JP2002500484A - 画像クロッピングのためのビットストリーム編集を用いたコスト低減デコーダ - Google Patents
画像クロッピングのためのビットストリーム編集を用いたコスト低減デコーダInfo
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Abstract
Description
は、本発明は、高精細度又は標準精細度テレビジョンシステムにおけるコスト低
減ビデオデコーダを実現するための方法と装置に関する。発明の背景 将来のデジタルテレビジョン(DTV)受像機は、次世代テレビジョン標準化
委員会(Advanced Television Standard Committee(ATSC))により制定さ
れた伝送標準に実質的に従い実現されると予想される。類似の標準は、欧州デジ
タルテレビジョン放送(European Digital Video Broadcasting(DVB))標 準である。圧縮デジタルビデオシステムは、ATSCデジタルテレビジョン標準
文書A/53に記載されており、引用して本明細書に組み込まれる。更に、動画
像圧縮標準化組織(Moving Picture Experts Group(MPEG))は、デジタル
データ伝達システムに関する幾つかの標準を公布した。第1は、MPEG−1と
して知られ、ISO/IEC標準11172と関係するが、引用して本明細書に
組み込まれる。第2は、MPEG−2として知られ、ISO/IEC標準138
18に関係するが、引用して本明細書に援用されている。
マットも、放送局が伝送することを許容している。詳細には、DTV受像機は、
時間解像度(60fps、30fps、又は24fps)及び走査フォーマット
(2、1飛び越し、又は順次走査)での空間解像度(480本、720本、又は
1080本)で変化する画像シーケンスを備えるソースビデオを受信する能力が
なくてはならない。このように、新しいDTV標準は、ビデオフレームの解像度
が現在のNTSC信号で使用されているものより高い高精細度テレビジョン(「
HDTV」)もサポートし、標準精細度テレビジョン(「SDTV」)、例えば
既存のアナログNTSC標準と、フレーム当りのほぼ等しい解像度を有するテレ
ビジョンもサポートする。
なるので、HDTVデコーダは、SDTVデコーダよりはるかに高いデータレー
トをサポートしなくてはならない。標準のSDTVデコーダと比較した場合の、
HDTVデコーダが必要とする追加のメモリ、及び、HDTVデコーダ内での種
々の回路の複雑さの高まりは、HDTVデコーダをSDTVデコーダより高価に
してしまう。
つは、通常に譲渡された以下3件の米国特許に等しく開示されている。即ち、1
997年3月25日発行の米国特許第5,614,952号、発明の名称「デジ
タル高精細度及び/又はデジタル標準精細度テレビジョン信号をデコードするた
めのデジタルビデオデコーダ」、1987年6月3日発行の米国特許第5,63
5,985号、発明の名称「低コスト統合HD/SDテレビジョンデコーダの方
法と装置」、1997年3月25日発行の米国特許第5,614,957号、発
明の名称「デジタル・ピクチャ・イン・ピクチャ・デコーダ」、である。上記3
件の特許(以下、ボイス特許と称する)は、それら全体を引用して本明細書に組
み込まれる。
本質的に、高解像度画像は、低減された解像度で復号化され、それによって、画
像を格納するのに必要なメモリをより少なくする。その上、高次のDCT係数を
表すホフマン(Huffman)コードはビデオストリームから除去される。残念なこ とに、ボイス 技法はデコーダの合計メモリと処理要求量を確かに低減するが、 結果としてのデコーダは依然として相当に複雑であり、高価である。
は、通例、画像シーケンスを享受するには必要でない情報を含んでいる。これは
、エッジ近傍のこの部分が表示されるかどうか分からないという不確実性を持つ
からである。その不確実性は、多くのテレビジョンメーカが採用している2つの
慣例が原因である。その一つめは、メーカは、そのディスプレイ装置に一定の量
の「オーバスキャン」を含めることができる。二つめは、メーカは、表示ベゼル
を使用してエッジ近傍のピクチャ領域の部分を覆い隠すことができる。これら(
及び他の)慣例を認めて、米国映画テレビ技術者協会(Society of Motion Pict
