JPH10302396A - 信号符号化方法、信号符号化装置、信号記録媒体及び信号伝送方法 - Google Patents

信号符号化方法、信号符号化装置、信号記録媒体及び信号伝送方法

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JPH10302396A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 所定の時間長のビデオ信号をリアルタイム
（１パス）で効率よく可変ビットレート符号化して、符
号化ビット総量が一定のデータ容量内に収めるようにす
る。 【解決手段】 入力信号の単位時間毎の符号化難易度を
符号化難易度計算器１３で求め、割当ビット量計算器１
４で、入力信号が属する種類の一般の入力信号により予
め標準化された単位時間毎の符号化難易度と割当符号量
とを関係づけ、符号化難易度計算器１３からのの符号化
難易度に対して上記関係づけられた単位時間毎の割当符
号量の参考値を求める。この割当符号量の参考値を、コ
ントローラ１５にて実際の割当符号量へ変更し、この実
際の割当符号量に基づいて、動画像符号化器１８にて、
単位時間毎に入力信号を符号化して、符号化データを生
成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、送信側にてディジ
タル信号を効率的に符号化する高能率符号化における信
号符号化装置、信号符号化方法、信号記録媒体及び信号
伝送方法に関し、特に、動画像信号の符号化において、
可変ビットレートで符号化を制御する信号符号化装置、
信号符号化方法、信号記録媒体及び信号伝送方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ディジタルビデオ信号はデータ量が極め
て多いため、これを小型で記憶容量の少ない記録媒体に
長時間記録したい場合、ビデオ信号を高能率符号化する
手段が不可欠となる。このような要求に応えるべく、ビ
デオ信号の相関を利用した高能率符号化方式が提案され
ており、その一つにＭＰＥＧ方式がある。このＭＰＥＧ
（Moving Picture Image Coding Experts Group） と
は、ＩＳＯ−ＩＥＣ／ＪＴＣ１／ＳＣ２／ＷＧ１１にて
議論され、標準案として提案されたものであり、動き補
償予測符号化と離散コサイン変換（ＤＣＴ：Discrete C
osine Transform）符号化とを組み合わせたハイブリッ
ド方式である。このＭＰＥＧ方式では、まずビデオ信号
のフレーム間の差分を取ることにより時間軸方向の冗長
度を落とし、その後、離散コサイン変換を用いて空間軸
方向の冗長度を落とし、このようにしてビデオ信号を能
率良く符号化する。
【０００３】一般に、ビデオ信号は定常的でなく、各ピ
クチャの情報量は時間経過に伴って変化する。そのため
可変ビットレート符号化を用いると同じ符号量で一定ビ
ットレート符号化に比べて高画質が得られることが知ら
れている。
【０００４】例えば、いわゆるＤＶＤ−ｖｉｄｅｏに記
録されるビデオ信号は、２パス方式の可変ビットレート
符号化が、一般に用いられている。この２パス方式につ
いては、例えば本件出願人による特願平７−３１３３４
８号の明細書及び図面等に開示されている。
【０００５】ここで、図７に、従来の２パス方式の可変
ビットレート符号化方法を適用した動画像符号化装置の
構成例を示すブロック図を示す。また、図８に、２パス
方式の可変ビットレート符号化処理のフローチャートを
示す。このフローチャートに沿って、図７のブロック図
の動作を説明する。
【０００６】先ず、図８のステップ３０１では、図７の
端子２００から入力される動画像信号を符号化難易度計
算器２０１に入力し、単位時間毎の入力画像の符号化難
易度を計算する。ここで符号化難易度を計算するために
ＭＰＥＧ方式のエンコーダにおいて固定量子化のみでＤ
ＣＴ係数を量子化して、単位時間毎の発生符号量を計算
する。上記単位時間は、例えば０．５秒程度とされる。
計算された符号化難易度ｄは、割当ビット量計算器２０
２へ入力される。
【０００７】次にステップ３０２では、入力動画像信号
の最後まで符号化難易度の計算が終了した後に、割当ビ
ット量計算器２０２は、全体の符号化難易度と使用可能
な符号化ビット総量とから入力画像の単位時間毎の割当
ビット量を計算する。例えば、使用可能な符号化ビット
総量を単位時間毎の符号化難易度に応じて比例配分し
て、単位時間毎の割当(目標)ビット量を計算する。
【０００８】なお、遅延器２０３は、入力動画像の全時
間長に対して、符号化難易度計算器２０１と割当ビット
量計算器２０２での処理が終了するまで、入力動画像信
号の動画像符号化器２０４への入力を遅延する、あるい
は待つためにある。
【０００９】次のステップ３０３では、動画像符号化器
２０４が、単位時間毎の入力動画像をステップ３０２で
計算された割当ビット量になるように符号化する。
【００１０】ステップ３０１とステップ３０２の処理が
１パス目の処理であり、それぞれ符号化難易度の計算と
割当ビット量の計算を行なう。ステップ３０３の処理が
２パス目の処理であり、実際の動画像符号化を行なう。
この２パス方式は、使用可能な符号化ビット総量を有効
