JP2000175187A - ビデオ圧縮のための領域ベ―スのリフレッシュ方法 - Google Patents

ビデオ圧縮のための領域ベ―スのリフレッシュ方法

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スリラム・セスラマン
Krishnamurthy Ravi
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LG Electronics Inc
Sarnoff Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 エラーがあるときのエラー耐性はもちろん、
良好な圧縮性能を獲得できるビデオシーケンスのフレー
ム圧縮方法及び圧縮ビデオビットストリーム復号化方法
を提供することである。 【解決手段】 ビデオシーケンスのフレームを画面の重
要度に応じて２以上の領域に分け、最も重要な領域はス
ライスに分ける。そして、各スライスで最近にイントラ
符号化されたスライスをイントラ符号化のために選択す
る。デコーダでエラーが検出されると、デコーダは対応
パケットのデータを廃棄し、動きベクトルが正確に復号
化されたら、動き補償されたデータを使用し、そうでな
い場合は、データの廃棄によるマクロブロックに対する
動き補償されていない基準データを使用するエラー隠し
技法を適用する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は画像処理、特にビデ
オ圧縮に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】本出願は弁理士登録番号ＳＡＲ １２７
２８ＰＲＯＶで１９９８年９月１８日付けで出願された
米合衆国仮出願番号６０／１００，９３９の出願日の権
利を主張する。
【０００３】ビデオ圧縮は伝送又は蓄積に要求される帯
域幅を減らすために用いられる。ビデオ圧縮のため、
Ｈ．２６１、Ｈ．２６３、Ｈ．２６３＋及びＭＰＥＧ−
１、２及び４のような多くの標準が展開されてきた。こ
れらの標準は符号化効率をよくするため、動き補償及
び、基準フレームから一部フレームを予測する予測符号
化を使用する。また、これらの標準は、同一目的のた
め、可変長コード（ＶＬＣ）を使用する。この可変長コ
ード技術は、圧縮の面では最適だが、チャネルエラーが
存在する場合には、シーケンスの広い部分でエラーの伝
播を引き起こすことがある。
【０００４】圧縮されたビデオビットストリームのエラ
ー耐性を向上させるため、再同期化マーカー（resynchr
onization marker）、データ・パーティショニング（pa
rtitioning）及び可逆可変長コードのような多くのツー
ルが開発されており、これらは現在ＭＰＥＧ−４標準の
一部である。
【０００５】チャネルエラーによって、ＶＬＣを使用し
て符号化された圧縮ビデオビットストリームの同期化を
喪失させると、ビットストリームのつぎの再同期化まで
のすべての後続データが喪失されるであろう。定常的な
符号化モードで、前記再同期化時点はつぎのピクチャの
開始となる。再同期化マーカーの使用によって、ビット
ストリームにマーカーを導入し、パケット間に従属性が
ないようにして、各ピクチャをビデオパケットに分割す
る。したがって、パケットのエラーが当該パケット内に
限定される。
【０００６】データ・パーティショニングはデータを重
要度によって分割する。例えば、動き補償された予測符
号化において、動きは通常感知された品質に対する重要
度の面で残留データ（つまり、動き補償以後のフレーム
間の差）より重要である。動きデータが残留データより
データパケット内に先に位置すると、残留データの伝送
中に発生するチャネルエラーはより重要な動きデータに
影響を及ぼさない。これは、エラーがある場合、ビット
ストリームのエラー耐性を更に増加させる。可逆ＶＬＣ
はビットエラーの付加的局部化（additional localizat
ion）を与える。
【０００７】すべての符号化標準には、イントラ符号化
されたピクチャ（Ｉフレーム）及び予測符号化されたピ
クチャ（Ｐ及びＢフレーム）がある。Ｐ及びＢフレーム
において、各マクロブロックはイントラモードで、つま
り以前に復号化された情報に依存しないで符号化でき
る。イントラ符号化されたピクチャ及びマクロブロック
はエラーの伝播を防止するため、エラー耐性の観点では
