JP2002534864A - ビデオデータの帯域幅スケーラビリティのための適応バッファ及び量子化調整スキーム - Google Patents

ビデオデータの帯域幅スケーラビリティのための適応バッファ及び量子化調整スキーム

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Abstract

(57)【要約】 異なったパフォーマンス上の目的の選択に基づく量子化プロセスを制御するビデオデータを処理し符号化する方法及び装置が提供される。符号化されたデータを通信するために用いられる通信チャネルが制限された帯域幅を有する場合、許容可能な画像の質及び許容可能な画像更新レートを与えるためにパフォーマンス目的間でバランスが差し引きされねばならない。一貫した画像の質は、例えば、ビデオデータの各フレームに対して適用される量子化パラメータについての初期値及び境界を含む一組の量子化パラメータに基づいて量子化プロセスを制御することによって与えられる。更に、量子化パラメータは、画像の質又は画像更新レートについてのユーザの好みに基づいてユーザ決定可能なバランスを達成するためにユーザによって変更可能である。ユーザ決定可能なバランスは、ビデオフレームレート及び選択されたフレームレートに釣り合った量子化パラメータを適当に変更することによって達成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明はビデオ画像処理及びデータ通信の分野に関連し、更に特定的にはビデ
オ画像符号化の分野に関連する。
【０００２】 ビデオ画像符号化技術は従来技術で周知である。CCITT H.261、CCITT H.263及
びMPEGといった符号化標準は、ビデオ画像のシーケンスを効率的に符号化する方
法及び技術を提供する。これらの標準は、動き補償された予測を用いることによ
ってビデオシーケンス中のフレームの時間的な相関を利用し、また、離散コサイ
ン変換（ＤＣＴ）といった周波数変換を用いてフレームの空間的な相関を利用す
る。画像が周波数変換を用いて変換されたとき、結果としての周波数成分係数、
即ち各周波数におけるエネルギーの尺度は、一般的に周波数スペクトルに関して
不均一に分布される。既存の標準によれば、不均一に分散される係数は量子化さ
れ、一般的に多くのゼロ値の量子化された係数のほかに幾つかの非ゼロの量子化
された係数を生成する。多くのゼロ値の量子化された係数、及び同様な値とされ
る非ゼロの量子化された係数の発生は、例えばハフマン／ランレングス符号化と
いったエントロピーに基づく符号化を用いて効率的な符号化を可能とする。
【０００３】 上述の量子化方法は、符号化における質又は精度のいくらかの損失を引き起こ
す。例えば、非常に小さな画像の細部を変換し、画像の変換の中に非常に小さい
周波数成分が生じた場合を考える。周波数成分、即ち係数の振幅が量子化ステッ
プサイズよりも低ければ、その非常に小さい変換係数に対応する量子化された係
数はゼロとなる。対応する符号化された画像が続いて復号化されると、この細部
に対応する周波数成分は量子化ステップによって除去されているため、元の非常
に小さい画像の細部を含む。同様に、各周波数係数は係数を含む量子化のステッ
プに対応する値へ「丸められる」。
【０００４】 当業者によって明らかであるように、量子化ステップサイズは、符号化方法に
おける質の損失の度合いを決定する。小さい量子化ステップサイズは、大きい量
子化ステップサイズよりも少ない丸め誤差、即ち精度の損失を生じさせる。
【０００５】 やはり当業者によって明らかであるように、量子化ステップサイズはエントロ
ピーに基づく符号化の結果としてのサイズを決定する。例えば小さい量子化ステ
ップサイズは、大きい量子化ステップサイズの場合よりも少ない係数をゼロレベ
ルへ丸め、従って有効に符号化されうるゼロ値の長いランはより少なくなる。
【０００６】 小さい量子化ステップサイズは、元の画像の高質な再生を与えるが、より大き
いサイズの符号化を犠牲とする。大きい量子化ステップサイズは、より小さいサ
イズの符号化を与えるが、元の画像の再生における質の結果としての損失を伴う
。
【０００７】 可変のサイズの符号化された画像は、しばしば例えばテレビ遠隔会議に使用さ
れる電話回線、又はビデオ情報を含むウェブサイトへのリンクといった固定帯域
幅通信チャネルを通じて通信される。かかるシステムでは、可変長符号化された
画像は、受信サイトのバッファへ通信され、復号化され、固定画像フレームレー
トで受信側ディスプレイに与えられる。即ち、例えばテレビ遠隔会議の呼では、
画像のシーケンスは１秒当たり１０ビデオフレームのレートで符号化されうる。
各フレームは可変長で符号化されるため、幾つかのフレームは、固定帯域幅通信
チャネルを通じて通信されるのに１０分の１秒以上を必要としうるのに対して、
他のフレームは１０分の１秒以下を必要とする。最適な帯域幅利用のために、総
符号化フレーム伝送レートは、ビデオフレームレートに等しくなくてはならない
。受信バッファサイズは、この総レートがバッファをアンダーフロー又はオーバ
ーフローさせることなく許容しうる可変性の度合いを決定する。即ち、受信バッ
ファがアンダーフローする場合はビデオフレームレートの次の周期が生じたとき
にフレームは表示のためには使用可能でなく、受信バッファがオーバーフローす
る場合は受信された符号化されたフレームは失われ、ビデオフレームレートの次
の周期が生じたときにフレームは表示可能ではない。いずれの場合も、フレーム
の表示はスタガされ、視覚的に邪魔なアーティファクトを生成する。
【０００８】 従来技術では、受信バッファがオーバーフロー又はアンダーフローしないよう
可変のサイズの符号化されたデータのサイズを制御することが公知である。１９
９７年３月２８日出願の「Method for Seamless Splicing in a Video Encoder
