(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一定の量子化スケールでビデオデータを符号化処理して発生するデータ量に対応する困難度を、複数チャンネルのビデオデータ毎に検出する困難度の検出手段と、
前記困難度に応じて、各チャンネルに割り当てるビットレートを設定するビットレート設定手段と、
該設定したビットレートにより前記各ビデオデータをそれぞれ符号化処理して多重化し、多重化データを出力する多重化手段とを有する多重化装置において、
前記チャンネル毎に、画質を優先する符号化処理と、平均ビットレートを優先する符号化処理との選択、平均ビットレートの設定を受け付け、前記多重化データのビットレートの入力を受け付ける入力手段を有し、
前記ビットレート設定手段は、
前記平均ビットレートを優先する符号化処理に選択されたチャンネルについては、
前記困難度の時間平均値と前記入力手段で設定された平均ビットレートとに基づいて、前記平均ビットレートにより、前記困難度が増大するに従ってビットレートが増大するように前記ビットレートを設定し、
前記画質を優先する符号化処理に選択されたチャンネルについては、
前記画質を優先する符号化処理に選択されたチャンネルの前記困難度のチャンネル平均値と、前記多重化データのビットレートから前記平均ビットレートを優先する符号化処理に選択されたチャンネルに割り当てて残る残りビットレートを前記画質を優先する符号化処理に選択されたチャンネルに配分した配分ビットレートとに基づいて、平均ビットレートが前記配分ビットレートであって、前記困難度が増大するに従ってビットレートが増大するように前記ビットレートを設定する
ことを特徴とする多重化装置。
【請求項２】
一定の量子化スケールでビデオデータを符号化処理して発生するデータ量に対応する困難度を、複数チャンネルのビデオデータ毎に検出する困難度の検出のステップと、
前記困難度に応じて、各チャンネルに割り当てるビットレートを設定するビットレート設定のステップと、
該設定したビットレートにより前記各ビデオデータをそれぞれ符号化処理して多重化し、多重化データを出力する多重化のステップとを有する多重化方法において、
前記チャンネル毎に、画質を優先する符号化処理と、平均ビットレートを優先する符号化処理との選択、平均ビットレートの設定を受け付け、前記多重化データのビットレートの入力を受け付ける入力のステップを有し、
前記ビットレート設定のステップは、
前記平均ビットレートを優先する符号化処理に選択されたチャンネルについて、
前記困難度の時間平均値と前記入力のステップで設定された平均ビットレートとに基づいて、前記平均ビットレートにより、前記困難度が増大するに従ってビットレートが増大するように前記ビットレートを設定する平均ビットレート優先チャンネルのビットレート設定ステップと、
前記画質を優先する符号化処理に選択されたチャンネルについて、
前記画質を優先する符号化処理に選択されたチャンネルの前記困難度のチャンネル平均値と、前記多重化データのビットレートから前記平均ビットレートを優先する符号化処理に選択されたチャンネルに割り当てて残る残りビットレートを前記画質を優先する符号化処理に選択されたチャンネルに配分した配分ビットレートとに基づいて、平均ビットレートが前記配分ビットレートであって、前記困難度が増大するに従ってビットレートが増大するように前記ビットレートを設定する画質優先チャンネルのビットレート設定ステップとを有する
ことを特徴とする多重化方法。
【請求項３】
前記ビットレート設定のステップは、
前記平均ビットレート優先チャンネルのビットレート設定ステップ、前記画質優先チャンネルのビットレート設定ステップで設定されたビットレートによる前記多重化データのビットレートが、前記入力のステップで設定された前記多重化データのビットレートとなるように、前記平均ビットレート優先チャンネルのビットレート設定ステップ、前記画質優先チャンネルのビットレート設定ステップで設定されたビットレートを補正するビットレートの補正ステップを有する
ことを特徴とする請求項２に記載の多重化方法。
【請求項４】
前記入力のステップは、
前記複数のチャンネル毎にビットレートの上限値及び下限値の入力を受け付け、
前記平均ビットレート優先チャンネルのビットレート設定ステップ、前記画質優先チャンネルのビットレート設定ステップは、
前記入力のステップで設定された前記上限値及び下限値で前記チャンネルのビットレートを制限して設定する
ことを特徴とする請求項２に記載の多重化方法。
【請求項５】
前記ビットレート設定のステップは、
前記平均ビットレート優先チャンネルのビットレート設定ステップ、前記画質優先チャンネルのビットレート設定ステップで設定されたビットレートによる前記多重化データのビットレートが、前記入力のステップで設定された前記多重化データのビットレートとなるように、前記平均ビットレート優先チャンネルのビットレート設定ステップ、前記画質優先チャンネルのビットレート設定ステップで設定されたビットレートを補正するビットレートの補正ステップを有し、
前記ビットレートの補正ステップは、
前記平均ビットレート優先チャンネルのビットレート設定ステップ、前記画質優先チャンネルのビットレート設定ステップで設定されたビットレートによる前記多重化データのビットレートが、前記入力のステップで設定された前記多重化データのビットレートに対して余裕が有る場合、当該余裕分のビットビットレートを前記上限値で制限されていないチャンネルに配分して加算することにより、前記平均ビットレート優先チャンネルのビットレート設定ステップ、前記画質優先チャンネルのビットレート設定ステップで設定されたビットレートを補正する
ことを特徴とする請求項４に記載の多重化方法。
【請求項６】
前記ビットレート設定のステップは、
