JP2000050284A - 運動ベクトルの格納および回収を用いることによりビデオ信号を符号化および解読するための方法および装置 - Google Patents

運動ベクトルの格納および回収を用いることによりビデオ信号を符号化および解読するための方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 H.263などの圧縮規格に準拠してビデオ信号
を符号化および解読し、それに関連する運動ベクトルを
効率的に格納および回収するシステムを提供する。 【解決手段】 エンコーダ16とデコーダ22とはそれ
ぞれ、個別のSRAMアレイ52,52’をアドレス指定す
る運動ベクトル格納回収回路38,72を用いる。現行
のリアルタイム計算には必要とされない運動ベクトルの
格納を排除して、最小数の運動ベクトルのみを格納する
ことにより、ビデオ信号の高度予測モードが実現され
る。ビデオ情報の所定のマクロブロックに関連する選択
された上運動ベクトルを格納することが回避され、メモ
リの節約を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にビデオ通信に関
し、さらに詳しくは、ビデオ画像の圧縮および圧縮解除
に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】事業
用および家庭用に用いられる多くのビデオ電話およびビ
デオ会議装置は、現在の電話網に固有の帯域幅上の制約
により高い圧縮比を必要とする。この要望に応えて、低
ビット速度ビデオ通信に関するH.263国際規格(H.263 I
nternational Standarad for Low Bit Rate Video Comm
unications)が開発された。この規格は、直ちにビデオ
産業に採用された。H.263国際規格には、高度予測モー
ド(APM: Advanced Predition Mode)と呼ばれる任意
の技術の実行が含まれる。APMは、運動の推定中に導入
されるアーチファクトを排除することによりビデオ画像
が大幅に改善する。APMの欠点は、ハードウェア内に組
み込むのが極めて困難で非効率的なことである。その結
果、高度予測モードが最初に実現されたのはソフトウェ
ア内のみであった。
【0003】ビデオを圧縮するH.263技術の1つは、運
動推定(motion estimation)を用いることである。運
動推定は、実際の画素の代わりに運動ベクトルをデコー
ダに送ることによりビデオを処理する。デコーダは、こ
の運動ベクトルを取り込み、それを用いて前に解読され
たフレームから運動ベクトルが指示するデータのブロッ
クにアクセスすることで現行のフレームを再生する。H.
263 APMモードにおいては、それぞれ8x8ブロックの
画素の代わりに1つの運動ベクトルを送ればよい。APM
オプションは、それぞれ8x8ブロックを表す運動ベク
トルを周辺ブロックの運動ベクトルで平均化することを
求める。これにより、運動推定プロセス中に導入される
ブロック化アーチファクトが軽減される。残念ながら、
周辺のマクロブロックから運動ベクトルを平均化するこ
とは、いくつかの理由から、メモリにおいてもハードウ
ェアにおいても集約的になることがわかっている。第1
に、周辺ブロックから運動ベクトルを回収するには、RA
M内に多数の運動ベクトルを格納しなければならないこ
とになる。現行のブロック上に運動ベクトルを回収しな
ければならないということは、運動ベクトルの行全体を
格納することが必要となり、これは極めてメモリ集約的
になる。第2に、H.263規格は、2つの別々の関数に関
して運動ベクトルを格納および回収することを必要とす
るものとAPMモードを定義する:すなわち、重畳ブロッ
ク運動補償(OBMC: Overlapped Block Motion Compensa
tion)および予測子計算(predictor calculation)で
ある。これらの関数は、容易に合成されない。なぜな
ら、OBMC関数は解読時間の1マクロブロック分だけ予測
子関数より遅延するためである。これにより、2つの関
数は異なる時間フレーム内で動作することを強いられ
る。第3に、OBMCも予測子計算も、それぞれ4つの異な
るアドレス・パターンを必要とする。従って、必要なア
ドレス化スキームは8個になる。しかし、アドレス化ス
キームのうち線形順序のものは1つもなく、容易にアド
レス化可能な他のパターンのものもない。
【0004】上記の問題のために、H.263規格で定義さ
れるAPMモードのハードウェアを効率的に実行すること
は極めて困難である。APMモードをソフトウェアで実行
することは、この機能を実現するために必要とされる大
量のメモリおよびシステム資源の使用可能性のために有
利である。しかし、ソフトウェアの実行には、実行速度
がはるかに遅く、ハードウェア実行により得られるフレ
ーム速度と画像の品質が犠牲になるという欠点がある。
【0005】
【実施例】図1には、本発明の好適な実施例によるビデ
オ・コデック(エンコーダ/デコーダ10)装置のブロ
ック図を示す。本発明は、上記の問題点を克服し、APM
を効率的にシリコン内に実現することを可能にする。ビ
デオA-D変換器およびデコーダ12は、アナログ・ビデ
オ信号を受信する入力と、4:2:2のビデオ・フォー
マットの信号を提供する出力とを有する。4:2:2信
号は、ビデオ・プレプロセッサ14の入力に接続され、
プレプロセッサ14は4:2:0のビデオ・フォーマッ
