JP2003309851A - 映像データ変換装置および映像データ変換方法 - Google Patents
映像データ変換装置および映像データ変換方法Info
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Abstract
技術では十分に検討されなかった第2の映像符号化方式
へのインパクトを考慮する。 【解決手段】 MPEG-2デコーダ部2では、可変長復号部
2AがMPEG-2規格に従い入力圧縮データ1のシンタック
ス解析を行ない、符号化モード情報3および動きベクト
ル情報4、予測残差信号2Bを生成する。予測残差信号
2Bは逆量子化部2C等を経て復号画像5となり、解像度
変換部6を介しMPEG-4エンコーダ部10へ入力する。MP
EG-4エンコーダ部10では、符号化パラメータ判定部1
0Bが動きベクトルマッピング部7が生成した動きベク
トル候補を用いた場合の予測効率を評価する予測誤差評
価値と、該動きベクトル候補を用いることによる動きベ
クトル符号量を評価する値とに基づいて、動きベクトル
を決定する。
Description
像圧縮・伸長方式に準拠したビデオ圧縮データの各種変
換を行なう映像データ変換装置および映像データ変換方
法の技術に関する。
ーブル)、DVD、ビデオCD、インターネット、モバイルな
ど、放送・通信・パッケージにまたがる多様なアプリケ
ーションにおいて、MPEGやITU-T H.26xなどの国際標準
映像符号化方式が活用されている。これらの符号化方式
で圧縮された映像コンテンツを、サポートする符号化方
式、伝送ビットレート、空間解像度(フレームサイズ)、
時間解像度(フレームレート)などの条件が異なるプラッ
トフォームで再利用する要求が高まっており、これを背
景として映像トランスコーディング技術の研究開発が盛
んに行われている。
符号化方式は、一貫して、動き補償予測(Motion Compen
sation、以下MC)による時間方向の信号冗長度削減、離
散コサイン変換(Discrete Cosine Transform、以下DCT)
による空間方向の信号冗長度削減を基本としているた
め、符号化データの構文(シンタックス)がある程度共通
化されており、このことを利用したビットストリームレ
ベルでの変換を考えることにより、上記標準映像符号化
方式を対象として演算負荷を低減したトランスコーディ
ング技術が主に検討されてきている。
ム、30frames/sec)のMPEG-2ビデオを、SIF(352×240
画素)の低フレームレートMPEG-4もしくはH.263ビデオへ
変換する問題は、既存MPEG-2コンテンツの有効活用の観
点から実用化要求が高く、ホットトピックとなっている
(例えば、Wang Xing Guo, Zheng Wei Guo, and IshfaqA
hmad, "MPEG-2 To MPEG-4 Transcoding", Workshop and
Exhibition on MPEG-4(WEMP) 2001.など)。
においては、トランスコーダ入力のMPEG-2ビデオストリ
ームに含まれる動きベクトルを、MPEG-4符号化に利用可
能な動きベクトルへ変換する処理が重要となる。縦横1/
2の解像度変換が行われるため、入力MPEG-2ストリーム
の4つのマクロブロック領域が、ちょうどMPEG-4符号化
時の1マクロブロックの領域に対応する。この問題は、
もとの最大4本の動きベクトルから、解像度変換後の動
きベクトルを推定する問題であり、これまで多くの検討
報告がなされている。例えば、B.Shen他、"Adaptive Mo
tion-Vector Resampling for Compressed Video Downsa
mpling", IEEE Transactions on Circuits And Systems
for Video Technology, vol.9, no.6, Sep.1999では、
入力圧縮データにおいて予測残差が大きい動きベクトル
に大きな重みをかけて4つの動きベクトルの重み付け平
均をとる手法を報告している。これはいわば、入力圧縮
データ中の予測残差信号を判断基準として、そのアクテ
ィビティ値に基づいて変換すべき動きベクトルの値を決
定する手法であり、M.R.Hashemi他、"Compressed Domai
n Motion Vector Resampling for Downscaling of MPEG
Video", IEEE International Conference on Image Pr
ocessing, Kobe, Japan, Oct.1999においてもその変形
が報告されている。
はいずれも、変換すべき動きベクトルが1本のケースに
適用が限定されるほか、変換後の動きベクトルの符号化
性能の意味での最適性を保証するものではない、という
課題があった。
映像符号化方式から第2の映像符号化方式へのトランス
コーディングの際に、従来技術では十分に検討されなか
った第2の映像符号化方式へのインパクトを考慮した動
きベクトル再利用や符号化モード判定を行なうことので
きる映像データ変換装置および映像データ変換方法を提
供することを目的とする。
ブ信号への変換に際して、フィールド単位の動きベクト
ルからプログレッシブフレーム単位の動きベクトルに変
換するための工夫も併せて提供する。
対象とするトランスコーディング全般について適用可能
である。
め、本発明では、映像信号の各フレームを所定部分領域
