(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像圧縮のために、映像信号の符号化されたビットレートを適応的に制御する方法、該方法は下記を備える：
映像信号の現在処理中のセグメントの量子化のための複数の量子化セッティングの所定の集合に従って、映像信号のセグメントの量子化されさらに符号化された複数のストリームを生成するために、前記映像信号のセグメントを量子化し、さらに符号化すること；
所定の目標ビットレートに最も近いビットレートをもたらす符号化ストリームを選択する選択アルゴリズムに従って、前記複数の符号化されたストリームの一つを選択すること；
前記複数の符号化されたストリームの中の前記選択アルゴリズムに従って前記選択された一つに基づいて量子化セッティングを更新するための制御信号を生成すること；および、
前記制御信号に従って、次に処理する前記映像信号のセグメントの量子化のために、前記量子化セッティングを前記更新すること。
【請求項２】
請求項１記載の方法、ここにおいて、
複数の量子化されたストリームを生成するために前記映像信号の前記セグメントを量子化することは、複数の量子化されたストリームの各々に対応する前記複数の量子化セッティングの一つに従って量子化することを備え；
対応する複数の前記符号化されたストリームを生成することは、可変長符号化アルゴリズムを用いて前記複数の量子化されたストリームの各々を可変長符号化することを備える。
【請求項３】
さらに下記を備える請求項２記載の方法：
データビットの前記複数の符号化されたストリームの各々に関して計測されたビットレートを決定すること；および、
伝送に備えて前記複数の符号化されたストリームの中の前記選択された一つを記憶すること、
ここにおいて、前記選択アルゴリズムは、前記計測されたビットレートに基づいて選択を実行し、前記制御信号は、前記複数の符号化されたストリームの中の前記選択された一つを受信した後のバッファーの状態を表すバッファー状態信号である。
【請求項４】
請求項２記載の方法、ここにおいて、
前記可変長符号化アルゴリズムはハフマン符号化アルゴリズムを備える。
【請求項５】
請求項２記載の方法、ここにおいて、
前記可変長符号化アルゴリズムはハフマン符号化によって後続されるゼロのランレングスの符号化を備える。
【請求項６】
請求項２記載の方法、ここにおいて、
前記複数の量子化セッティングの各々は一の量子化インデックスに従って生成された一の重み付けマスク関数である。
【請求項７】
さらに下記を備える請求項２記載の方法：
前記映像信号の前記セグメントに関係付けられたＤＣＴ係数の一のブロックを生成するために、画素データを受信し、前記画素データの一のセグメントの上でＤＣＴ演算を実行すること。
【請求項８】
下記を備える装置：
映像信号の現在処理中のセグメントの量子化のための複数の量子化セッティングの所定の集合に従って、映像信号のセグメントの量子化されさらに符号化された複数のストリームを生成するために、前記映像信号のセグメントを量子化し、さらに符号化する手段；
所定の目標ビットレートに最も近いビットレートをもたらす符号化ストリームを選択する選択アルゴリズムに従って、前記複数の符号化されたストリームの一つを選択する手段；
前記複数の符号化されたストリームの中の前記選択アルゴリズムに従って前記選択された一つに基づいて量子化セッティングを更新するための制御信号を生成する手段；および、
前記制御信号に従って、次に処理する前記映像信号のセグメントの量子化のために、前記量子化セッティングを前記更新する手段。
【請求項９】
下記の命令コードを実行するように構成されたプロセッサー：
映像信号の現在処理中のセグメントの量子化のための複数の 量子化セッティングの所定の集合に従って、映像信号のセグメントの量子化されさらに符号化された複数のストリームを生成するために、前記映像信号のセグメントを量子化し、さらに符号化するための命令コード；
所定の目標ビットレートに最も近いビットレートをもたらす符号化ストリームを選択する選択アルゴリズムに従って、前記複数の符号化されたストリームの一つを選択するための命令コード；
前記複数の符号化されたストリームの中の前記選択アルゴリズムに従って前記選択された一つに基づいて量子化セッティングを更新するための制御信号を生成するための命令コード；および、
前記制御信号に従って、次に処理する前記映像信号のセグメントの量子化のために、前記量子化セッティングを前記更新するための命令コード。
【請求項１０】
一又は複数のプロセッサーに請求項１記載の方法を実行時に実行させる命令を備えるコンピューター読み取り可能な媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像処理に関する。より詳しくは、本発明はビデオエンコーダにおいてデジタルの圧縮ビットレートを適応制御するための斬新で改善されたシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
テレビジョン信号を送受信する技術においては、ＮＴＳＣ（国際テレビジョンシステム委員会）システムについて種々の改善がなされている。テレビジョンの分野における開発は、一般に、標準精細度テレビジョン（ＳＤＴＶ）及び高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムに向けられている。
【０００３】
提案されたＳＤＴＶ及びＨＤＴＶシステムの多くは、デジタル符号化技術を利用する。デジタルに符号化された映像はアナログ変調以上の多くの利点をもたらす。デジタル符号化はマルチパス及びジャミングのような障害に対する通信リンクの頑強性を提供する。さらに、デジタル技術は軍事及び多くの放送業務にとって必要な信号暗号化処理の容易化を促進する。
【０００４】
ＨＤＴＶが最初に提案されたとき、過度の帯域幅を要求するとの理由からＨＤＴＶは実用的でないとされた。しかしながら、デジタルＨＤＴＶ信号の圧縮は、アナログのＮＴＳＣフォーマットが要求する帯域幅と同等の帯域幅での伝送を可能にするレベルにまで到達した。このような、信号のデジタル伝送に適用された信号圧縮のレベルは、ＨＤＴＶシステムがより少ないパワー、より大きなチャンネル障害耐性で伝送を行うことを可能にする。
【０００５】
ＳＤＴＶ及びＨＤＴＶ信号の質を維持しつつ有効な圧縮を提供する、ある圧縮技術は、符号化された離散コサイン変換（ＤＣＴ）係数データの適応サイズ化ブロック及びサブブロックを利用する。この技術は、本発明の譲渡人に譲渡され、参考の為に組み入れられた合衆国特許第５，１０７，３４５号「適応ブロックサイズ画像圧縮方法及びシステム」の明細書に開示されている。また、ＤＣＴ技術は、本発明の譲渡人に譲渡され、参考の為に組み入れられた合衆国特許第５，１０７，３４５号「適応ブロックサイズ画像圧縮方法及びシステム」の明細書に開示されている。さらに、合衆国特許第５，４５２，１０４号が本発明の譲渡人に譲渡され、参考の為に組み入れられている。
【０００６】
実質的な圧縮レベルを提供する技術には、可変長符号化スキームがしばしば利用される。可変長符号化において、異なる信号サンプルは、異なる長さの符号ワードを用いて量子化される。一般にコーダは、全再構成エラーを最小化すべく理論上又は計測された画像の統計量に基づいて設計される。画像における特性の確率分布を探求することで、高圧縮率は達成可能である。
【０００７】
可変長符号化は高い圧縮率を提供し得るが、不定符号化データレートの複雑化をも引き起こす。一般に可変長符号化は高精細な画像領域のために長い符号コードを生成し、低精細な画像領域のためには短い符号コードを生成する。可変長符号化が映像を符号化するのに用いられる場合、映像における異なるフレームは、異なる長さの符号ワードによって符号化され得る。これらの符号ワードは所定のビットレートで通信チャネルを伝送される必要がある。さらに、ＳＤＴＶやＨＤＴＶシステムのような応用例において、符号ワードは、フレームレートの変動なしで映像フレームを再構成できるレートで復号器に伝送されなければならない。
【０００８】
符号化データビットの伝送のレートを維持すべく、レートバッファが用いられてきた。しかしながら、バッファの利用は、復号フレームレートの変動に係る問題をそれ自信が解決しない。また、バッファの容量を超える長い符号ワードで映像フレームが符号化されている場合、バッファオーバーフローが起こり、情報損失の結果を招く。したがって、映像圧縮のためのレート制御が必要である。これらの問題及び欠点が従来より明瞭に認識されており、以下に述べる本発明にしたがって解決される。