」なる名称の係属中の米国特許出願第０８／８２９，１２４号は、かかるバッフ
ァ調整の例を与え、ここに参照として組み入れられる。更に、ここに参照として
組み入れられる１９９１年８月６日発行の「Adaptive Buffer/Quantizer Contro
l for Transform Video Coders」なる名称の米国特許第５，０３８，２０９号は
、受信バッファの使用の度合いに基づいて量子化ステップサイズを決定する方法
を開示し、それにより受信バッファが所定の所望の値まで満たされるよう維持す
る符号化されたデータを与える。量子化ステップサイズは、受信バッファのオー
バーフローもアンダーフローも生じないことを確実とするよう連続的に調整され
る。バッファがアンダーフロー及びオーバーフローすることを防止するよう符号
化された出力を調節するために量子化ステップサイズを調整する他の方法は従来
技術で周知である。
【０００９】 量子化によってバッファ調節を行なう周知の方法の問題は、量子化ステップサ
イズを調整することにより上述のように質が変化することである。従来の符号化
装置では、量子化ステップサイズは、受信バッファをオーバーフロー又はアンダ
ーフローさせずに所与のビデオフレームレートをサポートするためにバッファの
使用の度合いの所望のレベルを与えるよう選択される。受信バッファのサイズは
限られているため、特に低帯域幅通信路を通じた通信の場合は、符号化されたデ
ータの質は許容可能でないほど低下しうる。
【００１０】 周知の方法及び技術の他の問題は、各フレームについての初期量子化ステップ
サイズの決定である。従来の技術は、バッファの使用の度合いのある程度一貫し
たレベルを与えるため、先行するフレームからの最後に決定された量子化ステッ
プサイズを後続するフレームのための初期量子化ステップサイズとして使用する
。量子化ステップサイズはバッファの使用の度合いに基づいて決定されるため、
先行フレームの量子化ステップサイズは一般的に一貫した質を与えるには後続フ
レームのための適当な量子化ステップサイズについてのあまりよくない推定量で
ある。更に、ビデオ符号化は、動き補償された予測を用いることによってビデオ
シーケンス内のフレームの時間的相関を利用し、各フレームは先行するフレーム
からの変化として符号化される。シーケンスの最初のフレームは、伝送誤り後の
シーケンスの再開始のために符号化されるフレームと同様に、独立のフレームと
して符号化されねばならない。フレームの独立の符号化は一般的に先行フレーム
に対する変化の符号化のための量子化ステップサイズよりもかなり多くのビット
を有するため、先行フレームに対する変化の符号化のための量子化ステップサイ
ズは独立したフレームの符号化のための量子化ステップサイズの決定のためには
不適切な尺度である。それにより、符号化処理は量子化ステップサイズを適当な
レベルに調整し、先行フレームの質と一致するために追加的な時間を必要とする
か、又は、不適切なステップサイズが用いられ、特に各個々のフレーム伝送にお
いて様々な質のレベルを生じさせる。
【００１１】 本発明は、質の尺度及び従来のバッファの使用の度合いに基づくデータフロー
制御のための方法及び装置を提供することを目的とする。本発明は、有効且つ効
果的な誤り回復を与えるデータフロー制御のための方法及び装置を提供すること
を他の目的とする。本発明は最小の計算上の複雑さを必要とするデータフロー制
御のための方法及び装置を提供することを更なる目的とする。本発明はユーザの
好みに応じたデータフロー制御のための方法及び装置を提供することを更なる目
的とする。
【００１２】 上述及び他の目的は、比較的一定な画像の質を維持することを含む特定のパフ
ォーマンス上の目的を達成するために量子化タスクの制御を容易とするパラメー
タの組を提供することによって達成される。一貫した画像の質は、ビデオデータ
の各フレームに適用される量子化ファクターについての初期値及び境界を含む一
組の量子化パラメータに基づいて量子化処理を制御することによって与えられる
。
【００１３】 更に、量子化パラメータは、画像の質又は画像更新レートについてのユーザの
好みに基づいてパフォーマンス上の目的のユーザによって決定可能な均衡を達成
するためにユーザによって変更可能である。ユーザ決定可能な均衡は、ビデオフ
レームレートの適当な変更によって達成され、量子化パラメータは選択されたフ
レームレートに一致する。或る状況では、例えば、個々の画像が正確に再生され
ることがより重要でありうるのに対して、他の状況では正確な動きの描写がより
重要でありうる。本発明による処理システムは、所望のパフォーマンス上の目的
に依存した他の符号化を可能とする。質の高い画像が所望であれば、１秒当たり
により少ないがより詳細な画像が伝送され、正確な動き描写が所望であれば、よ
り多いがあまり詳細ではない画像が伝送される。画像の質も正確な動きも優先度
が高くなければ、中位の画像更新レートで中位の詳細が伝送される。
【００１４】 望ましい実施例では、計算上の複雑さを減少させるため、所望のパフォーマン
ス上の目的を行なうパラメータの組は予め決められ、例えば通信エラーが発生し
た後に画像の独立のフレームを符号化するための初期量子化ファクターを含む。
【００１５】 以下、例として添付の図面を参照して本発明について詳述する。
【００１６】 図１は、例えばテレビ会議のために使用されうる本発明によるビデオ処理シス
テムを示すブロック図である。図１の例では、カメラ１８０は、画像シーン１８
１に対応するビデオ入力１０１をビデオ符号化システム１００へ供給する。符号
化システム１００は、ビデオ入力１０１を、通信チャネル１４１を介した受信器
２００との通信に適した符号化されたフレーム１３１へ変換する。通信チャネル
１４１は、電話網といった通信網に接続されるものとして示されているが、符号
化システム１００と受信器２００との間のワイヤレス通信、ポイント・ツー・ポ