トの信号を提供する。ビデオ・プレプロセッサ14の出
力はビデオ・エンコーダ16の入力に接続される。エン
コーダ16については図2で詳細に説明する。ビデオ・
エンコーダ16は、圧縮されたビデオ・ビットストリー
ムを入力/出力(I/O)インタフェース回路18に提供
する。I/Oインタフェース18は、制御,アドレスおよ
びデータ・バスを介して信号プロセッサ20に結合され
る。I/Oインタフェース18は、被圧縮ビデオ・ビット
ストリームを信号プロセッサ20で利用される特定種類
の信号プロセッサとインタフェースする。I/Oインタフ
ェース18は、被圧縮ビデオ・ビットストリームをビデ
オ・デコーダ22に与えるビデオ・デコーダ22の入力
にも結合される。ビデオ・デコーダ22の出力は、ポス
ト・プロセッサ24の入力に接続される。ビデオ・デコ
ーダ22の出力は4:2:0のビデオ・フォーマットで
ある。ポスト・プロセッサ24の出力は、4:2:2の
ビデオ・フォーマットで、ビデオD-A変換器およびエン
コーダ26の入力に接続される。ビデオD-A変換器およ
びエンコーダ26の出力は、アナログ・ビデオ出力を提
供する。またさらに、直接メモリ・アクセス(DMA:dir
ect memory access)/ダイナミック・ランダム・アク
セス・メモリ(DRAM: dynamic random access memory)
インタフェース回路28が図示される。DMA/DRAMインタ
フェース回路28は、内部バス32を介して、ビデオ・
プレプロセッサ14,ビデオ・エンコーダ16,ビデオ
・デコーダ22およびポスト・プロセッサ24の各々に
結合される。DMA/DRAMインタフェース回路28は、制
御,アドレスおよびデータ・バスを介してDRAM30に結
合される。ビデオ・コデック10は、アナログ・ビデオ
信号を受信し、それをビデオA-D変換器およびデコーダ
12とビデオ・プレプロセッサ14とを介して2つの異
なるビデオ・フォーマットに変換し、4:2:0信号を
ビデオ・エンコーダに与えるよう機能し、ビデオ・エン
コーダが信号を被圧縮ビデオ・ビットストリームに圧縮
する働きをする。被圧縮ビデオ・ビットストリームは、
信号プロセッサ20により利用され、信号プロセッサ2
0はホストとして機能して被圧縮ビデオ・ビットストリ
ームをチャネルに与えて送信する。どのタイプのチャネ
ルが用いられるかにより、信号プロセッサ20は被圧縮
ビデオ・ビットストリームをアナログ・フォーマットに
変換するか、あるいはデジタル・フォーマットのままに
する。I/Oインタフェース18も被圧縮ビデオ・ビット
ストリームを提供する機能を果たすが、この被圧縮ビデ
オ・ビットストリームは信号プロセッサ20を介してチ
ャネル上で、ビデオ・デコーダ22により受信される。
ビデオ・デコーダ22は、ビデオ・ビットストリーム
を、ポスト・プロセッサ24が用いる4:2:0のビデ
オ・フォーマットに圧縮解除する。ポスト・プロセッサ
24は、4:2:0のフォーマットを、ビデオD/A変換
器26により用いられる4:2:2のフォーマットに変
換する。ビデオD/A変換器26は、従来のテレビジョン
またはビデオ・モニタが受け入れることのできるアナロ
グ出力を提供する。ビデオ・コデック10の形式は、図
示される如く実質的には従来通りである。言い換える
と、既存の集積回路製品を用いて、ビデオA-D変換器お
よびデコーダ12,ビデオ・プレプロセッサ14,ポス
ト・プロセッサ24およびビデオD-A変換器およびエン
コーダ26を実現することができる。しかし、ビデオ・
エンコーダ16およびビデオ・デコーダ22の実行例と
効率性は、用途により変わる。本発明が扱うのは、ビデ
オ・エンコーダ16およびビデオ・デコーダ22の特定
の実行例である。
【0006】図2には、図1のビデオ・エンコーダ16
の詳細なブロック図を示す。ビデオ・エンコーダ16
は、一般に、4:2:0のビデオ・フォーマットでビデ
オ信号を受信する入力を有する運動推定器回路36によ
って構成される。運動推定器36の出力は、ベクトル格
納回収モジュール38に複数の運動ベクトルを提供す
る。モジュール38は、運動補償および変位フレーム差
回路42の入力に接続される出力を有する。運動補償お
よび変位フレーム差回路42の出力は、離散コサイン変
換および逆離散コサイン変換(DCT: Discrete Cosine T
ransform/IDT: Inverse Discrete Cosine Transform)
回路44またはモジュールの入力に接続される。一般
に、IDT/DCT回路44は、ウェーブレットまたは離散コ
サイン変換などの圧縮/圧縮解除アルゴリズムに基づき
変換を実行する。離散コサイン変換および逆DCT回路4
4の出力は、被圧縮ビデオ出力ビデオストリームを提供
するビットストリーム・エンコーダ46の入力に接続さ
れる。速度制御回路48は、これも図1に図示される内
部バス32を介して、運動推定器36,運動補償および
変位フレーム差回路42および離散コサイン変換および
逆DCT回路44の各々に接続される。
【0007】動作中は、ビデオ・エンコーダ16は、前
回のフレームの画素情報から現行フレームの運動推定を
実行することにより機能する。運動推定器36が、複数
の運動ベクトルを提供する。この運動ベクトルは、前回
のフレームと現行のフレームとの間の8x8画素ブロッ
クの変位を表す。運動ベクトル格納回収モジュール38
が運動ベクトルを受信する。図3に関連してさらに説明
されるが、モジュール38はH.263国際規格などのビデ
