WO2000001158A1 - Encoder and encoding method - Google Patents

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WO2000001158A1
WO2000001158A1 PCT/JP1999/003477 JP9903477W WO0001158A1 WO 2000001158 A1 WO2000001158 A1 WO 2000001158A1 JP 9903477 W JP9903477 W JP 9903477W WO 0001158 A1 WO0001158 A1 WO 0001158A1
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Yoshihiro Murakami
Shigeto Funado
Osamu Matsunaga
Shigeo Fujishiro
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Sony Corp
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Definitions

  • the present invention relates to an encoding apparatus and an encoding method, and is suitably applied to, for example, a case where a video signal is encoded based on a format of MPEG (Movin Picture Experts Group). Background technology
  • MPEG Movin Picture Experts Group
  • a desired bit is switched by switching a quantization step size according to a generated code amount, or by switching a frequency characteristic of a pre-fill.
  • Video signals are compressed and encoded at a rate.
  • reference numeral 1 denotes a conventional encoding device as a whole, and a digital video signal DV having a predetermined format is input to a prefill 2.
  • the prefill unit 2 limits the band of the digital video signal DV in accordance with the band control signal supplied from the rate control circuit 3, and then sends out the band to the pixel number conversion circuit 4.
  • the pixel number conversion circuit 4 thins out the band-limited digital video signal DV at a predetermined pixel number interval, thereby reducing the number of pixels of the digital video signal DV to a predetermined fixed pixel number. And sends it to the preprocessing circuit 5 of the encoding unit 19.
  • the pre-processing circuit 5 converts the number of pixels of each frame image of the digital video signal DV, which is sequentially input in the order of the last scan, into I (Intra) pictures according to a preset sequence.
  • the frame images are rearranged in the encoding order according to the image type, and the frame image is further divided into 16 pixels X 16 lines.
  • the image signal is divided into macroblocks composed of a luminance signal of each pixel and a color difference signal corresponding to the luminance signal, and is sequentially transmitted to the subtracter 6 in the order of block scan as an image data in macroblock units.
  • the subtractor 6 receives the supply of the image data in units of macroblocks from the preprocessing circuit 5 and the supply of the prediction image data from the motion compensation circuit 7, and the image data of the macroblock is an I picture.
  • the image data is directly sent to a DCT (discrete cosine trans- form: discrete cosine transform) circuit 8, and if the image data is a P-picture B picture, The difference between the image data and the predicted image data is sent to the DCT circuit 8.
  • DCT discrete cosine trans- form: discrete cosine transform
  • the DCT circuit 8 performs a discrete cosine conversion process on the image data or the difference data supplied from the subtracter 6, and sends the resulting coefficient data to the quantization circuit 9.
  • the quantization circuit 9 performs a quantization process on the coefficient data output from the DCT circuit 8 in accordance with the quantization step size of the quantization table set in the rate control circuit 3, and converts this to a variable length code.
  • the variable length coding circuit 10 performs variable length coding processing on the output data from the quantization circuit 9 and sends the result to the buffer 11 as the coded data.
  • the buffer 11 temporarily stores the encoded data and then outputs the data at a constant data transfer rate.
  • the buffer 11 stores the motion vector detected and encoded by the motion vector detection circuit 16, the quantization table in the quantization circuit 9, and the image specified by the preprocessing circuit 5.
  • the coded data is output in a predetermined format together with the data of the Victor type.
  • the output data of the software 11 is used as a video stream, for example, in a subsequent multiplexing device (not shown). ).
  • the inverse quantization circuit 12 subjects the output data from the quantization circuit 9 to inverse quantization processing, thereby restoring the coefficient data that was input to the quantization circuit 9, and converting this to an inverse DCT circuit. 1 Send to 3.
  • the inverse DCT circuit 13 restores the image data that was input to the DCT circuit 8 by performing an inverse discrete cosine conversion process on the output data from the inverse quantization circuit 12, and It is sent to the adder circuit 14.
  • the adder circuit 14 stores the image data output from the inverse DCT circuit 13 as it is in the I-picture in the frame memory 15 as it is. Hold as.
  • the addition circuit 14 adds the image data output from the inverse DCT circuit 13 and the predicted image data output from the motion compensation circuit 7 to the subtractor 6 for the P picture.
  • the image data at the time of the reproduction is reproduced, and the reproduced image data is stored in the frame memory 15.
  • the motion vector detection circuit 16 detects the motion vector of the image data supplied from the preprocessing circuit 5 for each P-picture and B-picture macroblock based on, for example, a block matching method.
  • the motion compensation circuit 7 reads out the image data from the frame memory 15 at a time corresponding to the motion vector detected by the motion vector detection circuit 16, and converts the read image data into a predicted image. Output to subtracter 6 as overnight.
  • the rate control circuit 3 constantly monitors the empty area of the buffer 11, controls the frequency characteristic of the pre-filter 2 according to the empty area, and checks the quantization table in the quantization circuit 9. It is rewritten to control the quantization step size. Further, the encoding unit control circuit 18 sets the motion vector detection range in the motion vector detection circuit 16 and controls the operation timing of the entire encoding unit 19 indicated by a broken line. Has been made.
  • the digital video signal DV having abrupt movement is encoded by increasing the band limiting amount of the pre-filter 2 and increasing the quantization step size of the quantization circuit 9.
  • the amount of code generated when the encoding process is performed is reduced to almost the same amount of code as when encoding the digital video signal DV with little motion, but the quantization is increased by increasing the quantization step size.
  • the image quality is significantly degraded due to the coarseness of the image. Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above points, and proposes an encoding device and an encoding method that can significantly improve the image quality when encoding a video signal with abrupt motion compared to the conventional art. Is what you do.
  • difference data obtained by motion compensation is orthogonally transformed to generate a coefficient data
  • the coefficient A signal processing circuit in an encoding device that generates encoded data by quantizing data and that switches a quantization step size when quantizing according to the amount of data generated in the encoded data.
  • a coefficient data detecting means for detecting the amount of data, and a pixel number converting means for converting the number of pixels of the video signal based on the code amount of the motion vector and the code amount of the coefficient data are provided.
  • differential data obtained by performing motion compensation is subjected to orthogonal transform to generate coefficient data, and the coefficient data is quantized.
  • the signal processing is performed by using a video signal.
  • the motion vector of the motion vector is detected, the code amount of the motion vector is detected based on the detected motion vector, the code amount of the coefficient data is detected, and the code amount of the motion vector is detected.
  • the number of pixels of the video signal is converted based on the code amount of the coefficient data.
  • the code amount and coefficient data of the motion vector are reduced.
  • the number of pixels can be reduced after accurately judging that the motion of the video signal is intense based on the code amount of the night, and as a result, the generated code amount decreases for the video signal with the reduced number of pixels.
  • the quantization step size can be switched gently to prevent image quality deterioration, and thus the code that can significantly improve the image quality when encoding a video signal with a lot of motion compared to the past. It is possible to realize an encoding device and an encoding method.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an encoding device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a conventional encoding device.
  • FIG. 1 shows a coding apparatus according to an embodiment of the present invention, in which a digital video signal DV having a predetermined format is input to a prefill 2.
  • the pre-filter 2 limits the band of the digital video signal DV in accordance with the band control signal supplied from the rate control circuit 3 and then sends the signal to the pre-processing circuit 5.
