JP2001136530A - ディジタルトランスコーダシステム - Google Patents
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Abstract
コーダを、非常に簡単な仕方で、その相互符号化を実行
するとき、多くの記憶場所を必要とせずに実現可能であ
るように、改良したデジタルトランスコーダを提供する
こと。 【解決手段】 デジタルトランスコーダは第1のビット
レートのデータビットストリームを受信し、該第1のビ
ットレートと比較して異なり、特に減少せしめられた第
2のビットレートのデータビットストリームを出力す
る。このトランスコーダは、デコーダ装置と出力側のコ
ーダ装置を有する。前記コーダ装置はデコーダ装置にお
いて復量子化したデータを再量子化ファクタを用いて再
量子化するためのの量子化器と、該量子化器の出力側に
続くVLCコーダ及び出力バッファからなる。第2のビ
ットレートだけが調節するために一定の計算式によって
変えられる。
Description
ンブルの特徴による、第1のビットレートのデータビッ
トストリームを受信し、該第1のビットレートと比較し
て異なり、特に減少せしめられた第2のビットレートの
データビットストリームを出力するためのディジタルト
ランスコーダシステムに関する。
データビットストリームのビットレートが、例えば帯域
幅で制限された(bandbreitenbegrenzten) 伝送チャネル
を通して伝達されるように、転換される。相互符号化の
例は、とりわけ、WO97/49206及びDE196
23904A1に記載されている。その他のこれに関す
る論文は、IEEE Transactions on Consumer Electronic
s, Vol. 44, No. 1,1998年2月、88頁乃至98
頁、論文「ビデオコーディング用トランスコーダ構造(T
ranscoder Artitecutures For Video Coding) 」及びIE
EE InternationalConference On Imaging processing,
Vol. 3, 1995年、408頁乃至411頁、論文「再
量子化過程によるMPEGコード化ビデオの速度変換(Rate
conversionof MPEG Coded Video by Re-Quantization P
rocess) 」にある。
は、ビデオビットストリームを処理することである。そ
れ故、例えばDVDビデオ(DVD:Digital Video Di
sc order Digital Versatile Disc = ディジタルビデオ
ディスク又はディジタルバーサタイルディスク)に、ビ
デオビットストリームがMPEG−2−ビデオコーダス
タンダードによって記憶される。このビットストリーム
は、例えば9.8Mbit/s(Mヒ゛ット/秒) までのビットレー
トを有し、その場合においてビットレートは時間的に一
定又は可変である。しかし、前記の最大のビットレート
は、例えば自動車におけるオプチカルバスのように、一
定の伝送線内で分配するためには、バスシステムは限ら
れた、大抵一定のビットレートだけを自由に使えるだけ
であるので、あまりにも高すぎる。それ故、DVD技術
の自動車における利用のための適応は、平均のビットレ
ートもビデオビットストリートのビットレート特性も変
化させるディジタルトランスコーダによってだけ成功し
ているに過ぎない。
ットストリーム、複数のオーディオビットストリーム、
サブタイトルインフォメーション及びナビゲーションイ
ンフォメーションを含むMPEG−2−プログラムスト
リームが記憶される。ビデオビットストリームは、通
常、ビデオコーダスタンダードMPEG−1又はMPE
G−2に従って、データ整理され(datenreduziert)、符
号化される。大抵ビデオコーダスタンダードMPEG−
2が使用されるので、表1はDVDビデオ用のMPEG
−2−ビデオビットストリームの幾つかの特性を示す。
の必要性は、オプティカルバスを通して自動車にビデオ
ビットストリームは分配されることを考察すれば明らか
である。ビデオビットストリームを伝送するために、オ
プティカルバスは3乃至4Mbit/sのビットレートを供給
するにすぎない。供給されたビットレートは時間的に一
定であり、それ故、同期間の各時間間隔で同一のデータ
量が輸送される。これらの2つのバスの特性は伝送すべ
きビデオビットストリームの必要条件になる。それ故、
ビデオビットストリームは3乃至4Mbit/sのビットレー
トを有するだけでよく、またこのビットレートは時間的
に一定でなければならない。表1に記載の内容を前記必
要条件と比較して明らかなことはDVDビデオへのビデ
オビットストリームは前記必要条件を満たしていないこ
とである。ビデオビットストリームは9.8Mbit/sまで
のビットレートを有する必要があるので、DVDビデオ
への平均のビットレート及び最大のビットレートははあ
まりにも高すぎる。更に、VBDビデオへのビデオビッ
トストリームは、一定のビットレート(CBR) のほかに可
変のビットレート(VBR) が必要である。可変のビットレ
ートを有するビットストリームは、時間的にかなり変動
するビットレートを有し、概して、一定のビットレート
では伝送されない。それ故、DVDビデオへのビデオビ
ットストリームは、ビットレート水準及びビットレート
特性に関して、自動車のオプティカルバス特性に適合せ
