特開 2022-183942 符号化装置及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022183942

(43)【公開日】2022-12-13

(54)【発明の名称】符号化装置及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H04N 19/115 20140101AFI20221206BHJP

   H04N 19/126 20140101ALI20221206BHJP

   H04N 19/154 20140101ALI20221206BHJP

   H04N 19/19 20140101ALI20221206BHJP

【ＦＩ】

H04N19/115

H04N19/126

H04N19/154

H04N19/19

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021091496

(22)【出願日】2021-05-31

(71)【出願人】

【識別番号】000004352

【氏名又は名称】日本放送協会

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100161148

【弁理士】

【氏名又は名称】福尾 誠

(72)【発明者】

【氏名】近藤 雄一

(72)【発明者】

【氏名】森田 泰子

(72)【発明者】

【氏名】市ヶ谷 敦郎

【テーマコード（参考）】

5C159

【Ｆターム（参考）】

5C159TA46

5C159TA60

5C159TB08

5C159TC08

5C159TC19

5C159TD16

(57)【要約】

【課題】高解像度の映像を所要ビットレートで符号化する際の画質及び符号化効率を向上させる。
【解決手段】映像シーケンスを符号化対象領域に分割し、一定のビットレート以下となるように、符号化対象領域ごとに量子化パラメータを決定して符号化を行う符号化装置（１）は、ビットレートと符号化歪みとの関係を示すＲＤ関数を用いて量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出部（１０１）と、量子化パラメータを用いて符号化対象領域の量子化を行う量子化部（１４）と、を備える。ＲＤ関数は、ビットレートの対数関数を用いた単調減少関数である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

映像シーケンスを符号化対象領域に分割し、一定のビットレート以下となるように、符号化対象領域ごとに量子化パラメータを決定して符号化を行う符号化装置であって、
ビットレートと符号化歪みとの関係を示すＲＤ関数を用いて量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出部と、
前記量子化パラメータを用いて前記符号化対象領域の量子化を行う量子化部と、
を備え、
前記ＲＤ関数は、ビットレートの対数関数を用いた単調減少関数である、符号化装置。

【請求項2】

映像シーケンスを符号化対象領域に分割し、一定のビットレート以下となるように、符号化対象領域ごとに量子化パラメータを決定して符号化を行う符号化装置であって、
ビットレートと符号化歪みの関係を示すＲＤ関数を決定するための切替指標を算出する切替指標算出部と、
前記切替指標に基づいて、あらかじめ定められた複数のＲＤ関数から、前記符号化対象領域ごとにＲＤ関数を決定するＲＤ関数決定部と、
前記ＲＤ関数決定部により決定されたＲＤ関数を用いて前記量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出部と、
前記量子化パラメータを用いて前記符号化対象領域の量子化を行う量子化部と、
を備える符号化装置。

【請求項3】

前記切替指標算出部は、画素当たりのビットレート又は符号化難度を前記切替指標として算出する、請求項２に記載の符号化装置。

【請求項4】

前記複数のＲＤ関数は、ビットレートのべき関数を用いた単調減少関数と、ビットレートの対数関数を用いた単調減少関数と、を含む、請求項２又は３に記載の符号化装置。

【請求項5】

前記切替指標算出部は、画素当たりのビットレートを前記切替指標として算出し、
前記複数のＲＤ関数は、ビットレートのべき関数を用いた単調減少関数である第１のＲＤ関数と、ビットレートの対数関数を用いた単調減少関数である第２のＲＤ関数と、を含み、
前ＲＤ関数決定部は、前記切替指標が閾値以上である場合には前記第１のＲＤ関数を選択し、前記切替指標が前記閾値未満である場合には前記第２のＲＤ関数を選択する、請求項２に記載の符号化装置。

