JP2005514840A - 標準解像度互換性媒体上に高解像度マテリアルを設けるシステム及び方法 - Google Patents

標準解像度互換性媒体上に高解像度マテリアルを設けるシステム及び方法 Download PDF

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Abstract

標準解像度DVD上で高解像度ビデオを記録及び再生するシステム及び方法である。記録システムは、SDビデオ形式にHDビデオをスケールダウンするシステム、SDビデオをエンコードするシステム、HDビデオからエンハンスメント情報を抽出するシステム、並びにSDビデオ及び抽出されたエンハンスメント情報をSD互換性媒体に記憶するシステムを具備する。再生システムは、標準解像度SD形式記録からHDビデオ形式を再生するために、記録からSDデータを抽出してデコードするシステム、記録からエンハンスト情報を抽出するシステム、デコードされたSDデータをデインターレースするシステム、及びHDビデオイメージを生成するために、デコードされたSDデータをエンハンスメント情報でスケールアップし、後処理するシステムを具備する。

Description

本発明は、一般には、デジタルイメージデータを記録及び再生するためのシステムに関し、特には標準解像度互換性DVDが標準又は高解像度モードのいずれかで再生されることができるように、前記標準解像度互換性DVDに高解像度マテリアルを記録するシステム及び方法に特に関する。
DVD(デジタル多用途ディスク)プレーヤがビデオ再生、最終的にはビデオ記録用に選ばれる媒体になるにつれ、高性能フィーチャを持つDVDシステムへの需要は伸びることが期待されている。例えば、フィリップス エレクトロニクスを含む数々の企業は、最近、DVDレコーダを市場に出した。将来、DVDレコーダがますます大衆的となるにつれて、テレビ番組等をDVD上に記録することは、より簡単に、且つ、より手頃なものになるであろう。
しかしながら、これから充分に対処されるべき問題の一つは、増加していえる高解像度(HD)マテリアルの大衆性に関するものである。現在、標準解像度(SD)、即ち、4.7GBで片面のDVDを、高解像度(HD)のマテリアル(ここでがHD−オン−SD−DVDと称する)を記録及び再生することに使うためのフォーマットが設定されていない。Advance Television Systems Committee(ATSC)が、高解像度放送が米国のテレビチャンネルの標準規格になるように規定した年である2006年が近づくにつれ、本問題はより重要になっていくばかりである。
上記に基づけば、HDビデオを標準、即ちSD−DVD形式で記録することが見られ、それがDVDレコーダの重要なオプションになり、これが消費者電子機器、半導体、及び映画産業にとっての新しい市場を開くことが理解されるであろう。更に、HD−オン−SD−DVDを供給する技術は、HD−DVDレコーダ、又はハードディスク型のレコーダのような、ロングプレイモード記録をサポートしている、他の応用及び媒体に役立つものになるであろう。
従って、SD−DVDのようなSD互換性媒体上にHDマテリアルを供給するシステムの必要性が存在する。
本発明は、記録する間にオリジナルのHDイメージから抽出されたエンハンスメント情報を使うことにより、上方変換されたSDイメージにHD感を付与するHD記録及び再生システムを提供するためのシステム及び方法を提供することにより、他の問題、及び上述の問題に対処する。
第一の見地では、本発明は標準解像度互換性媒体に高解像度ビデオを記録するための記録システムであって、HDビデオをSDビデオ形式にスケールダウンするシステム、SDビデオをエンコードするシステム、HDビデオからエンハンスメント情報を抽出するシステム、並びにSDビデオ及び抽出されたエンハンスメント情報をSD互換性媒体に記憶するシステムを供給する。
第二の見地では、本発明は標準解像度形式の記録から高解像度ビデオを再構成するための再生システムであって、記録からSDデータを抽出してデコードするシステム、記録からエンハンスメント情報を抽出するシステム、デコードされたSDデータをデインターレースするシステム、及びHDビデオイメージを生成するために、デコードされたSDデータを、エンハンスメント情報を用いてスケールアップ及び後処理するシステムを有するシステムを供給する。
