(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のブロック単位で分割される画像が複数構成されてなる入力動画像を画像毎に入力し、直交変換して変換係数を生成する直交変換手段と、
前記生成された変換係数を前記ブロック毎に設けられた量子化スケールを用いて量子化し量子化データを生成する量子化手段と、
前記生成された量子化データに基づき前記入力された画像毎の符号データを生成する符号生成手段と、
前記量子化手段で生成された量子化データを逆量子化して逆量子化データを生成する逆量子化手段と、
前記生成された逆量子化データを逆直交変換して局部ブロックデータを生成する逆直交変換手段と、
前記生成された局部ブロックデータと前記入力された画像とに基づき動き補償して動き補償予測画像を生成する動き補償予測手段と、を備えた動画像符号化装置において、
前記入力された画像及び前記動き補償予測手段で生成された動き補償予測画像がそれぞれ供給されて、少なくとも前記入力された画像について前記ブロック毎に画像特性パラメータであるアクティビティを検出し、この検出されたアクティビティを前記入力された画像分加算することにより画像特性を算出する画像特性検出手段と、
前記量子化手段で前記ブロック毎に設けられた量子化スケールから前記入力された画像における量子化スケール平均値を算出する平均量子化スケール算出手段と、
前記符号生成手段で生成された符号データに基づき、前記入力された画像に対する発生符号量を検出する発生符号量検出手段と、
前記平均量子化スケール算出手段で算出された量子化スケール平均値と前記発生符号量検出手段で検出された発生符号量とを積算することにより前記入力された画像の画面複雑度を算出して、前記入力された画像よりも前に順次符号化された所定数の過去の画像における平均画面複雑度を算出するとともに、前記画像特性検出手段から得られた前記入力された画像よりも前に符号化された画像に対する画像特性と前記入力された画像の画像特性との比、及び前記入力された画像の直前に符号化された画像の画面複雑度の積算により前記入力された画像の推定画面複雑度を算出する画面複雑度算出手段と、
前記算出された平均画面複雑度と推定画面複雑度との比に基づき前記入力された画像の割当符号量を決定し、この決定された割当符号量と前記発生符号量検出手段で検出された発生符号量とに基づき前記入力された画像の量子化スケールを決定して前記量子化手段に供給する割当符号量決定手段と、
を備えたことを特徴とする動画像符号化装置。
【請求項２】
請求項１に記載された動画像符号化装置において、
前記画面複雑度算出手段は、前記平均量子化スケール算出手段で算出された量子化スケール平均値と前記発生符号量検出手段で検出された発生符号量とを積算することにより前記入力された画像の画面複雑度を算出して、前記入力された画像よりも前に順次符号化された所定数の過去の画像における平均画面複雑度をＩ，Ｐ，Ｂのピクチャタイプ別に算出するとともに、前記画像特性検出手段から得られた前記入力された画像よりも前に符号化された画像に対する画像特性と前記入力された画像の画像特性との比、及び前記入力された画像の直前に符号化された画像の画面複雑度のそれぞれの積算により前記入力された画像の推定画面複雑度を前記ピクチャタイプ別に算出し、
前記割当符号量決定手段は、前記算出された平均画面複雑度と推定画面複雑度との比に基づき前記入力された画像の割当符号量を前記ピクチャタイプ別に決定し、この決定された割当符号量と前記発生符号量検出手段で検出された発生符号量とに基づき前記入力された画像の量子化スケールを決定して前記量子化手段に供給するように構成したことを特徴とする動画像符号化装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された動画像符号化装置において、
前記画像特性検出手段は、前記入力された画像の画像特性を検出する手段と、
前記動き補償予測手段から供給される前記動き補償予測画像における誤差画像の画像特性を検出する手段と、