優れている。しかし、前記ピクチャ及びマクロブロック
の圧縮効率は非常に低い。また、ビデオフォン及び画像
会議のような低遅延の利用においては、イントラフレー
ムは、動き補償された予測が効率的でなくなる大きなフ
レームスキップを引き起こす。また、平均フレーム速度
が低下し、動きは非常にぎこちない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、イン
トラ符号化されたマクロブロックを使用して、エラーが
あるときのエラー耐性はもちろん、良好な圧縮性能を獲
得するため、ビデオ内のほかの領域を（相対的重要度に
よって）適応的にリフレッシュするビデオシーケンスの
フレーム圧縮方法及び圧縮ビデオビットストリーム復号
化方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）各フレ
ームを２以上の領域に分割する段階と、（ｂ）各領域か
らイントラ符号化される１以上のマクロブロックを選択
する段階と、（ｃ）各フレームを符号化する段階とから
構成され、前記選択されたマクロブロックはイントラ符
号化されることを特徴とするビデオシーケンスのフレー
ム圧縮方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明のほかの目的、特徴及び利
点は添付図面を参照する実施形態の詳細な説明により明
らかになるであろう。このような特徴を有する本発明の
好ましい実施形態を添付図面に基づいて説明するとつぎ
のようである。図１はビデオシーケンスフレーム１００
を示すものである。このフレーム１００は３領域、すな
わち最高に重要な領域１０２、中間的に重要な領域１０
４、重要でない領域１０６に分けられる。図１は話して
いる人がピクチャの中心（前景領域１０２）に位置する
通常の画像会議シナリオに相当する。復号化されたビデ
オストリームの視聴者にとって、前景領域１０２は背景
領域１０６より重要である。領域１０４は前景領域と背
景領域の間の遷移領域に相当する。特定の応用では、そ
れぞれの領域は異なるように選択でき、異なる数の領域
を選択できる。例えば、二人がいるピクチャは、二つの
最高の重要な前景領域、二つの中間の重要な遷移領域及
び一つの重要でない領域背景領域とすることができる。
【００１１】本発明は、異なる領域の相対的重要度を考
慮してイントラ符号化されたマクロブロックを使用して
ビデオシーケンスの異なる領域をリフレッシュする方法
に関する。本発明のリフレッシュ方法は、フレーム１０
０のビデオシーケンスに対してつぎのように進める。
【００１２】１． 遷移領域１０４及び背景領域１０６
に対し、使用者はそれぞれマクロブロックの数に相当す
る二つの数Ｎ１及びＮ２を選択する。そのマクロブロッ
クはすべての符号化されたフレームに対してそれらの領
域でイントラ符号化される。特定フレームに対して符号
化される正確なマクロブロックがランダムに選択され
る。結局、長時間にわたって前記領域のすべてのマクロ
ブロックがリフレッシュされる。
【００１３】２．最高に重要な前景領域１０２におい
て、使用者は前記領域でフレーム当たりイントラ符号化
されるマクロブロック数Ｎ＿ＳＬＩＣＥを選択する。こ
のＮ＿ＳＬＩＣＥ値は圧縮効率を犠牲にして、ビットス
トリームにどれだけエラー耐性を付加できるかに依存す
る。その後、この領域はＮ＿ＳＬＩＣＥ数のスライスに
分けられ、一つのマクロブロックは、符号化されたフレ
ーム当たりのスライスごとにイントラ符号化される。各
マクロブロックがイントラ符号化された最終値のトラッ
クを追跡することによって、各スライスの最近にイント
ラ符号化されたマクロブロックが現在のフレームをイン
トラ符号化するために選択される。スライス内で、いく
つかの特定法則、例えば、スライス内で最右側にあるマ
クロブロックを選択するということに基づいて結合が解
放される。選択的に、各イントラマクロブロックは、ビ
ットストリームを付加的に保護するため、その自身のビ
デオパケット内に送られることもできる。
【００１４】図２は本発明の一実施形態によるフレーム
１００を含むビデオシーケンスの各符号化されたフレー
ムに適用される符号化処理の流れ図である。現在のフレ
ームを最高に重要な領域１０２、中間的に重要な領域１
０４及び重要でない領域１０６に分けることにより開始
される（段階２０２）。段階２０２の分析は分割分析と
呼ばれ、本発明の目的のため、使用者（例えば、エンコ