  • the pre-processing circuit 5 performs an I (Intra) picture, P (P redictive) After specifying the image type to be processed among the three types of images, a picture or B (Bidirectio nally Plective), in the order of encoding the frame images according to the image type Rearrange and further divide the frame image into macroblocks composed of a 16-pixel x 16-line luminance signal and a color difference signal corresponding to the luminance signal, and define this as a macroblock-based image data.
  • the motion vector detection circuit 21 as a motion vector detection means in the signal processing circuit 30 and the system delay 26 in the encoding unit 29 in the order of the proxy scan Sending to.
  • the motion vector detection circuit 21 sequentially detects the motion vector of each macro block based on the luminance signal in the image data supplied from the preprocessing circuit 5 by applying the block matching method. This is sent to the code generation amount detection circuit 23 and the delay circuit 22. At the same time, the motion vector detection circuit 21 integrates the difference data used for detecting the motion vector, that is, the absolute value of the prediction error, on a frame-by-frame basis, and calculates the integrated value of the motion vector code amount detecting means and the coefficient. It is sent to a code generation amount detection circuit 23 as a temporary code amount detection means.
  • the code generation amount detection circuit 23 calculates and predicts the code amount of the motion vector output from the buffer 11 based on the motion vector detected by the motion vector detection circuit 21 in frame units, Based on the integrated value of the prediction error detected by the motion vector detection circuit 21, the DCT circuit 8 —Calculate and predict the amount of code for the coefficient data generated in the tocosine conversion process.
  • the code generation amount detection circuit 23 integrates the addition result obtained by adding the code amount of the motion vector in frame units and the code amount of the coefficient data in GOP (Group of Pictures), and The result of the integration in G0P units is sent to the pixel number conversion determination circuit 24.
  • the pixel number conversion determination circuit 24 compares the integration result in G0P units calculated by the code generation amount detection circuit 23 with a predetermined threshold, and converts the comparison result as a pixel number switching signal SL to convert the pixel number. It is sent to the circuit 25 and the encoder control circuit 28.
  • the system delay 26 temporarily stores the image data supplied from the pre-processing circuit 5, and transfers the stored image data from the pixel number conversion determination circuit 24 to the pixel number conversion circuit 25.
  • the number switching signal SL is sent to the pixel number conversion circuit 25 at the input timing.
  • the pixel number conversion circuit 25 as a pixel number conversion means is constituted by a rate conversion filter that switches characteristics according to a pixel number switching signal SL, and the integration result in GOP units calculated by the code generation amount detection circuit 23. Is larger than a predetermined threshold value (that is, when the amount of generated code is relatively larger in G0P with more rapid motion than in other G0Ps), based on the pixel number switching signal SL. The number of pixels in the image data at 0 P is reduced by thinning out at predetermined intervals, and this is output to the subtractor 6.
  • the pixel number conversion circuit 25 is used when the integration result in GOP units calculated by the code generation amount detection circuit 23 is smaller than a predetermined threshold (that is, when G0P having a strong motion is When the generated code amount is relatively smaller than P), the pixel number of the image data is directly output to the subtracter 6 without thinning out based on the pixel number switching signal SL.
  • the pixel number conversion circuit 25 reconstructs the macro block in accordance with the reduced number of pixels, and The image data is output in units of crop lock. Accordingly, the encoding device 20 can reduce the number of macroblocks by the amount of the number of pixels in the image data, so that the number of motion vectors used for transmission can also be reduced. . When the number of pixels is reduced, the pixel number conversion circuit 25 limits the band by the reduced amount, thereby preventing generation of noise.
  • the delay circuit 22 temporarily holds the motion vectors sequentially detected by the motion vector detection circuit 21, and performs processing related to the code generation amount detection circuit 23 and the pixel number determination circuit 24. After being delayed by the time, the motion vector is sent to the motion vector calculation circuit 27 as motion vector calculation means.
  • the motion vector calculation circuit 27 receives the motion vectors sequentially supplied from the delay circuit 22 and performs motion compensation of the image data when the number of pixels is converted using the motion vectors. Generates new motion vectors required for That is, the motion vector calculation circuit 27 operates in conjunction with the pixel number conversion circuit 25 based on the pixel number switching signal SL supplied from the encoding unit control circuit 28, and If the number of pixels has not been reduced at all in, the motion vector supplied from the delay circuit 22 is sent to the motion compensation circuit 7 as it is.
  • the motion vector calculation circuit 27 calculates the motion vector corresponding to the macro block reconstructed according to the reduced number of pixels.
  • the motion vector is selectively obtained from the delay circuit 22, the obtained motion vector is corrected by the reduced number of pixels, and this is sent to the motion compensation circuit 7 as a new motion vector.
  • the motion vector calculation circuit 27 converts the number of pixels in the horizontal direction from the value r to the value s (r> s) in the pixel number conversion circuit 25, the following equation is obtained.
  • VH horizontal motion vector at pixel number r xs / r (1) Calculates a new motion vector VH corrected in the horizontal direction by the arithmetic processing of.
  • the motion vector calculation circuit 27 When the number of pixels in the vertical direction is converted from the value t to the value u (t> u) by the pixel number conversion circuit 25, the motion vector calculation circuit 27
  • V V vertical motion vector at pixel number t X u / t (2)
  • a new motion vector V V corrected in the vertical direction by the processing of (2) is calculated.
  • the motion compensation circuit 7 reads out the image data from the frame memory 15 at a timing according to the motion vector supplied from the motion vector calculation circuit 27 or a new motion vector, and reads out the image data.
  • the output image data is output to the subtractor 6 as predicted image data.
  • the subtracter 6 receives the supply of the image data with the reduced number of pixels or the image data with the reduced number of pixels from the pixel number conversion circuit 25, and receives the supply of the predicted image data from the motion compensation circuit 7, and If the image data is an I-picture, the image data is directly sent to a DCT (Discrete Cosine Transform) circuit 8, and the image data is a P-picture or a B-picture. In this case, the difference data between the image data and the predicted image data is sent to the DCT circuit 8.
  • DCT Discrete Cosine Transform
  • the DCT circuit 8 performs a discrete cosine conversion process on the image data or the difference data supplied from the subtractor 6, and sends the resulting coefficient data to the quantization circuit 9.
  • the quantization circuit 9 performs a quantization process on the coefficient data output from the DCT circuit 8 according to the quantization step size of the quantization table set by the rate control circuit 3, To the variable length encoding circuit 10 and the inverse quantization circuit 12.
  • variable-length encoding circuit 10 performs variable-length encoding processing on the output data from the quantization circuit 9 and sends this to the buffer 11 as encoded data.
  • the buffer 11 temporarily stores encoded data and then outputs the data at a fixed data transfer rate.
  • the buffer 11 stores the motion vector detected or encoded by the motion vector calculation circuit 27 or a new motion vector, the quantization table in the quantization circuit 9, the preprocessing circuit 5
  • the coded data is output in a predetermined format together with the picture type picture of the picture data designated by the user.
  • the output data of the buffer 11 is output as a video stream to, for example, a subsequent multiplexing device (not shown).
  • the inverse quantization circuit 12 restores the coefficient data at the time of input to the quantization circuit 9 by performing an inverse quantization process on the output data from the quantization circuit 9, and Send to DCT circuit 13
  • the inverse DCT circuit 13 restores the image data when it was input to the DCT circuit 8 by performing an inverse discrete cosine conversion process on the output data from the inverse quantization circuit 12, This is sent to the adder circuit 14.
