JP2002532027A - ビデオ圧縮のための効率的な運動ベクトルの符号化 - Google Patents
ビデオ圧縮のための効率的な運動ベクトルの符号化Info
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Abstract
Description
された方法に関する。
態で長く利用可能であった。最近コンピュータの処理能力が進歩し、入手しやす
くなってきているので、デジタルビデオ信号に基づくフルモーション表示は、よ
り広く利用可能になってきている。デジタルビデオシステムは、フルモーション
ビデオシーケンスを生成、修正、伝送、格納、および再生することにおいて、従
来のアナログビデオシステムに対し著しい改善を提供することができる。
レンダリングされる多数の画像フレームを含む。各画像フレームは、特定のシス
テムの表示解像度に基づいて、画素のアレイから形成される静止画像である。例
として、VHSによるシステムは、320×480画素の表示解像度を有し、N
TSCによるシステムは、720×486画素の表示解像度を有し、現在開発中
の高精細度テレビジョン(HDTV)システムは、1360×1024画素の表
示解像度を有する。
この量のビデオ情報を格納および伝送することは、従来のパーソナルコンピュー
タの設備では実行不可能である。例えば、320×480画素の解像度を有する
比較的解像度の低いVHS画像フォーマットをデジタル化した形態を考慮する。
この解像度では、持続時間が2時間である省略のない映画は、100ギガバイト
のデジタルビデオ情報に相当する。比較すると、従来のコンパクト光ディスクは
、約0.6ギガバイトの能力を有し、磁気ハードディスクは、1〜2ギガバイト
の能力を有し、現在開発中のコンパクト光ディスクは、最高8ギガバイトの能力
を有する。
るために、MPEG−1、MPEG−2、およびH.26Xを含めて、様々なビ
デオ圧縮規格またはプロセスが確立されてきた。これらのビデオ圧縮技術は、時
間相関またはフレーム間相関と呼ばれる、連続する画像フレーム間の類似性を利
用し、運動のデータと誤差信号を使用してフレーム間の変化を符号化する、フレ
ーム間の圧縮を提供する。
画像フレーム内の類似性を利用して、画像フレーム内の画像サンプルが圧縮され
ているフレーム内の圧縮を提供する。フレーム内圧縮は、離散余弦変換(DCT
)符号化など、静止画像を圧縮する従来のプロセスに基づいている。このタイプ
の符号化は、時には、「テクスチャ」符号化または「変形」符号化と呼ばれる。
一般に、「テクスチャ」は、クロミナンスと輝度値のアレイまたはアルファ(不
透明度)値のアレイなど、画像サンプル値の2次元アレイを指す。この文脈での
「変形」という用語は、符号化のプロセス中に、画像サンプルを空間頻度成分に
変形する方法を指す。この「変形」という用語の使用方法は、いくつかのフレー
ム内圧縮方法でシーンの変化を推定するために使用する幾何学的な変形と区別さ
れるべきである。
ンの変化を符号化する。運動の推定は、フレーム間の画像サンプル(画素など)
の運動を推定するプロセスである。運動推定を使用して、エンコーダ(encoder
)は、あるフレームの画素のブロックと他のフレームの対応する画素を整合する
ことを試みる。所与の探索区域で大半の類似ブロックを見つけた後、対応する画
素の画素配置の位置での変化を近似して、運動ベクトルなど運動データとして表
す。運動の補償は、予測した画像を決定し、予測した画像と当初の画像との間の
誤差を計算するプロセスである。運動の補償を使用して、エンコーダは、運動デ
ータを画像に適用し、予測した画像を計算する。予測した画像と入力画像の差を
誤差信号と呼ぶ。誤差信号は、単に画像サンプル値間の差分を表す値のアレイで
あるので、画像サンプルのフレーム内の符号化に使用した方法と同じテキスチャ
符号化方法を使用して、圧縮することができる。
26Xビデオ圧縮規格は、いくつかの点で類似している。MPEG−2ビデオ圧
縮規格に関する以下の記述は、一般に、他のものにも適用可能である。
て、フレーム間圧縮およびフレーム内圧縮を提供する。ビデオ画像は、16×1
6画素の次元を有するマクロブロックと呼ばれる画像サンプルのブロックに分割
される。MPEG−2では、マクロブロックは、4つの輝度ブロック(各ブロッ
クは輝度(Y)の8×8のサンプルである)と2つのクロミナンスブロックを備
える(CbとCrに対してそれぞれ8×8のサンプルブロック)。
MPEG−2エンコーダは、運動推定と圧縮を実施して、運動ベクトルとブロッ
ク誤差信号を計算する。画像フレームNの各ブロックMNに対し、次の連続ビデ
オフレームN+1の画像または直前の画像フレームN−1の画像を横切って(す
なわち2方向に)探索を実施して、最も類似しているそれぞれのブロックMN+ 1 またはMN−1を識別する。ブロックMNに対して最も類似しているブロック
の位置を、運動ベクトル(DX、DY)で符号化する。次いで、運動ベクトルを
