JP2004274773A - Fgs/pfgsビデオビットストリームのパケット化 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ビデオ符号化システムは、各符号化ビットストリームセグメントに関連付けられたひずみ削減に対する推定された全寄与に基づいて、パケット化のために符号化ビットストリームセグメントを選択することによって、FGS/PFGS符号化ビデオビットストリームのパケット化を実行する。選択されたビットストリームセグメントは、その後、パケット間の従属性を最小にするパケット独立型パケット化戦略に従ってパケット化される。
【選択図】 図10
Description
以下の論述は、帯域幅変動および配送プロセスエラーの両方の影響を最小限にするための、ファイン・グラニュラリティ・スケーラブル(FGS)およびプログレッシブ・ファイン・グラニュラリティ・スケーラブル(PFGS)のビデオビットストリームのパケット化を対象とするものである。FGSおよびPFGSコード体系は、帯域幅変動の悪影響に対処するものであり、最適な配送メカニズムは、配送プロセス中に導入されるエラーを最小限にすることによってストリーミング性能を向上させることに焦点を合わせたものである。パケット間の従属性が低いビットストリームは、パケット間の従属性が高いビットストリームに比べて、結果的に配送エラーの伝播を少なくする。したがって、パケット間の従属性を減らすためにFGS/PFGS符号化ビットストリームのパケット化を最適化することによって、帯域幅の適合および最適な配送を相乗作用的に統合することができる。
図1は、ビデオビットストリームの符号化およびパケット化に使用可能な、ストリーミングビデオシステム100の例を示す図である。ストリーミングビデオシステム100は、ビデオ符号化コンピュータシステム102と、ネットワーク106によってコンピュータシステム102に接続された1つまたは複数のクライアントデバイス104を含む。ビデオ符号化コンピュータシステム102は、ビデオストリームをFGSまたはPFGSコード体系に従って符号化し、符号化されたビデオストリームを、パケット間の従属性を最小限にするためにパケット化方式に従ってパケット化する。その後、符号化ビデオストリームを含むデータパケット108は、ネットワーク106を介してクライアントデバイス104に伝送される。
図2〜4は、ビデオビットストリームを符号化するための3つの例示的方法を示す図である。ファイン・グラニュラリティ・スケーラブル(FGS)コード体系は、結果として、低品質基層および高品質エンハンスメント(enhancement;拡張)層の、2つのビットストリームを生じさせる。FGS符号化フレームは、前のフレームの基層から予測することができる。例示的なFGSコード体系について、図2を参照しながら以下でより詳細に述べる。
図2は、FGSコード体系のアーキテクチャ例を示す図である。FGSは、使用可能帯域幅に基づいて任意に切り捨てることのできるビットストリームを結果として生じさせ、そのビットストリームの各切り捨てバージョンは依然として完全に復号可能であるような、コード体系である。図2に示されるように、FGSエンコーダは、基層(ブロック202(1)、202(2)、202(3)、202(4)、・・・で表示)およびエンハンスメント層(ブロック204(1)、204(2)、204(3)、204(4)、...、206(1)、206(2)、206(3)、206(4)、...、208(1)、208(2)、208(3)、208(4)、...で表示)の、2つのビットストリームを生成する。
図3は、2つの基準を備えたフレームベースのプログレッシブ・ファイン・グラニュラリティ・スケーラブル(PFGS)コード体系の例示的アーキテクチャを示す図である。PFGSは、基準フレームの基層からのフレームの基層の予測を続行しながら、基準フレームのエンハンスメント層からフレームのエンハンスメント層を予測することによって、FGSをさらに改善したコード体系である。たとえば、図3に示されるように、第2のフレームの基層302(2)は第1のフレームの基層302(1)から予測され、第2のフレームのエンハンスメント層304(2)、306(2)、308(2)、...は第1のフレームのエンハンスメント層308(1)から予測される。同様に、第3のフレームの基層302(3)は第2のフレームの基層302(2)から予測され、第3のフレームのエンハンスメント層304(3)、306(3)、308(3)、...は第2のフレームのエンハンスメント層306(2)から予測される。フレームの品質は、基層よりもエンハンスメント層でより高いため、フレームベースのPFGSコード体系は、FGS方式よりも動き予測がより正確であり、したがって符号化効率が良い。
