(57)【要約】【課題】ＭＰＥＧのようなピクチャ毎で符号量発生傾向が異なる動画像符号化方式の動画像符号化装置及びコンピュータ・ソフトウェアの提供。【解決手段】動画像符号化装置は、初期割り当てデータ量算出手段１と最大割り当てデータ量算出手段２と最大修正データ量算出手段３と割り当てデータ量決定手段４とを具備する。初期割り当てデータ量算出手段１が初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔを算出する。最大割り当てデータ量算出手段２が上限値Ｔｍａｘを算出する。最大修正データ量算出手段３が修正幅Ｔｃｈｇを算出する。割り当てデータ量決定手段４が、初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔ，上限値Ｔｍａｘ、初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔから修正幅Ｔｃｈｇを減じた値の内、いずれか１つを符号化フレームに対する割り当てデータ量Ｔとして決定する。【選択図】        図１
2004236155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動画像シーケンスにおける符号化フレームを、データ発生量の傾向が異なる複数の符号化モードに分類して符号化する動画像符号化方式を採用する際に、所定フレーム数をデータ量制御単位として規定し、前記所定フレーム数を符号化した際に発生する総データ量が所定値となるように、フレーム符号化に対する割り当てデータ量を算出し、前記フレーム符号化における実際の発生データ量が前記割り当てデータ量に漸近するように、前記フレーム符号化における発生データ量の制御を行う動画像符号化装置であって、
符号化フレームに対する初期割り当てデータ量を所定の演算によって算出する初期割り当てデータ量算出手段と、前記符号化フレームが属するデータ量制御単位における、それまでに発生した累積データ量から、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量の上限値である最大割り当てデータ量を所定の演算によって算出する最大割り当てデータ量算出手段と、前記データ量制御単位内の残符号化フレーム数から、前記最大割り当てデータ量と前記初期割り当てデータ量との差分の最大値である最大修正データ量を所定の演算によって算出する最大修正データ量算出手段と、前記初期割り当てデータ量，前記最大割り当てデータ量，前記最大修正データ量を用いて、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量を所定の演算によって算出し、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量として、前記初期割り当てデータ量，前記最大割り当てデータ量，前記初期割り当てデータ量から前記最大修正データ量を減じた値の内のいずれか１つを選択して決定する割り当てデータ量決定手段とを具備したことを特徴とする動画像符号化装置。
【請求項２】
上記最大修正データ量算出手段は、上記データ量制御単位内の先頭フレームから最終フレームに向けて、上記最大修正データ量を徐々に小さくする機能を備えている請求項１に記載の動画像符号化装置。
【請求項３】
動画像シーケンスにおける符号化フレームを、データ発生量の傾向が異なる複数の符号化モードに分類して符号化する動画像符号化方式を採用する際に、所定フレーム数をデータ量制御単位として規定し、前記所定フレーム数を符号化した際に発生する総データ量が所定値となるように、フレーム符号化に対する割り当てデータ量を算出し、前記フレーム符号化における実際の発生データ量が前記割り当てデータ量に漸近するように、前記フレーム符号化における発生データ量の制御を行う動画像符号化装置であって、
符号化フレームに対する初期割り当てデータ量を所定の演算によって算出する初期割り当てデータ量算出手段と、前記符号化フレームが属するデータ量制御単位における、それまでに発生した累積データ量から、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量の上限値である最大割り当てデータ量を所定の演算によって算出する最大割り当てデータ量算出手段と、前記初期割り当てデータ量，前記最大割り当てデータ量を用いて、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量を所定の演算によって算出し、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量として、前記初期割り当てデータ量，前記最大割り当てデータ量のいずれか一方を比較して決定する割り当てデータ量決定手段とを具備したことを特徴とする動画像符号化装置。
【請求項４】
上記最大割り当てデータ量算出手段は、上記データ量制御単位内の先頭フレームから最終フレームに向けて、上記最大割り当てデータ量を徐々に大きくする機能を備えている請求項３に記載の動画像符号化装置。