前記動き補償における動きベクトル特性を検出する手段とから構成され、
前記Ｉピクチャ、Ｐピクチャ、及びＢピクチャのピクチャタイプ毎に定めた定数を前記検出した各特性値にそれぞれ乗じて加算するか、又は前記動き補償予測手段で動き補償予測画像を生成する場合は、所定の予測モードに応じた定数を前記誤差画像の画像特性及び前記動きベクトル特性それぞれに乗じて加算することにより、前記画像特性を決定することを特徴とする画像符号化装置。
【請求項４】
所定のブロック単位で分割される画像が複数構成されてなる入力動画像を画像毎に入力し、直交変換して変換係数を生成する直交変換ステップと、
前記生成された変換係数を前記ブロック毎に設けられた量子化スケールを用いて量子化し量子化データを生成する量子化ステップと、
前記生成された量子化データに基づき前記入力された画像毎の符号データを生成する符号生成ステップと、
前記量子化ステップで生成された量子化データを逆量子化して逆量子化データを生成する逆量子化ステップと、
前記生成された逆量子化データを逆直交変換して局部ブロックデータを生成する逆直交変換ステップと、
前記生成された局部ブロックデータと前記入力された画像とに基づき動き補償して動き補償予測画像を生成する動き補償予測ステップと、を有する動画像符号化方法において、
前記入力された画像及び前記動き補償予測ステップで生成された動き補償予測画像がそれぞれ供給されて、少なくとも前記入力された画像について前記ブロック毎に画像特性パラメータであるアクティビティを検出し、この検出されたアクティビティを前記入力された画像分加算することにより画像特性を算出する画像特性検出ステップと、
前記量子化ステップで前記ブロック毎に設けられた量子化スケールから前記入力された画像における量子化スケール平均値を算出する平均量子化スケール算出ステップと、
前記符号生成ステップで生成された符号データに基づき、前記入力された画像に対する発生符号量を検出する発生符号量検出ステップと、
前記平均量子化スケール算出ステップで算出された量子化スケール平均値と前記発生符号量検出ステップで検出された発生符号量とを積算することにより前記入力された画像の画面複雑度を算出して、前記入力された画像よりも前に順次符号化された所定数の過去の画像における平均画面複雑度を算出するとともに、前記画像特性検出ステップから得られた前記入力された画像よりも前に符号化された画像に対する画像特性と前記入力された画像の画像特性との比、及び前記入力された画像の直前に符号化された画像の画面複雑度の積算により前記入力された画像の推定画面複雑度を算出する画面複雑度算出ステップと、
前記算出された平均画面複雑度と推定画面複雑度との比に基づき前記入力された画像の割当符号量を決定し、この決定された割当符号量と前記発生符号量検出ステップで検出された発生符号量とに基づき前記入力された画像の量子化スケールを決定して前記量子化ステップに供給する割当符号量決定ステップと、
を有したことを特徴とする動画像符号化方法。
【請求項５】
請求項４に記載された動画像符号化方法において、
前記画面複雑度算出ステップは、前記平均量子化スケール算出ステップで算出された量子化スケール平均値と前記発生符号量検出ステップで検出された発生符号量とを積算することにより前記入力された画像の画面複雑度を算出して、前記入力された画像よりも前に順次符号化された所定数の過去の画像における平均画面複雑度をＩ，Ｐ，Ｂのピクチャタイプ別に算出するとともに、前記画像特性検出ステップから得られた前記入力された画像よりも前に符号化された画像に対する画像特性と前記入力された画像の画像特性との比、及び前記入力された画像の直前に符号化された画像の画面複雑度のそれぞれの積算により前記入力された画像の推定画面複雑度を前記ピクチャタイプ別に算出し、