使用して、予測したサンプル値のブロックを計算する。これらの予測したサンプ
ル値をブロックMNと比較して、ブロック誤差信号を決定する。離散余弦変形(
DCT)符号化など、テクスチャ符号化方法を使用して、誤差信号を圧縮する。
格に対する改善として提案されてきた。オブジェクトベースの符号化では、形状
が任意である画像の特徴を、「セグメンテーション」と呼ぶ方法を使用して、ビ
デオシーケンスのフレームから分離する。ビデオオブジェクトまたは「セグメン
ト」は、独立して符号化される。オブジェクトベースの符号化は、連続フレーム
にあるビデオオブジェクト間のフレーム間相関を増大するので、圧縮レートを改
善することができる。また、ビデオシーケンスのオブジェクトにアクセスし追跡
することを要求する様々な応用にも有利である。
では、ビデオオブジェクトの形状、運動、およびテクスチャは、独立して符号化
される。オブジェクトの形状は、ビデオフレームの形状が任意であるオブジェク
トの境界を定義する2進マスクまたはアルファマスクによって表される。オブジ
ェクトの運動は、MPEG−2の運動データに類似しているが、矩形フレームか
らセグメント化したオブジェクトの形状が任意である画像に適用されるという点
が異なる。運動推定と圧縮は、フレーム全体ではなく、「ビデオオブジェクト面
」のブロック上で実施される。ビデオオブジェクト面は、単一フレームにあるオ
ブジェクトの成形画像に対する名称である。
ジェクト面の画像サンプル情報である。オブジェクトの画像サンプルと誤差信号
のテクスチャ符号化は、フレームベースの符号化と同様のテクスチャ符号化方法
を使用して実施される。例えば、セグメント化した画像は、マクロブロックで形
成された境界矩形にはめ込むことができる。境界矩形で形成された矩形画像は、
矩形フレームと全く同じように圧縮することができるが、透過的なマクロブロッ
クを符号化する必要がない点が異なる。「パディング」と呼ぶ技術で、オブジェ
クトの形状境界の外部にあるブロックの部分をサンプル値で満たした後、部分的
に透過的なブロックを符号化する。
おいて、通常、符号化したビットストリームは、多くのフレーム間を符号化した
フレーム(Pフレーム)を含む。これらのPフレームのそれぞれは、マクロブロ
ックあたり少なくとも1つの運動ベクトルを含み、各運動ベクトルは、独立して
符号化されたXおよびY成分を含む。したがって、運動ベクトルは、各符号化し
たPフレームに対して、著しい量のデータを寄与する。したがって、より効率的
な運動ベクトル符号化の方式が必要である。
た方法を提供する。本発明のある態様は、運動ベクトルを単一エントロピー符号
と結合して符号化する方法である。この方法は、運動ベクトルのXおよびY成分
の確率は、完全に独立ではないという発見に基づく。運動ベクトル成分の間の相
関を利用するために、この方法は、エントロピー符号化を使用して、単一可変長
符号を、運動ベクトルの組み合わせたXおよびY成分を表す結合パラメータに割
り当てる。より可能性のある運動ベクトル成分の対には、より短い長さの符号が
割り当てられ、より可能性のない成分の対には、より長い長さの符号が割り当て
られるか、または各成分に対する符号が後続するエスケープ符号で符号化される
。この手法は、オブジェクトベースの符号化およびフレームベースの符号化の両
方を含めて、様々なビデオ符号化の応用で使用することができる。さらに、運動
ベクトルの結合エントロピー符号化を空間予測と組み合わせて使用し、より効率
的に運動ベクトルを符号化することができる。
クタ(predictor)を計算し、次いで、現在処理しているベクトルのXおよびY
成分とそのプレディクタから、差分XおよびY成分を計算する。次いで結合エン
トロピーコーダは、XおよびYの両方の差分成分を表す結合パラメータに対して
、単一可変長符号を計算する。
ら運動ベクトルを再構築する。特に、可変長符号から結合パラメータを計算し、
次いで、差分成分とプレディクタの成分から運動ベクトルを再構築する。
であろう。
続のセクションは、ベクトルのXおよびY成分の間の相関を利用することによっ
て、運動ベクトルの符号化を改善する方法を説明する。
ースおよびオブジェクトベースの両方のビデオ符号化に適用される。ビデオ符号
化の形態は、両方とも運動ベクトルを使用して、あるフレームから他のフレーム
への画素または画素のブロックの運動を定義する。通常、標準サイズの画素のブ
ロックに対して運動ベクトルを計算する。フレームベースの符号化では、フレー
ムを標準サイズのブロックに分割する。オブジェクトベースの符号化では、各ビ
デオオブジェクト面をブロックに分割する。ビデオオブジェクト面で表されたオ
ブジェクトは、一般に、矩形ではない形状を有するので、オブジェクトベースの
コーダは、形状を使用して、各ブロックのどの画素がオブジェクトの境界内にあ
るかを決定する。フレームベースの符号化とオブジェクトベースの符号化は、こ
の点が異なるが、どちらの手法も、ブロックでの画素の運動を定義する運動ベク
