(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスライスよりなる複数のフレームを有する入力データを量子化し、符号化して、該符号化されたデータをバッファを通じて伝送する映像信号符号化装置に用いられる装置であって、前記入力データのスライスのフレーム内での位置と前記バッファの使用率を表す制御信号とに応じて、量子化ステップサイズを決定する量子化パラメータを発生する量子化パラメータ決定装置であって、
前記制御信号に応じて、現フレームのスライスの各々に対する候補量子化パラメータを決定する調整手段と、
前記映像信号符号化装置で処理されている前記現フレームの前記スライスの前記現フレーム内での位置を表すスライス番号信号を発生する制御手段と、
前記スライス番号信号が、前記現フレームの２番目のスライスが前記映像信号符号化装置で処理中であることを示す場合、前記候補量子化パラメータを格納する格納手段と、
前記スライス番号信号が、前記現フレームの１番目のスライスが処理中であることを示す場合には、前記格納手段に既に格納されている前フレームの２番目のスライスに対する候補量子化パラメータを量子化パラメータとして選択すると共に、前記スライス番号信号が、前記現フレームの前記１番目のスライス以外のスライスが処理中であることを示す場合には、それらの各スライスに対する前記候補量子化パラメータを量子化パラメータとして選択する選択手段とを含むことを特徴とする量子化パラメータ決定装置。
【請求項２】
複数のスライスよりなる複数のフレームを有する入力データを量子化し、符号化して、該符号化されたデータをバッファを通じて伝送する映像信号符号化装置に用いられる方法であって、前記入力データのスライスのフレーム内での位置と前記バッファの使用率を表す制御信号とに応じて、量子化ステップサイズを決定する量子化パラメータを発生する量子化パラメータ決定方法であって、
前記制御信号に応じて、現フレームのスライスの各々に対する候補量子化パラメータを決定する第１過程と、
前記映像信号符号化装置で処理されている前記現フレームの前記スライスの前記現フレーム内での位置を表すスライス番号信号を発生する第２過程と、
前記スライス番号信号が、前記現フレームの２番目のスライスが前記映像信号符号化装置で処理中であることを示す場合、前記候補量子化パラメータを格納する第３過程と、
前記スライス番号信号が、前記現フレームの１番目のスライスが処理中であることを示す場合には、既に格納されている前フレームの２番目のスライスに対する候補量子化パラメータを量子化パラメータとして選択すると共に、前記スライス番号信号が前記現フレームの前記１番目のスライス以外のスライスが処理中であることを示す場合には、前記第１過程で現フレームの各スライスに対し決定した前記候補量子化パラメータを量子化パラメータとして選択する第４過程とを含むことを特徴とする量子化パラメータ決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号を符号化する装置及び方法に関し、特に、伝送すべき映像信号から取出した変換係数を量子化する際の量子化ステップサイズを適切に決定することによって、伝送された映像信号の画質を向上させる量子化パラメータ決定装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高精細度テレビやテレビ電話システムような多様な電子製品において、映像信号はディジタル形態で伝送される。一連の映像「フレーム」からなる映像信号がディジタル形態で表される場合、映像フレームの各ラインが「画素」と呼ばれる一連のディジタルデータにより表されるため大量のディジタルデータが必要となる。しかし、通常の伝送チャネルの利用可能な周波数帯域は制限されているため、その制限されたチャネルを通じて大量のディジタルデータを伝送するには、一般に、伝送されるディジタルデータの量を圧縮する映像信号符号化装置が用いられる。
【０００３】
従来の映像信号符号化装置は、典型的には、変換符号化器（例えば、離散的コサイン変換（ＤＣＴ）符号化器）を含んでおり、この変換符号化器は、映像信号に含まれる複数（例えば８×８個）の画素からなる複数のブロックを、例えば８×８個の変換係数からなる複数のブロックに順に変換するのに用いられる。この変換係数ブロックは、その後、量子化回路に伝送されて量子化される。この量子化されたデータは、ランレングス符号化と可変長符号化を用いて引き続いて処理された後、バッファに入力され、バッファに一時的に格納された後、例えば、伝送装置に供給される。
【０００４】
映像信号符号化装置では、変換係数ブロックの量子化方法によって、符号化された映像信号のビットレートが決まると共に、符号化された映像信号から復元される映像信号の画質が決まる。従来の量子化回路は、量子化を行うために、いわゆる量子化パラメータを用いることによって調節される量子化ステップサイズのマトリックスを含んでいる。それらについては、“国際標準化機構標準化委員会初案（ISO Standard Committee Draft）11172-2に含まれているＭＰＥＧ（Moving Picture Expert Group）の映像符号化シンタックス（syntax）”に記述されている。