  • the adder circuit 14 stores the image data output by the inverse DCT circuit 13 as it is in the I-picture in the frame memory 15 as it is. The image is kept as overnight.
  • the adder circuit 14 adds the image data output by the inverse DCT circuit 13 and the predicted image data output by the motion compensation circuit 7 in the P-picture to the input to the subtractor 6. The image data at the time of the reproduction is reproduced, and the reproduced image data is stored in the frame memory 15.
  • the rate control circuit 3 constantly monitors the empty area of the buffer 11 and controls the frequency characteristic of the pre-filter 2 according to the empty area.
  • the quantization table in the quantization circuit 9 is rewritten to control the quantization step size.
  • the encoding unit control circuit 28 controls the operation timing of the entire encoding unit 19 indicated by the broken line, and sets the motion vector detection range in the motion vector calculation circuit 27 and The new motion vector calculated by the motion vector calculation circuit 27 based on the macroblock reconstructed by the pixel number conversion circuit 25 is encoded, and the encoded new motion vector is encoded.
  • the vector is interposed in the encoded data output from the variable-length encoding circuit 10, and processing for inserting a control code and the like is performed.
  • the encoding device 20 first specifies which of the three types of pictures to process each input frame image of the input digital video signal DV, and then converts the frame image into an image.
  • the images are rearranged in the order of encoding according to the type, and are sent to the motion vector detection circuit 21 in the order of block scan as image data in units of macroblocks, and are transmitted by the motion vector detection circuit 21.
  • a motion vector is detected for each macro block, and a prediction error used in detecting the motion vector is converted into an absolute value to obtain an integrated value in frame units.
  • the encoding device 20 predicts the code amount of the motion vector output from the buffer 11 by the code generation amount detection circuit 23 in frame units, and also calculates the integrated value of the absolute value of the prediction error in frame units.
  • the code amount of the coefficient data generated in the discrete cosine conversion processing is predicted based on this, and the addition result of the code amount of the coefficient data and the code amount of the motion vector is integrated in G0P units. Then, the integration result is sent to the pixel number conversion determination circuit 24.
  • the encoding device 20 compares the result of the GOP unit calculation with a predetermined threshold value in the pixel number conversion determination circuit 24.
  • the pixel number conversion determination circuit 24 sets the code amount when the image data of each macro block is encoded and transmitted at the fixed quantization step size in the quantization circuit 9 to the set threshold value.
  • the integration result in G0P units will be larger than the threshold value Therefore, a pixel number switching signal SL meaning an instruction to reduce the number of pixels is generated and output to the pixel number conversion circuit 25.
  • the pixel number conversion determination circuit 24 has a code amount corresponding to the set threshold when the image data of each macroblock is encoded and transmitted at the fixed quantization step size in the quantization circuit 9. If it is predicted that the number of pixels will be smaller than the threshold, the integration result in GOP units becomes smaller than the threshold value, so that a pixel number switching signal SL indicating an instruction not to convert the number of pixels is generated. Output to 5.
  • the encoding device 20 outputs the pixel number switching signal SL , The number of pixels in the image data is thinned out at predetermined intervals and reduced.
  • the image data thus converted into a picture number is an I picture, it is input to the DCT circuit 8 via the subtractor 6, and the DCT circuit 8 performs coefficient conversion by orthogonal transform based on discrete cosine transform.
  • the data is converted to data, and the coefficient data is quantized by the quantization circuit 9.
  • the output data from the quantization circuit 9 is subjected to a variable-length encoding process by the variable-length encoding circuit 10, and the encoded data obtained as a result is stored in the buffer 11.
  • the output data from the quantization circuit 9 is stored in the frame memory 15 as a reference image of a subsequent frame after being locally restored by the inverse quantization circuit 12 and the inverse DCT circuit 13. .
  • the subtracter 6 generates a difference between the image data and the predicted image data, and The difference data is processed in the same manner as the image data in the I-picture, and the encoded data is generated and stored in the buffer 11. .
  • the output data from the quantization circuit 9 is stored in the frame memory 15 as a reference image of a subsequent frame after the output data from the quantization circuit 9 is locally restored similarly to the I picture in these series of processes.
  • the encoder 20 calculates the motion vector detected by the motion vector detector 21 through the delay circuit 22. Supply circuit 27.
  • the motion vector calculation circuit 27 reduces the number of pixels by correcting the motion vector sequentially supplied from the delay circuit 22 by the number of pixels reduced by the pixel number conversion circuit 25. Then, a new motion vector necessary for motion compensation of the image data of the reconstructed macroblock is generated.
  • the encoding apparatus 20 illustrates a motion vector used for calculating the code amount output from the buffer 11 and a new motion vector required for motion compensation when the number of pixels is reduced. It can be detected with a simple configuration such as 1. Normally, the motion vector detection circuit of this type has a complicated structure, and when an encoding device is integrated, the motion vector detection circuit occupies most of the substrate area. By using the motion vector detected by the motion vector detection circuit 21 to generate a new motion vector necessary for motion compensation as in the encoder 20 Therefore, the entire configuration can be simplified.
  • the new motion vector required for motion compensation generated by the motion vector calculation circuit 27 in this way is supplied to the motion compensation circuit 7 to generate predicted image data of a predicted frame, and perform variable-length coding. After being processed, it is stored in the buffer 11 together with the encoded data of the corresponding macro block.
  • the encoding device 20 performs the encoding process by reducing the number of pixels for the image data of a GOP having a large movement such that the generated code amount increases in the quantization process of the fixed quantization step size. As a result, the generated code amount can be reduced.
  • the encoder 20 can reduce the number of macroblocks by the reduced number of pixels, so the motion vector used for transmission can be reduced.
  • the number of files can also be reduced, thereby reducing the amount of codes to be provided for transmission.
  • the encoding device 20 outputs the encoded data stored in the buffer 11 at a fixed data transfer rate, and outputs the encoded data at a fixed data transfer rate.
  • the band limit of the prefilter 2 and the quantization step size of the quantization circuit 9 are controlled.
  • the encoding apparatus 20 performs processing to reduce the number of pixels by reducing the number of pixels before performing the encoding processing on the image data of the GOP having a sharp motion, thereby reducing the number of pixels.
  • the switching between the band limit and the quantization step size can be performed much more slowly than in the past.
  • the conventional encoding device 1 when the data stored in the buffer 11 is compared with the conventional encoding device 1, the conventional encoding device 1 causes the coefficient data to be generated even in a frame image having a fast motion or a frame image having a slow motion. While the encoding process is performed so that the code amount becomes a constant value, the encoding device 20 according to the present embodiment reduces the number of pixels for a frame image with rapid movement to reduce the generated code amount. This makes it possible to switch the band limiting amount and the quantization step size much more slowly than in the past, and thus to reduce the amount of generated code for the coefficient data of a rapidly moving frame image. Encoding processing can be performed so as to increase compared to the case of the apparatus 1.
  • the number of motion vectors is reduced because the number of reconstructed macroblocks is reduced due to the reduction in the number of pixels, and as a result, the generated code amount of the reduced motion vector Can be assigned to the coefficient data, so that the overall image quality of the frame unit in G0P where the movement is sharp can be remarkably improved as compared with the related art.