前記平均ビットレート優先チャンネルのビットレート設定ステップ、前記画質優先チャンネルのビットレート設定ステップで設定されたビットレートによる前記多重化データのビットレートが、前記入力のステップで設定された前記多重化データのビットレートとなるように、前記平均ビットレート優先チャンネルのビットレート設定ステップ、前記画質優先チャンネルのビットレート設定ステップで設定されたビットレートを補正するビットレートの補正ステップを有し、
前記ビットレートの補正ステップは、
前記平均ビットレート優先チャンネルのビットレート設定ステップ、前記画質優先チャンネルのビットレート設定ステップで設定されたビットレートによる前記多重化データのビットレートが、前記入力のステップで設定された前記多重化データのビットレートを越えている場合、当該越えた分のビットビットレートを前記下限値で制限されていないチャンネルに配分して減算することにより、前記平均ビットレート優先チャンネルのビットレート設定ステップ、前記画質優先チャンネルのビットレート設定ステップで設定されたビットレートを補正する
ことを特徴とする請求項４に記載の多重化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多重化装置及び多重化方法に関し、各プログラムを例えばＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）の手法により符号化処理した後、時分割多重化して伝送する場合に適用することができる。本発明は、画質優先のチャンネル全体に割り当てられる平均ビットレートの前後を、画質優先のチャンネル全体のビットレートが推移するように困難度に応じてビットレートを配分することにより、画質優先及び平均ビットレート優先によるチャンネルが混在する場合でも、十分に画質を改善することができるようにする。
【０００２】
【従来の技術】
従来、衛星放送等のディジタル放送においては、例えばＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）の手法によりデータ圧縮したプログラムを多重化して伝送することにより、限られた帯域を有効に利用して、多くのプログラムを伝送するようになされている。
【０００３】
このようなディジタル放送においては、統計多重の手法により、各プログラムの伝送レートを動的に変化させて多重化することにより、限られた伝送レートを有効に利用して、全体として高画質のプログラムを伝送するようになされている。
【０００４】
すなわち図１２は、統計多重の手法により４つのプログラムを多重化する場合の、各プログラムに割り当てる符号量を時間経過により示すものである。統計多重の手法による多重化においては、複数のプログラムにて、画質劣化を知覚し易い箇所が同時に発生し難いことを利用して、各プログラムの伝送レートを動的に変化させ、知覚困難な部分に割り当てた必要以上のレートを他のプログラムに振り分けることにより、伝送効率を向上するようになされている。
【０００５】
このような統計多重による多重化においては、画質優先による処理と、平均ビットレート優先による処理とがあり、従来の多重化においては、各プログラムの特徴に応じて、何れかの処理によりビットレートを割り当てるようになされている。
【０００６】
すなわち画質優先による処理は、ビットレートを配分する複数プログラム全体として最も画質が向上するように、ビットレートを配分する処理であり、この場合符号化処理された各プログラムの平均ビットレートは、各プログラムの内容（映像の質）により種々に変化することになる。
【０００７】
また平均ビットレート優先による処理は、長い時間で各プログラムのビットレートを平均化したとき、この平均化したビットレートが、各プログラムに設定した平均ビットレートに近づくように随時パラメーターを変更しながら、その範囲内で画質が良くなるようにビットレートを配分する処理であり、各プログラムの内容（映像の質）に対して平均ビットレートの設定が大きくかけ離れる等により、画質を損なうことになる。
【０００８】
これに対して多重化に供するプログラムにおいては、例えば１本の映画をタイムシフトさせて複数のプログラム（チャンネル）により提供するものがある。このようなプログラムにおいては、同一の番組提供会社が提供するものであることから、平均ビットレートを管理する必要はなく、これら複数チャンネル全体として見たとき最高の画質が求められる。すなわちこのようなプログラムにおいては、画質優先による処理が求められる。
【０００９】
また、衛星の１つのトランスポンダに割り当てられる複数のチャンネルにあっては、ニュースチャンネル、スポーツチャンネル、お天気チャンネル等の、それぞれ個別の番組供給会社により提供されるプログラムもある。これらのプログラムにおいては、各チャンネルのビットレートが所定の平均ビットレート近辺で推移することを保証する必要があり、これが損なわれると課金上の問題が生じる。すなわち多チャンネル放送によるコストの分担は、通常、使用した帯域に応じて支払われるからである。これによりこの種のプログラムにおいては、平均ビットレート優先による処理が求められる。
【００１０】
これにより従来の多重化においては、例えば１つのトランスポンダにより伝送する８チャンネルのうちの４チャンネルを画質優先により、残る４チャンネルを平均ビットレート優先により伝送する場合があり、この場合図１３に示すように、この８チャンネルに割り当てるビットレートを画質優先によるチャンネルと、平均ビットレート優先によるチャンネルとに固定したビットレートにより配分し、各配分されたビットレート内でそれぞれ画質優先による各チャンネル、平均ビットレート優先による各チャンネルにビットレートを配分するようになされていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの図１３のように、全体に割り当てるビットレートを画質優先によるチャンネルと、平均ビットレート優先によるチャンネルとに配分した後、各配分されたビットレート内でそれぞれ画質優先による各チャンネル、平均ビットレート優先による各チャンネルにビットレートを配分する場合、実質上、画質優先による複数チャンネルと平均ビットレート優先による複数チャンネルとでそれぞれ統計多重によりビットレートを配分することになる。