第三の見地では、本発明は高解像度(HD)ビデオを標準解像度互換性媒体に記録する方法であって、HDビデオをSDビデオ形式にスケールダウンするステップ、SDビデオをエンコードするステップ、HDビデオからエンハンスメント情報を生成するステップ、並びにSDビデオ及びエンハンスメント情報をSD互換性媒体に記憶するステップを有する方法を供給する。
第四の見地では、本発明は標準解像度形式の記録から高解像度ビデオイメージを再構成する方法であって、記録からSDデータを抽出してデコードするステップ、記録からエンハンスメント情報を抽出するステップ、デコードされたSDデータをデインターレースするステップ、及びHDビデオイメージを生成するためにエンハンスメント情報でSDデータをスケールアップし、後処理するステップを有する方法を供給する。
第五の見地では、本発明は標準解像度DVDに高解像度ビデオを記録するために、記録可能化媒体に記憶されたプログラムであって、HDビデオをSD形式ビデオにスケールダウンする手段、SDビデオをエンコードする手段、高周波イメージデータを有するエンハンスメント情報をHDビデオから生成する手段、及びSD形式ビデオ及びエンハンスメントデータをDVDに記憶するための手段を有するプログラムを提供する。
第六の見地では、本発明は標準解像度DVDから高解像度ビデオイメージを再構成するために記録可能化媒体に記憶された製品であって、前記DVDからSDデータを抽出及びデコードするための手段、MPEGユーザデータフィールドに記憶され、高周波のイメージデータを有するエンハンスメント情報を前記DVDから抽出する手段、SDデータをデインターレースする手段、HDビデオイメージを生成するためにSDデータをエンハンスメント情報でスケールアップし、後処理する手段を有する製品を提供する。
本発明のこれら及び他のフィーチャは、添付する図面と関連した本発明の様々な見地についての以下の詳細な説明から、より容易に理解されるであろう。
本発明は、HDマテリアルをSD互換性DVD(SD−DVD)に記録することができるビデオ処理システム及び方法を提供し、前記DVDが、通常DVDプレーヤにおいては通常のSDを鑑賞するように、又はHDが使用可能化プレーヤにおいてはHD鑑賞用に再生できるというようにする。如何なるタイプの書き込み又は再書き込み可能なDVD(例えば、DVD−R、−RW、+RW、−RAM)も利用され得る。本明細書中に記述された技術を使えば、当該システムは、4.7GBのDVDに二時間のHDに「近い」品質のビデオ、又は9GBのDVDに四時間のHDに近いビデオを記録することができる。以下に、更に詳細に説明されるように、記録する間に当該システムは:(1)入力されたHD信号をSD信号に変換し、(2)HD信号からエンハンスメント情報を生成する。更に本システムは、SD信号を、例えばMPEG−2エンコーダを使用してエンコードし、例えばMPEGビットストリームのユーザデータフィールドに、エンハンスメント情報を記憶する。
本明細書に記述されている模範的な実施例は、エッジ及びテクスチャの情報のような、比較的少量の重要なHDイメージのフィーチャを捉えるエンハンスメント情報のみを利用する。このようにして、低いビットレートをエンハンスメント情報(即ち、0.5メガバイト(MB)/秒)に使うことができ、SD信号及びエンハンスメント情報は約5MB/秒に保つことができる。MPEG−2層、又はスケーラブルなコーディングのような、先の方法は、妥当な品質でのこのような低いビットレートを保持することができなかった。
再生の間、前記記録されたDVDは現在のDVDの基準に対して完全に互換性があるばかりでなく、前記DVDは上記エンハンスメント情報を用いてDVD品質ビデオを生成するようなHD可能化されたDVDプレーヤにおいて再生することもできる。本明細書の図1及び2で与えられている実施例はSD形式のアウトプット24をDVDとして記述しているが、どのような記録可能化媒体も利用され得ることは理解されるべきであることを注意してほしい。