【請求項５】
動画像シーケンスにおける符号化フレームを、データ発生量の傾向が異なる複数の符号化モードに分類して符号化する動画像符号化方式を採用する際に、所定フレーム数をデータ量制御単位として規定し、前記所定フレーム数を符号化した際に発生する総データ量が所定値となるように、フレーム符号化に対する割り当てデータ量を算出し、前記フレーム符号化における実際の発生データ量が前記割り当てデータ量に漸近するように、前記フレーム符号化における発生データ量の制御を行う動画像符号化装置に使用されるコンピュータ・ソフトウェアであって、
符号化フレームに対する初期割り当てデータ量を所定の演算によって算出する機能と、前記符号化フレームが属するデータ量制御単位における、それまでに発生した累積データ量から、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量の上限値である最大割り当てデータ量を所定の演算によって算出する機能と、前記データ量制御単位内の残符号化フレーム数から、前記最大割り当てデータ量と前記初期割り当てデータ量との差分の最大値である最大修正データ量を所定の演算によって算出する機能と、前記初期割り当てデータ量，前記最大割り当てデータ量，前記最大修正データ量を用いて、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量を所定の演算によって算出し、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量として、前記初期割り当てデータ量，前記最大割り当てデータ量，前記初期割り当てデータ量から前記最大修正データ量を減じた値の内のいずれか１つを選択して決定する機能とをコンピュータに実現させるプログラムからなることを特徴とするコンピュータ・ソフトウェア。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画像符号化装置及びコンピュータ・ソフトウェアに関し、特に、デジタル動画像の符号化における符号量制御方式の動画像符号化装置及びコンピュータ・ソフトウェアに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｅｘｐｅｒｔｓ  Ｇｒｏｕｐ）符号化方式においては、符号化する画像の各フレームを、フレーム内符号化のみ行うＩピクチャ、過去のフレームからのフレーム間予測符号化を行うＰピクチャ、過去のフレームと未来のフレームからのフレーム間予測符号化を行うＢピクチャに分類する。
【０００３】
図４は、動画像符号化装置が符号化する画像の各フレームと、ＧＯＰの構成を示す説明図である。
ここで、９はＢピクチャのフレーム、１０はＰピクチャのフレーム、１１はＢピクチャのフレーム、１２はＩピクチャのフレーム、１３はＢピクチャのフレーム、１４はＰピクチャのフレーム、１５はＢピクチャのフレーム、１６はＰピクチャのフレーム、１７はＢピクチャのフレーム、１８はＩピクチャのフレームである。
【０００４】
Ｉピクチャは、それ自身のデータで復号画像を構成できるが、Ｐピクチャの復号には、直前のＩピクチャもしくはＰピクチャが必要であり、Ｂピクチャの復号には、過去と未来のＩピクチャもしくはＰピクチャが必要となる。
【０００５】
すなわち、図４において、フレーム入力は、Ｂピクチャのフレーム９，Ｐピクチャのフレーム１０，Ｂピクチャのフレーム１１，Ｉピクチャのフレーム１２，Ｂピクチャのフレーム１３，Ｐピクチャのフレーム１４，Ｂピクチャのフレーム１５，Ｐピクチャのフレーム１６，Ｂピクチャのフレーム１７，Ｉピクチャのフレーム１８の順序で行われ、フレーム符号化は、Ｐピクチャのフレーム１０，Ｂピクチャのフレーム９，Ｉピクチャのフレーム１２，Ｂピクチャのフレーム１１，Ｐピクチャのフレーム１４，Ｂピクチャのフレーム１３，Ｐピクチャのフレーム１６，Ｂピクチャのフレーム１５，Ｉピクチャのフレーム１８，Ｂピクチャのフレーム１７の順序で行われることになる。
【０００６】
ここで、フレーム符号化順で、Ｉピクチャから次のＩピクチャの直前のピクチャまでを一括りとしてＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ  Ｏｆ  Ｐｉｃｔｕｒｅｓ）と呼ぶ。図４においては、Ｂピクチャのフレーム１１〜Ｐピクチャのフレーム１６までが一つのＧＯＰとなる。
【０００７】
非特許文献１で使用されたレート制御方式においては、ＧＯＰに一定のデータ量を割り当て、これをＧＯＰ内の各ピクチャで分配する。
そして、ピクチャ符号化時に、実際の発生データ量がピクチャ符号化前に算出した分配データ量に漸近するように、ピクチャ内でのレート制御が行われる。
【０００８】
図３は、従来技術における動画像符号化装置を示すブロック図である。
図３において、５は符号化器、８は割り当てデータ量算出手段である。
