ＩＱ）１３０に送る。ここで、可変長復号部１１０は、Ｑ＿ｃｏｄｅ１とＱ＿ｔｙｐｅの代わりに直接Ｑ＿ｓｃａｌｅ１を逆量子化部１３０に送ってもよい。また、解析部２１０は、Ｑ＿ｃｏｄｅ１、Ｑ＿ｔｙｐｅ及びビットストリームの各種解析結果をレート制御部２２０に送る。
【００４９】
逆量子化部１３０では、Ｑ＿ｃｏｄｅ１とＱ＿ｔｙｐｅ  より求めたＱ＿ｓｃａｌｅ１に係数ａ［ｉ］を積算して逆量子化操作を行い、ｂ［ｉ］を生成し、量子化部（Ｑ）１４０に送る。量子化部１４０では逆量子化して得られた逆量子化係数ｂ［ｉ］を第二の量子化スケールＱ＿ｓｃａｌｅ２で除算し、小数点以下を丸め閾値Ｒｔｈで丸め、再量子化係数ｃ［ｉ］を生成する。ここで、小数点以下を丸め閾値Ｒｔｈで丸めるとは、小数点以下の値がＲｔｈ以上の場合は切り上げ、そうでない場合は、切り下げ（切り捨て）することを意味する。
【００５０】
また、量子化部１４０において量子化によりブロック内の再量子化係数が全て０となる場合には、マクロブロック中のどのブロックにＤＣＴ係数が存在するかを示すＣＢＰ（Ｃｏｄｅｄ  Ｂｌｏｃｋ  Ｐａｔｔｅｒｎ）等を変更する必要が生じる。これを避けるため、再量子化係数が全て０となる場合には、元々非０成分のうちＤＣＴスキャン順の最初に位置する成分をレベル絶対値１へと変換して残す処理等を行ってもよい。
【００５１】
また、所望のビットレートに圧縮するためにレート制御部２２０にて、解析部２１０によるビットストリームの解析結果及び可変長符号化部１５０の出力符号量を基に量子化スケールコード変更量Ｑ＿ａｄｄとＲｔｈを決定する。Ｑ＿ｃｏｄｅ１にＱ＿ａｄｄを加えたものを第二の量子化スケールコードＱ＿ｃｏｄｅ２とすると、Ｑ＿ｓｃａｌｅ２は、Ｑ＿ｃｏｄｅ２及びＱ＿ｔｙｐｅにより特定される。ただし、Ｑ＿ｃｏｄｅ２が「３１」を超える場合は、Ｑ＿ｃｏｄｅ２を「３１」へと変更する。レート制御部２２０は、Ｑ＿ｃｏｄｅ２、Ｑ＿ｔｙｐｅ及びＲｔｈを量子化部１４０に送る。
【００５２】
本実施の形態では、レート制御方式としてＧＯＰ単位でのフィードバック制御を想定して説明を行うが、レート制御方式をこの方式に限るものではなく、他のレート制御方式に対して同様に適用できる。
【００５３】
量子化部１４０はｃ［ｉ］とＱ＿ｃｏｄｅ２及びＱ＿ｔｙｐｅを可変長符号化部（ＶＬＣ）１５０に送り、可変長符号化部１５０はｃ［ｉ］を可変長符号に変換してマルチプレクサ１６０に送る。また可変長符号化部１５０はＱ＿ｃｏｄｅ２及びＱ＿ｔｙｐｅも併せてマルチプレクサ１６０に送る。
【００５４】
マルチプレクサ１６０では、解析部２１０より送られてきた分離データに対して、レート変換処理に伴い修正が必要となった部分の修正を行った後、可変長符号化部１５０より送られてくる可変長符号データとの多重化を行い、ＭＰＥＧ−２ビットストリームを出力する。修正が必要となる部分は、基本的には量子化スケールコードが示されている部分のみであるが、レート変換内容によっては、前述のＣＢＰや他の部分の修正も必要となる。
【００５５】
以下、本実施の形態による再量子化パラメータ設定動作の詳細を図２のフローチャートに従って説明する。
【００５６】
目標ビットレートの変更が生じると以下の処理が開始される（ステップＳ００）。まず、圧縮符号化された画像のビットストリームが入力端子１００から入力され、解析部２１０でビットストリームの解析が行われる（ステップＳ０１）。ビットストリームの解析内容としては、ＧＯＰ単位での可変長復号部１１０への入力符号量、Ｑ＿ｓｃａｌｅ１、Ｑ＿ｔｙｐｅ、ＤＣＴ係数の各レベル絶対値の出現頻度等がある。
【００５７】
