编码装置及编码方法

专利名称：编码装置及编码方法
技术领域：
本发明涉及编码装置及方法，特别涉及应用算术编码的编码装置及方法。
背景技术：
算术编码是能够按照信息源符号的发生概率，将信息量可逆压縮到理 论极限的技术。在图象编码的领域中，算术编码被JPEG2000标准 (IS0/IEC15444)、 H. 264/MPEG4—AVC标准(参照非专利文献1)等采用。
例如在H.264中，采用上下文自适应算术编码(CABAC: Context Adaptive Binary Coding),实现了与语法的概率特性对应的高效率的编 码。
下面，讲述H.264中的上下文自适应算术编码。图9示出现有技术的
上下文自适应算术编码电路。
在图9所示的上下文自适应算术编码电路14中，二值化电路130进 行由变换系数数据、标志(flag)等编码信息构成的多值输入数据的二值 化。在这里，根据控制信息判别输入数据的种类一一语法成分(syntax element),按照数据的概率特性， 一边分别使用一元二进制化(unary binarization)及固定长二进制化(fixed—length binaxization)等多 种方式， 一边进行二值化。被二值化电路130二值化的二值符号(二进制 的)歹U，输入(二值)算术编码电路140。上下文计算电路520根据表示语法成分的控制信息，参照H. 264标准 规定的表格，唯一性地决定用于将二值符号列中的现在的l位编码而使用 的上下文索引(ctxldx)的值。上下文计算电路520按照ctxldx的值， 将发生概率信息初始化后存储。发生概率信息是表示二值符号的"0"或 "1"中发生概率高的符号的MPS和发生概率pState的组合。将与求出的 ctxldx的值对应的发生概率信息，称作"上下文信息"。
上下文计算电路520生成上下文信息504后，向算术编码电路140输 出。这样，根据进行算术编码的语法成分适当地切换输入算术编码电路140 的符号的发生概率即上下文信息504后，可以对于二值符号的发生概率动 态变化的二值符号列503进行最佳的算术编码。
在以下的讲述中，将二值符号列的总比特长(符号长symbol长)称 作"符号量(symbol量)"，将算术编码后的输出代码的总比特长称作"代 码量"，特别是，将处理一定区间的多值输入数据处理之际产生的二值符 号列的总比特长称作"产生符号量"，将输出代码的总比特长称作"产生 代码量"。
在这里，使用图10讲述算术编码电路140的动作。在图10中，分析 由符号(symbol) "0"的发生概率为0. 75 (在二进制中为0. 11)、符号"1" 的发生概率为0. 25的信息源，供给"0， 0， 0， 1"的二进制列时的情况。 这时，现在的上下文信息504被用表示发生概率高的符号的MPS二0及发生 概率PState=0. 11表示(参照图10 (a))。发生概率pState用归一化的整 数值表示，但是在这里为了简单起见而采用二进制的值。上下文信息504 被这次的二值算术编码更新，返回上下文计算电路520。在上下文计算电 路520中，更新对应的ctxldx的发生概率信息。该值在下次进行相同的 上下文的编码之际被重新利用。
参照图10 (b)，输入第1个输入二进制的值"0"后，在"0， 1"的 区间被用概率0. 11分开的0侧，区间变窄，成为"0， 0. 11"。输入第2个输入"0"后，"0， 0.11"的区间进一步变窄，成为"0， 0.1001"。在 这里，0.1001=0.11X0.11。同样，输入第3个输入"0"后，区间成为"O， 0.011011"。输入第4个输入"1"后，l侧的区间变窄。最终的区间成为 "0.01010001， 0.011011"。该最终的区间包含的值中，具有最短的语长 的数据成为代码语(符号語)。就是说，由于0.011被该区间包含，所以 小数点以下的值"011"成为输出二进制列，4比特的输入值被压縮成3 比特。实际上进行被称作重正化(renormalization)的处理即输出的比 特(0或1)在确定的时刻进行概率值的左比特位移。
另一方面，在动画像编码中，为了在特定的位速率的条件下最大限度 地提高画质，需要适当地控制将各宏块(macro block)编码之际的量化 参数，进行代码量控制。为了提高代码量控制的精度，通常用片(slice)、 帧、GOP (Group Of Pictures)等单位变更参数，进行反复编码。
专利文献l: JP特开平2004—135251号公报
非专利文献1: IS0/IEC14496 _ 10 Advanced video coding for generic audiovisual services