ーダ又はデコーダに位置する画像会議の参会者）により
関心領域が正確に指示される自動技法又は相互技法を含
むいかなる適切な技法を使用してもよい。いずれにして
も、分割分析はビデオシーケンスを通じて適応的に遂行
できる。このように、様々な領域を構成している特定の
マクロブロックはフレームごとに（例えば、話している
人が視界内で動くにつれて）変化することができる。
【００１５】前記３領域のマクロブロックが段階２０２
で指示された後、Ｎ１のマクロブロックはイントラ符号
化のために中間の重要な領域１０４内でランダムに選択
され（段階２０４）、Ｎ２のマクロブロックがイントラ
符号化のために重要でない領域１０６内でランダムに選
択される（段階２０６）。最も重要な領域１０２はＮ＿
ＳＬＩＣＥのスライスに分けられる（段階２０８）。各
スライスで最近にイントラ符号化されたスライスがイン
トラ符号化のために選択される（段階２１０）。あるス
ライスで２以上のマクロブロックが同様に最近にイント
ラ符号化された場合、スライス内のマクロブロックのな
かで最も右側のものがイントラ符号化のために選択され
ることを注目すべきである。
【００１６】マクロブロックがすべての領域でイントラ
符号化のために選択された後、フレームは選択されたマ
クロブロックに適切なイントラ符号化法を適用して符号
化する（段階２１２）。
【００１７】図３は本発明の一実施形態による、伝送エ
ラー又はそのほかのビットストリームエラーがデコーダ
で検出されたとき、図２の符号化処理を使用して生成さ
れた符号化されたビデオビットストリームにおけるフレ
ームに適用された処理の流れ図である。特に、エラーが
検出されると、パケットの（又は、データ・パーティシ
ョニングが使用される場合は、そのパーティショニング
の）すべてのデータを廃棄する。その後、デコーダはそ
の失ったマクロブロックを満たすため、エラー隠し法を
使用する。動きベクトルが正しく復号化されたら（段階
３０４）、デコーダは、エラー隠しのため、動き補償さ
れたマクロブロックを使用する（段階３０６）。そうで
ない場合、デコーダは失ったマクロブロックをスキップ
されたマクロブロックとして取り扱い、当該領域を基準
フレームの当該マクロブロックで満たすことになる（段
階３０８）。前記エラー隠し法は時間に対して復号化エ
ラーの伝播を引き起こすこともありえるが、本発明のリ
フレッシュ方法はその復号化エラーの伝播を減少させ、
伝送エラーがあっても優れた画質を保障する。
【００１８】もちろん、本発明は多様なほかの実施形態
でも実行できる。一般に、本発明はビデオシーケンスの
各符号化されたフレームの２以上の領域に分けられる符
号化及び復号化技法に関するもので、ここで、各フレー
ムのイントラ符号化されるマクロブロックの数は各領域
に対して指定される。各フレームの各々の異なる領域に
対してマクロブロックが正確にどのように選択されるか
は実行方式ごとに代えることができる。
【００１９】本発明は方法及びその方法を実行する装置
の形態で実現できる。また、本発明はフロッピーディス
ク、ＣＤ−ＲＯＭ、ハードドライバ、そのほかの機械的
に判読できる記録媒体のような有形媒体に記録されたプ
ログラムコードの形態で実施できる。プログラムコード
がコンピュータのような機械に搭載されて実行される場
合、その機械は本発明を実行する装置となる。また、本
発明はプログラムコードの形態で実施でき、例えば、記
録媒体に記録され、機械に搭載され／搭載されるか又は
機械により実行されるか、電気配線又はケーブルを経由
するか、光繊維を通ずるか、又は電磁気放射を通ずるよ
うな伝送媒体を経由して伝送できる。ここで、プログラ
ムコードがコンピュータのような機械に搭載され、実行
される場合、その機械は本発明を実施する装置となる。
一般的な目的の処理装置で実行された場合、プログラム
コードセグメントは特定論理回路に類似するように動作
する独特な装置を提供するため、処理装置と結合され
る。
【００２０】当業者であれば、以後の特許請求の範囲か
ら逸脱しなく、本発明の性質を説明するために説明及び
例示した部分の詳細項目、材料及び構成の多様な変形を
成就し得ることが理解できる。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のリフレッ
シュ方法は伝送エラーに対してエラー耐性がある符号化
されたビットストリームを提供するとともに、許容水準