オ規格において高度予測モードを実現するために必要と
される運動ベクトルを回収および格納する働きをする。
モジュール38がこのような運動ベクトルを回収し格納
すると、モジュール38はその出力において2種類の運
動ベクトルを運動補償および変位フレーム差回路42に
提供する。提供される第1種類の運動ベクトルが重畳ブ
ロック運動補償に用いられる。提供される第2種類の運
動ベクトルは、前回のフレーム再構築および運動補償に
用いられる運動ベクトルである。運動補償および変位差
フレーム回路42は、これら2種類の運動ベクトルを取
り入れ、2つの関数を実行する:すなわち、変位フレー
ム差および運動補償である。運動補償関数は、上記の2
種類の運動ベクトルを用いて、遠隔のデコーダの解読を
複製する。運動補償関数は、バス32を介して運動推定
器36に関して再構築される基準フレームを提供する。
このフレームは、前フレームまたは再構築フレームとも
呼ばれ、遠隔デコーダにより解読されるものの正確な複
製である。これがビデオ・エンコーダ16が次のフレー
ムを符号化する際に運動推定の基準フレームとして運動
推定器36により用いられる。変位フレーム差関数は、
当初の(基準)フレームから運動推定されるフレームを
差し引き、その差を離散コサイン変換および逆DCT回路
44に与える。離散コサイン変換および逆DCT回路44
は、圧縮関数に基づき損失の多い変換を行う。DCT/IDCT
44の出力と運動推定器36からの運動ベクトルとがビ
ットストリーム・エンコーダ46に与えられる。ビット
ストリーム・エンコーダ46は、H.263に準じてデータ
を配列し、圧縮されたビデオ・ビットストリーム出力を
チャネルに提供する。チャネル上に送付されるだけでな
く、DCT/IDCT回路44の圧縮出力は、同じDCT/IDCT回路
44の逆変換関数を用いて圧縮解除される。この圧縮解
除された出力は、次にバス32を介して、同じ運動補償
および変位フレーム差回路42に送られる。この情報
は、変位差フレーム関数により用いられ、その前の減算
を取り消し、運動推定器36の基準フレームを再度作成
する。これはチャネルの他端で遠隔デコーダにより解読
されるものの正確な複製である。
【0008】図3には、本発明による図2の運動ベクト
ル格納回収モジュール38を示す。運動ベクトル・レジ
スタ50は、現在の運動ベクトルを運動ベクトルSRAMア
レイ52に提供する出力を有する。この運動ベクトルSR
AMアレイ52は、より一般的には運動ベクトルを格納す
る複数の格納要素と呼ばれる。ベース・アドレスを生成
するベース・アドレス・カウンタ54がアドレス発生器
56に接続される。アドレス発生器56は、ルックアッ
プ・テーブル58からオフセット値を受信する第2入力
を有する。ルックアップ・テーブル58は、ブロック番
号を受信する第1入力を有する。ブロック番号は、多く
のビデオ規格で定義されるマクロブロック内の4つの可
能なブロックのうちの1つを表す。ルックアップ・テー
ブル58は、H.263国際規格に必要なOBMCまたは予測子
計算モードのいずれか一方を実現するためのOBMC/予測
子モード信号を受信する第2入力を有する。ルックアッ
プ・テーブル58は、所望の運動ベクトル(左,上,右
上,右,下)を選択する第3入力を有する。これについ
ては図5および図6において詳細に説明する。状態装置
は4つの可能な選択肢(左,上,右上,右下)を循環
し、新しいマクロブロックが符号化されると最初に戻っ
てリセットされる。モジューロ加算器57は、ルックア
ップ・テーブル58からオフセット値を受信する第1入
力と、ベース・アドレス・カウンタ54からベース・ア
ドレスを受信する第2入力と、運動ベクトルのSRAMアレ
イ52に接続されるアドレスを提供する出力とを有す
る。SRAMアレイ52は、選択される運動ベクトルを乗算
器回路60に与える出力を有する。乗算器60は、予測
子計算機回路62の入力に接続される第1出力を有す
る。乗算器60は、OBMC/予測モード制御信号に応答し
て機能する。この信号は、ルックアップ・テーブル58
において適切なオフセット値を選択する際にも用いられ
る。乗算器60は、運動補償ユニット42の入力に接続
される第2出力を有する。運動補償ユニット42は、図
2に図示されるDCT/IDCT回路44に信号を提供する出力
を有する。運動ベクトル格納回収モジュール38の動作
を説明する前に、図4ないし図6に関して説明する。
【0009】図4に、タイプ共通中間フォーマット(CI
F)のビデオ・フレーム内の1行のマクロブロック・レ
イアウトを示す。マクロブロック・レイアウトは複数の
行のマクロブロックを有する。図面の便宜上、1行のマ
クロブロックのみを詳細に示す。各行は22個のマクロ
ブロックを有し、それぞれにCO〜C-21とラベルが付けら
れる。図示される形式では、マクロブロックC0は現行の
マクロブロックを時間的に示す。マクロブロックC0のす
ぐ上にはマクロブロックC-22があり、これは時間領域に
おいて、過去の22個のマクロブロックからのマクロブ
ロックである。ハードウェアおよびメモリを最大に節約
するためには、OBMCおよび予測子関数のために用いられ
るメモリを共有および合成することが必要である。OBMC
関数は、予測子関数に関して、時間にして1マクロブロ
ック分だけ遅延しなければならない。この事実により、
OBMC関数はマクロブロックC-1で動作(運動ベクトルの
格納および回収)を行うことになり、一方予測子関数は