に分割し、その単位で動きベクトル等の符号化パラメー
タを選択して符号化を行う第1の映像符号化方式に従う
映像符号化データを入力として、映像信号の各フレーム
を所定部分領域に分割し、その単位で符号化パラメータ
を選択して符号化を行う第2の映像符号化方式に従う映
像符号化データへの変換を行う映像データ変換装置であ
って、前記第1の映像符号化方式における所定部分領域
単位の符号化パラメータである動きベクトルから、前記
第2の映像符号化方式における所定の部分領域の単位で
用いる動きベクトルの候補を生成する動きベクトルマッ
ピング部と、前記生成された第2の映像符号化方式にお
ける動きベクトルの候補のうち、該動きベクトル候補を
用いた場合の予測効率を評価する予測誤差評価値と、該
動きベクトル候補を用いることによる動きベクトル符号
量を評価する値とに基づいて、第2の映像符号化方式に
おいて使用する動きベクトルを決定する符号化パラメー
タ判定部と、を備える映像データ変換装置であることを
特徴とする。これによって、第2の映像符号化方式にお
ける符号化性能のインパクトを考慮した動きベクトル変
換を可能となる。
前記第2の映像符号化方式がとりうる動き予測の種類の
分だけ動きベクトル候補を生成する映像データ変換装置
であることを特徴とする。
における所定部分領域単位の符号化パラメータである符
号化モードに基づき、前記第の映像符号化方式における
所定の部分領域の単位の符号化モードを推定する符号化
モード推定部を備え、前記符号化パラメータ判定部は、
符号化モードを決定する際、前記符号化モード推定部に
よって推定された符号化モードに基づいて前記第2の映
像符号化方式における所定部分領域単位で用いるべき符
号化モードを強制的に決定するか、あるいは前記予測誤
差評価値と前記動きベクトル符号量の評価値と基づいて
前記第2の映像符号化方式における所定の部分領域の単
位で用いるべき符号化モードを決定するかを選択して、
第2の映像符号化方式において使用すべき符号化モード
を判定する映像データ変換装置であることを特徴とす
る。これによって、第2の映像符号化方式における符号
化性能のインパクトを考慮した符号化方法の選択を可能
とする。
によって符号化された映像データの空間解像度を、水平
および垂直方向に各半分の解像度に変換する空間解像度
変換部を備える映像データ変換装置であることを特徴と
する。
によって符号化された映像データの時間解像度を、フレ
ーム間動き予測に使用しないフレームを間引くことで実
現する時間解像度変換部を備える映像データ変換装置で
あることを特徴とする。
によって符号化された映像データの時間解像度を、フレ
ーム間動き予測に使用するフレームを含めて間引くこと
で実現する時間解像度変換部を備え、前記動きベクトル
マッピング部は、フレーム間動き予測に使用するフレー
ムが間引かれる場合は、間引かれたフレームにおける動
きベクトルを利用して、第2の映像符号化方式で用いる
べき動きベクトル候補を決定し、前記符号化モード判定
手段は、フレーム間動き予測に使用するフレームが間引
かれる場合は、間引かれたフレームにおける符号化モー
ドを利用して、第2の映像符号化方式で用いるべき符号
化モードを決定する映像データ変換装置であることを特
徴とする。これらによって、時間や空間解像度の変更を
伴う映像データ変換が可能とする。
EC 13818-2に規定されるMPEG-2映像符号化方式であり、
前記第2の映像符号化方式は、ISO/IEC 14496-2に規定さ
れるMPEG-4映像符号化方式である映像データ変換装置こ
とを特徴とする。
域に分割し、その単位で一部の符号化パラメータを選択
して符号化を行う第1の映像符号化方式に従う映像符号
化データを入力として、映像信号の各フレームを所定部
分領域に分割し、その単位で一部の符号化パラメータを
選択して符号化を行う第2の映像符号化方式に従う映像
符号化データへの変換を行う際の映像データ変換方法で
あって、前記第1の映像符号化方式における所定部分領
域単位の符号化パラメータである動きベクトルから、前
記第2の映像符号化方式における所定の部分領域の単位
で用いる動きベクトルの候補を生成し、生成した第2の
映像符号化方式における動きベクトルの候補のうち、該
動きベクトル候補を用いた場合の予測効率を評価する予
測誤差評価値に基づいて、第2の映像符号化方式におい
て使用する動きベクトルを決定する映像データ変換方法
であることを特徴とする。これによって、第2の映像符
号化方式における符号化性能のインパクトを考慮した動
きベクトル変換を可能となる。
は、MPEG-2ビデオデータを入力とし、空間解像度が縦横
1/2にダウンサンプリングされたMPEG-4ビデオデータを
出力する映像トランスコーダについて説明する。以下の
説明では、MPEG-4はMPEG-4シンプルプロファイルに準拠
する符号化方式とする。
コーダの内部構成を示す。本トランスコーダは、MPEG-2
デコーダ部2、MPEG-4エンコーダ部10が、空間解像度
変換部としての解像度変換部6、動きベクトルマッピン
グ部7、符号化モード推定部8を介してカスケード接続
された構成であらわされる。
を生成し、解像度変換部6において画素領域で縦横1/2
のサイズへ解像度変換を行った後、MPEG-4エンコーダ部
10で符号化を行う。この際、MPEG-4エンコーダ部10
の動きベクトル検出処理を省略するため、動きベクトル
マッピング部7において、MPEG-2ビデオストリームから