  • a method of integrating the absolute value of the difference between frames in frame units and switching the number of pixels based on the integrated value is conceivable. It is possible to determine whether or not the current frame has moved with respect to the frame, but strictly speaking, what effect this movement has on the code amount of the motion vector and the code amount of the coefficient data at the time of encoding. It cannot be determined whether or not it will be given. That is, even if it is determined that the motion amount is small, the generated code amount of the motion vector may actually increase or vice versa.
  • the code amount of the motion vector and the code amount of the coefficient data are directly calculated, and the code amount of the motion vector and the code amount of the coefficient data are calculated.
  • the encoding device 20 detects the code amount of the motion vector and the code amount of the coefficient data by the orthogonal transform, and determines the code amount of the motion vector and the code amount of the coefficient data. After the number of pixels in the image data is reduced based on the threshold value, the bandwidth is limited and the quantization step size is gently switched to perform the encoding process. It is possible to significantly improve the image quality when encoding processing is performed on.
  • the encoding apparatus 20 can reduce the number of motion vectors by reducing the number of macroblocks when reconstructing by reducing the number of pixels, and as a result, the reduced motion vector. Since the generated code amount of the torque can be allocated to the coefficient data overnight, the overall image quality of the frame unit in G0P where the movement is sharp can be remarkably improved.
  • the present invention is not limited to this, and may be switched to various other numbers of pixels other than the value s and the value u.
  • the code amount of the motion vector and the coefficient The case where the number of pixels is switched when the addition result with the evening code amount exceeds the threshold has been described.
  • the present invention is not limited to this, and the ratio of the code amount of the motion vector to the code amount of the coefficient data is described. The number of pixels may be switched on the basis of.
  • the addition result of the code amount of the motion vector and the code amount of the coefficient data is integrated in G 0 P units, and G 0 P is calculated based on the integration result in the G 0 P unit.
  • the case where the number of pixels is switched in units of P has been described.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is based on the result of adding the code amount of the motion vector and the code amount of the coefficient data in frame units.
  • the number of pixels may be switched in GOP units based on various units as needed, such as switching the number of pixels in GOP units.
  • a case has been described in which the code amount of the coefficient data is detected by performing prediction using a prediction error.
  • the present invention is not limited to this, and the present invention is not limited thereto. It is also possible to generate the coefficient data, detect the code amount with a fixed quantization step size, and switch the number of pixels according to the detected code amount.
  • the present invention is applied to the encoding device 20 that performs the encoding process based on the MPEG format.
  • the present invention is not limited to this.
  • the present invention can be widely applied to various encoding devices that perform a Haar transform of a prediction error due to a motion vector, for example, as an orthogonal transform, and then quantize and transmit.
