JP2000228772A - 動画データ量削減装置および動画データ量削減プログラムを記憶した記憶媒体 - Google Patents

動画データ量削減装置および動画データ量削減プログラムを記憶した記憶媒体

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JP2000228772A
JP2000228772A JP2809199A JP2809199A JP2000228772A JP 2000228772 A JP2000228772 A JP 2000228772A JP 2809199 A JP2809199 A JP 2809199A JP 2809199 A JP2809199 A JP 2809199A JP 2000228772 A JP2000228772 A JP 2000228772A
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frames
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moving picture
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JP2809199A
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Takashi Kudo
敬 工藤
Norikazu Sasaki
規和 佐々木
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Hitachi Ltd
Hitachi Chubu Software Ltd
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Hitachi Ltd
Hitachi Chubu Software Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】フレーム間の相関関係を使用して動画像圧縮を
行ったデータからさらにフレームレートを低減すること
により全体的な情報量を低減する。 【解決手段】既圧縮動画データのデータ量削減を行う装
置であって、前記既圧縮動画データは、画像サイズ、ビ
ットレートを含む、既圧縮動画データの特性を定める情
報である制御情報からなる制御情報部と、複数フレーム
の既圧縮動画データからなるデータ部とを備えたフォー
マットを有する。そして、前記データ部に含まれるフレ
ーム内予測符号化フレーム、前方向フレーム間予測符号
化フレーム、および双方向フレーム間予測符号化フレー
ムのデータ量を削減するフレーム画像データ削減手段
と、該手段による削減処理後の既圧縮動画データに適合
するように、前記制御情報を変更する制御情報変更手段
とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、既圧縮動画データ
のデータ量を削減する装置に係わり、詳細には、各フレ
ームの相関関係を利用し、既圧縮フレームを伸長および
再圧縮することなく見かけ上のフレームレートを低減し
データ量を削減する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】パソコンなどでは動画像はMPEGファ
イルなど一度動画像圧縮を行ってファイル化したものを
取り扱うことが多い。このとき、多くの動画像データは
他のフレームとの相関関係を持たない「フレーム内予測
符号化フレーム」(Iフレームと表現)、過去のフレー
ムとの相関関係を使用した「前方向フレーム間予測符号
化フレーム」(Pフレームと表現)、過去および未来の
フレームとの相関関係を使用した「双方向フレーム間予
測符号化フレーム」(Bフレームと表現)で構成され、
相関関係を含むフレームを1つのグループとして取り扱
う(このフレーム群をGOP(Group of Picture)とい
う)。このような動画像圧縮技術はMPEGなどで知ら
れるように、多くの画像圧縮技術で採用されている。
【0003】また、映像をデジタル化する際には専用の
ハードウェアを有することが多く、動画像圧縮システム
は、ハードウェアで実現されることが多い。動画像の圧
縮処理、相関関係の抽出処理にはかなりの情報処理能力
が必要であり、ソフトウェア的に行った場合はリアルタ
イム性が損なわれることが多いということもあり、動画
像の圧縮(エンコードと表現)はハードウェアで行われ
ることが多い。
【0004】現在MPEG1エンコードボード、MPE
G2エンコードボード(圧縮・伸張の両方の機能を持つ
コーデックボードもある)などが各社から提供されてい
る。
【0005】MPEGなどの規格に見られるように、多
くの動画像はフレームレートが1秒間に30フレーム
(NTSCでは29.97fps)あることが多く、1
5フレームを1GOPとして取り扱うことが非常に多
い。このとき、「IBBPBBPBBPBBPBB」
(表示順)のように規則的にIフレームが1、Pフレー
ムが4、Bフレームが10としてGOPを構成すること
が多いようである。もちろんGOPの構成はMPEGの
規格で規定されているものではないが、実用性から多く
のエンコードボードが上記のような構成を採用すること
が多い。
【0006】このような従来の動画像圧縮システムにあ
っては、画質を確保するために、必然的にビットレート
が高くなり、MPEG1の一般的な動画像である、毎秒
1.5Mビットに圧縮された60秒分のデータを、伝送
速度が毎秒64kビットのN−ISDN(Narrow-Integ
rated Service Digital Network)を使用して伝送する
には、約24分の伝送時間が必要となる。現在MPEG
4として低ビットレートの動画像圧縮技術が策定されつ
つあるが、すでにあるMPEG1、MPEG2などの動
画像データを活用することは困難である。
【0007】MPEG1やMPEG2での設定可能なフ
レームレートの下限値が23.976fpsであること
に起因するところが大きく、またNTSC入力が29.