取り出した動きベクトルを、MPEG-4符号化に利用可能な
動きベクトルへ変換する。さらに、符号化モード推定部
8において、MPEG-2ビデオストリームから取り出した符
号化モード情報から、MPEG-4符号化で利用すべき符号化
モード情報に関する方針を決定する。
動作を詳しく説明する。.入力MPEG-2ビデオストリームの復号処理 まず、MPEG-2準拠の符号化方式で圧縮された入力圧縮デ
ータ1がMPEG-2デコーダ部2に入力される。MPEG-2デコ
ーダ部2では、可変長復号部2AにおいてMPEG-2規格に
従い入力圧縮データ1のシンタックス解析が行われ、符
号化モード情報3、および動きベクトル情報4、予測残
差信号符号化データ2Bが生成される。予測残差信号符
号化データ2Bは、逆量子化部2C、逆DCT部2Dを経て、
予測残差信号復号値2Eに復号される。
のものだけでなく、フレーム予測かフィールド予測かを
示すフラグなど、MCに関わるすべての情報を含むものと
する。これは動き補償部2Fへ入力され、フレームメモ
リ2G中に格納される参照画像データ2Hと動きベクトル
とに従い、予測画像2Iが生成される。予測残差信号復
号値2Eと予測画像2Iが加算されて、復号画像5が生成
される。復号画像5は、MPEG-2デコーダ部2の出力とし
て、解像度変換部6へ出力されるとともに、以後のフレ
ームの動き補償に参照画像として用いるため、フレーム
メモリ2Gに格納される。
変換部6において、所定のダウンサンプルフィルタに基
づいた画素間引きにより、例えば縦横1/2の空間解像度
へ縮小される。この結果がMPEG-4エンコーダ部10への
入力画像9となる。なお、本実施の形態1では、時間方
向の解像度変換は、例えば、S.J.Wee他,"Field-to-fram
e Transcoding with Spatial And Temporal Downsampli
ng", IEEE International Conference on Image Proces
sing, Kobe, Japan, Oct.1999で開示されるように、MPE
G-2ストリーム中にBフレーム(両方向予測フレーム)が存
在する場合に、Bフレームを間引くことでフレームレー
トを削減する処理のみを許容する。これは、Bフレーム
は、I(イントラ)またはP(片方向予測)フレームとは異な
り、それ自身を別のフレームの予測に使用されないた
め、これを間引くことによって他のフレームの品質に影
響が及ぶことがないからである。例えば、I(イントラ)
またはP(片方向予測)フレームの間にBフレームを2フレ
ーム挿入する符号化パターンがよく用いられているが、
この場合、Bフレームをすべて間引くことによって、フ
レームレートを1/3に低減することが可能である。ま
た、本実施の形態1では、MPEG-2のI(イントラ)フレー
ムはMPEG-4でもI(イントラ)フレームのままとし、同じ
くMPEG-2のP(片方向予測)フレームはMPEG-4でもP(片方
向予測)フレームとして変換を行うものとする。
モード選択処理 以下、本発明のポイントである、動きベクトルマッピン
グ処理ならびに符号化モード選択処理について説明す
る。なお、本プロセスは、図1における動きベクトルマ
ッピング部7、符号化モード推定部8、およびMPEG-4エ
ンコーダ部10の構成要素である符号化パラメータ判定
部10Bとの連携によって実行される。
ャートを示す。MPEG-2復号画像5と、MPEG-4エンコーダ
部入力信号9とは、空間解像度が縦横1/2であるので、
以下説明する処理手順は、MPEG-2の2×2個のマクロブ
ロック、すなわちMPEG-4の1マクロブロックを単位とし
て実行されるものとする。
クロブロックに対して1本もしくは4本の動きベクトル
を割り当てられるため、動きベクトルのマッピングの方
法としては、図3(A)のように、4本のMPEG-2動きベク
トルから1本のMPEG-4動きベクトルへの変換する場合
と、図3(B)のように、4本のMPEG-2動きベクトルから
4本のMPEG-4動きベクトルへの変換の2通りがある。
S0) まず、符号化モード推定部8において、図3に示すMPEG
-2の2×2マクロブロック内の符号化モード分布の様子
を調べる。4つのマクロブロックすべてがINTRAモード
である場合、および4つのマクロブロックすべてがSKIP
モードである場合は、それぞれMPEG-4符号化で用いるべ
き変換後の符号化モードは強制的にINTRA、SKIPとす
る。この場合には、動きベクトルはすべてゼロとし、以
降のステップをスキップする。
ずフレーム内で符号化するモード、SKIPモードとは、参
照画像中の同一位置の画像データをそのままコピーする
モードで、符号化情報を伝送しないモードのことであ
る。
かに動き予測モードを含んでいるケースについてのみ、
INTERモード、すなわち動きベクトルを用いて動き予測
を行うモードを採用することで符号化効率がよくなる可
能性が含まれるケースとみなされる。ただし、この場
合、以下の手順2)以降のプロセスに従い、とりうるMPEG
-4符号化モードのうち符号化効率の意味で最適なモード
を再度決定する。
12には、強制的にINTRA、強制的にSKIP、もしくはINT
ERモードの可能性がある、という3ケースの選択肢が出
力される。
れた場合は、MPEG-2デコーダ部2内の可変長復号部2A
から出力される2×2マクロブロック分のMPEG-2の動き
ベクトルから、MPEG-4エンコーダ部10にて用いる動き
