JP2006503475A - Drift-free video encoding and decoding method and corresponding apparatus - Google Patents
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Abstract
3次元(3D)サブバンド符号化方式は、それらの時間フィルタリングステージにおける動き補償を使用している。残念なことに、この手順は、2つの問題点をもたらす。(a)フル解像度でMCが適用され、低い解像度で復号化したときにドリフトが現れる。(b)フル解像度で予測される全ての動きベクトルが送信され、これはビット数の浪費である。本発明によれば、オリジナルの入力フレーム系列から、ウェーブレット分解により、低解像度フレームの系列をはじめに生成し、該低解像度フレームに動き補償空間−時間分析を実行することで、低解像度の系列が得られる。次いで、それぞれフル解像度のグループ・オブ・フレームの動き補償空間−時間分析が実行され、生成された低解像度の系列の対応する空間−時間サブバンドにより、それぞれの時間分解レベルで、分解に関する低周波サブバンドが最後に置き換えられる。このように得られた変更された系列が最終的に符号化される。このアプローチのおかげで、フル解像度での古典的な3Dサブバンドコーデックのパフォーマンスに近付けつつ、低解像度での良好な挙動が維持される。Three-dimensional (3D) subband coding schemes use motion compensation in their temporal filtering stage. Unfortunately, this procedure introduces two problems. (A) MC is applied at full resolution, and drift appears when decoding at low resolution. (B) All motion vectors predicted at full resolution are transmitted, which is a waste of the number of bits. According to the present invention, a low-resolution sequence is obtained by first generating a low-resolution frame sequence from the original input frame sequence by wavelet decomposition and performing motion compensation space-time analysis on the low-resolution frame. It is done. A full-resolution group-of-frame motion-compensated space-time analysis is then performed, with the corresponding low-frequency subbands of the generated low-resolution sequence at the respective time-resolving level, the low-frequency for the decomposition. Subbands are replaced last. The modified sequence thus obtained is finally encoded. Thanks to this approach, good behavior at low resolution is maintained while approaching the performance of a classic 3D subband codec at full resolution.
Description
本発明は、連続するグループ・オブ・フレーム(GOF)に分割されるオリジナルのビデオ系列の圧縮のための符号化方法、及び対応する復号化に関する。また、本発明は、対応する符号化装置及び復号化装置に関する。 The present invention relates to an encoding method for compression of an original video sequence divided into successive group of frames (GOF) and corresponding decoding. The present invention also relates to a corresponding encoding device and decoding device.
インターネットの成長及びマルチメディア技術における進歩は、ビデオ圧縮向けの新たなアプリケーション及びサービスを可能にしてきている。それらの多くは、符号化効率を要求するだけでなく、変動するネットワーク状態及び端末の能力に適合するための拡張された機能性と柔軟性を要求しており、スケーラビリティは、これらの要求に答えるものである。現在のビデオ圧縮規格は、ハイブリッドDCT(Discrete Cosine Transform)予測構造に基づくことがあり、幾つかのスケーラビリティの特徴を既に含んでいる。ハイブリッド構造は、それぞれのフレームが所与の参照フレームから時間的に予測される予測スキーム(予測オプションは、Pフレームについて前方向、又はBフレームについて双方向)に基づいており、したがって、次いで得られる予測誤差は、空間的な冗長度の利点を得るために空間的に変換される(2次元DCT変換が標準スキームで使用される)。スケーラビリティは、更なるエンハンスメントレイヤのおかげで達成される。 Internet growth and advances in multimedia technology have enabled new applications and services for video compression. Many of them not only require coding efficiency, but also require extended functionality and flexibility to adapt to changing network conditions and terminal capabilities, and scalability meets these demands. Is. Current video compression standards may be based on a hybrid DCT (Discrete Cosine Transform) prediction structure and already include some scalability features. The hybrid structure is based on a prediction scheme in which each frame is temporally predicted from a given reference frame (prediction options are forward for P frames or bidirectional for B frames) and are then obtained The prediction error is spatially transformed to obtain the advantage of spatial redundancy (a two-dimensional DCT transform is used in the standard scheme). Scalability is achieved thanks to a further enhancement layer.
代替的に、3次元(3D)サブバンドビデオ符号化技術は、フルスケーラビリティをもつ、単一の、埋め込まれたビットストリームを生成する。この3Dサブバンドビデオ符号化技術は、所望の空間解像度又はフレームレートでの再構成を可能にする空間−時間フィルタリングに頼る。かかるアプローチは、たとえば、文献“Thee-dimensional subband coding of video”, C. Podilchuk and al., IEEE Transaction on Image Processing, vol. 4, No. 2, February 1995, pp. 125-139で提案されており、グループ・オブ・フレーム(GOP)は、3次元(2D+t,又は3D)構造として処理され、低周波におけるエネルギーを凝集するために空間−時間フィルタリングされる(更なる研究は、全体の符号化効率を改善するため、このスキームにおける動き補償を含む)。 Alternatively, three-dimensional (3D) subband video coding techniques generate a single, embedded bitstream with full scalability. This 3D subband video coding technique relies on space-time filtering that allows reconstruction at the desired spatial resolution or frame rate. Such an approach has been proposed, for example, in the literature “Thee-dimensional subband coding of video”, C. Podilchuk and al., IEEE Transaction on Image Processing, vol. 4, No. 2, February 1995, pp. 125-139. The group of frames (GOP) is processed as a three-dimensional (2D + t, or 3D) structure and is spatio-temporal filtered to agglomerate energy at low frequencies. Including motion compensation in this scheme to improve efficiency).