ure Television Engineers(SMPTE))は、推奨慣例 (Recommended Practi
ce)(RP)56−1990を採択し、そこでは、「セーフアクション (safe-ac
tion)」領域を画像の最中央の90%、及び「セーフタイトル (safe-title)」領
域を画像の最中央の80%として定めている。これらの部分は、直線的に決定さ
れる(即ち、垂直と水平方向の寸法の90%と80%)。
に関連する受像機)でのシステムコストの劇的低減の必要性とを考慮して、SM
PTEの「セーフタイトル」又は「セーフアクション」ディスプレイサイズに相
当するように、符号化ビットストリーム中のビデオ情報低減が望ましいことが分
かる。発明の概要 本発明は、一般的にはビデオデコーダに関し、より詳細には、本発明は、高精
細度又は標準精細度テレビジョンシステムにおけるコスト低減ビデオデコーダを
実現するための方法と装置に関する。
含む可変長符号化デジタルビデオデータを、それぞれが複数のマクロブロックを
含むピクチャの全サイズより小さいサイズに復号化するための方法を含む。この
方法は、デジタルビデオデータを受取るステップ、デジタルビデオデータに含ま
れるマクロブロックを識別するためにデジタルビデオデータを分析するステップ
、セーフタイトルピクチャ領域とセーフアクションピクチャ領域の一方に実質的
に対応するピクチャ領域に関連しないマクロブロックを、デジタルビデオデータ
から切捨てるステップ、及びデジタルビデオデータを、デコーダの入力バッファ
へ格納するステップ、を含む。
より容易に理解できる。
するために同一の符号を使用した。詳細な説明 本発明は、例示としてのATSCテレビジョン受像機であるデジタルテレビジ
ョン(DTV)受像機内の、例示としてのMPEG―2ビデオコーダであるビデ
オコーダに沿って説明する。しかし、本発明は、DVB、MPEG−1、及び他
の情報ストリームへ適合されるシステムを含め、何れのビデオ処理システムへも
適用可能であることは、この技術に精通した者には明らかであろう。
的に符号100で示すビデオデコーダが示されている。図示のデコーダ100は
、HD及び/又はSDテレビジョン信号、例えば、MPEG準拠のテレビジョン
信号を復号化する能力がある。ビデオデコーダ100は、ビットストリームトリ
マ110、バッファメモリ120、デコーダ130、出力バッファ140、及び
アンカフレームメモリ150を含む。デコーダ130は、可変長復号化器(VL
D)131、逆量子化器(IQ)122、逆離散コサイン変換(IDCT)回路
133、加算器134、及びモーション補償回路135を備える。
フレームメモリ150であり、それは、HDデコーダでは、例えば16MBの同
期型随時書込み読出しメモリ(RAM)を備えるかもしれない。圧縮されたビッ
トストリームの一時的格納のために使用される入力データバッファ120は、そ
れより少ないが、著しいコストではない。全面的にMPEGに準拠するHDTV
デコーダを、データバッファとして使用するためには、少なくとも1MbのRA
Mが必要であると予測される。
ン変換回路133と逆量子化回路132である。HDTVデコーダのIDCT回
路133は、大量の算術演算を高速度で実行する必要があり、従って、デコーダ
回路の多大な部分に相当する見込みである。IQ回路132は、IDCT回路1
33より少ない数の演算を実行するが、高速であることと演算の複雑さにより、
IQ回路122のコストも、HDTVデコーダ全体のコストの多大な構成要素で
あろう。加えて、モーション補償回路135と可変長復号化器回路131は、実
現するために多大な量の論理ゲートを必要とするであろう。
ルタイム基準で処理する要求量の関数であるから、処理が必要なデータの量を低
減することにより、HDTV互換のデコーダの複雑さ、従ってコストを低減する
ことは可能である。
の復号化に必要とされるメモリ量を低減するための一連の技術を開示している。
ボイス特許は、各マクロブロックを表すために使用されるDCT係数の数を限定
することにより(例えば、高次DCT係数を切捨てることにより)符号化された
ビデオストリームのデータレートを低減するプリパーサ(前分析器)(preparser
) の使用を開示している。次に、低減されたデータレートのビットストリームは
、低下された解像度のビデオ信号を生成する特別なデコーダ回路により復号化さ