マクロブロックベースのプログレッシブ・ファイン・グラニュラリティ・スケーラブル(PFGS)符号化は、3つの符号化モード、および各エンハンスメント層マクロブロックに適用する符号化モードを選択するための意思決定メカニズムを使用することによって、フレームベースのPFGSをさらに改善したコード体系である。3つのモードとは、低予測低再構築(LPLR)、高予測低再構築(HPLR)、および高予測高再構築(HPHR)である。符号化する各マクロブロックについて適切なモードを選択的に選択することにより、FGSおよびフレームベースPFGSのコード体系に比べて、ドリフティングエラーは低ビットレートで削減され、符号化効率は中および高ビットレートで改善される。
前述のように、FGS、フレームベースPFGS、およびマクロブロックベースPFGSは、帯域幅変動の悪影響に対処するコード体系である。ただし、これまでに記述されたコード体系は、配送中のパケット損失によって生じるエラーの影響を最小限にするための手段は提供していない。
ネットワーク(たとえばインターネット)を介したストリーミングFGS/PFGSビットストリームの性能測定基準は、結果として性能を向上させることになるパケット化戦略を決定するために、代替のビットストリームパケット化戦略を比較するためのメカニズムを提供する。
p(Si復号可能)
=p(Si受信済み、Si−1復号可能)
=p(Si受信済み、Si−1受信済み、Si−2受信済み、...、S0受信済み)(1)
p(S0復号可能)=p(S0受信済み)
p(S1復号可能)=p(S1受信済み、S0復号可能)
=p(S1受信済み、S0受信済み)
p(S2復号可能)=p(S2受信済み、S1復号可能)
=p(S2受信済み、S1受信済み、S0受信済み)
p(Sx受信済み、Sy受信済み)
=p(Sx受信済み)=p(Sy受信済み)=p(パケットk受信済み)
p(Sx受信済み、Sy受信済み)
=p(Sx受信済み)×p(Sy受信済み)
=p(パケットj受信済み)×p(パケットk受信済み)
各符号化ビットストリームセグメントについて、ひずみ削減のレートおよび寄与がわかっている場合、ビットストリームセグメントセットIの選択は、標準的なラグランジュ最小化問題に変換可能であり、勾配の等しい引数(equal−slope argument)を適用することによって好ましい解決策を見つけることができる。各FGSまたはPFGSのエンハンスメント層ビットストリームセグメントでは、対応するレートは明示的であり、ひずみ削減に対するその寄与は、特にPFGSビットストリームの場合にそれほど明らかではない。
数式(5)および(6)に従って、ビットストリームセグメント(f,l,i)の全寄与は以下のようになる。
前述のように、上記数式(2)で定義された性能測定基準は、パケット化システムを選択する際に考慮すべき2つの要素を示す。第1に、使用可能帯域幅に最大ひずみ削減を提供するビットストリームセグメントセットIを選択しなければならず、第2に、パケット損失の影響を最小限にするパケット化戦略を選択しなければならない。ビットストリームセグメントセットIの選択について上記で論じたが、以下では、パケット化戦略の選択について論述する。
図8は、図6を参照しながら上記で説明した基線パケット化戦略に基づくものよりもパケット従属性が大幅に少なくなる、バイナリツリーパケット化戦略に従った2つのフレームのパケット化を示す図である。FGSエンハンスメントビットプレーンのビットストリームセグメントのサイズは、典型的にはほぼ指数関数的に増加する傾向にある。したがって、当然のごとく(naturlly)フレームのエンハンスメント層は、各ノードがビットストリームのセグメントを表し、その端部が従属性を表す、バイナリツリーによって表すことができる。うまく位置合わせされたバイナリツリー構造は、左の子をその親の左に位置合わせすること、および右の子をその親の右に位置合わせすることによって、トップダウン方式で構築される。
図9は、パケット間の従属性を消去するパケット独立型パケット化戦略に従った、多重のマクロブロックのパケット化を示す図である。前述のように、FGSおよびPFGSの両方のコード体系で使用されるビットプレーン符号化により、同じマクロブロックのエンハンスメント層ビットストリームセグメント間には強い従属性があるが、異なるマクロブロックのビットストリームセグメント間には従属性がない。したがって、パケット独立型パケット化戦略では、同じマクロブロックのすべてのビットプレーンからのビットストリームセグメントを、同じパケットにパケット化する。そのため、数式(2)によって定義された性能測定基準(パフォーマンス・メトリックス)は、次のように縮めることが可能であり、