に使うことができる利点があるが、処理時間が動画像シ
ーケンスの時間長の約２倍必要という欠点があるため、
リアルタイム処理には不向きである。
【００１１】この処理時間を短くすることを目的とした
１パス方式の可変ビットレート符号化方式が、例えば本
件出願人による特願平７−３１１４１８号の明細書及び
図面に開示されている。
【００１２】１パス方式の可変ビットレート符号方法を
適用した動画像符号化装置の構成例を示すブロック図
は、基本的には前出の図７と同じであるが、２パス方式
とは、割当ビット量計算器２０２と遅延器２０３の制御
方法が異なる。図９に１パス方式の可変ビットレート符
号処理のフローチャートを示す。このフローチャートに
沿って、図７のブロック図の動作を説明する。
【００１３】図９のステップ４０１では、動画像信号を
図７の符号化難易度計算器２０１に入力し、単位時間毎
の入力画像の符号化難易度を計算する。上記単位時間
は、例えば０．５秒程度とされる。
【００１４】次のステップ４０２では、予め、基準とな
る動画像シーケンスを所定の平均ビットレートで可変ビ
ットレート符号化する時の単位時間毎の符号化難易度ｄ
と割当ビット量ｂを関係づけておく。ここで、基準とな
る動画像シーケンスに対する単位時間毎の割当ビット量
の総和は、目的の記録媒体の記憶容量以下にされてい
る。この符号化難易度ｄと割当ビット量ｂの関係の例を
図１０に示す。
【００１５】図１０において、横軸は、基準となる動画
像シーケンス内で符号化難易度ｄの出現確率ｈ（ｄ）を
示している。そして、任意の符号化難易度に対する割当
ビット量を関数ｂ（ｄ）に基づいて計算する。この関係
は、多くの動画像シーケンス（例えば映画）を所定の平
均ビットレートで符号化実験し、その画質を評価し、思
考錯誤を通じて経験的に求められるものであり、世の中
のほとんどのシーケンスに適用可能な一般的な関係にな
る。その求め方については、例えば特願平７−３１１４
１８号の明細書及び図面に開示されている。この図１０
の関係に基づいて、端子２００からの入力画像の単位時
間の符号化難易度ｄに対して、割当ビット量ｂを与え
る。
【００１６】この１パス方式では、遅延器２０３は、単
位時間長の入力画像に対して、符号化難易度計算器２０
１と割当ビット量計算器２０２での処理が終了するま
で、その画像信号の動画像符号化器２０４への入力を単
位時間だけ遅延するために設けられている。
【００１７】次のステップ４０３では、動画像符号化器
２０４が、単位時間毎の入力動画像をこれに対応して割
当ビット量計算器２０２から与えられる割当ビット量に
なるように符号化する。
【００１８】このような１パス方式においては、画像信
号の入力に応じて、ほぼリアルタイムで信号の符号化難
易度に応じた最適な割当ビット量での可変ビットレート
符号化が行なえる。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図１０の関
係は、ほとんどの動画像シーケンスに適用できるが、い
くつかの特殊なシーケンスには対応できず、動画像符号
化器２０４で発生した総ビット量が、使用可能な総ビッ
ト量を越えてしまう場合があり、すなわち目的の記録媒
体に動画像シーケンスを収録できない場合があるので問
題がある。
【００２０】所定の時間長の動画像シーケンスをリアル
タイムに可変ビットレート符号化して、一定の記憶容量
の記録媒体に記録するためには、従来の２パス方式は使
用できない。また従来の１パス方式では、ほとんどの動
画像シーケンスをリアルタイムに可変ビットレートで符
号化し、所定の時間長のシーケンスを一定の記憶容量の
記録媒体に収録できるが、一部の特殊なシーケンスで
は、符号化ビットの総量が使用可能な総ビット量を越え
てしまうことがあり、所定の時間長のシーケンスを記録
媒体に収録できない場合があるので問題がある。
【００２１】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、所定の時間長の動画像シーケンスをリア
ルタイムに可変ビットレート符号化して、発生した符号
化ビットの総量が、一定の記憶容量の記録媒体に収録で
きることを保証する動画像符号化方法、動画像符号化装
置および上記符号化装置で記録した符号化信号記録媒体
を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述した課題
を解決するために、入力信号が属する種類の一般の入力
信号により予め標準化された単位時間毎の符号化難易度
と割当符号量とを関係づけ、入力信号の単位時間毎の符
号化難易度を求め、この入力信号の単位時間毎の符号化
難易度に対して上記関係づけられた上記単位時間毎の割
当符号量の参考値を求め、上記割当符号量の参考値を実
際の割当符号量へ変更して、上記実際の割当符号量に基
づいて上記単位時間毎に入力信号を符号化して符号化デ
ータを生成することにより、信号の入力に応じて、リア
ルタイムで信号の複雑さに応じた最適な割当符号量で符
号化が行なう。
【００２３】上記割当符号量の参考値を実際の割当符号
量へ変更する方法は、記録媒体に記録可能な時間長の信
号を符号化した時の発生ビット量の総和が、記録媒体へ
の信号記録に使用できるビット量以下になるように、実
際の割当ビット量を制御することにより、所定の時間長