しめられなければならない。この適合はディジルトラン
スコーダによって行われる。
のビデオビットストリームの分配の結果として生ずる構
成を例示的に示す。このディジタルトランスコーダは、
明らかなように、異なる特性を有する2つの領域間の切
断部分を形成する。それ故、トランスコーダ用変換アル
ゴリズムの開発及びビデオプロセッサプラットプォーム
におけるアルゴリズムの実行は種々の開発作業の目的で
ある。
述の部分で表され、図1から読み取ることができる。ト
ランンスコーダの出力側が一定のビットレートを有する
CBRビットストリームに隣接するように、ディジタル
トランスコーダは、送られたビデオビットストリームの
ビットレートを減少させ、場合によりそのビットレート
特性を変化させる。
リームのデータ量を後から少なくするプロセスが見いだ
されねばならないことを意味する。第2の要求は、上記
の見いだされたプロセスを相互に符号化されたビデオス
トリームが所望の一定のビットレートを有するように設
定するビットレート調整によって満たされる。
のほかにこの機能が実現されるような方法に関する要求
が更に存在する。機能の実現に関するその他の要求は、
ビデオプロセッサによる意図された実現化によって明ら
かにされる。前記実現化を簡素化するために、トランス
コーダのアルゴリズムは少ない複雑性だけを有するだけ
でなく、少ない記憶装置の要求を有しなければならな
い。ビットレート調整によって引き起こされる遅延時間
は、ビットストリームの走行時間が図1に示すシステム
によって余りにも大きくならないように、極力少なけれ
ばならない。
の画像品質は当然に考慮されなければならない。それと
ういうのも、その画像品質によってかなり前記システム
の受入れが左右されるからである。画像品質は上記の必
要条件を満たして極力良好でなければならない。極力良
好な画像品質、極力少ない費用及び極力少ない遅延時間
に基づく有意義な妥協を示すトランスコーダのアルゴリ
ズムが求められる。
態は先に述べた論文「ビデオコーディング用トランスコ
ーダ構造(Transcoder Artitecutures For Video Codin
g) 」の3頁にそこに示されたブロック回路図に関連し
て説明している。このブロック回路図をここで図2に同
様に再現する。この既知のトランスコーダ4は完全なM
PEG−2−ビデオデコーダ10及び完全MPEG−2
−ビデオコーダ20からなる。MPEG−2−ビデオデ
コーダ10は、入力バッファ11、VLC−デコーダ1
2(VLC:Code variabler Laenge =符号可変長)、
復量子化器13、逆−DCT−ステップ14(DCT:
Disklete Cosinus- Transformation=離散的コサイン変
成)及び後続の加算ユニット15からなる直列回路を有
する。前記加算ステップ15の出力信号は、MPEG−
2−ビデオコーダ20の加算器30の入力部に送られ、
同時に画像記憶装置16及びその出力側に接続された移
動補償ステップ(Bewegungskompensationstufe)17を通
って追加のステップ15の第2の入力部に加えられる。
Tステップ24、それに後続する量子化器21、その出
力側に接続されたVLCコーダ22及び出力バッファ2
3からなる直列回路を備える。量子化器21の出力部は
復量子化器25の入力部と連絡しており、その復量子化
器25の出力部に別のIDCTステップ26が接続され
ている。前記IDCTステップの出力部は加算器ステッ
プ27と連絡している。加算器ステップ27の出力は、
画像記憶装置28及びその出力側にに接続された移動補
償ステップ29を介して加算器ステップの第2の入力に
帰還され、加算器30の第2の入力部に送られる。更に
移動補償ステップ29は移動評価ステップ(Bewegungssc
haetzungsstufe) 29aに接続されている。
既知のディジタルトランスコーダによって完全に復号化
され、次いで完全に新たに符号化される。MPEG−2
−ビデオコーダ20のビットレート調整ステップ31
は、そのとき、所望の少ない一定のビットレートが得ら
れるように調節される。
トランスコーダの機能に関する要求を満たすが、しか
し、そのトランスコーディングの実行費用(Implementie
rungs-aufwand)があまりにも高すぎる。DCT及びID
CTの数度にわたる計算によって、移動補償、とりわけ
移動評価は、ハードウェア実現のまともな費用を可能に
するためにはしばしば複雑過ぎる。移動補償の実行のた
めにそのときどきに2つの画像を記憶しなければならな
いので、記憶の要求も同様に大きい。
因は、デコーダとコーダの間の通信がないことである。
コーダは入力ビットストリームのデコーダにある符号化
パラメータを利用することができず、全ての符号化パラ
メータを新たに決めなければならない。特にコーダは更
新された移動評価を実行する。
ずに入力ビットストリームの相応するパラメータが利用
されるならば、一般のトランスコーダの複雑性及び費用
は減少できる。入力ビットストリームから受け取られる
符号化パラメータの数と選択に応じて簡単なトランスコ
ーダが生まれる。
既知の簡単なディジタルトランスコーダは、単に図2に
示す単調に下に配置されたブロックからなるだけであ
り、例えば先に述べた論文「再量子化過程によるMPEGコ
ード化ビデオの速度変換(Rateconversion of MPEG Code
d Video by Re-Quantization Process)の411頁の図