トルを使用する。したがって、両方のタイプのコーダにおける運動ベクトルのX
およびY成分の間の相関を利用して、符号化の効率を改善することができる。
あり、フレームベースとオブジェクトベースの符号化システムの両方で本発明を
実施する方法の説明について、十分な基盤を提供する。
る。エンコーダへの入力30は、各フレームのビデオオブジェクト、各ビデオオ
ブジェクトの形状、および境界矩形を表す画像を含む。形状情報は、エンコーダ
がテクスチャまたは運動データを符号化する前に利用可能である。フレームベー
スの符号化は、形状情報を必要とせずにフレーム全体を符号化し、入力30が一
連の画像フレームからなる点が異なる。
り、境界矩形をマクロブロックの整数倍に拡張する。オブジェクトの形状情報は
、マスクまたは「アルファ面」を備える。形状符号化モジュール32は、このマ
スクを読み取り、例えばオブジェクトの輪郭を符号化する従来のチェーン符号化
の方法を使用して、それを圧縮する。
画像36を読み取り、あるフレームから他のフレームへのオブジェクトの運動を
予測するために使用する運動推定データを計算する。運動推定モジュール34は
、現在の画像の各マクロブロックに対して、再構築した画像で最も類似するマク
ロブロックを探索し、各マクロブロックに対して運動ベクトルを計算する。運動
推定モジュール34からの運動ベクトルの具体的なフォーマットは、使用した運
動推定方法に応じて変動することがあり得る。以下で記述する実施では、各マク
ロベクトルに運動ベクトルが存在し、これは、現在のMPEGフォーマットおよ
びH26Xフォーマットと整合する。
前に再構築された画像36を読み取り、現在のフレームについて予測した画像を
計算する。以前に再構築した画像36の対応する画素を見つけるために、予測し
た画像があるマクロブロックの運動ベクトルを使用して、予測した画像の各画素
を構築する。次いで、エンコーダは、入力30で指定した入力画像ブロックの画
像サンプル値と、運動補償モジュール38で計算した予測した画像ブロックの対
応するサンプル値の差分を見つけて、マクロブロックの誤差信号を決定する。
対してこの誤差信号を圧縮し、フレーム内を符号化したオブジェクトに対して、
入力データストリーム30からのオブジェクトの画像サンプル値を圧縮する。テ
クスチャ符号化モジュール40からのフィードバック経路42は、誤差信号を表
す。エンコーダは、誤差信号のブロックと運動補償モジュールからの予測した画
像ブロックを使用して、以前に再構築した画像36を計算する。
用して、オブジェクトのフレーム内と誤差信号のデータを符号化する。例示的な
圧縮技術は、DCT、ウェーブレット、並びに他の従来の画像圧縮方法を含む。
動推定モジュール、およびテクスチャ符号化モジュールからの、形状、運動、お
よびテクスチャを符号化した情報を含む。マルチプレクサ44は、このデータを
組み合わせて適切なシンタックスにフォーマットし、それをバッファ46に出力
する。以下でより詳細に説明するように、エンコーダは、また、運動ベクトルエ
ンコーダを含み、エントロピー符号化を使用して、各マクロブロックに対する運
動ベクトルのxおよびy成分を結合して符号化する。運動ベクトルエンコーダは
、運動推定モジュール34の一部、またはマルチプレクサ44のデータフォーマ
ット機能の一部として実施することが可能である。
るが、ソフトウェアで実施する可能性がもっとも高い。ソフトウェアでの実施で
は、エンコーダのモジュールは、コンピュータのメモリに格納され、プロセッサ
で実行されるソフトウェアの命令と、メモリに格納されているビデオデータを表
す。ソフトウェアエンコーダは、多様な従来のコンピュータ可読媒体上で格納お
よび分散することができる。ハードウェアでの実施では、エンコーダモジュール
は、デジタル論理、好ましくは集積回路で実施される。いくつかのエンコーダの
機能をコンピュータ周辺機器の専用デジタル論理装置で最適化し、ホストコンピ
ュータの処理の負担を軽減することができる。
である。デマルチプレクサ60は、圧縮したビデオシーケンスを表すビットスト
リームを受信し、オブジェクトの基準によって、オブジェクトに関する形状、運
動、およびテクスチャを符号化したデータを分離する。また、デマルチプレクサ
は、単一可変長符号から各マクロブロックの運動ベクトルを再構築する運動ベク
トルデコーダを含む。
郭を復号する。これを達成するために、図1のエンコーダで使用した形状符号化
方法の反対を実施する、形状デコーダを使用する。結果として得られる形状のデ
ータは、オブジェクトの形状を表す2進アルファ面またはグレイスケールアルフ
ァ面などマスクである。
た運動情報は、入来するビットストリームのエントロピー符号から再構築した各
マクロブロックに対する運動ベクトルを含む。運動復号モジュール66は、この
運動情報を運動補償モジュール68に提供し、運動補償モジュール68は、運動
ベクトルを使用して、以前に再構築したオブジェクトデータ70において予測し
た画像サンプルを見つける。