の信号を一定の記憶容量の記録媒体に収録できることを
保証する。
【００２４】具体的には、単位時間毎の入力信号を一定
の割当ビット量ｂavで符号化する場合の現在までの割当
ビット量の総和Ｂavと現在までの実際の発生符号化ビッ
ト量の総和Ｂgen を比較して、値（Ｂav―Ｂgen） が正
の時に、ｂav以上の割当ビット量を与えることを許可す
ることにより、上記のことを保証する。ここで、ｂavは
次式で与えられる。
【００２５】すなわち、 ｂav ＝ ＴGOP×ＢV／ＴSEQ ＢV ：信号記録媒体の中で動画像の記録に使用できる
ビット量 ＴSEQ：信号記録媒体に記録できる動画像シーケンスの
時間長 ＴGOP：単位時間長 である。
【００２６】上記割当符号量の参考値を実際の割当符号
量へ変更する時の情報に基づいて、入力信号にプレフィ
ルタ処理を施し、その処理信号を符号化することによ
り、信号の符号化劣化を目だ立たなくすることができ
る。具体的には、上記実際の割当符号量を割当符号量の
参考値よりも小さく抑える場合に、入力画像にローパス
フィルタ処理をすることにより、画像の符号化劣化を目
だ立たなくすることができる。
【００２７】信号の符号化と記録媒体への符号化信号の
記録を何度かに分けて行なう時は、上記値（Ｂav―Ｂ
gen） 、又はこれに相当する値、を記録媒体に記録して
おき、次に、その記録媒体の空き領域に信号を記録する
時、信号記録に先だって、上記値（Ｂav―Ｂgen） 、又
はこれに相当する値、をその記録媒体から読み出して、
この値に基づいて単位時間毎の入力信号の割当ビット量
を計算するので、記録媒体の記憶容量を有効に使うこと
ができる。
【００２８】また、上記入力信号が動画像信号の場合
に、上記符号化難易度を入力画像の所定時間毎の画像特
性情報に基づいて求めて、この画像特性情報により人間
の視覚特性が反映された割当符号量で符号化を行なう。
【００２９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の信号符号化方法、
信号符号化装置、上記符号化装置で記録した記録媒体、
及び信号伝送方法の好ましい実施の形態について、図面
を参照しながら説明する。ここで、以下の実施の形態に
おいては、特に、動画像信号を符号化する場合の動画像
信号符号化の例について説明する。先ず、本発明の実施
の形態となる動画像符号化方法及び装置について、図１
を参照しながら説明する。
【００３０】はじめに全体の構成を簡単に説明する。図
１の端子１１から入力された動画像信号Ｓ１は、動きベ
クトル計算器１２へ入力される。動きベクトル計算器１
２は入力動画像の動きベクトル情報（動きベクトルとそ
の予測残差）を出力する。また、動画像信号Ｓ１と上記
動きベクトル情報は、符号化難易度計算器１３へ入力さ
れる。符号化難易度計算器１３では、入力画像Ｓ１の単
位時間毎の符号化難易度ｄを計算する。上記符号化難易
度ｄは、割当ビット量計算器１４へ入力される。割当ビ
ット量計算器１４は、単位時間毎の入力画像を符号化す
るときの割当ビット量の参考値ｂを計算する。上記割当
ビット量の参考値ｂはコントローラ１５へ入力される。
コントローラ１５は、上記割当ビット量の参考値ｂを実
際の割当ビット量ｂx へ変更して出力する。また、コン
トローラ１５は、プレフィルター１７の処理情報Ｓ５も
出力する。遅延器１６は、単位時間長の入力画像Ｓ１に
対して、符号化難易度計算器１３，割当ビット量計算器
１４及びコントローラ１５での処理が終了するまで、そ
の入力動画像信号Ｓ１のプレフィルタ１６への入力を単
位時間だけ遅延する。遅延器１６で遅延された入力動画
像信号Ｓ２は、プレフィルタ１７で処理情報Ｓ５に応じ
た処理がなされ、処理画像信号Ｓ３が出力される。動画
像符号化器１８は、単位時間の上記処理画像信号Ｓ３を
割当ビット量ｂｘになるように符号化する。動画像符号
化器１８は、符号化ビットストリームＳ６と単位時間毎
の発生ビット量ｂgenを出力する。符号化ビットストリ
ームＳ６は、端子１９から出力される。
【００３１】次に、上述した図１のブロック図のそれぞ
れの構成要素の具体例について詳細に説明する。動きベ
クトル計算器１２は、いわゆるＭＰＥＧのマクロブロッ
ク（１６ｘ１６画素，以下ＭＢと省略する）単位に動き
ベクトルを計算する。動きベクトル検出は、参照フレー
ムと現在ＭＢとのパターンマッチングで行なう。すなわ
ち、次の式（１）に示すように、現在ＭＢ信号Ａ［ｉ，
ｊ］と、任意の動きベクトル（ｘ，ｙ）により参照され
るＭＢ信号Ｆ［ｘ＋ｉ，ｙ＋ｊ］の差の絶対値の和Ｅf
を求める。
【００３２】 Ｅf = Σ｜A[i,j] - F[x+i,y+j]｜ (i=0〜15, j=0〜15) （１） 動きベクトル計算器１２は、上記Ｅｆが最小となる座標
（ｘ，ｙ）を現在ＭＢ（マクロブロック）の動きベクト
ルとし、またその時のＥｆを動きベクトルの予測残差と
して出力する。
【００３３】図１の符号化難易度計算器１３は、単位時
間毎の入力画像Ｓ１の情報量に符号化劣化の目立ちやす
さを反映させたパラメータである符号化難易度を計算す
る。上記単位時間は、例えば０．５秒程度とされる。
【００３４】図２は、図１の符号化難易度計算器１３の
第１の構成例のブロック図を示す。計算器２７は、動き
ベクトルの予測残差、すなわち上述の式（１）で計算さ