2から知られている。適当な再量子化及びビットレート
調整は、新たな再量子化ファクタが、複数の基礎量子化
ファクタの積及び入力量子化ファクタと平均の入力量子
化ファクタの商として決定されることによって、提供さ
れる。
量に関係付けられるので、問題である。
めに述べたディジタルの、帰還されないトランスコーダ
を、非常に簡単な仕方で、その相互符号化を実行すると
き(bei der Implement-ierung) 多くの記憶場所を必要
とせずに実現可能であるように、改良することである。
記載の特徴を有するディジタルトランスコーダによって
解決される。
決される。
は、請求項11乃至14に記載の発明である。
に関連して更に詳細に説明する。図面において、図1
は、既に説明をした、自動車のオプティカルバスを介し
てビデオビットストリームを分配するためのブロック回
路図である。
ルトランスコーダのブロック回路図である。
ダのブロック回路図である。
成要素の詳細図である。
ランスコーダの具体的実施例において生ずる入力ビット
ストリームにおける量子化ファクタQS及び相互符号化さ
れたビットストリームにおける量子化ファクタQSの図表
である。
入力ビットストリームにおける画像ごとのデータ量D及
び相互符号化されたビットストリームにおける画像ごと
のデータ量Dの図表である。
ランスコーダを用いて発生させた画像の、ピーク信号対
雑音比(PSNR)の図表である。
ータ記録装置のブロック回路図である。
で実施可能なトランスコーダのステップを実現するため
のブロック回路図である。
するための種々の回路ブロックを有するブロック回路図
である。
ルトランスコーダのブロック回路図を示す。入力側にお
いてトランスコーダ4には入力バッファ11にデータス
トリームR1が供給される。この入力バッファ11は、
データストリームR1の部分を中間記憶するのに利用さ
れる。入力バッファ11の出力側はVLDデコーダ及び
デマルチプレクサ12に連絡しており、このVLDデコ
ーダ及びデマルチプレクサ12の出力側に復量子化器1
3の入力部につながれている。復量子化器13の出力部
は前記出力部に後続する量子化器21の入力部に直接連
絡しており、量子化器21の出力部はVLCコーダにつ
ながっている。ディジタルトランスコーダ4の出力側に
更に出力バッファ23が設けられている。受信されたビ
ットストリームR1のビットレートが可変であっても、
出力バッファ23の出力部から例えば入力側のデータス
トリームR1に比較してそのビットレートが減少せしめ
られた、一定の第2のデータストリームR2を出すこと
ができる。
びデマルチプレクサ12の移動データはもとのままVL
Cコーダ22に送られる。量子化器21は、、ビットレ
ート調整ステップ50に連絡している。このビットレー
ト調整ステップは、本発明により、出力側のデータビッ
トストリームR2のビットレートは一定であり、しかも
前記ビットストリームは予定の目標ビットレートを有す
るようになっている。
ジタルトランスコーダの実施例のブロック回路図につい
て説明する前に、先ず図3に示す帰還のないトランスコ
ーダの機能を示す。
る。多くの係数が零に量子化され、即ち脱落し、残る係
数は量的に小さいので、大きな量子化ファクタを有する
粗い量子化は、係数のデータ量を少なくする。僅かな小
さな係数はVLCユニットにおいて能率的に符号化さ
れ、より小さいデータ量を生ぜしめる。
に量子化された係数を有する。この細密に量子化された
係数は、再量子化プロセスにおいてより粗く量子化され
る。これによって係数のデータ量及びビットストリーム
のトランスコーダのビットレートは下がる。再量子化フ
ァクタが十分に粗く選択されるとき、全ての係数は消滅
する。この特別の場合は、トランスコーディングの過程
で認識され、MPEG−2−スタンダードに対応して既
知のやり方で処理される。
相互符号化されたビットストリームが平均のビットレー
ト及び最大のビットレートの所望の必要条件及びビット
レート特性を満たすように、なっている。このために、
再量子化ファクタは単一の調整器具である。トランスコ
ーダの各々のビットレート調整は遅延時間を有してい
る。この特性はビットレート調整の一般的なモデルによ
って説明される。このビットレート調整は先ず入力ビッ
トストリームの一部分を、それを解析するために、読み
取る。そのとき、例えば、入力ビットストリームにおけ
る画像ごとに係数のデータ量及び量子化ファクタが評価
される。解析の後最初に、同様に、入力ビットストリー
ムの記憶された部分に対応する遅延時間によって、記憶
された係数データが再量子化される。トランスコーダの
調整は僅かの遅延時間を有することを要求されているの
で、解析のために入力ビットストリームの小さな部分だ
けを中間記憶するだけでよい。遅延時間を最小にするた
めに、トランスコーダの調整は、記憶及び入力ビットス
トリームの解析に関しては、完全に見合わせられる。そ
れ故前記調整はマクロブロックの基礎に基づいて働く。
マクロブロックは、16×16画像ドットだけの大きな
画像部分の係数も移動データも含むMPEG−2−ビデ
オビットストリーム内のデータ領域である。1マクロブ
ロックは入力ストリームから読み取られ、遅延なく再量
子化され、相互符号化された出力ビットストリーム内に
記録せしめられる。
の事前解析を行わないので、ビットレート調整は、再量
子化ファクタを決定をするとき、既に相互符号化された
ビットストリームのデータ量及び最後に利用された再量
子化ファクタに添う。この調整の幾つかの調整パラメー