れる。
を選択的には低減しない。むしろ、ビットストリームトリマ110は、SMPT
E推奨慣例56−1990によるピクチャの「セーフタイトル」、さもなければ
、代替として「セーフアクション」部分に関連しないマクロブロックを識別する
。識別されたマクロブロックは切捨てられ、結果として得られるデータ低減ビッ
トストリームは、デコーダ内の残りの回路により処理される。
を使用して生成されるピクチャの説明を示す図2に関して以下説明する。詳細に
は、図2は、X列のマクロブロックにより画成される水平アスペクトと、Y行の
マクロブロックにより画成される垂直アスペクトを持つピクチャ200を示す。
ピクチャ200の第1の領域210は、SMPTE推奨慣例56−1990によ
り「セーフタイトル」領域(即ち、画像の最中央の80%)として定義された領
域である。ピクチャ200の第2の領域220は、前記の「セーフタイトル」領
域の外側にあるピクチャ200の領域である。この領域を表す画像情報を含むマ
クロブロックは、マクロブロック復号化回路の前でビットストリームトリマによ
り切捨てられるので、ピクチャ200の第2の領域220は、ディスプレイ装置
上に表示されない。
の実施の形態において、第1の領域210は、「セーフアクション」領域(即ち
、画像の最中央の90%)を表す一方、第2の領域220は、非表示画像領域を
表す。この実施の形態では、ピクチャの「セーフタイトル」部分を除く全てを切
捨てる場合より、落とされるマクロブロックが少なく、従って、より多くのメモ
リと処理能力が必要とされる。
標本を表わす16x16マクロブロックを使用して生成される480本×704
画素の画像の場合、普通には、44列と30行のマクロブロックがあり、全体で
1320のマクロブロックを提供する。従って、480x704画素の画像の最
中央の80%を除くほぼ全てを除去するために、ビットストリームトリマ110
は、マクロブロックの上3行と下3行(即ち、行1〜3と28〜30)、及びマ
クロブロックの左4列と右4列(即ち、列1〜4と42〜44)を除去する。
ーマットを使用して実施できる。表1は、幾つかの共通ビデオフォーマット、特
定のフォーマットの各行と列におけるマクロブロックの数、及び、ピクチャサイ
ズを安全領域(即ち80%)ピクチャサイズへ縮小するように切捨られる行と列
、を一覧表にする。
に、ビットストリームトリマ110は、可変長復号化モードで動作して、入力ビ
ットストリームを部分的に復号化する。詳細には、ビットストリームトリマ11
0は、ビットストリームの picture_data() 部分を分析し、例として、いわゆる
、macroblock_address_increment を読出し、それに応じて、検査した各マクロ ブロックの特定アドレスを計算する。次いで、非セーフ領域に関連するアドレス
を持つマクロブロックは切捨てられる。ビットストリームトリマ110は、マク
ロブロック内の実際のデータを復号化しないことに注意しなければならない。ビ
ットストリームトリマ110は、所望のマクロブロックの位置情報に構文的に関
連付けられた種々の開始コードと他のコードとを識別するためにビットストリー
ムを検査するだけである。
ードで動作して、マクロブロックの行だけを切捨てる。各行は1つ以上のスライ
スを含み(ここで、各スライスは、1つ以上のマクロブロックを含む)、行の最
後のスライスは行の最後の列で終わるので、ビットストリームトリマ110は、
特定の行に関連するスライスを識別することにより特定の行を識別する。識別さ
れたスライス内の各マクロブロックは、そこで、切捨てられる。詳細には、ビッ
トストリームトリマ110は、いわゆる slice_vertical_position 変数を、入 力ビットストリームS1の picture_data() 部分から抽出する。slice_vertical
_position 変数が、特定のスライスが非セーフピクチャ領域に関連することを示
す場合、特定のスライスは、マクロブロックと共に切捨てられる。
の元来の表示モードを示す制御信号MODEをコントローラ(図示せず)から受
取る。即ち、テレビジョン受像機は、高精細度ビデオ信号、例として1080x
1920信号を受信しているかもしれないが、しかし、標準精細度画像、例とし
て480x640を表示する能力があるだけかもしれない。このように、標準又
は低精細度の元来動作モードを有するディスプレイ装置の場合には、ビットスト