レート制御部２２０では、目標ビットレートや解析部２１０によるビットストリーム解析  結果等を基に再量子化パラメータであるＱ＿ａｄｄとＲｔｈの初期値を決定する（ステップＳ０２）。この初期値の決定方法としては、図３に示すような再量子化パラメータ設定表を参照する方法がある。図３の再量子化パラメータ設定表は、複数の入力レートと目標レートに対応する再量子化パラメータが示されており、レート制御部２２０は、レート変換内容が最も近い再量子化パラメータを選択する。再量子化パラメータ設定表は、複数の動画像符号化データに対して各種パラメータによるレート変換結果を求めることにより作成可能である。
【００５８】
また、レート制御部２２０は、目標ビットレートを基に、ＧＯＰ単位での目標符号量を算出する。ここで、レート制御部２２０は目標符号量として可変長符号化部１５０より出力されるべき符号量を算出する。
【００５９】
次にステップＳ０３では、前述のように逆量子化部１３０で逆量子化操作を行い逆量子化係数ｂ［ｉ］を生成し、量子化部１４０でｂ［ｉ］を第二の量子化スケールＱ＿ｓｃａｌｅ２で除算し、小数点以下を丸め閾値Ｒｔｈで丸め、再量子化係数ｃ［ｉ］を生成し、可変長符号化部１５０で可変長符号に変換して符号量削減処理が行われる。
【００６０】
ステップＳ０３により１ＧＯＰの符号量削減処理を行った後、レート制御部２２０では、目標ビットレート変更の有無を判断する（ステップＳ０４）。
【００６１】
ステップＳ０４において、目標ビットレート変更があると判断された場合には、ステップＳ０５へと遷移し、処理を終了する（ステップＳ０５）。そうでない場合は、ステップＳ０６へと遷移する。
【００６２】
次に、レート制御部２２０では、可変長符号化部１５０より出力される符号量削減処理後の１ＧＯＰの出力符号量を確認する（ステップＳ０６）。ここで、出力符号量確認対象は可変長符号化部１５０からの出力符号量に限定するものではなく、マルチプレクサ１６０からの出力符号量としても良い。ただし、その際には、目標出力符号量はマルチプレクサ１６０からの出力符号量として算出する必要がある。
【００６３】
１ＧＯＰの出力符号量が目標出力符号量以上の場合は、ステップＳ０７へと遷移し、Ｑ＿ａｄｄを１増加させる。ここで、元のＱ＿ａｄｄが３０の場合にはＱ＿ａｄｄは３０のままである。一方、１ＧＯＰの出力符号量が目標出力符号量より小さい場合は、Ｑ＿ａｄｄを１減少させる。ここで、元のＱ＿ａｄｄが０の場合にはＱ＿ａｄｄは０のままである。
【００６４】
前述のようにＱ＿ａｄｄを更新した後、ステップＳ０９においてステップＳ０１と同様に解析部２１０がストリーム解析を行う。
【００６５】
ストリームの解析結果を得たレート制御部２２０では、丸め閾値Ｒｔｈの設定処理を行う。本実施例では、丸め閾値Ｒｔｈとして「０．５」と「１」の二通りを用意し、レート制御部２２０はどちらを適用するかを決定する。すなわち、レート制御部２２０は四捨五入と切り捨てのどちらを適用するかを切り替える。
【００６６】
丸め閾値Ｒｔｈの切替方法は、量子化スケールコードの変更量閾値Ｑ＿ａｄｄ＿ｔｈを設け、Ｑ＿ａｄｄがＱ＿ａｄｄ＿ｔｈ以上であればＲｔｈを１に切り替え、そうでなければＲｔｈを０．５に切り替える。
【００６７】
Ｑ＿ａｄｄ＿ｔｈの最も簡単な設定方法としては、入力レートと目標レートとの対応表を用意し、参照する方法である。図４に入力レートとＱ＿ａｄｄ＿ｔｈの対応表の例を示す。レート制御部２２０は、図４の対応表のうち入力レートが最も近いものに対応するＱ＿ａｄｄ＿ｔｈを選択する。図４の対応表は、複数の動画像符号化データに対して各種パラメータによるレート変換結果を求めることにより作成可能である。
【００６８】