マクロブロックC0で動作する。OBMC関数をマクロブロッ
クC-1まで遅延させることが、OBMC関数が動作するマク
ロブロックのすぐ右側(図6に関して詳細に説明する)
の運動ベクトルを回収する必要があるOBMC要件のために
必要である。OBMC関数がマクロブロックC0で動作する
と、「右側」の運動ベクトルをマクロブロックC+1から
回収しなければならない。これは1ブロックだけ将来の
マクロブロックであり、まだ使用可能いなっていない。
図5および図6に関してさらに説明するように、OBMCお
よび予測子関数の「上の」マクロブロックから運動ベク
トルを回収することも必要である。「上」の運動ベクト
ルは、OBMC関数に関しては23マクロブロック分だけ過
去において処理されたものであり、予測子関数に関して
は22マクロブロック分だけ過去に処理されたものであ
ることに注目することが重要である。このため、24個
(C0〜C-23)のマクロブロックの運動ベクトルを格納す
ることが必要になる。
【0010】図5および図6においては次のような命名
法を採用する:16x16画素マクロブロックを表す大
きな正方形が4個のより小さな8x8画素ブロックに分
割される。8x8画素ブロックの各々は、それに関連す
る自身の運動ベクトルを有する。4個の8x8画素ブロ
ックは、当技術では通常「ブロック」と呼ばれるが、ブ
ロック1,2,3,4と番号が振られる。ブロック1は
マクロブロックの左上隅であり、ブロック2が右上隅、
ブロック3が左下隅、ブロック4が右下隅である。マク
ロブロックの処理とは、そのマクロブロックの符号化ま
たは解読を指す。図5および図6における「C-1」の名
前は、1マクロブロック分だけ過去に処理されたマクロ
ブロックを指す。同様に、マクロブロック「C-21」は、
21マクロブロック分だけ過去に処理されたマクロブロ
ックを指す。「C0」は現在処理中のマクロブロックを指
す。図5においては、マクロブロックC0内でブロック1
について回収すべき運動ベクトルは左,上および右上で
あることに注目することが重要である。左運動ベクトル
はマクロブロックC-1内のブロック2のものである。上
運動ベクトルはマクロブロックC-22内のブロック3のも
のである。右上運動ベクトルはマクロブロックC-21内の
ブロック3のものである。現在処理中のマクロブロック
内のブロック2に関する回収パターンは次のようにな
る:左運動ベクトルが現在処理中のブロック(C0)のブ
ロック1である。上運動ベクトルはマクロブロックC-22
のブロック4である。右上運動ベクトルはマクロブロッ
クC-21のブロック4である。現在処理中のマクロブロッ
ク内のブロック3に関する回収パターンもブロック1,
2,3,4とは異なる。現行ブロック内のブロック3の
回収パターンは次のようになる:左運動ベクトルがマク
ロブロックC-1のブロック4である。上運動ベクトルは
現在処理中のマクロブロック(C0)のブロック1であ
り、右上運動ベクトルは現在処理中のマクロブロック
(C0)のブロック2である。現在処理中のマクロブロッ
ク内のブロック4については、左運動ベクトルが現行マ
クロブロックC0内のブロック3である。上運動ベクトル
は現行マクロブロックC0のブロック1であり、右上運動
ベクトルは現行マクロブロックC0内のブロック2であ
る。この場合も、ブロック1,2,3,4に関する回収
パターンが互いに異なることに注目することが重要であ
る。これらのパターンは、H.263規格において定義され
る。
【0011】本発明は、OBMC関数の運動ベクトルの回収
にも対応する。この関数も同様にマクロブロック内の各
ブロックについて別々の回収パターンを有する。OBMC関
数は、マクロブロック内の各ブロックについて左,上,
右および下運動ベクトルを回収する必要がある。この場
合も、右に運動ベクトルを回収する要件は現行のマクロ
ブロックの右の運動ベクトルがまだ処理されていないた
めに困難であることに注目することが重要である。右運
動ベクトルを回収するためには、OBMC関数を1マクロブ
ロック分だけ時間的に遅延させることが必要である。従
って、OBMC関数は、予測子関数より1マクロブロック分
だけ後にくるマクロブロックC-1で動作する。OBMC関数
の回収パターンは次のようになる:ブロック1について
は、左運動ベクトルがマクロブロックC-2のブロック2
である。上運動ベクトルがマクロブロックC-23のブロッ
ク3である。右運動ベクトルはマクロブロックC-1のブ
ロック2であり、下運動ベクトルはマクロブロックC-1
のブロック3である。処理中の同じOBMC運動ベクトル内
のブロック2については、左運動ベクトルがマクロブロ
ックC-1内のブロック1である。上運動ベクトルはマク
ロブロックC-23のブロック4である。右運動ベクトルは
マクロブロックC0のブロック1であり、下運動ベクトル
はマクロブロックC-1のブロック4である。OBMC関数の
ブロック3については、左運動ベクトルがマクロブロッ
クC-2のブロック4である。上運動ベクトルはマクロブ
ロックC-1のブロック1である。右運動ベクトルはマク
ロブロックC-1のブロック4であり、下運動ベクトルは
マクロブロックC-1のブロック3である。OBMCマクロブ
ロックC-1のブロック4については、左運動ベクトルが
マクロブロックC-1のブロック3である。上運動ベクト
ルはマクロブロックC-1のブロック2である。右運動ベ
クトルはマクロブロックC0のブロック3であり、下運動
ベクトルはマクロブロックC-1のブロック4である。