【発明の開示】
【発明の概要】
【０００９】
本発明は、映像圧縮処理における符号化データレート制御のための斬新で改善されたシステム及び方法である。映像圧縮の際に、映像における異なるセグメントは異なる長さの符号ワードで符号化される。エンコーダの信頼性を維持しつつも通信チャネルを通じて符号ワードを伝送するためには符号化ビットレートの制御が不可欠である。本システム及び方法は、映像セグメントのそれぞれに択一的な符号化されたビットストリームを準備し、所定の目標ビットレートに最も近いビットレートを生成するものを選択する。目標ビットレートはレートバッファの状態に基づいて選択される。
【００１０】
本発明によれば、複数の量子化器により構成された適応データレート制御器が開示される。このレート制御器は映像データブロックを入力として受け取り、該映像データブロックは量子化器のそれぞれに与えられる。それぞれの量子化器は、量子化された係数のブロックを生成するべく、異なる重み付けマスク関数に従って入力のサンプルを量子化する。重み付けマスク関数の各々は、量子化インデックスによって区別される。ある重み付けマスク関数は、サンプルに異なる重み付けを与えることで、入力のあるサンプルには強調を施し、他のサンプルは非強調（de-emphasize）にするように設計される。これに対応し、異なる量子化された係数のブロックの量子化サンプルは、異なる重み付けがなされた結果として、異なる値を有し得る。
【００１１】
また、適応レート制御器は複数のエンコーダから構成される。各々のエンコーダは、一の量子化された係数のブロックを受け取り、可変長符号化係数のストリームを生成する。各々の量子化された係数のブロックは異なる重み付け関数により処理されているので、各々のブロックのサンプルは異なる符号ワードで符号化される。結果として、可変長符号化係数ストリームの各々は他と区別されるコード長を有する。
【００１２】
可変長符号化ストリームが選択器に与えられる一方、各々の可変長符号化ストリームの伝送に要するトータルビットレートが決定されて比較器に与えられる。このトータルビットレートは符号化ストリームのコード長の総和に比例する。比較器は目標に最も近いレートを決定するべくトータルビットレートの各々を、所定の目標ビットレートと比較する。そして選択器は所定の目標に最も近いビットレートをもたらす可変長符号化ストリームを選択し、送信に備えてこのストリームをレートバッファに与える。
【００１３】
現在の映像信号ブロックの処理が完了すると、レートコントローラは重み付けマスク関数を更新することで次の映像信号ブロックを処理する準備をする。量子化インデックス更新部は、重み付けマスク関数が得られたもののなかから量子化インデックスの新規セットを選択する。新規の量子化インデックスはレート対量子化インデックスのモデル及び最新目標ビットレートに基づいて選択される。
【００１４】
モデル部はレート対量子化インデックスのモデルを導出する。このモデルは現在の映像信号ブロックからレート及び量子化インデックスより導出される。すなわち、現在の映像ブロックに用いられる量子化インデックス及び対応するビットレートはモデルの導出に用いられる。最新目標ビットレートは、目標ビットレート更新部により、現在の映像入力ブロックを処理した後のレートバッファフルレベル(rate buffer fullness level)に基づいて得られる。最新目標ビットレートは、レートバッファの一定データフローを維持し、レートバッファのオーバーフローを防止すべく選択される。モデル及び最新目標ビットレートに基づくことで、ある新規量子化インデックスは、モデルにより示される最新目標ビットレートをもたらすであろうインデックスとなる。他の新規量子化インデックスは、通常、既に示された新規量子化インデックスの関数となろう。
【００１５】
重み付けマスク関すが更新された後、本発明の適応レート制御器は次の映像入力ブロックを処理開始する。
【発明の詳細な説明】
【００１６】
本発明の特徴点、目的、及び効果は、以下の詳細な説明及びこれに添付される図面から明らかとなろう。本発明のレートコントローラを組み入れたデータ圧縮システムの実施例が図１に示されている。図１に示されるこのシステムは、伝送用の映像信号圧縮に用いられる。例えば、図１のシステムはＨＤＴＶ若しくはＳＤＴＶ信号（とはいえ他の形式の映像信号も適用されることが理解されるべきである）の圧縮、又はこれと同様に音声信号、この圧縮システムから恩恵を受ける如何なる信号の圧縮、に用いられる。
【００１７】
図１に示すように、圧縮の準備のために映像信号は先ずプリプロセッサ１０に供給される。プリプロセッサ１０は多様な用途を賄い、或いはシステム全体から取り除かれても良い。プリプロセッサ１０は、例えば、圧縮システムにより容易に処理され易くなるように映像信号をコンポーネントにフォーマットする。プリプロセッサ１０の出力はエンコーダ１２に供給される。エンコーダ１２は受信したデータを量子化し、しかる後に量子化係数を圧縮する。実行される量子化スキームはレートコントローラ１４からのフィードバック量子化パラメータに依存する。レートコントローラ１４は、次の映像セグメントの符号化のための量子化パラメータを適応的にセットすべく、現在の符号化された映像セグメントを特徴付ける統計を利用する。またレートコントローラ１４は、レート制御がなされた符号化データをフォーマッタ１６に供給する。フォーマッタ１６はその符号化がなされたデータを受け取り、通信チャネルを通じた伝送のためにフォーマット化されたビットストリームを該データから組み立てる。
【００１８】
プリプロセッサ１０のある具体例が図２に示されている。図２に示されるように、プリプロセッサ１０は２次元離散コサイン変換（ＤＣＴ）演算子１８により構成されている。一つの映像信号のセグメント（通常は、時間抽出された画素のＮ×Ｎブロック）がＤＣＴ演算子１８にその入力として供給される。時間抽出画素のブロックからＤＣＴ演算子１８はＤＣＴ係数のブロックを生成する。
【００１９】
ＤＣＴ演算子１８は時間抽出信号を、同信号の周波数表現に変換する一つの方法である。周波数表現に変換により、ＤＣＴ技術は画像の周波数分布特性の利点を得るべく量子化器を構成できる理由から、極めて高レベルの圧縮を可能にするものとみなされてきた。ＤＣＴ変換を利用する圧縮システムの一例が上述した合衆国特許第５，０２１，８９１号及び第５，４５２，１０４号明細書に開示されている。
【００２０】
ＤＣＴ係数のブロックは、レートコントローラ１４により制御された符号化ビットレートと共にエンコーダ１２に供給される。ある具体的な実施例において、エンコーダ１２及びレートコントローラ１４は、上述した機能を提供すべくプログラムされたマイクロプロセッサ又はデジタル信号プロセッサにインプリメントされる。
【００２１】
さて、図３を参照すると、エンコーダ１２及びレートコントローラ１４の詳細が示されている。図示することを目的とし、図３は輝度映像信号処理に特有の表現に替えて示されている。カラー映像信号の処理は後述する。エンコーダ１２は複数の量子化器２０ａ〜２０ｃ及びこららに対応する複数の可変長エンコーダ２２ａ〜２２ｃにより構成されている。これら量子化器２０ａ〜２０ｃ及び可変長エンコーダ２２ａ〜２２ｃのセットが図示されてはいるが、これらは、異なる数の構成要素によって代替されても良いことが理解されるべきである。
【００２２】
これら量子化器２０ａ〜２０ｃの各々は、Fと示される同一のＤＣＴ係数ブロックを入力として受け取る。また、量子化器２０ａ〜２０ｃの各々は、レートコントローラ１４からq1 〜q3 により示されるフィードバック量子化インデックス信号を受け取る。図３において、３つの量子化器２０ａ〜２０ｃは、３つの量子化設定を表し、又は同一入力信号を量子化する際の３つの手段を表す。量子化器２０ａ〜２０ｃの出力は、量子化されたＤＣＴ係数のブロックであって、図３においてQC1〜QC3と示されている。
【００２３】
好ましい実施例において、入力信号を量子化すべく各々の量子化器２０ａ〜２０ｃにより用いられる量子化設定は重み付けマスク関数であって、これは当該技術分野において量子化マトリックスとして知られている。各々の重み付けマスク関数は、選択量子化ステップサイズ（qssi ）に周波数重み付けテーブルの係数を乗算することにより導出される。このqSSi は次式（１）のような量子化インデックスqi の関数である。