构成使用算术编码的编码电路时，为了规定解码器中的最大处理量， 规定二值符号量的上限值(BinCountsInNALunits)(参照非专利文献l)。 为了遵守该上限值的规定，需要控制代码量和二值符号量。可以根据该上 限值的规定，规定电路的动作时间的上限值。例如在专利文献l中，准备 输入算术编码器的二值符号量的限制监视器，在超过阈值时，重新编码， 或者并列进行应用多个编码参数的编码，从而控制二值符号量。
重新编码时，如前所述需要使已经被更新的算术编码的发生概率信息 恢复原样，在要求进行实时处理的编码装置中就需要复杂的电路结构。另 外，并列应用多个编码参数进行编码时，算术编码电路的数量就需要和编 码参数的数量一样，从而导致电路规模的增大。

发明内容
本发明就是针对上述情况研制的，其目的在于提供应用算术编码的编 码装置，该编码装置用简单的电路结构将二值符号量控制在上限值以下地 进行确保解码动作的编码，同时还高精度地实现代码量控制。
在本发明的第l样态中，提供将输入信号量化、编码的装置——规定 量化后生成的二值符号的符号量的上限值的编码装置。
编码装置具备信号处理电路，该信号处理电路对于输入信号进行规 定的信号处理；量化参数产生电路，该量化参数产生电路生成第1量化参 数；第1量化电路，该第l量化电路根据第l量化参数，将进行了规定的 信号处理的输入信号量化，生成第l量化数据；第l二值化电路，该第l 二值化电路对第1量化数据进行二值化，输出第1 二值符号数据；第1算 术编码电路，该第l算术编码电路根据规定的目标代码量，对第l二值符 号数据进行算术编码，生成第1编码数据；量化参数计算电路，该量化参 数计算电路根据第1二值符号数据的符号量、第1编码数据的代码量、第 2量化参数、符号量的上限值及目标代码量，生成第2量化数据；第2量 化电路，该第2量化电路根据第2量化参数，将进行了规定的信号处理的 输入信号量化，生成第2量化数据；第2二值化电路，该第2二值化电路 对第2量化数据进行二值化，输出第2 二值符号数据；第2算术编码电路， 该第2算术编码电路对第2二值符号数据进行算术编码，生成、输出对于
输入信号而言的编码数据。
在本发明的第2样态中，提供将输入信号量化、编码的方法——给量 化后生成的二值符号的符号量规定上限值的编码方法。
编码方法具备对于输入信号进行规定的信号处理的步骤；生成第1 量化参数的步骤；根据第l量化参数，将进行了规定的信号处理的输入信 号量化后，生成第l量化数据的步骤；对第1量化数据进行二值化，输出
8第l二值符号数据的步骤；根据规定的目标代码量，对第l二值符号数据
进行算术编码，生成第1编码数据的步骤；根据第1二值符号数据的符号 量、第l编码数据的代码量、第2量化参数、符号量的上限值及目标代码 量，生成第2量化数据的步骤；根据第2量化参数，将进行了规定的信号
处理的输入信号量化，生成第2量化数据的步骤；对第2量化数据进行二
值化，输出第2 二值符号数据的步骤；对第2 二值符号数据进行算术编码， 生成、输出对于输入信号而言的编码数据的步骤。
采用本发明后，可以在应用算术编码的编码装置中，用简单的电路结 构将产生的二值符号量控制在上限值以下，同时还高精度地进行输出比特 流的代码量控制，提供将代码量高精度地控制在规定量以内，而且确保解 码动作的比特流。


图1是本发明的实施方式中的影像编码装置的结构图。 图2是讲述编码的图像和宏块的关系的图。 图3是表示临时量化参数的选择例的图。
图4 (a)是讲述代表量化参数的具体例的图，(b)是表示采用逐个方 式时对宏块而言的代表量化参数的应用例的图，(c)是表示釆用交织方式 时对宏块而言的代表量化参数的应用例的图。 '
图5是表示被二值符号量，代码量累计值存储器153存放的各代表量 化参数的发生二值符号量和发生代码量的具体例的图。
图6是旨在讲述根据发生二值符号量计算最佳量化参数的方法的图。 图7是旨在讲述根据发生代码量计算最佳量化参数的方法的图。 图8是可以采用本发明的思想的编码装置的结构图。 图9是表示现有技术的上下文自适应算术编码电路的结构的图。 图IO是旨在讲述二值算术编码的图。
符号说明
9100影像编码装置 101第1编码电路
102第2编码电路102
lll量化参数产生电路
112量化参数计算电路
121、 122量化电路
124反量化电路
131、 132二值化电路
131上下文选择电路
141、 142算术编码电路
151帧存储器
152预测模式存储器
153 二值符号量 代码量累计值存储器
161、 162块化(block化)电路
173预测模式检出电路