ビデオ符号化コンピュータシステム102によって実行されるようなFGS/PFGSビデオビットストリームのパケット化については、コンピュータによって実行される、アプリケーションモジュールなどのコンピュータ実行可能命令の一般的なコンテキストで説明することができる。一般に、アプリケーションモジュールには、特定のタスクを実施するかまたは特定の抽象データ型を実施する、ルーチン、プログラム、オブジェクト、構成要素、データ構造などが含まれる。FGS/PFGSビデオビットストリームのパケット化システムは、任意数のプログラミング技法を使用して実施可能であり、ローカルコンピューティング環境で、あるいは、任意数の通信プロトコルに基づいて様々な通信ネットワークを介してリンクされたリモート処理デバイスによってタスクが実行される、分散コンピューティング環境で実施可能である。こうした分散コンピューティング環境では、アプリケーションモジュールを、メモリ記憶デバイスを含むローカルおよびリモート両方のコンピュータ記憶媒体に配置することができる。
以上、本発明に係わるシステムおよび方法について、構造的特徴および/または方法論的ステップ特有の言語で記載してきたが、特許請求の範囲で定義された本発明は、本実施形態の欄で記載された特定の特徴またはステップに必ずしも限定されるものではない。むしろ、その特定の特徴およびステップは、特許請求された本発明を実施する好ましい一形態として開示されているものである。
104 クライアントデバイス
106 ネットワーク
108 データパケット
110 プロセッサ
112 ネットワークインターフェース
114 メモリ
116 FGS/PFGSエンコーダ
118 ビットストリームセレクタ
120 パケットジェネレータ120
122 プロセッサ
124 ネットワークインターフェース
126 メモリ
128 FGS/PFGSデコーダ
130 他のアプリケーション
Claims (33)
- コード体系をビデオストリームに適用することによって、複数の符号化ビットストリームセグメントを生成すること、
前記複数の符号化ビットストリームセグメントから多重ビットストリームセグメントを選択すること、および
データパケット間の従属性が最小となるように、前記多重ビットストリームセグメントを前記データパケットにパケット化することを含むことを特徴とする方法。 - 前記コード体系はファイン・グラニュラリティ・スケーラブルコード体系を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記コード体系はプログレッシブ・ファイン・グラニュラリティ・スケーラブルコード体系を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記プログレッシブ・ファイン・グラニュラリティ・スケーラブルコード体系はフレームベースであることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記プログレッシブ・ファイン・グラニュラリティ・スケーラブルコード体系はマクロブロックベースであることを特徴とする請求項3に記載の方法。
- 前記選択することは、
使用可能な帯域幅に基づいて、前記複数の符号化ビットストリームセグメントから前記多重ビットストリームセグメントを選択することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記選択することは、
前記符号化ビットストリームセグメントの個々に関連付けられたひずみ削減に対する寄与に基づいて、前記多重ビットストリームセグメントを選択することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記選択することは、
前記符号化ビットストリームセグメントの個々に関連ビットレートを決定すること、
前記符号化ビットストリームセグメントの個々に関連付けられたひずみ削減に対する寄与を推定すること、
使用可能な帯域幅を決定すること、
伝送されるいくつかのフレームを決定すること、および
選択された各ビットストリームセグメントについて、前記関連ビットレートは前記使用可能な帯域幅によってサポートされ、前記関連付けられたひずみ削減に対する寄与は、選択されていない前記多重ビットストリームセグメントのうちの少なくとも1つに関連付けられたひずみ削減に対する寄与よりも大きいかまたは等しくなるように、前記多重ビットストリームセグメントを選択することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記パケット化することは、