97fpsであることも大きく影響している。現状のM
PEG1、MPEG2の再生装置ではフレームレートが
低いものが提供できないという問題がある。
【0008】特開平09−107547では、MPEG
1・MPEG2などで低フレームレートを実現する手段
を提供しているが、MPEGの特徴である相関関係を持
つフレームがあることから、フレームレートを落とす際
に、フレームデータを一度伸張して再度圧縮することが
前提となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】MPEG1、MPEG
2などフレームレートに柔軟性のない動画像圧縮システ
ムでは、フレームレートを変更できないために、低ビッ
トレートを実現できないという問題がある。さらに特開
平09−107547においても、MPEG1およびM
PEG2の規格内でフレームレートを下げることを実現
しているが、編集時に圧縮されたフレームを伸張して再
度圧縮し直すため、情報削減にかなりの時間を要すると
いう問題がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、MPEG1やMPEG2などフレーム相関
関係を利用した動画像圧縮システムにおいて、規格上の
フレームレートを変更しないで、実質的なフレームレー
トを低減することにより、結果的に全体のビットレート
を低減する。さらに、フレームを間引く際には、フレー
ム相関関係を利用したフレームに対してのみ行い伸張処
理を行わないようにするため、フレームレート低減処理
をより高速に行うことができる。また、伸張および圧縮
処理を行わないため、原画像の画質を保ったまま実質的
なフレームレートを低減する。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて説
明する。
【0012】図1〜図4は、本発明に係わる既圧縮動画
データ量削減装置の一実施例を示す図である。
【0013】図1は、本発明に係わる既圧縮動画データ
量削減方法を示すフローチャートである。
【0014】既圧縮動画像データには、ビットレート、
フレームレート、画像サイズなど動画データの構成など
全体的な制御を行うための情報がある。制御情報変更処
理(ステップ11)では、ビットレートなど既圧縮動画
データのデータ量削減に伴い変化する内容を変更する。
本発明では、規格上のフレームレート変更しないが、デ
ータ量の少ないフレームに置き換え全体的にデータ量を
低減するため、ビットレート値などを変更する必要があ
る。
【0015】既圧縮動画像データは、全体的な制御情報
に続いて各フレームのデータが格納されている。本発明
ではMPEGに代表されるようなフレームの相関関係を
利用することで伸長、再圧縮を行わないことが特徴であ
り、本実施例においてもMPEGを一例として説明す
る。MPEGにおいてはフレームタイプが明確に定義さ
れていて、他のフレームとの相関関係を持たない「フレ
ーム内予測符号化フレーム」(Iフレーム)、過去のフ
レームとの相関関係を使用した「前方向フレーム間予測
符号化フレーム」(Pフレーム)、過去および未来のフ
レームとの相関関係を使用した「双方向フレーム間予測
符号化フレーム」(Bフレーム)で構成されている。フ
レームタイプ判定処理(ステップ12)では、前記Iフ
レーム、Pフレーム、Bフレームの何れであるかを判定
する。MPEGの場合、各フレームのヘッダー情報とし
てフレームタイプが記述されているので、判定は容易に
行うことできる。さらに、フレームタイプ判定処理(ス
テップ12)では、各フレームのならびから、削除可能
なフレームか否かを判定する。先頭のIフレームは、以
降に続く他のフレーム(PやB)に参照されるため、削
除できない。Iフレームが3フレーム以上連続している
場合は中間のIフレームは削除可能である。Pフレーム
は、直後にIフレームがある場合は削除可能であり、そ
れ以外は削除できない。Bフレームは他のフレームを参
照することはあっても参照されることはないので常に削
除可能である。このようにGOP単位に削除可能か否か
を判定する。
【0016】削除できないフレームは無条件でフレーム
コピー処理(ステップ16)を行う。削除可能なフレー
ムについてはフレームレート算出処理(ステップ13)
で見かけ上のフレームレートに合わせて削除するか否か
を決める。
【0017】フレームレート算出処理(ステップ13)
では、削除可能なフレームに対して、見かけ上のフレー
ムレートに合わせてフレームを間引くか否かを決めるた
めフレームレートを換算する。例えば、GOPが15フ
レームで構成され、I01、B02、B03、P04、
B05、B06、P07、B08、B09、P10、B
11、B12、P13、B14、B15」(添え字01
〜15は表示順を示す)となっていて、規格上のフレー
ムレートが29.97fpsの場合に見かけ上のフレー
ムレートを3分の2の19.98fpsにしたい場合
は、B02、B05、B08、B11、B14の5フレ