ピクチャ符号化前に割り当てデータ量算出手段８において、該ピクチャへの割り当てデータ量Ｔが算出され、符号化器５は、ピクチャ符号化を行いながら、ピクチャ全体の発生データ量が前記割り当てデータ量Ｔに漸近するように、ピクチャ内でのレート制御を行う。
【０００９】
割り当てデータ量算出手段８は、算出した割り当てデータ量Ｔを符号化器５に出力する。
【００１０】
非特許文献１に記載されたＧＯＰ符号化におけるデータ量分配手順を以下に示す。
ここで、手順１，２，３，５は、割り当てデータ量算出手段８における処理であり、手順４は、符号化器５における処理である。
１．Ｒ＝０とする。ＲはＧＯＰ割り当てデータの残量を表す。
２．ＧＯＰに割り当てられるデータ量をＧとして、Ｒ＝Ｒ＋Ｇとする。
３．ＧＯＰ割り当てデータの残量Ｒからピクチャに対する割り当てデータ量Ｔを算出する。
４．発生データ量が割り当てデータ量Ｔに漸近するようにピクチャを符号化する。ピクチャ符号化終了後、実際に発生したピクチャデータ量をＰとする。
５．Ｒ＝Ｒ−Ｐとする。
６．ＧＯＰ最後のピクチャ符号化完了まで手順３．以降を繰り返す。
７．次のＧＯＰ符号化時には手順２．に戻る。
【００１１】
上記ＧＯＰ符号化におけるデータ量分配手順においては、ＧＯＰ割り当てデータ量からピクチャ符号化で実際に発生したデータ量を差し引き（手順５）、その残量をＧＯＰの残符号化ピクチャ間で分配する（手順３）処理を繰り返している。
これにより、ＧＯＰ符号化終了時に、ＧＯＰ割り当てデータの残量Ｒがちょうど０になるように調整されることになり、ＧＯＰ単位に精度良くデータ量を制御することができる。
【００１２】
ここで、画質を維持しながらＧＯＰのデータ量を一定に保つためには、絵柄の複雑さや、フレーム間予測の精度によって、Ｉピクチャ，Ｐピクチャ，Ｂピクチャに分配するデータ量のバランスを変化させる必要がある。
例えば、複雑な絵柄の静止画においては、絵柄が複雑なため、フレーム内符号化で多くのデータ量が必要になる一方、静止しているためフレーム間予測符号化に必要なデータ量は少なくなる。
よって、Ｉピクチャのデータ量をＰピクチャ，Ｂピクチャのデータ量に比較して大きく設定する。
【００１３】
これとは逆に、単純な絵柄が激しく動くような画像においては、フレーム内符号化に必要なデータ量は少なくなるが、フレーム間予測精度が低下するため、Ｐピクチャ，Ｂピクチャのデータ量を増大する必要がある。
【００１４】
非特許文献１においては、直前の符号化結果からＩピクチャ，Ｐピクチャ，Ｂピクチャ毎の符号化難易度を表す指標（以下、ｇｌｏｂａｌ  ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ  ｍｅａｓｕｒｅと言う）を定義し、これによってデータ量分配のバランスを調整している。
すなわち、動画シーケンスが静止画に近くなると、Ｉピクチャのｇｌｏｂａｌｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ  ｍｅａｓｕｒｅが増大して、Ｉピクチャへのデータ分配量が増加し、激しく動く画像になると、Ｐピクチャ，Ｂピクチャのｇｌｏｂａｌ  ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ  ｍｅａｓｕｒｅが増大して、Ｐピクチャ，Ｂピクチャへのデータ分配量が増加することになる。
【００１５】
【非特許文献１】
ＭＰＥＧ  Ｔｅｓｔ  Ｍｏｄｅｌ  ５  （ＩＳＯ／ＩＥＣ  ＪＴＣ１／ＳＣ２９／ＷＧ１１／Ｎ０４００）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、非特許文献１では、シーンチェンジの発生は、Ｐピクチャデータ量の増大に大きく影響する。
これは、シーンチェンジ前後のピクチャの間では、フレーム間相関が低く、フレーム間予測の精度が著しく低下するためである。
【００１７】
このような場合、シーンチェンジ発生直後のＰピクチャに十分なデータ量を割り当てられないと、当該Ｐピクチャの画質が著しく劣化することになる。
特に、シーンチェンジによって２種類の複雑な静止画が切り替わるような場合には、シーンチェンジの部分だけフレーム間予測精度が著しく低下する。
【００１８】
さらに、シーンチェンジ前のＩピクチャで多くのデータ量を消費しているため、シーンチェンジ発生時には、ＧＯＰの残データ量が不足しており、残りのピクチャに十分なデータ量を割り当てられない可能性が高くなる。
【００１９】
また、このような場合で、シーンチェンジの発生位置がＧＯＰの終端のＰピクチャ直前にある場合には、ＧＯＰの残データ量が特に少なくなるため、画質劣化の度合いがより大きくなる。
【００２０】