  • the encoding device and the encoding method of the present invention are applied to various other encoding devices that quantize and transmit a prediction error caused by detection of a motion vector after transforming the prediction error into orthogonal transforms.

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Description

明 細 書 符号化装置及び符号化方法 技術分野
本発明は符号化装置及び符号化方法に関し、 例えば MP E G ( Mo v i n P i c t u r e E x p e r t s G r o up のフォ —マッ トに基づいて映像信号を符号化処理する場合に適用して好適なも のである。 背景技術
従来、 MP E Gのフォーマツ トに基づいて符号化処理を行う符号化装 置においては、 発生符号量に応じて量子化ステップサイズを切り換えた り、 プリ フィル夕の周波数特性を切り換えることにより、 所望のビッ ト レートで映像信号を圧縮符号化するようになされている。
すなわち図 2に示すように、 1は全体として従来の符号化装置を示し 、 所定フォーマツ トでなるディ ジタルビデオ信号 D Vをプリフィル夕 2 に入力する。 プリフィル夕 2は、 レー ト制御回路 3から供給される帯域 制御信号に応じてディ ジタルビデォ信号 D Vを帯域制限した後に画素数 変換回路 4へ送出する。
画素数変換回路 4は、 帯域制限されたディ ジ夕ルビデオ信号 DVを所 定の画素数間隔で間引く ことによ り、 当該ディ ジ夕ルビデオ信号 D Vの 画素数を予め設定された固定の画素数に変換し、 これを符号化部 1 9の 前処理回路 5へ送出する。 前処理回路 5は、 ラス夕一スキャンの順序 で順次入力される画素数変換されたディ ジタルビデオ信号 D Vの各フレ ーム画像について、 予め設定されたシーケンスに応じて I ( I n t r a ) ピクチャ、 P (P r e d i c t i v e) ピクチャ又は B (B i- d i r e c t i o na l l y P r e d i c t i v e) ピクチャの 3種 類の画像タイプのうちどの画像夕イブとして処理するかを指定した後、 当該画像タイプに応じてフレーム画像を符号化する順番に並び換え、 さ らに当該フレーム画像を 1 6画素 X 1 6ライ ンの輝度信号及び当該輝度 信号に対応する色差信号によって構成されるマクロブロ ックに分割し、 これをマクロブロック単位の画像デ一夕としてブロックスキヤンの順序 で減算器 6へ順次送出する。
減算器 6は、 前処理回路 5からマクロブロック単位の画像デ一夕の供 給を受けると共に、 動き補償回路 7から予測画像データの供給を受け、 マクロブロックの画像デ一夕が Iピクチャである場合には当該画像デ一 夕をそのまま D C T (D i s c r e t e C o s i n e T r an s- ： f o r m： 離散コサイ ン変換） 回路 8へ送出し、 画像データが Pピクチ ャゃ Bピクチャである場合には当該画像データと予測画像デ一夕との差 分デ一夕を D C T回路 8へ送出する。
D C T回路 8は、 減算器 6から供給される画像データ又は差分デ一夕 に対してディスク リ一 トコサイ ン変換処理を施し、 その結果得られる係 数データを量子化回路 9へ送出する。 量子化回路 9は、 レート制御回路 3で設定されている量子化テ一ブルの量子化ステップサイズに従って D CT回路 8から出力される係数データに対して量子化処理を施し、 これ を可変長符号化回路 1 0及び逆量子化回路 1 2へ送出する。
可変長符号化回路 1 0は、 量子化回路 9からの出力デ一夕に対して可 変長符号化処理を施し、 これを符号化デ一夕としてバッファ 1 1へ送出 する。 バッファ 1 1は、 符号化デ一夕を一旦蓄積した後に一定のデータ 転送速度で出力する。 このときバッファ 1 1は、 動きベク トル検出回路 1 6で検出されて符号化処理された動きぺク トル、 量子化回路 9におけ る量子化テーブル、 前処理回路 5によつて指定された画像デ一夕のビク チヤタイプのデータと共に符号化デ一夕を所定フォーマッ トで出力する ようになされている。 なお符号化装置 1においては、 ノ ソ フ ァ 1 1の出 力データをビデオス ト リームとして例えば後段の多重化装置 （図示せず ) へ出力するようになされている。
逆量子化回路 1 2は、 量子化回路 9からの出力データに対して逆量子 化処理を施すことによ り量子化回路 9に入力されたときの係数データを 復元し、 これを逆 D C T回路 1 3へ送出する。 逆 D C T回路 1 3は、 逆 量子化回路 1 2からの出力データに対して逆ディスク リートコサイ ン変 換処理を施すことによ り D C T回路 8に入力されたときの画像データを 復元し、 これを加算回路 1 4へ送出する。
加算回路 1 4は、 I ピクチャにおいては逆 D C T回路 1 3から出力さ れる画像データをそのままフ レームメモリ 1 5に格納するようになされ ており、 これを続く Pピクチャ等の予測に必要な画像データとして保持 する。
また加算回路 1 4は、 Pピクチャにおいては逆 D C T回路 1 3から出 力される画像データと動き補償回路 7によって出力される予測画像デー 夕とを加算することによ り、 減算器 6に入力されたときの画像デ一夕を 再現し、 当該再現した画像デ一夕をフレームメモリ 1 5に格納する。 動きべク トル検出回路 1 6は、 Pピクチャ及び Bピクチャの各マク口 プロック毎に前処理回路 5から供給される画像データの動きべク トルを 例えばプロックマッチングの手法に基づいて検出し、 これを動き補償回 路 7へ送出する。 動き補償回路 7は、 動きベク トル検出回路 1 6で検出 された動きべク トルに応じた夕ィ ミ ングでフ レームメモリ 1 5から画像 デ一夕を読み出し、 当該読み出した画像データを予測画像デ一夕として 減算器 6に出力する。
またレート制御回路 3は、 バッファ 1 1の空き領域を常時監視してお り、 当該空き領域に応じてプリフ ィ ル夕 2の周波数特性を制御すると共 に、 量子化回路 9における量子化テーブルを書き換えて量子化ステツプ サイズを制御するようになされている。 さらに符号化部制御回路 1 8は 、 動きべク トル検出回路 1 6における動きべク トル検出範囲を設定する と共に、 破線で示す符号化部 1 9全体の動作タイ ミ ングを制御するよう になされている。
実際上、 このような符号化装置 1において動きの激しいディ ジタルビ デォ信号 D Vを符号化処理する場合、 プリフィル夕 2の帯域制限量を増 大すると共に、 量子化回路 9の量子化ステップサイズを大きくすること により、 動きの少ないディ ジタルビデオ信号 D Vとほぼ同様の発生符号 量で符号化処理を行うようになされている。
ところでかかる構成の符号化装置 1においては、 プリフィルタ 2の帯 域制限量を増大すると共に、 量子化回路 9の量子化ステツプサイズを大 きくすることにより、 動きの激しいディ ジタルビデオ信号 D Vを符号化 処理したときの発生符号量を、 動きの少ないディ ジ夕ルビデオ信号 D V を符号化処理したときとほぼ同様の発生符号量に低減しているが、 量子 化ステップサイズを大きくすることによって量子化が粗くなつて画質が 著しく劣化してしまう という問題があつた。 発明の開示
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、 動きの激しい映像信号 を符号化処理する際の画質を従来に比して格段に改善し得る符号化装置 及び符号化方法を提案しょう とするものである。
かかる課題を解決するため本発明においては、 映像信号を信号処理回 路によ り信号処理した後、 動き補償することにより得られる差分データ を直交変換して係数デ一夕を生成し、 当該係数データを量子化すること によ り符号化データを生成すると共に、 符号化デ一夕の発生データ量に 応じて量子化する際の量子化ステツプサイズを切り換える符号化装置に おいて、 信号処理回路は、 映像信号の動きベク トルを検出する動きべク トル検出手段と、 動きべク トルを基に動きべク トルの符号量を検出する 動きべク トル符号量検出手段と、 係数データの符号量を検出する係数デ —夕符号量検出手段と、 動きべク トルの符号量及び係数デ一夕の符号量 に基づいて映像信号の画素数を変換する画素数変換手段とを設けるよう にする。
