(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子化回路を有し、前記量子化回路の量子化ステップサイズを変化させることで発生符号量を制御する動画像符号化装置において、
平均量子化ステップサイズを入力し、該平均量子化ステップサイズが閾値よりも大きいときに最大量子化ステップサイズを小さくし、それ以外のときは前記最大量子化ステップサイズを大きくする量子化ステップサイズ変動幅制御手段と、前記平均量子化ステップサイズを算出、出力するとともに前記最大量子化ステップサイズで指定される範囲内で量子化ステップサイズを変動させる符号化制御手段を有することを特徴とする動画像符号化装置。
【請求項２】
量子化回路を有し、前記量子化回路の量子化ステップサイズを変化させることで発生符号量を制御する動画像符号化装置において、
平均フレームレートを入力し、該平均フレームレートが閾値よりも低いときに最大量子化ステップサイズを小さくし、それ以外のときは前記最大量子化ステップサイズを大きくする量子化ステップサイズ変動幅制御手段と、前記平均フレームレートを算出、出力するとともに前記最大量子化ステップサイズで指定される範囲内で量子化ステップサイズを変動させる符号化制御手段を有することを特徴とする動画像符号化装置。
【請求項３】
前記量子化ステップサイズ変動幅制御手段は、前記最大量子化ステップサイズをあらかじめ設定された範囲で変化させる、請求項１または２に記載の動画像符号化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビ電話やテレビ会議に利用される動画像符号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動画像の圧縮符号化においては、直交変換と量子化を組み合わせた動画像符号化方式が広く用いられている。図４は、ITU-T H.263、ISO/IEC MPEG-4等の符号化方式を示すブロック図である。入力画像１０は、画素ブロック（例えば１６×１６、あるいは、８×８）単位で処理される。減算器１２にて入力画像１０の画素ブロックと、予測画像２０の画素ブロックの差分が計算される。該差分はＤＣＴ（離数コサイン変換器）１３により離数コサイン変換される。ＤＣＴ回路１３の出力は、量子化回路１４にて、符号化制御部２３で決定された量子化ステップサイズ２４で量子化される。量子化回路１４の出力は、可変長符号化回路２１で符号に変換され、バッファ２２を経て出力される。一方、量子化回路１４の出力は逆量子化回路１５で逆量子化され、逆ＤＣＴ回路１６に逆離数コサイン変換され、ブロック毎に予測画像２０と加算器１７で加算されてフレームメモリ１８に蓄えられる。フレームメモリ１８に蓄えられた局部復号画像ブロックと入力画像１０は動きベクトル検出回路１１に供給されて動きベクトルが検出される。フレームメモリ１８からの局部復号画像と動きベクトル検出回路１１で検出された動きベクトルから動き補償回路１９にて動き補償が行なわれて、予測画像２０が出力される。符号化制御部２３はバッファ２２の残量（発生符号量）から量子化ステップサイズ２４を決定し、量子化回路１４に出力するとともに、フレームスキップ制御情報２５を出力し、入力画像１０の入力を遮断する。
【０００３】
次に、符号化制御部２３がバッファ２２の残量情報をもとにし、量子化回路１４で用いられる量子化ステップサイズ２４を決定する様子を図５を参照しながら説明する。ステップ４１に、バッファ残量を閾値Ｔ１と比較し、バッファ残量が閾値Ｔ１よりも多いときには、ステップ４２で量子化ステップサイズ２４に定数Ｃ１を加算し量子化を粗くすることで発生符号量を少なくする。バッファ残量が閾値Ｔ１よりも少ないときには、ステップ４３でバッファ残量と閾値Ｔ２を比較し、バッファ残量が閾値２よりも大きければ、ステップ４４で、量子化ステップサイズ２４から定数Ｃ２を減算し量子化を細かくすることで発生符号量を多くする。次に、このようにして計算された量子化ステップサイズ２４が、あらかじめ設定された最小量子化ステップサイズと最大量子化ステップサイズとの間におさまるようにクリップ処理（ステップ４５〜４８）を行う。
【０００４】