【００２４】
qSSi =f(qi ) (1)
好ましい実施例においては、次式（２）のようになる。
【００２５】
qSSi =2(qi) (2)
ＤＣＴ係数ブロックと同一次元の周波数重み付けテーブルは、異なるＤＣＴ係数に異なる重み付けを適用するために用いられる。この重み付けは、人体映像化システムに対してより高感度な周波数内容を有する入力サンプルを強調(emphasize)し、及び該システムに対してより低感度な周波数内容を有する入力サンプルを非強調(de-emphasize)にすることように設計される。この重み付けは実験データに基づいて選択される。８×８ＤＣＴ係数のための重み付けマスクを設計する方法は、ISO/IEC JTC1 CD 10918,「連続階調スチル画像のデジタル圧縮と符号化−パート１：要件及びガイドライン」，国際標準化機構,1994に開示されており、参照のためここに組み入れられる。
【００２６】
したがって、量子化インデックスq1 は第１の重み付けマスク関数を生成すべく周波数重み付けマスクのテーブルと乗算される。ＤＣＴ係数は、第１の量子化係数ブロックを生成するべく、第１の重み付けマスク関数の相応する係数と乗算され、QC1と表される。同様に、量子化器２０ｂ及び２０ｃのそれぞれにおいて第２及び第３の重み付けマスク関数を生成すべく、量子化インデックスq1 及びq1 の各々が同周波数重み付けマスクテーブルと乗算される。そして、ＤＣＴ係数は、第２の量子化された係数のブロックを生成するべく、第２の重み付けマスク関数の相応する係数と乗算され、QC2と表される。またＤＣＴ係数は第３の量子化された係数のブロックを生成するべく、第３の重み付けマスク関数の相応する係数と乗算され、QC3と表される。ブロック内の係数の位置の参照を(k,l)とし、及び周波数重み付けマスクテーブルの参照をFWMとするとき、量子化器２０ａ〜２０ｃの動作は以下の数式により表される。
【００２７】
QC1(k,l)=F(k,l)×FWM(k,l)×qss1 (3)
QC2(k,l)=F(k,l)×FWM(k,j)×qss2 (4)
QC3(k,l)=F(k,l)×FWM(k,l)×qss3 (5)
信号QC1〜QC3は、それぞれ、可変長エンコーダ２２ａ〜２２ｃへの入力である。量子化ＤＣＴ係数値はそれぞれ、データレートを最小化すべく可変長エンコーダを用いて符号化される。図３に示される３つの可変長エンコーダ２２ａ〜２２ｃは、全て同一の可変長符号化スキームをインプリメントしても良く、又は異なる可変長符号化アルゴリズムをインプリメントしても良い。可変長エンコーダ２２ａ〜２２ｃの出力は可変長符号化係数の直列化ストリーム信号であって、VC1〜VC3と表される。
【００２８】
可変長エンコーダ２２ａ〜２２ｃをインプリメントする一つの技術は、ハフマン符号化に従ったジグザグスキャン後ゼロ(zeros after zigzag scanning)のランレングス符号化を利用することである。この技術は、上述した米国特許第５，０２１，８９１号及び５，４５２，１０４号明細書に詳細に記述されており、ここにその要約を述べる。ランレングス符号化は量子化信号（ここではQC1〜QC3）を取得し、ゼロ係数を非ゼロ係数から分離する。ゼロ値はランレングス値として参照され、ハフマン符号化される。非ゼロ値は分離してハフマン符号化される。
【００２９】
ハフマン符号は画像の、計測された統計値又は理論上の統計値から設計される殆どの自然画像はブランク（blank）又は比較的緩やかに変化する領域と、被写体境界やハイコントラストのテクスチャーのようなビジー領域とであることが認められてきた。ＤＣＴのような周波数ドメイン変換を伴うハフマン符号器(coder)は、ビジー領域にはより多くのビットをアサインし、ブランク領域にはより少ないビットアサインすることでこれらの特徴を利用する。
【００３０】
図３を参照すると、信号VC1〜VC3は対応するレート計測器２４ａ〜２４ｃに入力されていることがわかる。レート計測器２４ａ〜２４ｃの各々は、信号VC1〜VC3の可変長符号化係数のそれぞれを伝送するために必要なビットレートを決定する。レート計測器２４ａ〜２４ｃの各々からの出力は、ＤＣＴ係数ブロックのビットレートを示す単一の値の信号である。このビットレートは、ＤＣＴ係数ブロックを可変長符号化するために要するビット数に比例する。レート計測器２４ａ〜２４ｃからの出力に対応する信号はそれぞれr1 〜r3 と表される。
【００３１】
信号の２セットは、エンコーダ１２からレートコントローラ１４への出力信号である。レートコントローラ１４は可変長符号化係数の信号、VC1〜VC3を受け取る。VC1〜VC3のいずれか一つが伝送のためにレートコントローラ１４により選択される。レートコントローラ１４はまた、可変長符号化係数VC1〜VC3のビットレートを代表する信号r1 〜r3 を受け取る。レート情報は可変長符号化係数の選択の一助となる。また、レート情報を利用することで、レートコントローラ１４は映像入力の次セグメントの量子化において量子化器２０ａ〜２０ｃにより用いられる最新量子化インデックスを生成する。映像入力の次セグメントのビットレートを制御するために最新インデックスは発行される。
【００３２】
図３に示されるように、可変長符号化係数VC1〜VC3を表す信号がレートコントローラ１４の選択器２８に入力される一方、レートr1 〜r3 を表す信号が比較器３０及びレートコントローラ１４のモデル部３２に入力される。比較器３０は、所望のレートに最も近づくレートを選択するためにこれらレートr1 〜r3 を所望のビットレートと比較する。選択されたレートに基づき、比較器３０は可変長符号化係数ストリームVC1〜VC3のいずれが伝送用に選択されたかを示す信号を選択器２８に供給する。モデル部３２の機能は後述する。
【００３３】
伝送用の可変長符号化係数のストリームを選択するためには、幾つかの選択アルゴリズムが用いられる。好ましい実施例は、絶対符号化レートエラーを最小化するストリームを選択する。この方法は、次式に従って所定の目標ビットレートをレートr1 〜r3 と比較する。
【００３４】
min|T-ri | (6)
ここに、Tは目標ビットレート、ri （i=1,2,3）はレートr1 〜r3 である。変形例においては、選択器２８は、レートエラーを最小化し、目標レートよりも低いレートを有する可変長符号化ストリームを選択する。第２の変形例においては、選択器２８は最小レートを生成するストリームを選択する。
【００３５】
選択器２８は伝送用に選択された可変長符号化係数のストリーム信号を、通信チャネルへの伝送の待ち受けのためにレートバッファ３４に供給する。この信号はレート制御がなされた映像信号を表す。そして、図１に戻ってこれを参照するに、レート制御されたデータ信号はフォーマッタ１６に与えられ、このフォーマッタ１６は伝送に備えて該データ信号を制御及び識別信号でフォーマットする。ブロックの開始、フレームの開始、ブロック番号、フレーム番号、及び量子化情報を表す信号は、フォーマッタ１６によりデータ信号に付加される信号の幾つかである。
【００３６】
この時点で現在の映像入力セグメントは伝送用に処理されている。ここでは、レート制御可能な如く次の映像セグメントを符号化するためにシステムを更新し、伝送用の次のセグメントを準備することが必要である。レートコントローラ１４は、各々の映像セグメント用に３つの符号化された係数のストリーム間での選択により符号化ビットレートを調整するので、３つの量子化インデックスの新規のセットが得られている必要がある。
【００３７】
図３に示されるように、新規の量子化インデックスは量子化インデックス更新部３６により得られる。量子化インデックス更新部３６は、モデル部３２及び目標ビットレート更新部３８からの入力信号に基づいてインデックスを得る。モデル部３２は符号化ビットレート対量子化インデックスのモデルを得る。目標ビットレート更新部３８は映像入力のセグメント用に最新目標ビットレートを得る。最新目標ビットレートと符号化ビットレート対量子化インデックスのモデルとに基づき、次の映像セグメントの量子化のために３つの量子化インデックスが選択されるであろう。
【００３８】