れるＥｆの単位時間毎の総和Ｄ１を計算し、その値に符
号化劣化の目立ちやすさを表すパラメータαを反映させ
て、こうして計算される値を単位時間毎の入力画像の符
号化難易度ｄを出力する。
【００３５】ｄ＝Ｄ１×α 画像情報計算器２６は、符号化劣化の目立ちやすさを表
すパラメータとして、入力画像の平坦度を表すパラメー
タ、例えば、ＭＢ信号の分散値を計算する。一般に、人
間の目は、絵柄の平坦部分で、符号化ノイズがわかりや
すく、逆に、絵柄が乱雑な部分では、劣化はわかりにく
い。この特徴に基づいて、画像の分散値が大きいほどα
を小さな値として、逆に分散値が小さいほどαを大きい
値とする。なお、図示していない画像符号化モードによ
り指示されて、入力画像をフレーム内（イントラ）符号
化する場合、上記値Ｄ１として、画像情報計算器２６で
計算されるＭＢ信号の分散値の単位時間毎の総和を用い
たほうが良い。
【００３６】図３は、図１の符号化難易度計算器１３の
第２の構成例のブロック図を示す。ここでは、動き補償
フレーム間予測とＤＣＴとを組み合わせたハイブリッド
符号化方法において、量子化器の量子化ステップを固定
とした時の単位時間毎の発生符号ビット量の総和Ｄ２を
計算し、その値に符号化劣化の目立ちやすさを表すパラ
メータαを反映させて、こうして計算される値を単位時
間毎の入力画像の符号化難易度ｄを出力する。 ｄ＝Ｄ２×α この式中の値αは上述したものと同様である。
【００３７】図３のブロック図について、以下に詳細に
説明する。端子３０からは入力画像のＭＢ信号が供給さ
れ、また端子３１からは、その動きベクトルが供給され
る。動き補償回路３８は、画像メモリを備え、当該画像
メモリから動きベクトルに基づいて予測ＭＢ信号を読み
出す。演算器３２は、端子３０からの入力ＭＢ信号を加
算信号とし、上記動き補償回路３８からの上記予測ＭＢ
信号を減算信号として加算処理を行うことにより、上記
入力ＭＢ信号と予測ＭＢ信号の差分を計算し、当該差分
を予測残差ＭＢ信号として出力する。なお、図示してい
ない画像符号化モードにより指示されて、入力画像をフ
レーム内（イントラ）符号化する場合、予測を行なわ
ず、入力ＭＢ信号がそのまま演算器３２から出力され
る。上記予測残差ＭＢ信号（予測を行なわない時は入力
ＭＢ信号）は、ＤＣＴ回路３３に送られる。このＤＣＴ
回路では上記予測残差ＭＢ信号に対して２次元ＤＣＴを
施す。このＤＣＴ回路３３から出力されたＤＣＴ係数
は、量子化回路３４にて、所定の固定値のステップサイ
ズで量子化される。この量子化回路３４の量子化出力信
号は、可変長符号化回路３９と逆量子化回路３５とに送
られる。可変長符号化回路３９では、上記量子化出力信
号に対して例えばハフマン符号化を施す。この可変長符
号化回路３９の出力信号は、発生符号量カウンタ４０に
送られ、単位時間毎の発生符号量の総和Ｄ２が計算され
る。一方、逆量子化回路３５では、量子化回路３４で使
われた量子化ステップに対応して、上記量子化出力信号
に逆量子化処理を施す。当該逆量子化回路３５の出力
は、逆ＤＣＴ回路３６に入力され、ここで逆ＤＣＴ処理
されて復号された予測残差ＭＢ信号が、演算器３７へ入
力される。この演算器３７にはまた、上記演算器３２に
供給されている予測ＭＢ信号と同一の信号が供給されて
いる。演算器３７は、上記復号された予測残差ＭＢ信号
に予測ＭＢ信号を加算する。これにより、局所復号した
画像信号が得られる。局所復号した画像信号は、動き補
償回路３８の中の画像メモリに記憶されて、次の動き補
償の参照画像として使用される。
【００３８】次に、図１の割当ビット量計算器１４は、
単位時間長の入力画像の符号化難易度ｄに対して、割当
ビット量の参考値ｂを出力する。例えば、従来例で説明
した１パス方式の可変ビットレート符号化方式のように
基準となる動画像シーケンスを所定の平均ビットレート
で可変ビットレート符号化する時の単位時間毎の符号化
難易度と割当ビット量を図１０に示すように関係づけて
おき、この関係に基づいて、符号化難易度計算器１３で
計算された符号化難易度ｄに対して、割当ビット量の参
考値ｂを出力する。図１０に示す関係は、入力動画像の
種類、例えば映画ソースやカメラ撮影のビデオソース、
などによって切替えることが有効である。
【００３９】図１のコントローラ１５は、割当ビット量
計算器１４から入力された割当ビット量の参考値ｂを実
際の割当ビット量ｂx へ変更して出力する。コントロー
ラ１５は、信号記録媒体に記録可能な時間長の動画像シ
ーケンスを符号化した時の発生ビット量の総和が、信号
記録媒体の中で動画像の記録に使用できるビット量以下
になるように実際の割当ビット量ｂx を制御する。
【００４０】コントローラ１５が行なう割当ビット量の
参考値ｂを実際の割当ビット量ｂxへ変更するアルゴリ
ズムの具体例について、図４のフローチャートを参照し
て説明する。
【００４１】図４のステップ１００では、値Ｓ（＝Ｂav
―Ｂgen）の初期値、すなわち入力動画像を一定ビット
レートＲavで符号化する場合の現在までの割当ビット量
の総和Ｂavと現在までの実際の発生符号化ビット量の総
和Ｂgen の差（Ｂav―Ｂgen） の初期値をセットする。
ここで、Ｒavは、 Ｒav ＝ ＢV／ＴSEQ ＢV ：信号記録媒体の中で動画像の記録に使用できる