前記割当符号量決定ステップは、前記算出された平均画面複雑度と推定画面複雑度との比に基づき前記入力された画像の割当符号量を前記ピクチャタイプ別に決定し、この決定された割当符号量と前記発生符号量検出ステップで検出された発生符号量とに基づき前記入力された画像の量子化スケールを決定して前記量子化ステップに供給するようにしたことを特徴とする動画像符号化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画像の高能率符号化に係り、特に、リアルタイムで可変ビットレート符号化を行う際に好適な符号量制御装置及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
TV信号などの動画像を高能率に符号化する技術の国際標準として既にMPEG2が規定されている。
MPEG2は、動画像を構成する「フレーム」画像を「マクロブロック」と呼ばれる16×16画素のブロックに分割し、各マクロブロック単位に、時間的に前または後に所定の数フレーム離れた参照画像と符号化画像の間で「動きベクトル」と呼ばれる動き量を求め、この動き量を基に参照画像から符号化画像を構成する「動き補償予測」技術と、動き補償予測の誤差信号または符号化画像そのものに対して、直交変換の一種であるＤＣＴ(離散コサイン変換)を用いて情報量を圧縮する「変換符号化」技術の2つの画像符号化の要素技術をベースに規定されている。
【０００３】
従来のMPEG2の動画像符号化装置の一構成例を図５に示す。
また、符号化ピクチャ構造の一例を図４に示す。
動き補償予測では、図４に示した符号化ピクチャ構造のように、 Iピクチャ(フレーム内符号化)、Ｐピクチャ(順方向予測符号化)、Ｂピクチャ(双方向予測符号化)と呼ばれる、予測方法の異なる３種類のピクチャの組合せによって構成される。
図5に示されるように、変換符号化では、Ｉピクチャでは符号化画像そのものに対し、Ｐ,Ｂピクチャでは動き補償器７７による動き補償予測の誤差信号である減算器７１の出力に対して、ＤＣＴがＤＣＴ器７２で施される。
【０００４】
ＤＣＴ器７２で得られたＤＣＴ係数に対して量子化が、符号量制御部９０の出力により制御して量子化器７３によってなされた後に、動きベクトル等のその他の付帯情報と共に可変長符号化が可変長符号化器７５でなされ、符号列が「ビットストリーム」としてバッファ７６に記憶された後に出力される。
この際、バッファ７６の充足度に応じて符号量制御部９０で量子化スケールが制御される。
一方、量子化器７３の出力係数は、逆量子化器７７、ＩＤＣＴ器７８に供給さて、局部復号されてブロック毎にフレームメモリ８１に貯えられる。
【０００５】
MPEG2は可変長符号化であるため、単位時間当りの発生符号量(ビットレート)は一定ではない。
そこで、量子化器７３での量子化の際の量子化スケールをマクロブロック単位に適宜変更することにより、所要のビットレートに制御することが可能になっている。
MPEG2 Test Model 5では、GOP単位で発生符号量を一定にする固定ビットレート制御方法が提案されている。
【０００６】
このTest Model 5における固定ビットレート制御方法は、一定の転送レートが要求される用途に対しては有効な方法である。
しかし、動画像シーケンスのどの部分に対してもほぼ同じ符号量が割り当てられるため、情報量を多く含む複雑なシーンに対しては十分な符号量が与えられずに画質劣化が生じてしまう。これに対して、情報量が少ない単純なシーンの場合には符号量が余剰になって無駄が生じ、DVD-Videoのように可変転送レートが可能な用途に対しては、適切なレート制御方法とは言えなかった。
【０００７】
以上のような問題を解決するレート制御方法が可変ビットレート制御方法である。特開平6−１４１２９８号公報には、可変ビットレート制御による符号化装置が開示されている。
この装置では、最初に、入力動画像に対して固定量子化スケールによって仮符号化を行い、単位時間毎に発生符号量がカウントされる。つぎに、入力動画像全体の発生符号量が所要値になるように、仮符号化時の発生符号量に基づいて各部分の目標転送レートを設定する。そしてこの目標転送レートに合致するように制御を行いながら、入力動画像に対して２回目の符号化、言い換えると実符号化が行われる。
【０００８】