図1には、かかるアプローチにより得られる3Dサブバンド構造が示されており、動き補償による例示される3Dウェーブレット分解がグループ・オブ・フレームに適用され、この現在のGOFは、大きな動きをもつ系列を処理するためにはじめに動き補償され(MC)、Haarウェーブレットを使用して時間フィルタリング(TF)される(破線矢印は、高域通過時間フィルタリングに対応し、他の矢印は、低域通過時間フィルタリングに対応する)。動き補償動作及び時間フィルタリング動作の後、それぞれの時間サブバンドは、空間−時間サブバンドに空間分解され、これにより、オリジナルGOFの3Dウェーブレット表現が最終的に得られ、3つの分解のステージは、図1の例に示されている(L及びH=第一ステージ;LL及びLH=第二ステージ;LLL及びLLH=第三ステージ)。公知のSPIHTアルゴリズムは、2Dから3Dに拡張され、空間−時間分解構造に関して最終的な係数ビットプレーンを効率的に符号化するために選択される。 FIG. 1 shows the 3D subband structure obtained by such an approach, where the exemplified 3D wavelet decomposition with motion compensation is applied to the group of frames, and this current GOF is a sequence with large motion. Is first motion compensated (MC) and time filtered (TF) using Haar wavelets (dashed arrows correspond to high pass time filtering, other arrows are low pass time filtered) Corresponding to). After the motion compensation operation and temporal filtering operation, each temporal subband is spatially decomposed into space-time subbands, so that a final 3D wavelet representation of the original GOF is obtained, and the three decomposition stages are: Shown in the example of FIG. 1 (L and H = first stage; LL and LH = second stage; LLL and LLH = third stage). The known SPIHT algorithm is extended from 2D to 3D and is selected to efficiently encode the final coefficient bitplane with respect to the space-time decomposition structure.
実現されたとき、この3Dサブバンド構造は、エンコーダ側でオリジナルのフル解像度での動き補償(MC)空間−時間分析を適用する。空間スケーラビリティは、分解に関する最高の空間サブバンドを除くことで達成される。しかし、動き補償が3D分析スキームで使用されるとき、本方法は、非常に高いビットレートであっても、低い解像度でのビデオ系列の完全な再構成を可能にしない。この現象は、以下の説明ではドリフトと呼ばれ、目的とされる最終的な表示サイズでの直接的な符号化に比較してスケーラブルなソリューションの視覚的な品質を低くする。文献“Multi-scale video compression using wavelet transform and motion compensation”, P. Y. Cheng and al., Proceeding of the International Conference on Image Processing (ICIP95), Vol. 1, 1995, pp. 606-609に説明されるように、該ドリフトは、交換可能ではないウェーブレット変換及び動き補償の順序から生じる。空間スケーラビリティがデコーダ側でイネーブルにされるとき、エンコーダ側で実行される最も高い分解に関する空間サブバンドがスキップされ、これにより、オリジナルフレームAの低い解像度のバージョンadの再構成又は合成を可能にする。かかる合成について、以下の演算が適用される。 When implemented, this 3D subband structure applies the original full resolution motion compensation (MC) space-time analysis at the encoder side. Spatial scalability is achieved by removing the best spatial subbands for decomposition. However, when motion compensation is used in a 3D analysis scheme, the method does not allow complete reconstruction of video sequences at low resolution, even at very high bit rates. This phenomenon is referred to as drift in the following description and reduces the visual quality of the scalable solution compared to direct encoding at the intended final display size. As explained in the document “Multi-scale video compression using wavelet transform and motion compensation”, PY Cheng and al., Proceeding of the International Conference on Image Processing (ICIP95), Vol. 1, 1995, pp. 606-609. The drift results from the order of wavelet transform and motion compensation that are not interchangeable. When spatial scalability is enabled at the decoder side, spatial sub-band is skipped regarding the highest decomposition is performed at the encoder side, thereby, possible reconstruction or synthesis of lower resolution versions a d of the original frame A To do. For such synthesis, the following operations are applied.