リームトリマ110は、ディスプレイ装置の元来モード能力以外のピクチャ情報
に関連する全てのマクロブロックを切捨てることに使用される。この場合、メモ
リ及び処理の要件は、ディスプレイ装置の元来のモードだけをサポートするよう
に設計される。
TEを入力バッファメモリ120から受取る。オプションのレート制御信号は、
バッファメモリの利用レベルの表示を提供する。バッファのオーバーフロー及び
/又はアンダーフロー状態を回避するために、ビットストリームトリマは、例え
ば、応答して、多少はマクロブロックを切捨てるか、あるいはビットストリーム
からパディング情報を取り去るか、又は追加することにより、データ低減ビット
ストリームS3内に多少はデータを含めるようにする。パディング情報は、デー
タ低減ビットストリームS3内でデータの量を増加させることに使用される特定
の、非MPEGコードであってもよい。データ低減ビットストリームS3内に過
多のデータがある場合、パディング情報が、ビットストリームトリマ110によ
って挿入されることはない。
トストリームS1を直接受取るように接続され、ビットストリームトリマ110
の入力は入力バッファ120の出力へ接続され、そしてビットストリームトリマ
110の出力はビデオデコーダ130の入力は接続される。この実施の形態では
、ビットストリームトリマ110は入力バッファ120の後に位置するので、通
常の(即ち、非低減)入力バッファメモリが必要とされる。しかし、この実施の
形態は、通常サイズの入力バッファ120が何れにしろ必要である(例えば、入
力バッファの出力が幾つかのデコーダにより利用され、それらデコーダには、非
低減ビットストリームを持たねばならないものもある)システムのために適して
いるであろう。
のピクチャとなるであろうが、ピクチャの表示された部分の解像度(即ち、画素
密度)は、不変のままであろう。ビットストリームトリマ110の動作は、VL
D回路120を含む、ビデオデコーダ回路100の残りの構成要素へ供給される
ビデオデータの量をダイナミックに制限し、それにより、その後の回路構成要素
によりリアルタイム基準で処理されねばならぬデータの量、及びそれらの回路構
成要素の必要な複雑さを低減する。ビットストリームトリマ110を使用する更
なる利益は、さもなければ必要となるであろう入力バッファより小さい入力バッ
ファ120の使用を可能にすることである。
マルチプレクサ/デコーダ回路(図示せず)から、例えば、高精細度テレビジョ
ン信号出力を表す可変長符号化されたビットストリームS1を受取る。ビットス
トリームトリマ110は、完全な可変長復号化操作を実行することなく、入力さ
れたビットストリームS1を分析して、両方向に符号化された(「B」)フレー
ム、予測的に符号化されたビデオフレーム(「P」)、及びイントラ符号化され
た(「I」)フレームのような、異なる種類のビデオフレームに対応するデータ
を識別する。次に、ビットストリームトリマ110は、先に記載のように、所要
のピクチャ領域の外側のピクチャ情報に対応する識別されたフレーム内のマクロ
ブロックを識別して切捨て、入力バッファメモリ120へ接続される低減データ
のビットストリームS2を生成する。入力バッファメモリ120は、ビットスト
リームトリマ110により出力された可変長符号化データを、可変長復号化器1
31が処理のためにビデオデータを受け入れる準備ができるまで、一時的に格納
することに使用される。VLD131は、格納された可変長符号化ビデオデータ
をデータストリームS3として読出すように入力バッファメモリ120のデータ
出力へ結合された入力を有する。
係数を有する一定長ビットストリームS4と、モーションベクトルストリームM
Vを生成する。IQ回路132は、ストリームS3に逆量子化操作を実行して、
量子化予測誤差係数を標準形式で有するストリームS5を生成する。IDCT回
路は、ストリームS5に逆離散コサイン変換操作を実行して、(量子化により低
品位化された画素毎 (pixel-by-pixel) の予測誤差を有するストリームS6を生
成する。
5により生成されるモーション補償された予測画素値ストリームS9へ加算する
。加算器134の出力は、(量子化により低品位化された)再構成された画素値
を備えるビデオストリームS8であり、それは、アンカフレームメモリ136、