181、 182 DCT电路
184反DCT电路
200编码装置
221、 222量化电路
251延迟存储器
261信号处理电路
具体实施例方式
下面，参照附图，讲述本发明涉及的实施方式。
在本实施方式中，讲述一边将在帧内可以解码的内部帧作为编码对 象，将编码后获得的二值符号量控制在规定的上限值以下， 一边高精度地 进行代码量控制的影像编码装置。1. 影像编码装置的结构
图1示出本发明的实施方式中的影像编码装置的结构。在图1中，影 像编码装置100具备进行临时编码的第1编码电路101、进行正式的编码
的第2编码电路102、帧存储器151、预测模式存储器152、 二值符号量'代 码量累计值存储器153和二值符号量 代码量累计电路154。
第1编码电路101，由旨在将输入的数字影像信号块化的块化电路
161、 预测模式检出电路173、内部预测生成电路171、作为正交变换电路 的DCT电路181、量化电路121、量化参数产生电路lll、 二值化电路131 和算术编码电路141构成。
第2编码电路102，由旨在将输入的数字影像信号块化的块化电路
162、 内部预测生成电路172、 DCT电路182、量化电路122、量化参数计 算电路112、 二值化电路132、算术编码电路142、反量化电路124和反 DCT电路184构成。
2. 影像编码装置的动作
以下，讲述采用以上结构的影像编码装置的动作。首先讲述对于l帧 的影像数据而言的编码处理的流程。
影像编码装置100输入1帧的数字影像信号后，就利用第1编码电路 101对1帧的影像信号进行临时编码处理。
输入影像编码装置100的数字影像信号还被帧存储器151存放，延迟 l帧以内的规定时间，向第2编码电路102输出。第2编码电路102从帧 存储器151中读出数据，对于读出的数据进行正式的编码处理，作为编码 的结果输出比特流。
在第1编码电路101中，预测模式检出电路173检出内部预测的预测 模式，将该值存放到预测模式存储器152中。另外，二值化电路131及算
ii术编码电路141输出的二值符号量及代码量被二值符号量，代码量累计值 存储器153存放。
第2编码电路102接收预测模式存储器152存放的预测模式值及二值 符号量 代码量累计值存储器153存放的二值符号量和代码量的累计值， 决定最佳的量化参数，对于和用第1编码电路101处理的帧相同的帧的影 像信号，进行正式的编码处理。
2. l第l编码电路的处理
下面，讲述第1编码电路101的处理。
块化电路161将输入的1帧的数字影像信号表示的图像分割成16 X 16 像素的多个宏块。宏块包含多个成为DCT及内部预测的处理单位的块 (block)。
内部预测生成电路171按照每个宏块，根据输入的数字影像信号的像 素和与输入的数字影像信号的像素邻接的像素，用各种预测模式预测那个 宏块的各像素的值。在预测模式中，包含场宏块解码标志 (mb—field_decoding—flag )、 亮度 4X4 内部预测模式 (Intra4x4PredMode)、亮度8X8内部预测模式(Intra8x8PredMode)、 色差内部预测模式(intra_chroma—pred—mode)。也可以用8X8像素块及 4X4像素块的单位，进行内部预测。
预测模式检出电路173从4个预测模式中检出最佳的预测模式，将该 信息作为预测模式值输出。预测模式值被预测模式存储器152积蓄。
计算输入的数字影像信号中的编码对象的宏块的各像素值和内部预 测生成电路171生成的编码对象的宏块的各像素的预测值的差分值，生成 16X16像素的差分值的块，向DCT电路181输出。
DCT电路181对差分值的块进行DCT处理。DCT处理通常以4X4像素
12及8X8像素的块单位进行，输出频率成分的系数数据。将系数数据输入
量化电路121。量化电路121按照量化参数将系数数据量化。量化参数由
量化参数产生电路lll提供。
量化参数产生电路111产生规定量化之际的量化速率的量化参数。在 本实施方式中，量化参数的可取值为0 51，其值越小，表示量化速率越 高。作为产生的量化参数的候补，量化参数产生电路lll拥有多个量化参 数(以下称作"代表量化参数")qp。量化参数产生电路lll按照各宏块， 从多个代表量化参数QP中选择一个，作为对该宏块的量化而言的量化参 数QP输出。量化参数产生电路111的量化参数的决定处理的详细内容， 将在后文讲述。
被量化电路121量化的系数数据，被二值化电路131二值化后，再被 算术编码电路141算术编码。二值符号量 代码量累计电路154按照应用 同一个量化参数的宏块群，分别累计二值化电路131输出的二值符号的符 号量和算术编码电路141输出的代码的代码量，将累计的值存放到二值符 号量 代码量累计值存储器153中。