J.W.Woods等のような著者は、文献“A resolution and frame-rate scalable subband /wavelet video coder”, IEEE Transaction on Circuits and Systems for Video Technology, vol.1, No.9, September 2001, pp.1035-1044において、このドリフトを除くための技術的なソリューションを既に提案している。しかし、かかる文献では、記載される方式は、全く複雑であることに加えて、ビットストリームにおいて余分の情報を送出することを含んでおり、したがって幾つかのビット数を浪費する。先に引用された文献“Multi-scale video compression … ”で記載されるソリューションは、このボトルネックを回避するが、予測的な方式で動作し、3Dサブバンドコーデックに置き換えることができない。 Authors such as JWWoods et al. Have written the document “A resolution and frame-rate scalable subband / wavelet video coder”, IEEE Transaction on Circuits and Systems for Video Technology, vol.1, No.9, September 2001, pp.1035- 1044 has already proposed a technical solution to eliminate this drift. However, in such a document, the described scheme includes sending extra information in the bitstream in addition to being quite complex, thus wasting some number of bits. The solution described in the previously cited document "Multi-scale video compression ..." avoids this bottleneck, but operates in a predictive manner and cannot be replaced by a 3D subband codec.
つぎに、2002年1月22日に提出された欧州特許出願番号02290155.7 (PHFR020002)では、これらの問題点を回避するソリューションであって、ビデオ符号化方法が、連続するグループ・オブ・フレーム(GOF)に分割されるオリジナルのビデオ系列の圧縮のために使用される、以下のステップを含むことに従うソリューションを提案している。
(1)ウェーブレット分解により、連続する低解像度のGOFを含む低解像度の系列をオリジナルのビデオ系列から生成するステップ。
(2)それぞれの低解像度GOFの動き補償空間−時間分析により、該低解像度の低解像度系列に関して低解像度の分解を実行するステップ。
(3)ウェーブレット分解から生じる高周波の空間サブバンドを該低解像度の分解に固定することで、該低解像度の分解からフル解像度の系列を生成するステップ。
(4)出力の符号化されたビットストリームを生成するため、動き補償空間−時間分析の間に生成された該フル解像度の系列及び動きベクトルを符号化するステップ。
Next, European Patent Application No. 02290155.7 (PHFR020002) filed on January 22, 2002 is a solution that avoids these problems, and the video coding method is a continuous group of frames (GOF). Proposed a solution according to including the following steps used for compression of the original video sequence divided into:
(1) A step of generating a low-resolution sequence including a continuous low-resolution GOF from the original video sequence by wavelet decomposition.
(2) performing a low resolution decomposition on the low resolution low resolution sequence by motion compensated space-time analysis of each low resolution GOF;
(3) generating a full resolution sequence from the low resolution decomposition by fixing high frequency spatial subbands resulting from wavelet decomposition to the low resolution decomposition;
(4) encoding the full resolution sequence and motion vectors generated during motion compensated space-time analysis to generate an output encoded bitstream;
3DS分析における分解ツリーの全体的な構造が保持され、ドリフト作用を補正するために余分の情報を送出しない(分解/再構成メカニズムのみが変化する)かかるソリューションは、図2の符号化スキーム、及び図3に例示される最も低い解像度での動き補償時間分析を参照して更に詳細なやり方で再び思い出される。 Such a solution that preserves the overall structure of the decomposition tree in 3DS analysis and does not send extra information to compensate for drift effects (only the decomposition / reconstruction mechanism changes) is the encoding scheme of FIG. It is recalled again in a more detailed manner with reference to the motion compensation time analysis at the lowest resolution illustrated in FIG.