イントコネクション、又は様々なコネクションの組合せでありうる。同様に、ビ
デオ入力１０１の源は予め記録されたデータ、コンピュータによって発生された
データ等でありうる。通信の効率性のため、符号化されたフレーム１３１はビデ
オ入力１０１において利用可能な情報よりも少ない情報を含んでもよい。ビデオ
処理システムのパフォーマンスは、符号化されたフレーム１３１と利用可能なビ
デオ入力１０１との間の一致の度合いに基づく。
【００１７】 参照を容易とするため、画像の質という用語は、ここでは画像の正確な再生の
度合いの尺度として用いられ、動きの質という用語は、ここでは画像のシーケン
スにおける動きの正確な描写の尺度として用いられる。従来のビデオ処理システ
ムでは、システムは画像の質と動きの質との間で正しいバランスを与えるよう構
成され、正しいバランスはシステムの設計者によって定義される。正しいバラン
スは一般的には、通信チャネル１４１の利用可能な帯域幅及び受信器２００にお
ける利用可能なバッファリングが与えられたときの符号化されたフレーム１３１
の許容可能なビデオフレームレートを定義し、次にその選択されたフレームレー
トにおいて可能な限り高い画像の質を与えることによって確立される。
【００１８】 上述のように、ビデオ処理システムの所望のパフォーマンスは、しばしばビデ
オ処理システムが使用されるコンテキストに依存する。例えば、家へ電話をかけ
るためにテレビ電話機を使用する場合、顔の細部を正確に伝えることが所望とさ
れうるのに対して、仕事の会議のために同じテレビ電話を用いる時は、速く動く
イベントを連続的に更新することがより重要でありうる。仕事の会議中の他の時
間においては顔の表情を正確に伝えること、又は家への電話中に動きを正確を伝
えることが重要であり得る。一貫した質のフレームを見るよりも変化する質のフ
レームを見る方が、その一貫した質が散発的に達成可能な高い質よりも低い場合
であっても、視覚的に邪魔であるため、フレームのためにできる限り高い画像の
質を与えることは必ずしも必要ではない。本発明の１つの面によれば、ビデオ符
号化システム１００は選択されたフレームレートで一貫した画像の質を与えるよ
う構成され、本発明の他の面によれば、ビデオ符号化システム１００はビデオ符
号化システムのユーザがユーザの好み２０５に基づいて画像の質と動きの質との
間の正しいバランスの選択を制御することを可能とするよう構成される。
【００１９】 図２は、一貫した画像の質を与え、ユーザの好みに基づいて画像の質と動きの
質との間のトレードオフを可能とする本発明によるビデオ符号化システム１００
を示す例としてのブロック図である。ビデオ符号化システム１００は、受信器２
００との通信のためのビデオ入力を符号化し、従来のビデオ符号化システムと同
様に変換装置１１０、量子化器１２０、符号化器１３０、及びバッファ調整器１
４０を含む。本発明によれば、ビデオ符号化システム１００はまた、量子化器１
２０の動作に影響を与える量子化パラメータ１５１のソース１５０を与える。
【００２０】 一般的には画像フレームのシーケンスの形であるビデオ入力１０１は、変換装
置１１０によって変換され、各フレームの画像内容を表わす一組の係数１１１が
生成される。技術分野において一般的であるように、変換装置１１０は各フレー
ムを一組の係数１１１として効率的に符号化するために様々な技術を用いる。従
来のCCITT H.261、CCITT H.263及びMPEG変換装置１１０では、画像のシーケンス
の最初のフレームは離散コサイン変換（ＤＣＴ）を用いて変換され、最初のフレ
ームの画像に対応する一組のＤＣＴ係数を与える。変換装置１１０は、シーケン
スの次のフレームを最初のフレームと比較し、最初のフレーム（動きベクトル）
１１２の中の個々のブロックの一組の動きと、最初のフレームと次のフレームの
間のブロックの画像細部間の一組の差（誤り項）としてフレーム間の差を変換す
る。変換装置１１０は次に誤り項に対応する一組のＤＣＴ係数１１１を与える。
シーケンスの続くフレームは同様に、動きベクトル１１２及び誤り項のＤＣＴ係
数１１１に変換される。
【００２１】 受信器２００において、画像は最初のフレームの変形のシーケンスとして再構
成され、これは、これらの関数の逆を復号化器２２０を通じて適用することによ
って行われる。ビデオ符号化システム１００と受信器２００との間で通信誤りが
生ずれば、各フレームの再構成はその先行フレームに基づくため、全ての後続フ
レームに影響が及ぼされる。通信誤りの影響を最小限とするため、かかる誤りが
検出されたときはいつでも変換装置１１０はシーケンスの中の次のフレームを独
立のフレームとして変換する。この独立のフレームは、先行フレームから独立で
あり、このフレームの画像に直接対応する一組の係数１１１を含み、それにより
新しいシーケンスについての最初のフレームを形成する。このフレームは全ての
先行フレームから独立であるため、全ての続くフレームと同様、先行する通信誤
りの影響から独立である。他の通信誤りが検出されると、他の独立の最初のフレ
ーム変換が行なわれる。技術分野において一般的な用語を用いると、インターフ
レーム又は予測フレームという用語は、１つ以上の先行フレームに基づく符号化
されたフレームを識別するために用いられ、イントラフレーム又は独立のフレー
ムという用語は、フレームの画像内容を完全に符号化したものを含み、他の全て
のフレームとは独立の符号化されたフレームについて用いられる。
【００２２】 当業者によって明らかとなるように、変換装置１１０は、従来の又は新規な変
換技術を用いた上述の変換に加えて、又は上述の変換の代わりに、ビデオ入力１
０１の他の変換を行ないうる。例えば、ここに参照として組み入れられる出願日 、出願番号 の「Low Bit Encoding Scheme for Video Transmission」な
る名称の係属中の出願は、ビデオ画像を画像を構成する一組のテクスチャ化され
たオブジェクトへ変換することについて開示する。上記の継続中の出願に開示さ