量子化ステップサイズに対して最小値と最大値を設定する方式としては、特公昭６３−１１１７６８に示される方式が挙げられる。設定される最小値と最大値は、H.263、MPEG4等の符号化方式の規格としても定められているが、画質制御のため、さらにとりうる値を制限する場合もある。例えば、量子化ステップサイズの最大値を小さめに設定することで、動きが激しい画像などにおける各フレームの画質劣化を押さえることが可能となる。ただし、この場合、発生情報量を抑えるために、量子化ステップサイズの変更以外の手段としてフレームスキップなどを併用することが必要となる。この場合、符号化制御部２３がバッファ２２の残量を基にフレームスキップ制御情報２５を生成する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記の従来の動画像符号化装置では、低ビットレートに圧縮する場合に、一時的な情報量の増加でフレームスキップが発生してしまうため、フレームレートが不安定になるといった問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、情報量の一時的な増加に起因するフレームスキップを起こすことなく、かつ、動きの激しい画像などにおいては、各フレームの画質劣化を押さえることが可能な動画像符号化装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の動画像符号化装置は、平均量子化ステップサイズを入力し、該平均量子化ステップサイズが閾値よりも大きいときに最大量子化ステップサイズを小さくし、それ以外のときは最大量子化ステップサイズを大きくする量子化ステップサイズ変動幅制御手段と、平均量子化ステップサイズを算出、出力するとともに最大量子化ステップサイズで指定される範囲内で量子化ステップサイズを変動させる符号化制御手段を有している。本発明の他の動画像符号化装置は、平均フレームレートを入力し、該平均フレームレートが閾値よりも低いときに最大量子化ステップサイズを小さくし、それ以外のときは最大量子化ステップサイズを大きくする量子化ステップサイズ変動幅制御手段と、平均フレームレートを算出、出力するとともに最大量子化ステップサイズで指定される範囲内で量子化ステップサイズを変動させる符号化制御手段を有している。
【０００８】
本発明では、最大量子化ステップサイズを可変とし、発生情報量が小さい区間では最大量子化ステップサイズを大きくするように制御することで、発生情報量の一時的な増加でフレームスキップが発生するのを防ぐことができ、フレームレートを安定させることができる。また、発生情報量が大きい区間では最大量子化ステップサイズを小さくするように制御することで、画質の低いフレームが長期間連続することを避けることができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施の形態の動画像符号化装置を示すブロック図である。図５の従来装置と同様に、入力画像１０は、予測画像２０との差分が減算器１２にて計算され、ＤＣＴ回路１３、量子化回路１４を経て可変長符号化回路２１で符号化され、バッファ２２に格納される。
【００１１】
符号化制御部２６は、バッファ２２の残量と、量子化ステップサイズ変動幅制御部２７から出力される最大量子化ステップサイズ２８を基に量子化ステップサイズ２４とフレームスキップ制御情報２５と平均平均量子化ステップサイズ２９を決定する。量子化ステップサイズ変動幅制御部２７は、符号化制御部２６が決定した平均量子化ステップサイズ２９を入力して、最大量子化ステップサイズ２８を決定する。
【００１２】
次に、量子化ステップサイズ変動幅制御部２７の動作について図２を参照して説明する。量子化ステップサイズ変動幅制御部２７は、符号化制御部２６から平均量子化ステップサイズ２９の通知を受け、最大量子化ステップサイズ２８を符号化制御部２６に出力する。まず、ステップ３１に平均量子化ステップサイズ２９が閾値Ｔ３より大きいかどうかを判定する。閾値Ｔ３以下の場合には、ステップ３３で最大量子化ステップサイズ２８に定数Ｃ３を加算し、大きい場合には、ステップ３２で定数Ｃ４を減算する。なお、この定数Ｃ３と定数Ｃ４は非整数値も取り得る定数とし、これを小さい値とすることで、最大量子化ステップサイズ２８の急激な変動を抑えることを可能とする。量子化ステップサイズ変動幅制御部２７内で保持される最大量子化ステップサイズ２８は非整数値とし、浮動小数点形式あるいは十分な語長をもつ固定小数点形式とする。最後に、ステップ３４にこのようにして計算された最大量子化ステップサイズ２８を整数に丸めた値を符号化制御部２６に出力する。
【００１３】
図３に発生情報量と量子化ステップサイズの関係を説明するグラフを示す。区間Ａは、画像の複雑度、動きが小さく発生情報量が小さい区間、区間Ｂは画像の複雑度、動きが大きく発生情報量が大きい区間とする。
【００１４】
区間Ａにおいては発生情報量が小さいので平均量子化ステップサイズ２９も小さく推移する。最大量子化ステップサイズ２８は平均量子化ステップサイズ２９が閾値Ｔ３より小さい区間が多いので上昇していく。区間Ａ中にも、画像の動きが大きくなる区間などでは発生情報量が大きくなるが最大量子化ステップサイズ２８は大きく推移しており最大値に張り付くことはない。
【００１５】