在本实施方式中，临时编码时，根据数字影像信号获得内部预测的预 测像素。H.264标准规定的内部预测的预测像素是解码器使用的解码后的 值，但是基于以下理由，最好不要使用它。
第一，由于在临时编码中，量化参数产生电路lll使量化参数变化后 输出代码量及二值符号量，所以如果使用解码像素，量化参数的值较大时， 解码像素的精度就趋于不良，以后的宏块的预测像素的精度就要下降。第 二，如果不使用解码像素，就能够省略临时编码中的反量化电路及反DCT 电路，削减电路规模。
2.2第2编码电路的处理
接着，讲述第2编码电路102的处理。第1编码电路101结束1帧的临时编码的处理后，帧存储器151积蓄
的1帧的影像信号就输入第2编码电路102的块化电路162。块化电路162 将1帧的影像信号的图像分割成16X16像素的多个宏块。宏块包含多个 成为DCT及内部预测的处理单位的块。
内部预测生成电路172从预测模式存储器152中读出预测模式值，使 用该预测模式值表示的预测模式，求出编码对象的宏块的各像素的像素预 测值。这时，内部预测生成电路172在进行内部预测时使用的邻接像素的 值，被反量化电路124及反DCT电路184生成。内部预测生成电路172按 照各像素计算像素预测值和编码对象的宏块的像素值的差分值，求出差分 值的块。
DCT电路182对这样求出的差分值的块进行DCT处理，输出频率成分 的系数数据。系数数据被输入量化电路122。
量化电路121按照量化参数，将系数数据量化。量化参数计算电路112 计算量化参数。量化电路121向二值化电路132及反量化电路124输出量 化的系数数据。
量化参数计算电路112从二值符号量，代码量累计值存储器153中取 得第1编码电路101求出的二值符号量和编码量，根据它们的值决定量化 参数。量化参数产生电路112的详细动作，将在后文讲述。
二值化电路132将量化的系数数据变换成二值符号。算术编码电路 142将来自二值化电路132的二值符号算术编码，将其结果作为比特流输 出。在这里，对于算术编码电路142，规定表示发生代码量的上限值的目 标代码量。
另一方面，反量化电路124将被量化电路122量化的系数数据反量化， 然后由反DCT电路184对其进行反DCT处理。这样，可以获得内部预测使用的编码对象的宏块的邻接像素的值。
2. 3第1编码电路中的量化参数产生电路的动作
下面，讲述第1编码电路101的量化参数产生电路111产生量化参数 的动作。以下讲述在1920X1080像素的1帧的临时编码中，以片单位求 出最佳的量化参数时的情况。此外，将分割帧的片定义为任意的连续的宏 块的集合。
如图2所示，用8160 (=120X68)个16X 16像素的宏块构成1920X 1080像素的帧。在本例中，分析1片包含2040个宏块、用4个片构成1 帧的情况。
在开始临时编码之前，决定第1编码电路101的量化电路121使用的 临时量化参数QPi (n)。临时量化参数QPi (n)被按照各宏块，设定成从 多个参数候补(代表量化参数)中选择的1个参数。就是说，对于一个宏 块而言的临时量化参数QPi (n)，被设定成从任意的不同的Q种代表量化 参数qp, (x) (x=0， 1，…Q—l)中选择的1个临时量化参数qp！ (m)。此外， 包含规定的量化参数的最大值及最小值地决定代表量化参数。
例如分析给予0和20两种代表量化参数qPl (x) 二 {0， 20}的情况。 在这里，假设F (x) = {A。， A,，…，A -J (An为整数)的表记意味着F
(0) =A。， F (1) =&，…，F (Q—l) =AQ—10从2种代表量化参数中选择 各宏块的临时量化参数，以便使各代表量化参数的出现频率相等。在该例 中，将量化参数"0"给予一半的宏块，而将量化参数"20"给予其余的 一半的宏块。另外，为了防止临时量化参数在片中出现偏向，而在片中交 替或者随机配置临时量化参数。例如在逐个扫描中，可以如图3 (a)所示， 按照通常的光栅扫描顺序，交替地给予代表量化参数；而在交织
(interlace)扫描中，则可以如图3 (b)所示，按照宏块的对，交替地 给予代表量化参数。
接着，讲述临时编码中的代表量化参数qPl (X) (X=0，1，'"Q—1)的
数Q和各值qp！ (x)的决定方法。