【００１２】
これに対して統計多重においては、ビットレートを配分するチャンネル数が増大すればする程、動的に変更可能なビットレートが増大することにより、画質改善効果が著しい特徴がある。これにより図１３のように、従来の画質優先及び平均ビットレート優先による複数チャンネルの多重化においては、画質の改善効果が未だ不十分な問題があった。
【００１３】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、画質優先及び平均ビットレート優先によるチャンネルが混在する場合でも、十分に画質を改善することができる多重化装置及び多重化方法を提案しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため請求項１又は請求項２の発明においては、多重化装置及び多重化方法に適用して、平均ビットレートを優先する符号化処理に選択されたチャンネルについては、困難度の時間平均値と入力された平均ビットレートとに基づいて、この平均ビットレートにより、困難度が増大するに従ってビットレートが増大するようにビットレートを設定し、画質を優先する符号化処理に選択されたチャンネルについては、困難度のチャンネル平均値と残りビットレートを画質を優先する符号化処理に選択されたチャンネルに配分した配分ビットレートとに基づいて、平均ビットレートが配分ビットレートであって、困難度が増大するに従ってビットレートが増大するようにビットレートを設定する。
【００１５】
請求項１又は請求項２の構成によれば、平均ビットレートを優先する符号化処理に選択されたチャンネルについては、各チャンネルに設定された平均ビットレートの前後を推移するように、画質を優先する符号化処理に選択されたチャンネルについては、残りビットレートで全体のビットレートが変位するように、各チャンネルのビットレートを設定することができ、平均ビットレートを優先する処理によるチャンネルについては、各チャンネルの平均ビットレートの前後をビットレートが変位するように設定して、かつ画質を優先する処理によるチャンネルについて、画質に応じてビットレートをダイナミックに変更でき、これにより画質優先及び平均ビットレート優先によるチャンネルが混在する場合でも、十分に画質を改善することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、適宜図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳述する。
【００１７】
（１）第１の実施の形態
（１−１）第１の実施の形態の構成
図２は、本発明の実施の形態に係る多重化装置を示すブロック図である。この多重化装置１は、８系統のプログラムｐｒｇＡ〜ｐｒｇＨをそれぞれデータ圧縮した後、多重化して出力する。ここで各プログラムｐｒｇＡ〜ｐｒｇＨは、それぞれこの多重化装置１により多重化して伝送する放送番組であり、ディジタルビデオ信号により構成される。
【００１８】
この多重化装置１において、エンコーダ２Ａ〜２Ｈは、所定のアルゴリズムに従ってそれぞれプログラムｐｒｇＡ〜ｐｒｇＨを符号化処理することにより、各プログラムｐｒｇＡ〜ｐｒｇＨをデータ圧縮して符号化データでなるトランスポートストリームを出力する。このときエンコーダ２Ａ〜２Ｈは、一定の量子化テーブルにより符号化処理した発生符号量に対応する困難度ＤＡ〜ＤＨをそれぞれ検出し、これら困難度ＤＡ〜ＤＨをコントローラ３に通知する。またコントローラ３で指定される目標ビットレートＲＡ〜ＲＨになるように各プログラムｐｒｇＡ〜ｐｒｇＨを符号化処理する。
【００１９】
このときエンコーダ２Ａ〜２Ｈは、ＭＥ残差、イントラＡＣにより困難度ＤＡ〜ＤＨを検出する。このうちＭＥ残差は、ピクチャー単位の、動き予測誤差の絶対値和又は２乗和であり、フレーム間符号化処理における発生符号量にほぼ対応する。またイントラＡＣは、マクロブロックにおける平均値からの各画素値の差分を、ピクチャー単位で累積したものであり、フレーム内符号化処理における発生符号量にほぼ対応する。
【００２０】
エンコーダ２Ａ〜２Ｈは、これらのＭＥ残差等のパラメータをピクチャー単位で検出し、符号化のピクチャータイプに対応した１次近似によりこれらのパラメータから困難度ＤＡ〜ＤＨを検出する。さらに検出した困難度ＤＡ〜ＤＨをピクチャー単位でコントローラ３に通知し、この通知によりコントローラ３より指示される目標ビットレートにより各プログラムｐｒｇＡ〜ｐｒｇＨをデータ圧縮して符号化データでなるトランスポートストリームを出力する。
【００２１】
すなわち図３は、エンコーダ２Ａを詳細に示すブロック図である。なおエンコーダ２Ａ〜２Ｈにおいては、同一の構成でなることにより、エンコーダ２Ａについてのみ構成を説明し、他のエンコーダ２Ｂ〜２Ｈの重複した説明は省略する。
【００２２】
すなわちエンコーダ２Ａにおいて、並べ替え回路４は、順次入力されるプログラムｐｒｇＡによるディジタルビデオ信号について、このディジタルビデオ信号によるピクチャーの配列を符号化処理に対応する配列に並べ替えて出力する。
【００２３】
ブロック化回路５は、並べ替え回路４よりラスタ走査の順序で出力される画像データを、符号化処理に対応するマクロブロック単位の順序により出力する。このときブロック化回路５は、必要に応じて色差データについては、これを間引きして出力する。
【００２４】
イントラＡＣ演算回路６は、ブロック化回路５の出力データより各ピクチャーのイントラＡＣを計算して出力する。
【００２５】