しかし、上記従来例では、出力ビットストリームを得るためには少なくとも２回の符号化を行わなければならず、リアルタイム性を要求されるような用途ではこの装置のような２パス方式の可変ビットレート制御は使用出来ない。
【０００９】
これに対し、動画像をほぼリアルタイムで符号化するための可変ビットレート制御方法、すなわち１パス方式の可変ビットレート制御方法も存在する。特開平１０−１６４５７７号公報には、１パス方式の可変ビットレート制御方法による符号化装置が前記公報の図６等に開示されている。
【００１０】
この従来例における動画像符号化装置の一構成例を図６に示す。なお、図５と同一構成部材に対しては同一符号を付してその説明は省略する。
この従来例の装置では、バッファ７６に記憶した符号量を発生符号量検出器８３に供給し、この発生符号量検出器８３による発生符号量と、量子化器７３からの量子化スケールを平均量子化スケール検出器８２に供給し、この平均量子化スケール検出器８２による画面内の量子化スケールの平均値との積を「画面複雑度」として画面複雑度算出器８４で求め、過去の画面複雑度の平均値に対する現在の画面複雑度の割合を基に、画面の目標発生符号量または目標量子化スケールを決定することにより、可変ビットレート制御を符号量制御器７４で実現している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例の１パス方式においては、これから符号化する現在の画面を仮符号化して現在の画面複雑度を求めるか、仮符号化を行わない場合は直前の同じピクチャタイプの画面複雑度を現在の画面複雑度とするため、仮符号化する場合は、１パス方式といえども仮符号化による遅延が問題となる上に回路規模が増大し処理が複雑になる。
【００１２】
一方、仮符号化を行わない場合は符号化する現在の画面の直前でシーンチェンジが生じる場合など、画面複雑度が変化する場合は、現在の画面複雑度として使用する直前の同じピクチャタイプの画面複雑度が実際の画面複雑度と異なってしまい、不適切な符号量割当をしてしまう問題がある。
【００１３】
そこで、本発明は、動画像をほぼリアルタイムで符号化するための１パス方式の可変ビットレート制御方法において、遅延及び回路規模の増大を最小限に押えつつ、より適切な符号量割当を実現する装置及びその方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明では、MPEG２等の動き補償予測、直交変換、量子化、可変長符号化の各手段を備えた可変ビットレート制御による動画像符号化装置において、まず各画像の発生符号量と平均量子化スケールと、符号化画像特性(アクティビティ)を検出する。各動画像の発生符号量と平均量子化スケールの検出は仮符号化を伴わず、実際の符号化動作の際に行われ、各画像の発生符号量と平均量子化スケールの積に対して所定の操作を施して画面複雑度として求められる。
符号化の終了した直後のピクチャから所定時間内の画像について、符号化ピクチャタイプ別に画面複雑度が加算され、各ピクチャタイプの平均画面複雑度が算出される。
【００１５】
一方、符号化画像特性の検出は実際の符号化動作に先行して（先立って）、符号化画像のアクティビティが各画像毎に算出される。これから符号化する現在の画像の画面複雑度は、同じピクチャタイプの直前の画像の画面複雑度に、その画像におけるアクティビティに対する、これから符号化される画像のアクティビティの割合を乗算することによって推定し、この推定画面複雑度と一定区間内の平均画面複雑度の割合を目標ビットレートによる符号量割当に反映させることにより、遅延の増大を招くことなく画像の変化に対応した符号量割当を行う１パス方式の可変ビットレート制御が可能となる。
【００１６】
さらに、上記符号化画像特性の検出を動き補償予測を行うＰ及びＢピクチャに関しては、動き補償予測における誤差画像または動きベクトル検出における符号化画像と参照画像との差分画像における絶対値または２乗誤差、及び動きベクトルのばらつき具合を合わせて使用することにより、これから符号化される画像の画面複雑度推定に関し、より符号化特性に即した推定が可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の動画像符号化装置の第1の実施例について、図１と共に以下に説明する。