【請求項6】

前記切替指標算出部は、符号化難度を前記切替指標として算出し、
前記複数のＲＤ関数は、ビットレートのべき関数を用いた単調減少関数である第１のＲＤ関数と、ビットレートの対数関数を用いた単調減少関数である第２のＲＤ関数と、を含み、
前ＲＤ関数決定部は、前記切替指標が閾値未満である場合には前記第１のＲＤ関数を選択し、前記切替指標が前記閾値以上である場合には前記第２のＲＤ関数を選択する、請求項２に記載の符号化装置。

【請求項7】

コンピュータを、請求項１から６のいずれか一項に記載の符号化装置として機能させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、符号化装置及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

可変長符号化を用いる映像符号化手法では映像に応じて発生する符号量が大きく変化する。したがって、符号量（ビットレート）に制約がある条件下で画質を最大化するためには符号化制御技術が必要となる。符号化制御技術には、目的のビットレートとなるように制御を行うレート制御と、与えられた符号量に対して最適なモード選択を行う最適化処理の２つの要素がある。

【0003】

レート制御では、与えられた符号量と使用済みの符号量から使用可能な符号量をフレームやブロックごとに割り当て、割り当てられた符号量に納まるように量子化パラメータの値を制御する。最適化処理では、符号量Ｒ、符号化歪みＤ、及びラグランジュの未定乗数λから計算されるコスト関数Ｊ＝Ｄ＋λＲを最小化するような予測モードを用いることで最も効率がよいモードを選択する（例えば、非特許文献１参照）。ただし、未定乗数λはシーケンスによって異なる値であるため、未定乗数λの導出手法についても符号化制御技術の１つとなっている。一般的に、コスト関数Ｊを最小化する点においてＲで微分すると０になることを用いて、λ＝－∂Ｄ／∂Ｒと計算できることを利用する。

【0004】

近年のＨＥＶＣ（High Efficiency Video Coding），ＶＶＣ（Versatile Video Coding）などの映像符号化規格の参照ソフトウェアＨＭ（HEVC Test Model）、ＶＴＭ（VVC Test Model）では、事前に定められた、ビットレートＲと符号化歪みＤとの関係を示すＲＤ関数（レート歪み関数）を用いて最適化を行う。ただし、ＲＤ関数のパラメータは映像ごとに異なる。そこで、このパラメータを符号化済みのフレームから見積もることで映像固有のＲＤ関数を導出し、偏微分を行うことで未定乗数λを計算する。適切な未定乗数λが得られたら、コスト関数Ｊを最小化するモードを選択すればよい。このとき量子化パラメータについてもあらゆる値をとり得るが、ＨＭ，ＶＴＭでは未定乗数λの値から量子化パラメータを直接計算して求める手法を用いており、符号化制御の２つの要素であるレート制御と最適化処理はほぼ一体化している（例えば、非特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】大久保榮、「Ｈ２６５/ＨＥＶＣ教科書」、初版、インプレスジャパン、２０１３年１０月２１日発行

【非特許文献2】Li et al., “Optimal Bit Allocation for CTU Level Rate Control in HEVC,” IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., 2017

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、ＨＭ及びＶＴＭで利用しているこのＲＤ関数は、２Ｋ以下の低解像度の映像を用いてＨＭで実験して得られた結果をもとにして作成された関数である。そのため、４Ｋや８Ｋのような高解像度の映像符号化や、ＨＭではなくＶＴＭを用いた符号化においても適切な式であるかわかっていない。ＲＤ関数が正確ではない場合、得られる未定乗数λ及び量子化パラメータも最適なものではなく、無駄なレートの消費や不正確な符号量制御といった問題が生じる。ＶＶＣが規格化され高解像度映像のサービスが増えている現状を踏まえて、この問題点を解決するための符号化制御技術が必要となっている。