区間Ｂにおいては発生情報量が大きいので平均量子化ステップサイズ２９も大きくなる。このため最大量子化ステップサイズ２８は下降していき、これにともなって平均量子化ステップサイズ２９も最大値を抑えられるため下降していく。最大量子化ステップサイズ２８が閾値Ｔ３より小さくなると平均量子化ステップサイズ２９も閾値Ｔ３より小さくなるため、最大量子化ステップサイズ２８は上昇に転ずる。以降、最大量子化ステップサイズ２８は閾値Ｔ３付近で推移する。
【００１６】
本実施形態では、最大量子化ステップサイズ２８を可変とし、発生情報量が小さい区間では最大量子化ステップサイズ２８を大きくすることで、一時的な発生情報量の増加でフレームスキップが発生するのを防ぐことができ、フレームレートを安定させるという効果が得られる。また、発生情報量が大きい区間では最大量子化ステップサイズを小さくすることで、画質の低いフレームが長期間連続することを避けるという効果を得ることができる。
【００１７】
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
【００１８】
第２の実施の形態においては、第１の実施の形態において平均量子化ステップサイズ２９を用いて最大量子化ステップサイズ２８を決定しているのにかえて、平均フレームレートを用いて最大量子化ステップサイズ２８を決定する。
【００１９】
この場合、符号化制御部２６において平均フレームレートを計算し、量子化ステップサイズ変動幅制御部２７に通知する。量子化ステップサイズ変動幅制御部２７は、平均フレームレートが閾値Ｔ４より高いかどうか判定する。閾値Ｔ４より高い場合には、最大量子化ステップサイズ２８を増大させ、閾値Ｔ４以下の場合には、最大量子化ステップサイズ２８を減少させる。このようにすることで、発生情報量が小さい区間ではフレームスキップが発生せずフレームレートが高い状態が保たれているため、最大量子化ステップサイズ２８も大きい状態で推移し、発生情報量が大きい区間ではフレームスキップの発生によりフレームレートが低くなり、最大量子化ステップサイズ２８も小さくなる。この結果、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
本発明における第３の実施の形態においては、第１、第２の実施の形態において、最大量子化ステップサイズ２８のとりうる範囲をあらかじめ設定しておく。量子化ステップサイズ変動幅制御部２７での最大量子化ステップサイズ２８の計算で、この範囲を逸脱した場合には、この範囲に収まるようにクリップ処理を行う。このように最大量子化ステップサイズ２８の取り得る範囲を狭くすることで、発生情報量の傾向が変化したときに最大量子化ステップサイズ２８の変化による画質への反映を迅速にするという効果が得られる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、最大量子化ステップサイズを可変とし、発生情報量が小さい区間では最大量子化ステップサイズを大きくすることで、一時的な発生情報量の増加でフレームスキップが発生するのを防ぐことができ、フレームレートを安定させるという効果が得られ、発生情報量が大きい区間では最大量子化ステップサイズを小さくすることで、画質の低いフレームが長期間連続することを避けるという効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の動画像符号化装置を示すブロック図である。
【図２】図１の量子化ステップサイズ変動幅制御部３１の動作を説明する図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における発生情報量と量子化ステップサイズの関係を説明するグラフである。
【図４】従来の動画像符号化装置を示すブロック図である。
【図５】図４の符号化制御部２３の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１０  入力画像
１１  動きベクトル検出回路
１２  減算器
１３  ＤＣＴ回路
１４  量子化回路
１５  逆量子化回路
１６  逆ＤＣＴ回路
１７  加算器
１８  フレームメモリ
１９  動き補償回路
２０  予測画像
２１  可変長符号化回路
２２  バッファ
２３  符号化制御部
２４  量子化ステップサイズ
２５  フレームスキップ制御情報
２６  符号化制御部
２７  量子化ステップサイズ変動幅制御部
２８  最大量子化ステップサイズ
２９  平均量子化ステップサイズ
【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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