原動画像は画像ブロック分割器（図示せず。）によって、予めマクロブロック単位に分割されているものとする。
【００１８】
分割された原動画像は、Ｉピクチャについては動き補償予測が行われず、原動画像ブロックそのものが減算器１１を介してＤＣＴ器１２に送られ、ＤＣＴされた後に量子化器１３で符号量制御器１４から送られる量子化スケールによって量子化される。
その量子化された信号は、可変長符号化器１５で符号に変換されて、つぎのバッファ１６で調整された後に符号が出力される。
一方、量子化器１３の出力係数は、逆量子化器１７、ＩＤＣＴ器１８で局部復号されて、動き補償予測器１９の出力が加算器２０で加算されることなく、ブロック毎にフレームメモリ２１に貯えられる。
【００１９】
Ｐ及びＢピクチャについては、分割された原動画像とフレームメモリ２１に貯えられた所定の局部復号画像ブロックが動き補償予測器１９に供給され、ここで動きベクトル検出及び動き補償が行われて、予測画像ブロックが減算器１１で原画像ブロックとの間で画素間差分が取られ、差分値である誤差画像ブロックがＤＣＴ器１２に送られる。
【００２０】
この後はＩピクチャと同様にして、ＤＣＴ器１２で差分値がＤＣＴされ、量子化器１３で符号量制御器１４から送られる量子化スケールによって量子化された後に、可変長符号化器１５で符号に変換されて、つぎのバッファ１６で調整された後に符号が出力される。
【００２１】
一方、量子化器１３の出力係数は、逆量子化器１７とＩＤＣＴ器１８とで局部復号された後に前記予測画像ブロックが加算器２０によって画素毎に加算され、ブロック毎にフレームメモリ２１に貯えられる。
また、各ピクチャについて、量子化器１３からマクロブロック毎の量子化スケールが平均量子化スケール検出器２２に送られ、そこで1フレーム分の量子化スケールが加算され、1フレームの平均量子化スケールが算出される。
【００２２】
一方、バッファ１６においては、発生符号量が監視され、その値が発生符号量検出器２３に送られる。
この発生符号量検出器２３において、発生符号量がフレーム単位に加算され、1フレームの発生符号量が検出される。
フレーム毎について検出された平均量子化スケール、及び発生符号量は夫々画面複雑度算出器２４にフレーム毎に送られる。
【００２３】
一方、画像特性検出器２５では、入力時に原画像を分割した原動画像が供給され、原動画像の各フレームについてマクロブロック単位に画像特性を示すパラメータであるアクティビティが検出され、フレーム単位に加算されて、その結果が1フレーム毎に画面複雑度算出器２４に送られる。
ここで、画像特性検出器２５で画像特性を検出する動作は、実際の符号化動作に先行して検出している。
画像特性を示すパラメータとしては輝度値の分散、画素間差分値などが考えられるが、画像特性を示すものであれば、その他のパラメータでも当然よい。
【００２４】
画面複雑度算出器２４では、供給された各フレームの平均量子化スケールと発生符号量とが乗じられた後に乗算結果に所定の変換が施されて、それを基準として各フレームの画面複雑度が求められる。
画面複雑度は符号化ピクチャタイプ別に一定期間内の値が加算された後に、その期間内の同じピクチャタイプのフレーム数で除算されて、Ｉ，Ｐ，Ｂ各ピクチャタイプの平均画面複雑度 Xi-ave（Ｉピクチャ）, Xp-ave（Ｐピクチャ）, Xb-ave（Ｂピクチャ）が算出される。
【００２５】
ここで言う一定期間内は、符号化の終了したばかりの画像から時間的に前に予め定めるフレーム数、例えば１５フレームとか、３００フレームといった一定のフレーム数の場合もあり、符号化開始フレームから符号化の終了したばかりの画像までのように、順次フレーム数が増加する場合もある。
なお、前者の一定フレーム数の場合でも、符号化したフレーム数が定めた一定期間を満たさない場合は後者と同様に順次フレーム数が増加していくことになる。
【００２６】