れる技術を用いた変換装置１００は、例えば入力１０１を各テクスチャ化された
オブジェクトを表わす一組の係数へＤＣＴといった周波数領域の変換を使用せず
に変換させうる。
【００２３】 ビデオ入力１０１に対応する係数１１１の伝送を最適化させるため、係数１１
１は量子化器１２０によって量子化され、即ち丸められる。例えば、係数１１１
は、上述の周波数変換の係数といった画像データの数学的な変換から生ずる非常
に正確な実数でありうる。各非常に正確な実数の各ビットを通信することは、受
信器２００における画像に非常に正確な再構築を与えるが、チャネル１４１を介
して多数のビットが伝送されることを必要とする。量子化器１２０は係数１１１
をより少ないビットを有する量子化された係数１２１へ変換する。例えば、係数
１１１の範囲は４つの四分位へ分割され、各係数１１１の量子化された係数１２
１は、単に係数１１１に対応する四分位を示すものである。かかる実施例では、
量子化された係数１２１は、係数１１１の中のビット数に関係なく、四分位を識
別するために２ビットのみを必要とする。通常使用される用語と一貫して、量子
化ファクターは量子化ステップサイズの尺度であり、量子化される入力パラメー
タの範囲の区画又は量子化領域の数に反比例する。量子化ファクターは、各量子
化された係数の結果として得られるサイズを決定する。上述の例では、均一な量
子化ステップサイズを想定すると、各係数１１１に関連づけられた量子化された
領域を識別するために、入力の範囲の１／４の量子化ファクターは２ビットを必
要とし、入力の範囲の１／８の量子化ファクターは３ビットを必要とし、以下同
様である。当業者によって明らかであるように、係数の範囲は均一な又は不均一
なサイズの量子化領域へ分割されねばならず、係数１１１値と量子化された係数
１２１値との間の関連は、線形又は非線形でありうる。
【００２４】 符号化器１３０は、望ましい実施例では、量子化された係数１２１の情報内容
に基づいて異なるサイズの符号化されたものを生成するエントロピー符号化を用
いて量子化された係数１２１を符号化する。例えば、従来技術において一般的な
ランレングス符号化技術は、多数の同じ値の順次の発生を、値が生ずる回数とし
て符号化するために用いられる。ビデオ入力１０１の各フレームは画像情報の異
なる量を含みうるため、符号化器１３０からの符号化されたフレームはサイズが
異なる。例えば独立フレームは、先行フレームに対する変化として符号化される
インターフレームと比較して、概して大きな符号化されたフレーム１３１を生成
する。
【００２５】 符号化されたフレーム１３１は、バッファ調整器１４０を介してチャネル１４
１と通信される。一般的には、チャネル１４１は固定ビットレートシステムであ
り、バッファ調整器１４０は固定ビットレートでチャネル１４１に対して可変長
符号化フレーム１３１を与える。符号化されたフレーム１３１は異なる長さを有
するため、フレームは可変フレームレートでチャネル１４１を介して通信される
。受信器２００は、可変フレームレートで到着する符号化されたフレーム１３１
を記憶し、これらのフレームを処理し、ビデオ入力１０１と同じ固定フレームレ
ートでビデオ出力２０１として表示するために供給するバッファ２１０を含む。
【００２６】 バッファ調整器１４０には、受信バッファ２１０のサイズの尺度が与えられ、
受信器２００との間で通信されるデータの量をこのバッファ２１０をオーバーフ
ロー又はアンダーフローしないよう制御する。バッファ調整器１４０は、バッフ
ァ制御コマンド１４２を介して、量子化器１２０が生成するデータの量を制御す
ることによって、受信器２００と通信されるデータの量を制御する。
【００２７】 バッファ調整器１４０は、受信バッファ２１０の使用の度合いのレベルに基づ
いて量子化ファクターの変更を行なうバッファ制御コマンド１４２を与えること
によって量子化器１２０が生成するデータの量を制御する。量子化ファクターの
不必要な変更を防止するため、バッファ調整器は、量子化ファクターが許容可能
な範囲の値であることを可能とするよう構成される。例えば、バッファ調整器１
４０は、現在フレームの続くブロックについての最小及び最大の割り当てられた
サイズを指定し、量子化器１２０はそれによって一致するのに必要な度合いまで
量子化ファクターを調整する。或いは、量子化器１２０は、特定の量子化ファク
ターが符号化器１３０からの符号化されたフレーム１３１のサイズに対する影響
のみを近似しうるため、バッファ調整器１４０は所望に応じて量子化器１２０に
対するインクリメント／デクリメントバッファ制御コマンド１４２を与えうる。
インクリメント／デクリメントバッファ制御コマンド１４２を受信すると、量子
化器１２０は量子化ファクターをインクリメント／デクリメントし、インクリメ
ント／デクリメントバッファ制御コマンド１４２がない場合、量子化器は量子化
ファクターの先行する値を維持する。受信バッファ２１０の使用の度合いに対す
る依存性に応じて量子化ファクターを変更するための他の技術は、当業者によっ
て明らかとなろう。
【００２８】 本発明によれば、量子化ファクターは、量子化パラメータソース１５０からの
量子化パラメータ１５１にも依存する。望ましい実施例では、量子化パラメータ
１５１は独立フレームを量子化するための初期値として使用される初期量子化フ
ァクターＱiと、量子化ファクターの範囲を制御する最小Ｑmin及び最大Ｑmaxパ
ラメータとを含む。独立フレームとインターフレーム間の内在的な差のため、以
下に記載するように、各フレームタイプに対して別々の量子化ファクターが与え
られる。明瞭性のため、ここではインターフレーム即ち予測フレームに対する初
期量子化ファクターはここではＱpと称される。
【００２９】 初期量子化ファクターＱi及びＱpを与えることにより、フレームの量子化ファ
クターのその直前の先行フレームの量子化ファクターに対する依存性は厳しいも