ビット量 ＴSEQ：信号記録媒体に記録できる動画像シーケンスの
時間長 である。
【００４２】新しい記録媒体に最初から信号を記録する
時はＳ＝０とするか、又は記録媒体の記憶容量に所定の
大きさのマージンをとってある場合は、そのマージン量
をＳの初期値とする。また、その記録媒体を既に使って
いて、その空き領域に信号を記録する時には、前回の信
号記録の時の最後の値Ｓ（又はＳに相当する値）を、そ
の記録媒体に記録しておいて、今回の信号記録に先だっ
て値Ｓをその記録媒体から読み出して、それを値Ｓの初
期値とする。
【００４３】ステップ１０１では、動画像シーケンスの
入力を開始する。次のステップ１０２では、現在の単位
時間長の入力画像の符号化の割当ビット量の参考値ｂ，
すなわち図１の割当ビット量計算器１４が与える値、を
コントローラ１５が読み込む。
【００４４】次に、ステップ１０３では、上記割当ビッ
ト量の参考値ｂと平均割当ビット量ｂavを比較する。値
ｂavは、図１の端子１０から与えられる値であり、 ｂav ＝ ＴGOP×ＢV／ＴSEQ ＢV ：信号記録媒体の中で動画像の記録に使用できる
ビット量 ＴSEQ：信号記録媒体に記録できる動画像シーケンスの
時間長 ＴGOP：単位時間長 で計算される。
【００４５】上記割当ビット量の参考値ｂが平均割当ビ
ット量ｂavよりも大きい場合（ｂ＞ｂav）は、ステップ
１０４へ進む。一方、参考値ｂがｂav以下の場合は、ス
テップ１０７へ進む。
【００４６】ステップ１０４にて、値Ｓが値（ｂ―
ｂav）以上の場合（Ｓ≧ｂ―ｂav）は、ステップ１０５
へ進む。一方、値Ｓが値（ｂ―ｂav）より小さい場合
は、ステップ１０６へ進む。
【００４７】ステップ１０５では、実際の割当ビット量
ｂx 、すなわち図１のコントローラ１５が出力する値を
上記参考値ｂとする（ｂx＝ｂ）。
【００４８】ステップ１０６では実際の割当ビット量ｂ
x をｂavとし（ｂx ＝ｂav）、ステップ１０７では実際
の割当ビット量ｂx をｂとする（ｂx＝ｂ）。
【００４９】これらのステップ１０５、１０６、１０７
の次にはいずれもステップ１０８ぶ進み、このステップ
１０８では、現在の単位時間長の入力画像を図１の動画
像符号化器１８で割当ビット量ｂx になるように符号化
する。この符号化が終了すると動画像符号化器１８で実
際に発生した符号化ビット量ｂgen が出力され、コント
ローラ１５へ入力される。
【００５０】ステップ１０９では、上記値Ｓに値（ｂav
―ｂgen） を加える。すなわち、 Ｓ＝Ｓ＋（ｂav―ｂgen） とする。
【００５１】ステップ１１０では、次の単位時間長の入
力画像の処理に移る。次のステップ１１１では、動画像
シーケンスの入力が終了したか否か、すなわちシーケン
スの終端（End of Sequence） に達したか否かを判別
し、ＹESのとき符号化処理を終了する。そうでない時
は、ステップ１０２へ戻り、再び一連の処理を続ける。
【００５２】図１のコントローラ１５は、例えばこの図
４の手順に従って処理を行うことにより、実際の割当ビ
ット量ｂx を動画像符号化器１８へ指定する。
【００５３】図１の遅延器１６は、前述したように単位
時間長の入力画像Ｓ１のプレフィルタ１６への入力を単
位時間だけ遅延する。なお、符号化難易度計算器１３を
図２のブロック図の構成とした時は、遅延器１６は必ず
しも必要ない。
【００５４】図１のプレフィルタ１７は、コントローラ
１５から出力される処理情報Ｓ５に基づいて、入力画像
Ｓ２を適応的にローパスフィルタ処理して、処理画像Ｓ
３を出力する。コントローラ１５において、上述した図
４のフローチャートのステップ１０６の状態の時、すな
わち単位時間の入力画像の符号化難易度が比較的高く、
割当ビット量の参考値ｂが平均割当ビット量ｂavより大
きいが、実際の割当ビット量ｂx をｂavに抑えてしまう
時、符号化劣化を目立ちにくくするために、プレフィル
タ１７で入力画像をローパスフィルタ処理するように処
理情報Ｓ５を出力する。この時の処理情報Ｓ５の内容
は、値（ｂ―ｂav）が大きいほど、通過帯域が狭いロー
パスフィルタ処理するようにすると良い。コントローラ
１５において、図４のフローチャートのステップ１０５
またはステップ１０７の状態の時は、プレフィルタ１７
は、画像Ｓ２をそのままＳ３として出力する。
【００５５】なお、図１のブロック図の中でプレフィル
タ１７は、必ずしも必要ないが、これを使用することに
より、符号化劣化を目立ちにくくする効果が大きい。
【００５６】図１の動画像符号化器１８は、入力画像Ｓ
３を割当ビット量ｂx になるように符号化する。図５に
動画像符号化器１８の構成例を示すブロック図を示す。
上述の図３の符号化難易度計算器の構成と同じ部分が多
く、同一の構成要素についてはブロック番号を同じにし
ている。図３と異なる部分について以下に説明する。
【００５７】図５の端子５０から割当ビット量ｂｘが入
力され、量子化スケール制御器５１へ入力される。可変
長符号化器３９は、例えばISO/IEC 13818-2(MPEG2 vide
o)のシンタクスに基づいたビットストリームを出力す
る。発生符号量カウンタ５２は、単位時間内に可変長符
号化器３９から出力される符号量をカウントして、その
カウント値Ｓ７を量子化スケール制御器５１へ入力す