既に符号化の終了した部分の画面複雑度を求める部分までは従来例と同一であるが、本発明ではこの画面複雑度に対し、これから符号化する現在の画像のアクティビティによって現在の画像の画面複雑度を推定する部分が従来例と異なる。以下の説明でも、ｉはＩピクチャ、ｐはＰピクチャ、ｂはＢピクチャと対応している。
【００２７】
すなわち、これから符号化する現在の画像の画面複雑度 Xi, Xp, Xb は、現在の画像のアクティビティACTi, ACTp, ACTb、直前に符号化した同じピクチャタイプの画像の画面複雑度 Xi-p, Xp-p, Xb-p、直前に符号化した同じピクチャタイプの画像のアクティビティACTi-p, ACTp-p, ACTb-pより、次式(1)(2)(3)で推定出来る。
【００２８】
0003858520.tif 000002
【００２９】
0003858520.tif 000003
【００３０】
0003858520.tif 000004
【００３１】
なお、初期状態において、同じピクチャタイプの符号化の終了したフレームが存在しない場合は、予めいくつかの画像で各ピクチャタイプの画像の画面複雑度とアクティビティを求めておき、それを平均的な動画像の発生頻度に合わせて統計的に平均してそれを初期値とすればよい。
【００３２】
この後、各ピクチャタイプの平均画面複雑度 Xi-ave, Xp-ave, Xb-aveと、これから符号化する現在の画像の推定画面複雑度 Xi, Xp, Xb は符号量制御器１４に送られる。
この符号量制御器１４において、次に（これから）符号化する画像の割当符号量の設定（決定）、及び可変ビットレート制御のための量子化スケールの設定（決定）が行われる。
【００３３】
目標平均ビットレートをBitRate、1秒当りのフレーム数をPictureRate、1つの符号化単位である1GOP(通常はＩピクチャの間隔)のフレーム数をＮとすると、1GOPの平均割当符号量Raveは次式(4)で与えられる。
0003858520.tif 000005
【００３４】
上式のRaveは平均画面複雑度の時の1GOPの必要割当符号量とすると、これから符号化する現在の画像を含む1GOPの画像が一様に前記画面複雑度算出器24で求めた現在の画像の推定画面複雑度に等しいと仮定すると、画質を一定に保持する場合に必要な1GOPの必要割当符号量Rcは、次式(5)(6)(7)で与えられる。
【００３５】
0003858520.tif 000006
【００３６】
0003858520.tif 000007
【００３７】
0003858520.tif 000008
【００３８】
これら上式の必要割当符号量Rcを1GOPの各ピクチャに適切に割り振ることにより、これから符号化する現在の画像の目標符号量を算出する。
例としてMPEG2 Test Model 5の目標符号量割当方法を以下に挙げるが、これ以外の方法を用いてもよい。
1GOPに含まれるＰ、Ｂピクチャのフレーム数をNp、Nb、Ｉピクチャに対するＰ、Ｂピクチャの量子化スケールの設定比率をKp、Kbとする。この時、各ピクチャタイプの目標割当符号量Ti, Tp, Tbは次式(８) (9) (10)で与えられる。
【００３９】
なお、MAX[A, B]はAとBのいずれか大きい方を選択する動作を示す。
また、MPEG2 Test Model 5では、Xi, Xp, Xbは直前に符号化したピクチャの画面複雑度であるが、前記のこれから符号化する現在の画像の推定画面複雑度でもよい。
【００４０】
0003858520.tif 000009
【００４１】
0003858520.tif 000010
【００４２】
0003858520.tif 000011
【００４３】
上式で決定した目標割当符号量と、バッファ１６で検出される各マクロブロックの発生符号量をもとに、MPEG2 Test Model 5の方法を用いて各マクロブロックの量子化スケールを決定する。