多重データパケットを生成することを含み、その結果、第1のデータパケットは第1のマクロブロックの多重のビットプレーンに関連付けられたビットストリームセグメントを含むようになり、前記多重データパケットのうちの他のいずれの1つも前記第1のマクロブロックに関連付けられたビットストリームセグメントを含まないようになることを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記第1のデータパケットは、第2のマクロブロックの多重のビットプレーンに関連付けられたビットストリームセグメントも含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記パケット化することは、
フレームに関連付けられた多重のエンハンスメント層をバイナリツリーとして表すことを含み、前記ツリーの各ノードはビットストリームセグメントを表し、前記バイナリツリーの各子ノードは親ノードの端部と位置合わせされるものであって、
さらに前記パケット化することは、各データパケットが前記子ノードに関連付けられた親ノードも含む子ノードを含むように、多重データパケットを生成することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 複数の符号化ビットストリームセグメントのそれぞれについて、必要なビットレートを決定することおよびひずみ削減に対する寄与を推定すること、ならびに
前記複数の符号化ビットストリームセグメントからパケット化するビットストリームセグメントを選択することを含む方法であって、その結果、選択された前記ビットストリームセグメントが、使用可能な帯域幅によってサポートされる関連ビットレートを有すること、および選択されていない前記複数の符号化ビットストリームセグメントの個々の1つよりもひずみ削減へのより少ない寄与を有することになることを特徴とする方法。 - 前記選択されたビットストリームセグメントを1つまたは多重データパケットにパケット化することをさらに含むことを特徴とする請求項12に記載の方法。
- パケット化される複数の符号化ビデオビットストリームセグメントを識別すること、
前記ビットストリームセグメントをフレームのエンハンスメント層を表すバイナリツリーに従って配置構成すること、および
各データパケットが前記バイナリツリーの親ノードおよび子ノードを含むように、前記バイナリツリーに従って前記ビットストリームセグメントをデータパケットにパケット化することを含むことを特徴とする方法。 - ひずみ削減寄与しきい値に従って個々のビットストリームセグメントを除去するために、前記バイナリツリーを枝刈りすることをさらに含むことを特徴とする請求項14に記載の方法。
- パケット化される複数の符号化ビデオビットストリームセグメントを識別すること、および
特定のマクロブロックに関連付けられた前記ビットストリームセグメントがすべて同じデータパケットに含まれるように、前記ビットストリームセグメントをデータパケットにパケット化することを含むことを特徴とする方法。 - 前記パケット化することは、
各ビットストリームセグメントのひずみ削減寄与に従って、データパケット内の前記ビットストリームセグメントをラスタスキャンに順序付けすることをさらに含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 符号化ビットストリームセグメントを生成するように構成されたエンコーダと、
パケット化のために前記符号化ビットストリームセグメントのセットを選択するように構成されたビットストリームセレクタと、
パケット間の従属性を最小にするパケット化戦略にしたがって、前記符号化ビットストリームセグメントのセットをパケット化するように構成されたパケットジェネレータとを含むことを特徴とするシステム。 - 前記エンコーダは、ファイン・グラニュラリティ・スケーラブルエンコーダとして実施されることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
- 前記エンコーダは、プログレッシブ・ファイン・グラニュラリティ・スケーラブルエンコーダとして実施されることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
- 前記エンコーダは、フレームベースのプログレッシブ・ファイン・グラニュラリティ・スケーラブルエンコーダとして実施されることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