のビデオ圧縮を維持するために使用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 フレームが３領域（最高の重要な領域、中間
の重要な領域及び重要でない領域）に分けられるビデオ
シーケンスのフレームを示す図である。
【図２】 本発明の一実施形態による図１のフレームの
ビデオシーケンスに対するリフレッシュ方法に相当する
処理の流れ図である。
【図３】 本発明の一実施形態による、デコーダでエラ
ーが検出されるとき、図２の符号化処理を使用して算出
される符号化されたビデオビットストリームのフレーム
に適用される処理の流れ図である。
【符号の説明】
１００ フレーム、１０２ 最も重要な領域、１０４
中間的に重要な領域、１０６重要でない領域。
フロントページの続き (72)発明者 スリラム・セスラマン アメリカ合衆国・08520・ニュージャージ ー州・ハイツタウン・（番地なし）・ケン ジントン アームズ アパートメント・28 −ビイ (72)発明者 ラビ・クリシュナムョシ アメリカ合衆国・08536・ニュージャージ ー州・プレインズボロ・ハンタース グレ ン ドライブ・5614

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 （ａ）各フレームを２以上の領域に分割
    する段階と、 （ｂ）各領域からイントラ符号化される１以上のマクロ
    ブロックを選択する段階と、 （ｃ）各フレームを符号化する段階とから構成され、前
    記選択されたマクロブロックはイントラ符号化されるこ
    とを特徴とするビデオシーケンスのフレーム圧縮方法。
  2. 【請求項２】 前記領域のなかの少なくとも１領域にお
    いて、前記イントラ符号化される１以上のマクロブロッ
    クが前記領域内でランダムで選択されることを特徴とす
    る請求項１記載のビデオシーケンスフレーム圧縮方法。
  3. 【請求項３】 前記領域のなかの少なくともある１領域
    において、その領域は２以上のスライスに分けられ、各
    スライスで最近にイントラ符号化されたマクロブロック
    が、各フレームに対するイントラ符号化のために選択さ
    れることを特徴とする請求項１記載のビデオシーケンス
    フレーム圧縮方法。
  4. 【請求項４】 ２以上の最近にイントラ符号化されたマ
    クロブロックがスライス内に存在すると、特定選択規則
    が適用されることを特徴とする請求項３記載のビデオシ
    ーケンスフレーム圧縮方法。
  5. 【請求項５】 前記段階（ａ）は各フレームを最高に重
    要な領域、中間的に重要な領域及び重要でない領域に分
    ける段階から構成され、前記段階（ｂ）は、（１）重要
    でない領域で、イントラ符号化される第１特定数のマク
    ロブロックをランダムで選択する段階と、（２）中間的
    に重要な領域で、イントラ符号化される第２特定数のマ
    クロブロックをランダムで選択する段階と、（３）最高
    に重要な領域を第３特定数のスライスに分け、イントラ
    符号化のため、各スライス内で最近にイントラ符号化さ
    れたマクロブロックを選択する段階とから構成されるこ
    とを特徴とする請求項１記載のビデオシーケンスフレー
    ム圧縮方法。
  6. 【請求項６】 ２以上の最近にイントラ符号化されたマ
    クロブロックがスライス内に存在すると、特定選択規則
    が適用されることを特徴とする請求項５記載のビデオシ
    ーケンスフレーム圧縮方法。
  7. 【請求項７】 処理装置により実行されるとき、処理装
    置がビデオシーケンスのフレーム圧縮方法を実行するよ
    うにする指示する命令を含む複数の命令を記録したコン
    ピュータ判読可能な媒体において、その命令が（ａ）各
    フレームを２以上の領域に分割することと、（ｂ）各領
    域からイントラ符号化される１以上のマクロブロックを
    選択することと、（ｃ）各フレームを符号化することと
    を含みれ、前記選択されたマクロブロックはイントラ符
    号化されることを特徴とするコンピュータ判読可能な媒
    体。
  8. 【請求項８】 前記領域のなかの少なくとも１領域にお
    いて、前記イントラ符号化される１以上のマクロブロッ
    クが前記領域内でランダムに選択されることを特徴とす
    る請求項７記載のコンピュータ判読可能な媒体。