ベクトルの候補を定める。本プロセスは、動きベクトル
マッピング部7において実施される。MPEG-2はインタレ
ース信号の圧縮符号化をサポートし、フレームを符号化
単位とするフレーム構造符号化、フィールドを符号化単
位とするフィールド構造符号化の2つの符号化モードの
いずれかを選択できる。フレーム構造符号化では、16
×16画素からなるマクロブロックをフレーム画像領域
で構成し、フィールド構造符号化ではフィールド画像領
域でマクロブロックを構成する。フレームは、トップフ
ィールド(上部ラインを構成するフィールド)と、ボトム
フィールド(下部ラインを構成するフィールド)をくし状
に組合せた画像データとして定義されるため、フィール
ド構造符号化におけるマクロブロックは、フレーム画像
領域におけるマクロブロックに対して、垂直方向をカバ
ーする領域が2倍になる。
予測モードと対応する動きベクトルの様子を示したもの
である。図4(A)はフレーム構造符号化時に利用可能な
動き予測モードで、同図(B)はフィールド構造符号化時
に利用可能な動き予測モードである。図4(A)におい
て、フレーム予測は、フレーム画像からなるマクロブロ
ックを1本の動きベクトルvfrで予測する。フィールド予
測は、フレーム画像からなるマクロブロックの個々のフ
ィールド領域に対して、個別の動きベクトルvtfおよびv
bfで予測を行う。このとき、参照するフィールドがトッ
プフィールドかボトムフィールドかを選択することが可
能である。デュアルプライム予測は、1本のフィールド
ベクトルvで同一フィールド位置から第1の予測画像を生
成する(トップフィールドの予測はトップフィールドを
参照、ボトムフィールドの予測はボトムフィールドを参
照)とともに、別フィールド位置からはベクトルvをフィ
ールド間距離に基づいてスケーリングした結果に微小ベ
クトルdmvを加算した動きベクトルで第2の予測画像を生
成して、第1および第2の予測画像の加算平均を個々のフ
ィールドの予測画像として用いるものである。
フィールド画像からなるマクロブロックを1本の動きベ
クトルvfiで予測する。16×8予測は、フィールド画
像からなるマクロブロックを上下16×8の2つの領域
に分割し、それぞれを個別の動きベクトルvfi,upperお
よびvfi,lowerで予測する。デュアルプライム予測は、
フレーム構造符号化の場合のルールをフィールドに適用
した予測を行う。
MPEG-2動き予測モードに対応して、MPEG-4符号化のため
の動きベクトルを生成する。本実施の形態1では、MPEG
-4符号化に利用する動きベクトルは、以下の手順で選定
する。
選定(ステップS1) MPEG-2のマクロブロックの単位に定義される動きベクト
ルを、その予測の性質に応じて解像度変換後の動きベク
トルのスケールにダウンスケールし、MPEG-2の2×2マ
クロブロックの領域に対応する4本の動きベクトルを一
意に定め、それら動きベクトルを、MPEG-4のINTER4Vモ
ードのための動きベクトル候補とする。INTER4Vモード
とは、フレーム画像領域で定義される16×16画素か
らなるマクロブロック領域を4つの8×8画素ブロック
に分割し、それぞれ個別の動きベクトルで予測するモー
ドのことである。図3(B)のケースに該当する。本ステ
ップについては、以下のルールに基づいてINTER4Vモー
ドのための動きベクトル候補を選定する。
した動きベクトルを候補とする。
の動きベクトルvtfを、水平方向1/2した動きベクトルを
候補とする。
ールドのための動きベクトルvおよびαv+dmvの平均値
を、水平方向1/2した動きベクトルを候補とする。
てのみ抽出を行う。 [フィールド予測の場合]動きベクトルvfiを水平方向に1
/2、垂直方向に1/4した動きベクトルを候補とする。
fi,upperとvfi,lowerを平均し、水平垂直各1/2した動き
ベクトルを候補とする。
ルvおよびαv+dmvの平均値を、水平方向に1/2、垂直方
向に1/4した動きベクトルを候補とする。
選定(ステップS2) 上記定められた4本の動きベクトルから、MPEG-4のINTE
Rモードのための動きベクトルを定める。INTERモードと
は、フレーム画像領域で定義される16×16画素から
なるマクロブロック領域を1本の動きベクトルで予測す
るモードのことである。図3の(A)のケースに該当す
る。これは、例えば、B.Shen他、"Adaptive Motion-Vec
tor Resampling for Compressed Video Downsampling",
IEEE Transactions on Circuits And Systems for Vid
eo Technology, vol.9, no.6, Sep.1999に開示される方
法で決定することが考えられる。
ER4V用動きベクトル候補は、動きベクトルマッピング情
報11として、MPEG-4エンコーダ部10へ入力される。
き動きベクトルの候補が選定されたため、残る符号化モ
ードの可能性としてINTRA、SKIPのうち、最も符号化効
率のよいモードを選択する。この結果として、最終的な
符号化モードと動きベクトルが決定される。この処理
は、符号化パラメータ判定部10Bで実行される。
下式に示すレート歪コストJmを用いる。
はモードmの場合の動きベクトル、Mはモード種別の集合
(M=(INTRA,SKIP,INTER,INTER4V))、αmはモードmに応じ
て定まる定数、Emはモードm使用時の予測誤差評価値、R