そこで、本発明は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果であり、ＭＰＥＧのようなピクチャ毎で符号量発生傾向が異なる動画像符号化方式を採用する際に、ＧＯＰに割り当てられたデータ量が一定である場合、割り当てデータ量に制限を加えることによって、ＧＯＰ前半の符号化におけるデータの消費を抑えることができ、ＧＯＰ後半のシーンチェンジ発生による局所的なデータ量の消費に備えつつ、ＧＯＰの発生データ量を所定の値に制御することができ、ＧＯＰ終端でシーンチェンジが発生した場合でも、著しい画質劣化を発生する度合いの少ない動画像符号化装置及びコンピュータ・ソフトウェアを提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成可能な、本発明の動画像符号化装置は、動画像シーケンスにおける符号化フレームを、データ発生量の傾向が異なる複数の符号化モードに分類して符号化する動画像符号化方式を採用する際に、所定フレーム数をデータ量制御単位として規定し、前記所定フレーム数を符号化した際に発生する総データ量が所定値となるように、フレーム符号化に対する割り当てデータ量を算出し、前記フレーム符号化における実際の発生データ量が前記割り当てデータ量に漸近するように、前記フレーム符号化における発生データ量の制御を行う動画像符号化装置であって、符号化フレームに対する初期割り当てデータ量を所定の演算によって算出する初期割り当てデータ量算出手段と、前記符号化フレームが属するデータ量制御単位における、それまでに発生した累積データ量から、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量の上限値である最大割り当てデータ量を所定の演算によって算出する最大割り当てデータ量算出手段と、前記データ量制御単位内の残符号化フレーム数から、前記最大割り当てデータ量と前記初期割り当てデータ量との差分の最大値である最大修正データ量を所定の演算によって算出する最大修正データ量算出手段と、前記初期割り当てデータ量，前記最大割り当てデータ量，前記最大修正データ量を用いて、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量を所定の演算によって算出し、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量として、前記初期割り当てデータ量，前記最大割り当てデータ量，前記初期割り当てデータ量から前記最大修正データ量を減じた値の内のいずれか１つを選択して決定する割り当てデータ量決定手段とを具備したことを特徴とする構成を有する。
【００２２】
本発明の動画像符号化装置は、上記最大修正データ量算出手段が、上記データ量制御単位内の先頭フレームから最終フレームに向けて、上記最大修正データ量を徐々に小さくする機能を備えている。
【００２３】
本発明の動画像符号化装置は、動画像シーケンスにおける符号化フレームを、データ発生量の傾向が異なる複数の符号化モードに分類して符号化する動画像符号化方式を採用する際に、所定フレーム数をデータ量制御単位として規定し、前記所定フレーム数を符号化した際に発生する総データ量が所定値となるように、フレーム符号化に対する割り当てデータ量を算出し、前記フレーム符号化における実際の発生データ量が前記割り当てデータ量に漸近するように、前記フレーム符号化における発生データ量の制御を行う動画像符号化装置であって、符号化フレームに対する初期割り当てデータ量を所定の演算によって算出する初期割り当てデータ量算出手段と、前記符号化フレームが属するデータ量制御単位における、それまでに発生した累積データ量から、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量の上限値である最大割り当てデータ量を所定の演算によって算出する最大割り当てデータ量算出手段と、前記初期割り当てデータ量，前記最大割り当てデータ量を用いて、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量を所定の演算によって算出し、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量として、前記初期割り当てデータ量，前記最大割り当てデータ量のいずれか一方を比較して決定する割り当てデータ量決定手段とを具備したことを特徴とする構成を有する。
【００２４】
本発明の動画像符号化装置は、上記最大割り当てデータ量算出手段が、上記データ量制御単位内の先頭フレームから最終フレームに向けて、上記最大割り当てデータ量を徐々に大きくする機能を備えている。
【００２５】