のとなる。このようにして、量子化ファクターが量子化されたエンコーディング
の精度のレベルを決定するため、各フレームの所与の値へ初期化することにより
受信器２００において更に一貫性のある画像の品質が与えられる。そして以下説
明するように、初期化量子化ファクターは所与のフレームレートで適切なサイズ
の符号化されたフレームを与えるよう選択されるため、概して、所望のバッファ
調整器１４０による量子化ファクターの調整は少ない。この改善された有効性は
、その直前の先行フレームに対して独立フレームの量子化ファクターを厳しくす
るときに特に明らかであり、なぜならば直前の先行フレームは概して基本的に異
なる特徴を有するインターフレームであるからである。従って、独立フレームは
伝送誤りが検出されると伝送されるため、独立フレームの量子化についてのこの
改善された有効性は、伝送誤りから迅速に回復するためのビデオ符号化システム
の可能性を改善させ、画像の質の一貫性を実質的に改善させる。
【００３０】 初期量子化ファクターＱi及びＱpは、チャネル１４１の帯域幅、ビデオ入力１
０１のフレームサイズ及びフレームレート、受信バッファ２１０のサイズに基づ
いて、発見的に、実験的に、又はアルゴリズム的に決定される。対して、フレー
ムサイズ及び受信バッファ２１０のサイズは、認可された通信標準によって指定
され、それにより受信バッファ２１０をアンダーフロー又はオーバーフローさせ
る危険性なく、１つのベンダーのビデオ符号化システム１００が他のベンダーの
受信器２００と通信することが可能となる。チャネル１４１の帯域幅は、チャネ
ル１４１のプロバイダによって決定され、一般的にはサービスのクラスに依存す
る。例えば、ＩＳＤＮ通信リンクは、一般的には共通電話通信リンクよりも実質
的に高い帯域幅を有する。
【００３１】 概して、初期量子化ファクターＱi及びＱpは、バッファ２１０のサイズ及びチ
ャネル１４１の帯域幅の両方に対して反比例する。チャネル１４１のより大きい
帯域幅は、短い時間中に受信バッファ２１０に対して非常に詳細な（即ち低い量
子化ファクターの）符号化されたフレームが通信されることを可能とする。バッ
ファ２１０のサイズは、一般的にはチャネル１４１の帯域幅及びビデオ入力１０
１のフレームサイズに正比例する。所与のチャネルデータレートにおいて、より
大きいバッファ２１０は符号化されたフレーム１３１のサイズ間で高い度合いの
可能性を可能とし、従って、バッファ２１０のサイズが全てのフレームが一貫し
た公称のサイズの近くに制限されることを必要とする場合よりも、非常に詳細な
符号化されたフレームがより頻繁に通信されうる。逆に、初期量子化ファクター
Ｑi及びＱpは、ビデオ入力１０１のフレームレートに正比例する。より高いフレ
ームレートは、１秒当たりにより多くのフレームが通信されることを要求し、従
って、チャネル１４１の固定の帯域幅が所与であるとき、より高いフレームレー
トは符号化されたフレーム１３の夫々の中により少ない詳細（即ちより高い量子
化ファクター）を必要とする。
【００３２】 チャネル１４１の特定の帯域幅が所与であれば、符号化されたフレーム１３１
の公称のサイズが決定され得、この公称のサイズは、チャネル１４１の帯域幅を
フレームレートで除算したものに等しい。上述のように、受信バッファ２１０は
幾つかの符号化されたフレーム１３１が公称のサイズよりも大きいことを可能と
し、幾つかの符号化されたフレーム１３１は対応してより小さく、それにより全
体域幅利用の場合の平均符号化フレームサイズは公称の符号化フレームサイズに
等しい。符号化されたフレームが公称フレームサイズよりも実質的に大きければ
、続くフレームのうちの少なくとも幾つかは公称のフレームサイズよりも小さく
なくてはならないことに注意すべきである。上述のように、符号化された独立フ
レームは符号化されたインターフレームよりも多くの情報を有し、従って公称の
フレームサイズよりも大きいフレームサイズが割り当てられねばならない。しか
しながら割り当てられたフレームサイズは、続くインターフレームがそれらの画
像の質を実質的に減少させるよう制約されるほど大きくてはならない。実験的な
データ、及び受信バッファ２１０の共通に認可されるサイズに基づき、公称フレ
ームサイズの２倍を独立フレームに割り当てることは、独立フレームに関連する
追加的な情報転送を可能とし、また続くインターフレームが許容可能な量の画像
の細部を含むことが可能となるため、効果的であることが分かっている。従って
、本発明の１つの面によれば、初期量子化ファクターＱiは、平均して、チャネ
ル１４１の帯域幅及びビデオ入力１０１のフレームレートに基づいて、公称フレ
ームサイズの２倍に略等しい符号化されたフレーム１３１を生成する。
【００３３】 本発明の更なる面によれば、インターフレームについての初期量子化ファクタ
ーＱpは、概して、独立フレームについての決定された初期量子化ファクターＱi よりも低い。より低い量子化ファクターが選択されるのは、インターフレームが
有する転送されるべき情報が一般的に独立フレームが有する転送されるべき情報
よりも少なく、従ってより小さな符号化されたフレーム１３１を供給しつつより
低い量子化ファクターの使用をサポートしうるためである。符号化されたインタ
ーフレーム１３１は、公称よりも大きい符号化された独立フレームについて補償
せねばならないため、初期量子化ファクターＱpは、平均して、チャネル１４１
の帯域幅及びビデオ入力１０１のフレームレートに基づいて公称のフレームサイ
ズよりもいくらか小さい符号化されたフレーム１３１を生成する。
【００３４】 チャネル１４１の所与の帯域幅、受信バッファ２１０のサイズ、及び、ビデオ
入力１０１のフレームレートについて、バッファのオーバーフロー又はアンダー
フローを防止するためにバッファ調整器１４０がバッファ制御コマンド１４２を
供給すると生成される調整された量子化ファクターは、受信器２００において徐