タが事前解析が行われないために分からないので、経験
的且つ統計的な調査事実に基づく、有意義な高い評価が
作り出されなければならない。
のビットレートの入力ビットストリーム(VBR−ビッ
トストリーム)を一定のビットレートの相互符号化され
たビットストリーム(CBR−ビットストリーム)に変
えることにある。DVD−ビデオのビデオビットストリ
ームは大抵VBR−ビットストリームである。VBR−
ビットストリームは、幾つかの点で明らかにCBR−ビ
ットストリームと異なる。名が既に表しているように、
VBR−ビットストリームは、ある時間にわたって可変
のビットレートを有する。即ちVBR−ビットストリー
ムの伝送のために必要とされる帯域幅は時間と共に変動
する。それに対してCBRビットストリームは、ビット
レートは時間の経過につれて一定であるので、全ての時
間に対して同一の帯域幅を必要とする。ビットレート特
性は画像ごとのデータ量に映し出される。少ないアクテ
ィビティを有する単純な画像、たとえば黒色画像は、非
常に僅かなデータ量を発生させる。一方、より大きなア
クティビティを有する複雑な画像、例えば素早い運動を
するスポーツ録画は、非常に大きなデータ量を含む。V
BR−ビットストリームにおいて、各画像は、非常に良
好な画像品質を可能にする、分配されたデータ量を受け
取る。それ故、画像品質はVBR−ビットストリームの
画像品質は、時間の経過につれて一定であり、高い水準
で一定不変である。CBRビットストリームは、各時点
に対して同一のビットレートを有するように制限を受け
る。画像ごとのデータ量は、どうやら一定のビットレー
トが保持される程度に特定の領域内で変動するだけでよ
い。その結果、簡単な画像は比較的大きなデータ量で符
号化され、複雑な画像は比較的少ないデータ量で符号化
されねばならない。本発明によるトランスコーダ4にお
けるビットレート調整は、上記のVBR−入力ビットス
トリームの特性を考慮に入れて、CBR−特性を利用す
る相互符号化されたビットストリームを発生させる。
詳述した回路図が図示されている。ビットレート調整ス
テップ50は接続回路51乃至57の列からなり、この
接続回路の列には、出力側のデータビットストリームR
2が予め決定した一定の目標ビットレートを有するよう
に量子化ステップ21における再量子化ファクタを調整
するように、更に詳しく説明される信号乃至調整パラメ
ータa)乃至j)が供給される。
に対する目標データ量を決定するためのビット配分ステ
ップ51を有する。このステップ51は、評価ステップ
53に連絡している。評価ステップ53は、ビット配分
ステップ51に画像グループ(=GOP)用の評価され
た調整パラメータaを任意に使わせる。評価価値は、例
えばGOPの長さ及び/又はGOPの構造を内容的に含
んでいる。検査ユニット54は評価部53に接続され、
受信したデータビットストリームR1の情報に基づいて
評価を検査する。別の信号bは、ビット配分ステップ5
1に部分識別ステップ( Schnitterkennungstufe)55か
ら供給される。部分識別ステップ55において画像の一
部分乃至シーンの一部分が検出される。別の信号とし
て、ビット配分ステップ51は、最新の画像の相互符号
化のとき発生せしめられるビット数に関する情報(=信
号c)及び最新の画像の再量子化ファクタの平均値に関
する情報(=信号d)を保持する。最後にビット配分ス
テップ51は更に目標ビットレートに関する情報(=信
号e)及び画像反復数(=信号f)を供給する。
1は一画像の目標データ量の信号jを発生し、この信号
を所謂レート制御ステップ52に供給する。このレート
制御ステップ52は、直接にトランスコーダ4の量子化
器21に連絡しており、トランスコーダ4の量子化器2
1に画像の各マクロブロックに対する再量子化ファクタ
を自由に使わせる。このためレート制御ステップ52に
おいては目標データ量jのほかに画像反復数に関する情
報及び目標ビットレートに関する情報(信号e及びf)
が自由に使われる。更にレート制御ステップ52は画像
ごとのマクロブロック数に関する情報信号g(信号g)
及び個々のマクロブロックを相互符号化するとき発生せ
しめられるビット数に関する情報(信号h)を保持す
る。最後にレート制御ステップ52は、VBV記憶装置
57に連絡する監視ユニット56からの信号iを保持す
る。信号iは、VBV記憶装置(VBV:Video-Buffer
ing-Verifier、ビデオバッファ検定器)57がオーバー
フローしていないし、空になってもいないことを示す。
ビット配分ステップ51においては画像グループ(GO
P構造)のGOP長及び構成についての評価値が自由に
使われる。これは必要であり、それによってビット配分
ステップ51は画像の目標データ量の有意義な値を計算
することができる。
ように、復量子化器13及び量子化器21は共通ステッ
プ40と置き換えることができる。このような共通ステ
ップ40の例を図9に示す。共通ステップ40は乗算器
41を自由に使うことができる。この乗算器には、VL
Dデコーダ及びデマルチプレクサ12から係数データQF
alt が供給され、また古い再量子化ファクタqsalt の新
しい再量子化ファクタqsnew への分割結果が供給され
る。qsalt のqsnew への分割果はディバイダ45におい
て行われる。新しい再量子化ファクタqsnew は、図4に
関連してビット調整ステップ50に関して説明されるよ
うに又は手で、自由に使われる。古い再量子化ファクタ