能够将量化电路121使用的代表量化参数的数Q，设定为被1个片包 含的宏块的数的约数。在这种方法中，如果设定代表量化参数的数Q，就 能够使各代表量化参数在片内出现的次数成为一定。这时，扫描方式为逐 个方式时，作为代表量化参数的数Q，能够选择宏块的数的约数。另外， 为了进行交织方式的编码而将宏块作为一对时，能够设定为被1个片包含 的宏块的数的半数的约数。例如如果1个片包含的宏块的数是2040，那么 作为代表量化参数的数Q，就能够选择5， 10， 20。各个Q时的一个片中 的各代表量化参数的出现次数，分别成为408次、204次、102次。
作为代表量化参数qPl (x)，从编码器能够选择的量化参数的范围内 选择Q个不同的值。这时，最好使这些值适当地分散，以便容易进行旨在 实现最佳的编码的代码量预测。
例如1个片包含的宏块的数是2040、编码器能够选择的量化参数的范 围为0 51的范围时，作为代表量化参数q" (x)，如图4 (a)所示，能 够选择{0， 4， 8， 12， 16， 22， 28， 34, 42， 51}等10个代表量化参数。 这时，采用逐个方式时，如图4 (b)所示地应用代表量化参数，采用交织 方式时，则如图4 (c)所示地应用代表量化参数。
2. 4 二值符号量 代码量累计电路的动作
二值符号量，代码量累计电路154按照使用相同的代表量化参数的各 宏块，累计第1编码电路101中的临时编码的结果获得的二值符号量和代 码量，将各累计值存放到二值符号量*代码量累计值存储器153中。下面， 具体讲述该动作。
在第1编码电路101进行的临时编码处理中，对于一个包含2040个 宏块的片，按照使用相同的代表量化参数qPi (x)的各宏块，计算发生二
16值符号量B, (n)及发生代码量R, (n)的总和。将所述总和作为按照QP 发生二值符号量b,(x)及按照QP发生代码量n(x)，存放到二值符号量—戈 码量累计值存储器153中。
例如在图5的例子中，对于图5 (a)所示的代表量化参数qpi (x)的 每一个，二值符号量 代码量累计值存储器153积蓄按照图5 (b)所示的 那种代表量化参数取二值符号量B: (n)的总和的按照QP发生二值符号量 b, (x)，及按照代表量化参数取发生代码量R, (n)的总和的按照QP发生 代码量r, (x)。
2. 5第2编码电路中的量化参数产生电路的动作
接着，使用图6及图7，讲述适用于第2编码电路102进行编码的最 佳量化参数QPi的计算方法。在这里，使用比特速率、帧速率、帧的复杂 度、片的编码类型等信息，分别将分配的片的目标代码量T及上限二值符 号量B,设定如下。
片的目标代码量T=300000比特
上限二值符号量8_=595840比特
第2编码电路102根据第1编码电路101进行临时编码后的结果获得 的各代表量化参数的发生符号量h (x)和发生代码量r, (x)、上限二值 符号量和目标代码量，决定最佳量化参数QP。吣具体地说，量化参数计算 电路112根据二值符号量计算最佳量化参数，根据代码量计算最佳量化参 数，比较这些计算的结果，将较大的量化参数作为最佳量化参数采用。以 下，讲述其详细内容。
首先，参照图6，讲述根据二值符号量计算最佳量化参数候补QPhi。的 情况。图6是表示根据代表量化参数qPl (x)和各量化参数QP别的发生 二值符号量b, (x)，表示量化参数QP和用片单位预测的二值符号量的关 系的图。QP别的发生二值符号量th (X)，是对采用相同的量化参数QP的宏块，
按照各代表量化参数QP (=x)，求出二值符号量的总和后的结果。由于各 量化参数被204个宏块采用，所以th (x)成为每204个宏块的二值符号 量的总和。将b, (x)扩大10倍后，可以求出对于各量化参数QP而言的 片单位的预测代码量。
在图6中，线性插补成为块的片单位的预测二值符号量，能够求出对 于所有的QP值(0SQPS51)而言的片预测二值符号量。就是说，对于片 的上限二值符号量B, (=595840)，使用图6所示的关系进行线性插补后， 可以求出将发生二值符号量控制在上限二值符号量以下的最佳量化参数 QPm.。最佳量化参数候补QPbin，可以用以下公式求出。
CEIL[q十{QP, (q+l) —QP' (q)} X {QXbi (q) —Braax} / {QXb, (q) —QXb (q+1)} ] (1)
此外，CEIL[x]是归还x以上的最小整数的函数。q是0^q^Q—l的 整数，取满足QXb, (q + 1) SB^^QXth (q)的值。在这里，通过一个片 使用一个最佳量化参数。另外，对于所有的Q而言，成为B^〉QXth (q) 时，使q二O;对于所有的q而言，成为B^〈QXth (q)时，使q= Q — l。 因此，作为临时量化参数，最好预先使QPi (0) =min (QP) =0、 QP: (Q—l) =max (QP) =51。