ＦＩＦＯ７は、イントラＡＣ演算回路６を介して入力されるブロック化回路５の出力データを所定時間遅延させて出力する。かくするにつき、この実施の形態においては、このＦＩＦＯ７による遅延時間が、コントローラ３によるビットレートの計算等に対応するようになされている。なおこの実施の形態において、ＦＩＦＯ７は、ＧＯＰのピクチャー数に等しいＮピクチャーを一時保持する。
【００２６】
動き検出回路８は、このイントラＡＣ演算回路６を介して入力されるブロック化回路５の出力データより、ブロックマッチングの手法を適用して動きベクトルＭＶを検出し、この動きベクトルＭＶを所定時間だけ遅延させて動き補償回路９に出力する。このとき動き検出回路８は、符号化処理のピクチャータイプに応じて、前予測、双方向予測により動きベクトルＭＶを検出する。また動き検出回路８は、この動きベクトルＭＶの検出の際に得られる動き予測誤差を出力する。
【００２７】
動き補償回路９は、フレーム間符号化処理において、内蔵のフレームメモリに保持した予測フレームの画像データを、動きベクトルＭＶに対応するタイミングにより出力し、これにより予測フレームを動き補償する。このとき動き補償回路９は、Ｐピクチャーにおいては、前予測により、Ｂピクチャーにおいては、双方向予測により動き補償する。
【００２８】
減算回路１０は、フレーム内符号化処理においては、ＦＩＦＯ７の出力データをそのまま続くディスクリートコサイン変換回路（ＤＣＴ）１１に出力する。これに対してフレーム間符号化処理においては、ＦＩＦＯ７の出力データから動き補償回路９の出力データを減算し、動き補償して残る差分データを出力する。
【００２９】
ディスクリートコサイン変換回路（ＤＣＴ）１１は、減算回路１０の出力データをディスクリートコサイン変換処理し、その結果得られる係数データを所定順序により出力する。
【００３０】
量子化回路（Ｑ）１２は、レートコントローラ２０の設定により量子化テーブルを切り換えて、ディスクリートコサイン変換回路１１の出力データを量子化して出力する。
【００３１】
逆量子化回路（ＩＱ）１４は、量子化回路１２における量子化テーブルの切り換えに対応して量子化テーブルを切り換え、量子化回路１２の出力データを逆量子化処理し、これにより量子化回路１２の入力データを再生する。
【００３２】
逆ディスクリートコサイン変換回路（ＩＤＣＴ）１６は、逆量子化回路１４の出力データを逆ディスクリートコサイン変換処理し、これによりディスクリートコサイン変換回路１１の入力データを再生する。
【００３３】
加算回路１７は、フレーム内符号化処理においては、逆ディスクリートコサイン変換回路１６の出力データをそのまま動き補償回路９に出力し、またフレーム間符号化処理においては動き補償回路９の出力データに逆ディスクリートコサイン変換回路１６の出力データを加算して出力する。これにより加算回路１７は、減算回路１０の入力データを再生し、この再生した入力データを動き補償回路９に予測フレームの画像データとして格納する。
【００３４】
可変長符号化回路（ＶＬＣ）１８は、量子化回路１２の出力データを可変長符号化処理して出力する。バッファ回路１９は、可変長符号化回路１８の出力データを一旦保持し、所定のデータ転送速度により出力する。これによりこのエンコーダ２Ａでは、このバッファ回路１９より出力されるプログラムｐｒｇＡのトランスポートストリームが出力されるようになされている。この処理において、バッファ回路１９は、保持したデータ量をマクロブロック単位でレートコントローラ２０に出力し、これによりレートコントローラ２０において、マクロブロック単位で、発生符号量を検出できるようになされている。
【００３５】
レートコントローラ２０は、このエンコーダ２Ａの動作を制御する演算処理回路により構成され、動きベクトル検出回路８より出力される予測誤差をピクチャー単位で累積してＭＥ残差ＭＥを計算するＭＥ残差計算部２０Ａと、ＭＥ残差及びイントラＡＣにより困難度ＤＡを計算する困難度計算部２０Ｂと、この困難度ＤＡ、バッファ回路１８より通知される発生符号量を参考にして、コントローラ３により指定された目標ビットレートＲＡにより量子化回路１２の量子化テーブルを設定する量子化インデックス決定部２０Ｃとの機能ブロックを有する。
【００３６】
エンコーダ２Ａは、このレートコントローラ２０による符号化制御により、コントローラ３により指定された目標ビットレートＲＡでプログラムｐｒｇＡを符号化処理してトランスポートストリームを出力する。
【００３７】
マルチプレクサ（ＭＵＸ）２１（図２）は、エンコーダ２Ａ〜２Ｈより出力されるトランスポートストリームを時分割多重化処理して出力する。
【００３８】
コントローラ３は、困難度ＤＡ〜ＤＨを基準にしてこの多重化装置１に設定された伝送レートを配分することにより、各エンコーダ２Ａ〜２Ｈの目標ビットレートＲＡ〜ＲＨを計算し、この計算した目標ビットレートＲＡ〜ＲＨを各エンコーダ２Ａ〜２Ｈに通知する。
【００３９】
図４は、プログラムｐｒｇＡ〜ｐｒｇＨの設定を受け付けるモニタ装置の表示画面を示す平面図であり、コントローラ３の制御より所定のモニタ装置に表示される。コントローラ３は、この表示画面上におけるマウスの操作により、各エンコーダ２Ａ〜２Ｈに入力される各プログラムｐｒｇＡ〜ｐｒｇＨについて、平均ビットレート優先による処理、画質優先による処理の選択を受け付け、また平均ビットレート優先による処理においては、平均ビットレートを受け付ける。
【００４０】
この表示画面においては、総合ビットレート（Total Bitrate ）の設定により、オペレータが全チャンネルに２４〔Ｍｂｐｓ〕の伝送速度を設定した場合であり、第１〜第４のプログラムｐｒｇＡ〜ｐｒｇＤについて、優先モード（Priority Mode ）の設定により画質優先による処理（Picture Quality ）を、第５〜第８のプログラムｐｒｇＥ〜ｐｒｇＨについて、同様の設定により平均ビットレート優先による処理（Avg.Bitrate ）を選択した場合である。