qsalt は直接にVLDデコーダ及びデマルチプレクサ1
2からディバイダ45へ送られる。乗算器41の出力は
浮動−整数変成ステップ42に連絡している。この浮動
−整数変成ステップ42の出力には新しい係数データQF
newが供給され、VLCコーダ22の入力部に送られ
る。
クタ及び再量子化ファクタは、互いに関係なく、2つの
過程で決定はされるのではなく、1つの過程で一緒に決
定される。DCT係数、即ち係数データの量子化は量子
化マトリックス及び量子化ファクタqsによって決定され
る。前記量子化マトリックスは、1ブロックの64のD
CT係数の各々に対して1つの値を含む。量子化ファク
タqsは、全てのブロックに対して一定であり、それ故マ
クロブロックの全ての係数に対しても同様に一定であ
る。本発明の再量子化過程の特徴は、量子化マトリック
スが変化しないことである。相互符号化されたビットス
トリームは入力ビットストリームR1のように同じ量子
化マトリックスを含む。量子化マトリックスはずっと変
わらないので、下記の再量子化式は量子化マトリックス
の要素を何ら含まない。
についての商qsalt / qsnew は一定であるので、この商
は必然的にマクロブロックごとに1つだけ、しかも、qs
alt 又はqsnew が先行するマクロブロックに比較して変
化しているときだけ算出されるだけでよい。新しい係数
QSnew はqsalt / qsnew の商を古い係数データQFalt と
単に掛け合わせることによって算出される。この掛け算
は有利にQFalt が零に等しくないときにだけ実施される
だけでよい。
化の場合のように運算の費用を最小にしなければならな
いとき、その完全な有利性を示す。上記再量子化式はせ
いぜいマクロブロックごとの割り算だけを生じさせ、ま
たせいぜいDCT係数ごとの掛け算を生じさせるだけで
ある。
を計算するための回路装置のブロック回路図を示す。こ
の計算の仕方は各トランスコーダに使用することができ
る(図2及び3に示す既知のトランスコーダにも使用す
ることができる。)それ故、この計算の仕方はDCT係
数を決定するための回路装置によらない。しかし、好ま
しくは、図10のブロック回路図は図9に示す装置と組
合せて使用される。
算ステップ60乃至67からなる。これらの計算ステッ
プは異なる計算パラメータが供給される。この計算方法
を理解するために先ず実現化のための理論的背景を説明
する。
は複雑さの度合い(Komplexitaet-mass) 、略して複雑さ
(Komplexitaet)を参照する。複雑さは下記の複雑さに区
別される。
ロブロックの複雑さ
イス(マクロブロックグループ)の複雑性
の複雑さ
のピクチャ(GOP、画像グループ)のうちの一グルー
プの複雑さ
は相互符号化すべき入力ビットストリーム及び相互符号
化すべき出力ビットストリームを示す。インデックス"
i" は個々のマクロブロックを示す。更にCは複雑さを
示し、dMB in[i]は入力ビットストリームのi−テン
(ten) ・マクロブロックのビットのデータ量を示し、qs
alt[i]は入力ビットストリームのi−テン・マクロ
ブロックの量子化ファクタを示す。
ファクタqsnew[i]を決定する。
相互符号化されたマクロブロックの目標データ量であ
り、tdslice[i]は相互符号化されたスライスの目標
データ量であり、tdBild[i]は相互符号化された画像
の目標データ量であり、tdGOP[i]は相互符号化され
たGOPの目標データ量である。
定された再量子化ファクタによる相互符号化の後マクロ
ブロック、スライス、画像又はGOPが相互符号化され
たビットストリーム内に有するデータ量である。
以下のように取決めをする。
イス、画像、又はGOPに対するもので、即ち、BOэ
{スライス、画像、GOP}である。それ故次に述べる
方程式が種々の基準対象物BOに適用され、種々の基準対
象物BOに関する規則が実現され得るものとする。次に述
べる方程式においてBOは常に同一の基準対象物、即ちス
ライス、画像又はGOPに対するものである。
ットストリームの事前解析のため記憶場所を必要とす
る。それ故、調整は遅延時間を持つ。事前解析のとき本
発明により、部分的に記憶された入力ビットストリーム
内の下記の数量が求められる。
ットストリームにおけるi−テン・マクロブロックのビ
ットのデータ量 dBO in〔i〕 相互符号化すべきビットストリームに
おける参照対象物のビットのデータ量 qsMB in〔i〕 入力ビットストリームにおけるi−テ
ン・マクロブロックの量子化ファクタ
ビットストリームのビットレートri nを必要とする。こ
のビットレート rinを求めるために入力ビットストリー
ムの一部分が記憶される。この入力ビットストリームの
一部分は一つのインター画像(Intra-Bild)(このI−画
像を含めて)からそれに続くインター画像(このI−画
像を除いて)にわたる。前記ビットレートrinはGOP
ベースでも求めることができる。
れた出力ビットストリームが一定ビットストリームr
out (=目標ビットレート)を有し、入力ビットストリ
ームrinが一定か又は可変かに依存しないことである。
この調整の経過は以下の通りである。
物のビットの実際に発生したデータ量の目標データ量と
の差であり、また dBO out >tdBOのとき、ΔdBO>0 dBO out <tdBOのとき、ΔdBO<0 である。
化ファクタ
タ/相互符号化の場合マクロブロックの複雑性は同様に
存在し、即ち一定であるという仮定が隠れている。これ