また本発明においては、 映像信号に対して所定の信号処理を施した後 、 動き補償することによ り得られる差分データを直交変換して係数デ一 夕を生成し、 当該係数データを量子化することによ り符号化デ一夕を生 成すると共に、 符号化データの発生データ量に応じて量子化する際の量 子化ステップサイズを切り換える符号化方法において、 信号処理は、 映 像信号の動きべク トルを検出し、 当該検出した動きべク トルを基に動き ベク トルの符号量を検出すると共に、 係数デ一夕の符号量を検出し、 動 きべク トルの符号量及び係数データの符号量に基づいて映像信号の画素 数を変換するようにする。
このように動きベク トルの符号量及び係数デ一夕の符号量に基づいて 映像信号の画素数を所定の画素数間隔で低減するようにしたことにより 、 動きべク トルの符号量及び係数デ一夕の符号量に基づいて映像信号の 動きが激しいことを正確に判断した上で画素数を低減することができ、 その結果画素数の低減された映像信号については発生符号量が低下する ので、 量子化ステツプサイズの切り換えを緩やかに行って画質劣化を防 止することができ、 かく して動きの激しい映像信号を符号化処理する際 の画質を従来に比して格段に改善し得る符号化装置及び符号化方法を実 現することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施の形態による符号化装置の構成を示すプロック 図である。
図 2は、 従来の符号化装置の構成を示すプロック図である。 発明を実施するための最良の形態
以下図面について、 本発明の一実施の形態を詳述する。
図 2 との対応部分に同一符号を付して示す図 1 において、 2 0は全体 として本発明の実施の形態による符号化装置を示し、 所定フォーマッ ト でなるディ ジタルビデオ信号 D Vをプリ フィル夕 2に入力する。 プリ フ ィル夕 2は、 レート制御回路 3から供給される帯域制御信号に応じてデ ィ ジ夕ルビデオ信号 D Vを帯域制限した後に前処理回路 5へ送出する。 前処理回路 5は、 ラス夕一スキヤンの順序で順次入力されるデイ ジ夕 ルビデオ信号 D Vの各フレーム画像について、 予め設定されたシーケン スに応じて I ( I n t r a) ビクチャ、 P (P r e d i c t i v e) ビ クチャ又は B (B i d i r e c t i o na l l y P r e d i c- t i v e ) ビクチャの 3種類の画像タイプのうちどの画像タイプとして 処理するかを指定した後、 当該画像タイプに応じてフレーム画像を符号 化する順番に並び換え、 さらに当該フレーム画像を 1 6画素 X 1 6ライ ンの輝度信号及び当該輝度信号に対応する色差信号によって構成される マクロブロックに分割し、 これをマクロプロ ヅク単位の画像デ一夕とし てプロ ックスキヤンの順序で信号処理回路 30における動きべク トル検 出手段としての動きべク トル検出回路 2 1及び符号化部 2 9におけるシ ステムディ レイ 2 6へ順次送出する。
動きべク トル検出回路 2 1は、 ブロックマツチングの手法を適用して 前処理回路 5から供給される画像デ一夕のうち輝度信号を基に各マクロ ブロック毎の動きべク トルを順次検出し、 これを符号発生量検出回路 2 3及びディ レイ回路 22へ送出する。 また同時に動きベク トル検出回路 2 1は、 動きベク トルの検出に供した差分データすなわち予測誤差の絶 対値をフレーム単位で積算し、 この積算値を動きべク トル符号量検出手 段及び係数デ一夕符号量検出手段としての符号発生量検出回路 23へ送 出する。
符号発生量検出回路 23は、 動きベク トル検出回路 2 1で検出された 動きべク トルに基づいてバッファ 1 1から出力する動きべク トルの符号 量をフレーム単位で算出して予測すると共に、 動きべク トル検出回路 2 1で検出された予測誤差の積算値に基づいて D C T回路 8のディスク リ —トコサイ ン変換処理で発生する係数デ一夕の符号量を算出して予測す る。
そして符号発生量検出回路 2 3は、 フレーム単位の動きべク トルの符 合量と係数デ一夕の符号量とを加算した加算結果を G O P ( G r o u p O f P i c t u r e s ) 単位で積算し、 当該 G 0 P単位の積算結果を 画素数変換判定回路 2 4へ送出する。
画素数変換判定回路 2 4は、 符号発生量検出回路 2 3で算出された G 0 P単位の積算結果と所定の閾値とを比較し、 その比較結果を画素数切 換信号 S Lとして画素数変換回路 2 5及び符号化部制御回路 2 8へ送出 する。
ところでシステムディ レイ 2 6は、 前処理回路 5から供給された画像 デ一夕を一時的に保管し、 当該保管した画像データを画素数変換判定回 路 2 4から画素数変換回路 2 5へ画素数切換信号 S Lが入力されるタイ ミ ングで画素数変換回路 2 5へ送出する。
画素数変換手段としての画素数変換回路 2 5は、 画素数切換信号 S L に応じて特性を切り換えるレー ト変換フィル夕によって構成され、 符号 発生量検出回路 2 3で算出された G O P単位の積算結果が所定の閾値よ り も大きい場合 （すなわち動きの激しい G 0 Pが他の G 0 Pよ り も相対 的に発生符号量が多くなる場合） の画素数切換信号 S Lに基づいて、 当 該 G 0 Pにおける画像デ一夕の画素数を所定間隔毎に間引く ことにより 低減し、 これを減算器 6へ出力する。
これに対して画素数変換回路 2 5は、 符号発生量検出回路 2 3で算出 された G O P単位の積算結果が所定の閾値よ りも小さい場合 （すなわち 動きの激しい G 0 Pが他の G◦ Pよりも相対的に発生符号量が少なくな る場合） 、 画素数切換信号 S Lに基づいて画像データの画素数を何ら間 引く ことなくそのまま減算器 6へ出力する。
また画素数変換回路 2 5は、 画像データの画素数を低減したとき当該 低減した画素数に応じてマクロプロックを再構築し、 当該再構築したマ クロプロック単位の画像デ一夕を出力するようになされている。 これに よ り符号化装置 2 0は、 画像デ一夕の画素数を低減した分だけマクロブ 口ック数を低減し得るので、 伝送に供する動きべク トルの数についても 低減することができる。 なお画素数変換回路 2 5は、 画素数を低減した 場合に低減した分だけ帯域を制限し、 これにより ノイズの発生を防止し 得るようになされている。
ディ レイ回路 2 2は、 動きべク トル検出回路 2 1で順次検出された動 きべク トルを一時的に保持し、 符号発生量検出回路 2 3及び画素数判定 回路 2 4の処理に係る時間分だけ遅延させた後に動きぺク トル計算手段 としての動きべク トル計算回路 2 7へ送出する。
動きベク トル計算回路 2 7は、 ディ レイ回路 2 2から順次供給される 動きべク トルを入力し、 当該動きべク トルを利用して画素数変換したと きの画像デ一夕の動き補償に必要な新たな動きべク トルを生成する。 すなわち動きベク トル計算回路 2 7は、 符号化部制御回路 2 8から供 給される画素数切換信号 S Lに基づいて画素数変換回路 2 5 と連動して 動作し、 当該画素数変換回路 2 5において画素数が何ら低減されていな い場合には、 ディ レイ回路 2 2から供給された動きべク トルをそのまま 動き補償回路 7へ送出する。
一方、 動きベク トル計算回路 2 7は画素数変換回路 2 5において画素 数が低減されていた場合には、 低減した画素数に応じて再構築されたマ クロブロックに対応する動きべク トルをディ レイ回路 2 2から選択的に 取得し、 当該取得した動きベク トルを低減した画素数分だけ補正し、 こ れを新たな動きべク トルとして動き補償回路 7へ送出する。
例えば、 動きべク トル計算回路 2 7は画素数変換回路 2 5において水 平方向の画素数が値 rから値 s ( r > s ) に変換されていた場合、 次式 【数 1】
V H =画素数 rでの水平方向動きべク トル x s / r ( 1 ) の演算処理によって水平方向に補正した新たな動きぺク トル VHを算出 する。
また動きべク トル計算回路 2 7は、 画素数変換回路 2 5において垂直 方向の画素数が値 tから値 u ( t > u ) に変換されていた場合、 次式 【数 2】
V V =画素数 tでの垂直方向動きベク トル X u/ t ( 2) の演算処理によって垂直方向に補正した新たな動きべク トル V Vを算出 する。
動き補償回路 7は、 動きベク トル計算回路 2 7から供給された動きべ ク トル又は新たな動きべク トルに応じたタイ ミ ングでフ レームメモリ 1 5から画像デ一夕を読み出し、 当該読み出した画像データを予測画像デ —夕として減算器 6に出力する。
減算器 6は、 画素数変換回路 2 5から画素数の低減された画像データ 又は画素数の低減されていない画像データの供給を受けると共に、 動き 補償回路 7から予測画像データの供給を受け、 当該画像データが Iピク チヤである場合には当該画像データをそのまま D C T (D i sc r e t e C o s i n e T r a n s f o r m： 離散コサイ ン変換） 回路 8へ送出し、 画像デ一夕が Pピクチャや Bピクチャである場合には 当該画像データと予測画像データとの差分データを D C T回路 8へ送出 する。