に対する誤差信号とフレーム内テクスチャデータに対する色の値のアレイを復号
し、この情報を、再構築された画像を計算および蓄積するモジュール72に送る
。フレーム間を符号化したオブジェクトに対しては、このモジュール72は、誤
差信号のデータを、運動補償モジュールから出力した予測画像に適用して、現在
のフレームに対して再構築されたオブジェクトを計算する。フレーム内を符号化
したオブジェクトに対しては、テクスチャ復号モジュール74は、オブジェクト
に対する画像サンプル値を復号し、再構築したオブジェクトを再構築したオブジ
ェクトモジュール72に配置する。以前に再構築したオブジェクトは、一時的に
オブジェクトメモリ70に格納され、これを使用して他のフレームに対するオブ
ジェクトを構築する。
の組合わせで実施することができる。ソフトウェアでの実施では、デコーダのモ
ジュールは、コンピュータのメモリに格納され、およびプロセッサによって実行
されるソフトウェアの命令と、メモリに格納されているビデオデータである。ソ
フトウェアデコーダは、多様な従来のコンピュータ可読媒体上で格納し、分散す
ることができる。ハードウェアでの実施では、デコーダモジュールは、デジタル
論理、好ましくは集積回路で実施される。いくつかのデコーダの機能は、コンピ
ュータ周辺機器の専用デジタル論理装置で最適化し、ホストコンピュータの処理
の負担を軽減することができる。
を利用することによって、改善することができる。従来の符号化方法は、X成分
とY成分の分布の確率は独立である、という前提に基づいて、X成分とY成分を
別々に符号化する。我々は、X成分とY成分は完全に独立ではなく、代わりに相
関を有するということを発見した。
動ベクトルの結合XおよびY成分に割り当てる。符号化の前に、目標ビットレー
トとコンテンツのシナリオに対するサンプルビデオデータを使用して、符号ブッ
クを生成する。この符号ブックは、出現する頻度に基づいて、単一可変長符号を
XおよびY成分の対に割り当てる。より頻繁で、したがって統計的により可能性
のある対には、より短い長さの符号が割り当てられ、頻度の少ない対には、より
長い長さの符号が割り当てられる。統計的分析プログラムは、所望のタイプのコ
ンテンツを有するいくつかのビデオシーケンス例に対しエンコーダから生成され
た運動ベクトルのデータを抽出することによって、各結合XおよびY成分の確率
を計算する。プログラムは、運動ベクトルの対に対して確率分布を生成し(すな
わち、差分運動ベクトル)、最も確率の高い運動ベクトルのサブセットに符号を
割り当てる。
はない。代わりに、エスケープ符号を使用することによってこれらの対を符号化
し、運動ベクトルの成分が、固定長ビットフィールドで続くことを示すことがで
きる。確率分布に存在する場所に基づいて、符号ブックから対を除外する。
存性を利用する差分符号化プロセスを使用することによって、改善することがで
きる。特に、画素の小さなブロックに対する運動ベクトルは、特に現在ブロック
とその隣接の両方がほぼ一様な運動を有するフレームの領域にある場合、隣接ブ
ロックの運動ベクトルと同じ方向を指しやすい。この空間依存性を利用する1つ
の方式は、現在ブロックの運動ベクトルと、プレディクタと呼ぶ隣接ブロックの
運動ベクトルとの間の差を符号化することである。この実施は、空間予想の形態
を使用して、XおよびY成分を符号化し、その後結合エントロピー符号を割り当
てる。
。図3に示す特徴は、エンコーダで実施され、運動推定ブロック34で計算した
運動ベクトルに関して動作する。まず、運動推定ブロックは、フレームの各マク
ロブロックに対し運動ベクトルを計算する。フレームが2つ以上のビデオオブジ
ェクト面からなるとき、運動推定ブロックは、各ビデオオブジェクト面のマクロ
ブロックに対し運動ベクトルを計算する。
って、各マクロブロックに対する運動ベクトルの符号化を開始する。図3に示す
実施は、隣接するマクロブロックの中からプレディクタを選択する。図4は、運
動ベクトルを符号化している現在のマクロブロックに対して、プレディクタの候
補の位置を決める例を示す。この例では、候補のマクロブロックは、現在のマク
ロブロック406に対して、左400、上402、右上404までのものを含む
。候補のマクロブロックに対する運動ベクトルは、それぞれ、MV1、MV2、
およびMV3と呼ばれる。
対し、別々にプレディクタを計算する。特に、運動ベクトルプレディクタ300
、302は、候補のマクロブロックに対してXおよびY成分の中央値を計算する
。これら3つの値の中央値は、XおよびY成分に対するプレディクタとして選択
される。プレディクタを計算する精密な方法は、本発明にとっては重要ではなく
、プレディクタを選択する他の方式が可能である。1つの代替方式は、隣接する
運動ベクトルの最も勾配が低い方向に位置する隣接ブロックを選択することであ
る。他の代替方式は、隣接ブロックの運動ベクトルの平均値を計算することであ
る。
運動ベクトル成分を計算する。各XおよびY成分に対して、エンコーダは、現在