【0007】

かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、高解像度の映像を所要ビットレートで符号化する際の画質及び符号化効率を向上させることが可能な符号化装置及びプログラムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決するため、一実施形態に係る符号化装置は、映像シーケンスを符号化対象領域に分割し、一定のビットレート以下となるように、符号化対象領域ごとに量子化パラメータを決定して符号化を行う符号化装置であって、ビットレートと符号化歪みとの関係を示すＲＤ関数を用いて量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出部と、前記量子化パラメータを用いて前記符号化対象領域の量子化を行う量子化部と、を備え、前記ＲＤ関数は、ビットレートの対数関数を用いた単調減少関数であることを特徴とする。

【0009】

また、一実施形態に係る符号化装置は、映像シーケンスを符号化対象領域に分割し、一定のビットレート以下となるように、符号化対象領域ごとに量子化パラメータを決定して符号化を行う符号化装置であって、ビットレートと符号化歪みの関係を示すＲＤ関数を決定するための切替指標を算出する切替指標算出部と、前記切替指標に基づいて、あらかじめ定められた複数のＲＤ関数から、前記符号化対象領域ごとにＲＤ関数を決定するＲＤ関数決定部と、前記ＲＤ関数決定部により決定されたＲＤ関数を用いて前記量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出部と、前記量子化パラメータを用いて前記符号化対象領域の量子化を行う量子化部と、を備えることを特徴とする。

【0010】

さらに、一実施形態において、前記切替指標算出部は、画素当たりのビットレート又は符号化難度を前記切替指標として算出してもよい。

【0011】

さらに、一実施形態において、前記複数のＲＤ関数は、ビットレートのべき関数を用いた単調減少関数と、ビットレートの対数関数を用いた単調減少関数と、を含んでもよい。

【0012】

さらに、一実施形態において、前記切替指標算出部は、画素当たりのビットレートを前記切替指標として算出し、前記複数のＲＤ関数は、ビットレートのべき関数を用いた単調減少関数である第１のＲＤ関数と、ビットレートの対数関数を用いた単調減少関数である第２のＲＤ関数と、を含み、前ＲＤ関数決定部は、前記切替指標が閾値以上である場合には前記第１のＲＤ関数を選択し、前記切替指標が前記閾値未満である場合には前記第２のＲＤ関数を選択するようにしてもよい。

【0013】

さらに、一実施形態において、前記切替指標算出部は、符号化難度を前記切替指標として算出し、前記複数のＲＤ関数は、ビットレートのべき関数を用いた単調減少関数である第１のＲＤ関数と、ビットレートの対数関数を用いた単調減少関数である第２のＲＤ関数と、を含み、前ＲＤ関数決定部は、前記切替指標が閾値未満である場合には前記第１のＲＤ関数を選択し、前記切替指標が前記閾値以上である場合には前記第２のＲＤ関数を選択するようにしてもよい。

【0014】

また、一実施形態係るプログラムは、コンピュータを、上記符号化装置として機能させる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、高解像度の映像を所要ビットレートで符号化する際の画質及び符号化効率を向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】一実施形態に係る符号化装置の構成例を示すブロック図である。

【図2】第１の実施形態に係るレート制御部の構成例を示すブロック図である。

【図3】第２の実施形態に係るレート制御部の構成例を示すブロック図である。

【図4】第２の実施形態に係るレート制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図5】４Ｋ映像のＲＤ曲線の例を示す図である。

【図6】一実施形態に係る復号装置の構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

【0018】

（符号化装置）
図１に、本発明の一実施形態に係る符号化装置の構成例を示す。図１に示す符号化装置１は、レート制御部１０と、ブロック分割部１１と、減算部１２と、変換部１３と、量子化部１４と、逆量子化部１５と、逆変換部１６と、加算部１７と、記憶部１８と、予測部１９と、エントロピー符号化部２０と、を備える。

【0019】

符号化装置１は、映像シーケンスを符号化対象領域に分割し、一定のビットレート以下となるように、符号化対象領域ごとに量子化パラメータを決定して符号化を行う。

【0020】

ブロック分割部１１は、映像シーケンスを符号化対象フレーム単位又は符号化対象ブロック単位の符号化対象領域へ分割したブロック画像を生成し、減算部１２及び予測部１９に出力する。