また、他のＱ＿ａｄｄ＿ｔｈ設定方法として、ステップＳ０１における量子化スケールコードの出現頻度分布解析結果を利用することが可能である。例えば、制御単位（本実施の形態１ではＧＯＰ単位）での量子化スケールの平均値Ｑ＿ａｖｅを求め、量子化スケールがＱ＿ａｖｅの２倍以上となる量子化スケールコード変更量をＱ＿ａｄｄ＿ｔｈとしてもよい。これは、以下の理由による。
【００６９】
第二の量子化スケールＱ＿ｓｃａｌｅ２が第一の量子化スケールＱ＿ｓｃａｌｅ１の２倍を超えると、レベル絶対値１の量子化後ＤＣＴ係数は量子化スケール変更後に絶対値が０．５より小さくなり、丸め閾値Ｒｔｈに関わらずレベル０となる。Ｒｔｈを１ではなく０．５とする主な目的は、Ｑ＿ａｄｄを１としただけでレベル絶対値１の量子化後ＤＣＴ係数の全てがレベル０となることによる符号量の急激な削減防ぐことにある。したがって、Ｑ＿ａｄｄがＱ＿ａｄｄ＿ｔｈを超えると、Ｒｔｈを０．５と設定する利点がなくなり、Ｒｔｈを１と設定する方が画質劣化を抑えながら符号量を削減する上で効果的である。
【００７０】
なお、本発明の実施の形態１では前述のようにレート制御方式としてＧＯＰ単位でのフィードバック制御を想定して説明を行ったが、マクロブロック単位でのフィードバック制御を行う場合には、Ｑ＿ａｖｅを処理対象マクロブロック毎のＱ＿ｓｃａｌｅ１として、前述の処理を行うことも可能である。
【００７１】
さらに、他のＱ＿ａｄｄ＿ｔｈ設定方法としては、ステップＳ０１におけるレベルの出現頻度分布解析結果を利用することも可能である。例えば、全ての非０の係数のうちレベル絶対値１の係数の出現割合とＱ＿ａｄｄ＿ｔｈの対応表を用意し、参照する。レート制御部２２０は、図５の対応表においてレベル絶対値１の係数の出現割合が最も近いものに対応するＱ＿ａｄｄ＿ｔｈを選択する。図５の対応表は、複数の動画像符号化データに対して各種パラメータによるレート変換結果を求めることにより作成可能である。レベル絶対値１の係数の出現割合が高ければ高いほど、Ｒｔｈを１と設定した際には符号量の急激な削減が起きやすいため、Ｑ＿ａｄｄ＿ｔｈは大きく設定されることになる。
【００７２】
再量子化パラメータが設定された後、ステップＳ０３へと遷移し、目標レートの変更要求が発生するまで以上のステップを繰り返す。
【００７３】
かかる構成によれば再量子化時の除算における小数点以下の値の取り扱い方をストリーム解析結果等に応じて適応的に変更可能とすることにより、目標ビットレートが高い場合は符号量制御性に優れた四捨五入が適用され、目標ビットレートが低い場合は、画質劣化を抑えた符号量削減に優れた切り捨てが適用される。したがって、符号量制御性、符号削減量および画質において優れたレート変換装置が提供される。
【００７４】
なお、ＤＣＴ係数の中から所定の個数の係数（主に高周波成分）を捨てることにより符号量を削減する方法があり、前述の再量子化による符号量削減方法と組み合わせることが可能である。例えば、前記ステップＳ０７においてＱ＿ａｄｄが３０の場合は、これ以上符号量を削減できないが、ＤＣＴ係数を強制的に破棄することにより更なる符号量の削減が可能である。
【００７５】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２は、再量子化パラメータ設定動作において、実施の形態１と相違するものである。したがって、レート変換装置の動作概要の説明は省略する。図６は、本発明の実施の形態２における再量子化パラメータ設定動作の詳細を示すフローチャートを示す。図６において、図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００７６】