【0012】図3に戻り、運動ベクトル格納回収モジュ
ール38は次のように機能する。図5および図6に関し
て上述されるOBMCおよび予測子モードの両方の8個のア
ドレス化スキームのオフセットがルックアップ・テーブ
ル58を介して提供される。ルックアップ・テーブル5
8は、その入力としてマクロブロック内のブロック番号
(1,2,3,4)と、必要な運動ベクトル(右,左な
ど)と、運動ベクトル回収の適切なオフセットを選択す
るための関数モード(OBMC/予測子)とを取り入れる。
【0013】実行される最初のモードは予測モードであ
る。予測モードを実行するには、図5を参照する。図5
は、H.263国際規格により定義される4つのマクロブロ
ック構造を示す。各マクロブロックはマクロブロック内
に8x8ブロックを表す4つの運動ベクトルを有する。
予測モードについては、H.263国際規格はマクロブロッ
クに含まれる4つのブロックの各々に関して左,上およ
び右上運動ベクトルの回収を必要とする。各ブロックの
左,上および右上運動ベクトルの回収パターンは、マク
ロブロック内の個々のブロック1,2,3,4に関して
異なる。パターンを実現するために、カウンタ54がゼ
ロから53までの間の数値をアドレス発生器56に提供
する。アドレス発生器56は、カウンタの出力に2を掛
けてベース・アドレスを得る。この実行例で2を掛ける
乗算が必要とされるのは、2つの運動ベクトルが各計数
において格納されるためである。ルックアップ・テーブ
ル58はブロック番号,モードおよび運動ベクトル選択
に基づきオフセット値を出力する。モジューロ加算器5
7は、ルックアップ・テーブル58が与えるオフセット
値をカウンタ54が与えるベース・アドレスに加算す
る。その和がSRAMアレイ52との通信においてポインタ
として用いられるアドレスとなる。このアドレスは、H.
263規格の回収パターンにより適切な左,上および右上
運動ベクトルを回収するために用いられる。SRAMアレイ
52内でアドレス指定される左,上および右上運動ベク
トルが、SRAMアレイ52により乗算器60(Mux)を介
して選択的に出力される。選択される運動ベクトルは予
測子計算機62に与えられる。予測子計算機62は、選
択される上,右上および左運動ベクトルのメジアン(中
央値)を計算するよう機能する。それに由来するメジア
ンは、通常「予測子」と呼ばれ、ビットストリーム・エ
ンコーダ46に提供される。ここで予測子を運動推定器
36により提供される運動ベクトルから減じる。その結
果、当技術では「差」と呼ばれるが、差がチャネル上に
送付される。予測子計算機62の実行例は当技術では周
知である。
【0014】OBMCモードにおいては、ルックアップ・テ
ーブル58がH.263規格に準拠するOBMC用運動ベクトル
回収パターン(図6)に従うオフセット値を提供する。
アドレス発生器56は、予測子計算に関する上記の説明
と同様に機能して、アドレスがSRAMアレイ52にアドレ
スが送られ、アレイ52は、選択した運動ベクトルを乗
算器60に送る。乗算器60から、OBMC運動ベクトルが
運動補償ユニット42に乗算器60を介して与えられ
る。運動補償ユニットはOBMC運動ベクトルを利用して運
動推定器のために再構築フレームを構築する。
【0015】マクロブロックの上部の運動ベクトル、す
なわちブロック1,2はマクロブロックC-2を超えてセ
ーブする必要がないことに注目すると、RAMにおいて大
幅な節約を実現することができることを理解頂きたい。
これを理解するには、図6のブロック1(OBMC関数)を
参照されたい。図6は、上半分または部分(T-x)の運
動ベクトルの集合が必要とされる最後のときがマクロブ
ロックC-1内のブロック1の左運動ベクトルの回収のた
めであることを示す。従って、下半分または部分運動ベ
クトル(B-x)の集合のみがマクロブロックC-2の後は必
要になる。これは、「上」運動ベクトルを得るために
は、処理中のマクロブロック上のマクロブロックからの
下半分または部分運動ベクトルのみが必要となるからで
ある。
【0016】図7には、SRAMアレイ52の1つの形態に
関するメモリ割当の例が示される。図示される形態にお
いては、27個の半マクロブロックのうち複数のものが
提供され、各半マクロブロックまたは部分にはマクロブ
ロックの下または上運動ベクトルが含まれる。メモリ・
レイアウトにおいては、24個の下半分のマクロブロッ
クと、3個の上半分のマクロブロックとがある。マクロ
ブロックの上半分はマクロブロックのブロック1,2の
運動ベクトルを格納する。マクロブロックの下半分は、
マクロブロックのブロック3,4の運動ベクトルを格納
する。さらに詳しくは、48個のアドレス位置が下運動
ベクトルに割り付けられ、6個のアドレス位置が上運動
ベクトルに割り付けられる。この割付は、下運動ベクト
ルは23マクロブロック分の時間格納する必要があり、
上運動ベクトルは3マクロブロック分の時間しか格納す
る必要がないという事実に対応する。図7で用いられる
命名法は次の通りである:B0は現在処理中のマクロブロ
ックを表し、現在解読中の下運動ベクトル(ブロック
3,4)が格納される場所である。B-1は、1マクロブ
ロック分だけ過去に処理されたマクロブロックの下運動
ベクトルが格納される場所である。同様に、T0は現行の
マクロブロックの上運動ベクトル(ブロック1,2)が
格納される場所であり、T-1は1マクロブロック分だけ
過去に処理されたマクロブロックの上運動ベクトルが格