  9. 【請求項９】 前記領域のなかの少なくともほかの１領
    域において、前記領域は２以上のスライスに分けられ、
    各スライスで最近にイントラ符号化されたマクロブロッ
    クが、各フレームに対するイントラ符号化のために、選
    択されることを特徴とする請求項７記載のコンピュータ
    判読可能な媒体。
  10. 【請求項１０】 ２以上の最近にイントラ符号化された
    マクロブロックがスライス内に存在すると、特定選択規
    則が適用されることを特徴とする請求項９記載のコンピ
    ュータ判読可能な媒体。
  11. 【請求項１１】 前記（ａ）は各フレームを最高に重要
    な領域、中間的に重要な領域及び重要でない領域に分
    け、前記（ｂ）は、（１）重要でない領域で、イントラ
    符号化される第１特定数のマクロブロックをランダムに
    選択し、（２）中間的に重要な領域で、イントラ符号化
    される第２特定数のマクロブロックをランダムで選択
    し、（３）最高に重要な領域を第３特定数のスライスに
    分け、イントラ符号化のため、各スライス内で最近にイ
    ントラ符号化されたマクロブロックを選択することを含
    むことを特徴とする請求項７記載のコンピュータ判読可
    能な媒体。
  12. 【請求項１２】 ２以上の最近にイントラ符号化された
    マクロブロックがスライス内に存在すると、特定選択規
    則が適用されることを特徴とする請求項１１記載のコン
    ピュータ判読可能な媒体。
  13. 【請求項１３】 （ａ） （１）各フレームを２以上の領域に分割し、（２）各領
    域からイントラ符号化される１以上のマクロブロックを
    選択し、（３）各フレームを符号化し、ここで選択され
    たマクロブロックをイントラ符号化することにより、符
    号化された圧縮されたビデオストリームを受信する段階
    と、（ｂ）圧縮されたビデオビットストリームのデータ
    パケットからエラーが検出されると、パケットのデータ
    は廃棄され、その廃棄されたデータに相当するマクロブ
    ロックに対してエラー隠し技法が実行されるようにす
    る、圧縮されたビデオビットストリームを復号化する段
    階とからなることを特徴とする圧縮ビデオビットストリ
    ーム復号化方法。
  14. 【請求項１４】 前記エラー隠し技法は、（１）動きベ
    クトルが正確に復号化されると、対応するマクロブロッ
    クに対して動き補償されたデータを使用する段階と、
    （２）動きベクトルが正確に復号化されないと、対応す
    るマクロブロックに対して動き補償されていない基準デ
    ータを使用する段階とからなることを特徴とする請求項
    １３記載の圧縮ビデオビットストリーム復号化方法。
  15. 【請求項１５】 処理装置により実行されるとき合、処
    理装置が圧縮されたビデオビットストリームの復号化方
    法を実行するようにする命令を含む複数の命令を記録し
    たコンピュータ判読可能な媒体において、その命令が
    （ａ） （１）各フレームを２以上の領域に分割し、 （２）各領域からイントラ符号化される１以上のマクロ
    ブロックを選択し、 （３）各フレームを符号化し、ここで選択されたマクロ
    ブロックをイントラ符号化することにより、符号化され
    た圧縮されたビデオストリームを受信することと、
    （ｂ）圧縮されたビデオビットストリームのデータパケ
    ットからエラーが検出されると、パケットのデータは廃
    棄され、前記廃棄されたデータに相当するマクロブロッ
    クに対してエラー隠し技法が実行されるようにする、圧
    縮されたビデオビットストリームを復号化することとを
    有することを特徴とするコンピュータ判読可能な媒体。
  16. 【請求項１６】 前記エラー隠し技法は、（１）動きベ
    クトルが正確に復号化されると、対応するマクロブロッ
    クに対して動き補償されたデータを使用し、（２）動き
    ベクトルが正確に復号化されないと、対応するマクロブ
    ロックに対して動き補償されていない基準データを使用
    することを特徴とする請求項１５記載のコンピュータ判
    読可能な媒体。
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