以下では、再量子化パラメータ設定動作の詳細を図６に従って説明する。また、丸め閾値Ｒｔｈは、「０．５」、「０．７５」、「０．８１２５」、「０．８７５」、「１．０」の５段階のいずれかの値をとるものとして説明する。ただし、丸め閾値Ｒｔｈの取り得る値はこれに限るものではない。
【００７７】
ステップＳ００からステップＳ０６までの動作は、実施の形態１で述べたとおりである。ステップＳ０６において、出力符号量が目標出力符号量以上の場合は、ステップＳ１１へと遷移し、そうでない場合はステップＳ１２へと遷移する。
【００７８】
ステップＳ１１では、丸め閾値Ｒｔｈが１であるかどうか判断し、Ｒｔｈが１であればＱ＿ａｄｄを１増加させ（ステップ１３）、Ｒｔｈが１より小さければＲｔｈを一段階増加させる（ステップＳ１４）ことにより符号削減量を増やす。ただし、元のＱ＿ａｄｄが３０の場合にはＱ＿ａｄｄは増加させない。
【００７９】
一方、ステップＳ１２では、量子化スケールコード変更量Ｑ＿ａｄｄが１以下であるかどうか判断し、Ｑ＿ａｄｄが１以下であれば、Ｒｔｈを一段階減少させ（ステップＳ１５）、そうでなければＱ＿ａｄｄを１減少させる（ステップＳ１６）ことにより、符号削減量を減らす。ただし、Ｒｔｈが０．５の場合は、Ｒｔｈは減少させずＱ＿ａｄｄを０とする。
【００８０】
以上の処理を行った後にステップＳ１０においてストリームの解析を行い、ステップＳ０３へと遷移する。以降は、目標レート変更要求が発生するまで前述のステップを繰り返す。
【００８１】
かかる構成によれば、Ｑ＿ａｄｄが１を超える場合は画質劣化を抑えた符号量削減に適した切り捨てが適用され、Ｑ＿ａｄｄが１であれば符号量制御性に優れた丸め閾値の変更が適用される。
【００８２】
したがって、切り捨て適用時に問題であったＱ＿ａｄｄを１とすることによる符号量の急激な削減を避けられ、符号量制御性、符号削減量および画質において優れたレート変換装置が提供される。
【００８３】
図７に前記画像テストシーケンス”Ｍｏｂｉｌｅ＆Ｃａｌｅｎｄａｒ”に対して実施の形態２における各再量子化パラメータセットによりレート変換した際の、レート変化の様子を示す。図７より、再量子化パラメータセット変更に応じてレートが段階的に変化することがわかる。
【００８４】
なお、本発明の実施の形態２ではＱ＿ａｄｄが１の時にのみ丸め閾値Ｒｔｈの変更を行うものとして説明を行ったが、丸め閾値Ｒｔｈの変更はこれに限るものではない。例えば、丸め閾値Ｒｔｈの変更のための量子化スケールコード変更量閾値を複数設け、該閾値に応じてＲｔｈを切り替えることにより更に柔軟な符号量制御も可能である。
【００８５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、再量子化パラメータ設定動作において、実施の形態１と相違するものである。実施の形態３では量子化スケール変更の代わりに量子化テーブル変更を行い、符号量を削減する。
【００８６】
図１のブロック図を用いて実施の形態３におけるレート変換装置の動作概要を説明する。まず、ＭＰＥＧ−２で圧縮符号化された画像のビットストリームを入力端子１００から入力する。
【００８７】
解析部２１０では、ビットストリームを解析しながら、ブロック毎に第一の量子化テーブルＱ＿ｔａｂｌｅ１［ｉ］及びＤＣＴ係数ブロックを抽出し、可変長復号部（ＶＬＤ）１１０に送る。また、解析部２１０は、ビットストリームからＤＣＴ係数ブロック以外のデータを分離しマルチプレクサ１６０（ＭＵＸ）に送る。
【００８８】
可変長復号部１１０では、ＤＣＴ係数ブロックを可変長復号し、量子化されたＤＣＴ係数ａ［ｉ］を生成する。ここで、ｉは可変長符号化時のスキャンの順番を表し、ｉ＝１、・・・、６４である。スキャン方法には、ジグザグスキャンとオルタネートスキャンの二つがあり、スキャンの順番が異なる。以下では、ｉはジグザグスキャンの順番を表すものとして説明するが、これに限定するものではない。