vmは動きベクトルがvmの場合の動きベクトル符号量、λ
は正の定数、m*, vm*は本評価の結果選定される符号化
モードと動きベクトルである。なお、この3)の符号化モ
ード判定の際、予測誤差評価値と、動きベクトル符号量
とのどちらか一方のみに基づくようにしても良い。
関しては、例えば、入力信号9と、動きベクトルvmを用
いて動き補償部10Aから得られる予測画像候補との間
の差分絶対値和などで定義することができる。なお、SK
IPの場合の動きベクトルvmはゼロであり、Rvmもゼロで
あるとする。同じ評価式でINTRAモードも評価を行うた
めに、INTRAモードのEmとしては、入力信号9における
マクロブロック内の輝度信号平均値を予測画像候補とみ
なし、それを入力信号9から差し引いた差分の絶対値和
を用いることができる。なお、Emは輝度信号のみでな
く、色差成分(Cb、Cr成分)を加味して定義するように構
成してもよい。
成分サンプル比は多くの場合Y:Cb:Cr=4:2:0(輝度成分1
6×16画素領域に対して、8×8画素領域のCb、Cr成
分が対応するケース)を用いることが多いので、例え
ば、Cb、Crのそれぞれの8×8領域の平均値(DC成分)を
上記INTRAモードの輝度成分のケースと同様、予測画像
候補とみなし、入力信号9のCb、Cr各成分から該平均値
を差し引いた差分絶対値和を加味するように構成でき
る。これによって、輝度パターンの類似度だけでなく、
色の類似度も考慮した動きベクトルを評価することが可
能となり、視覚的に目立ちやすい色ずれによる劣化を抑
制することができる。
号量Rvmがゼロである一方、符号化すべきDCT係数が多く
なるため、重みαmによってあらかじめEmに対する評価
の重みを変更しておく。これによって、擬似的にINTRA
モードのDCT係数符号量の加算分を考慮したモード判定
を行うことが可能となる。
の乗算でなく、オフセット値Omの加算で実現してもよ
い。また、λの値としては、例えば、Gary J. Sullivan
and Thomas Wiegand, "Rate-Distortion Optimization
for Video Compression", IEEE Signal Processing Ma
gazine, vol. 15, no. 6, pp. 74-90, Nov. 1998.に開
示される以下の値を用いることができる。ただし、Qp
は、符号化対象マクロブロックの量子化ステップパラメ
ータである。
として定義し、mのループ処理の形式で上記プロセスを
記述している。符号化モード推定部8の出力12から、
INTERモードの評価価値があると判断される場合に、mお
よびコスト評価値min_Jを初期化して(ステップS3)処理
を開始する。
経て、INTRAである場合は、当該マクロブロック内の輝
度値の平均値を算出する(ステップS5)。さもなくば、動
きベクトルマッピング情報11から定まる動きベクトル
vmを用いて動き補償部10Bを利用して予測画像候補を
得る(ステップS6)。ステップS5またはステップS6の結果
は、入力信号9であらわされる符号化対象マクロブロッ
クの輝度信号との間で差分絶対値和が計算され、それを
上記EmとしてコストJmを算出する(ステップS7)。ステッ
プS8、S9において、コスト最小となるモードmへの候補
更新が行なわれ、ステップS10でmをインクリメントし、
ステップS11でループが終了するまで上記処理を継続す
る。
ードの利用価値があると判断されるケースでは、MPEG-4
符号化においてとりうるすべての符号化モードを対象と
して最適なモード選択ならびにそれに付随する動きベク
トルを選定することが可能となる。従来技術では、上記
1)に記載したような動きベクトル候補の選定は開示して
いるが、その結果得られる動きベクトル自身の符号量コ
スト、MPEG-4符号化へのインパクトまでは評価されな
い。特に低レートのMPEG-4符号化を行うような場合に
は、動きベクトルの符号量の大きさを無視しにくくなる
が、上記判定規範を用いることで、INTER、INTER4Vの動
きベクトル候補のうち符号量と予測精度の最適なトレー
ドオフを与えるものを選択することができる。また、IN
TRA、SKIPも同様の評価尺度で判定を行うようにするこ
とで、同一の判定規範でMPEG-4符号化に用いるべき動き
ベクトルと符号化モードを一括して決定することができ
る。
タ1から抽出された動きベクトル情報、符号化モード情
報を再利用する形で、動きベクトルマッピング情報1
1、符号化モード強制設定情報12が入力され、解像度
変換後のMPEG-2復号画像9の符号化に用いられる。これ
らの情報は上記で述べた手順に基づいて、符号化パラ
メータ判定部10Bにおける、MPEG-4の各マクロブロッ
ク単位に符号化に用いる符号化モードおよび動きベクト
ルの決定に利用される。
ードの場合は動き補償部10Aで予測画像10Cが生成さ
れ、入力信号9との差分をとって予測残差信号が生成さ
れ、それがDCT部10D、量子化部10Eを経て可変長符
号化部10JによってMPEG-4ビデオストリームの形式に
配列される。
のがDCT、量子化されたのち可変長符号化される。SKIP
モードの場合は、当該マクロブロックがSKIPであること
を示すフラグ(not_coded)のみをビットストリームに多
重することで符号化を完了する。
0F、逆DCT部10Gを経て予測残差信号復号値10Hに戻
され、予測画像10Cと加算されたのち、以降のフレー