る。量子化スケール制御器５１は、単位時間の発生符号
量Ｓ７が割当ビット量ｂx になるように、量子化ステッ
プＳ８を量子化器５３へ出力する。上記ビットストリー
ムは、バッファ５４へ入力され、端子５５から所定のビ
ットレートで読み出される。また、端子５６から単位時
間での発生ビット量ｂgen が出力される。
【００５８】符号化ビットストリームＳ６は、図１の端
子１９から出力される。このビットストリームは、信号
記録媒体に記録されたり、伝送路を介して伝送されるこ
とになる。
【００５９】図６には、信号記録媒体の一例として、光
ディスク８５を用いた例について説明する。この図６に
おいて、端子８０には、上記符号化ビットストリームＳ
６が供給される。ビットストリームＳ６は多重化器８１
へ入力される。多重化器８１は、ビットストリームＳ６
と図示していない他のオーディオ信号等の符号化ビット
ストリームを時分割で多重化し、一つの多重化ビットス
トリームにする。この多重化ビットストリームは、ＥＣ
Ｃエンコーダ８２によってエラーコレクションコードが
付加され、変調回路８３に送られる。この変調回路８３
では、上記ＥＣＣエンコーダ８２の出力に対して、所定
の変調処理、例えば８―１４変調等の処理を施す。この
変調回路８３の出力は記録ヘッド８４に送られ、この記
録ヘッドにて信号が光ディスク８５に記録される。
【００６０】なお、図６の例では、信号記録媒体として
光ディスクを例に挙げたが、磁気テープ等のテープ状記
録媒体や、ハードディスクやフレキシブルディスク等の
磁気ディスク媒体、ＩＣカードや各種メモリ素子等の半
導体記憶媒体等の信号記録媒体に対して、本発明装置に
て符号化した信号を記録することも可能である。また、
光ディスクとしては、ピットによる記録がなされるディ
スクや、光磁気ディスクの他に、相変化型光ディスクや
有機色素型光ディスク、紫外線レーザ光により記録がな
される光ディスク、多層記録膜を有する光ディスク等の
各種のディスクを用いることができる。
【００６１】また、本発明は、上述した実施の形態のみ
に限定されるものではなく、例えば取り扱うディジタル
信号は動画像信号に限定されず、オーディオ信号等にも
適用できる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範囲に
おいて、種々の変更が可能であることは勿論である。
【００６２】
【発明の効果】本発明によれば、入力信号が属する種類
の一般の入力信号により予め標準化された単位時間毎の
符号化難易度と割当符号量とを関係づけ、入力信号の単
位時間毎の符号化難易度を求め、この入力信号の単位時
間毎の符号化難易度に対して上記関係づけられた上記単
位時間毎の割当符号量の参考値を求め、上記割当符号量
の参考値を実際の割当符号量へ変更して、上記実際の割
当符号量に基づいて上記単位時間毎に入力信号を符号化
して符号化データを生成しているため、信号の入力に応
じて、リアルタイムで信号の複雑さに応じた最適な割当
符号量で符号化が行なえる。
【００６３】上記割当符号量の参考値を実際の割当符号
量へ変更する一例は、記録媒体に記録可能な時間長の信
号を符号化した時の発生ビット量の総和が、記録媒体へ
の信号記録に使用できるビット量以下になるように、実
際の割当ビット量を制御することが挙げられ、これによ
って所定の時間長の信号を一定の記憶容量の記録媒体に
収録できることを保証できる。
【００６４】これは例えば、単位時間毎の入力信号を一
定の割当ビット量ｂavで符号化する場合の現在までの割
当ビット量の総和Ｂavと現在までの実際の発生符号化ビ
ット量の総和Ｂgen を比較して、値（Ｂav―Ｂgen） が
正の時に、ｂav以上の割当ビット量を与えることを許可
することが挙げられる。ここでｂavは、 ｂav ＝ ＴGOP×ＢV／ＴSEQ ＢV ：信号記録媒体の中で動画像の記録に使用できる
ビット量 ＴSEQ：信号記録媒体に記録できる動画像シーケンスの
時間長 ＴGOP：単位時間長 で与えられるものある。これによって所定の時間長の信
号を一定の記憶容量の記録媒体に収録できることを保証
できる。
【００６５】上記割当符号量の参考値を実際の割当符号
量へ変更する時の情報に基づいて、入力信号にプレフィ
ルタ処理を施し、その処理信号を符号化することによ
り、信号の符号化劣化を目だ立たなくすることができ
る。具体的には、上記実際の割当符号量を割当符号量の
参考値よりも小さく抑える場合に、入力画像にローパス
フィルタ処理をすることにより、画像の符号化劣化を目
だ立たなくすることができる。
【００６６】信号の符号化と記録媒体への符号化信号の
記録を何度かに分けて行なう時は、上記値（Ｂav―Ｂ
gen） 又はこれに相当する値、を記録媒体に記録してお
き、次に、その記録媒体の空き領域に信号を記録する
時、信号記録に先だって、上記値（Ｂav―Ｂgen） 又は
これに相当する値、をその記録媒体から読み出して、こ
の値に基づいて単位時間毎の入力信号の割当ビット量を
計算するので、記録媒体の記憶容量を有効に使うことが
できる。
【００６７】また、上記入力信号が動画像信号の場合
に、上記符号化難易度を入力画像の所定時間毎の画像特
性情報に基づいて求めて、この画像特性情報により人間
の視覚特性が反映された割当符号量で符号化を行なうこ