本発明のコンピュータ・ソフトウェアは、動画像シーケンスにおける符号化フレームを、データ発生量の傾向が異なる複数の符号化モードに分類して符号化する動画像符号化方式を採用する際に、所定フレーム数をデータ量制御単位として規定し、前記所定フレーム数を符号化した際に発生する総データ量が所定値となるように、フレーム符号化に対する割り当てデータ量を算出し、前記フレーム符号化における実際の発生データ量が前記割り当てデータ量に漸近するように、前記フレーム符号化における発生データ量の制御を行う動画像符号化装置に使用されるコンピュータ・ソフトウェアであって、符号化フレームに対する初期割り当てデータ量を所定の演算によって算出する機能と、前記符号化フレームが属するデータ量制御単位における、それまでに発生した累積データ量から、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量の上限値である最大割り当てデータ量を所定の演算によって算出する機能と、前記データ量制御単位内の残符号化フレーム数から、前記最大割り当てデータ量と前記初期割り当てデータ量との差分の最大値である最大修正データ量を所定の演算によって算出する機能と、前記初期割り当てデータ量，前記最大割り当てデータ量，前記最大修正データ量を用いて、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量を所定の演算によって算出し、前記符号化フレームに対する割り当てデータ量として、前記初期割り当てデータ量，前記最大割り当てデータ量，前記初期割り当てデータ量から前記最大修正データ量を減じた値の内のいずれか１つを選択して決定する機能とをコンピュータに実現させるプログラムからなることを特徴とするものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る第１の実施形態の動画像符号化装置を示すブロック図である。
本発明の動画像符号化装置は、動画像シーケンスにおける符号化フレームを、データ発生量の傾向が異なる複数の符号化モードに分類して符号化する動画像符号化方式を採用する際に、所定フレーム数をデータ量制御単位（ＧＯＰ）として規定し、所定フレーム数を符号化した際に発生する総データ量が所定値となるように、フレーム符号化に対する割り当てデータ量を算出し、フレーム符号化における実際の発生データ量が割り当てデータ量に漸近するように、フレーム符号化における発生データ量の制御を行うものである。
【００２７】
本発明の動画像符号化装置は、符号化フレームに対する初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔを所定の演算によって算出する初期割り当てデータ量算出手段１と、符号化フレームが属するデータ量制御単位（ＧＯＰ）における、それまでに発生した累積データ量から、符号化フレームに対する最大割り当てデータ量である割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘを所定の演算によって算出する最大割り当てデータ量算出手段２と、データ量制御単位内の残符号化フレーム数から、割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘと初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔとの差分の最大値である最大修正データ量として割り当てデータ量Ｔの修正幅Ｔｃｈｇを所定の演算によって算出する最大修正データ量算出手段３と、初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔ，上限値Ｔｍａｘ，修正幅Ｔｃｈｇを用いて、符号化フレームに対する割り当てデータ量Ｔを所定の演算によって算出し、符号化フレームに対する割り当てデータ量Ｔとして、初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔ，上限値Ｔｍａｘ，初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔから修正幅Ｔｃｈｇを減じた値の内のいずれか１つを選択して決定する割り当てデータ量決定手段４とを具備する。
【００２８】
本発明の動画像符号化装置は、最大修正データ量算出手段３が、データ量制御単位内の先頭フレームから最終フレームに向けて、割り当てデータ量Ｔの修正幅Ｔｃｈｇを徐々に小さくする機能を備えている。
【００２９】
図１において、１は初期割り当てデータ量算出手段、２は最大割り当てデータ量算出手段、３は最大修正データ量算出手段、４は割り当てデータ量決定手段、５は符号化器である。
【００３０】
なお、図３に示す従来例の動画像符号化装置と同一の機能を有するブロックに対しては、同一の番号を付している。
【００３１】
初期割り当てデータ量算出手段１は、ＧＯＰ割り当てデータの残量（以下、ＧＯＰの残データ量と言う）Ｒから、所定の演算によって初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔを算出するものである。
ここで、初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔを算出する演算は、図３の従来例で使用したものと同等で構わない。
【００３２】
最大割り当てデータ量算出手段２は、ＧＯＰの残データ量Ｒから、所定の演算によって割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘを算出するものである。