納される場所である。これはスライディング/相対アド
レス指定スキームであり、絶対的なアドレス指定ではな
いことに留意することが重要である。B0,B-1マクロブ
ロックは絶対アドレス・スキームの場合のように絶対ア
ドレス0および絶対アドレス2にコード化されることは
ない。ベース・アドレスは常にB0の左運動ベクトル(現
在処理中のマクロブロックの下運動ベクトル)を指示す
ることに留意されたい。これは、2に図3のベース・ア
ドレス・カウンタ54内の値を掛けることにより計算さ
れるのと同じベース・アドレスである。カウンタが進
み、新しいマクロブロックの処理を開始すると、上運動
ベクトルT0が古くなり上運動ベクトルT-1になることに
留意することが重要である。新しい上運動ベクトルT0が
下運動ベクトルB-23を書き換える。同様に、新しい下運
動ベクトルB0は古い上運動ベクトルT-2を書き換える。
このように、下運動ベクトルは常に上運動ベクトルを書
き換え、上運動ベクトルは常に下運動ベクトルを書き換
える。上および下の運動ベクトルに割り付けられる格納
場所が2つの異なるタイムラインを形成することにも注
目されたい。
【0017】上記の概念の例を以下に示す。この例で
は、カウンタの現在値が5のときSRAMアレイ52のベー
ス・アドレス10は現行マクロブロックの下運動ベクト
ルが格納される場所であることを示す。現行マクロブロ
ックの上運動ベクトルは常にカウンタより6アドレス分
だけ先に、この例ではアドレス16に格納されることに
なる。その理由は、図7のメモリ割付を注意深く見ると
わかる。現行の計数は常にB0を指示し、T0のスライディ
ング・アドレス空間は6をモジューロ加算してT0に統合
すると得られる。次のマクロブロックを処理して、計数
が6に進むと、全部が1マクロブロックだけ「古くな
る」。ベース・アドレス10は過去1マクロブロックか
らの下運動ベクトルを含み、ベース・アドレス12は新
しい現行のマクロブロックの下運動ベクトルを含む。ベ
ース・アドレス12がマクロブロックC-2(C-2は上運動
ベクトルT-2および下運動ベクトルB-2を含むマクロブロ
ックである)の上運動ベクトルを以前は含んだことに留
意することが重要である。カウンタが6に進んだとき
に、3マクロブロック時間の間しか格納する必要のない
T-2運動ベクトルが終了し、下運動ベクトルB0が代わり
に書き込まれた。 例: カウンタ値5=ベース・アドレス10 ベース・アドレス 0….4 6 8 10 12 14 16 18…….. 52 B-2 B-1 B0 T-2 T-1 T0 B-23 カウンタ値6=ベース・アドレス1 ベース・アドレス 0….4 6 8 10 12 14 16 18…….. 52 B-3 B-2 B-1 B0 T-2 T-1 T0 要するに、運動ベクトル格納回収モジュール38全体の
動作が次の例に基づき説明される:ベース・アドレス・
カウンタ54が6の値を有するとすると、それが指す実
際のアドレスは12になる。これは、各ベース・アドレ
ス位置に2つの運動ベクトルが含まれるためである。従
って、実際のアドレス12が、B0の左運動ベクトルが格
納される場所となる。ルックアップ・テーブル58の入
力が:ブロック番号=1,OBMC/予測モード=OBMCであ
るとする。するとブロックC-1の左,上,右および下OBM
C運動ベクトルは次のように回収される:MV選択位置 LUTアウト ベース・アドレス 最終アドレス 左 T-2 +3 12 15 上 B-23 +8 12 20 右 T-1 +5 12 17 下 B-1 -2 12 10 上記の例においては、図6を用いて、ブロック1のOBMC
左運動ベクトルがマクロブロックC-2の右上ブロック、
メモリ位置T-2にあることがわかる。図7または上記の
例を用いて、オフセットを決定することができる。この
場合、T-2の右運動ベクトルは、3をモジューロ加算す
ることにより得られる。同様に、図6では、右運動ベク
トルがメモリ・セグメントT-1の右側にあり、上運動ベ
クトルはメモリ・セグメントB-23の左側にあり、下運動
ベクトルはメモリ・セグメントB-1の左側にあることが
わかる。
【0018】本発明の装置および方法が符号化動作に関
して説明されたので、解読動作における本発明の使用を
説明する。図1のデコーダ部分は、ビデオD-A変換器お
よびエンコーダ26,ポスト・プロセッサ24およびビ
デオ・デコーダ22を含む。
【0019】図8には、ビデオ・デコーダ22の詳細が
図示される。ビデオ・ビットストリームがビットストリ
ーム・デコーダ70に入力として与えられる。ビットス
トリーム・デコーダ70は、解読用運動ベクトル格納回
収モジュール72の入力に接続される第1出力を有す
る。ビットストリーム・デコーダ70の第2出力は、図
2に関連して前述された離散コサイン変換および逆DCT
44の入力に接続される。解読用運動ベクトル格納回収
モジュール72の出力が、図2に関して前述された運動
補償回路42に接続される。運動補償回路42の出力は
加算器76と呼ばれる合成器回路の第1入力に接続され
る。離散コサイン変換および逆DCT44の出力は加算器
76の第2入力に接続される。加算器76の出力は、ビ
デオ・フォーマット4:2:0で信号を提供する。ポス
ト・プロセッサ24の出力は、ビデオD/Aエンコーダ2
6の入力に接続される。ポスト・プロセッサ24はビデ
オ・フォーマット4:2:2で信号を提供する。ビデオ
D/Aエンコーダ26の出力は、図1に図示されるのと同
じ信号であるビデオ・アナログ信号を提供する。