らのファクタは場合によっては再量子化ファクタを計算
するときに省略することができる。Rは加重(Gewichtun
g)ファクタを示し、SはVBV記憶装置がオーバーフロ
ーしたり空になることを回避するためのファクタを示
す。この調整はVBV記憶装置のオーバーフローが今に
も起こりそうなとき所謂スタッフビット( stuffing byt
es) をビットストリームに挿入する。SはVBV記憶装
置の充填水準に依存しない関数である。一例においてS
の関数は線型になる。この関数は低い充填水準のときqs
MB in〔i〕を高めるようにSの値>1.0μm を提供す
る。高い充填水準のとき関数はqsMB out〔i〕を少なく
するようにSの値<1.0μm を提供する。Sは画像又
はマクロブロックの相互符号化の後(場合によっては一
定の充填水準を越えたときまたは下回ったとき)現実化
される。
めの回路装置は、図10に示すようになる。中央の計算
装置67においては予め定められたファクタR、A及び
S並びに受信する、それ故入力側のデータビットストリ
ームのビットレートrin及び所望の出力側のビットレー
トrout が自由に使われる。この結果前記計算装置67
は新しい再量子化ファクタqsnew を決定する。ステップ
65において上に述べた式によってAが決定される。前
記ステップ65は、出力側で計算装置67に連絡してお
り、入力側でステップ62からパラメータ CBO inを受け
取りステップ60からtdBOの値を受け取る。ステップ6
5は CBO in/tdBOの商から補正ファクタAの値を計算す
る。
ってΔdBO、dBO in、 rin及びroutからtdBOを発生しこれ
をステップ65に供給する。dBO inと rinの値はステッ
プ64から供給される。更にステップ64は d
MB in〔i〕の値をステップ62に自由に使わせ、また r
inを計算装置67に自由に使わせる。ステップ62は入
力量として古い再量子化ファクタqsalt 〔i〕を受け取
り、ステップ65に CBO>inの値を供給する。最後に補
正ファクタSがステップ63から計算装置67へ到着す
る。
についてのトランスコーディングアルゴリズムは上述の
実施の形態によって開発され、調査される。このアルゴ
リズムの機能性は実施例によって示される。名称"Susi
e" を有する既知の画像テストシーケンス(注:このテ
ストシーケンスは電話中の婦人を示す)は720×57
6画像ドットの解像度を有し、25Hzの画像反復数を有
する。MPEG−コーダは、6Mbit/sの平均ビットレー
トを有するビデオビットストリームが生ずるように、構
成される。このビットストリームは、本発明のトランス
コーダの入力部に入れられ3Mbit/sに相互符号化され
る。本発明のトランスコーダの出力部における相互符号
化されたビットストリームは所望のように一定のビット
レートを有する。選択されたビットレートは典型的に、
透明の問題提起に対して選択されるが、しかし、違った
やり方で選択することもできる。DVDビデオが9.8
Mbit/sの最大のビットレートを許容するけれども、平均
のビットレートはそれに記憶されたVBRビットストリ
ームの6Mbit/s以下でしかない。本発明のトランスコー
ダにおけるデータ量の減少は粗い量子化ファクタを有す
る再量子化によって成功する。
表の縦軸に、QSで、入力ビットストリームにおける量子
化ファクタQS(細線で図示された曲線推移)が示され、
相互符号化されたビットストリームにおける量子化ファ
クタQS(太線で図示された曲線推移)が示されている。
水平に連続するマクロブロックが図示されている。明ら
かに分かることは、再量子化過程によって相互符号化さ
れたビットストリームにおける量子化ファクタは、入力
ビットストリームにおける量子化ファクタよりも大きい
ことである。入力ビットストリームは比較的小さい量子
化ファクタを含む。6Mbit/sから3Mbit/sに入力ビット
ストリームのビットレートを減少させるために、再量子
化過程で量子化ファクタが増加せしめられる。
号化されたビットストリームにおける量子化ファクタを
示す曲線は、それ故、入力ビットストリームにおける量
子化ファクタが再現する曲線の上方に推移している。相
互符号化されたビットストリームのより粗い量子化及び
それ故より小さなビットレートは画像ごとのデータ量を
映し出している。
ムにおける個々の画像が、より高いレートの入力ビット
ストリームよりも少ないデータ量を有することを示す。
相互符号化されたビットストリームはそのより小さなビ
ットレートに基づき、太線で示す曲線から明らかなよう
に、画像ごとのより小さなデータ量を有する。図示の図
表には、入力ビットストリームにおける画像ごとのデー
タ量Dと相互符号化されたビットストリームにおける画
像ごとのデータ量Dが示されている。
品質を評価するために、所謂ピーク信号対雑音比(PS
NR)が算出される。より大きなPSNRは大抵より良
い画像品質を保証する。相互符号化された例のビットス
トリームを図7に図示する。その場合、各個々の画像に
ついてのPSNR並びに全シーケンスにわたる平均値が
図示されている。本発明のトランスコーダによって3Mb
it/sに相互符号化されたビットストリームは40.39
dBの平均のPSNRを有する。この値を評価するため
に、同じ入力ビットストリームが前に述べたように普通
のトランスコーダで画像2において3Mbit/sに相互符号
化され、PSNRが計算される。普通のトランスコーダ