ここで、最大割り当てデータ量算出手段２の第１実施例として、割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘを下記式［１］で算出する。
Ｔｍａｘ＝Ｒ−ｍａｒｇｉｎ                                ［１］
【００３３】
ＧＯＰの残データ量Ｒはデータ分配の分母であるから、Ｔ≦Ｒは常に成立するが、ＧＯＰ終端でのシーンチェンジに備えて、分配データ量をｍａｒｇｉｎ分だけ節約するようにしている。
これにより、ＧＯＰ終端でシーンチェンジが発生した場合でも、ＧＯＰの残データ量Ｒがある程度確保されるため、著しい画質劣化が発生する度合いは低くなる。
【００３４】
なお、最大割り当てデータ量算出手段２の第２実施例として、定数α（α＜１）を使用して、下記式［２］で表す割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘを使用しても良い。
Ｔｍａｘ＝Ｒ×α                                          ［２］
【００３５】
静止画の符号化のようにＧＯＰ前半の符号化において、割り当てデータ量Ｔが大きくなる傾向が強い場合でも、Ｔ＝ｍｉｎ［Ｔｉｎｉｔ，Ｔｍａｘ］のようにし、上限値Ｔｍａｘによって割り当てデータ量Ｔの大きさを制限することにより、ＧＯＰ前半の符号化におけるデータの消費を抑え、ＧＯＰ後半でのシーンチェンジの発生に備えることができる。
ただし、ＧＯＰ最後まで上限値Ｔｍａｘによる割り当てデータ量Ｔの制限を行うと、ＧＯＰ全体の発生データ量が減少するため、全体の画質が低下することになる。
【００３６】
最大修正データ量算出手段３は、ＧＯＰの残ピクチャ数から、割り当てデータ量Ｔの修正幅Ｔｃｈｇを算出するものである。
ここで、最大修正データ量算出手段３の第１実施例として、最大修正データ量となる割り当てデータ量Ｔの修正幅Ｔｃｈｇを下記式［３］で算出する。
Ｔｃｈｇ＝Ｔｉｎｉｔ×β×（Ｎ―ｎ―１）／Ｎ              ［３］
ここで、ＮはＧＯＰのピクチャ数を表し、ｎは符号化済みのピクチャ数を表す。
【００３７】
すなわち、ｎ＝０〜（Ｎ−１）の整数であり、ＧＯＰ先頭のＩピクチャ符号化前にはｎ＝０となり、ＧＯＰ最終ピクチャの符号化前にはｎ＝Ｎ−１となる。
また、βは定数（β＜１）である。
ＧＯＰ符号化開始時（ｎ＝０）、割り当てデータ量Ｔの修正幅Ｔｃｈｇは最大値であり、ＧＯＰ最後のピクチャ符号化時にはＴｃｈｇ＝０となる。
【００３８】
本発明の第１の実施形態においては、割り当てデータ量Ｔの修正幅Ｔｃｈｇは、符号化済みのピクチャ数ｎの増加に伴い線形的に変化するが、非線形的に変化する関数を使用することもできる。
【００３９】
割り当てデータ量決定手段４は、初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔ，上限値Ｔｍａｘ，修正幅Ｔｃｈｇを使用して、割り当てデータ量Ｔを以下の手順で修正する。
１．Ｔｉｎｉｔ≦Ｔｍａｘならば、Ｔ＝Ｔｉｎｉｔとする。
２．（Ｔｉｎｉｔ−Ｔｍａｘ）≦Ｔｃｈｇならば、Ｔ＝Ｔｍａｘとする。
３．Ｔ＝Ｔｉｎｉｔ−Ｔｃｈｇとする。
【００４０】
割り当てデータ量決定手段４は、初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔ，上限値Ｔｍａｘ，初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔから修正幅Ｔｃｈｇを減算した値の内、いずれか１つを割り当てデータ量Ｔとして符号化器５に出力する。
【００４１】
ＧＯＰ前半の符号化においては、割り当てデータ量Ｔが大きいため、割り当てデータ量Ｔの修正幅Ｔｃｈｇが大きく、Ｔ＝ｍｉｎ［Ｔｉｎｉｔ，Ｔｍａｘ］に従って、割り当てデータ量Ｔが上限値Ｔｍａｘ以下になるように丸め込まれる。
ここで、単純な絵柄が激しく動くような画像においては、もともと初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔが小さいので、割り当てデータ量Ｔが修正されることはなく、画質に影響は出ない。
【００４２】
ＧＯＰ後半の符号化においては、割り当てデータ量Ｔの修正幅Ｔｃｈｇが徐々に小さくなる。
このため、Ｔ＞Ｔｍａｘであっても、割り当てデータ量Ｔは修正幅Ｔｃｈｇ分だけ修正されることになる。
【００４３】
ここで、ＧＯＰ最終ピクチャの符号化においては、Ｔｃｈｇ＝０となるため、割り当てデータ量Ｔは修正されない。
すなわち、ＧＯＰ符号化終了時には、上限値Ｔｍａｘによる割り当てデータ量Ｔの制限がない状態になる。
【００４４】
ＧＯＰの符号化の進行に従って割り当てデータ量Ｔの修正幅Ｔｃｈｇは徐々に小さくなるので、上限値Ｔｍａｘによる割り当てデータ量Ｔの制限が徐々に弱くなる。
【００４５】
すなわち、割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘによって割り当てビット数を大きく制限する動作から、ＧＯＰの発生ビット数がＧＯＰに割り当てられるデータ量Ｇになるように調整する動作になめらかに移行する。