モデル部３２は次の映像セグメントの量子化のための量子化インデックス対ビットレートのモデルを、現在の映像セグメントの量子化インデックスデータ及びレートに基づいて得る。図３を参照するに、現在の映像セグメントの処理に用いられた３の量子化インデックスq1 〜q3 を入力信号としてモデル部３２が受け取っていることがわかる。モデル部３２はまた、可変長符号化係数VC1〜VC3の３つのカレントストリームのレートに対応する３つのレートr1 〜r3 信号を入力として受け取る。データ点(q1 ,r1 )，(q2 ,r2 )，および(q3 ,r3 )の３つのセットから、該３つのデータ点を通る曲線のフィッティングによりモデルが得られる。好ましい実施例では、カーブフィッティングのために指数モデルが用いられる。
【００３９】
この指数モデルは次式に従って定義され、
【数１】
0004824726.tif 000002
【００４０】
xi は量子化インデックスを意味し、好ましい実施例では０から３１の範囲にセットされる。なお、量子化インデックスの範囲を異ならせても良いことが理解されるべきである。対応する符号化レートをratei (yi )と表す。指数モデルのパラメータb，mは次式に基づいて決定される。
【００４１】
lnratei =lnyi =lnb+xi lnm (8)
そして、カレントデータフレームを符号化すべく用いられるn(n=3)量子化インデックスのセットをAとすると、モデルの最小２乗解は次式で規定される。
【数２】
0004824726.tif 000003
【数３】
0004824726.tif 000004
【００４２】
図４に本実施例のモデルを示す。図４に示される指数モデルはデータ点(q1 ,r1 )，(q2 ,r2 )，および(q3 ,r3 )の３つのペアから導出される。パラメータb及びmの信号は量子化インデックス更新部３６に入力される。
【００４３】
また、上述したように量子化インデックス更新部３６は、目標ビットレート更新部３８から最新目標ビットレートの信号を入力として受け取る。図３に戻って参照すると、目標ビットレートは、現在の映像入力セグメント処理後のレートバッファステータス、またはレートバッファフルレベルに基づき、目標ビットレート更新部３８により決定される。レートバッファ３４に結合されたレートバッファステータスインジケータ４０は、レートバッファステータス（又はフルレベル）を決定し、ステータス識別信号を目標ビットレート更新部３８に送る。
【００４４】
バッファステータスをBFと表す。レートバッファステータスインジケータ４０は、現在の映像入力セグメント処理後におけるレートバッファステータス（BFk ）を以下の通り決定する。
【００４５】
BFk =BFk-1 +Rk -M (11)
ここに、BFk-1 は現在のセグメント処理前のバッファステータス、Rk は現在のセグメント用のデータビットレート、そしてMは固定伝送ビットレートである。
【００４６】
そして、目標ビットレート更新部３８は最新目標レートNTk を決定する。
【００４７】
NTk =M-α(BFk -γBFmax ) (12)
ここに、Mは先の固定伝送デート、BFmax はレートバッファサイズ、αは、レートバッファが所望のレートバッファフルレベルに収束する早さを決定する定数、そしてγ（0.0≦γ≦1.0）は所望のレートバッファフルレベルである。
【００４８】
好ましい実施例では、ビットレートの変動を防止すべくレート制御システムの応答を遅らせるために、次式のように平滑化された最新目標レートSNTk を導出しても良い。
【００４９】
SNTk =βNTk +(1-β)SNTk-1 (13)
SNTk 選択処理においてNTk の代わりに用いられても良い。好ましい実施例ではαは0.2に設定され、βは0.4に設定される。
【００５０】
最新目標ビットレートNTk 表す信号は、次の映像入力のセグメント処理に用いられるべく比較器３０に与えられる。また、最新目標ビットレートNTk 表す信号は、次の映像入力のセグメント処理用に量子化器２０ａ〜２０ｃによって用いられる３つの最新量子化インデックス（q1 '〜q3 '）セットの選択に用いられるべく、量子化インデックス更新部３８に与えられる。
【００５１】
量子化インデックス更新部３６がひとたび、更新目標ビットレートNTk 及びレート対量子化インデックスモデルのパラメータb及びmを表す信号を受け取ると、量子化インデックス（q1 '〜q3 '）の最新セットが次の映像入力のセグメントの量子化のために選択される。
【００５２】
量子化インデックス更新部３６は、量子化インデックスq1 '〜q3 'の最新セットを選択すべく幾らかの方法を使用する。好ましい実施例は、量子化インデックスq2 'を最初に選択する。これは次式に従って決定される。
【数４】
0004824726.tif 000005
【００５３】
ここに、値Ntk は最新目標ビットレートであり、b及びm値は上述した指数モデルのパラメータである。
【００５４】
他の２つの量子化インデックスすなわちq1 'とq3 'は、１−アンカー(one-anchor)法又は２−アンカー法のいずれかに従って更新される。これらの方法は３つの量子化インデックスq1 '，q2 '，q3 'のうち、どの間をとっても量子化インデックスの差が最小となるようなスプレッドを定義する。このスプレッドは通常、輝度ＨＤＴＶ信号入力用で５にセットされる。
【００５５】
１−アンカー法は、アンカーインデックスA1を定義する。また、３１に等しい最大量子化インデックスqmax を定義する。０≦スプレッド≦A1および０≦スプレッド≦|qmax -A1|を仮定すると、１−アンカー法は、q2 'のスプレッド以内のA1を除き、A1に等しいq3 'をセットする。その場合、q3 'はq2 'から遠ざかるインデックススプレッドにセットされる。１−アンカー更新アルゴリズムは以下のように定義される。
【００５６】
ie|q2 '-A1|〈スプレッドであるならば、q1 '=q2 '-スプレッド及びq3 '=q1 '+スプレッドとする
IFq2 '≧A1+スプレッド及びq2 '≦qmax -スプレッドであるならば、q1 '=q2 '+スプレッド及びq3 '=A1とする
IFq2 '≦A1−スプレッド及びq2 '≧スプレッドであるならば、q1 '=q2 '-スプレッド及びq3 '=A1とする
IFq2 '≧A1+スプレッド及びq2 '>qmax -スプレッドであるならば、q1 '=q2 '-スプレッド及びq3 '=A1とする
IFq2 '≦A1-スプレッド及びq2 '<スプレッドであるならば、q1 '=q2 '+スプレッド及びq3 '=A1とする
IFq2 '=A1及びqmax -A1<スプレッドであるならば、q1 '=q2 '-2*スプレッド及びq3 '=q2 '-スプレッドとする
IFq2 '≦qmax -スプレッド及びqmax -A1<スプレッドであるならば、q1 '=q2 '-スプレッド及びq3 '=q2 '+スプレッドとする
IFq2 '=A1及びA1<スプレッドであるならば、q1 '=3 '+スプレッド及びq3 '=q2 '+2*スプレッドとする
２−アンカー法はA1<A2となる２つの固定アンカーA1及びA2を定義する。この２−アンカー法はビットレートのオーバーショート及びアンダーショートが許容レベルにまで低減されることを保証する。再度、スプレッドは３つの量子化インデックスq1 '，q2 '，及びq3 'のうちのいずれか２つの間の最小差である。2*スプレッド≦A2-A1，スプレッド≦A1，及びスプレッド≦|qmax -A2|を仮定する。q2 'のスプレッド以内となるA1又はA2を除き、q1 'をA1に設定し、q3 'をA2に設定する。これらの場合において、q1 '又はq3 'のいずれかがq2 'から遠ざかるインデックススプレッドに設定される。２−アンカー更新アルゴリズムは以下のように定義される。
【００５７】
IF|q2 '-A1|<スプレッド及びq2 '≧スプレッドであるならば、q1 '=q2 '-スプレッド及びq3 '=A2とする
IF|q2 '−A1|<スプレッド及びq2 '<スプレッドであるならば、q1 '=q2 '+スプレッド及びq3 '=A2とする
IF|q2 '-A2|<スプレッド及びq2 '≦qmax -スプレッドであるならば、q1 '＝A1及びq3 '=q2 '+スプレッドとする
IF|q2 '-A2|<スプレッド及びq2 '>qmax -スプレッドであるならば、q1 '＝A1及びq3 '=q2 '-スプレッドとする
IF|q2 '-A2|≧スプレッド及び|q2 '-A2|≧スプレッドであるならば、q1 '＝A1及びq3 '=A2とする