BmM=595840时，使用公式(1)，可以求出最佳量化参数候补QP^为13。
QPhi =CEIL[12+ (16 — 12) X (623230 — 595840) / (623230 — 388510)] =13
接着，参照图7，讲述根据代码量计算最佳量化参数候补QP^的情况。 图7是表示根据代表量化参数qPl (x)和量化参数QP别的发生代码量n
18(X)，表示量化参数QP和片预测代码量的关系的图。
QP别的发生二值符号量n (x)，是对采用相同的量化参数QP的宏块， 按照各量化参数QP (二x)，求出代码量的总和后的结果。由于各量化参数 被204个宏块采用，所以n (x)成为每204个宏块的代码量的总和。将 n (x)扩大10倍后，可以求出对于各量化参数QP而言的片预测代码量。
在图7中，线性插补成为块的片预测代码量，能够求出对于所有的QP 值(0^QPS51)而言的片预测代码量。就是说，对于片的目标代码量 T二300000，使用图6所示的关系进行线性插补后，可以求出旨在将发生的 代码量作为目标代码量的最佳量化参数候补QP。。"最佳量化参数候补 QP。。d。，可以用以下公式求出。
QPc0ll。=q+ {QPi (q + l) —QP! (q)) X {QXr, (q) —T} / {QXr, (q) —QXr! (q+1)} (2)
此外，q是0^q当Q—1的整数，取满足QXn (q+1)当T^QXn (q) 的值。在这里，通过一个片使用一个最佳量化参数。另外，对于所有的q 而言，成为T〉QXn (q)时，使q二O;对于所有的q而言，成为T<QX r, (q)时，使q二 Q—1。
使用公式(2)计算最佳量化参数候补QP。。d。后，成为大约16.84。但 是因为量化参数必须是整数，所以将小数点以下四舍五入，定为17。 QP—=16+ (22 — 16) X (317850 — 300000) / (317850 — 190980) —16.84 — 17
量化参数计算电路112从根据这样求出的二值符号量的最佳量化参数 候补QP^和根据代码量的最佳量化参数候补QP。。&中，选择较大的那个， 作为最佳量化参数候补QP。Pl，向量化电路122输出。在图6及图7的例子中，因为QK3、 QP。。d尸17，所以使QP。p产17。 这样，将QP^及QP。。ds中较大的那个作为最佳量化参数QP。^后，可以按照 输入数据的统计学上的性质进行编码，更低地抑制发生代码量。就是说， 二值符号量相对较大、代码量相对较小时，选择QP^，虽然代码量比目标 代码量小一些，但是满足二值符号量的上限值。反之，二值符号量相对较 小、代码量相对较大时，选择QP。。d。，虽然二值符号量比上限小一些，但是 能够编码为接近目标代码量的值。
3.小结
在以上所述的本实施方式的影像编码装置中，利用第1编码电路101 进行临时编码时，首先对于多个代表量化参数的每一个，求出其发生的二 值符号量及发生的代码量。然后，在第2编码电路102中，根据临时编码 求出的值，考虑上限二值符号量和目标代码量，求出最佳的量化参数。采 用这种方法后，能够在单向的处理的流程中，决定最佳的量化参数，所以 不必象现有技术那样，需要旨在将更新的算术编码的发生概率信息复原的 复杂的电路结构，而且不需要并列设置算术编码电路，所以电路结构简单。
另外，采用本实施方式后，能够一边将通过编码获得的二值符号量抑 制在规定的上限值以下， 一边将发生的代码量抑制在规定量以下。因此， 本实施方式的影像编码装置在使将帧单位的代码量成为一定时特别有效。 例如本实施方式的影像编码装置在进行对于帧单位的代码量有限制值的 编码时，以及尽管在对于帧单位的代码量没有限制值的编码中，解码器缓 冲的状态也处于极限，对于现在的帧的代码量有限制值时，都非常有效。 下面，讲述其理由。
我们先来分析不采用本实施方式的思想，只将代码量抑制在限制值以 下，二值符号量超过规定的上限值时的情况。这时，在非专利文献l的编 码中，必须使用被称作cabac—zero_word的填料(stuffing),增加代码 量，从而遵守二值符号量的上限值的规定。可是，增加代码量后，代码量 有可能超过限制值，使编码产生破绽。本实施方式对于限制值可以将二值符号量控制在计算的二值符号量的上限值以下，所以即使需要
cabac—zero_word的填料，代码量也必定被控制在限制值以下，不会产生 破绽。因此，本实施方式的思想在上述情况中特别有效。
(变形例)