【００４１】
コントローラ３は、平均ビットレート優先による処理については、各チャンネル毎に、平均ビット（Avg.）、下限値のビットレート（Min.）、上限値のビットレート（Max ）の設定を受け付け、このようにして受け付けた平均ビットレートを割り振って余るビットレート（この場合１２〔Ｍｂｐｓ〕でなる）を画質優先によるチャンネルに等分に割り当て、これを対応する平均ビット（Avg.）に表示する。また事前に設定された条件による下限値のビットレート（Min.）、上限値のビットレート（Max ）を画質優先によるチャンネルに表示する。これによりコントローラ３は、優先モード（Priority Mode ）に設定されたイベントの実行により、画質優先によるチャンネルについては、平均ビット（Avg.）、下限値のビットレート（Min.）、上限値のビットレート（Max ）を入力困難に設定する。
【００４２】
図５は、このようにして符号化の条件を受け付けたコントローラ３の処理手順を示すフローチャートである。コントローラ３は、この処理手順において、ステップＳＰ１からステップＳＰ２に移り、ここでこれから符号化処理するピクチャーから続く所定枚数のピクチャーについて、次式の演算処理を各チャンネル毎に実行することにより、各チャンネル毎の時間平均の困難度ＡＤＡ〜ＡＤＨを計算する。なおこの実施の形態において、この時間平均を求める単位時間は、１秒に設定される。またΣの範囲は、これから符号化処理するピクチャーから時間平均を求める単位時間に対応するピクチャーまでであり、ｊは、Ａ〜Ｈである。
【００４３】
【数１】
0004019478.tif 000002
【００４４】
続いてコントローラ３は、ステップＳＰ３に移り、この計算した時間平均の困難度ＡＤj よりレート設定の関数を各チャンネル毎に規定し、この関数により各チャンネルに仮のビットレートを設定する。
【００４５】
ここで図６に示すように、コントローラ３は、平均ビットレート優先のチャンネルにおいては、各チャンネルの時間平均の困難度ＡＤj が各チャンネルに設定された平均ビットレートに対応し、かつ下限値及び上限値のビットレート間で比例関係が成立するように関数を規定する。さらに各ピクチャーの困難度Ｄj により、このようにして設定した各関数で決まるビットレートを検出し、このビットレートを平均ビットレート優先の各チャンネルに設定する。
【００４６】
すなわちコントローラ３は、次式の演算処理により、平均ビットレート優先のチャンネルについて、仮のビットレートを計算する。なおこの（２）式においては、時間平均の困難度ＡＤj をＤavg により示す。また、ｍｉｎ（Ａ，Ｂ）は、値Ａ及びＢより値の小さなものを選択する関数である。
【００４７】
【数２】
0004019478.tif 000003
【００４８】
これに対して画質優先のチャンネルについて、コントローラ３は、ステップＳＰ１で計算した時間平均の困難度ＡＤj より、チャンネル平均の困難度ΣＡＤj ／Ｎq を計算する。ここでＮq は、画質優先のチャンネルの数であり、図４においては、値４である。さらにコントローラ３は、図７に示すように、このチャンネル平均の困難度ΣＡＤj ／Ｎq （Ｍｅａｎ  Ｄａｖｇ）が各チャンネルの平均ビットレートに対応し、かつ最低値及び最大値のビットレート間で比例関係が成立するように、画質優先のチャンネルで共通する関数を規定する。なおここでこの画質優先のチャンネルにおける平均ビットレートは、平均ビットレート優先のチャンネルに設定された平均ビットレートを全体のビットレートより減算して残る減算値のビットレートを、画質優先のチャンネルに等分に配分したものである。また最低値及び最大値は、図４について上述したビットレートである。
【００４９】
さらにコントローラ３は、各ピクチャーの困難度Ｄj により、このようにして設定した関数で決まるビットレートを各画質優先のチャンネル毎に検出し、このビットレートを画質優先の各チャンネルに設定する。
【００５０】
かくするにつきコントローラ３は、平均ビットレート優先のチャンネルにおいては、困難度の時間平均関数で決まるビットレートにより、各チャンネルのビットレートを設定するのに対し、画質優先のチャンネルにおいては、このようにして設定した困難度のチャンネル平均関数により各チャンネルのビットレートを設定する。
【００５１】
このようにして仮のビットレートを設定すると、コントローラ３は、ステップＳＰ４に移り、この仮のビットレート補正処理を実行する。ここでコントローラ３は、この補正処理により、全体のビットレートが多重化装置１に割り当てられたビットレート２４〔Ｍｂｐｓ〕になるように、全体のビットレートを設定する。
【００５２】
図８は、この仮のビットレート補正処理を示す処理手順であり、コントローラ３は、この処理手順において、ステップＳＰ５からステップＳＰ６に移り、次式の関係式が成立するか否か判断することにより、ステップＳＰ３で検出した各チャンネルの仮のビットレートTmp Ratej による総和のビットレートSum Tmp が、多重化装置１に割り当てられたビットレート（Total Rate）を越えるか否か判断する。
【００５３】
【数３】
0004019478.tif 000004
【００５４】
ここで否定結果が得らえると、この場合未だビットレートに余裕があり、この仮のビットレートにより伝送したのでは、何ら意味を持たないヌルビットを伝送することになることにより、コントローラ３は、ステップＳＰ７に移る。ここでコントローラ３は、ビットレートの上限値Ｍａｘによりビットレートが制限されていないチャンネルを検出する。さらにコントローラ３は、次式の演算処理により、この検出したチャンネルに余裕のビットレートを比例配分する。
【００５５】
【数４】
0004019478.tif 000005
【００５６】