2つの主要なステップが提供される。(a)最も低い解像度での動き補償ステップ。(b)高い空間サブバンドの符号化ステップ。はじめに、より低い解像度でのドリフトを回避するため、動き補償(MC)はこのレベルで適用される。結果的に、フル解像度でのGOF(図2では21)は、はじめにダウンサイズされ(このステップは、図3における参照符号dにより示され、図2におけるステップ22,23に対応)、次いで、通常の3DサブバンドMC分解スキームは、図3に示されるようにフルサイズGOFの代わりにダウンサイズされたGOFに適用され、図2におけるステップ24により例示される。図3では、時間サブバンド(L0,d,H0,d)及び(L1,d,H1,d)は、公知のリフティングスキームに従って決定され(HはA及びBからはじめに決定され、次いでLがA及びHから決定される)、破線の矢印は高域通過時間フィルタリングに対応し、実線の矢印は低域通過フィルタリングに対応し、(A0,d,A1,d,A2,d,A3,dで参照される系列のフレームの低周波空間サブバンドAの間、又はL0,d及びL1,dで参照される低周波時間サブバンドLの間の)曲線は、動き補償に対応する(この方法の副作用は、ビットストリームで送出されるべき動きベクトルの量の低減であり、これによりテクスチャ符号化のためのビット数を節約することができる)。サブバンドをツリーに基づくエントロピーコーダ(たとえば文献“Low bit-rate scalable video coding with 3D set partitioning in hierarchical trees (3D-SPIHT)”, B.J.Kim and al. IEEE Transaction on Circuits Systems for Video Technology, vol.10, No.8, December 2000, pp.1374-1387に記載されるような、たとえば図2に示されるような3D−SPIHTエンコーダ27)に送信する前に、フル解像度の再構成を可能にする高い空間サブバンド(図2におけるステップ26)を置く。最後のツリー構造は、“A fully scalable 3D sub-band video codec”, IEEE Conference on Image Processing (ICIP2001), vol.2, pp.1017-1020, Thessaloniki, Greece, October 7-10, 2001に記載されるような3Dサブバンドコーデックの構造に非常に類似して見え、したがって、ツリーに基づくエントロピーコーダは、限定することなしにそれに適用することができる。図2の符号化方式では、(フル解像度の系列21について)参照符号は以下の通りである。
Two main steps are provided. (A) A motion compensation step at the lowest resolution. (B) High spatial subband encoding step. First, motion compensation (MC) is applied at this level to avoid drift at lower resolutions. As a result, the GOF at full resolution (21 in FIG. 2) is first downsized (this step is indicated by reference d in FIG. 3 and corresponds to
FRS:フル解像度の系列21
WD :ウェーブレット分解22
LRS:低解像度の系列23
MC-3DSA:動き補償3Dサブバンド分析24
LRD:低解像度の分解(251)
HS :高いサブバンド26
U-HFSS:フレームの3つの高周波空間サブバンドの結合体
FR-3D-SPIHT:フル解像度3DSPIHT27
OCB :出力符号化ビットストリーム
図4に示される対応する符号化スキームは、このエンコーダに対して対称的である(図4では、更なる参照符号は以下の通りである。
FRS: Full resolution series 21
WD:
LRS:
MC-3DSA: Motion compensated
LRD: Low resolution decomposition (251)
HS:
U-HFSS: Combined three high-frequency spatial subbands of the frame
FR-3D-SPIHT:
OCB: Output Encoded Bitstream The corresponding encoding scheme shown in FIG. 4 is symmetric with respect to this encoder (in FIG. 4, further reference symbols are as follows).
FR-3D-SPIHT:復号化ステップ41
MC-3DSS:動き補償3Dサブバンド合成43
HSS:高いサブバンド分離44
FRR:フル解像度の系列のフル解像度の再構成45)
空間スケーラビリティを可能にするため、高周波の空間サブバンドは、通常のバージョンの3Dサブバンドコーデックにおけるようにカットされなければならず、図4の復号化方式は、低解像度の系列をどのように自然に得ることができるかを示している。
次いで、高い空間サブバンドを符号化するため、2つの主要なソリューションが提案され、第一のソリューションはMCなしであり、第二のソリューションはMCをもつ。
FR-3D-SPIHT: Decoding
MC-3DSS: Motion compensated 3D subband synthesis 43
HSS: High subband separation 44
FRR: Full resolution reconstruction of full resolution series 45)
In order to enable spatial scalability, the high frequency spatial subbands must be cut as in the normal version of the 3D subband codec, and the decoding scheme of FIG. Shows you can get to.
Then, to encode the high spatial subband, two main solutions are proposed, the first solution is without MC and the second solution has MC.
第一のソリューションでは、高いサブバンドは、ウェーブレット分解におけるGOFのオリジナル(フル解像度)のフレームの高い周波数空間サブバンドに対応する。それらのサブバンドは、復号化側のフル解像度での再構成を可能にする。確かに、フレームは、低解像度で復号化することができる。しかし、これらのフレームは、オリジナルフレームのウェーブレット解析における低い空間サブバンドに対応する。したがって、低い解像度フレームと対応する高いサブバンドとを一緒にすることが必要であって、フル解像度のフレームを得るためにウェーブレット合成を適用し、これにより3D−SPIHTエンコーダを最適化する。3DサブバンドエンコーダのためのMCスキームでは、低い時間サブバンドは、GOFのオリジナルフレームのうちの1つに常に見える。実際の問題として、 In the first solution, the high subband corresponds to the high frequency space subband of the original (full resolution) frame of the GOF in wavelet decomposition. These subbands allow reconstruction at full resolution on the decoding side. Indeed, the frame can be decoded at a low resolution. However, these frames correspond to low spatial subbands in the wavelet analysis of the original frame. Therefore, it is necessary to combine low resolution frames and corresponding high subbands, applying wavelet synthesis to obtain full resolution frames, thereby optimizing the 3D-SPIHT encoder. In the MC scheme for 3D subband encoders, the low time subband is always visible in one of the original frames of the GOF. As a matter of fact,
第二のソリューションでは、それぞれのサブバンドでMCを使用することは、ドリフトのない再構成を可能にしないので、高い空間サブバンドを構成するためにMCを部分的に使用することも可能であり、それぞれの解像度を再構成することが可能である。ウェーブレット分解の高い周波数空間サブバンドを直接使用する代わりに、ウェーブレット分解は、フル解像度で実行されるMCから得られる予測誤差に実行され、たとえば、低い解像度の動きベクトルを再使用する。 In the second solution, using MC in each subband does not allow drift-free reconfiguration, so it is also possible to partially use MC to form higher spatial subbands. Each resolution can be reconstructed. Instead of directly using the high frequency space subbands of the wavelet decomposition, wavelet decomposition is performed on the prediction error obtained from the MC performed at full resolution, for example, reusing low resolution motion vectors.