此外，在本实施方式中，列举了作为最佳量化参数QP。A给予固定值的 例子。但是例如作为对于N个宏块的编码而言初始值，可以使用QP。w，以 后的量化参数进行采用反馈控制的二值符号量及代码量的控制，动态地变 更最佳量化参数QP2 (n)。例如根据代码量进行控制时，能够在宏块编号m 的宏块中，将在0Sn^m的范围内把编码时的发生代码量R, (x)相加后 的累计发生代码量B和到某个时刻(例如宏块编号N—1)为止的目标代码 量T的差分——残存代码量(T一B)设定成残存的宏块n (m<n^N—l) 的目标代码量S后，实施反馈控制。另外，还可以根据宏块的亮度值及色 差值、频率区域的特征等，进行动态地变更量化参数QP2 (n)的处理。
在本实施方式中，以片单位进行临时编码及正式编码。但是也可以用 更小的单位进行临时编码及正式编码，获得发生代码量R2 (n)。根据其结 果选择量化参数时，以及用较小的单位进行反馈控制时，用多个宏块等较 小的单位实施也非常有效。另外，虽然固定了临时编码及正式编码的处理 单位，但是也可以用帧单位或其它的单位动态地变更临时编码及正式编码 的处理单位。此外，虽然通过线性插补求出片预测代码量，但是也可以利 用花键插补等高度的数值插补。
在本实施方式中，以在二值符号量 代码量累计值存储器153中积蓄 QP别的发生二值符号量b, (x)及QP别的发生代码量n (x)为例进行了 讲述。但是，也可以积蓄计算总和之前的各宏块的发生二值符号量81 (n) 及发生代码量(n)，从二值符号量 代码量累计值存储器153中读出后 计算总和。
在本实施方式中，例举了只进行一次临时编码处理的例子。但是，不
21需要进行实时的编码处理时，以及将编码处理管线化或并列化从而能够用 一定的滞后进行很多的处理时，可以进行多次临时编码处理。
此外，在本实施方式中，以影像编码的H.264标准中的上下文自适应 算术编码为例进行了讲述。但是，本发明的思想能够在对量化的系数数据 进行算术编码时加以利用，能够在适当地变更量化参数的编码装置中利用。
例如，能够在图8所示的那种编码装置中利用。在图8中，影像编码 装置200具备对输入信号进行临时编码处理的第1编码电路201、进行正 式的编码的第2编码电路202、使输入信号滞后的延迟存储器151、 二值 符号量 代码量累计值存储器253和二值符号量 代码量累计电路254。
第1编码电路201，由对输入信号进行规定的信号处理的信号处理电 路261、量化电路221、量化参数产生电路211、 二值化电路231和算术编 码电路241构成。
第2编码电路202，由对输入信号进行规定的信号处理的信号处理电 路262、量化电路222、量化参数计算电路212、 二值化电路232、算术编 码电路242构成。
采用以上结构的影像编码装置200，在临时编码处理时，进行以下的 动作。信号处理电路261对输入信号进行规定的信号处理，量化电路221 根据来自量化参数产生电路211的临时量化参数，将信号处理电路261输 出的信号量化。被量化的信号，再被二值化电路231二值化，又被算术编 码电路241算术编码。二值符号量，代码量累计电路254按照规定的单位， 累计二值化电路231输出的二值符号的符号量和算术编码电路241输出的 代码的代码量，将累计的值存放到二值符号量 代码量累计值存储器253 中。二值符号量'代码量累计电路254的处理，如前所述。
22然后，第2编码电路202实施正式的编码处理。信号处理电路262， 对被延迟存储器251延迟一定时间的输入信号进行规定的信号处理。量化 电路222使用来自量化参数计算电路212的量化参数，将进行了规定的信 号处理的输入信号量化。量化参数计算电路212中的量化参数的决定方法， 如前所述。然后，输出被二值化电路232、算术编码电路242处理的比特 流。
使用本实施方式后编码的比特流，可以记录到磁带、光盘、磁盘、半 导体存储器等记录介质上后，重新发布。
另外，还可以通过软件实现图1及图8的编码装置中的各电路的功能， 用微处理器执行该软件后，能够实现和图1及图8的编码装置同样的功能。
本发明对于数码相机记录器及录象装置等要求以较小的电路规模执 行实时动作的数据记录装置非常有效。
以上，以特定的实施方式讲述了本发明。但是，对业内人士来说，显 然还有其它许多变形例、修正及其它的利用方法。因此，本发明不被本说 明书特定的叙述限定，它只能由附加的《权利要求书》限定。此外，本申 请与日本国专利申请特愿2006 — 319981号(2006年11月28日提出)有
关联，它们的内容被参照后写入本文中。
权利要求