【0021】

減算部１２は、ブロック分割部１１から入力したブロック画像の各画素値から、後述する予測部１９から入力した予測ブロック画像の各画素値を減算して、ブロック画像と予測ブロック画像との差を示す残差ブロック画像を生成し、変換部１３に出力する。

【0022】

変換部１３は、減算部１２から入力した残差ブロック画像に対して、直交変換などの変換処理を行って変換係数を算出し、量子化部１４に出力する。

【0023】

レート制御部１０は、残差ブロック画像の量子化を行う際の量子化パラメータを適切に決定することにより、レート制御を行う。レート制御部１０の処理の詳細については後述する。レート制御部１０は、決定した量子化パラメータを量子化部１４及びエントロピー符号化部２０に出力する。

【0024】

量子化部１４は、変換部１３から入力した変換係数を、レート制御部１０から入力した量子化パラメータに対応する量子化ステップ（例えば、量子化パラメータと量子化ステップの対数が比例するように対応付けられる。）で除算して量子化することにより量子化係数を生成し、逆量子化部１５及びエントロピー符号化部２０に出力する。量子化部１４により、データ量の削減が行われる。

【0025】

逆量子化部１５は、量子化部１４から入力した量子化係数に対して、量子化ステップを乗ずることにより変換係数を復元し、逆変換部１６に出力する。

【0026】

逆変換部１６は、逆量子化部１５から入力した変換係数に対して、逆変換処理（変換部１３で行った変換を元に戻す処理）を行って残差ブロック画像を復元し、加算部１７に出力する。例えば、変換部１３が離散コサイン変換を行った場合には、逆変換部１６は逆離散コサイン変換を行う。

【0027】

加算部１７は、逆変換部１６から入力した残差ブロック画像と、予測部１９から入力した予測画像とを加算し、符号化画像として記憶部１８に出力する。

【0028】

逆量子化部１５、逆変換部１６、及び加算部１７により、符号化画像生成部（局所復号部）を構成する。すなわち、符号化画像生成部は、量子化係数に対して量子化ステップを乗じて変換係数を復元し、該変換係数に対して逆変換処理を行って残差ブロック画像を復元し、該残差ブロック画像とイントラ予測画像又は動き補償予測画像とを加算して符号化画像を生成する。

【0029】

符号化装置１は、加算部１７が出力する符号化画像に対してデブロッキングフィルタによるフィルタ処理などの後処理を行ってから、記憶部１８に出力してもよい。

【0030】

記憶部１８は、加算部１７から入力した符号化画像を記憶する。

【0031】

予測部１９は、イントラ予測（画面内予測）、又はインター予測（画面間予測、動き補償予測）を行う。イントラ予測では、記憶部１８に記憶された符号化画像に対して、イントラ予測モードに従ってイントラ予測したイントラ予測画像を生成する。インター予測では、記憶部１８に記憶された符号化画像に対して、動きベクトルに従って動き補償予測した動き補償予測画像を生成する。予測部１９は、イントラ予測画像と動き補償予測画像とを切替えて予測ブロック画像とし、減算部１２及び加算部１７に出力する。予測部１９は、予測処理に用いられた予測パラメータ（イントラ予測モード及び動きベクトル情報）をエントロピー符号化部２０に出力する。

【0032】

エントロピー符号化部２０は、量子化部１４から入力した量子化係数、レート制御部１０から入力した量子化パラメータ、及び予測部１９から入力した予測パラメータに対してエントロピー符号化を行い、データ圧縮を行ってビットストリームを生成し、符号化装置１の外部に出力する。エントロピー符号化は、０次指数ゴロム符号やコンテキスト適応型２値算術符号（ＣＡＢＡＣ：Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding）など、任意のエントロピー符号化方式を用いることができる。