で3Mbit/sに相互符号化されたビットストリームは4
0.35dBの平均のPSNRを有する。それ故、本発明
のトランスコーダは普通のトランスコーダとほぼ同一の
画像品質を提供する。この成果は、非常に明確である。
何故ならば、より少ない複雑性とより少ない記憶の要求
にもかかわらず、本発明のトランスコーダは普通のトラ
ンスコーダとほぼ同一の能力を有し、場合により普通の
トランスコーダよりも良いことを前記成果は意味するか
らである。それ故、図2に示すトランスコーダの極めて
高い実現化費用は回避することができる。この例の成果
は、代表的なものであり、他のテストシーケンスとビッ
トレートによって再現することができる。
オプロセッサによる極力簡単な実現を考慮に入れてい
る。前に述べた説明で、本発明のトランスコーダは、こ
の必要条件を満たすのみならず既知の非常に高価な、図
2に示すトランスコーダに匹敵する画像品質も提供す
る。それ故、本発明のビデオプロセッサによるトランス
コーダの実現は、少ない記憶費用で可能であり、例えば
自動車内部のオプティカルバスシステムにおいて実現可
能である。
ッファ11に記録される。VLDユニット12は入力ビ
ットストリームR1をそのシンタクスの要素に分解し、
可変長を有するコードワードに復号化する。シンタクス
の要素により、係数データの特徴を示すコードワードの
みを更に加工する。係数データのもとで離散的コサイン
変成(DCT)によって周波数領域において変成された
全ての画像の画像ドットが解釈される。係数データは復
量子化され(Q-1)、次いで再量子化過程で処理される
(-Q)。ビットレート調整は再量子化ファクタを、出力
部における相互符号化されたビットストリームが、所望
の低い一定のビットストリームを有するように、調整す
る。再量子化された係数データはVLCユニット22に
おいてコードワードに変えられる。VLCユニット22
は同様に変わらない移動データを入力ビットストリーム
R1から相互符号化されたビットストリームに挿入す
る。完全に相互符号化されたビットストリームは出力バ
ッファ23に記憶され、出力される。本発明のトランス
コーダは、図2に示す普通のトランスコーダに比べて変
成(IDCT、DCT)は何ら行われず、帰還ループに
おける移動補償(MC)は何ら行われず、移動評価(M
E)は何ら行われないので、低い複雑性を有する。移動
補償に関しては見合わせられているので、本発明のトラ
ンスコーダは画像記憶装置(FS)を何ら利用しない。
それ故、記憶の要求は少ない。ビットレート調整はより
少ない遅延時間で働く。それ故、本発明のトランスコー
ダは、ビデオプロセッサによる有利な実現のために必要
な全ての必要条件を満たす。
な利用例がブロック回路部で示されている。ビデオレコ
ーディングシステムにおいて、データビットストリーム
R1のビットレートに左右されない一定ビットレートの
データビットストリームR2により記憶媒体80にディ
ジタルデータを記録するために、トランスコーダ4が使
用される。このために、トランスコーダ4は、入力側
で、ディジタルビデオ放送信号(DVBS、DVBC、
DVBT)が供給されるディジタルビデオ源、例えばデ
ィジタルビデオディスク65又は信号源60に接続され
る。スイッチ70を介して相応する信号源60又は65
が選択される。切換え装置71を介して、信号源60又
は65の信号は、直接に連絡線72を介して、或いは切
換え装置71のスイッチが図8に示す位置にあるときは
ビットレートが減少せしめられて記憶媒体80に記憶さ
れる。このスイッチの位置で、受信データビットストリ
ームR1又はR1′はトランスコーダ4を介して導かれ
ビットレートが減少せしめられ、一定のビットレートで
記憶媒体80に記憶せしめられる。図8に示すスイッチ
の位置で、記憶媒体80はビットレートが減少せしめら
れた記憶データを保持するので、長時間レコード機能(L
ongplay-Aufnahmefunktion) が得られる。例えば磁気テ
ープ又は半導体記憶装置である記憶媒体80の録画時間
又は記録時間は、それ故、本発明のトランスコーダ4に
よって本質的に増やされる。
使用する本質的な利点は、トランスコーダ4の出力にど
んな場合でも一定ビットレートが提供され、入力側のデ
ータビットストリームが可変か又は一定かにより左右さ
れないことである。
例えばMPEG−2−デコーダに接続される。更にトラ
ンスコーダ4が、それが録画モードで相互符号化プログ
ラムを実施し、再生モードで復号化プログラムを実施す
るように、使用することも可能である。これはマイクロ
プロセッサ制御により可能である。
介してビデオビットストリームを分配するためのブロッ
ク回路図である。
ーダのブロック回路図である。
回路図である。
図である。
の具体的実施例において生ずる入力ビットストリームに
おける量子化ファクタQS及び相互符号化されたビットス
トリームにおける量子化ファクタQSの図表である。
トリームにおける画像ごとのデータ量D及び相互符号化
されたビットストリームにおける画像ごとのデータ量D
の図表である。
を用いて発生させた画像の、ピーク信号対雑音比(PS
NR)の図表である。
のブロック回路図である。
トランスコーダのステップを実現するためのブロック回
路図である。
々の回路ブロックを有するブロック回路図である。
Claims (14)
- 【請求項1】 第1のビットレート(R1)のデータビ
ットストリームを受信し、該第1のビットレート(R
1)と比較して異なり、特に減少せしめられた第2のビ