なおこの（４）式におけるTotal Rateは、ビットレートの上限値Ｍａｘによりビットレートが制限されているチャンネルのビットレートを、多重化装置１に割り当てられたビットレートTotal Rateより減算したビットレートであり、Sum Tmp Ratej は、ビットレートの上限値Ｍａｘによりビットレートが制限されていないチャンネルに仮設定された仮のレートTmp Ratej の総和である。
【００５７】
このようにしてビットレートを設定すると、コントローラ３は、ステップＳＰ８に移り、各チャンネルで次式の関係式が成立するか否か判断することにより、このようにしてビットレートを設定したチャンネルにおいて、ビットレートの上限値Ｍａｘ（Rate（Max ））を越えるものが存在するか否か判断する。
【００５８】
【数５】
0004019478.tif 000006
【００５９】
ここで上限値Ｍａｘ（Rate（Max ））を越えるものが存在する場合、コントローラ３は、ステップＳＰ９に移り、この上限値Ｍａｘ（Rate（Max ））を越えるチャンネルのビットレートRatej を上限値に設定した後、ステップＳＰ７に戻る。
【００６０】
これによりコントローラ３は、必要に応じてステップＳＰ７−ＳＰ８−ＳＰ９−ＳＰ７の処理手順を繰り返し、各チャンネルで上限値を越えない範囲で、仮設定して余るビットレートを配分して各チャンネルのビットレートを設定する。さらにこの設定を完了すると、ステップＳＰ８において否定結果が得られることにより、ステップＳＰ１０に移ってこの処理手順を終了する。
【００６１】
これに対してステップＳＰ３で検出した各チャンネルの仮のビットレートTmp Ratej による総和のビットレートSum Tmp が、多重化装置１に割り当てられたビットレートTotal Rateを越える場合、ステップＳＰ６において肯定結果が得られることにより、コントローラ３は、ステップＳＰ１１に移る。
【００６２】
ここでコントローラ３は、ビットレートの下限値Ｍｉｎによりビットレートが制限されていないチャンネルを検出する。さらに次式の演算処理により、多重化装置１に割り当てられたビットレートTotal Rateを越える余分なビットレートをこの検出したチャンネルに比例配分する。
【００６３】
【数６】
0004019478.tif 000007
【００６４】
なおこの（６）式におけるTotal Rateは、ビットレートの下限値Ｍｉｎによりビットレートが制限されているチャンネルのビットレートを、多重化装置１に割り当てられたビットレートTotal Rateより減算したビットレートであり、Sum Tmp Ratej は、ビットレートの下限値Ｍｉｎによりビットレートが制限されていないチャンネルに仮設定された仮のレートTmp Ratej の総和である。
【００６５】
このようにしてビットレートを設定すると、コントローラ３は、ステップＳＰ１２に移り、各チャンネルで次式の関係式が成立するか否か判断することにより、このようにしてビットレートを設定したチャンネルにおいて、ビットレートの下限値Ｍｉｎ（Rate（Min ））を越えるものが存在するか否か判断する。
【００６６】
【数７】
0004019478.tif 000008
【００６７】
ここで下限値Ｍｉｎ（Rate（Min ））を越えるものが存在する場合、コントローラ３は、ステップＳＰ１３に移り、この下限値Ｍｉｎ（Rate（Min ））を越えるチャンネルのビットレートRatej を下限値に設定した後、ステップＳＰ１１に戻る。
【００６８】
これによりコントローラ３は、必要に応じてステップＳＰ１１−ＳＰ１２−ＳＰ１３−ＳＰ１１の処理手順を繰り返し、各チャンネルで下限値を越えない範囲で、仮設定して不足するビットレートを配分して各チャンネルのビットレートを設定する。さらにこの設定を完了すると、ステップＳＰ１２において否定結果が得られることにより、ステップＳＰ１０に移ってこの処理手順を終了する。
【００６９】
このようにして仮のビットレートを補正して各チャンネルのビットレートを設定すると、コントローラ３は、ステップＳＰ１５（図５）に移り、このようにして計算したビットレートを各エンコーダ２Ａ〜２Ｈに通知する。続いてコントローラ１３は、ステップＳＰ１６に移り、変数ｊをインクリメントすることにより、このようにビットレートを算出するピクチャーを続くピクチャーに設定する。
【００７０】
続いてコントローラ３は、ステップＳＰ１７に移り、ここで時間平均の困難度Ｄａｖｇ、チャンネル平均の困難度Ｍｅａｎ  Ｄａｖｇを更新することにより、仮のビットレート算出に使用した関数を規定する基準値を更新する。
【００７１】
ここでコントローラ３は、平均ビットレート優先のチャンネルについては、ＧＯＰの最後のピクチャーか否か判断し、ここで最後のピクチャーの場合、次式の演算処理を実行することにより、時間平均の困難度Ｄａｖｇを更新する。
【００７２】
【数８】
0004019478.tif 000009
【００７３】
ここで右辺の困難度Ｄavg は、１ＧＯＰ前の計算基準の困難度である。またｋは、重み付け係数であり、十分に大きな整数が適用される。これによりコントローラ３は、困難度Ｄj の変化に応じて、所定の時定数によりこの計算基準の困難度Ｄavg を変化させ、例えば図９において破線により示すそれまでの時間平均の関数を、実線により示す時間平均の関数に変更する。
【００７４】
これに対して画質優先のチャンネルについて、コントローラ３は、何れかのチャンネルを更新基準のチャンネルに設定し、この更新基準のチャンネルにおいて、ＧＯＰの最後のピクチャーか否か判断する。さらに最後のピクチャーの場合、コントローラ３は、次式の演算処理を実行することにより、チャンネル平均の困難度Ｍｅａｎ  Ｄａｖｇを更新する。
【００７５】
【数９】
0004019478.tif 000010
【００７６】