さて、図1を参照すると、本発明による模範的な記録システム10が示されている。システム10はHDインプット信号11を受け取り、SD形式のアウトプット信号24を生成する。当該システムのインプットは、ビットストリーム形態、又はコンポーネント信号形態(ビットストリーム形態ではHD MPEG−2デコーダが必要とされる)のいずれかで全てのATSC形式を受け入れることができる。しかしながら、説明の目的のために、システム10は1080i(インターレース)及び720p(プログレッシブ)形式を受け入れているように示されている。従って、模範的なシステムは、両方とも現行のSD基準と互換性のある二つの異なる形式、即ちプログレッシブ及びインターレースされた形式での処理をすることができる。プログレッシブ形式は30p又は60iのプログ(レッシブ)(フィルムモードに似ている)として示されており、これらは「プログ/インターレース変換器」ブロック16の後にあるフロー矢印の上の部分に示されている。60iプログがインターレースされた形式として扱われることを除いては、60iプログは構造的に30pと同じであることに注意して欲しい。30pを60iプログレッシブ形式に変換する理由は、(再)書き込み可能なDVDをサポートしている全てのDVDプレーヤについて、記録されたDVDの互換性を保証するためである。インターレースされた形式は60iとして示され、60iはフロー矢印の下の部分にある。
記録システム10の基本的な動作は次に示される通りである。インプット画像(即ち、ビデオ)はSD画像にスケールダウンされて、幾つかの重要なHDフィーチャ又はHDのエンハンスメントデータ(ここではEデータと称する)はインプットから抽出される。次にMPEG−2エンコーダはSDシーケンスをエンコードし、MPEG−2ビットストリームは記憶領域(例えばDVD+RW)にEデータと共に保存される。EデータはMPEGビットストリームのユーザデータフィールドに記憶されることができる。
システム10はインプット信号11を30p又は60i形式にデインターレース又はサブサンプルする、デインターレーサ/レートサブサンプルシステム12を有す。更に、下方変換/アスペクト比(AR)形式化システム14は、ワイドスクリーン、レターボックス、又は拡張(パン及びスキャン)アスペクト比形式の信号をフォーマットする。プログレッシブ/インターレースへの変換器16は、30pから60iプログへの2−2のプルダウンを実行、又は60pから60iへ変換するインターレースを実行する。次に、MPEGエンコーダ18は当該信号をNTSC又はPAL互換形式にエンコードする。
更に、インプット信号がデインターレースされ/サブサンプルされた後、該信号は信号から高周波のイメージデータを抽出するHDの詳細抽出システムへと更に供給される。該抽出は、例えばハイパスフィルタ又は残留オペレータを用いて達成することができる。次いで、高周波のイメージデータは、HDのエンハンスメント情報、即ちEデータを生成するためにHDフィーチャ処理システム22に供給される。次いで、EデータはSD形式アウトプット24と共に、例えば、MPEGエンコードデータのユーザデータフィールドに記憶される。
本発明の目的として、生成及び使用されるEデータのタイプに対しては制限が無いと理解されるべきである。しかしながら、重要なエッジ及びテクスチャの詳細を与える高周波イメージ(HFI)データはHDイメージを生成することにおいて重要であると認識される。不運にも、これらの領域をビットずつエンコードすることは、合計ビットレートをかなり増加させるが、この合計ビットレートは、例えば、4.7GBのDVDに2時間のビデオを記憶させるためには5Mbpsにしておかなければならない。一つの代替案として、この模範的な実施例は、これらの領域においてマルチレベルの鮮明さの強調を使用することでHD「感」を生成することを提案する。
これを達成するために、フィーチャ処理システム22内のマルチグリッドコーディングシステムを、四分木図の分解を使用することによって、エネルギのかなりの領域を識別及びコードするために利用することができる。結果としての領域分類ビットストリーム(即ち、エネルギ領域マップ)は、段階的なゲインマップを生成するためにデコーダ/再生システムによって使われるEデータを形成する。前記コーディングシステムによれば、イメージのより重要な区域は識別され、ブロック又は領域に、より小さく分解される。該分割処理は四分木構造に従い、1及び0の列を作り出す。エネルギ領域マップを作り出すためのマルチレベルの領域分類アルゴリズムは、次のように実施化することができる。