ームをフレーム間引き対象とする。また、見かけ上のフ
レームレートを3分の1の9.99fpsにしたい場合
は、Bフレームをすべてをフレーム間引き対象とする。
このように、見かけ上のフレームレートを段階的に設定
するために、フレームレート算出処理(ステップ13)
を通してからフレーム間引き対象判定(ステップ14)
に処理を移行する。
【0018】フレーム間引き対象判定(ステップ14)
で判定した結果、フレーム間引きの対象外であるフレー
ムはそのままフレームコピー処理(ステップ16)に移
行する。フレーム間引き対象となるフレームは前方向と
差分なしのフレームを作成(ステップ15)し、フレー
ムコピー処理(ステップ16)に移行する。
【0019】前方向と差分なしのフレームを作成(ステ
ップ15)することは、フレーム相関関係を使用した画
像圧縮システムでは比較的簡単に、且つ、データ量も少
なくすることができる。MPEGでは、動きベクトルと
動き補償データでフレーム相関関係を構成するので、前
方向と差分なしのフレームは動きベクトルを(0,0)
とし、動き補償情報なしとすることで容易に実現でき、
352x240の画像サイズで上記のような前方向と差
分なしのBフレームを作成した場合は数十バイトという
の少ないデータ量で実現できる。さらに、間引きすると
きに置換する前方向と差分なしのフレームは画像サイズ
に合わせて変化する程度で、1つの動画像データでは常
に固定のデータとなるため、作成処理に時間はかからな
い。
【0020】フレームコピー処理(ステップ16)で
は、フレームのデータサイズなどからバッファ管理情報
などを変更し、フレームデータを格納する。
【0021】以上のように、フレームのタイプとその並
びを判定する処理は有するもののフレームの画像データ
の伸長処理および圧縮処理は不要であるため、非常に高
速にフレームレートを低減しデータ量を削減することが
できる。
【0022】図2は、フレーム間引きの概要を示す図で
ある。
【0023】図2では、GOPの構成が「IBBPBB
PBBPBBPBB」(表示順)であるものを例に、フ
レームレートを3分の2、3分の1、15分の1にする
ときのフレームの置換状況を示している。
【0024】図1での説明中にあるデータ量の少ない
「前方向と差分なしのフレーム」と置換したところを図
2では大きさを小さくした矩形で表現している。フレー
ムレートを3分の2にする場合は、B02、B05、B
08、B11、B14を置換し、フレームレートを3分
の1にする場合は、B02、B03、B05、B06、
B08、B09、B11、B12、B14、B15を置
換する。
【0025】フレームレートを15分の1にするときは
先頭のIフレーム以外のすべてを前方向と差分なしのフ
レーム」と置換することで実現できる。
【0026】ここで、置換の際のデータ削減状況につい
て、画像サイズが352x240で、ビットレート1.
5Mbps、フレームレート29.97fps、 1G
OPが15フレームでI:P:B=1:4:10という
一般的なMPEG1ファイルを例に検討する。このと
き、MPEG1の圧縮方式では、Iフレーム、Pフレー
ム、Bフレームという順でデータ量が少なくなっていく
が、その比率は、I:P:B≒14:11:4程度であ
る。このとき、Iフレームが1フレームで約12kB、
Pフレームは約10kB、Bフレームは約3.7kBと
なる。フレームレートを3分の1の9.99fpsにし
たとき、10フレームあるBフレームをすべて置き換え
るので1GOPあたり37kB、1秒あたりでは74k
Bを削減することになる。つまり、ビットレートでは
0.9Mbpsになり、60%のデータ量となる。
【0027】図3は、前方向と差分なしのフレーム作成
の概要を示す図である。
【0028】図3において、前方向のフレーム(過去の
フレーム)にAからXまでのブロックがあり、このとき
差分なしのフレームを作成する場合、前方向のフレーム
の画像データをそのまま使用するように指定するだけで
よい。フレーム相関関係を利用する動画像圧縮において
は、前のフレームのどの位置のデータを参照して、どの
位差分があるかを示すという方法を取っている。このた
め、全く同じ内容にすることは、容易に実現できる。図
3で、前方向のフレームのAからXまでのブロックがあ
るときに対象のフレームのAのブロックと同じ位置のブ
ロックを、Aと同じ内容にするときの状況を説明する。
上記にもあるように、「前のフレームのどの位置のデー
タを参照して」という部分が、動きベクトルで表現さ
れ、この場合、全く同じ位置として扱うので、動きベク
トルを(0,0)とする。さらに、「どの位差分がある
かを示す」という部分が、動き補償情報で表現される。
この場合、差分なしであるため、動き補償情報なし(ブ
ロックデータなし)とすることで実現できる。
【0029】図4は、MPEG規格におけるフレーム情
報の構成を示している。上記の「動きベクトル」および
「動き補償情報なし」の設定は、動き補償情報412に