の運動ベクトルの成分と対応するプレディクタの成分の差を計算する。図3のサ
ブトラクタユニット(subtractor units)304、306によって反映されてい
るように、プレディクタのX成分は、現在のベクトルMVxのX成分から減算さ
れ、プレディクタのY成分は、現在のベクトルMVyのY成分から減算される。
結合パラメータに形成し、単一可変長符号、または各差分成分に対する固定長符
号ワードが後続するエスケープ符号で符号化する。この実施は、目標ビットレー
トとビデオコンテンツに対してトレーニングされている結合ハフマン符号化表を
使用する。結合エントロピーコーダ308は、表の結合パラメータを調べて、対
応する可変長符号を見つける。コーダが表で整合するものを見つける場合、コー
ダは、単一可変長符号で結合パラメータを符号化する。そうでない場合は、コー
ダは、各成分に対する固定長符号ワードが後続するエスケープ符号で符号化する
。
レートに対しトレーニングされたハフマン符号化表の例として、トーキングヘッ
ドの応用例が、このセクションの終わりの表1に記述されている。表1に続く表
2は、より一般的なビデオの応用例に対してトレーニングしたハフマン表の例で
ある。我々の実施ではハフマン符号化表を使用するが、算術符号化など、エント
ロピー符号化の他の形態を使用して、エントロピー符号を計算することができる
。
ンコーダは、特別な規則を適用して、1つまたは複数の隣接ブロックがピクチャ
の外部にある状況に対処する。図5は、隣接ブロックがピクチャの外部にある場
合を示し、現在のマクロブロックの運動ベクトルを予測するために使用する運動
ベクトルを示している。
)、ゼロ運動ベクトル(0、0)をその場所で使用する。現在のマクロブロック
506のプレディクタは、ゼロ運動ベクトルと、他の2つの隣接マクロブロック
502、504に対する運動ベクトルMV2およびMV3の中央値として計算さ
れる。他の例として、図5の最も右の構成は、右上のマクロブロック524がピ
クチャの外部にある場合を示す。この場合、ピクチャの内側にある他の2つのマ
クロブロック520、522に対するMV1とMV2を、第3マクロブロック5
24に対するゼロ運動ベクトルと共に使用して、現在のマクロブロック526に
対する運動ベクトルを予測する。
の中央の図に示すように)、第3隣接マクロブロック510に対する運動ベクト
ルを、現在のマクロブロック516に対するプレディクタとして選択する。
トル成分に復号するデコーダの実施を示す図である。結合エントロピーデコーダ
600は、可変長符号を入力として読み取り、エントロピー符号602において
対応する差分XおよびY成分を見つける。現在の実施では、エントリ符号は、ハ
フマン表の形態にある(以下でリストする表1または2など)。上述したように
、エンコーダは、代替エントロピー符号化の方式を使用することもでき、この場
合、デコーダは、エンコーダで使用する符号ブックに対応する適切な符号ブック
を有する。
符号が後続するエスケープ符号で符号化することが可能である。この場合、結合
エントロピーデコーダ600は、エスケープ符号を認識して、続きのデータを、
可変長符号の代わりに差分運動ベクトルとして解釈する。次いで、差分Xおよび
Y成分を次の段階に送る。
のX、Y成分から、運動ベクトルを形成する。特に、デコーダは、各差分運動ベ
クトル成分MVDx、MVDyとプレディクタのXおよびY成分を追加する(図
6のアダー(adders)604、606参照)。デコーダは、エンコーダと同じ方
式で、プレディクタの成分を計算する。特に、3つの隣接マクロブロック(MV
x1、MVy1)、(MVx2、MVy2)、および(MVx3、MVy3)に
対して以前に復号した運動ベクトルのプレディクタを計算する運動ベクトルプレ
ディクタを有する。この実施では、運動ベクトルプレディクタのブロック608
、610は、それぞれ、隣接マクロブロックのXおよびY成分の中央値の計算を
表す。上述したように、プレディクタを計算する他の方式が可能である。予測の
具体的な形態に関係なく、デコーダは、エンコーダで使用した予測方式に従って
、反対の予測を実施する。
た後は、それを格納して、予測の方式に従って、隣接マクロブロックに対する運
動ベクトルの復号に使用する。
ツ(表2)に対して用意されたハフマン符号化表の例を提供する。
ィング環境について、簡潔で一般的な説明を提供することを意図している。本発
明またはその態様は、ハードウェア装置で実施することが可能であるが、上述し
たエンコーダおよびデコーダは、プログラムモジュールで組織したコンピュータ
実行可能な命令において実施される。プログラムモジュールは、タスクを実施し
、および上述したデータのタイプを実施するルーチンと、プログラムと、オブジ
ェクトと、成分と、データ構造とを含む。
ち式装置、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースまたはプログ
ラム可能な消費者エレクトロニクス、ミニコンピュータ、メインフレームコンピ
ュータなどを含む、他のコンピュータシステムの構成で実施することが可能であ
る。また、本発明は、通信ネットワークを介して連結されている遠隔処理装置に
よってタスクを実施する、分散コンピューティング環境で使用することが可能で
ある。分散コンピューティング環境では、プログラムモジュールは、ローカルお
よび遠隔のメモリ格納装置の両方に配置することが可能である。
コンピュータシステムは、処理ユニット721を含むパーソナルコンピュータ7
20と、システムメモリ722と、システムメモリを含む様々なシステム構成要
素を処理ユニット721に内部接続するシステムバス723とを含む。システム
バスは、いくつかのタイプのバス構造のいずれかを備えることが可能であり、少
し例を挙げれば、メモリバスまたはメモリ制御装置、周辺バス、およびPCI、
VESA、マイクロチャネル(MCA)、ISA、EISAなどのバス構造を使
用するローカルバスなどを含む。システムメモリは、読出し専用メモリ(ROM
)724とランダムアクセスメモリ(RAM)725を含む。基本的な入力/出
力システム726(BIOS)は、起動中などに、パーソナルコンピュータ72
0内の要素間で情報を転送することを補助する基本的なルーチンを含んでおり、
ROM724に格納されている。さらに、パーソナルコンピュータ720は、ハ
ードディスクドライブ727、例えば取外し可能なディスク729からの読み取
りまたはそれへの書き込みを行う磁気ディスクドライブ728、および例えばC
D−ROMディスク731の読み取りまたは他の光学媒体からの読取りあるいは
それへの書込みを行う光ディスクドライブ730を含む。ハードディスクドライ
ブ727、磁気ディスクドライブ728、および光ディスクドライブ730は、
それぞれ、ハードディスクドライブインタフェース732、磁気ディスクドライ
ブインタフェース733、および光ドライブインタフェース734によって、シ
ステムバス723に接続されている。ドライブとその関連するコンピュータ可読
媒体は、データの不揮発性格納、データ構造、コンピュータ実行可能命令(動的
リンクライブラリなどプログラム符号、および実行可能ファイル)などをパーソ
ナルコンピュータ720に提供する。上記のコンピュータ可読媒体の記述では、
ハードディスク、取外し可能磁気ディスク、およびCDを指しているが、磁気カ
セット、フラッシュメモリカード、デジタルビデオディスク、ベルヌーイカート
リッジなど、コンピュータによって読み取ることが可能である他のタイプの媒体
も含むことができる。
ラム736、他のプログラムモジュール737、およびプログラムデータ738
を含めて、いくつかのプログラムモジュールを、ドライブおよびRAM725に
格納することが可能である。ユーザは、キーボード740とマウス742などの
ポインティング装置を介して、コマンドと情報をパーソナルコンピュータ720
に入力することが可能である。他の入力装置(図示せず)は、マイクロフォン、
ジョイスティック、ゲームパッド、衛星放送用アンテナ、スキャナなどを含むこ
とが可能である。これらおよび他の入力装置は、しばしば、シリアルポートイン
タフェース746を介して処理ユニット721に接続されている。このシリアル
ポートインタフェースは、システムバスに結合されているが、パラレルポート、
ゲームポート、またはユニバーサルシリアルポート(USB)など、他のインタ
フェースによって接続することも可能である。また、モニタ747または他のタ
イプの表示装置が、表示制御装置またはビデオアダプタ748などインタフェー
スを介して、システムバス723に接続されている。モニタの他に、パーソナル
コンピュータは、通常、スピーカおよびプリンタなど、他の周辺出力装置(図示
せず)を含む。
複数の遠隔コンピュータへの論理的な接続を使用して、ネットワークされた環境
で動作することが可能である。遠隔コンピュータ749は、サーバ、ルータ、同
等な装置、または他の一般的なネットワークノードであることが可能であり、図
7ではメモリ格納装置750のみを示しているが、通常、パーソナルコンピュー
タ720に対して記述した要素の多くまたは全てを含む。図7に示した論理接続
は、ローカルエリアネットワーク(LAN)751とワイドエリアネットワーク
(WAN)752を含む。そのようなネットワーキング環境は、オフィス、企業
全体のコンピュータネットワーク、イントラネット、およびインターネットにお
いて一般的である。
は、ネットワークインタフェースまたはアダプタ753を介して、ローカルネッ
トワーク751に接続されている。WANネットワーキング環境で使用するとき
、パーソナルコンピュータ720は、通常、インターネットなどワイドエリアネ
ットワーク752上の通信を確立するモデム754または他の手段を含む。モデ
ム754は、内蔵または外付けとすることが可能であり、シリアルポートインタ
フェース746を介してシステムバス723に接続されている。ネットワークさ