- 前記エンコーダは、マクロブロックベースのプログレッシブ・ファイン・グラニュラリティ・スケーラブルエンコーダとして実施されることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
- さらに前記エンコーダは、符号化ビットストリームセグメントに関連付けられた位置、必要なビットレート、およびひずみ削減に対する寄与を記載したデータを集めるように構成されることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
- さらに前記パケットジェネレータは、パケット間の従属性を最小にするバイナリツリーパケット化戦略に従って、前記符号化ビットストリームセグメントのセットをパケット化するように構成されることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
- さらに前記パケットジェネレータは、パケット間の従属性を消去するパケット独立型パケット化戦略に従って、前記符号化ビットストリームセグメントのセットをパケット化するように構成されることを特徴とする請求項18に記載のシステム。
- ストリーミングビデオデータを符号化するための手段と、
ひずみ削減に対する寄与に基づいて、符号化ビットストリームセグメントのセットを選択するための手段と、
パケット化されたビットストリームセグメントがデータパケットの個々の間の従属性を削減するように配置構成されるように、前記符号化ビットストリームセグメントのセットを含むデータパケットを生成するための手段とを含むことを特徴とするシステム。 - 前記生成する手段は、
前記ビットストリームセグメントの個々に関連付けられたひずみ削減に対する寄与に基づいて、データパケット内のビットストリームセグメントを編成するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項26に記載のシステム。 - 前記生成する手段は、
前記ビットストリームセグメントの個々に関連付けられたひずみ削減に対する寄与に基づいて、データパケット内のビットストリームセグメントを減少順に編成するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項26に記載のシステム。 - 前記符号化ビットストリームセグメントの個々に関連付けられたひずみ削減に対する寄与を推定するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項26に記載のシステム。
- 使用可能な帯域幅に基づいて前記符号化ビットストリームセグメントのセットを選択するための手段をさらに含むことを特徴とする請求項26に記載のシステム。
- 1つまたは複数のコンピュータ読取り可能媒体であって、実行されると、
複数の符号化ビデオビットストリームセグメントのそれぞれに関連付けられたひずみ削減に対する寄与を計算すること、
前記ひずみ削減に対する寄与の比較に基づいて、前記複数の符号化ビデオビットストリームセグメントのサブセットを決定すること、および
前記選択されたビデオビットストリームセグメントのサブセットを含むデータパケットを生成することを、コンピューティングシステムに指示するコンピュータ実行可能命令を含むことを特徴とする1つまたは複数のコンピュータ読取り可能媒体。 - 実行されると、前記ひずみ削減に対する寄与を、式
ΔD(f,l,i)=ΔD0(f,l,i)+ΔDdr(f,l,i)
に従って計算することを、コンピューティングシステムに指示するコンピュータ実行可能命令をさらに含み、上式で
ΔD0(f,l,i)は、f番目のフレーム、l番目のビットプレーン、およびi番目のマクロブロックに関連付けられたビットストリームセグメントのひずみ削減を表し、
ΔDdr(f,l,i)は、f番目のフレーム、l番目のビットプレーン、およびi番目のマクロブロックに関連付けられたビットストリームセグメントのドリフティング抑制を表すことを特徴とする請求項31に記載の1つまたは複数のコンピュータ読取り可能媒体。 - 実行されると、前記ドリフティング抑制を、式
ΔD0(f,l,i)は、f番目のフレーム、l番目のビットプレーン、およびi番目のマクロブロックに関連付けられたビットストリームセグメントのひずみ削減を表し、
RHH(f)は、f番目のフレーム内での高予測高基準(HPHR)モードの割合を表し、
RHL(f)は、f番目のフレーム内での高予測低基準(HPLR)モードの割合を表し、
Nはドリフティング推定に使用されるフレーム数であることを特徴とする請求項32に記載の1つまたは複数のコンピュータ読取り可能媒体。
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