ここでＮq は、画質優先のチャンネルの数であり、図４の例の場合では、Ｎq は、値４である。また右辺の困難度Ｍｅａｎ  Ｄavg は、１ＧＯＰ前の計算基準の困難度である。これによりコントローラ３は、画質優先の４つのチャンネルのＤj についてチャンネル平均ΣＡＤj ／Ｎq を求め、これを重みづけ平均することによって計算基準の困難度Ｍｅａｎ  Ｄavg を更新し、例えば図１０において破線により示すそれまでのチャンネル平均の関数を、実線により示すチャンネル平均の関数に変更する。
【００７７】
このようにして困難度Ｄavg 、Ｍｅａｎ  Ｄavg を更新すると、コントローラ３は、ステップＳＰ１８に移り、プログラムが終端したか否か判断し、ここで否定結果が得られると、ステップＳＰ２に戻る。これによりコントローラ３は、ＧＯＰ単位で時間平均の関数、チャンネル平均の関数を更新しながら、順次ピクチャー単位でビットレートを計算し、この計算したビットレートを各エンコーダ２Ａ〜２Ｈに通知する。さらに一連の処理が完了すると、ステップＳＰ１８において肯定結果が得られることにより、ステップＳＰ１８からステップＳＰ１９に移り、この処理手順を終了する。
【００７８】
これによりコントローラ３は、図１に示すように、平均ビットレート優先によるチャンネルにおいては、各チャンネルに設定された平均ビットレートの前後を、困難度に応じてビットレートが変化するように、目標のビットレートを設定する。また画質優先によるチャンネルについては、平均ビットレート優先によるチャンネルの平均ビットレートを全体のビットレートより減算して残る残りのビットレート（この実施の形態では１２〔Ｍｂｐｓ〕）の前後を、全体のビットレートが全体の困難度に応じて変化するように、目標ビットレートを設定する。
【００７９】
（１−２）第１の実施の形態の動作
以上の構成において、伝送に供する各プログラムｐｒｇＡ〜ｐｒｇＨは（図２）、それぞれエンコーダ２Ａ〜２Ｈにおいて、一定の量子化テーブルにより符号化処理した際の発生符号量にほぼ対応する困難度ＤＡ〜ＤＨが各ピクチャー毎に検出され、この困難度ＤＡ〜ＤＨがコントローラ３に通知される。各プログラムｐｒｇＡ〜ｐｒｇＨは、プロフラム全体の伝送レートが困難度ＤＡ〜ＤＨを基準にして配分されてぞれぞれ伝送に供する目標ビットレートＲＡ〜ＲＨが計算され、この計算した目標ビットレートＲＡ〜ＲＨが各エンコーダ２Ａ〜２Ｈに通知され、この通知された目標ビットレートＲＡ〜ＲＨにより符号化処理された後、マルチプレクサ２１により多重化処理されて出力される。
【００８０】
この目標ビットレートＲＡ〜ＲＨにおいて、各プログラムｐｒｇＡ〜ｐｒｇＨは、これから符号化処理するピクチャーより１秒の時間間隔で、困難度ＤＡ〜ＤＨの時間平均値ＡＤj が検出され（図５、ステップＳＰ２）、画質優先モードのチャンネルにおいては、この時間平均値ＡＤj がチャンネル間で平均値化され、チャンネル平均の困難度ΣＡＤj ／Ｎq （Ｍｅａｎ  Ｄａｖｇ）が計算される。
【００８１】
さらに平均ビットレートのチャンネルにおいては、各チャンネル毎に、時間平均値の困難度Ｄａｖｇと平均ビットレートとが対応してなる時間平均関数が規定され（図６）、各チャンネルの困難度によりこの時間平均関数で決まるビットレートが仮設定される（図２、ステップＳＰ３）。これに対して画質優先のチャンネルにおいては、チャンネル平均の困難度ΣＡＤj ／Ｎq （Ｍｅａｎ  Ｄａｖｇ）が画質優先チャンネル全体に割り当てられたビットレートをチャンネル数により割り算してなるビットレートに対応するチャンネル平均関数が各チャンネルで共通に規定され（図７）、各チャンネルの困難度によりこのチャンネル平均関数で決まるビットレートが仮設定される（図２、ステップＳＰ３）。
【００８２】
さらにこのように仮設定されたビットレートが、上限値、下限値、全体のビットレートにより補正され（図２、ステップＳＰ４）、この補正されたビットレートが目標ビットレートとして各エンコーダ２Ａ〜２Ｎに通知される。
【００８３】
また所定の時間単位で、時間平均の困難度Ｄａｖｇが、困難度に応じて更新され、またＧＯＰ単位で平均ビットレート優先の各チャンネルの目標ビットレートが一定の時定数により平均ビットレートに近づくように、さらにはチャンネル平均の困難度Ｍｅａｎ  Ｄａｖｇが、困難度に応じて変化し、画質優先のチャンネル全体のビットレートがこれらのチャンネルの平均ビットレートに近づくように更新される（図２、ステップＳＰ１７）。
【００８４】
これにより平均ビットレート優先のチャンネルと、画質優先のチャンネルとが混在する場合に、平均ビットレート優先のチャンネルにおいては、各チャンネルに設定された平均ビットレートの前後を困難度に応じてビットレートが変化するように符号化処理されて多重化される。また画質優先のチャンネルにおいては、画質優先のチャンネル全体のビットレートがこれらのチャンネルの平均ビットレートの前後を全体の困難度に応じてビットレートし、また各チャンネルにおいては困難度に応じてビットレートが変化して符号化処理され、多重化処理される（図１）。
【００８５】
（１−３）第１の実施の形態の効果
以上の構成によれば、困難度に応じて、各チャンネルのビットレートを設定するにつき、平均ビットレートを優先するチャンネルについては、各チャンネルに設定された平均ビットレートの前後をビットレートが推移するように、画質を優先するチャンネルについては、平均ビットレートを優先するチャンネルの平均ビットレートを、全体のビットレートより減算して残るビットレートの前後を、全体のビットレートが変位するように、各チャンネルのビットレートを設定することにより、画質優先及び平均ビットレート優先のチャンネルが混在する場合でも、全体的に困難度に応じてビットレートを動的に変化させることができ、その分十分に画質を改善することができる。
【００８６】
またこのとき画質を優先するチャンネルについては、時間平均の困難度をチャンネル間で平均値化してチャンネル平均の関数を共通に設定し、このチャンネル平均の関数によりビットレートを設定したことにより、平均ビットレート優先のチャンネルと同様にしてビットレートを設定することができ、その分全体として簡易な処理によりビットレートを設定することができる。