とにより、効率の良い動画像符号化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態となる動画像符号化方法を
適用した動画像符号化装置の構成例を示すブロック図で
ある。
【図２】図１の符号化難易度計算器１３の第１の構成例
のブロック図である。
【図３】図１の符号化難易度計算器１３の第２の構成例
のブロック図である。
【図４】図１の割当ビット量計算器１４から入力された
割当ビット量の参考値ｂを実際の割当ビット量ｂｘへ変
更するアルゴリズムを示すフローチャートである。
【図５】図１の動画像符号化器１８の構成例のブロック
図である。
【図６】信号記録媒体の一例として光ディスクに符号化
ビットストリームを記録するための構成を示すブロック
図である。
【図７】従来の２パス方式または１パス方式の可変ビッ
トレート符号化方法を適用した動画像符号化装置の構成
例を示すブロック図である。
【図８】従来の２パス方式の可変ビットレート符号化処
理を説明するためのフローチャートである。
【図９】従来の１パス方式の可変ビットレート符号化処
理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】基準となる動画像シーケンス内で単位時間長
の画像の符号化難易度ｄの出現確率ｈ（ｄ）と符号化難
易度ｄに対して、所定の平均ビットレートの時の割当符
号量ｂを示す関数ｂ(ｄ)を示す図である。
【符号の説明】
１２ 動きベクトル計算器、 １３ 符号化難易度計算
器、 １４ 割当ビット量計算器、 １５ コントロー
ラ、 １７ プレフィルタ、 １８ 動画像符号化器、
２６，４１ 画像情報計算器、 ２７，４２ 計算器

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力信号の単位時間毎の符号化難易度を
    求める工程と、 上記入力信号が属する種類の一般の入力信号により予め
    標準化された単位時間毎の符号化難易度と割当符号量と
    を関係づけ、上記入力信号の単位時間毎の符号化難易度
    に対して上記関係づけられた上記単位時間毎の割当符号
    量の参考値を求める工程と、 上記割当符号量の参考値を実際の割当符号量へ変更する
    工程と、 上記実際の割当符号量に基づいて上記単位時間毎に入力
    信号を符号化して符号化データを生成する工程とを有す
    ることを特徴とする信号符号化方法。
  2. 【請求項２】 上記割当符号量の参考値を実際の割当符
    号量へ変更する工程は、記録媒体に記録可能な時間長の
    信号を符号化した時の発生ビット量の総和が、記録媒体
    への信号記録に使用できるビット量以下になるように、
    実際の割当ビット量を制御することを特徴とする請求項
    １記載の信号符号化方法。
  3. 【請求項３】 上記割当符号量の参考値を実際の割当符
    号量へ変更する工程は、単位時間毎の入力信号を一定の
    割当ビット量ｂavで符号化するときの現在までの割当ビ
    ット量の総和Ｂavと現在までの実際の発生符号化ビット
    量の総和Ｂgenを比較して、値（Ｂav―Ｂgen） が正の
    時に、 ｂav ＝ ＴGOP×ＢV／ＴSEQ ＢV ：信号記録媒体の中で動画像の記録に使用できる
    ビット量 ＴSEQ：信号記録媒体に記録できる動画像シーケンスの
    時間長 ＴGOP：単位時間長 で与えられるｂav以上の割当ビット量を与えることを許
    可することを特徴とする請求項１記載の信号符号化方
    法。
  4. 【請求項４】 信号の符号化と記録媒体への符号化信号
    の記録を何度かに分けて行なう際に、上記値（Ｂav―Ｂ
    gen） 又はこれに相当する値を記録媒体に記録してお
    き、次にその記録媒体の空き領域に信号を記録する時
    に、信号記録に先立ち、上記値（Ｂav―Ｂgen） 又はこ
    れに相当する値をその記録媒体から読み出して、この値
    に基づいて単位時間毎の入力信号の割当ビット量を計算
    することを特徴とする請求項３記載の信号符号化方法。
  5. 【請求項５】 上記割当符号量の参考値を実際の割当符
    号量へ変更する時の情報に基づいて、入力信号にプレフ
    ィルタ処理を施し、その処理信号を符号化することを特
    徴とする請求項１記載の信号符号化方法。
  6. 【請求項６】 上記プレフィルタ処理は、上記実際の割
    当符号量を割当符号量の参考値よりも小さく抑えるとき
    に、入力画像にローパスフィルタ処理をすることを特徴
    とする請求項５記載の信号符号化方法。
  7. 【請求項７】 上記入力信号が動画像信号のとき、上記
    符号化難易度を入力画像の所定時間毎の画像特性情報に
    基づいて求め、この画像特性情報により人間の視覚特性
    が反映された割当符号量で符号化を行なうことを特徴と
    する請求項１記載の信号符号化方法。
  8. 【請求項８】 入力信号の単位時間毎の符号化難易度を
    求める符号化難易度計算手段と、 この入力信号が属する種類の一般の入力信号により予め
    標準化された単位時間毎の符号化難易度と割当符号量と
    を関係づけ、入力信号の単位時間毎の符号化難易度に対