これにより、ＧＯＰ後半のシーンチェンジ発生による局所的なデータ量の消費に備えつつ、ＧＯＰの発生データ量を所定の値に制御することができる。
【００４６】
図２は、本発明に係る第２の実施形態の動画像符号化装置を示すブロック図である。
本発明の動画像符号化装置は、符号化フレームに対する初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔを所定の演算によって算出する初期割り当てデータ量算出手段１と、符号化フレームが属するデータ量制御単位（ＧＯＰ）における、それまでに発生した累積データ量から、符号化フレームに対する最大割り当てデータ量である割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘを所定の演算によって算出する最大割り当てデータ量算出手段６と、初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔ，上限値Ｔｍａｘを用いて、符号化フレームに対する割り当てデータ量Ｔを所定の演算によって算出し、符号化フレームに対する割り当てデータ量Ｔとして、初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔ，上限値Ｔｍａｘのいずれか一方を比較して決定する割り当てデータ量決定手段となる比較器７とを具備する。
【００４７】
本発明の動画像符号化装置は、最大割り当てデータ量算出手段６が、データ量制御単位内の先頭フレームから最終フレームに向けて、割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘを徐々に大きくする機能を備えている。
【００４８】
図２において、１は初期割り当てデータ量算出手段、６は最大割り当てデータ量算出手段、７は比較器、５は符号化器である。
【００４９】
なお、図１に示す第１の実施形態の動画像符号化装置と同一の機能を有するブロックに対しては、同一の番号を付している。
【００５０】
本発明の第２の実施形態においては、図１にあった最大修正データ量算出手段３がない。
代わりに、最大割り当てデータ量算出手段６における割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘの演算に、最大修正データ量算出手段３の処理を含めている。
【００５１】
比較器７は、初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔと上限値Ｔｍａｘの内、値の小さい方を割り当てデータ量Ｔとして符号化器５に出力する。
【００５２】
最大割り当てデータ量算出手段６は、ＧＯＰの残データ量Ｒから、所定の演算によって割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘを算出するものである。
ここで、最大割り当てデータ量算出手段６の第１実施例として、割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘを下記式［４］で算出する。
Ｔｍａｘ＝Ｒ−ｍａｒｇｉｎ（ｎ）                          ［４］
【００５３】
ここで、ｍａｒｇｉｎ（ｎ）は、符号化済みのピクチャ数ｎの関数であり、例えば、下記式［５］で表される。
ｍａｒｇｉｎ（ｎ）＝γ×（Ｎ―ｎ−１）／Ｎ                ［５］
ここで、γは定数である。
【００５４】
図１においては、修正幅Ｔｃｈｇによって上限値Ｔｍａｘに制限をかけていたが、図２に示す本発明の第２の実施形態においては、上限値Ｔｍａｘ自身がＧＯＰ後半に向けて徐々に大きくなっていく。
【００５５】
上記式［４］においては、ＧＯＰ最終ピクチャの符号化時には、ｍａｒｇｉｎ（ｎ）＝０となり、Ｔｍａｘ＝Ｒとなるため、割り当てデータ量Ｔの制限はなくなる。
これにより、図１の第１の実施形態と同様に、ＧＯＰ後半のシーンチェンジ発生による局所的なデータ量の消費に備えつつ、ＧＯＰの発生データ量を所定の値に制御することができる。
【００５６】
なお、上記式［５］においては、ｍａｒｇｉｎ（ｎ）は、符号化済みのピクチャ数ｎの増加に伴い線形的に変化するが、非線形的に変化する関数を使用することも可能である。
【００５７】
最大割り当てデータ量算出手段６の第２実施例として、下記式［６］で表す割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘを使用しても良い。
Ｔｍａｘ＝Ｒ×α（ｎ）                                    ［６］
【００５８】
ここで、α（ｎ）は、符号化済みのピクチャ数ｎの関数であり、例えば、下記式［７］で表される。
α（ｎ）＝ｎ×（１−η）／（Ｎ−１）＋η                  ［７］