好ましい実施例では、中間量子化インデックスq2 'が多くのビットを生成しすぎる場合、次フレームのために全ての量子化インデックスが増加し、これにより次のデータブロックのビットレートが減少する。もし、中間量子化インデックスq2 'の生成ビットが少なすぎる場合は、次フレームのために全ての量子化インデックスが減少し、これにより次のデータブロックのビットレートが増加する。
【００５８】
各々のデータブロック処理のための３つの量子化インデックスの選択の代わりに、異なる数のインデックスが代用されても良いことが理解されるべきである。
【００５９】
既に述べたように、量子化器の数は３以上の多数であってもよい。この場合、選択器に与えられる量子化係数を符号化するために相応数の可変長エンコーダが必要となり、そして該選択器は全ての符号化係数間からレート制御がなされた信号を選択する。また、相応数のレート計測器は符号化係数のデータビットレートを決定する。このレートは、レート制御された信号の選択の一助となるべく、所定の目標レートと全てのレートを比較する比較器に与えられる。また、このレートは量子化インデックス対ビットレートモデルを得るモデル部に供給される。所要数の量子化インデックスはモデルから選択される。したがって、所望の符号化ビ
ットストリームが所定の複数の符号化ビットストリームのいずれかから選択される。
【００６０】
かくして本発明は、主に輝度映像信号について説明がなされたが、本発明はカラー信号について同等に適用する場合にも好適である。カラー信号を処理する技術の一つは、ＲＢＧ空間から、輝度Ｙ成分又はブライトネス成分によって輝度ＹＣ1 Ｃ2 空間に信号を初期変換することである。２つのＹＣ1 Ｃ2 の可能表現は、ＹＩＱ表現及びＹＵＶ表現であって、両者は従来から良く知られている。図１を参照すると、ＲＧＢからＹＣ1 Ｃ2 への変換（不図示）及びサブサンプリング（不図示）の両者はプリプロセッサ１０により実行される。
【００６１】
カラー映像処理用の好ましい実施例において、４つの輝度成分（以下、Y1〜Y4と示す）及び２つのクロミナンス成分（以下、C1 及びC2 と示す）は、映像入力セグメントをのそれぞれを表現するために用いられる。各々のクロミナンス成分は４でサブサンプルされるため、各々のクロミナンス成分には４つの輝度成分がある。６つの成分の各々には、各々の成分の３つの量子化された係数のブロック生成のための３つの量子化インデックスが選択される。さらに、３つの可変長符号化係数のストリームが３つの量子化された係数のブロックの各々のセットから生成される。レートコントローラ１４は３つのストリームセットの一つを伝送のために選択しなければならない。
【００６２】
図５Ａ〜５Ｃは、Y1〜Y4，C1 及びC2 の入力用に可変長符号化係数ストリームの選択を実行するレートコントローラ１４の部分を示す。輝度のみの信号を処理するとのこれまでの記載から、図５Ａ〜５Ｃは各々のレート制御信号の選択に用いられる３つの変形符号化信号を示している。しかしながら、レート制御信号が選択される異なる数の変形符号化信号を生成するシステムにも本発明は適用可能であることが理解されるべきである。
【００６３】
図５Ａ〜５Ｃに示された実施例において、４つの輝度入力Y1〜Y4の各々は、q1(Y1)〜q1 (Y4)，q2 (Y1)〜q2 (Y4)，及びq3 (Y1)〜q3 (Y4)を生成するべく同一の量子化インデックス（q1 〜q3 ）に基づいて量子化されている。しかし、異なる量子化インデックスに基づいて異なる輝度成分Y1〜Y4が量子化されても良いことが理解されるべきである。この量子化は図３に示される量子化器２０ａ〜２０ｃのような量子化器により実行される。さらに、各々の量子化成分は、可変長符号化を用いて符号化され、図５ａにおいてVC[q1 (Y1)]〜VC[q1 (Y4)]，VC[q2 (Y1)]〜VC[q2 (Y4)]，及びVC[q3 (Y1)]〜VC[q3 (Y4)]として示される信号を生成する。可変長符号化は図３の可変長エンコーダ（２２ａ〜２２ｃ）のような可変長エンコーダにより実行される。クロミナンス入力C1 及びC2 はまた量子化され可変長符号化される。C1 及びC2 成分のための量子化インデックスは同一である必要はないが多分同一でありY1〜Y4のために用いられる。図５ｂ及び５ｃにおいて、符号化されたC1及びC2 成分はVC[q1 (C1 )],VC[q2 (C1 )]、及びVC[q3 (C1 )]、VC[q1 (C2 ],VC[q2 (C2 )]、及びVC[q3 (C2 )]と示される。可変長符号化は図３の可変長エンコーダ（２２ａ〜２２ｃ）のような可変長エンコーダにより実行される。ちょうど輝度成分用と同様に、クロミナンス成分の量子化は図３の量子化器２０ａ〜２０ｃのような量子化器により実行され、及び可変長符号化は図３の可変長符号化エンコーダ２２ａ〜２２ｃのような部分により実行される。
【００６４】
輝度成分の処理において、同一の量子化インデックスに基づいて量子化された可変長符号化成分は、同一のレート計測器に入力される。図５に示されるように、信号VC[q1 (Y1)]〜VC[q1 (Y4)]はレート計測器４２ａに入力され、信号VC[q2 (Y1)]〜VC[q2 (Y4)]はレート計測器４２ｂに入力され、信号VC[q3 (Y1)]〜VC[q3 (Y4)]はレート計測器４２ｃに入力される。したがって、特定量子化インデックスに対応する全ての輝度成分用にトータルレートが決定される。レート計測器４２ａ，４２ｂ，及び４２ｃにより決定されたレート信号は、それぞれr1 (Y)，r2 (Y)，及びr3 (Y)と表され、及びr1 (Y)〜r3 (Y)が比較器４４に入力される。比較器４４はまた、所定の目標ビットレート信号を入力として受け取る。好ましい実施例において、比較器４４は、目標ビットレートに最も近いレートを選択すべくレートr1(Y)，r2 (Y)，及びr3 (Y)を目標ビットレートと比較するために上記式（６）に示された最小絶対レートエラー選択基準を用いる。選択されたレートに対応する量子化インデックスの信号は選択器４６に与えられる。選択器４６はまた、可変長符号化係数VC[q1 (Y1)]〜VC[q1 (Y4)]，VC[q2 (Y1)]〜VC[q2 (Y4)]，及びVC[q3 (Y1)]〜VC[q3 (Y4)]を入力として受け取る。そして選択器４６は選択量子化インデックスにより量子化された輝度入力の４つの成分を選択し、これら４つの成分を伝送のためにレートバッファ４８に送る。
【００６５】
図５ｂを参照すると、レート計測器５０ａ〜５０ｃは４つの輝度成分でなく１つのC1 成分のデータレート決定することがのみが必要であることを除いては、C1クロミナンス成分は輝度成分と同様にして処理されることがわかる。レート計測器５０ａは入力として量子化インデックスq1 に対応する可変長符号化係数VC[q1 (C1 )]を受け取り、出力としてデータレートr1 (C1 )を生成する。同様に、レート計測器５０ｂ及び５０ｃはそれぞれ、入力として量子化インデックスq2 及びq3 に対応する可変長符号化係数VC[q2 (C1 )]及びVC[q3 (C1 )]を受け取り、出力としてデータレートr2 (C1 )及びr3 (C1 )を生成する。レートr1 (Y)〜r3 (Y)を表す信号は比較器５２に入力される。比較器５２は目標ビットレートに最も近いレートを選択すべくレートr1 (Y)，r2 (Y)，及びr3 (Y)を目標ビットレートと比較するために上記式（６）に示された最小絶対レートエラー選択基準を用いる。選択されたレートに対応する量子化インデックスの信号は選択器５４に与えられる。そして選択器５４は、３つのC1 成分VC[q1 (Y1)]〜VC[q1 (Y4)]のなかから１つのC１成分を選択し、選択量子化インデックスにより量子化された該C1 成分を伝送のためにレートバッファ５６に送る。
【００６６】
今、図５Ｃを参照すると、C1 成分と同様にC2 成分が処理されることがわかる。
【００６７】
また、レート計測器５８ａ〜５８ｃの各々は、３つの可変長符号化ストリームVC[q1 (C2 )],VC[q2 (C2 )]、及びVC[q3 (C2 )]に関係するデータレートを定する。r1 (C2)〜r3 (C2 )により示されるレートが比較器６０に入力される。比較器６０は、上式（６）の絶対レートエラー選択基準に基づいて、r1 (C2 )〜r3 (C2 )のなかから目標ビットレートに最も近いレートを選択し、及び選択レートに対応する量子化インデックス信号を選択器６２に与える。選択器６２は選択量子化インデックスに従って生成された可変長符号化係数を選択し、該選択された係数の信号を伝送のためにレートバッファ６４に供給する。