本発明の目的は、フル解像度での古典的な3Dサブバンドコーデックのパフォーマンスに近くしつつ、低い解像度でその良好な振る舞いを保持することで、先に説明されたソリューションを改善することにある。 The object of the present invention is to improve the previously described solution by retaining its good behavior at low resolution while approaching the performance of a classic 3D subband codec at full resolution.
上記目的のため、本発明は、連続するグループ・オブ・フレーム(GOF)に分割されるオリジナルのビデオ系列の圧縮のためのビデオ符号化方法に関連し、本方法は、以下のステップを有している。
(1)ウェーブレット分解により、オリジナルビデオ系列のフル解像度のフレームから、連続する低解像度のGOFに編成される低解像度のフレーム系列を生成するステップ。
(2)該低解像度のフレーム系列のそれぞれの低解像度GOFに、動き補償空間−時間分析(motion compensated spatio-temporal analysis)を実行し、低解像度の系列を得るステップ。
(3)オリジナルのビデオ系列のそれぞれのフル解像度(full resolution)のGOFの動き補償空間−時間分析を実行するステップ。
(4)それぞれの時間分解レベルで、該分解の低周波サブバンドを低解像度の系列の対応する空間−時間サブバンドで置き換えるステップ。
(5)出力符号化ビットストリームについて、このように得られた変更された系列と、それぞれのフル解像度のGOFの動き補償空間−時間分析の間に生成された動きベクトルとを符号化するステップ。
For the above purpose, the present invention relates to a video coding method for compression of an original video sequence divided into consecutive group of frames (GOF), which method comprises the following steps: ing.
(1) A step of generating a low-resolution frame sequence organized into a continuous low-resolution GOF from a full-resolution frame of an original video sequence by wavelet decomposition.
(2) A step of performing motion compensated spatio-temporal analysis on each low resolution GOF of the low resolution frame sequence to obtain a low resolution sequence.
(3) performing a motion resolution space-time analysis of each full resolution GOF of the original video sequence.
(4) At each time resolution level, replacing the low frequency subband of the decomposition with the corresponding space-time subband of the low resolution sequence.
(5) For the output encoded bitstream, encoding the modified sequence thus obtained and the motion vectors generated during the motion-compensated space-time analysis of the respective full resolution GOF.
また、本発明は、先に定義されたビデオ符号化方法に対応するビデオ復号化方法に関し、対応するビデオ符号化装置並びにビデオ復号化装置に関する。
本発明は、添付図面を参照してより詳細なやり方で説明される。
The present invention also relates to a video decoding method corresponding to the previously defined video encoding method, and to a corresponding video encoding device and video decoding device.
The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
先に記載されたソリューションに関して、その基本ステップを参照して本発明がここに説明される。(a)最も低い解像度での動き補償(この最初のステップ、動き補償(MC)は、実際に、先のソリューションのケースで記載されたものと厳密に等価である。空間ウェーブレットフィルタを使用してGOFをダウンサイズし、次いで、このダウンサイズされたGOFに通常の3DサブバンドMC分解スキームが適用される)、(b)高い空間サブバンドの符号化。 With respect to the solutions described above, the present invention will now be described with reference to its basic steps. (A) Motion compensation at the lowest resolution (this first step, motion compensation (MC) is actually exactly equivalent to that described in the case of the previous solution. Using a spatial wavelet filter Downsize the GOF and then apply the normal 3D subband MC decomposition scheme to this downsized GOF), (b) High spatial subband coding.
前のソリューションとの主要な違いは、第二のステップにあり、その原理は、それぞれの分解レベルで低い空間解像度の分析をフル解像度の分析のそれらに注入することである。したがって、(高周波空間サブバンドについて、前のソリューションにおけるように、イントラコーディング又は予測誤差ではない)リアル時間フィルタリングを実行しつつ、デコーダ側でオリジナルフレームを再構成することが可能である。 The main difference from the previous solution is in the second step, whose principle is to inject low spatial resolution analysis at each resolution level into those of full resolution analysis. Thus, it is possible to reconstruct the original frame at the decoder side while performing real time filtering (for high frequency spatial subbands, not intra coding or prediction errors as in the previous solution).