【００８９】
また、第一の量子化テーブルＱ＿ｔａｂｌｅ１［ｉ］はビットストリーム中のシーケンス層のヘッダ部、またはピクチャ層のヘッダ部に含まれ、切り替えることができる。いずれにも量子化テーブルのデータが含まれない場合はデフォルトの量子化テーブルを使用する。量子化テーブルにはイントラブロック用と非イントラブロック用の二種類が存在し、さらに輝度信号と色差信号によっても使い分けられる場合がある。
【００９０】
可変長復号部１１０は、Ｑ＿ｔａｂｌｅ１［ｉ］とａ［ｉ］を逆量子化部（ＩＱ）１３０に送る。また、解析部２１０は、Ｑ＿ｔａｂｌｅ１［ｉ］及びビットストリームの各種解析結果をレート制御部２２０に送る。
【００９１】
逆量子化部１３０では係数ａ［ｉ］にＱ＿ｔａｂｌｅ１［ｉ］を積算して逆量子化操作を行い、ｂ［ｉ］を生成し、量子化部（Ｑ）１４０に送る。量子化部１４０では逆量子化して得られた逆量子化係数ｂ［ｉ］を第二の量子化テーブルＱ＿ｔａｂｌｅ２［ｉ］で除算し、小数点以下を丸め閾値Ｒｔｈで丸め、再量子化係数ｃ［ｉ］を生成する。
【００９２】
量子化部１４０はｃ［ｉ］とＱ＿ｔａｂｌｅ２［ｉ］を可変長符号化部（ＶＬＣ）１５０に送り、可変長符号に変換してマルチプレクサ（ＭＵＸ）１６０に送る。マルチプレクサ１６０では、解析部２１０より送られてきた分離データに対して、レート変換処理に伴い修正が必要となった部分の修正を行った後、可変長符号化部１５０より送られてくる可変長符号データとの多重化を行い、ＭＰＥＧ−２ビットストリームを出力する。
【００９３】
また、量子化部１４０において量子化によりブロック内の再量子化係数が全て０となる場合には、マクロブロック中のどのブロックにＤＣＴ係数が存在するかを示すＣＢＰ等を変更する必要が生じる。これを避けるため、再量子化係数が全て０となる場合には、元々非０成分のうちＤＣＴスキャン順の最初に位置する成分のレベル絶対値を１へと変換して残す処理を行ってもよい。
【００９４】
なお、所望のビットレートに圧縮するためにレート制御部２２０にて、ビットストリームの解析結果、可変長復号部１１０への入力符号量（入力ビット数）及び可変長符号化部１５０の出力符号量を基に量子化テーブル変更パラメータα、βとＲｔｈを決定する。
【００９５】
ここで、Ｑ＿ｔａｂｌｅ１［ｉ］に（α×ｉ＋β）を積算したものを第二の量子化テーブルＱ＿ｔａｂｌｅ２［ｉ］とする。量子化テーブルの変更量の増減方法は、例えば、βを１．０で固定し、αを０．０１単位で増減させることにより行う。ただし、量子化テーブル変更方法はこれに限定するものではない。
【００９６】
本実施の形態では、レート制御方式としてＧＯＰ単位でのフィードバック制御を想定して説明を行うが、レート制御方式をこの方式に限るものではなく、他のレート制御方式に対して同様に適用できる。
【００９７】
図８は、本発明の実施の形態３における再量子化パラメータ設定動作の詳細を示すフローチャートを示す。図８において、図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００９８】
以下では、再量子化パラメータ設定動作の詳細を図８に従って説明する。ステップＳ００からステップＳ０６までの動作は、実施の形態１で述べた通りである。ただし、ステップＳ０２の初期値設定では、図９に示すような再量子化パラメータ初期設定表を用いる。
【００９９】
ステップＳ０６において１ＧＯＰの出力符号量が目標出力符号量以上の場合は、ステップＳ１７へと遷移し、量子化テーブルの変更量を増加させる。一方、１ＧＯＰの出力符号量が目標出力符号量より小さい場合は、ステップＳ１８へと遷移し量子化テーブルの変更量を減少させる。