【００６８】
図５ａ〜５ｃでは比較器４４，５２，及び６０が３つの分離したブロックとして示されたが、全ての信号r1 (Y)〜r3 (Y)，r1 (C1 )〜r3 (C1 )，及びr1 (C2 )〜r3 (C2 )を入力として受け取るように、これら３つのブロックが単一のブロックに組み合わされてもよいことが理解されるべきである。またこの単一の比較器は、目標ビットレートを入力として受け取る。同様に、選択器４６，５４，及び６２は単一の比較器から選択インデックスを入力として受け取り、全ての可変長符号化係数VC[q1 (Y1)]〜VC[q1 (Y4)]，VC[q1 (C1 )]〜VC[q3 (C1 )]，及びVC[q1 (C2 )]〜VC[q3 (C2)]を受け取る単一の選択器に組み合わされても良い。加えて、３つのレートバッファ４８，５６，及び６４に代わる単一のレートバッファに単一の選択器が全ての選択成分を送っても良い。
【００６９】
単一の比較器及び選択器は、伝送用の可変長符号化ストリームを選択するために多数の決定ルールを使用する。好ましい実施例では、ri (Y)+rj (C1)+rk (C2),(1≦i≦3,1≦j≦3,1≦k≦3)の総和の２７の組み合わせが、それぞれ目標ビットレートと比較される。目標ビットレートに最も近く、又は絶対符号化レートエラーを最小化する和が決定される。そして、総和に対応する３つの量子化インデックスを示す信号が、３つの量子化インデックスにより量子化された成分を選択する単一選択器に与えられる。これらの成分は伝送に備えてレートバッファに与えられる。例えば、レートr2 (Y)，r1 (C1 )，及びr1 (C2 )はトータル目標ビットレートに最も近い値を合計する。
【００７０】
かくして単一の比較器は、Y2成分用の量子化インデックスq2 ，C1 成分用のq1 ,及びC2 成分用のq1 を単一の選択器に提供する。そして単一の選択器は信号VC[q2 (Y1〜(Y4)]，VC[q1 (C1 )]，及びVC[q1 (C2 )]を選択し、これらの信号を伝送用にレートバッファに送る。
【００７１】
カラー映像の処理のためのレートコントローラは、次の映像セグメントの処理用に量子化インデックスの更新を要する。また、最新インデックスは、量子化インデックス及び現在の映像セグメントのレートデータから得られた量子化インデックス対レートのモデルに基づく。ここで図６を参照すると、量子化インデックス更新部６６は、２つの入力に基づいて次の映像セグメント用の量子化インデックスq1 '〜q3 'を生成する。一の入力は最新目標ビットレートの信号である。
【００７２】
好ましい実施例において、目標ビットレートは、トータルビットレート更新部６８により生成された全ての輝度及びクロミナンス成分のためのトータル目標ビットレートである。他の入力はモデル部７０により得られたレート対量子化インデックスモデルのパラメータ信号（b及びm）である。好ましい実施例において、モデル部７０は全ての輝度及びクロミナンス成分の合成モデルを導出する。
【００７３】
モデル部７０の好ましい実施例の動作は、図６と共に図７ａ〜７ｄを参照することでより良く理解される。図６に示されるように、モデル部７０は、Ｙモデル部７２，C1 モデル部７４，及びC2 モデル部７６と示された３つの成分モデル部から構成される。この３つの成分部は合成モデル部７８により得られる。
【００７４】
成分モデル部の各々は、使用された量子化インデックス及び現在の入力セグメントからそれぞれに対応するレートに基づいて量子化インデックス対レートの指数モデルを導出する。Yモデル部７２は図６において(qi (Y),ri (Y))と示される３つのデータ点セット(q1 (Y),r1 (Y))，(q2 (Y),r2 (Y))，及び(q3 (Y),r3 (Y))を入力として受け取る。データレートri (Y)は、３つの量子化インデックス用の映像入力セグメントの１つの、全４つの輝度成分の符号化からトータルレートを参照する。３つのデータ点セットは、上式（７）〜（１０）に従い、図７ａに示したY−成分指数モデルを得るために用いられる。
【００７５】
C1 モデル部７４は図６において(qi (C1 ),ri (C1 ))と示される３つのデータ点セット(q1 (C1 ),r1 (C1 ))，(q2 (C1 ),r2 (C1 ))，及び(q3 (C1 ),r3 (C1 ))を入力として受け取る。これらデータ点は、C1 成分用に使用された量子化インデックス及び量子化インデックスの使用の結果として得られたデータレートである。３つのデータ点セットは、再度上式（７）〜（１０）に従い、図７ｂに示したC1 −成分指数モデルを得るために用いられる。そして、モデルに基づき、Y成分用の現在の量子化インデックスのレートが推定される。図７ｂにおいて、q2 (C1 )はq2 (Y)に等しく設定されているので、q2 (Y)に基づくr2 (C1 )はr2 (C1 )のままとなる。しかしながら、q1 (Y)に基づくr1 (C1 )及び(q3 (Y)に基づくr3 (C1 )の推定が行われる。
【００７６】
同様に、C2 モデル部７６は図６において(qi (C2 ),ri (C2 ))と示される３つのデータ点セット(q1 (C2 ),r1 (C2 ))，(q2 (C2 ),r2 (C2 ))，及び(q3 (C2 ),r3 (C2 ))を入力として受け取る。これらデータ点は、C2 成分用に使用された量子化インデックス及び量子化インデックスの使用の結果として得られたデータレートである。３つのデータ点セットは、再度上式（７）〜（１０）に従い、図７ｃに示したC2 −成分指数モデルを得るために用いられる。また、C2 −成分モデルに基づき、Y成分用の現在の量子化インデックスのレートが推定される。かくして、q1 (Y)に基づくr1 (C2 )，q2 (Y)に基づくr2 (C2 )及びq3 (Y)に基づくr3 (C2 )が推定される。図７ｂにおいて、q2 (C2 )=q2 (Y)であり、q2 (Y)に基づくr2 (C2 )はそのままとなる。
【００７７】
３つの成分モデルから、合成モデルは導出される。合成モデルは３つのデータ点セット：(q1 (Y),r1 (トータル))，(q2 (Y),r2 (トータル))，及び(q3 (Y),r3 (トータル))に基づいている。トータルレートは次式に従って決定される。
【００７８】
r1 (トータル)=r1 (Y)+q1 (Y)によるr1 (C1 )+q1 (Y)によるr1 (C2 )
(15)
r2 (トータル)=r2 (Y)+q2 (Y)によるr2 (C1 )+q2 (Y)によるr2 (C2 )
(16)
r3 (トータル)=r3 (Y)+q3 (Y)によるr3 (C1 )+q3 (Y)によるr3 (C2 )
(17)
合成モデルは図７ｄに示される。再度、式（７）に従う指数モデルがモデル導出に用いられる。さらに、式（９）〜（１０）において定義されたようにモデルの最小平方法が、モデルパラメータb(トータル)及びm（トータル）の導出に用いられる。上述したように、モデルパラメータb(トータル）及びm(トータル）は、量子化インデックス更新部６６に入力される。
【００７９】
量子化インデックス更新部６６への他の入力（最新目標トータルビットレート）は、現在の入力信号セグメントの処理後のレートバッファステータスに基づき、目標トータルビットレート更新部６８により導出される。図５ａ〜５ｃに戻って参照すると、選択されたY，C1 ，及びC2 成分が通信チャネルへの伝送に先だってレートバッファ４８，５６，及び６４に与えられていることがわかる。上述したように、レートバッファ４８，５６，及び６４は３つの分離したレートバッファとして示されているが、全成分間で共用される唯一のレートバッファとしても良いことが理解されるべきである。図６に示された実施例では、単一のレートバッファが、選択されたY，C1 ，及びC2 成分の全てを受け取る。そしてレートバッファインジケータ８２は、上式（１１）に基づき、現在の映像入力セグメント処理後のレートバッファステータス（BFk ）を決定する。レートバッファステータスBFk 、上式（１２）に基づいて最新目標ビットレートNTk を導出する目標トータルビットレート更新部６８に与えられる。そして目標トータルビットレート更新部６８は、最新目標ビットレートNTk 量子化インデックス更新部６６に供給する。
【００８０】