D C T回路 8は、 減算器 6から供給される画像デ一夕又は差分データ に対してディスク リートコサイ ン変換処理を施し、 その結果得られる係 数データを量子化回路 9へ送出する。 量子化回路 9は、 レー ト制御回路 3で設定されている量子化テーブルの量子化ステップサイズに従って D C T回路 8から出力される係数データに対して量子化処理を施し、 これ を可変長符号化回路 1 0及び逆量子化回路 1 2へ送出する。
可変長符号化回路 1 0は、 量子化回路 9からの出力データに対して可 変長符号化処理を施し、 これを符号化デ一夕としてバッ フ ァ 1 1へ送出 する。 バッフ ァ 1 1は、 符号化データを一旦蓄積した後に一定のデ一夕 転送速度で出力する。
このときバッファ 1 1は、 動きベク トル計算回路 2 7で検出されて符 号化処理された動きべク トル又は新たな動きべク トル、 量子化回路 9に おける量子化テーブル、 前処理回路 5によって指定された画像デ一夕の ピクチャタイプのデ一夕と共に符号化データを所定フォーマツ 卜で出力 するようになされている。 なお符号化装置 1 においては、 バッフ ァ 1 1 の出力データをビデオス ト リームとして例えば後段の多重化装置 （図示 せず） へ出力するようになされている。
逆量子化回路 1 2は、 量子化回路 9からの出力データに対して逆量子 化処理を施すことによ り量子化回路 9に入力されたときの係数デ一夕を 復元し、 これを逆 D C T回路 1 3へ送出する。 逆 D C T回路 1 3は、 逆 量子化回路 1 2からの出力デ一夕に対して逆ディスク リートコサイ ン変 換処理を施すことによ り D C T回路 8に入力されたときの画像データを 復元し、 これを加算回路 1 4へ送出する。
加算回路 1 4は、 I ピクチャにおいては逆 D C T回路 1 3によって出 力される画像データをそのままフ レームメモリ 1 5に格納するようにな されており、 これを続く Pピクチャ等の予測に必要な画像デ一夕として 保持する。 また加算回路 1 4は、 Pビクチャにおいては逆 D C T回路 1 3によって出力される画像デ一夕と動き補償回路 7によって出力される 予測画像デ一夕とを加算することにより、 減算器 6に入力されたときの 画像デ一夕を再現し、 当該再現した画像デ一夕をフ レームメモリ 1 5に 格納する。
またレー ト制御回路 3は、 バッ ファ 1 1 の空き領域を常時監視してお り、 当該空き領域に応じてプリ フ ィル夕 2の周波数特性を制御すると共 に、 量子化回路 9における量子化テーブルを書き換えて量子化ステツプ サイズを制御するようになされている。
さらに符号化部制御回路 2 8は、 破線で示す符号化部 1 9全体の動作 タイ ミ ングを制御するようになされており、 動きベク トル計算回路 2 7 における動きベク トル検出範囲を設定すると共に、 画素数変換回路 2 5 によって再構築されたマクロプロックを基に動きべク トル計算回路 2 7 で算出された新たな動きべク トルを符号化し、 当該符号化処理された新 たな動きべク トルを可変長符号化回路 1 0から出力された符号化データ に介揷すると共に制御コード等を介挿する処理等を行うようになされて いる。
以上の構成において、 符号化装置 2 0はまず入力したディ ジ夕ルビデ ォ信号 D Vの各フレーム画像を 3種類のピクチャのどの画像夕ィプとし て処理するかを指定した後、 フレーム画像を画像タイプに応じて符号化 の順序で並び換え、 マクロプロ ック単位の画像デ一夕としてブロックス キャンの順序で動きべク トル検出回路 2 1へ送出し、 当該動きべク トル 検出回路 2 1によって各マクロブロ ック毎に動きべク トルを検出すると 共に、 当該動きべク トルを検出する際に用いられる予測誤差を絶対値化 してフレーム単位の積算値を得る。
そして符号化装置 2 0は、 符号発生量検出回路 2 3によってバッファ 1 1から出力する動きべク トルの符号量をフレーム単位で予測すると共 に、 予測誤差の絶対値におけるフレーム単位の積算値に基づいてディス ク リー トコサイ ン変換処理で発生する係数データの符号量を予測し、 当 該係数デ一夕の符号量と動きべク トルの符号量との加算結果を G 0 P単 位で積算し、 当該積算結果を画素数変換判定回路 2 4へ送出する。
続いて符号化装置 2 0は、 画素数変換判定回路 2 4で G O P単位の積 算結果と所定の閾値とを比較する。 このとき画素数変換判定回路 2 4は 、 量子化回路 9における固定した量子化ステップサイズで各マクロプロ ックの画像デ一夕を符号化して伝送する際の符号量が、 設定した閾値に 対応する符号量よりも多くなると予測される場合 （すなわち動きの激し いフ レーム画像を含む G O Pの画像データを符号化する場合） には、 G 0 P単位の積算結果が閾値よりも大きくなるので画素数を低減する命令 を意味する画素数切換信号 S Lを生成し、 これを画素数変換回路 2 5に 出力する。
一方、 画素数変換判定回路 2 4は量子化回路 9における固定した量子 化ステップサイズで各マク口プロックの画像データを符号化して伝送す る際の符号量が、 設定した閾値に対応する符号量より も少なくなると予 測される場合には、 G O P単位の積算結果が閾値よりも小さ くなるので 画素数を変換しない命令を意味する画素数切換信号 S Lを生成し、 これ を画素数変換回路 2 5に出力する。
従って符号化装置 2 0は、 G O P単位の積算結果に基づいて動きの激 しいフ レーム画像を含む G 0 Pの画像データを符号化することが確実に 判明した場合には、 画素数切換信号 S Lに基づいて画像デ一夕の画素数 を所定間隔毎に間引いて低減する。
このようにして画素数変換された画像データが I ピクチャである場合 、 減算器 6を介して D C T回路 8に入力され、 当該 D C T回路 8によつ てディスク リ一 トコサイ ン変換による直交変換によって係数データに変 換され、 当該係数デ一夕が量子化回路 9で量子化される。
そして量子化回路 9からの出力デ一夕は、 可変長符号化回路 1 0によ り可変長符号化処理され、 その結果得られる符号化データがバッフ ァ 1 1に格納される。 なお量子化回路 9からの出力デ一夕は、 逆量子化回路 1 2及び逆 D C T回路 1 3によって局所的に復元された後に続く フ レー ムの参照画像としてフ レームメモリ 1 5に格納される。
これに対して画素数変換された画像データが Pピクチャ及び Bピクチ ャである場合、 減算器 6によ り画像データと予測画像デ一夕との間で差 分デ一夕が生成され、 当該差分デ一夕が I ビクチャにおける画像デ一夕 と同様に処理されて符号化デ一夕が生成されバッファ 1 1に格納される 。 また Pピクチャにおいては、 これら一連の処理において量子化回路 9 からの出力デ一夕が I ビクチャと同様に局所的に復元された後に続く フ レームの参照画像としてフレームメモリ 1 5に格納される。
このようにして Pビクチャ及び Bピクチャを処理する際に、 符号化装 置 2 0は動きベク トル検出回路 2 1で検出された動きベク トルをディ レ ィ回路 2 2を介して動きべク トル計算回路 2 7に供給する。
このとき動きべク トル計算回路 2 7は、 ディ レイ回路 2 2から順次供 給される動きべク トルを画素数変換回路 2 5で低減した画素数分だけ補 正することにより、 画素数低減によつて再構築されたマクロブロックの 画像データの動き補償に必要な新たな動きべク トルを生成する。
このように符号化装置 2 0は、 バッファ 1 1から出力される符号量の 算出に供する動きぺク トルと、 画素数を低減した場合の動き補償に必要 な新たな動きべク トルとを図 1のような簡易な構成で検出することがで きる。 通常、 この種の動きベク トル検出回路は、 その構成が複雑である ために、 符号化装置を集積回路化した場合にその基板面積の殆どを動き べク トル検出回路が占めることになるが、 符号化装置 2 0のように動き べク トル検出回路 2 1で検出された動きべク トルを利用して動き補償に 必要な新たな動きべク トルを生成するようにしたことにより、 格段的に 全体構成を簡略化することが可能となる。
こう して動きべク トル計算回路 2 7で生成された動き補償に必要な新 たな動きベク トルは、 動き補償回路 7に供給されて予測フレームの予測 画像データが生成され、 可変長符号化処理された後に対応するマクロブ 口ックの符号化データと共にバッファ 1 1に格納される。