【０００５】
量子化ステップサイズは、符号化された映像信号のビットレート及び符号化された映像信号を作る過程で採用される量子化の細かさを直接決定する。即ち、量子化ステップサイズが小さければ小さいほど、データの量が多くなり、これを表すのに必要とされる符号ビットも増え、量子化ステップサイズが大きければ大きいほど、データの量が少なくなり、これを表すのに必要とされる符号ビットも少なくなる。しかし、符号ビットの数が多いほど、映像信号フレームをより正確に表現することができる。従って、予め定められた特定のビットレートの下で、最良の画質を実現するためには、量子化パラメータを適切に選択する必要がある。
【０００６】
従来の符号化装置で処理される映像データは、複数のスライスからなる複数のフレームからなり、各スライスは、複数のマクロブロック（予め定められた数の一組のブロック）から構成されている。
【０００７】
従来の符号化装置では、量子化パラメータは、以下に述べるように、各スライスのスタートに於いて再調整される。また、マクロブロックのスタートに於いてリセットすることもできる。
【０００８】
量子化パラメータを決定する簡単な方法の一つは、バッファの使用率をモニターすることである。即ち、バッファがオーバフローに近づくと量子化ステップサイズを増大し、バッファの使用率が低い場合は量子化ステップサイズを小さくする。
【０００９】
量子化パラメータを決定する他の方法では、バッファの使用率だけでなく局所的な画像の内容も考慮される。詳述すると、量子化ステップサイズは、映像が滑らかな領域においては小さい値に設定され、映像が複雑な領域においては大きい値に設定される。この方式では、映像が滑らかな領域において濃淡のむらが抑えられる代わりに、映像が複雑な領域において量子化雑音が増加する。しかし、この量子化雑音は映像の詳細な部分によってマスクされる。
【００１０】
前述した従来の方法では、マクロブロック単位で決定される場合を除いて、ある映像フレームのスライスに対する量子化パラメータは、バッファの使用率とその前のスライス（前スライス）の映像の複雑さに基づいて概ね決定される。
【００１１】
しかし、前フレームの最後のスライスの特性が、現フレームの１番目のスライスの特性と非常に異なることがあるため、映像信号の現フレームの１番目のスライスに対する量子化パラメータを決定する際に、前スライス（即ち、前フレームの最後のスライス）を考慮することは適切ではない。従って、現フレームの１番目のスライスに対する量子化パラメータを求めるためには、前スライスの複雑さの代わりに、他の映像の特性を用いる方法を考案することが好ましい。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、映像信号符号化装置に用いられ、入力データ及び制御信号に応じて、量子化ステップサイズを決定する量子化パラメータを発生する量子化パラメータ決定装置及び方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、複数のスライスよりなる複数のフレームを有する入力データを量子化し、符号化して、該符号化されたデータをバッファを通じて伝送する映像信号符号化装置に用いられる装置であって、前記入力データと前記バッファの使用率を表す制御信号とに応じて、量子化ステップサイズを決定する量子化パラメータを発生する量子化パラメータ決定装置であって、前記制御信号に応じて、現フレームのスライスの各々に対する候補量子化パラメータを決定する調整手段と、前記入力データに応じて、前記映像信号符号化装置で処理されている前記現フレームの前記スライスを表すスライス番号信号を発生する制御手段と、前記スライス番号信号が、前記現フレームの２番目のスライスが前記映像信号符号化装置で処理中であることを示す場合、前記候補量子化パラメータを格納する格納手段と、前記スライス番号信号が、前記現フレームの１番目のスライスが処理中であることを示す場合には、前記格納手段に既に格納されている前フレームの２番目のスライスに対する候補量子化パラメータを量子化パラメータとして選択すると共に、前記スライス番号信号が、前記現フレームの前記１番目のスライス以外のスライスが処理中であることを示す場合には、それらの各スライスに対する前記候補量子化パラメータを量子化パラメータとして選択する選択手段とを含むことを特徴とする量子化パラメータ決定装置が提供される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
図１には、本発明の量子化パラメータ決定方法を用いた映像信号符号化装置の概略的なブロック図が示されている。
【００１６】
この映像信号符号化装置へのデータは、映像データに対して離散的コサイン変換を適用することによって得られた変換係数のブロックの形態で入力される。量子化器１００は入力データを受け取って、量子化パラメータ決定ブロック１０で決定された量子化パラメータに基づいて受け取ったデータを量子化する。