HFIを16×16のブロックに分割する。次に、ブロック毎に総エネルギ(E、テクスチャテストのため)、及びブロック毎に最大ピクセル値の初めの3つにおける平均と最小ピクセル値の初めの3つにおける平均との差(D、エッジのテストのため)を計算する。
先ず、前記HFIにおける128×128のブロックに四分木分解を適用する。もし、128×128のブロック内の、いずれかの16×16のブロックにおいて、E>しきい値、又はD>しきい値であれば、前記128×128のブロックはビット「1」としてマークされ、次に4つの64×64のブロックに分けられ、さもなければ、前記ブロックは更に分割することなく「0」とマークされる。この分解は16×16のブロックに到達するまで継続する。
16×16のブロックを更に分類するために、しきい値を用いて全ての16×16のブロックをテストし、もしE又はDが(しきい値+定数)より大きければ、ブロックを「1」とマークし、さもなければ、ブロックを「0」とマークする。前記分解の「0」及び「1」の全て、並びにこの16×16のブロックのテストをEデータとして記憶する。前記HFIにおけるエネルギのばらつきがどのように密であるかに依存して、Eデータにおいて異なるビットサイズが存在し得る。例えば、典型的な720×1280のHFIは、1000ビット未満を使って5つのレベルに分類することができる。これは、約30Kbps即ち0.03Mbpsであり、SD層の5Mbpsに比べて非常に小さい。
上記アルゴリズムはEデータを生成するためのシステムの一例に過ぎず、現在知られている又は後で開発される他の方法は本発明の範囲内であると理解されるべきである。
再生の間に、前記DVDにおけるビットストリームは、どのようなDVD準拠デコーダによってもSD形式にデコードされることができる。更に、HD可能化デコーダのために、Eデータ(例えば、ユーザデータとして記憶された)が取り出され、後処理され、HD「感」でHD対応テレビ上に表示することができるイメージを作り出すために通常SDの上方変換された画像と結合される。
上述された四分木アルゴリズムによれば、後処理する間に四分木は再構成され、段階的ゲインマップを作り出すために、ゲインが各レベルに割り当てられる。従って、例えば、四分木に従って、異なるゲインが異なるブロックサイズ、又は区分領域に割り当てられる。エンハンスメントゲインの異なるレベルによって、もし鮮明度エンハンスメントアルゴリズムが適応されればHD「感」が作られるであろう。
具体的には、Eデータの四分木のビットストリームをデコードすることで、区分領域は再構成される。更に、各領域には当該領域のサイズに大きく基づいた値を割り当てられる。従って、例えば、128×128のブロック領域は0.5が割り当てられ、64×64のブロック領域には0.7が割り当てられ、32×32のブロック領域には0.8が割り当てられ、16×16のブロック領域には0.9又は1.0のどちらかが割り当てられる。結果は、上方変換されたSD画像におけるHD効果を復元するために再生システム(図2)によって使用され得るゲインマップを与える。
いかなるタイプのエンハンスメント方法も、Eデータから再構成されたゲインマップと一緒に使用することができる。模範的な方法は適応型ピーキング及び/又はLTI(輝度過渡改良)を含む。
さて、図2を参照すると、DVD24に記憶されたイメージデータを再生するための再生システム30が示されている。再生システム30は、60iプログレッシブ又は60i信号のどちらかを生成するためのMPEGデコーダ32、及び30p又は60p信号のどちらかを生成するためのデインターレーサ34を有する。上方変換及び後処理システム36は、HD30p又はHD60p信号を生成するために、Eデータと同様に30p又は60p信号のどちらかを受け取る。次いで、フレームレートダブラ又はインターレーサシステム38は、1080i又は720@60pアウトプットのどちらかを生成する。
本明細書に記述されているシステム、機能、メカニズム、方法、及びモジュールは、ハードウェア、ソフトウェア、又はハードウェアとソフトウエェアの組み合わせにおいて実行されることができると理解される。これらは、本明細書に記述されている方法を実施することに構成されたいかなるタイプのコンピュータシステム、又は他の装置によっても、実施化することが可能である。ハードウェア及びソフトウェアの典型的な組み合わせは、コンピュータプログラムがロード又は実行された時に、本明細書に記述された方法を実行できるようにコンピュータシステムを制御する当該コンピュータプログラムを備えた、汎用コンピュータシステムとすることができる。他の例として、本発明の機能的作業の1以上を実行するための専門のハードウェアを含む特定用途コンピュータも利用することができる。