【００８７】
また必要に応じて各チャンネルを画質優先又は平均ビットレート優先のチャンネルに設定できることにより、その分必要に応じてこれらの設定を変更して、この種の多重化装置の使い勝手を向上することができる。
【００８８】
またこれらの設定の変更においても、画質優先のチャンネルにおいては、チャンネル平均の関数により平均ビットレート優先のチャンネルと同様にしてビットレートを設定することができることにより、その分設定の変更を簡易に実行することができる。
【００８９】
（２）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、ＧＯＰを単位にして時間平均の困難度Ｄａｖｇ、チャンネル平均の困難度Ｍｅａｎ  Ｄａｖｇを更新する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応じて種々のピクチャー数により更新してもよい。
【００９０】
また上述の実施の形態においては、１秒の時間単位により時間平均の困難度Ｄａｖｇを計算する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、必要に応じてこの時間単位を自由に設定することができる。
【００９１】
さらに上述の実施の形態においては、これから符号化処理しようとするピクチャーについて、時間平均の困難度Ｄａｖｇ、チャンネル平均の困難度ＭｅａｎＤａｖｇを計算してビットレートを設定する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、符号化処理結果より時間平均の困難度Ｄａｖｇ、チャンネル平均の困難度Ｍｅａｎ  Ｄａｖｇを計算し、図６及び図７に対応する関数を規定してビットレートを配分する場合等、種々の手法によりビットレートを設定する場合に広く適用することができる。
【００９２】
因みに、これらの場合に、画質優先の各チャンネルに共通してチャンネル平均の関数を設定する代わりに、画質優先の全チャンネルより困難度を集計し、この集計した困難度により、一旦、画質優先の全チャンネルに割り当てるビットレートを計算し、このビットレートを画質優先の各チャンネルに配分するようにしてもよい。
【００９３】
また上述の実施の形態においては、図６及び図７について説明したように、困難度とビットレートとの関係を一次式による関数により設定する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図１１に示すように、二次式による関数によりこれらの関係を設定してもよい。
【００９４】
さらに上述の実施の形態においては、ＭＰＥＧにより各プログラムを符号化処理して伝送する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、種々の符号化方式により種々のプログラムを符号化処理して伝送する場合に広く適用することができる。
【００９５】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、画質優先のチャンネル全体に割り当てられる平均ビットレートの前後を、画質優先のチャンネル全体のビットレートが推移するように困難度に応じてビットレートを配分することにより、画質優先及び平均ビットレート優先によるチャンネルが混在する場合でも、十分に画質を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る多重化装置によりビットレートの配分を示すタイムチャートである。
【図２】多重化装置の全体構成を示すブロック図である。
【図３】エンコーダの構成を示すブロック図である。
【図４】図２の多重化装置の初期設定画面を示す平面図である。
【図５】図２の多重化装置のコントローラの処理手順を示すフローチャートである。
【図６】平均ビットレート優先のチャンネルに対して、ビットレートの設定に供する関数を示す特性曲線図である。
【図７】画質優先のチャンネルに対して、ビットレートの設定に供する関数を示す特性曲線図である。
【図８】図５の仮のビットレートの補正処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図９】図６の関数の変更を示す特性曲線図である。
【図１０】図７の関数の変更を示す特性曲線図である。
【図１１】他の実施の形態に係る図６及び図７の関数に対応する関数を示す特性曲線図である。
【図１２】統計多重による多重化の説明に供するタイムチャートである。
【図１３】画質優先及び平均ビットレート優先によるチャンネルが混在する場合の、従来の多重化におけるビットレートの配分を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１……多重化装置、２Ａ〜２Ｈ……エンコーダ、３……コントローラ、４……マルチプレクサ、１２……量子化回路、２０……レートコントローラ
【図１】
0004019478.tif 000011
【図２】
0004019478.tif 000012
【図３】
0004019478.tif 000013
【図４】
0004019478.tif 000014
【図５】
0004019478.tif 000015
【図６】
0004019478.tif 000016
【図７】
0004019478.tif 000017
【図８】
0004019478.tif 000018
【図９】
0004019478.tif 000019
【図１０】
0004019478.tif 000020
【図１１】
0004019478.tif 000021
【図１２】
0004019478.tif 000022
【図１３】
0004019478.tif 000023