【0033】

（第１の実施形態に係る制御部）
次に、レート制御部１０の処理について説明する。図２に、第１の実施形態に係るレート制御部１０－１の構成例を示す。図２に示すレート制御部１０－１は、量子化パラメータ算出部１０１を備える。

【0034】

量子化パラメータ算出部１０１は、ビットレートＲと符号化歪みＤとの関係を示すＲＤ関数を用いて量子化パラメータＱＰを算出する。ここで、量子化パラメータ算出部１０１は、従来のＲＤ関数とは異なる、下記のＲＤ関数を用いる。このＲＤ関数は、ビットレートＲの対数関数ｌｏｇ（Ｒ）を用いた単調減少関数である。対数関数の底はネイピア数ｅである必要はないが、演算のしやすさを考慮して本実施形態では対数関数を自然対数関数としている。

【0035】

【数1】

【0036】

ラグランジュの未定乗数（以下、単に「未定乗数」という。）λを－∂Ｄ／∂Ｒとすると、未定乗数λは次式で計算される。

【0037】

【数2】

【0038】

この対数関数を利用した場合のパラメータは１つ（γ）である。量子化パラメータ算出部１０１は、符号化フレーム又は符号化対象領域ごとに、符号化済みのフレーム又ブロックのビットレートＲ_ａ及び未定乗数λ_ａを用いて、次式によりパラメータγを計算する。なお、ビットレートＲ_ａは、エントロピー符号化部２０から入力したビットストリームから算出される。

【0039】

【数3】

【0040】

未定乗数λは、式（３）で得られたγと、ターゲットビットレートＲ_ｔとを用いて、次式により計算される。

【0041】

【数4】

【0042】

量子化パラメータ算出部１０１は、式（４）で得られた未定乗数λを用いて、次式によって、符号化フレーム又は符号化対象領域ごとに量子化パラメータＱＰを算出する。この式は、従来の映像符号化規格の参照ソフトウェアで用いられている式であるが、量子化パラメータＱＰの導出式はこれに限られるものではない。量子化パラメータ算出部１０１は、このようにして算出した量子化パラメータを量子化部１４に出力する。

【0043】

【数5】

【0044】

（第２の実施形態に係る制御部）
図３に、第２の実施形態に係るレート制御部１０－２の構成例を示す。図３に示すレート制御部１０－２は、切替指標算出部１０２と、ＲＤ関数決定部１０３と、量子化パラメータ算出部１０１’と、を備える。

【0045】

切替指標算出部１０２は、ＲＤ関数決定部１０３においてＲＤ関数を決定するための切替指標を算出し、ＲＤ関数決定部１０３に出力する。以下に、切替指標の例を２つ示す。

【0046】

＜第１の切替指標＞
切替指標算出部１０２は、符号化対象領域の画素当たりのビットレートＢｐｐを第１の切替指標とする。画素当たりのビットレートＢｐｐは、映像シーケンスの画素数（解像度）をＮ、ターゲットビットレートをＢ_ｔ、フレームレートをｆとしたとき、次式で算出される。

【0047】

【数6】

【0048】

＜第２の切替指標＞
切替指標算出部１０２は、符号化対象領域の符号化難度Ｘを第２の切替指標とする。符号化難度Ｘは、符号化対象領域の符号化時のビットレートＲ_ａ及び符号化歪みＤ_ａと、事前に定める定数ｒとを用いて、次式により定義することができる。次式は、符号化歪みＤａを表す評価値がＭＳＥ（Mean Square Error）である場合の式である。この場合、定数ｒは例えば０．３である。符号化歪みＤａを表す評価値はＭＳＥに限られるものではなく、ＰＳＮＲ(Peak signal-to-noise ratio)など、画質を客観的に表す任意のものであってもよい。符号化難度Ｘは、評価値に応じて異なる式であってもよいし、解像度やフレームレートなどの映像パラメータに応じて異なる式であってもよい。