格納することで実現できる。また、図1における「フレ
ームコピー処理(ステップ16)」中のバッファ管理情
報の変更設定は、バッファ状態404に対して行う。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、既圧縮動画データの見
かけ上のフレームレートを容易に低減することができ、
フレームレート低減処理ではフレームデータを圧縮およ
び伸長することがないので画質の劣化せず、高速にフレ
ームレートを低減できる。また、フレームの相関関係な
ど画像の圧縮規則を逸脱することがないので既存の再生
システムで再生が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる既圧縮動画データ量削減方法を
示すフローチャート。
【図2】実施例のフレーム間引き概要図。
【図3】実施例の前方向と差分なしのフレーム作成概要
【図4】 実施例のMPEG規格におけるフレーム情報
の構成図。
【符号の説明】
101:動画データ量削減処理、102:表示装置、1
03:記憶装置、104:入力装置、105:OS 11:制御情報変更処理、12:フレームタイプ判定処
理、13:フレームレート算出処理、14:フレーム間
引き対象判定処理、15:差分なしフレーム作成処理、
16:フレームコピー処理、17:終了判定処理 401:ピクチャ開始コード格納部、402:GOP内
での表示順格納部、403:ピクチャタイプ格納部、4
04:バッファ状態格納部、405:動き補償情報格納
部、406:拡張情報格納部、407:スライス開始コ
ード格納部、408:量子化ステップ格納部、409:
拡張情報格納部、410:マクロブロック位置情報格納
部、411:マクロブロック位置情報格納部、412:
動き補償情報格納部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 規和 神奈川県海老名市下今泉810番地 株式会 社日立製作所PC事業部内 Fターム(参考) 5C059 KK06 LB07 MA00 MA04 MA05 RC12 SS08 TA60 TB04 TC00 TD00 TD19

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】所定の圧縮規則にしたがって圧縮処理され
    たデータである既圧縮動画データのデータ量削減を行う
    装置であって、前記既圧縮動画データは、当該既圧縮動
    画データの特性を定める情報である制御情報からなる制
    御情報部と、複数のフレームの既圧縮動画データからな
    るデータ部とを備えたフォーマットを有し、前記データ
    部に含まれる他のフレームとの相関関係を使用せずに圧
    縮したフレーム内予測符号化フレームと、過去のフレー
    ムとの相関関係を使用して圧縮した前方向フレーム間予
    測符号化フレーム、および、過去および未来のフレーム
    との相関関係を使用して圧縮した双方向フレーム間予測
    符号化フレームなどで構成され、連続した前記フレーム
    内予測符号化フレーム、前記前方向フレーム間予測符号
    化フレームおよび前記双方向フレーム間予測符号化フレ
    ームを圧縮および伸張することなく予め定めた各フレー
    ムより低容量のデータで置換する手段を備えることを特
    徴とする既圧縮動画データ量削減装置。
  2. 【請求項2】所定の圧縮規則にしたがって圧縮処理され
    たデータである既圧縮動画データのデータ量削減を行う
    装置であって、前記既圧縮動画データは、特性を定める
    情報である制御情報からなる制御情報部と、複数のフレ
    ームの既圧縮動画データからなるデータ部とを備えたフ
    ォーマットを有し、前記データ部に含まれる他のフレー
    ムとの相関関係を使用せずに圧縮したフレーム内予測符
    号化フレームと、過去のフレームとの相関関係を使用し
    て圧縮した前方向フレーム間予測符号化フレーム、およ
    び、過去および未来のフレームとの相関関係を使用して
    圧縮した双方向フレーム間予測符号化フレームなどで構
    成され、連続した前記フレーム内予測符号化フレーム、
    前記前方向フレーム間予測符号化フレームおよび前記双
    方向フレーム間予測符号化フレームを圧縮および伸張す
    ることなく予め定めた各フレームより低容量のデータで
    置換し見かけ上のフレームレートを低減することを特徴
    とする既圧縮動画データ量削減プログラムを記録した媒
    体。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003161673A (ja) * 2001-07-17 2003-06-06 Bandag Licensing Corp せん断グラフィック画像機械
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