【００１７】
詳述すると、量子化器１００には、基本量子化ステップサイズのマトリックスを格納したメモリが組み込まれている。基本量子化ステップサイズは、一つの基準ステップサイズが各変換係数ブロックに含まれる変換係数の一つに対応するように整列されている（国際標準化機構標準化委員会初案11172-2参照）。
【００１８】
量子化器１００は、変換係数のブロックの他に、量子化パラメータ決定ブロック１０から量子化パラメータＱｐを受け取る。量子化器１００は、基本量子化ステップサイズマトリックスと量子化パラメータとを用いて、量子化されたデータ、即ち、量子化された形態の変換係数ブロックを出力する。変換係数ブロックの各係数を量子化するのに用いられる実際の量子化ステップサイズは、量子化パラメータＱｐと基本量子化ステップサイズマトリックスの各基準量子化ステップサイズとを掛け合わせることによって求められる。
【００１９】
その後、量子化されたデータは、通常の可変長符号化ブロック１１０へ入力される。この可変長符号化ブロック１１０は、ランレングス符号化及びハフマン符号化法を用いて、符号化された映像データを発生する。
【００２０】
符号化された映像データは、バッファ１２０に一時的に格納された後、伝送装置を通じて受信機（図示せず）へ伝送される。
【００２１】
量子化パラメータ決定ブロック１０は、Ｑｐ調整器１３０、メモリ１４０、コントローラ１５０及びセレクタ１６０を含む。
【００２２】
バッファ１２０の使用率を表す信号Ｃ１が、Ｑｐ調整器１３０へ供給される。このＱｐ調整器１３０においては、量子化パラメータＱｐが従来の量子化パラメータ決定方法と同様に、バッファ１２０の使用率に応じて決定される。Ｑｐ調整器１３０により決定されたＱｐは、セレクタ１６０及びメモリ１４０へ供給される。
【００２３】
一方、入力データは、コントローラ１５０へも供給される。この入力データに応じて、コントローラ１５０は、符号化装置でその時処理されているフレームのスライスを表すスライス番号信号Ｃ２を発生する。
【００２４】
メモリ１４０は、コントローラ１５０からのスライス番号信号Ｃ２に応じて、各フレームの２番目のスライスに対するＱｐを格納する。即ち、処理中のフレーム（現フレーム）の２番目のスライスのＱｐがメモリ１４０へ入力されると、メモリ１４０の内容（即ち、前フレームの２番目のスライスに対するＱｐ）は現フレームの２番目のスライスに対するＱｐに更新される。他のスライスに対するＱｐは格納されない。格納されたＱｐは、セレクタ１６０へ入力される。
【００２５】
セレクタ１６０においては、スライス番号信号Ｃ２に応じて、Ｑｐ調整器１３０からのＱｐ、またはメモリ１４０に格納されているＱｐが選択される。Ｃ２が現フレームの１番目のスライスが処理中であることを表す場合、メモリ１４０に格納されているＱｐが選択され、そうでない場合（即ち、Ｃ２が１番目のスライス以外のスライスが処理中であることを表す場合）は、Ｑｐ調整器１３０からのＱｐが選択される。即ち、現フレームの１番目のスライスに対するＱｐとしては前フレームの２番目のスライスに対するＱｐが選択され、１番目のスライス以外のスライスに対しては、Ｑｐはバッファの使用率に応じて決定される。
【００２６】
公知のように、多くの場合、現フレームの映像特性は前フレームの映像特性と類似しているため、現フレームの１番目のスライスの映像特性は、前フレームの２番目のスライスの映像特性と余り変わらない。このことから、前フレームの２番目のスライスに対するＱｐを現フレームの１番目のスライスに対するＱｐとして用いる方が、前フレームの最後のスライスの映像特性によって概ね決定されるバッファの使用率に応じて決定するより効果的であると言える。更に、前フレームの１番目のスライスに対するＱｐを、現フレームの１番目のスライスに対するＱｐとして用いることはできないが、それは、そのようにすると全てのフレームの１番目のスライスに対するＱｐが同じになってしまうからである。
【００２７】
上記に於いて、本発明の特定の実施例について説明したが、本明細書に記載した特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者は種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００２８】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、量子化ステップサイズを決定する量子化パラメータを用いることによって、映像の画質をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の量子化パラメータ決定装置が組み込まれた映像信号符号化装置の概略的なブロック図である。
【符号の説明】
１０  量子化パラメータ決定ブロック
１００  量子化器
１１０  可変長符号化ブロック
１２０  バッファ
１３０  Ｑｐ調整器
１４０  メモリ
１５０  コントローラ
１６０  セレクタ
【図１】
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