【0049】

【数7】

【0050】

ＲＤ関数決定部１０３は、切替指標算出部１０２から入力した切替指標に基づいて、あらかじめ定められた複数のＲＤ関数から、符号化対象領域ごとにＲＤ関数を決定する。ＲＤ関数決定部１０３は、決定したＲＤ関数を示す情報を量子化パラメータ算出部１０１’に出力する。

【0051】

複数のＲＤ関数は、ビットレートＲのべき関数Ｒ^ｎを用いた単調減少関数（第１のＲＤ関数）と、ビットレートＲの対数関数ｌｏｇ（Ｒ）を用いた単調減少関数（第２のＲＤ関数）と、を含む。第１のＲＤ関数は、例えば、従来のＶＶＣの参照ソフトウェアＶＴＭなどで用いられているＲＤ関数である。第２のＲＤ関数は、例えば、上記式（１）に示したＲＤ関数である。本実施形態では複数のＲＤ関数が第１のＲＤ関数と第２のＲＤ関数の２つである場合について説明するが、さらに他のＲＤ関数を含んでいてもよい。例えば他のＲＤ関数として、次式に示すような、ビットレートＲの指数関数を用いた単調減少関数を更に含んでいてもよい。

【0052】

【数8】

【0053】

＜第１の切替指標に基づく切り替え＞
ＲＤ関数決定部１０３は、切替指標算出部１０２から画素当たりのビットレートＢｐｐを切替指標として入力した場合、切替指標Ｂｐｐが第１の閾値Ｔ_１以上である場合には第１のＲＤ関数を選択し、切替指標Ｂｐｐが第１の閾値Ｔ_１未満である場合には第２のＲＤ関数を選択することにより、レート制御を行う。４Ｋ以上の解像度では切替指標Ｂｐｐによらず常に第２のＲＤ関数を選択するなど、さらに条件を加えてもよい。

【0054】

第１の閾値Ｔ_１は、例えば４Ｋ６０Ｈｚのシーケンスを３０Ｍｂｐｓで符号化する場合と同等の値とする場合には、Ｂｐｐ＝（３０×１０^６）／（３８４０×２１６０×６０）≒０．０６となる。

【0055】

＜第２の切替指標に基づく切り替え＞
ＲＤ関数決定部１０３は、切替指標算出部１０２から符号化難度Ｘを切替指標として入力した場合、切替指標Ｘが第２の閾値Ｔ_２未満である場合には第１のＲＤ関数を選択し、切替指標Ｘが第２の閾値Ｔ_２以上である場合には第２のＲＤ関数を選択することにより、レート制御を行う。

【0056】

符号化歪みＤａを表す評価値はＭＳＥである場合、第２の閾値Ｔ_２は例えば５．０である。第２の閾値Ｔ_２は、符号化歪みＤａを表す評価値や映像パラメータに応じて異なる値であってもよい。

【0057】

量子化パラメータ算出部１０１’は、ＲＤ関数決定部１０３により決定されたＲＤ関数を用いて量子化パラメータを算出する。従来のＶＶＣの参照ソフトウェアＶＴＭなどで用いられている第１のＲＤ関数は、次式で表される。なお、第１のＲＤ関数は次式に限定されるものではなく、例えば定数項を含んでいてもよい。

【0058】

【数9】

【0059】

式（９）から、未定乗数λは次式により計算される。

【0060】

【数10】

【0061】

量子化パラメータ算出部１０１’は、第１のＲＤ関数を用いる場合、符号化フレーム又は符号化対象領域ごとに、符号化済みのフレーム又ブロックのビットレートＲ_ａ及び未定乗数λ_ａを用いて、式（１０）のパラメータα，βを計算する。そして、量子化パラメータ算出部１０１’は、計算したパラメータα，βから未定乗数λを求め、上記式（５）によって符号化フレーム又は符号化対象領域ごとに量子化パラメータを算出する。