ムのMCに用いるためにフレームメモリ10Mに格納され
る。なお、可変長符号化部10Jは、その内部にAC、DC
成分の予測処理、DCT係数のランレングス符号化のため
のスキャニング処理を含む。
ッファリングされた後、伝送もしくは記録されることか
ら、一般にバッファ占有量10Kに基づいた符号化制御
を、符号化制御部10Lが実施する。ここでは、主とし
てフレームた、マクロブロックをラスタスキャン順に複
数個グルーピングした単位で、フレーム内での周辺画像
領域との依存関係を断ち切ることで誤りからの早期復帰
に用いられるビデオパケット、マクロブロックなどの単
位で、量子化ステップパラメータ(Qp)10Nを決定する
処理を行う。決定された量子化ステップパラメータ10
Nは、量子化部10E、逆量子化部10Fへ入力されると
ともに、上記λ算出のため符号化パラメータ判定部10
Bにも入力される。
ば、MPEG-2映像データからMPEG-4映像データへの変換動
作を行うトランスコーダにより、MPEG-2データ中の動き
ベクトルや符号化モードの情報を再利用しながらMPEG-4
符号化における最適な符号化モードならびに動きベクト
ルの決定を行うので、その結果、少ない演算量でトラン
スコード映像の品質を向上させることが可能である。
きい動きベクトル検出処理を簡略化したので、従来の単
純動きベクトル再利用手法に比べてMPEG-2からMPEG-4へ
の映像トランスコーティング品質を向上させることがで
きる。
よれば、符号化制御部10Lにおける量子化ステップパ
ラメータ(Qp)10Nの決定プロセス、もしくはフレーム
やビデオパケット、マクロブロック等の設定単位と、上
記に述べたMPEG-2の動きベクトル・符号化モード情報
再利用の方針とを密に連携させることで、さらに符号化
効率の改善を行うことができる。
イルを前提として記載したが、本構成のトランスコーダ
は、MPEG-4アドバンスドシンプルプロファイルや、ITU-
T H.263においてAnnex Fに記載される動き予測オプショ
ンをサポートするケースなど、MPEG-4シンプルプロファ
イルに準ずるあらゆる多モード符号化方式に適用可能で
ある。
換部としてだけでなく、さらに時間解像度変換部として
機能して、動き予測の影響が伝播するPフレームを間引
くことによる時間解像度すなわちフレームレートの変換
を行う実施の形態について説明する。なお、解像度変換
部6は、空間解像度変換部および時間解像度変換部とし
て機能しても良いし、空間解像度変換部としては機能せ
ず時間解像度変換部としてのみ機能するようにしても勿
論よい。
の内部構成を示す。なお、本実施の形態2のトランスコ
ーダの構成は、図1に示す実施の形態1のトランスコー
ダの内部構成と同じであり、解像度変換部6および動き
ベクトルマッピング部7の動作が、実施の形態1と異な
るため、実施の形態1と異なる動作については詳細に説
明する。
ダウンサンプルフィルタに基づいた画素間引きにより、
縦横1/2の空間解像度へ縮小される。さらに、MPEG-4エ
ンコーダ部10から通知される符号化フレーム指示情報
13に基づいて、MPEG-4エンコーダ部10への入力信号
9の入力フレームレートを制御する。本実施の形態2で
は、実施の形態1に述べたBフレームの間引き処理だけ
でなく、符号化フレーム指示情報13の指示次第でPフ
レームの間引きも行う構成とする。符号化フレーム指示
情報13は、MPEG-4エンコーダ部10が固定フレームレ
ートで符号化を行う場合には、その符号化フレームレー
ト値を示し、MPEG-4エンコーダ部10が可変フレームレ
ートで符号化を行う場合には、符号化対象となるフレー
ムの表示時刻情報、あるいは直前のMPEG-4符号化フレー
ムからのフレーム数オフセット情報などを示す。
モード選択処理 以下、本実施の形態2のポイントである、動きベクトル
マッピング処理ならびに符号化モード選択処理について
説明する。本プロセスは、図5における動きベクトルマ
ッピング部7、符号化モード推定部8、およびMPEG-4エ
ンコーダ部10の構成要素である符号化パラメータ判定
部10Bとの連携によって実行される。
ャートを示す。MPEG-2復号画像5とMPEG-4エンコーダ部
入力信号9とは、空間解像度が縦横1/2であるので、以
下説明する処理手順は、MPEG-2の2×2個のマクロブロ
ック、すなわち、MPEG-4の1マクロブロックを単位とし
て実行されるものとする(図3参照のこと)。
-2の2×2マクロブロック内の符号化モード分布の様子
を調べる。
/MPEG-4ビデオトランスコーディングシステムにおける
符号化モード推定部8のMPEG-2符号化モードの監視動作
を示す。図7に示すように、本実施の形態2では、符号
化フレーム指示情報13に基づき、直前にMPEG-4符号化
の対象となったフレーム以降、現在符号化対象となるフ
レームに至るまでのフレーム間引きの間、MPEG-2符号化
モードの監視を行う(ステップS12、S13)。MPEG-2の4つ
のマクロブロックすべてがINTRAモードになる場合が1回
でもあれば、MPEG-4符号化で用いるべき変換後の符号化
モードは強制的にINTRAモードとする。
モードになる場合については、直前にMPEG-4符号化の対
象となったフレーム以降、現在符号化対象となるフレー
ムに至るまでフレーム間引きの間、常にSKIPが継続する
場合についてはMPEG-4符号化で用いるべき符号化モード
は強制的にSKIPとし、一回でもSKIPでないケースがある