また、本発明は、コンピュータプログラムに埋め込むことができるものであって、前記コンピュータプログラムは、前記方法と機能の実行を可能にする全てのフィーチャを有しており、及び前記プログラムがロード又は実行された時にこれらの方法と機能を実行することができるプログラムである。本状況におけるコンピュータプログラム、ソフトウェアプログラム、プログラム製品、プログラム、又はソフトウェアは、どのような言語、プログラム、コード又は表記法における一群の命令のいかなる表現をも意味するものであって、直接的に、或いは、(a)別の言語、コード、若しくは表記法への変換、及び/又は、(b)異なるマテリアル形式における再構成、のいずれか、又は双方の後で情報処理能力を持つシステムに特定の機能を実行させることを意図とする。
本発明の好ましい実施例についての前記説明は、図解及び説明の目的で述べられている。それらは徹底的であること、又は本発明を開示された正確な形式に制限するつもりのものではなく、上記教示内容に照らして、明らかに多くの変更及び変形が可能である。当業者にとっては明らかなそのような変更及び変形は、添付した請求項によって定義されているこの発明の範囲内に含まれるつもりである。
図1は本発明による記録システムを表す。 図2は本発明による再生システムを表す。

Claims (27)

  1. 高解像度(HD)ビデオを標準解像度(SD)互換性媒体上に記録するための記録システムであって、
    前記HDビデオをSDビデオ形式にスケールダウンするためのシステム、
    前記SDビデオをエンコードするためのシステム、
    前記HDビデオからエンハンスメント情報を抽出するためのシステム、並びに
    前記SDビデオ及び前記抽出されたエンハンスメント情報を、前記SD互換性媒体に記憶するシステム、
    を有する記録システム。
  2. 前記SD互換性媒体がDVDを含む、請求項1に記載の記録システム。
  3. 前記エンコードするためのシステムがMPEG−2エンコーダを有する、請求項1に記載の記録システム。
  4. 前記エンハンスメント情報が、異なるエネルギ領域に区切られた高周波イメージデータを有する、請求項1に記載の記録システム。
  5. 前記エンハンスメント情報が、フィーチャ処理システムによってエネルギ領域マップに記憶される、請求項4に記載の記録システム。
  6. 四分木分解アルゴリズムを使用して、前記エネルギ領域マップがエネルギ領域マップにコード化される、請求項5に記載の記録システム。
  7. 前記SDビデオ及び前記エンハンスメント情報が約5メガビット/秒の結合されたレートで記憶される、請求項1に記載の記録システム。
  8. 前記抽出されたエンハンスメント情報が1メガビット/秒未満のレートで記憶される、請求項1に記載の記録システム。
  9. ワイドスクリーン、レターボックス、並びにスキャン及びパン形式のために前記SDビデオをフォーマットするアスペクト比フォーマットシステムを更に含む、請求項1に記載の記録システム。
  10. プログレッシブ及びインターレースから成るグループから選択された形式で、前記SDビデオを記憶することができる、請求項1に記載の記録システム。
  11. 前記エンハンスメント情報がMPEGユーザデータフィールドに記憶される請求項1に記載の記録システム。
  12. 標準解像度(SD)形式記録から高解像度(HD)ビデオイメージ形式を再生するための再生システムであって、
    前記記録からSDデータを抽出し、デコードするためのシステム、
    前記記録からエンハンスメント情報を抽出するためのシステム、
    前記デコードされたSDデータをデインターレースするためのシステム、
    前記HDビデオイメージを生成するために、前記デコードされたSDデータを前記エンハンスメントデータでアップスケール及び後処理するためのシステム、
    を有する再生システム。