【0062】

量子化パラメータ算出部１０１’は、第２のＲＤ関数を用いる場合、上述したように式（４）により未定乗数λを求め、上記式（５）によって符号化フレーム又は符号化対象領域ごとに量子化パラメータを算出する。

【0063】

図４に、レート制御部１０－２による制御処理手順を示す。

【0064】

ステップＳ１０１では、切替指標算出部１０２により、ビットレートと符号化歪みの関係を示すＲＤ関数を決定するための切替指標を算出する。

【0065】

ステップＳ１０２では、ＲＤ関数決定部１０３により、ステップＳ１０１で算出された切替指標に基づいて、あらかじめ定められた複数のＲＤ関数から、符号化対象領域ごとにＲＤ関数を決定する。例えば、切替指標を閾値と比較することによりＲＤ関数を決定する。

【0066】

ステップＳ１０３では、量子化パラメータ算出部１０１’により、ステップＳ１０２で決定されたＲＤ関数を用いて量子化パラメータを算出する。

【0067】

以上説明したように、本発明では、従来とは異なるＲＤ関数を用いて量子化パラメータを算出する。本発明による効果を、図５を参照して説明する。

【0068】

図５は、符号化難度が比較的高い４Ｋ映像のＲＤ曲線を示す図である。横軸はビットレートＲであり、縦軸は符号化歪みＤの評価値ＭＳＥである。図５（ａ）は、従来の第１のＲＤ関数を用いた場合のＲＤ曲線である。具体的には第１のＲＤ関数をＤ＝１１５５５Ｒ^{－０．６２７}としている。この場合の決定係数Ｒ^２は、０．９７９であった。図５（ｂ）は、本発明で新たに追加した第２のＲＤ関数を用いた場合のＲＤ曲線である。具体的には第２のＲＤ関数をＤ＝－１２４４ｌｎ（Ｒ）＋５８７６としている。この場合の決定係数Ｒ^２は、０．９９０であった。

【0069】

このように、本発明では、高解像度の映像を所要ビットレートで符号化する際に、第２のＲＤ関数を用いることで、従来よりも高い精度でフィッテングし得る。そのため、ＲＤ関数から得られる量子化パラメータをより適切な値とすることができる。したがって、高解像度の映像を所要ビットレートで符号化する際の画質及び符号化効率を向上させることが可能となる。なお、本発明は、多種多様な映像符号化規格に適用することができる。

【0070】

また、ＲＤ関数をビットレートの対数関数を用いた単調減少関数とすることにより、未定乗数λを計算する際のパラメータが式（２）に示すように１つになるため、計算コストを削減することができる。対数関数を自然関数とすることにより、更に計算コストを削減することができる。

【0071】

また、本発明では、ＲＤ関数を複数用意し、切替指標に基づいてＲＤ関数を決定するようにしてもよい。これにより、符号化する映像の特徴に基づいて量子化パラメータを決定することができるため、様々な映像シーケンスに対して、画質及び符号化効率を向上させることが可能となる。

【0072】

（復号装置）
次に、本発明の一実施形態に係る復号装置について説明する。図６に、本発明の一実施形態に係る復号装置の構成例を示す。図６に示す復号装置２は、エントロピー復号部３１と、逆量子化部３２と、逆変換部３３と、加算部３４と、記憶部３５と、予測部３６と、を備える。復号装置２は、上記の符号化装置１によって符号化されたビットストリームを復号する。

【0073】

エントロピー復号部３１は、符号化装置１が出力するビットストリームを復号し、量子化パラメータ、量子化係数、及び予測パラメータ（イントラ予測モード及び動きベクトル情報）を取得する。そして、エントロピー復号部３１は、量子化パラメータ及び量子化係数を逆量子化部３２に出力し、予測パラメータを予測部３６に出力する。