従って符号化装置 2 0は、 固定した量子化ステップサイズの量子化処 理において発生符号量が多くなるような動きの激しい G O Pの画像デ一 夕については、 画素数を低減して符号化処理することにより発生符号量 を低減することができる。 このとき符号化装置 2 0は、 画素数を低減し た分だけマクロプロック数を低減できるので、 伝送に供する動きべク ト ルの数についても低減し得、 これにより伝送に供する符号量も低減する ことができる。
そして符号化装置 2 0は、 符号化処理されてバッファ 1 1に格納され た符号化デ一夕を一定のデータ転送速度で出力すると共に、 レート制御 回路 3によりバッファ 1 1の空き容量に応じてプリフィルタ 2の帯域制 限量及び量子化回路 9の量子化ステツプサイズを制御する。
このとき符号化装置 2 0は、 動きの激しい G O Pの画像データについ ては、 符号化処理を行う前に画素数を低減して発生符号量を少なくする ように処理していることにより、 画素数の低減の程度にもよるが帯域制 限量及び量子化ステップサイズの切り換えを従来に比して格段に緩やか に実行することができる。
ここで、 バッファ 1 1 に格納されるデータについて従来の符号化装置 1 と比較した場合、 従来の符号化装置 1では動きの激しいフレーム画像 及び動きの緩やかなフレーム画像においても係数デ一夕に対する発生符 号量が一定値になるよう符号化処理しているのに対して、 本実施の符号 化装置 2 0では動きの激しいフレーム画像については画素数を低減して 発生符号量を少なく していることにより、 帯域制限量及び量子化ステツ プサイズの切り換えを従来に比して格段に緩やかに実行することができ 、 かく して動きの激しいフレーム画像の係数デ一夕に対する発生符号量 を従来の符号装置 1のときよ りも増大するように符号化処理することが できる。
これに加えて符号化装置 2 0では、 画素数の低減によって再構築され たマクロブロック数が少なく なるので動きべク トルの数が低減し、 これ により低減した動きべク トルの発生符号量分を係数データに割り当てる ことができるので、 動きの激しい G 0 Pにおけるフレーム単位の総合的 な画質を従来に比して格段に向上することができる。
なおフレーム間差分の絶対値をフレーム単位で積算し、 この積算値を 基準にして画素数を切り換える方法が考えられるが、 この場合には前フ レームに対して現フレームが動いたか否かについては判別し得るが、 厳 密にはこの動きが符号化時の動きべク トルの符号量、 係数データの符号 量に対してどの様な影響を与えることになるかについては判別し得ない 。 すなわち、 動き量が小さいと判断されても実際には動きベク トルの発 生符号量が多くなる場合やその逆の場合もある。
しかしながら本実施の形態の符号化装置 2 0のように、 直接的に動き べク トルの符号量及び係数データの符号量を算出し、 当該動きぺク トル の符号量及び係数データの符号量に基づいて画像データの画素数を低減 するようにしたことにより、 発生符号量が多く動きの激しいフレーム画 像であることを正確に判別した上で画像デ一夕の画素数を低減すること ができる。
以上の構成によれば、 符号化装置 2 0は動きべク トルの符号量と直交 変換による係数デ一夕の符号量とを検出し、 当該動きぺク トルの符号量 及び係数データの符号量に基づいて画像デ一夕の画素数を低減した後に 帯域制限量及び量子化ステツプサイズを緩やかに切り換えて符号化処理 を行うようにしたことにより、 動きの激しいフレーム画像を含むディジ タルビデオ信号 D Vに対して符号化処理を行った場合の画質を格段に向 上することができる。
これに加えて符号化装置 2 0は、 画素数の低減によって再構築したと きのマクロブロック数が少なくなることにより動きべク トルの数を低減 することができ、 この結果低減した動きぺク トルの発生符号量分を係数 デ一夕に割り当てることができるので、 動きの激しい G 0 Pにおけるフ レーム単位の総合的な画質を格段に向上することができる。
なお上述の実施の形態においては、 水平方向の画素数を値 rから値 s へ、 及び垂直方向の画素数を値 tから値 uへ変換するようにした場合に ついて述べたが、 本発明はこれに限らず、 値 s及び値 u以外の他の種々 の画素数に切り換えるようにしても良い。
また上述の実施の形態においては、 動きべク トルの符号量と係数デ一 夕の符号量との加算結果が閾値を越える場合に画素数を切り換えるよう にした場合について述べたが、 本発明はこれに限らず、 動きベク トルの 符号量と係数データの符号量との比に基づいて画素数を切り換えるよう にしても良い。
また上述の実施の形態においては、 動きべク トルの符号量と係数デ一 夕の符号量との加算結果を G 0 P単位で積算し、 当該 G 0 P単位の積算 結果に基づいて G 0 P単位で画素数を切り換えるようにした場合につい て述べたが、 本発明はこれに限らず、 フレーム単位の動きベク トルの符 号量と係数データの符号量とのフレーム単位の加算結果に基づいて G 0 P単位で画素数を切り換える等、 必要に応じて種々の単位を基準として G O P単位で画素数を切り換えるようにしても良い。 さらに上述の実 施の形態においては、 予測誤差を用いて予測することによ り係数デ一夕 の符号量を検出するようにした場合について述べたが、 本発明はこれに 限らず、 実際に係数デ一夕を生成し、 固定した量子化ステップサイズで 符号量を検出し、 当該検出した符号量によって画素数を切り換えるよう にしても良い。
さらに上述の実施の形態においては、 本発明を M P E Gのフォーマツ トに基づいて符号化処理を行う符号化装置 2 0に適用するようにした場 合について述べたが、 本発明はこれに限らず、 動きベク トルによる予測 誤差を例えば直交変換としてハール変換した後に量子化して伝送する種 々の符号化装置に広く適用することができる。 産業上の利用可能性
本発明の符号化装置及び符号化方法は、 動きべク トルを検出による予 測誤差を直交変換した後に量子化して伝送する他の種々の符号化装置に 適用される。

Claims

請 求 の 範 囲
1 映像信号を信号処理回路により信号処理した後、 動き補償すること によ り得られる差分データを直交変換して係数データを生成し、 当該係 数デ一夕を量子化することにより符号化デ一夕を生成すると共に、 上記 符号化データの発生データ量に応じて上記量子化する際の量子化ステツ プサイズを切り換える符号化装置において、
上記信号処理回路は、
上記映像信号の動きぺク トルを検出する動きべク トル検出手段と、 上記動きべク トルを基に当該動きべク トルの符号量を算出する動きべ ク トル符号量検出手段と、
上記係数データの符号量を検出する係数デ一夕符号量検出手段と、 上記動きべク トルの符号量及び上記係数データの符号量に基づいて上 記映像信号の画素数を変換する画素数変換手段と
を具えることを特徴とする符号化装置。
2 上記動きぺク トル検出手段で検出した上記動きべク トルを利用して 上記画素数変換手段で上記画素数を変換したときの映像信号の動き補償 に必要な新たな動きべク トルを算出する動きべク トル計算手段と を具えることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の符号化装置。
3 上記画素数変換手段は、 上記映像信号の画素数を変換したときに当 該変換した画素数に応じてマクロプロックを再構築する
ことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の符号化装置。
4 映像信号に対して所定の信号処理を施した後、 動き補償することに より得られる差分デ一夕を直交変換して係数デ一夕を生成し、 当該係数 デ一夕を量子化することにより符号化デ一夕を生成すると共に、 上記符 号化データの発生デ一夕量に応じて上記量子化する際の量子化ステップ サイズを切り換える符号化方法において、
上記信号処理では、
上記映像信号の動きべク トルを検出し、
上記検出した動きべク トルを基に当該動きべク トルの符号量を算出す ると共に、 上記係数データの符号量を検出し、
上記動きぺク トルの符号量及び上記係数データの符号量に基づいて上 記映像信号の画素数を変換する
ことを特徴とする符号化方法。
5 上記信号処理は、 上記動きベク トルを利用して上記画素数を変換し たときの映像信号の動き補償に必要な新たな動きべク トルを算出する ことを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の符号化方法。
6 上記信号処理では、 上記映像信号の画素数を変換したときに当該変 換した画素数に応じてマクロブロックを再構築する
ことを特徴とする請求の範囲第 3項に記載の符号化方法。
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