    して上記関係づけられた上記単位時間毎の割当符号量の
    参考値を求める割当符号量参考値計算手段と、上記割当
    符号量の参考値を実際の割当符号量へ変更する手段と、 上記実際の割当符号量に基づいて上記単位時間毎に入力
    信号を符号化して符号化データを生成する符号化手段と
    を有することを特徴とする信号符号化装置。
  9. 【請求項９】 上記割当符号量の参考値を実際の割当符
    号量へ変更する手段は、記録媒体に記録可能な時間長の
    信号を符号化した時の発生ビット量の総和が、記録媒体
    への信号記録に使用できるビット量以下になるように、
    実際の割当ビット量を制御することを特徴とする請求項
    ８記載の信号符号化装置。
  10. 【請求項１０】 上記割当符号量の参考値を実際の割当
    符号量へ変更する手段は、単位時間毎の入力信号を一定
    の割当ビット量ｂavで符号化するときの現在までの割当
    ビット量の総和Ｂavと現在までの実際の発生符号化ビッ
    ト量の総和Ｂgen を比較して、値（Ｂav―Ｂgen） が正
    の時に、 ｂav ＝ ＴGOP×ＢV／ＴSEQ ＢV ：信号記録媒体の中で動画像の記録に使用できる
    ビット量 ＴSEQ：信号記録媒体に記録できる動画像シーケンスの
    時間長 ＴGOP：単位時間長 で与えられるｂav以上の割当ビット量を与えることを許
    可することを特徴とする請求項８記載の信号符号化装
    置。
  11. 【請求項１１】 上記入力信号にプレフィルタ処理を施
    すフィルタ手段を有し、このフィルタ手段は、上記実際
    の割当符号量を割当符号量の参考値よりも小さく抑える
    ときに、入力画像にローパスフィルタ処理をすることを
    特徴とする請求項９記載の信号符号化装置。
  12. 【請求項１２】 符号化された信号が記録される信号記
    録媒体において、 上記符号化された信号は、 入力信号の単位時間毎の符号化難易度が求められ、 上記入力信号が属する種類の一般の入力信号により予め
    標準化された単位時間毎の符号化難易度と割当符号量と
    を関係づけ、上記入力信号の単位時間毎の符号化難易度
    に対して上記関係づけられた上記単位時間毎の割当符号
    量の参考値が求められ、 上記割当符号量の参考値が実際の割当符号量に変更さ
    れ、 上記実際の割当符号量に基づいて上記単位時間毎に入力
    信号を符号化して得られたものであることを特徴とする
    信号記録媒体。
  13. 【請求項１３】 上記割当符号量の参考値を実際の割当
    符号量への変更は、単位時間毎の入力信号を一定の割当
    ビット量ｂavで符号化するときの現在までの割当ビット
    量の総和Ｂavと現在までの実際の発生符号化ビット量の
    総和Ｂgen を比較して、値（Ｂav―Ｂgen） が正の時
    に、 ｂav ＝ ＴGOP×ＢV／ＴSEQ ＢV ：信号記録媒体の中で動画像の記録に使用できる
    ビット量 ＴSEQ：信号記録媒体に記録できる動画像シーケンスの
    時間長 ＴGOP：単位時間長 で与えられるｂav以上の割当ビット量を与えることを許
    可することにより行われることを特徴とする請求項１２
    記載の信号記録媒体。
  14. 【請求項１４】 信号の符号化と信号記録媒体への符号
    化信号の記録を何度かに分けて行なう際に、上記値（Ｂ
    av―Ｂgen） 又はこれに相当する値を上記信号記録媒体
    に記録しておき、次にその記録媒体の空き領域に信号を
    記録する時に、信号記録に先立ち、上記値（Ｂav―Ｂ
    gen） 又はこれに相当する値をその記録媒体から読み出
    して、この値に基づいて単位時間毎の入力信号の割当ビ
    ット量を計算することを特徴とする請求項１３記載の信
    号記録媒体。
  15. 【請求項１５】 入力信号の単位時間毎の符号化難易度
    を求める工程と、 上記入力信号が属する種類の一般の入力信号により予め
    標準化された単位時間毎の符号化難易度と割当符号量と
    を関係づけ、上記入力信号の単位時間毎の符号化難易度
    に対して上記関係づけられた上記単位時間毎の割当符号
    量の参考値を求める工程と、 上記割当符号量の参考値を実際の割当符号量へ変更する
    工程と、 上記実際の割当符号量に基づいて上記単位時間毎に入力
    信号を符号化して符号化データを生成する工程と、 生成された符号化データを伝送する工程とを有すること
    を特徴とする信号伝送方法。
  16. 【請求項１６】 上記割当符号量の参考値を実際の割当
    符号量へ変更する時の情報に基づいて、入力信号にプレ
    フィルタ処理を施し、その処理信号を符号化することを
    特徴とする請求項１５記載の信号伝送方法。
  17. 【請求項１７】 上記プレフィルタ処理は、上記実際の
    割当符号量を割当符号量の参考値よりも小さく抑えると
    きに、入力画像にローパスフィルタ処理をすることを特
    徴とする請求項１６記載の信号伝送方法。
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