れた環境では、パーソナルコンピュータ720に対して示したプログラムモジュ
ール、またはその部分は、遠隔メモリ格納装置に格納することが可能である。示
したネットワーク接続は、単なる例であり、コンピュータ間の通信リンクを確立
する他の手段を使用することが可能である。
述した具体的な実施に限定されるものではない。空間予測は、運動ベクトルの空
間依存性を効果的に利用し、単一エントロピー符号で運動ベクトルを結合して符
号化する効率を改善する。しかし、運動ベクトルについて使用した具体的な予測
の形態は、本発明にとって重要ではない。実際、予測の方式を使用せずに、本発
明を実施することが可能である。
ータに対しエントロピー符号を計算する。記述したように、他の形態のエントロ
ピー符号化を使用して、単一エントロピー符号で結合パラメータを符号化するこ
とが可能である。
であり、本発明の範囲に対する限定として受け取るべきではないことを認識すべ
きである。むしろ、本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。したが
って、本発明は全て、これらの特許請求の範囲および精神の中にあるということ
を主張する。
分を結合して符号化する方法を示すブロック図である。
クの運動ベクトルから選択する方法を示すブロック図である。
動ベクトルプレディクタを選択する方法を示す図である。
ック図である。
ムの図である。
Claims (19)
- 【請求項1】 ブロックフォーマットのビデオ画像を符号化するビデオコー
ダにおいて、前記ビデオ画像の圧縮を改善する方法であって、 少なくとも1つの隣接画素ブロックの運動ベクトルに基づいて、現画素ブロッ
クに対するxおよびy運動ベクトル成分を予測して、プレディクタ運動ベクトル
のxおよびy成分を計算するステップと、 前記プレディクタのxおよびy成分、ならびに前記現ブロックに対する運動ベ
クトルのxおよびy成分から、差分xおよびy成分を計算するステップと、 単一可変長符号を結合xおよびy差分運動ベクトル成分に割り当てるステップ
であって、短い可変長符号は、前記ビデオ画像に出現する確率が高い結合差分運
動ベクトル成分に割り当てられており、長い可変長符号は、出現する確率が低い
結合差分運動ベクトル成分に割り当てられているステップと を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項2】 請求項1に記載の方法であって、前記可変長符号は、結合差
分運動ベクトル成分の対、および結合差分運動ベクトル成分の各対に対応する可
変長符号のリストを備えた可変長符号表から割り当てられることを特徴とする方
法。 - 【請求項3】 請求項2に記載の方法であって、前記割り当てるステップは
、 前記表において前記結合差分運動ベクトル成分を調べるステップと、 前記表にマッチするものを見つけられなかったとき、各差分運動ベクトル成分
に対する固定長符号と共に、エスケープ符号を符号化するステップと を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項4】 請求項1に記載の方法であって、前記画素ブロックは、固定
サイズの矩形マクロブロックに分割されたビデオフレームのマクロブロックに対
応し、前記プレディクタ運動ベクトルのxおよびy成分を計算するステップ、前
記差分xおよびy成分を計算するステップ、および前記割り当てるステップは、
前記ビデオフレームのマクロブロックに対して反復されることを特徴とする方法
。 - 【請求項5】 請求項1に記載の方法であって、前記画素ブロックは、ビデ
オフレームの1つのビデオオブジェクト面のマクロブロックに対応し、前記ビデ
オフレームはさらに2つのビデオオブジェクト面を有し、前記ビデオオブジェク
ト面は、それぞれ、固定サイズの矩形マクロブロックに分割されており、 前記プレディクタ運動ベクトルのxおよびy成分を計算するステップ、前記差
分xおよびy成分を計算するステップ、および前記割り当てるステップは、前記
ビデオオブジェクト面のマクロブロックに対して反復されることを特徴とする方
法。 - 【請求項6】 請求項1のステップを実施する命令を有することを特徴とす
るコンピュータ可読媒体。 - 【請求項7】 ビデオデコーダにおいて、予測されたビデオフレームのマク
ロブロックを復号する方法であって、 前記マクロブロックの各々に対する運動ベクトルの結合xおよびy成分を表す
単一可変長符号を受信するステップと、 前記マクロブロックの各々につき、エントロピー符号ブックにおいて、前記可
変長符号に対応し、運動ベクトルのxおよびy成分を含む単一エントリを探索す
るステップと、 前記符号ブックからの前記運動ベクトルのxおよびy成分を用いて、対応する
マクロブロックの画素の運動を定義するステップと を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項8】 請求項7に記載の方法であって、前記符号ブックの運動ベク