及び更なる処理及び/又は表示のためにビデオ処理回路(図示せず)へ接続され
る。アンカフレームメモリは、モーション補償器135により信号経路S10経
由でアクセスされる。モーション補償器は、1つ以上の格納されたアンカフレー
ム(例えば、加算器134の出力で生成されたビデオの最後のフレーム)、及び
VLD131から受取られたモーションベクトル信号MV、を利用して、モーシ
ョン補償された予測画素値ストリームS9のための値を計算する。
120の演算要求量は、受取られたデータの全てが構文分析され (syntax parse
d)、可変長復号化される場合と比較して実質的に低減される。ビットストリーム
トリマ110は、可変長復号化されるべきDCT係数の数を、マクロブロックを
切捨てることにより効果的に制限する。
図3は、3つの関連するビデオフレーム(即ち画像)、即ち、第1のビデオフレ
ーム310、第2のビデオフレーム320、及び第3のビデオフレーム330を
示す。フレームは時間的に関連しており、フレーム310、320、330は、
ビデオフレームのシーケンス内のそれぞれ第1、第2、第3のフレームとして表
示される。第1のビデオフレーム310は、セーフタイトル領域312と非表示
領域314を含む。同様に、第2のビデオフレーム320は、セーフタイトル領
域322と非表示領域324を含み、そして第3のビデオフレーム330は、セ
ーフタイトル領域332と非表示領域334を含む。非表示領域内のマクロブロ
ック(即ち、314、324、334)は、先に検討したように、切捨てられる
。
ロブロック315、325、335を示す。3つのマクロブロックは、それぞれ
のマクロブロック315、325、335内の、例えば、物体の左から右へのモ
ーションを表す。マクロブロック315は、マクロブロック325を生成するよ
うに使用される前方予測情報FPを含む。同様に、マクロブロック335は、マ
クロブロック325を生成するように使用される後方予測情報BP(ビデオフレ
ーム320はB−フレームであると仮定すると)を含む。
る(即ち、マクロブロック315は、ピクチャ310の復合化に先立って切捨て
られ、従って、マクロブロック315内の前方予測情報FPは失われている。対
照的に、ピクチャ330のマクロブロック335は、表示領域322内にあり、
従って、マクロブロック335内の後方予測情報BPは入手可能である。従って
、ピクチャ320がB−フレームである場合、マクロブロック325は、マクロ
ブロック335からの予測情報だけを使用する。
予測情報を単に無視することにより取扱われる。即ち、表示されない(即ち、切
捨てられる)マクロブロックから引出される予測情報を利用するマクロブロック
は、この情報では単に更新されない。これは、例えば、切捨てられるマクロブロ
ックに関連する予測モーションベクトルをゼロに設定することにより完成される
。
ち、326として表示されたピクチャ320の領域内のマクロブロックのために
利用されるモーションベクトル予測情報の標本化は、平均の予測推定を生成する
ことに使用され、それは、マクロブロック325を生成するように利用できる。
て通常は予測される画素は、単に表示されない(例えば、ブラックに変更される
)。
ための領域326の平均)の使用である。従って、マクロブロック326のため
の前方予測情報FPが切捨てられた場合には、ビデオフレーム320の周囲のマ
クロブロック(例えば、領域326)の部分を備えるマクロブロックが、標本化
され、平均の前方予測パラメータAFPが計算される。AFPは、マクロブロッ
ク325の構成を支援するようにデコーダにより利用される。同様に、マクロブ
ロック326のための後方予測情報BPが切捨てられた場合には、ビデオフレー
ム320の周囲のマクロブロック(例えば、領域326)の部分を含むマクロブ
ロックが、標本化され、平均の後方予測パラメータABPが計算される。ABP
は、マクロブロック325の構成を支援するようにデコーダにより利用される。
いマクロブロックの空間的変位が、適切な標本化領域と標本重み付けを決定する
ために使用される。同様に、予測されるマクロブロックを包囲する領域の空間的
変位又は時間的変位と比較できる切捨てでないマクロブロックを包囲する領域の
空間的変位は、適切な標本化領域と標本重み付けを更に改良するために使用でき
る。
されたが、この技術に精通した者は、この教示を依然採用する多くの他の様々な