用可能な画像の質の度合いを与えるには不十分であり得る。上述のようにチャネ
ル１４１の帯域幅は一般的には受信バッファ２１０のサイズと同様に固定である
。本発明の更なる面によれば、ビデオ入力１０１のフレームレートは画像の質の
望ましいレベルを可能とするよう調整される。即ち、画像の質が許容可能でなけ
れば、ビデオ入力１０１のフレームレートは、より大きい符号化されたフレーム
１３１の通信を可能とするよう減少される。逆に、本発明によれば、ビデオ入力
１０１のフレームレートは許容可能でない動きの質を生じさせ、ビデオ入力のフ
レームレートは増加され、それにより、より高いフレームレートでのより小さい
符号化されたフレーム１３１の通信を可能とするよう画像の質の低減を必要とす
る。
【００３５】 ビデオ入力１０１のフレームレートは、技術分野において周知の様々な手段を
用いて調整されうる。１つの単純な実施例では、調整可能なフレームレートを有
する場合は、フレームレートは適当なビデオ制御コマンド１０２を図１のビデオ
カメラ１８０といったビデオ入力１０１のソースへ通信することによって調整さ
れる。ビデオソースが直接制御可能でないときは、フレームレートの変更は変換
装置１１０の中のレートバッファを用いて行われる。レートバッファは、当業者
によって周知であるように、ビデオソースが提供する最も高いレートの画像デー
タ１０１のフレームを受信し、変換装置１１０内のプロセスは、レートバッファ
からの画像データ１０１を受信器２００への通信のための所望のフレームレート
でサンプリングする。従来のレートバッファはまた、このサンプリングプロセス
によって生じうる可視の変則を平滑化するフィルタを含みうる。
【００３６】 画像の質及び動きの質は一般的には主観的な尺度であるため、本発明の望まし
い実施例は、ユーザの好み２０５に基づいたフレームレート及び量子化ファクタ
ーの上述の変更を可能とする。フレームレートの変更は、受信器２００の中のユ
ーザ制御部２３０を介した連続的なユーザ調整によって行なわれる。連続的な制
御は、画像の質の連続的な調整を可能とする。しかしながら、望ましい実施例で
は、操作を容易とするため、また上述のレートバッファの設計を容易とするため
、ユーザにはユーザ制御部２３０を介して一組の制限されたオプションが設けら
れる。ユーザオプションは、望ましい実施例では、より高い画像の質、より高い
動きの質、又は最善のトレードオフである。最善のトレードオフは、チャネル１
４１の帯域幅が与えられているとき許容可能な画像の質を与える許容可能なフレ
ームレートの決められた選択に対応する。より高い画像の質は、最善のトレード
オフフレームレートを約２０パーセント減少させることによって行なわれる。よ
り高い動きの質は、最善のトレードオフフレームレートを約２０パーセント増加
させることによって行なわれる。
【００３７】 上述のように、初期量子化ファクターＱi及びＱpはフレームレートに依存する
。従って、本発明によれば、フレームレートは、そして初期量子化ファクターＱ i 及びＱpも、ユーザの好みに基づいて変更される。上述のように、図２の量子化
パラメータ１５１は、初期量子化ファクターＱi及びＱpと、量子化ファクターの
範囲をバッファ調整器１４０によって調整されるときの境界となる最小Ｑmin及
び最大Ｑmaxパラメータとを含む。本発明によれば、最小Ｑmin及び最大Ｑmaxパ
ラメータはまたより高い画像の質又はより高い動きの質についてのユーザの好み
に基づいて変更されうる。
【００３８】 上述のように、最小Ｑmin及び最大Ｑmaxパラメータは、画像の質の一貫性のた
めに与えられる。画像の質の変化は、しばしば画像の質の全体的な不足よりも視
覚的により邪魔である。量子化器１２０が一旦バッファ制御コマンド１４２に応
じて量子化ファクターを減少させると、更には減少されない。受信バッファのア
ンダーフローを防止するためにチャネル１４１に更なるビットが与えられること
が要求されると、バッファ調整器１４０は、符号化されたフレーム１３１により
多くの細部を与えるのではなく、ヌルビットを挿入する。従って、量子化器１２
０が一旦量子化ファクターＱmaxを増加させると、更には増加されない。バッフ
ァのオーバーフローを防止するためにチャネル１４１により少ないビットが与え
られねばならない場合、バッファ調整器１４０は、低い質の画像を導入するので
はなく、例えばフレームを伝送しないことによってフレームレートを低減させ、
続いて受信器２００における画像の瞬間的なフリーズを生じさせる。或いは、バ
ッファ調整器１４０は、上述のフレームレート変更技術を用いて変換器１００に
おける明示的なフレームレートの減少を生じさせる。
【００３９】 完全性のため、本願の付録として、テレビ会議に用いられる共通フレームフォ
ーマットについてのフレームレート及び量子化パラメータ（Ｑi、Ｑp、Ｑmin、
Ｑmax）と共通の使用されるチャネルビットレートの望ましい値の表が与えられ
ている。表１は、１７６×１４４画素で２０ｋｂｐｓ帯域幅のチャネルを用いた
ＱＣＩＦフォーマットについてのフレームレート及び量子化パラメータを与える
。表から分かるように、ユーザが高い画像の質を望む場合、フレームレートは１
秒当たり５フレームに設定され、一方、ユーザがより高い動きの質を選択すれば
、フレームレートは１秒当たり１０フレームに設定される。従って、量子化パラ
メータは、より高いフレームレートでは、より低いフレームにおける量子化パラ
メータよりも高く設定される。表２、３及び４は、３５２×２８８画素で１００
ｋｂｐｓ、２００ｋｂｐｓ、３００ｋｂｐｓ帯域幅のチャネルを用いたＣＩＦフ
ォーマットについてのフレームレート及び量子化パラメータを与える。
【００４０】 上述のものは単に本発明の原理を説明するためのものである。従って、当業者
によれば、ここには明示的には記載又は図示されていないが、本発明の原理を実
施するものであり従って本発明の精神及び範囲を逸脱しないような様々な変更を