【０１００】
ストリームの解析結果を得たレート制御部２２０では、丸め閾値Ｒｔｈの設定処理を行う。本実施の形態３では、丸め閾値Ｒｔｈとして「０．５」と「１」の二通りを用意し、レート制御部２２０はどちらを適用するかを決定する。すなわち、レート制御部２２０は四捨五入と切り捨てのどちらを適用するかを切り替える。
【０１０１】
丸め閾値Ｒｔｈの切替方法は、パラメータαの変更量閾値αｔｈを設け、αがαｔｈ以上であればＲｔｈを１に切り替え、そうでなければＲｔｈを０．５に切り替える。
【０１０２】
αｔｈの簡単な設定方法は、入力レートとの対応表を用意し、参照する方法である。図１０に入力レートとαｔｈの対応表の例を示す。レート制御部２２０は、図１０の対応表のうちレート変換内容が最も近いものに対応するαｔｈを選択する。図１０の対応表は、複数の動画像符号化データに対して各種パラメータによるレート変換結果を求めることにより作成可能である。
【０１０３】
なお、αｔｈの設定は、実施の形態１におけるＱ＿ａｄｄ＿ｔｈの設定と同様にしてストリーム解析結果を利用しても良い。
【０１０４】
かかる構成によれば符号量削減を量子化テーブルの変更により行う場合において再量子化時の除算における小数点以下の値の取り扱い方を適応的に変更可能となり、目標ビットレートが高い場合は符号量制御性に優れた四捨五入が適用され、目標ビットレートが低い場合は、画質劣化を抑えた符号量削減に適した切り捨てが適用される。したがって、符号量制御性、符号削減量および画質において優れたレート変換装置が提供される。
【０１０５】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４は、逆量子化及び量子化の処理において、実施の形態１、２及び３と相違するものである。図１１は、本発明の実施の形態４におけるレート変換装置の構成を示すブロック図である。図１１において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【０１０６】
本実施の形態４のレート変換装置１０は、逆量子化部１３０と量子化部１４０を１つにまとめた量子化画像データ変換部３３０を備える。すなわち、量子化画像データ変換部３３０は係数ａ［ｉ］に対して演算を行い、小数点以下の数値を丸め閾値Ｒｔｈにて丸めて直接ｃ［ｉ］を生成する。
【０１０７】
量子化スケールコード変更によるレート変換の場合は、量子化画像データ変換部３３０は係数ａ［ｉ］に（Ｑ＿ｓｃａｌｅ１÷Ｑ＿ｓｃａｌｅ２）を積算し、小数点以下の数値を丸め閾値Ｒｔｈにて丸めて直接ｃ［ｉ］を生成する。
【０１０８】
また、量子化テーブル変更によるレート変換の場合は、量子化画像データ変換部３３０は係数ａ［ｉ］に（Ｑ＿ｔａｂｌｅ１［ｉ］÷Ｑ＿ｔａｂｌｅ２［ｉ］）を積算し、小数点以下の数値を丸め閾値Ｒｔｈにて丸めて直接ｃ［ｉ］を生成する。
【０１０９】
かかる構成によれば逆量子化・量子化処理が簡素化されるが、実施の形態１、２及び３とレート変換結果は同様となり、符号量制御性、符号削減量および画質において優れたレート変換装置が提供される。
【０１１０】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態４は、ステップＳ０３の符号量削減処理においてブロックの種類等に応じて丸め閾値Ｒｔｈを変更する点で実施の形態１、２、３及び４と相違するものである。
【０１１１】
図１２はブロックの種類に応じた丸め閾値設定動作の詳細を示すフローチャートであり、以下では図１２に従って説明する。
【０１１２】