以下の式は、より詳細なやり方でのメカニズムを説明している、先のように、第一の時間分析は、低い解像度で実行され、これらは式(4)及び式(5)により表される場合がある。 The following equations illustrate the mechanism in a more detailed manner. As before, the first temporal analysis is performed at low resolution, which are represented by equations (4) and (5). There is a case.
式(6)〜式(9)は、LS及びHSを定義するのを可能にする。 Equations (6)-(9) make it possible to define L S and H S.
低周波時間サブバンド及び高周波時間サブバンドの全てが所与の時間レベルjtでひとたび生成されると、低い空間解像度と高い空間解像度の両者で、低周波時間サブバンドLは、次の時間レベルjt+1を達成するために更に分解される。 Once all of the low frequency time subbands and the high frequency time subband are generated at a given time level jt, the low frequency time subband L is the next time level jt + 1 at both low and high spatial resolution. Is further decomposed to achieve
これは、時間分解のそれぞれのステップで、古典的な3Dサブバンドエンコーダの構造に非常に類似している時間分解の構造を最終的にもたらす。次いで、最後のレベルの低周波の時間サブバンド、及び全てのレベルの高周波の時間サブバンドがウェーブレットフィルタを通して空間的に分解され、ビットストリームを形成するために符号化される。 This ultimately results in a time-resolved structure that is very similar to the structure of the classic 3D subband encoder at each step of time-resolved. The last level low frequency time subbands and all levels of high frequency time subbands are then spatially decomposed through a wavelet filter and encoded to form a bitstream.
記載される本発明は、フル解像度での古典的な3Dサブバンドコーデックのパフォーマンスにより接近しつつ、低い解像度での前のソリューションに関する良好な振る舞いを保持する(3Dサブバンド分析における分解ツリーの全体的な構造が保持され、ドリフト作用を補正するために余分の情報が送出されない。分解/再構成メカニズムが変化される)。主要なアップグレードは、分解ツリーへの高い整合性をもたらす、高周波の空間サブバンドを生成するための新たなアプローチから生じ、したがってシステムの符号化効率を改善する。 The described invention retains good behavior for previous solutions at lower resolutions while approaching the performance of classic 3D subband codecs at full resolution (the overall resolution tree in 3D subband analysis) And no extra information is sent out to compensate for drift effects (disassembly / reconstruction mechanism is changed). Major upgrades arise from a new approach to generate high frequency spatial subbands that result in high consistency to the decomposition tree, thus improving the coding efficiency of the system.
デコーダでは、良好な再構成を可能にするために全ての前の式に戻ることができる。復号化が関係しており、幾つかの情報が失われている場合があることを示すため、それぞれのサブバンドには^のみが付加されている。はじめに、低解像度での古典的な3Dサブバンド合成により、Ld及びHdから低い空間解像度サブバンドAd及びBdを与えるのを可能にする。 At the decoder, all previous equations can be reverted to allow good reconstruction. Only ^ is added to each subband to indicate that decoding is involved and some information may be lost. First, classical 3D subband synthesis at low resolution makes it possible to give low spatial resolution subbands A d and B d from L d and H d .
(外1)
は、
(Outside 1)
Is
(外2)
から簡単に再構成される。結果的に、BSを得ることができ、最終的にBを合成することができる。このことは、式(16)〜式(19)のシステムにより要約される。
(Outside 2)
Easily reconstructed from. As a result, B S can be obtained, and finally B can be synthesized. This is summarized by the system of equations (16)-(19).
先に定義された符号化原理は、符号化方法の主要な処理を例示する図6、及び対応する動き補償時間フィルタリング方式をより詳細なやり方で例示する(実際には2つの図である図7A及び図7Bを含む)図7を参照して、より詳細なやり方で記載される。 The previously defined coding principle illustrates the main process of the coding method in FIG. 6 and the corresponding motion compensated temporal filtering scheme in a more detailed manner (actually two diagrams, FIG. 7A). And with reference to FIG. 7 (including FIG. 7B).
図6の符号化方式では、オリジナルのグループ・オブ・フレームGOF(この現在のGOFはフル解像度のフレームFRFを含んでいる)は、ウェーブレット分解WDにより、低解像度のフレームLRFを生成するために使用され、次いで、この低解像度のフレームに対して、動き補償空間−時間分析MCSTAが実行される。このように、低解像度の系列が得られる。また、オリジナルのフル解像度フレーム(すなわち、それぞれフル解像度GOF)は、高い空間サブバンドHSSを生成するため、動き補償空間−時間分析(対応する連続するステップMCSTA及びWDは、「MC時間分析」及び「ウェーブレット分解」に対応する)を実行するために使用される。 In the coding scheme of FIG. 6, the original group of frames GOF (this current GOF includes a full resolution frame FRF) is used to generate a low resolution frame LRF by wavelet decomposition WD. The motion compensated space-time analysis MCSTA is then performed on this low resolution frame. In this way, a low resolution sequence is obtained. Also, since the original full resolution frame (ie, each full resolution GOF) produces a high spatial subband HSS, motion compensated spatial-temporal analysis (corresponding successive steps MCSTA and WD are "MC temporal analysis" and Used to perform “corresponding to“ wavelet decomposition ”).