場合はINTERモードの可能性を検討するものとする。た
だし、フレーム間引きを行っている間のMPEG-2符号化モ
ードの監視はPフレームについてのみ行うものとし、Iフ
レームはそのままIフレームとして間引きを行わずにMPE
G-4符号化を行い、MPEG-2符号化モードの監視をリセッ
トする(ステップS14、S15)。強制的にINTRAまたはSKIP
となる場合については、動きベクトルはすべてゼロと
し、以降のステップをスキップする。
12には、強制的にINTRA、強制的にSKIP、もしくはINT
ERモードの可能性がある、という3ケースの選択肢が出
力される(ステップS0)。
ると判断されたケースについてのみ、以下の手順2)以降
のプロセスに従い、とりうるMPEG-4符号化モードのうち
符号化効率の意味で最適なモードを再度決定する。
れた場合は、図8に示すように、符号化フレーム指示情
報13に基づき、直前にMPEG-4符号化の対象となったフ
レーム以降、現在符号化対象となるフレームに至るまで
のフレーム間引きの間、MPEG-2動きベクトルの監視を行
う(ステップS12、S13)。監視の結果得られるMPEG-2動き
ベクトルから、MPEG-4エンコーダ部10にて用いる動き
ベクトルの候補を定める。本プロセスは、動きベクトル
マッピング部7において実施される。上記1)の結果か
ら、本プロセスでは、原則、フレーム間引きが行なわれ
る間のMPEG-2の符号化モードとしてSKIPモードもしくは
INTERモードが発生するケースを考慮することになる。
そこで、以下のルールを適用する。
きベクトル候補は、フレームレート変換の結果間引かれ
るフレームの同一空間位置に存在するマクロブロックの
動きベクトルを下式による累積することで求める。
ロブロックの動きベクトル候補、kはフレームレート変
換の結果間引かれるフレームのカウンタ、S(*)は解像度
にあわせた動きベクトルのスケーリング、vk MPEG2はMPE
G-4符号化対象マクロブロック領域に対応するMPEG-2の
動きベクトルを表す。ただし、vMPEG4にはINTER、INTER
4Vの2種類があり、実施の形態1の2-2)に述べたよう
に、まずINTER4Vの動きベクトル候補を求めたのち、INT
ER動きベクトル候補を定める。(ステップS1、S2)
符号化に伴うフレーム・フィールドベクトルの違いを考
慮して、実施の形態1における2-1)のルールに従うスケ
ーリング処理を行う。
の時点で、SKIPモードが発生する場合は、累積すべき動
きベクトルvk MPEG2はゼロとする。
トルの監視ならびに上記動きベクトル累積をリセットす
る(ステップS14、S15)。
き動きベクトルの候補が選定されたため、残る符号化モ
ードの可能性としてINTRA、SKIPのうち、最も符号化効
率のよいモードを選択する(ステップS3〜S11)。この結
果として、最終的な符号化モードと動きベクトルが決定
される。この処理は、符号化パラメータ判定部10Bで
実行される。以下、符号化パラメータ判定部10Bにお
ける処理は実施の形態1の3)に準ずる。ただし、動き予
測に用いる参照画像は、現在符号化対象となるフレーム
の直前にMPEG-4符号化されたフレームの局所復号画像を
用いることになる。
ば、Pフレームの間引きを伴う時間解像度すなわちフレ
ームレート変換を実行するトランスコーディングに際し
ても、MPEG-4符号化においてとりうるすべての符号化モ
ードを対象として最適なモード選択ならびにそれに付随
する動きベクトルを選定することが可能となる。
間引きを行うトランスコーダにおいても、演算負荷の大
きい動きベクトル検出処理を簡略化したので、従来の単
純動きベクトル再利用手法に比べてMPEG-2からMPEG-4へ
の映像トランスコーティング品質を向上させることがで
きる。
イルを前提として記載したが、本構成のトランスコーダ
は、MPEG-4アドバンスドシンプルプロファイルや、ITU-
T H.263においてAnnex Fに記載される動き予測オプショ
ンをサポートするケースなど、MPEG-4シンプルプロファ
イルに準ずるあらゆる多モード符号化方式に適用可能
で、本発明は、MC+DCT映像符号化方式を対象とするトラ
ンスコーディング全般について適用可能である。
第1の映像符号化方式における所定部分領域単位の符号
化パラメータである動きベクトルから、第2の映像符号
化方式における所定の部分領域の単位で用いる動きベク
トルの候補を生成し、生成した第2の映像符号化方式に
おける動きベクトルの候補のうち、該動きベクトル候補
を用いた場合の予測効率を評価する予測誤差評価値と、
該動きベクトル候補を用いることによる動きベクトル符
号量を評価する値と等に基づいて、第2の映像符号化方
式において使用する動きベクトル等を決定するようにし
たので、第2の映像符号化方式における符号化性能のイ
ンパクトを考慮した動きベクトル等を変換することが可
能となる。
ランスコーディングシステムの内部構成を示す図面であ
る。
オトランスコーディングシステムにおける動きベクトル
マッピングおよび符号化モード判定処理の動作フローを
示す図面である。
オトランスコーディングにおける、解像度変換を伴うト
ランスコーディング単位を示す図面である。
の種別を説明する図面である。
トランスコーディングシステムの内部構成を示す図面で
ある。
デオトランスコーディングシステムにおける動きベクト
ルマッピングおよび符号化モード判定処理の動作フロー
を示す図面である。