ットレート(R2)のデータビットストリームを出力す
るためのディジタルトランスコーダシステムであり、入
力バッファ(11)とその出力側に続くVLDデコーダ
(12)を有する入力側のデコーダ装置(10)及び出
力側のコーダ装置(20)を備え、前記出力側のコーダ
装置は、デコーダ装置(10)において復量子化したデ
ータを再量子化ファクタを用いて再量子化するための量
子化器(21)と、該量子化器の出力側に続くVLCコ
ーダ(22)及び出力バッファ(23)を備えるディジ
タルトランスコーダシステムであって、第2のビットレ
ート(R2)をマクロブロック指向で調整するために、
VLCコーダ(22)に送られる新しいDCT係数QF
new(neu) が下記の式によって決定されることを特徴と
するディジタルトランスコーダシステム。 【数1】 上の式においてqsalt は古い量子化ファクタを示し、qs
new は新しい量子化ファクタを示し、QFalt はVLDデ
コーダ(12)の出力におけるDCT係数を示す。 - 【請求項2】 qsnew の値が、マニュアルで又は制御ア
ルゴリズムによって調整可能であることを特徴とする請
求項1に記載のディジタルトランスコーダシステム。 - 【請求項3】 再量子化ファクタqsnew の値が下記の式
によってマクロブロック指向で算出されることを特徴と
する特に請求項1のプレアンブルに記載のまたは特に請
求項1または2に記載のディジタルトランスコーダコー
ダシステム。 【数2】 上の式において、S、A及びRは予め与えられた補正係
数であり、 rinは受信されたデータビットストリーム
(R1)の求められたビットレートであり、rout は相
互符号化されたデータビットストリームの所望の出力ビ
ットレート(R2)である。 - 【請求項4】 共通ステップ(40)が乗算器(41)
を備え、この乗算器にはVLDデコーダ(12)からQF
alt の値及び商qsalt / qsnew が送られ、乗算器(4
1)の出力が浮動ステップ/整数ステップ(42)を介
してVLCコーダ(22)の入力に連絡していることを
特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載のディジ
タルトランスコーダシステム。 - 【請求項5】 qsalt の値が入力側のデータビットスト
リーム(R1)で決定されることを特徴とする請求項1
乃至4の何れか一項に記載のディジタルトランスコーダ
システム。 - 【請求項6】 VLCコーダ(22)が入力側のデータ
ビットストリーム(R1)からのもとのままの移動デー
タを相互符号化されたビットストリームに挿入されるこ
とを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載のデ
ィジタルトランスコーダシステム。 - 【請求項7】 画像ごとのまたは基準対象物ごとの目標
データ量(j)を求めるための装置(51)が設けら
れ、この装置(51)は、画像のシーン部分を検出する
シーン部分検出装置(55)と連絡しており、且つ前記
装置(51)には、別の制御量として、同一画像型の前
の画像の再量子化ファクタの平均値及び直前の画像を相
互符号化するときに発生するビット数の値が供給される
ことを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の
ディジタルトランスコーダシステム。 - 【請求項8】 再量子化ファクタqsnew が、さらに、受
信された画像ごとの現存するマクロブロックの数及び受
信されたデータビットストリームにおける画像反復数に
応じて変えることができることを特徴とする請求項1乃
至7の何れか一項に記載のディジタルトランスコーダシ
ステム。 - 【請求項9】 VBV記憶装置(57)がオーバーフロ
ーすること又は空になることを監視するための監視装置
(56)が設けられていることを特徴とする請求項1乃
至8の何れか一項に記載のディジタルトランスコーダシ
ステム。 - 【請求項10】 第2のビットレート(R2)が第1の
ビットレート(R1)の可変性に左右されずに一定に調
整されることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項
に記載のディジタルトランスコーダシステム。 - 【請求項11】 ディジタルデータを記憶媒体(80)
に、受信されたデータビットストリーム(R1)のビッ
トレートに左右されない、一定ビットレート(R2)の
データビットストリームで記録するためのディジタルビ
デオ記録システムにおける請求項1乃至10の何れか一
項に記載のディジタルトランスコーダシステムの利用。 - 【請求項12】 受信されたデータビットストリーム
(R1)をもとのまま記憶媒体(80)に記録するため
に、切替装置(71)によってトランスコーダシステム
と並列に伝送線(72)を連結可能であることを特徴と
する請求項11に記載の利用。 - 【請求項13】 トランスコーダシステム(4)が再生
モードにおいてデコーダシステムとして使用されること
を特徴とする請求項11又は12に記載の利用。 - 【請求項14】 受信されたデータビットストリーム
(R1)がビデオビットストリーム、特にMPEG−2
−ビデオスタンダードによるDVDビデオビットストリ
ームであることを特徴とする請求項11乃至13の何れ
か一項に記載の利用。
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