ここで、ηは定数である。
【００５９】
本実施例も同様に、ＧＯＰの符号化の進行に従いα（ｎ）が徐々に１に近づくことによって、割り当てデータ量Ｔの上限値ＴｍａｘがＧＯＰの残データ量Ｒに漸近していく。
これにより、上記式［５］と同等の効果を得ることができる。
【００６０】
なお、上記式［７］においては、α（ｎ）は、符号化済みのピクチャ数ｎの増加に伴い線形的に変化するが、非線形的に変化する関数を使用することも可能である。
【００６１】
本発明においては、割り当てデータ量Ｔに制限を加えることによって、ＧＯＰ前半でのデータ消費を抑えることができるため、ＧＯＰ後半でシーンチェンジが発生することによって生じる局所的なデータ量の消費に備えることができる。
さらに、該制限量をＧＯＰ符号化の進行に従って徐々に小さくすることによって、ＧＯＰ全体としては発生データ量を所定の値に制御することができる。
【００６２】
なお、上記本実施形態では、動画像符号化装置を説明したが、符号化フレームに対する初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔを所定の演算によって算出する機能と、符号化フレームが属するデータ量制御単位における、それまでに発生した累積データ量から、符号化フレームに対する最大割り当てデータ量である割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘを所定の演算によって算出する機能と、データ量制御単位内の残符号化フレーム数から、割り当てデータ量Ｔの上限値Ｔｍａｘと初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔとの差分の最大値である最大修正データ量として割り当てデータ量Ｔの修正幅Ｔｃｈｇを所定の演算によって算出する機能と、初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔ，上限値Ｔｍａｘ，修正幅Ｔｃｈｇを用いて、符号化フレームに対する割り当てデータ量Ｔを所定の演算によって算出し、符号化フレームに対する割り当てデータ量Ｔとして、初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔ，上限値Ｔｍａｘ，初期割り当てデータ量Ｔｉｎｉｔから修正幅Ｔｃｈｇを減じた値の内のいずれか１つを選択して決定する機能とをコンピュータに実現させるプログラムからなるコンピュータ・ソフトウェア又はこのプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭ等）を使用することにより、本発明の動画像符号化装置を得ることができる。
【００６３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、ＭＰＥＧのようなピクチャ毎で符号量発生傾向が異なる動画像符号化方式を採用する際に、ＧＯＰに割り当てられたデータ量が一定である場合、割り当てデータ量に制限を加えることによって、ＧＯＰ前半の符号化におけるデータの消費を抑えることができ、ＧＯＰ後半のシーンチェンジ発生による局所的なデータ量の消費に備えつつ、ＧＯＰの発生データ量を所定の値に制御することができ、ＧＯＰ終端でシーンチェンジが発生した場合でも、著しい画質劣化を発生する度合いの少ない動画像符号化装置及びコンピュータ・ソフトウェアを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の動画像符号化装置を示すブロック図。
【図２】本発明に係る第２の実施形態の動画像符号化装置を示すブロック図。
【図３】従来技術における動画像符号化装置を示すブロック図。
【図４】動画像符号化装置が符号化する画像の各フレームと、ＧＯＰの構成を示す説明図。
【符号の説明】
１  初期割り当てデータ量算出手段
２  最大割り当てデータ量算出手段
３  最大修正データ量算出手段
４  割り当てデータ量決定手段
５  符号化器
６  最大割り当てデータ量算出手段
７  比較器（割り当てデータ量決定手段）
８  割り当てデータ量算出手段
９  Ｂピクチャのフレーム
１０  Ｐピクチャのフレーム
１１  Ｂピクチャのフレーム
１２  Ｉピクチャのフレーム
１３  Ｂピクチャのフレーム
１４  Ｐピクチャのフレーム
１５  Ｂピクチャのフレーム
１６  Ｐピクチャのフレーム
１７  Ｂピクチャのフレーム
１８  Ｉピクチャのフレーム
Ｐ  実際に発生したピクチャデータ量
Ｒ  ＧＯＰ割り当てデータの残量（ＧＯＰの残データ量）
Ｔ  割り当てデータ量
Ｔｉｎｉｔ  初期割り当てデータ量
Ｔｍａｘ  上限値（最大割り当てデータ量）
Ｔｃｈｇ  修正幅（最大修正データ量）
【図１】
2004236155.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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