1、一种编码装置，对输入信号量化后进行编码，并且规定了量化后生成的二值符号的符号量的上限值，其特征在于，所述编码装置具备信号处理电路，该信号处理电路对输入信号进行规定的信号处理；量化参数产生电路，该量化参数产生电路生成第1量化参数；第1量化电路，该第1量化电路根据所述第1量化参数，将所述进行了规定的信号处理的输入信号量化，生成第1量化数据；第1二值化电路，该第1二值化电路对所述第1量化数据进行二值化，输出第1二值符号数据；第1算术编码电路，该第1算术编码电路根据规定的目标代码量，对所述第1二值符号数据进行算术编码，生成第1编码数据；量化参数计算电路，该量化参数计算电路根据所述第1二值符号数据的符号量、所述第1编码数据的代码量、所述第2量化参数、所述符号量的上限值及所述目标代码量，生成第2量化参数；第2量化电路，该第2量化电路根据所述第2量化参数，将所述进行了规定的信号处理的输入信号量化，生成第2量化数据；第2二值化电路，该第2二值化电路对所述第2量化数据进行二值化，输出第2二值符号数据；以及第2算术编码电路，该第2算术编码电路对所述第2二值符号数据进行算术编码，生成并输出对于所述输入信号而言的编码数据。
2、 如权利要求1所述的编码装置，其特征在于所述量化参数计算 电路，根据所述第1量化参数、所述第1二值符号数据的符号量及所述符号 量的上限值，生成第l参数候补；根据所述第1量化参数、所述第1编码数据的代码量及所述目标代码 量，生成第2参数候补；比较所述第1及第2参数候补，将生成的编码数据的代码量较小的参 数候补，设定成所述第2量化参数。
3、 如权利要求1所述的编码装置，其特征在于所述量化参数发生电路，具有多个代表量化参数，从这多个代表量化参数中选择一个代表量 化参数，作为所述第l量化参数。
4、 如权利要求3所述的编码装置，其特征在于所述信号处理电路，对所述输入信号进行规定的信号处理，生成N个信号，N为2以上的自然数，所述多个代表量化参数的数量Q，是N的约数；所述量化参数产生电路，向由所述信号处理电路输出的连续的Q个所 述信号，分配互不相同的Q个代表量化参数，生成所述第l量化参数。
5、 如权利要求3所述的编码装置，其特征在于所述多个代表量化参数，包含量化参数的最大值及最小值。
6、 如权利要求l所述的编码装置，其特征在于所述信号处理电路，输入影像信号，变换成频率成分，生成并输出系数数据。
7、 如权利要求6所述的编码装置，其特征在于所述信号处理电路，按照将影像的1帧分割成多个块后获得的各块，根据该块中包含的像素及与该块邻接的像素，生成所述系数数据；所述信号处理电路，从输入的所述影像信号中，抽出生成输入所述第1量化电路的系数数据而要使用的所述邻接像素，从将所述第2量化参数 反量化后并由所述频率成分反变换的信号中，抽出生成输入所述第2量化电路的系数数据而要使用的所述邻接像素。
8、 如权利要求7所述的编码装置，其特征在于量化参数计算电路，使用以下2个结果生成第2量化参数，在规定数量的块中按照各相同的第1量化参数累计所述第1二值符号 数据的符号量的结果，和在规定数量的块中按照各相同的第1量化参数累计所述第1编码数据 的代码量的结果。
9、 一种编码方法，将输入信号量化后进行编码并且对量化后生成的二值符号的符号量规定了上限值，其特征在于，所述编码方法具备 对输入信号进行规定的信号处理的步骤； 生成第1量化参数的步骤；根据所述第1量化参数，将所述进行了规定的信号处理的输入信号量 化后，生成第l量化数据的步骤；对所述第1量化数据进行二值化，输出第1 二值符号数据的步骤； 根据规定的目标代码量，对所述第1 二值符号数据进行算术编码，生 成第1编码数据的步骤；根据所述第1二值符号数据的符号量、所述第1编码数据的代码量、所述第2量化参数、所述符号量的上限值及所述目标代码量，生成第2量 化参数的步骤；根据所述第2量化参数，将所述进行了规定的信号处理的输入信号量化，生成第2量化数据的步骤；对所述第2量化数据进行二值化，输出第2 二值符号数据的步骤； 对所述第2 二值符号数据进行算术编码，生成并输出对于所述输入信号而言的编码数据的步骤。
全文摘要
编码装置(100)，具备生成临时量化参数的量化参数产生电路(111)；根据临时量化参数，将量化对象的信号量化后，生成量化数据的量化电路(121)；将该量化数据二值化，输出二值符号数据的二值化电路(131)；对二值符号数据进行算术编码，生成编码数据的算术编码电路(141)；根据二值符号数据的符号量、编码数据的代码量、符号量的上限值及目标代码量，生成适当的量化数据的量化参数计算电路(112)；根据该适当的量化参数，将量化对象的信号量化的量化电路(122)。
文档编号H04N7/30GK101502122SQ20078003020
公开日2009年8月5日 申请日期2007年10月16日 优先权日2006年11月28日
发明者田中俊启 申请人:松下电器产业株式会社