トルのxおよびy成分は、xおよびy差分運動ベクトル成分を備え、前記方法は
、 前記差分運動ベクトル成分、ならびにプレディクタ運動ベクトルのxおよびy
成分から、前記運動ベクトルを再構築するステップを備えることを特徴とする方
法。 - 【請求項9】 請求項7に記載の方法であって、前記符号ブックは、目標ビ
ットレートおよびコンテンツタイプについて、該コンテンツタイプを有するビデ
オシーケンス例の統計的分析によってトレーニングされたハフマン表であること
を特徴とする方法。 - 【請求項10】 請求項7のステップを実施する命令を有することを特徴と
するコンピュータ可読媒体。 - 【請求項11】 運動ベクトルエンコーダであって、 隣接画素ブロックの少なくとも1つの運動ベクトルから、画素ブロックの運動
ベクトルに対する運動ベクトルプレディクタを計算する運動ベクトルプレディク
タと、 前記プレディクタの運動ベクトル成分、および前記画素ブロックの運動ベクト
ルから、差分運動ベクトル成分を計算するサブトラクタと、 前記差分運動ベクトル成分を単一可変長符号により結合的に符号化する結合エ
ントロピーコーダと を備えたことを特徴とする運動ベクトルエンコーダ。 - 【請求項12】 請求項11に記載の運動ベクトルエンコーダであって、前
記結合エントロピーコーダは、結合差分運動ベクトル、および該結合差分運動ベ
クトルの各々についての対応する可変長符号のリストを備えるハフマン符号化表
において符号を探索することによって、前記単一可変長符号を計算することを特
徴とする運動ベクトルエンコーダ。 - 【請求項13】 運動ベクトルデコーダであって、 隣接画素ブロックの少なくとも1つの運動ベクトルから、画素ブロックの運動
ベクトルに対する運動ベクトルプレディクタを計算する運動ベクトルプレディク
タと、 単一可変長符号を、結合差分運動ベクトル成分に復号する結合エントロピーデ
コーダと、 前記結合差分運動ベクトル成分、および前記運動ベクトルプレディクタのxお
よびy成分から、xおよびy運動ベクトル成分を再構築するアダーと を備えたことを特徴とする運動ベクトルデコーダ。 - 【請求項14】 請求項13に記載の運動ベクトルデコーダであって、前記
結合エントロピーデコーダは、可変長符号、および該可変長符号の各々に対応す
る結合差分運動ベクトル成分のリストを備えるハフマン符号化表において符号を
探索することによって前記単一可変長符号を復号することを特徴とする運動ベク
トルデコーダ。 - 【請求項15】 請求項13に記載の運動ベクトルデコーダであって、前記
結合エントロピーデコーダは、差分運動ベクトルのxおよびy成分を表す2つの
固定長符号が、エスケープ符号に後続することを示すエスケープ符号を検出する
ように動作可能であることを特徴とする運動ベクトルデコーダ。 - 【請求項16】 ブロックフォーマットのビデオ画像を符号化するビデオコ
ーダにおいて、前記ビデオ画像の圧縮を改善する方法であって、 ブロックのxおよびy運動ベクトル成分を計算するステップと、 前記xおよびy運動ベクトル成分から、結合xおよびy運動ベクトル成分を表
す結合パラメータを形成するステップと、 単一可変長符号を、前記結合xおよびy運動ベクトル成分に割り当てるステッ
プであって、短い可変長符号が、前記ビデオ画像に出現する確率が高い結合運動
ベクトル成分に割り当てられ、長い可変長符号が、出現する確率が低い結合差分
運動ベクトル成分に割り当てられるステップと を備えることを特徴とする方法。 - 【請求項17】 請求項16に記載の方法であって、前記ブロックの隣接ブ
ロックから、前記xおよびy運動ベクトル成分を空間的に予測するステップと、
空間的に予測した成分を、前記結合xおよびy運動ベクトル成分x、yとして用
いるステップとをさらに含むことを特徴とする方法。 - 【請求項18】 請求項17に記載の方法であって、前記空間的に予測した
成分は、前記ブロックの運動ベクトルのxおよびy成分と、プレディクタ運動ベ
クトルのxおよびy成分との差として計算された差分運動ベクトル成分であるこ
とを特徴とする方法。 - 【請求項19】 ビデオデコーダにおいて、予測されたビデオフレームのマ
クロブロックを復号する方法であって、 前記マクロブロックの各々に対する運動ベクトルの結合差分xおよびy成分を
表す単一可変長符号を受信するステップと、 前記マクロブロックの各々につき、ハフマン表において、前記可変長符号に対
応し、前記運動ベクトルの結合差分xおよびy成分を含む単一エントリを探索す
るステップと、 現在復号しているマクロブロックの隣接マクロブロックからプレディクタ運動
ベクトルのxおよびy成分を計算するステップと、 前記ハフマン表から獲得した差分成分、および前記プレディクタ運動ベクトル
のxおよびy成分から、前記運動ベクトルを再構築するステップと を備えることを特徴とする方法。
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