  13. 前記エンハンスメント情報が、記録過程の間に抽出された高周波イメージデータに関する情報を有する、請求項12に記載の再生システム。
  14. 前記エンハンスメント情報がエネルギ領域マップを有する、請求項13に記載の再生システム。
  15. 前記エネルギ領域マップが四分木分解アルゴリズムでコード化されている、請求項14に記載の再生システム。
  16. 前記後処理システムが、前記エンハンスメント情報から得られたゲインマップによって、適応型ピーキングを適用する、請求項14に記載の再生システム。
  17. 前記後処理システムが前記エンハンスメント情報から得られたゲインマップで輝度過渡改良を適用する、請求項14に記載の再生システム。
  18. 高解像度(HD)ビデオを標準解像度(SD)互換性媒体に記録するための方法であって、
    前記HDビデオをSDビデオ形式にスケールダウンするステップ、
    前記SDビデオをエンコードするステップ、
    前記HDビデオからエンハンスメント情報を生成するステップ、並びに
    前記SDビデオ及び前記エンハンスメント情報を前記SD互換性媒体に記憶するステップ、
    を有する方法。
  19. 前記エンハンスメント情報を生成するステップが、
    前記HDビデオから高周波イメージデータを抽出する、及び
    四分木アルゴリズムを使用して、前記高周波イメージデータに基づきエネルギ領域マップを形成するステップ、
    を含む、請求項18に記載の方法。
  20. 前記エンハンスメント情報がMPEGユーザデータフィールドに記憶される、請求項18に記載の方法。
  21. 標準解像度(SD)形式記録から高解像度(HD)ビデオイメージを再生するための方法であって、
    前記記録からSDデータを抽出及びデコードするステップ、
    前記記録からエンハンスメント情報を抽出するステップ、
    前記デコードされたSDデータをデインターレースするステップ、並びに
    前記HDビデオイメージを生成するために、前記エンハンスメント情報で前記デコードされたSDデータをアップスケールし、後処理するステップ、
    を有する方法。
  22. 前記エンハンスメント情報がMPEGユーザデータフィールドに記憶され、四分木分解アルゴリズムでコード化されたエネルギ領域マップを有する、請求項21に記載の方法。
  23. 前記デコードされたSDデータが、前記エンハンスメント情報から得られたゲインマップを用いて適応型ピーキングを適用することによって後処理される、請求項22に記載の方法。
  24. 前記エンハンスメント情報から得られたゲインマップを用いて輝度過渡改良を適用することで、前記デコードされたSDデータが後処理される、請求項22に記載の方法。
  25. 高解像度(HD)ビデオを標準解像度(SD)DVDに記録するために、記録可能化媒体に記憶されたプログラムであって、
    前記HDビデオをSD形式ビデオにスケールダウンする手段、
    前記SDビデオをエンコードする手段、
    前記HDビデオから、エンハンスメント情報を生成するための手段であって、前記エンハンスメント情報が高周波イメージデータを有する手段、並びに
    前記SD形式ビデオ及び前記エンハンスメント情報を前記DVDに記憶する手段、
    を有するプログラム。
  26. 標準解像度(SD)DVDから、高解像度(HD)ビデオイメージを再生するために、記録可能化媒体に記憶されたプログラムであって、
    前記DVDからSDデータを抽出及びデコードするための手段、
    前記DVDからエンハンスメント情報を抽出するための手段であって、前記エンハンスメント情報がMPEGユーザデータフィールドに記憶されると共に高周波イメージデータを有する手段、
    前記デコードしたSDデータをデインターレースするための手段、並びに
    前記HDビデオイメージを生成するために、前記エンハンスメント情報を用いて前記デコードされたSDデータをアップスケール及び後処理するための手段、
    を有するプログラム。
  27. 前記後処理手段が、前記エンハンスメント情報から得られたゲインマップを用いて、適応型ピーキング及び輝度過渡改良から成る群の1つを適応する、請求項26に記載のプログラム。
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