案出することが可能となろう。例えば、本願に示される情報はビデオ処理システ
ムの文脈において与えられるものであるが、当業者によれば、本発明はデータを
符号化するために量子化スキームを使用する他のデータ形式の処理に対して適用
可能だ得ることが明らかとなろう。同様に、量子化パラメータ１５１は量子化パ
ラメータソース１５の中で予め決められるものとして記載されているが、例えば
以前のユーザの好み及びフィードバックに基づいて適当な量子化パラメータを決
定する機械学習又はエキスパートアプローチを用いて動的に計算されうる。シス
テムは、例えば経験的なデータに基づいてユーザの好み２０５を発生し、それに
よりユーザの要求を予測してもよい。上述及び他の最適化技術は、本願に記載さ
れる原理及び技術に基づいて当業者によって明らかとなろう。やはり当業者によ
って明らかであるように、本願発明はハードウエア、ソフトウエア、又は両者の
組合せにおいて実施されうる。
【００４１】 付録
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるビデオ処理システムを示すブロック図である。
【図２】 本発明によるビデオ符号化システムを示すブロック図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ワン，ジヨン ダブリュ オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン， プロフ・ホルストラーン ６ (72)発明者 リー，ジャンウン オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン， プロフ・ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 5C059 KK35 MA00 MA05 MA14 MA23 MC11 MC38 ME02 ME05 PP04 SS07 TA07 TA46 TC16 TC47 UA02 UA32 UA38 5C064 AA02 AC04 AD02 AD14 5J064 AA01 BA09 BA16 BC02 BC16 BD02

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 通信チャネルを介して受信バッファと通信するために符号化
    されたデータを生成するよう構成された符号化システムと、 一組の量子化レベルの量子化された値を含む符号化されたデータを生成するた
    めにデータを量子化するよう構成され、上記量子化レベルは受信バッファの使用
    の度合いに基づく量子化ファクターによって決定される、量子化器とを含む処理
    装置であって、 上記量子化ファクターはまた、ユーザの好みに基づいて選択される量子化パラ
    メータに依存する処理システム。
  2. 【請求項２】 上記ユーザの好みは、データの質及びデータレートのうちの
    少なくとも１つに基づく、請求項１記載の処理システム。
  3. 【請求項３】 上記データはビデオデータのフレームを含み、上記データレ
    ートはビデオフレームレートである、請求項２記載の処理システム。
  4. 【請求項４】 上記符号化されたデータは符号化されたイントラフレーム及
    び符号化されたインターフレームを含み、上記量子化パラメータは初期値を含み
    、符号化されたイントラフレームは上記初期値に基づく、請求項１記載の処理シ
    ステム。
  5. 【請求項５】 上記符号化システムは、上記通信チャネル上で誤りが発生し
    た場合、符号化されたイントラフレームを生成する、請求項４記載の処理システ
    ム。
  6. 【請求項６】 上記通信チャネルは、インターネットコネクション、ケーブ
    ルコネクション、及びワイヤレスコネクションのうちの少なくとも１つを含む、
    請求項１記載の処理システム。
  7. 【請求項７】 ビデオ会議のために上記処理システムの使用を容易とするよ
    う上記符号化システムに対してデータを供給するよう構成されるビデオカメラを
    更に含む、請求項１記載の処理システム。
  8. 【請求項８】 上記符号化システムは、CCITT H.261標準、CCITT H.263標準
    及びMPEG標準のうちの少なくとも１つに準拠して、符号化されたデータを供給す
    るよう構成される、請求項７記載の処理システム。
  9. 【請求項９】 一連のビデオフレームを一連のデータ係数のフレームへ変換
    するよう構成され、上記一連のデータ係数のフレームの各データ係数のフレーム
    は上記一連のビデオフレームの各ビデオフレームに対応する、変換装置と、 上記変換装置に動作上結合され、上記データ係数のフレームを対応する量子化
    された係数のフレームへ量子化するよう構成され、上記量子化された係数のフレ
    ームの各量子化された係数は量子化ファクターに基づく量子化された値を有する
    、量子化器と、 上記量子化器に動作上結合され、通信チャネルを介した受信バッファとの通信
    のために上記量子化された係数のフレームを一連の符号化されたフレームへ符号
    化する可変長符号化器と、 上記可変長符号化器及び上記量子化器に動作上結合され、上記受信バッファの
    使用の度合い基づいて上記量子化ファクターの変更を行なうよう上記量子化器に
    対してバッファ制御コマンドを供給するバッファ調整器と、を含むビデオ符号化
    システムであって、 上記量子化器はユーザの好みに基づいて上記量子化ファクターの変更を制御す
    るよう更に構成されるビデオ符号化システム。
  10. 【請求項１０】 上記一連のデータ係数のフレームは関連付けられたフレー
    ムレートを有し、 上記変換装置は上記ユーザの好みに依存して上記フレームレートを変更するよ
    う更に構成される、請求項９記載のビデオ符号化システム。