得られたb(トータル)，m(トータル)，及び最新目標ビットレートを有する今、量子化インデックス更新部６６は、次の映像入力セグメントの処理用に最新量子化インデックスを選択する準備が整っている。Y，C1 ，及びC2 成分の各々用に３つの量子化インデックスが選択される。Y成分用に最新量子化インデックスがq1 '(Y)〜q3 '(Y)として参照され、C1 成分用に最新量子化インデックスがq1 '(C1 )〜q3'(C1 )として参照され、C2 成分用に最新量子化インデックスがq1 '(C2 )〜q3 '(C2 )として参照されるであろう。全Y，C1 ，及びC2 成分用に更新アルゴリズムが同一の中間量子化インデックスを選択する。量子化インデックスq2 '(Y)は上式（１４）に従って選択される。C1 及びC2 成分，q2 '(C1 )及びq2 '(C2 )用の中間量子化インデックスは、等しくq2 '(Y)に設定される。そして、全輝度成分用のq1 '(Y)及びq3'(Y)をセットするために、上述した２−アンカー法が使用される。互いに異なり、q2 '(C1 )及びq2 '(C2 )量子化インデックスからのスプレッドが絶対的相違を有する他のC1 及びC2 量子化インデックスが選択される。そしてこれら最新の量子化インデックスは、次の入力信号セグメントの量子化に用いられるべくエンコーダ１２（図１）に与えられる。
なお、本願のその他の実施形態としては下記のものがある。
[その他の実施形態１]
映像信号の符号化ビットレートを適応制御する画像圧縮システムのサブ−システムにおいて、
映像信号のセグメントを受け取り、所定の量子化セッティングのセットに従って符号化されたデータビットの複数のストリームを生成する符号化手段と、
符号化された前記複数のストリームを受け取り、所定の選択アルゴリズムに従って選択され符号化されたストリームを生成するレート制御手段と、を具備するサブ−システム。
[その他の実施形態２]
前記符号化手段は、各々が上記入力されたデータのセグメントを受け取り、量子化されたデータのストリームを生成すべく上記量子化セッティングの一つに従って上記入力されたデータのセグメントを量子化する複数の量子化器と、
各々が符号化されたデータビットの前記ストリームの一つを生成すべく可変長符号化アルゴリズムに従って前記受け取った量子化されたストリームを符号化する複数の可変長エンコーダと、により構成されるその他の実施形態１に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態３]
前記符号化手段は、符号化された前記複数のストリームを受け取り、前記量子化セッティングに従属するビットレートを符号化された前記複数のストリームの各々に対応して決定するレート計測手段をさらに具備するその他の実施形態１に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態４]
前記レート制御手段は、選択され符号化された前記ストリーム生成の後に、該レート制御手段の状態に従って、最新の前記量子化セッティングのセットを生成する更新手段を具備するその他の実施形態１に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態５]
前記レート制御手段は、符号化された前記複数のストリーム及び前記対応するビットレートを受け取り、前記ビットレートに基づく所定の選択基準に従って選択され符号化された前記ストリームを生成する選択手段を具備するその他の実施形態３に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態６]
前記レート制御手段は、選択され符号化された前記ストリームの受信結果としてのバッファステータスを有し、伝送に備えて選択され符号化された前記ストリームを受け取るバッファと、
前記バッファステータスに従って最新の前記量子化セッティングのセットを生成する更新手段と、をさらに具備するその他の実施形態５に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態７]
前記可変長符号化アルゴリズムはハフマン符号化を含むその他の実施形態２に記載の
サブ−システム。
[その他の実施形態８]
前記可変長符号化アルゴリズムはハフマン符号化のゼロラン−レングス符号化を含むその他の実施形態２に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態９]
前記量子化セッティングの各々は、量子化インデックスに従って生成された重み付けマスク関数を含むことを特徴とするその他の実施形態６に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態１０]
前記量子化インデックス及び前記ビットレートを受け取り、該量子化インデックス及び前記ビットレートに従って量子化インデックス対レートのモデルを導出するモデル部をさらに具備し、
前記更新部は前記モデルのパラメータをさらに受け取り、前記モデルパラメータに従って前記量子化セッティングの前記最新セットを生成するその他の実施形態９に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態１１]
前記モデルは指数モデルであるその他の実施形態１０に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態１２]
前記選択手段により使用される前記所定の選択基準は、所定の目標ビットレートに基づいて絶対符号化レートエラーを最小化するその他の実施形態５に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態１３]
画素データブロックを受け取り、前記映像信号のセグメントとして前記エンコーダに与えられるＤＣＴ係数値ブロックを生成すべく前記画素データブロックに離散コサイン変換（ＤＣＴ）演算を実行するプリプロセッサをさらに具備するその他の実施形態１に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態１４]
前記選択手段により使用される前記所定の選択基準は、所定の目標ビットレートに基づいて絶対符号化レートエラーを最小化するその他の実施形態１０に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態１５]
最新の前記目標ビットレートが目標バッファフルレベルに従ってさらに生成されるその他の実施形態１４に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態１６]
前記更新手段は前記モデルに従って前記量子化インデックスの最新セットを生成するその他の実施形態１５に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態１７]
一の前記量子化インデックスの最新セットは、前記最新目標ビットレートに相応する量子化インデックスを導出することにより生成され、他の前記量子化インデックスの最新セットは１−アンカー法に基づいて生成されるその他の実施形態１６に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態１８]
一の前記量子化インデックスの最新セットは、前記最新目標ビットレートに相応する量子化インデックスを導出することにより生成され、他の前記量子化インデックスの最新セットは２−アンカー法に基づいて生成されるその他の実施形態１６に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態１９]
前記映像信号はカラー映像信号であるその他の実施形態１に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態２０]
前記映像信号のセグメントは、輝度及びクロミナンス成分を伴うカラー映像信号であって、
前記輝度及びクロミナンス成分の各々は、前記量子化されたデータストリームを生成すべく前記量子化インデックスに対応する前記複数の量子化手段により分離して量子化され、
前記可変長符号化手段は、輝度及びクロミナンス成分の各々用に符号化されたデータビットの前記複数のストリームを生成し、
前記レート計測手段は、前記輝度及びクロミナンス成分の各々用に符号化された
前記ストリームの各々用の前記ビットレートを決定し、
前記モデル部は、前記量子化インデックスに基づく前記輝度及びクロミナンス成分の各々及び前記成分の各々用の前記ビットレート用の成分モデルをさらに生成し、