フル解像度のフレームに実行されたこれら2つの並列なステップからなるセットの後、このように得られた分解に関する低周波サブバンドは、それぞれ時間分解レベルで、以下の動作に従う、低解像度の系列LRSの対応する空間−時間サブバンドにより、繰返し置き換えられる。
(a)はじめに、記憶動作62では、最後の符号化ステップ69を考慮して、分解に関する高周波空間−時間サブバンドを記憶する。
(b)次いで、ウェーブレット合成63は、該分解の低周波の空間−時間サブバンドから実行される(テスト61「L又はH時間サブバンド」は、該低周波の空間−時間サブバンドと高周波の空間−時間サブバンドを分離することを可能にする)。
(c)次いで、時間分解レベルのランクに関するテスト64は、該レベルが最後のものである場合に、該分解に関する低周波の空間−時間サブバンドを記憶し、該レベルが最後のものではない場合に、対照的に、次の時間レベル66について2つの並列なステップのセットが更に実行される。
After a set of these two parallel steps performed on a full resolution frame, the low frequency subbands thus obtained for the decomposition are low resolution sequences LRS according to the following behavior, respectively, at the time resolution level: Are repeatedly replaced by their corresponding space-time subbands.
(A) First, the
(B) The
(C) The
(符号化側での)全体的な分解方式及び(復号化側での)対応する動き補償合成方式のより詳細な表現は、図7及び(2つの図である図8A及び図8Bを備えている)図8に見ることができる。本発明に係る空間−時間分解のこの例は、前方向の動き補償及び2つの分解レベルによる、(明確さのために)4つのフレームA0〜A3からなるGOFに関連している。高周波及び低周波(H’0,H’1及びL’0,L’1のそれぞれの)時間サブバンドは、たとえば、文献“Factoring wavelet transforms into lifting steps”, I. Daubechies and W. Sweldens, Bell Laboratories technical report, Lucent Technologies, 1996に記載されている、いわゆるリフティング方式を使用することでオリジナルフレームから計算される。表記DWT及びDWT-1は、ウェーブレット分解及びウェーブレット合成をそれぞれ示している。図7の右側は、第一の空間−時間分解レベル分解に関する低周波空間−時間サブバンドに適用される逆合成、及び(低い解像度の系列の対応する空間−時間サブバンドによる分解に関する低周波サブバンドの置き換えの後に実行され、該置き換えは、図7の左側からの矢印により示される)第二の空間−時間分解レベルを連続して例示している。 A more detailed representation of the overall decomposition scheme (on the encoding side) and the corresponding motion compensation synthesis scheme (on the decoding side) comprises FIG. 7 and (two diagrams, FIGS. 8A and 8B). It can be seen in FIG. This example of space-time decomposition according to the invention relates to a GOF consisting of four frames A0 to A3 (for clarity) with forward motion compensation and two decomposition levels. High and low frequency (respectively H ′ 0 , H ′ 1 and L ′ 0 , L ′ 1 ) time subbands are described, for example, in the literature “Factoring wavelet transforms into lifting steps”, I. Daubechies and W. Sweldens, Bell It is calculated from the original frame using the so-called lifting method described in Laboratories technical report, Lucent Technologies, 1996. The notations DWT and DWT -1 indicate wavelet decomposition and wavelet synthesis, respectively. The right side of FIG. 7 shows the inverse synthesis applied to the low frequency space-time subband for the first space-time resolution level decomposition and the low frequency sub for the decomposition by the corresponding space-time subband of the low resolution sequence. It is performed after the band replacement, which continuously illustrates the second space-time resolution level (indicated by the arrow from the left side of FIG. 7).
本発明に係るビデオ符号化方法及び装置は、詳細なやり方で先に説明されてきたが、本発明は、該ビデオ符号化方法を実現するときに実行されるステップとデュアル(二元的)な連続するステップを含んでいる、対応するビデオ復号化方法、並びに該ビデオ符号化装置で提供される手段とデュアルな連続する手段を含んでいる、対応するビデオ復号化装置に関する。 Although the video encoding method and apparatus according to the present invention has been described above in a detailed manner, the present invention is dual in terms of the steps performed when implementing the video encoding method. The invention relates to a corresponding video decoding method comprising successive steps and to a corresponding video decoding device comprising means which are continuous with the means provided in the video coding apparatus.