【0020】動作中、デジタル・ビデオ信号がビットス
トリーム・デコーダ70に入力され、デコーダ70は運
動ベクトル差と画素データとをビデオ・ビットストリー
ムから分離する。運動ベクトル差は解読用運動ベクトル
格納回収モジュール回路72に送られる。これについて
は図9にさらに説明する。解読回路72の出力運動ベク
トルが運動補償回路42に送られる。運動補償が実行さ
れると、次に、それに由来する画素が離散コサイン変換
および逆DCT回路44からの出力と加算器76により加
算される。ビットストリーム・デコーダ70により提供
される画素データが離散コサイン変換および逆DCT44
により処理され、変換ベース圧縮解除を実行する。離散
コサイン変換および逆DCT回路44の出力は、第2入力
として加算器76に与えられる。加算器76は4:2:
0のビデオ・フォーマットで信号をポスト・プロセッサ
24に送り、ポスト・プロセッサ24がデジタル−アナ
ログ変換に先立って後処理を実行する。D/A変換が実行
され、ビデオ・アナログ出力信号を提供する。
【0021】図9には、本発明による図8の解読用運動
ベクトル格納回収モジュール回路72が図示される。図
3に関連する同じ要素に対する同じ参照番号が図9でも
用いられるが、図示されるハードウェア実行例に関して
容易に複製される類似の回路構成を示すためにダッシュ
(’)が付けられる。言い換えると、運動補償ユニット
42などのように同一番号を持つ要素にダッシュが用い
られない場合は、同一の要素を図3と図9の機能の間で
容易に時間的に共有することができる。図3と図9との
間の類似性の結果として、注目すべき主要な差は加算器
回路80が追加されたことである。回路80は運動ベク
トルレジスタ50’から出力を受け取る第1入力と、予
測子計算機62’から出力を受け取る第2入力とを有す
る。加算器80の出力は、完全な運動ベクトル(予測子
および差の和)を与え、これは運動ベクトルのSRAMアレ
イ52’により格納されるために用いられる。解読用動
ベクトル格納回収モジュール回路72の動作は、図2の
運動ベクトル格納回収モジュール38の動作と類似であ
り、前述された。従って、解読用運動ベクトル格納回収
モジュール回路72の動作の詳細説明は繰り返さない。
類似の動作に対する顕著な違いは、解読モードにある運
動ベクトル差レジスタ50’が、図3のレジスタ50が
格納する完全な運動ベクトルではなく、実際には運動ベ
クトル差を格納することである。さらに、運動ベクトル
は図3と同様に運動ベクトルのSRAMアレイ52’に格納
しなければならない。SRAMアレイ52’に格納するため
に運動ベクトルを得るには、予測子計算機62’からの
予測子に、運動ベクトルレジスタ50’からの運動ベク
トル差を加えて、運動ベクトルのSRAMアレイ52’内に
格納する運動ベクトルを得なければならない。これらの
運動ベクトルの格納が、第2マクロブロックに対応する
第2群の運動ベクトルを形成する。
【0022】以上、運動ベクトルを効率的に回収および
格納する改善されたビデオ動画システムおよび方法が提
供されたことは明らかである。メモリに運動ベクトルを
格納する方法は、各々がビデオ信号の部分を表す第1マ
クロブロックに対応する4つの運動ベクトルを受信する
段階によって構成される。第1および第2運動ベクトル
は第1マクロブロックの上部分に対応し、第3および第
4運動ベクトルはマクロブロックの下部分に対応する。
第1および第2運動ベクトルはメモリの第1部分に格納
され、第3および第4運動ベクトルがメモリの第2部分
に格納される。本発明は、運動ベクトルのSRAMアレイ5
2,52’を実現するために必要なメモリ量を大幅に軽
減する。たとえば、1つの運動ベクトルにつき2バイト
があるとすると、ビデオ・コデックのデコーダ部分がOB
MCおよび予測子関数を実行するには192バイトのRAM
格納部が必要になる。192は次のように計算される: [(24マクロブロック)(4運動ベクトル/マクロブ
ロック)(2バイト/運動ベクトル)]=192 192バイトのRAMは必要とされる最小RAMサイズのよう
に見えるが、本発明により大幅な節約がなされる。特
に、本発明は図2に示されるマクロブロックC-2を超え
てセーブする必要のないマクロブロックの上の運動ベク
トルをセーブまたは格納することを避ける。言い換える
と、各マクロブロックC-3,C-4,C-5〜C-23の2つの上
ブロックがなくなる(格納されない)。この空間節約方
法により、メモリ・サイズ要件は次のようになる: [(下運動ベクトル用の24マクロブロック)(2運動
ベクトル/マクロブロック)]=48下運動ベクトル (上運動ベクトル用の3マクロブロック)(2運動ベク
トル/マクロブロック)=6上運動ベクトル 総バイト=[(48+6)運動ベクトル][運動ベクト
ル毎2バイト]=108バイト 予測子およびOBMC関数はビデオ・コデックのエンコーダ
およびデコーダ側で実行しなければならないので、総合
的な節約分は2(108)対2(192)となる。この
例では、本発明を用いることにより、上記の以前の計算
の384バイトに対し216バイトのサイズの節約(約
44%の節約)となる。本発明をHDTV用MPEG-4と共に用
いると、水平解像度がさらに増すために節約分ははるか
に大きくなる。マクロブロックC-2後のブロック1,2
がなくなっても本件に開示される本発明のメモリ割付法
を用いても、複雑なアドレス指定法を必要とはしない。
本発明により、H.263規格のOBMCおよび予測子関数が追