実施の形態を容易に考案できる。
である。
Claims (10)
- 【請求項1】 ピクチャを含む可変長符号化デジタルビデオデータを、前記ピ
クチャの全サイズより小さいサイズに、復号化するための方法であって、各ピク
チャは複数のマクロブロックを含み、 前記デジタルビデオデータに含まれるマクロブロックを識別するように前記デ
ジタルビデオデータを分析するステップ、 セーフタイトルのピクチャ領域とセーフアクションのピクチャ領域の1つに実
質的に該当するピクチャ領域に関連しないマクロブロックを前記デジタルビデオ
データから切捨てるステップ、及び、 前記デジタルビデオデータをデコーダの入力バッファへ格納するステップ、 を含む方法。 - 【請求項2】 前記分析するステップは、前記デジタルビデオデータからマク
ロブロックのアドレス印 (indicium) 及びスライスの位置印の一方を抽出するス
テップを含み、 前記切捨てるステップは、所定のマクロブロックのアドレス印、又は所定のス
ライスの位置印に関連するマクロブロックを切捨てるステップを含む、 請求項1の方法。 - 【請求項3】 更に、切捨てられるマクロブロックに関連する予測情報を利用
する切捨てでないマクロブロックを識別するステップ、及び、 前記識別された切捨てでないマクロブロックが更に切捨てでないマクロブロッ
クに関連する予測情報を利用する場合には、前記識別された切捨てでないマクロ
ブロックを形成するために、切捨てでないマクロブロックに関連する前記予測情
報だけを利用するステップ、を含む、 請求項1の方法。 - 【請求項4】 更に、切捨てられるマクロブロックに関連する予測情報を利用
する切捨てでないマクロブロックを識別するステップ、 各識別された切捨てでないマクロブロックに対して、それぞれの近接して表示
されるマクロブロック領域を識別するステップ、 各識別された切捨てでないマクロブロックに対して、それぞれの領域のモーシ
ョン補償パラメータを推定するために前記それぞれの近接して表示されるマクロ
ブロック領域を利用するステップ、及び、 各識別された切捨てでないマクロブロックに対して、前記それぞれの領域のモ
ーション補償パラメータを利用してモーション補償パラメータを計算するステッ
プ、を含む、 請求項1の方法。 - 【請求項5】 ピクチャを含む可変長符号化デジタルビデオデータを、前記ピ
クチャの全サイズより小さいサイズに、復号化するためのシステムで使用するた
めの装置であって、各ピクチャは複数のマクロブロックを含み、 前記デジタルビデオデータに含まれるマクロブロックを識別するように前記デ
ジタルビデオデータを分析し、データ低減符号化デジタルビデオデータを生成す
るように所定のピクチャ領域に関連しないマクロブロックを前記デジタルビデオ
データから切捨てるためのビットストリームトリマ、及び 前記ビットストリームトリマに接続され、ビデオ信号を生成するように前記デ
ータ低減符号化デジタルビデオデータを復号化するためのビデオデコーダ、 を備える、装置。 - 【請求項6】 更に、前記ビットストリームトリマと前記ビデオデコーダへ接
続され、前記データ低減符号化デジタルビデオデータが前記デコーダにより復号
化されるのに先立ち、前記データ低減符号化デジタルビデオデータをバッファす
るためのバッファメモリ、を備える、 請求項5の装置。 - 【請求項7】 前記ビットストリームトリマは、表示モード印信号に応答して
、前記指示される表示モードに関連しないピクチャ領域に関連するマクロブロッ
クを応答して切捨てる、 請求項5の装置。 - 【請求項8】 前記ビデオデコーダは、前記デジタルビデオデータ内に含まれ
るモーション予測情報に応答するモーション補償器を含む、 請求項5の装置。 - 【請求項9】 前記モーション補償器は、切捨てられるマクロブロックからの
モーション予測情報を利用するマクロブロックの場合には、前記モーション補償
情報を必要とする前記マクロブロックに近接するマクロブロック領域の平均モー
ション推定を利用することにより、前記切捨てられるモーション補償情報を推定
する、 請求項8の装置。 - 【請求項10】 前記マクロブロック領域は、所定の空間変位パラメータ、及
び所定の時間的パラメータの少なくとも1つを使用して計算される領域を備える
、 請求項9の装置。
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