  11. 【請求項１１】 上記ユーザの好みは、画像の質及び動きの質のうちの少な
    くとも１つに基づく、請求項１０記載のビデオ符号化システム。
  12. 【請求項１２】 上記一連の符号化されたフレームは、CCITT H.261標準、C
    CITT H.263標準及びMPEG標準のうちの少なくとも１つに準拠する請求項９記載の
    ビデオ符号化システム。
  13. 【請求項１３】 上記ユーザの好みは、初期量子化値、最小量子化値、最大
    量子化値、及び目標フレームレートのうちの少なくとも１つを含む、請求項１０
    記載のビデオ符号化システム。
  14. 【請求項１４】 一連のビデオフレームを一連のデータ係数のフレームへ変
    換するよう構成され、各データ係数のフレームは上記一連のビデオフレームの各
    ビデオフレームに対応し、各データ係数のフレームは第１のフレームタイプ及び
    第２のフレームタイプのうちの少なくとも１つである、変換装置と、 上記変換装置に動作上結合され、上記データ係数のフレームを対応する量子化
    された係数のフレームへ量子化するよう構成され、上記量子化された係数のフレ
    ームの各量子化された係数は量子化ファクターに基づく量子化された値を有する
    、量子化器と、 上記量子化器に動作上結合され、通信チャネルを介した受信バッファとの通信
    のために上記量子化された係数のフレームを一連の符号化されたフレームへ符号
    化する可変長符号化器と、 上記可変長符号化器及び上記量子化器に動作上結合され、上記受信バッファの
    使用の度合いに基づいて上記量子化ファクターの変更を行なうよう上記量子化器
    に対してバッファ制御コマンドを供給するバッファ調整器と、を含むビデオ符号
    化システムであって、 上記量子化器は、記第１のフレームタイプのデータ係数の各フレームの開始に
    おいて上記量子化ファクターを上第１の所定の値へ変更するよう更に構成される
    ビデオ符号化システム。
  15. 【請求項１５】 上記量子化器は、上記第２のフレームタイプのデータ係数
    の各フレームの開始において上記量子化ファクターを第２の所定の値へ変更する
    よう更に構成される、請求項１４記載のビデオ符号化システム。
  16. 【請求項１６】 上記量子化器は、１つ以上の量子化パラメータに基づいて
    上記量子化ファクターの変更を制限するよう更に構成される、請求項１４記載の
    ビデオ符号化システム。
  17. 【請求項１７】 上記第１の所定の値の少なくとも１つ及び上記１つ以上の
    量子化パラメータはユーザの好みに基づく、請求項１６記載のビデオ符号化シス
    テム。
  18. 【請求項１８】 符号化システムからの一連の符号化されたフレームを一連
    のビデオフレームへ変換するよう構成され、上記量子化ファクターに基づく符号
    化され量子化された係数を含む、復号化器と、 上記量子化ファクターの変更を行なうためにユーザの好みを上記符号化システ
    ムと通信するよう構成されるユーザ制御部とを含む、ビデオ受信器。
  19. 【請求項１９】 上記一連の符号化されたフレームを受信するよう構成され
    たバッファを更に含み、 上記バッファはバッファサイズを有し、上記量子化ファクターは上記バッファ
    サイズに更に依存する、請求項１８記載のビデオ受信器。
  20. 【請求項２０】 データのビデオフレームを、関連付けられたフレームレー
    トを有するデータ係数のフレームへ変換する段階と、 上記データ係数のフレームを、量子化ファクターに基づいて、量子化された係
    数のフレームへ量子化する段階と、 上記量子化された係数のフレームを符号化された可変長のフレームへ符号化す
    る段階と、 上記量子化ファクターを上記各符号化された可変長のフレームに関連付けられ
    たサイズパラメータに基づいて、また一組の量子化パラメータに基づいて変更す
    る段階とを含む、データのビデオフレームの符号化を制御する方法。
  21. 【請求項２１】 上記各データ係数のフレームを、第１のフレームタイプ及
    び第２のフレームタイプのうちの１つとして識別する段階と、 上記各第１のフレームタイプのフレームを上記一組の量子化パラメータに含ま
    れる第１の所定の初期量子化値に初期化する段階とを更に含む、請求項２０記載
    の方法。
  22. 【請求項２２】 上記一組の量子化パラメータに基づいた上記量子化ファク
    ターの変更を容易とするために上記フレームレートを変更する段階を更に含む、
    請求項２０記載の方法。
  23. 【請求項２３】 ユーザの好みを受信する段階と、 上記ユーザの好みに基づいて上記一組の量子化パラメータを選択する段階とを
    更に含む、請求項２０記載の方法。
  24. 【請求項２４】 符号化システムによって、符号化されたビデオフレームの
    制御を可能とする方法であって、上記符号化されたビデオフレームは量子化ファ
    クターに基づく量子化された係数を含み、 対応する復号化されたビデオフレームを生成するよう上記符号化されたビデオ
    フレームの復号化を可能とする段階と、 上記量子化ファクターの変更を行なうために上記符号化システムとユーザの好
    みを通信することを可能とする段階とを含む方法。
  25. 【請求項２５】 上記復号化されたフレームをユーザの好みに基づいて表示
    することを可能とする段階を更に含む、請求項２４記載の方法。
  26. 【請求項２６】 上記符号化されたビデオフレームはフレームレートに更に
    基づき、 上記方法は、上記ユーザの好みに基づいて上記フレームレートを変更すること
    を可能とする段階を更に含む、請求項２４記載の方法。
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