加のアドレス指定用ハードウェアを追加せずに同じRAM
を共有することができる。必要なハードウェアが軽減さ
れるので、シリコン領域,コストおよび消費電力がすべ
て削減され、結果としてソフトウェアによる実行に匹敵
し、さらにはそれよりも有利なビデオ・コデックのハー
ドウェアによる実行が可能になる。
【0023】当業者には、本発明の範囲から逸脱せずに
修正および変形が可能であることを理解頂けよう。たと
えば、「メモリ」という用語が説明される部分で種々の
電子的メモリを実現することができることが理解頂けよ
う。本発明の方法を実現するために種々の論理ゲート構
造を利用することができる。従って、本発明は添付の請
求項の範囲に入るこれらすべての変形および修正を包含
するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で用いられるビデオ通信システムをブロ
ック図に示す。
【図2】本発明によるビデオ・エンコーダをブロック図
に示す。
【図3】本発明による図2の運動ベクトル格納回収回路
構成をブロック図に示す。
【図4】共通中間フォーマット(CIF: Common Intermed
iate Format)サイズ・フレーム内の1行のマクロブロ
ック・レイアウトを等角図に示す。
【図5】H.263規格による予測子計算のための運動ベク
トル回収パターンを示す。
【図6】H.263規格によるOBMC関数のための運動ベクト
ル回収パターンを示す。
【図7】図3のSRAMアレイに関するメモリの割付を示
す。
【図8】本発明による図1のシステムで用いるビデオ・
デコーダ・ブロック図である。
【図9】図8の解読機能用運動ベクトル格納回収回路構
成をブロック図に示す。
【符号の説明】
10 ビデオ・コデック 12 ビデオA/D変換器およびデコーダ 14 ビデオ・プレプロセッサ 16 ビデオ・エンコーダ(図2) 18 I/Oインタフェース 20 信号プロセッサ 22 ビデオ・デコーダ(図8) 24 ビデオ・ポスト・プロセッサ 26 ビデオD/A変換器およびエンコーダ 28 DMA/DRAMインタフェース 30 DRAM(フレーム格納)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビデオ信号の解読および符号化に用いら
    れる運動ベクトルを格納および回収する装置であって:
    複数の格納要素を有するメモリであって、前記複数の格
    納要素の第1要素がビデオ・フレームのマクロブロック
    に関して第1運動ベクトルを格納し、前記マクロブロッ
    クはビデオフレームを表す複数のマクロブロックの1つ
    であり、さらに前記複数の格納要素の第2要素が前記マ
    クロブロックに関する第2運動ベクトルを格納し、前記
    第1運動ベクトルおよび第2運動ベクトルが同一のマク
    ロブロックに関して格納されており、前記第1運動ベク
    トルおよび前記第2運動ベクトルが、ビデオ・アーチフ
    ァクト除去のための運動ベクトル予測子計算および重畳
    ブロック運動補償の両方の間で共有されるメモリ;およ
    び前記メモリに結合され、前記メモリ内で運動ベクトル
    が格納される場所を制御するアドレス発生回路構成;に
    よって構成され、前記メモリおよび前記アドレス発生回
    路構成が集積回路形式でハードウェア部品として実現さ
    れることを特徴とする装置。
  2. 【請求項2】 前記メモリに応答する予測子計算機によ
    ってさらに構成されることを特徴とする請求項1記載の
    装置。
  3. 【請求項3】 前記第1運動ベクトルが前記マクロブロ
    ックの上部分を指示し、前記第2運動ベクトルが前記マ
    クロブロックの下部分を指示し、前記メモリが複数の運
    動ベクトルを格納し、前記複数の運動ベクトルの第1集
    合が少なくとも1つのマクロブロックの上部分に対応
    し、前記複数の運動ベクトルの第2集合が少なくとも1
    つのマクロブロックの下部分に対応し、前記運動ベクト
    ルの第1集合が前記運動ベクトルの第2集合よりも少な
    い格納要素をメモリ内で占有することを特徴とする請求
    項1記載の装置。
  4. 【請求項4】 ビデオ信号の解読および符号化に用いら
    れる運動ベクトルを格納および回収する方法であって:
    メモリを設ける段階;第1マクロブロック内の左上ブロ
    ックであるブロック1を表す第1運動ベクトルと、前記
    第1マクロブロック内の右上ブロックであるブロック2
    を表す第2運動ベクトルと、前記第1マクロブロック内
    の左下ブロックであるブロック3を表す第3運動ベクト
    ルと、前記第1マクロブロック内の右下ブロックである
    ブロック4を表す第4運動ベクトルとを受信する段階で
    あって、前記第1マクロブロックがビデオ・フレームの
    一部分を表し、前記第1および第2運動ベクトルが前記
    第1マクロブロックの上部分を表し、前記第3および第
    4運動ベクトルが前記第1マクロブロックの下部分を表
    す段階;および前記第1および第2運動ベクトルを前記
    メモリの第1部分に格納し、前記第3および第4運動ベ
    クトルを前記メモリの第2部分に格納する段階;によっ
    て構成されることを特徴とする方法。
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