なお、画像特性検出器２５からは符号量制御器１４へも各マクロブロックのアクティビティが送られ、MPEG2 Test Model 5におけるアクティビティに基づいて各マクロブロックの量子化スケールを変更する適応量子化制御に使用されるが、この適応量子化制御は行わなくてもよい。またこれとは全く異なる方法で各マクロブロックの量子化スケールを決定してもよい。
【００４４】
符号量制御器１４から出力される各マクロブロックの量子化スケールが量子化器１３に送られ、現在の画像(ＤＣＴ後の分割された原画像または動き補償予測の誤差画像ブロック)がこの量子化スケールで量子化器１３で量子化され、可変長符号化器１５で可変長符号化されて、つぎのバッファ１６で調整された後に符号が出力される。
量子化器１３のマクロブロック毎の量子化スケール、バッファ１６で監視される発生符号量がそれぞれ、平均量子化スケール検出器２２、発生符号量検出器２３に送られ、つぎのピクチャの符号量制御に使用される。
【００４５】
つぎに、本発明の動画像符号化装置の第２の実施例について、図２と共に以下に説明する。
第２の実施例においては、第１の実施例と比較して、図３に示す画像特性検出器の構成及びその動作のみが異なり、また図２は画像特性検出器２５に対して動き補償予測器１９より動き補償信号が供給されている点が図１と異なっており、それ以外の部分についての説明は省略する。
図３に示す画像特性検出器２５は、ＡＣＴｃｕｒ検出器２５Ａ、ＡＣＴＰｒｅｄ検出器２５Ｂ、ＡＣＴｍｖ検出器２５Ｃ及びピクチャアクティビティ算出器２５Ｄより構成されている。
【００４６】
図２、図３の実施例において、画像特性検出器２５への入力は、Ｉピクチャの場合は動き補償予測が行われないため、第１の実施例と同じくマクロブロック単位に分割された原動画像のみが入力され、マクロブロック単位に画像特性を示すパラメータであるアクティビティ(ACTcur)が検出され、フレーム単位に加算され、ＩピクチャのアクティビティACTiとして画面複雑度算出器２４に送られる。
【００４７】
一方、図２に示す画像特性検出器２５への入力は、Ｐ及びＢピクチャの場合は、分割された原動画像の他に、マクロブロック単位の動き補償予測における誤差画像または動きベクトル検出における符号化画像と参照画像との差分画像と、動き補償予測で使用した動きベクトルが図２に示す動き補償予測器１９から入力される。
分割された原動画像からはIピクチャの場合と同様にマクロブロック単位に(原画像)アクティビティACTcurが検出される。
【００４８】
一方、マクロブロック単位の動き補償予測における誤差画像または動きベクトル検出における符号化画像と参照画像との差分画像は、その中で絶対値和または２乗誤差和がとられ、予測アクティビティACTpredとして検出される。
さらに、動き補償予測で使用した動きベクトルの方は、隣接マクロブロックとの間で各成分毎に差分の絶対値がとられ、ACTmvとして検出される。
【００４９】
そして、各マクロブロック毎に次式(11)の演算により、ACTmbが算出され、それが１フレーム分加算されて、Ｐ及びＢピクチャのアクティビティACTp及びACTbとして画面複雑度算出器２４に送られる。
【００５０】
0003858520.tif 000012
【００５１】
なお、各定数ａ、ｂ、ｃの値はピクチャ別、マクロブロックの予測モード別(イントラか片方向予測か双方向予測か)などで変化させる。
例えば、イントラの場合はＩピクチャと同様に予測を行わないので、ｂ＝ｃ＝０となり、予測を行うブロックに比べて発生符号量が多くなると考えられるので、ａの値を大きくする。
【００５２】
このように、予測モード等に即したアクティビティ検出を行うことにより、第１の実施例に比べ、より符号化特性に即した画面複雑度の推定が可能になる。
なお、第１の実施例において、1GOPの必要割当符号量Rcを求める際に必要となる平均画面複雑度は符号化ピクチャタイプ別に求めていたが、これをピクチャタイプで区別せず、一定期間内における各フレームの画面複雑度を加算した後にその期間内のフレーム数で除算した値を平均画面複雑度 X-aveとして求め、それと現在の画像の推定画面複雑度Xk(k＝ i or p or b)から、次式(12)によって1GOPの必要割当符号量Rcを求めてもよい。またこれを第２の実施例に適用してもよい。