各ブロックごとに丸め閾値設定処理が開始され（ステップＳ２０）、まず解析部２１０によるストリーム解析結果に基づき、現在対象となっているブロックのピクチャタイプをレート制御部２２０で判断する（ステップＳ２１）。
【０１１３】
ステップＳ２１においてピクチャタイプが、Ｉピクチャであると判断された場合にはＲｔｈを一段階減少させ（ステップＳ２２）、ステップＳ２３へと遷移する。これは、Ｉピクチャは最も重要なピクチャであることからＲｔｈを一段階減少させ、符号削減量を抑えるためである。
【０１１４】
ステップＳ２１においてピクチャタイプが、Ｐピクチャであると判断された場合にはステップＳ２４へと遷移する。また、ステップＳ２１においてピクチャタイプが、Ｂピクチャであると判断された場合にはＲｔｈを一段階増加させ（ステップＳ２５）、ステップＳ２４へと遷移する。
【０１１５】
以上の処理により、ピクチャ毎の重み付けが行われ、ピクチャ毎の重み付けをしない場合と比較して画質が改善する。また、ピクチャ毎の重み付け方はこれに限るものではない。
【０１１６】
ここで、ステップＳ２１においてピクチャタイプがＩピクチャであると判断されるとステップＳ２４への遷移は行われないが、これはＩピクチャが予測符号化を行わず動きベクトルを持たないためである。
【０１１７】
次にステップＳ２４において、対象であるブロックを含むマクロブロックの動きベクトルの大きさが設定した閾値を超えるかどうかをレート制御部２２０で判断する。動きベクトルの大きさは、解析部２１０によるストリーム解析結果より得られる。閾値は縦方向成分と横方向成分の二種類があり、いずれか一方を超えるかどうかの判断を行うものとする。ただし、該閾値は事前にシミュレーション等を通じて最適な値を求める必要がある。
【０１１８】
ステップＳ２４において、動きベクトルの大きさが閾値を超えると判断されるとステップＳ２３へと遷移する。一方、ステップＳ２４において、動きベクトルの大きさが閾値以下であると判断されると、Ｒｔｈを一段階増加させ（ステップＳ２６）、ステップＳ２３へと遷移する。
【０１１９】
以上の処理により、各マクロブロックに重み付けが行われる。動きベクトルが大きいマクロブロックは、視覚的に注目を受けやすく重要であることから符号量の削減を抑え、そうでない場合には符号量を多く削減することによりマクロブロック毎の重み付けをしない場合と比較して画質が改善する。また、動きベクトルの大きさに応じたマクロブロックごとの重み付け方はこれに限るものではない。
【０１２０】
次にステップＳ２３において、対象であるブロックが輝度成分Ｙ、色差成分Ｃｂ、Ｃｒのいずれであるかを解析部２１０によるストリーム解析結果を基に、レート制御部２２０で判断する。
【０１２１】
ステップＳ２３において、ブロックが輝度成分Ｙであると判断されるとステップ１８へ遷移し、丸め閾値Ｒｔｈの設定は終了する。
【０１２２】
また、ステップＳ２３において、ブロックが色差成分Ｃｂ、Ｃｒであると判断されるとＲｔｈを一段階増加させ（ステップＳ２７）、ステップＳ２８へと遷移し丸め閾値Ｒｔｈの設定は終了する。
【０１２３】
以上の処理により人間の視覚上最も重要である輝度成分Ｙに対しては符号量の削減を抑え、色差成分Ｃｂ、Ｃｒに対しては符号量を多く削減することにより各成分に重み付けをしない場合と比較して画質が改善する。また、各成分の重み付け方はこれに限るものではない。
【０１２４】
レート制御部２２０は以上のようにして設定した丸め閾値Ｒｔｈ及び量子化パラメータを量子化部１４０もしくは量子化画像データ変換部３３０に送り、制御を行う。
【０１２５】
なお、本実施の形態５ではピクチャタイプ、動きベクトルの大きさ、色成分毎の重み付けを組み合わせて行っているが、各重み付けを単独で行っても良い。