デオトランスコーディングシステムにおける符号化モー
ド推定部8のMPEG-2符号化モードの監視動作を示す図面
である。
デオトランスコーディングシステムにおける動きベクト
ルマッピング部7のMPEG-2動きベクトルの監視動作を示
す図面である。
変換部、時間解像度変換部)、7 動きベクトルマッピ
ング部、8 符号化モード推定部 10B 符号化パラ
メータ判定部、10 MPEG-4エンコーダ部。
Claims (8)
- 【請求項1】 映像信号の各フレームを所定部分領域に
分割し、その単位で動きベクトル等の符号化パラメータ
を選択して符号化を行う第1の映像符号化方式に従う映
像符号化データを入力として、映像信号の各フレームを
所定部分領域に分割し、その単位で符号化パラメータを
選択して符号化を行う第2の映像符号化方式に従う映像
符号化データへの変換を行う映像データ変換装置であっ
て、 前記第1の映像符号化方式における所定部分領域単位の
符号化パラメータである動きベクトルから、前記第2の
映像符号化方式における所定の部分領域の単位で用いる
動きベクトルの候補を生成する動きベクトルマッピング
部と、 前記生成された第2の映像符号化方式における動きベク
トルの候補のうち、該動きベクトル候補を用いた場合の
予測効率を評価する予測誤差評価値と、該動きベクトル
候補を用いることによる動きベクトル符号量を評価する
値とに基づいて、第2の映像符号化方式において使用す
る動きベクトルを決定する符号化パラメータ判定部と、 を備えることを特徴とする映像データ変換装置。 - 【請求項2】 前記動きベクトルマッピング部は、前記
第2の映像符号化方式がとりうる動き予測の種類の分だ
け動きベクトル候補を生成することを特徴とする請求項
1記載の映像データ変換装置。 - 【請求項3】 さらに、前記第1の映像符号化方式にお
ける所定部分領域単位の符号化パラメータである符号化
モードに基づき、前記第の映像符号化方式における所定
の部分領域の単位の符号化モードを推定する符号化モー
ド推定部を備え、 前記符号化パラメータ判定部は、符号化モードを決定す
る際、 前記符号化モード推定部によって推定された符号化モー
ドに基づいて前記第2の映像符号化方式における所定部
分領域単位で用いるべき符号化モードを強制的に決定す
るか、あるいは前記予測誤差評価値と前記動きベクトル
符号量の評価値と基づいて前記第2の映像符号化方式に
おける所定の部分領域の単位で用いるべき符号化モード
を決定するかを選択して、第2の映像符号化方式におい
て使用すべき符号化モードを判定することを特徴とする
請求項1または請求項2記載の映像データ変換装置。 - 【請求項4】 さらに、前記第1の映像符号化方式によ
って符号化された映像データの空間解像度を、水平およ
び垂直方向に各半分の解像度に変換する空間解像度変換
部を備えることを特徴とする請求項1〜3からいずれか
の請求項に記載の映像データ変換装置。 - 【請求項5】 さらに、前記第1の映像符号化方式によ
って符号化された映像データの時間解像度を、フレーム
間動き予測に使用しないフレームを間引くことで実現す
る時間解像度変換部を備えることを特徴とする請求項1
〜請求項4いずれかの請求項に記載の映像データ変換装
置。 - 【請求項6】 さらに、前記第1の映像符号化方式によ
って符号化された映像データの時間解像度を、フレーム
間動き予測に使用するフレームを含めて間引くことで実
現する時間解像度変換部を備え、 前記動きベクトルマッピング部は、フレーム間動き予測
に使用するフレームが間引かれる場合は、間引かれたフ
レームにおける動きベクトルを利用して、第2の映像符
号化方式で用いるべき動きベクトル候補を決定し、 前記符号化モード判定手段は、フレーム間動き予測に使
用するフレームが間引かれる場合は、間引かれたフレー
ムにおける符号化モードを利用して、第2の映像符号化
方式で用いるべき符号化モードを決定することを特徴と
する請求項3または請求項4いずれかに記載の映像デー
タ変換装置。 - 【請求項7】 前記第1の映像符号化方式は、ISO/IEC 1
3818-2に規定されるMPEG-2映像符号化方式であり、前記
第2の映像符号化方式は、ISO/IEC 14496-2に規定される
MPEG-4映像符号化方式であることを特徴とする請求項1
〜6からいずれかの請求項に記載の記載の映像データ変
換装置。 - 【請求項8】 映像信号の各フレームを所定部分領域に
分割し、その単位で一部の符号化パラメータを選択して
符号化を行う第1の映像符号化方式に従う映像符号化デ
ータを入力として、映像信号の各フレームを所定部分領
域に分割し、その単位で一部の符号化パラメータを選択
して符号化を行う第2の映像符号化方式に従う映像符号
化データへの変換を行う際の映像データ変換方法であっ
て、 前記第1の映像符号化方式における所定部分領域単位の
符号化パラメータである動きベクトルから、前記第2の
映像符号化方式における所定の部分領域の単位で用いる
動きベクトルの候補を生成し、 生成した第2の映像符号化方式における動きベクトルの
候補のうち、該動きベクトル候補を用いた場合の予測効
率を評価する予測誤差評価値と、該動きベクトル候補を
用いることによる動きベクトル符号量を評価する値との
うち少なくとも一方に基づいて、第2の映像符号化方式
において使用する動きベクトルを決定することを特徴と
する映像データ変換方法。
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