【００５３】
0003858520.tif 000013
【００５４】
また、第１、第２の実施例では、ピクチャ符号化構造が図４のようなＩピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャの３種類存在するとして説明したが、ＩピクチャとＰピクチャ、ＩピクチャとＢピクチャのような２種類のみであってもよい。また、全てのピクチャが動き補償予測が行われないＩピクチャであってもよい。
但し、このＩピクチャのみの場合における第２の実施例は、画像特性検出部２５への入力が分割された原画像のみとなるため、第１の実施例と全く同一になる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、可変ビットレート制御で動画像を符号化する際に、符号化の終了した一定区間の画像の発生符号量と平均量子化スケールと、一定区間及びこれから符号化する現在の画像の符号化画像特性(アクティビティ)を検出し、発生符号量と平均量子化スケールの積に対して所定の操作を施すことによって得られる値を画面複雑度として求めた上で、これから符号化する画像の画面複雑度を、同じピクチャタイプの直前の画像の複雑度に、その画像におけるアクティビティに対する、これから符号化される画像のアクティビティの割合を乗算することによって推定し、この推定値と一定区間内の平均画面複雑度の割合を目標ビットレートによる符号量割当に反映させることにより、遅延の増大を招くことなく画像の変化に対応した符号量割当を行う１パス方式の可変ビットレート制御が可能となる。
【００５６】
さらに、上記符号化画像特性の検出を動き補償予測を行うＰ及びＢピクチャに関しては、動き補償予測における誤差画像または動きベクトル検出における符号化画像と参照画像との差分画像における絶対値または２乗誤差、及び動きベクトルのばらつき具合を合わせて使用することにより、これから符号化される画像の画面複雑度推定に関し、より符号化特性に即した推定が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動画像符号化装置及びその方法の第１の実施例を示した図である。
【図２】本発明の動画像符号化装置及びその方法の第２の実施例を示した図である。
【図３】本発明の第２の実施例における画像特性検出器の一実施例を示した図である。
【図４】符号化ピクチャ構造の一実施例を示した図である。
【図５】一般的な動画像符号化装置の一構成例を示した図である。
【図６】従来における動画像符号化装置の一構成例を示した図である。
【符号の説明】
１１  減算器
１２  ＤＣＴ器
１３  量子化器
１４  符号量制御器
１５  可変長符号化器
１６バッファ
１７  逆量子化器
１８  ＩＤＣＴ器
１９  動き補償予測器
２０  加算器
２１  フレームメモリ
２２  平均量子化スケール検出器
２３  発生符号量検出器
２４  画面複雑度算出器
２５  画像特性検出器
２５Ａ  ACTcur検出器
２５Ｂ  ACTpred検出器
２５Ｃ  ACTmv検出器
２５Ｄ  ピクチャアクティビティ算出器
ACTcur  原画像アクティビティ
ACTi, ACTp, ACTb  現在の画像のアクティビティ
ACTi-p, ACTp-p, ACTb-p  直前に符号化した同じピクチャタイプの画像のアクティビティ
ACTmv 動きベクトル特性
ACTpred 誤差画像アクティビティ
Rave  平均割当符号量
Rc  画像の割当符号量
Xi, Xp, Xb  現在の画像の画面複雑度
Xi-ave, Xp-ave, Xb-ave  平均画面複雑度
【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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【図６】
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