【0074】

逆量子化部３２は、エントロピー復号部３１から量子化係数及び量子化パラメータを入力し、量子化係数に量子化パラメータから導出される量子化ステップを乗算してブロックごとの直交変換係数を復元し、逆変換部３３に出力する。

【0075】

逆変換部３３は、逆量子化部３２から入力した直交変換係数に対して逆変換を行って残差画像を生成し、加算部３４に出力する。

【0076】

加算部３４は、逆変換部３３から入力した残差画像と、予測部３６から入力した予測画像の各画素値を加算して復号画像を生成し、記憶部３５及び復号装置２の外部に出力する。

【0077】

復号装置２は、符号化装置１と同様に、加算部３４が出力する復号画像に対してデブロッキングフィルタによるフィルタ処理などの後処理を行ってから、記憶部３５に出力してもよい。

【0078】

記憶部３５は、加算部３４から入力した復号画像を記憶する。

【0079】

予測部３６は、イントラ予測（画面内予測）、又はインター予測（画面間予測、動き補償予測）を行う。イントラ予測では、記憶部３５に記憶された復号画像に対して、エントロピー復号部３１から入力したイントラ予測モードに従ってイントラ予測したイントラ予測画像を生成する。インター予測では、記憶部３５に記憶された復号画像に対して、エントロピー復号部３１から入力した動きベクトル情報に従って動き補償予測した動き補償予測画像を生成する。予測部３６は、イントラ予測画像と動き補償予測画像とを切替えて予測ブロック画像とし、加算部３４に出力する。

【0080】

（プログラム）
上述した符号化装置１及び復号装置２として機能させるために、それぞれプログラム命令を実行可能なコンピュータを用いることも可能である。ここで、コンピュータは、汎用コンピュータ、専用コンピュータ、ワークステーション、ＰＣ（Personal Computer）、電子ノートパッドなどであってもよい。プログラム命令は、必要なタスクを実行するためのプログラムコード、コードセグメントなどであってもよい。

【0081】

コンピュータは、プロセッサと、記憶部と、入力部と、出力部と、通信インターフェースとを備える。プロセッサは、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＳｏＣ（System on a Chip）などであり、同種又は異種の複数のプロセッサにより構成されてもよい。プロセッサは、記憶部からプログラムを読み出して実行することで、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。なお、これらの処理内容の少なくとも一部をハードウェアで実現することとしてもよい。入力部は、ユーザの入力操作を受け付けてユーザの操作に基づく情報を取得する入力インターフェースであり、ポインティングデバイス、キーボード、マウスなどである。出力部は、情報を出力する出力インターフェースであり、ディスプレイ、スピーカなどである。通信インターフェースは、外部の装置と通信するためのインターフェースであり、例えばＬＡＮ（Local Area Network）インターフェースである。

【0082】

プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録されていてもよい。このような記録媒体を用いれば、プログラムをコンピュータにインストールすることが可能である。ここで、プログラムが記録された記録媒体は、非一過性（non-transitory）の記録媒体であってもよい。非一過性の記録媒体は、特に限定されるものではないが、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリなどであってもよい。また、このプログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。

【0083】

上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形又は変更が可能である。例えば、実施形態の構成図に記載の複数の構成ブロックを統合したり、１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。

【符号の説明】

【0084】

１ 符号化装置
２ 復号装置
１０，１０－１，１０－２ レート制御部
１１ ブロック分割部
１２ 減算部
１３ 変換部
１４ 量子化部
１５ 逆量子化部
１６ 逆変換部
１７ 加算部
１８ 記憶部
１９ 予測部
２０ エントロピー符号化部
３１ エントロピー復号部
３２ 逆量子化部
３３ 逆変換部
３４ 加算部
３５ 記憶部
３６ 予測部
１０１，１０１’ 量子化パラメータ算出部
１０２ 切替指標算出部
１０３ ＲＤ関数決定部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】