【０１２６】
さらに、ＤＣＴ係数の周波数に応じてさらにＲｔｈを変更することにより、各周波数成分に重み付けが可能である。例えば、ＤＣＴ係数スキャン位置ｉに閾値ｉｔｈを設け、ｉｔｈ以下の重要である低周波成分に対してはＲｔｈを減少させ符号量の削減を抑え、ｉｔｈを超える高周波成分に対してはＲｔｈを増加させ符号量を多く削減することにより各周波数成分に重み付けをしない場合と比較して画質が改善する。また、各周波数成分の重み付け方はこれに限るものではない。
【０１２７】
かかる構成によれば、ピクチャタイプ、動きベクトルの大きさ、色成分、周波数成分毎に重み付けが可能となり、各重み付け行わない場合と比較して画質の改善が期待できる。それゆえ、符号削減量および画質においてより優れたレート変換装置が提供される。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明にかかるレート変換方法及びレート変換装置は、構成が簡素であり、レート変換による遅延が小さい特徴を有し、通信路状況に応じて動画像符号化データのレートをリアルタイムで制御可能なＡＶＣサーバ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２９】
【図１】本発明の実施の形態１、２及び３におけるレート変換装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における再量子化パラメータ設定動作の詳細を示すフローチャート
【図３】本発明の実施の形態１における再量子化パラメータ初期設定表の例を示す図
【図４】本発明の実施の形態１における入力レートとＱ＿ａｄｄ＿ｔｈの対応表の例を示す図
【図５】本発明の実施の形態１におけるレベル絶対値１の係数の出現割合とＱ＿ａｄｄ＿ｔｈの対応表の例を示す図
【図６】本発明の実施の形態２における再量子化パラメータ設定動作の詳細を示すフローチャート
【図７】本発明の実施の形態２における再量子化パラメータセットとレート変化の関係を表すグラフ
【図８】本発明の実施の形態３における再量子化パラメータ設定動作の詳細を示すフローチャート
【図９】本発明の実施の形態３における再量子化パラメータ初期設定表の例を示す図
【図１０】本発明の実施の形態３における入力レートとαｔｈの対応表の例を示す図
【図１１】本発明の実施の形態４におけるレート変換装置の構成を示すブロック図
【図１２】本発明の実施の形態５における丸め閾値Ｒｔｈ設定動作の詳細を示すフローチャート
【図１３】従来のレート変換装置の概略構成を示すブロック図
【図１４】量子化時の除算において切り捨てを適用した際の量子化スケールコード変更量とレート変化の関係を表すグラフ例を示す図
【図１５】量子化時の除算において四捨五入を適用した際の量子化スケールコード変更量とレート変化の関係を表すグラフ例を示す図
【図１６】画像テストシーケンスのＤＣＴ係数の各レベル絶対値出現頻度を表すグラフ
【図１７】量子化時の除算において切り捨て及び四捨五入を適用した際のＳＮＲの比較結果を示す図
【符号の説明】
【０１３０】
１０    レート変換装置
１００    入力端子
１１０    可変長復号部
１２０    レート制御部
１３０    逆量子化部
１４０    量子化部
１５０    可変長符号化部）
１６０    マルチプレクサ
１７０    出力端子
２１０    解析部
２２０    レート制御部
３３０    量子化画像データ変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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