量子化インデックス対レートの前記モデルは、前記成分モデルの合成であるその他の実施形態１０に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態２１]
前記選択手段は、符号化された前記ストリームを受け取り、所定の目標ビットレートに基づく絶対符号化レートエラーが最小となる輝度及びクロミナンス成分の組み合わせに基づいて前記輝度及びクロミナンス成分用の選択され符号化されたストリームを生成するその他の実施形態２０に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態２２]
前記更新手段は、前記輝度及びクロミナンス成分の各々用の最新量子化インデックスを生成するその他の実施形態２１に記載のサブ−システム。
[その他の実施形態２３]
画像圧縮のために映像入力の符号化ビットレートを適応制御する方法において、
符号化されたデータビットの複数のストリームを生成すべく所定の量子化セッティングのセットに従って映像セグメントを符号化するステップと、
所定の選択アルゴリズムに従って選択符号化ストリームを選択するステップと、を具備する方法。
[その他の実施形態２４]
前記符号化ステップは、前記映像信号のセグメントを量子化し、各々が前記量子化セッティングの一つに従って量子化された複数の量子化されたストリームを生成する量子化ステップと、
可変長符号化アルゴリズムによって前記複数の量子化されたストリームの各々を符号化し、対応する符号化された前記複数のストリームを生成するする可変長符号化ステップと、を具備するその他の実施形態２３に記載の方法。
[その他の実施形態２５]
選択され符号化された前記ストリームに基づく制御信号を生成するステップと、前記制御信号に従って前記量子化セッティングを更新するステップと、をさらに具備するその他の実施形態２３に記載の方法。
[その他の実施形態２６]
符号化された前記複数のストリームの各々用に符号化ビットレートを決定するステップと、
伝送に備えて選択され符号化された前記ストリームをバッファにストアするステップと、をさらに具備し、
前記制御信号は、選択され符号化された前記ストリーム受け取り後の前記バッファの状態を示すバッファステータス信号であるその他の実施形態２４に記載の方法。
[その他の実施形態２７]
前記可変長符号化アルゴリズムはハフマン符号化を含むその他の実施形態２４に記載の方法。
[その他の実施形態２８]
前記可変長符号化アルゴリズムはハフマン符号化のゼロラン−レングス符号化を含むその他の実施形態２４に記載の方法。
[その他の実施形態２９]
前記量子化セッティングの各々は、量子化インデックスに従って生成された重み付けマスク関数を含むことを特徴とするその他の実施形態２６に記載の方法。
[その他の実施形態３０]
前記量子化インデックス及び前記符号化ビットレートに従って量子化インデックス対レートのモデルを導出するステップと、
前記モデルのパラメータに従って前記量子化セッティングをさらに更新するステップと、をさらに具備するその他の実施形態２８に記載の方法。
[その他の実施形態３１]
前記モデルは指数モデルであるその他の実施形態３０に記載の方法。
[その他の実施形態３２]
画素データブロックを受け取り、前記映像信号のセグメントとして前記エンコーダに与えられるＤＣＴ係数値ブロックを生成すべく前記画素データブロックに離散コサイン変換（ＤＣＴ）演算を実行するステップをさらに具備するその他の実施形態２４に記載の方法。
[その他の実施形態３３]
前記可変長符号化ストリームの選択のための前記所定の選択基準は、所定の目標ビットレートに基づいて絶対符号化レートエラーを最小化し、
前記バッファステータスに従って前記目標ビットレートを更新するステップをさらに具備するその他の実施形態３０に記載の方法。
[その他の実施形態３４]
前記モデルに従って前記最新目標ビットレートに対応する量子化インデックスを導出することで前記量子化インデックスの最新セットを生成するステップをさらに具備するその他の実施形態３３に記載の方法。
[その他の実施形態３５]
前記量子化インデックスの最新セットの一つは前記最新目標ビットレートに対応する量子化インデックスを導出することで生成され、他の量子化インデックスの最新セットは１−アンカー法に基づいて生成されるその他の実施形態３４に記載の方法。
[その他の実施形態３６]
前記量子化インデックスの最新セットの一つは前記最新目標ビットレートに対応する量子化インデックスを導出することで生成され、他の量子化インデックスの最新セットは２−アンカー法に基づいて生成されるその他の実施形態３４に記載の方法。
[その他の実施形態３７]
前記映像信号入力は、輝度及びクロミナンス成分を伴うカラー信号であって、
前記量子化ステップは、前記輝度及びクロミナンス成分を分離して量子化し、
前記可変長符号化ステップは、輝度及びクロミナンス成分の各々用に符号化された前記複数のストリームを生成し、
前記符号化ビットレートを決定するステップは、前記輝度及びクロミナンス成分の各々について実行され、
前記モデルを導出するステップは、前記輝度及びクロミナンス成分各々用の成分モデルの合成モデルを導出するその他の実施形態３０に記載の方法。
[その他の実施形態３８]
前記選択ステップは、そのレートが所定の目標ビットレートに基づく絶対符号化レートエラーを最小化する輝度及びクロミナンス成分の組み合わせに基づいて、前記輝度及びクロミナンス成分用の選択された成分の符号化されたストリームを選択するその他の実施形態３７に記載の方法。
[その他の実施形態３９]
前記量子化セッティングを更新するステップは、前記輝度及びクロミナンス成分の各々用の最新量子化セッティングを生成するその他の実施形態３８に記載の方法。
【００８１】
以上、当業者が本発明を実施し利用することができるように好ましい実施例が提供された。これら実施例への種々の変形例が当業者にとって明瞭となり、ここに規定された基本原理は、特段の創作能力無しに他の実施例に適用され得る。したがって、本発明はここに示された実施例のみに限定されることが意図されておらず、ここに開示された原理及び斬新な特徴と両立する広範囲のスコープが与えられる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】レートコントローラが適用された符号化システムの実施例を示すブロックダイアグラムである。
【図２】エンコーダのための係数を生成するプリプロセッサの実施例を示すブロックダイアグラムである。
【図３】エンコーダ及びレートコントローラの処理部を示すブロックダイアグラムである。
【図４】量子化インデックス対ビットレートの指数モデルを示すグラフである。
【図５Ａ】伝送カラー信号の、レート制御がなされたデータ成分を選択する処理部を示すブロック図である。
【図５Ｂ】伝送カラー信号の、レート制御がなされたデータ成分を選択する処理部を示すブロック図である。
【図５Ｃ】伝送カラー信号の、レート制御がなされたデータ成分を選択する処理部を示すブロック図である。
【図６】受信されたカラー映像信号の量子化に用いられる量子化インデックスを導出する処理部を示すブロックダイアグラムである。
【図７Ａ】カラー信号の各々のカラー成分用の量子化インデックス対ビットレートモデルを示す一連のグラフである。
【図７Ｂ】カラー信号の各々のカラー成分用の量子化インデックス対ビットレートモデルを示す一連のグラフである。
【図７Ｃ】カラー信号の各々のカラー成分用の量子化インデックス対ビットレートモデルを示す一連のグラフである。
【図７Ｄ】カラー信号の全成分用の量子化インデックス対ビットレートの合成モデルを示すグラフである。
【図１】
0004824726.tif 000006
【図２】
0004824726.tif 000007
【図３】
0004824726.tif 000008
【図４】
0004824726.tif 000009
【図５Ａ】
0004824726.tif 000010
【図５Ｂ】
0004824726.tif 000011
【図５Ｃ】
0004824726.tif 000012
【図６】
0004824726.tif 000013
【図７Ａ】
0004824726.tif 000014
【図７Ｂ】
0004824726.tif 000015
【図７Ｃ】
0004824726.tif 000016
【図７Ｄ】
0004824726.tif 000017