Claims (4)
該オリジナルのビデオ系列のフル解像度のフレームから、ウェーブレット分解により、連続する低解像度のGOFに編成される低解像度のフレームの系列を生成するステップと、
該低解像度のフレームの系列のそれぞれの低解像度のGOFに動き補償空間−時間分析を実行して、低解像度の系列を得るステップと、
該オリジナルのビデオ系列のそれぞれのフル解像度のGOFの動き補償空間−時間分析を実行するステップと、
それぞれの時間分解レベルで、該分解に関する低周波サブバンドを該低解像度の系列の対応する空間−時間サブバンドで置き換えるステップと、
出力符号化ビットストリームを生成するため、得られた変更された系列と、それぞれフル解像度のGOFの動き補償空間−時間分析の間に生成された動きベクトルを符号化するステップと、
を含むことを特徴とするビデオ符号化方法。 A video encoding method for compression of an original video sequence that is divided into successive groups of frames (GOF), comprising:
Generating a sequence of low resolution frames organized into a continuous low resolution GOF from the full resolution frames of the original video sequence by wavelet decomposition;
Performing a motion compensated space-time analysis on each low resolution GOF of the low resolution frame sequence to obtain a low resolution sequence;
Performing a motion compensated spatio-temporal analysis of each full resolution GOF of the original video sequence;
At each temporal resolution level, replacing the low frequency subbands for the decomposition with corresponding space-time subbands of the low resolution sequence;
Encoding the resulting modified sequences and motion vectors generated during motion compensated spatial-temporal analysis of each full resolution GOF to generate an output encoded bitstream;
A video encoding method comprising:
該オリジナルのビデオ系列のフル解像度のフレームから、ウェーブレット分解により、連続する低解像度のGOFに編成される低解像度のフレームの系列を生成する手段と、
該低解像度のフレームの系列のそれぞれの低解像度のGOFに動き補償空間−時間分析を実行して、低解像度の系列を得る手段と、
該オリジナルのビデオ系列のそれぞれのフル解像度のGOFに関する動き補償空間−時間分析を実行する手段と、
それぞれの時間分解レベルで、該分解に関する低周波サブバンドを該低解像度の系列の対応する空間−時間サブバンドで置き換える手段と、
出力符号化ビットストリームを生成するため、得られた変更された系列と、それぞれフル解像度のGOFに関する動き補償空間−時間分析の間に生成された動きベクトルを符号化する手段と、
を有することを特徴とするビデオ符号化装置。 A video encoding device for compression of an original video sequence that is divided into successive groups of frames (GOF),
Means for generating, from the full resolution frame of the original video sequence, a sequence of low resolution frames organized into a continuous low resolution GOF by wavelet decomposition;
Means for performing a motion compensated space-time analysis on each low resolution GOF of the low resolution frame sequence to obtain a low resolution sequence;
Means for performing motion compensation space-time analysis on each full resolution GOF of the original video sequence;
Means for replacing the low frequency subbands for the decomposition with corresponding space-time subbands of the low resolution sequence at each time resolution level;
Means for encoding the resulting modified sequences and motion vectors generated during motion compensated spatial-temporal analysis for each full resolution GOF to generate an output encoded bitstream;
A video encoding apparatus comprising:
該ビデオ符号化方法は、該オリジナルのビデオ系列の圧縮のため、
該オリジナルのビデオ系列のフル解像度のフレームから、ウェーブレット分解により、連続する低解像度のGOFに編成される低解像度のフレームの系列を生成するステップと、
該低解像度のフレームの系列のそれぞれの低解像度のGOFに動き補償空間−時間分析を実行して、低解像度の系列を得るステップと、
該オリジナルのビデオ系列のそれぞれのフル解像度のGOFに関する動き補償空間−時間分析を実行するステップと、
それぞれの時間分解レベルで、該分解に関する低周波サブバンドを該低解像度の系列の対応する空間−時間サブバンドで置き換えるステップと、
出力符号化ビットストリームを生成するため、得られた変更された系列と、それぞれフル解像度のGOFに関する動き補償空間−時間分析の間に生成された動きベクトルを符号化するステップとを含み、
該ビデオ復号化方法は、請求項1のビデオ符号化方法に従って実行される処理と二元的な連続する処理を含む、
ことを特徴とするビデオ復号化方法。 A video decoding method provided for decoding an encoded bitstream corresponding to a video sequence encoded by a video encoding method, comprising:
The video encoding method is used to compress the original video sequence.
Generating a sequence of low resolution frames organized into a continuous low resolution GOF from the full resolution frames of the original video sequence by wavelet decomposition;
Performing a motion compensated space-time analysis on each low resolution GOF of the low resolution frame sequence to obtain a low resolution sequence;
Performing a motion compensated space-time analysis on each full resolution GOF of the original video sequence;
At each temporal resolution level, replacing the low frequency subbands for the decomposition with corresponding space-time subbands of the low resolution sequence;
Encoding the resulting modified sequences and motion vectors generated during motion compensated spatial-temporal analysis for each full resolution GOF to generate an output encoded bitstream;
The video decoding method includes a process performed according to the video encoding method of claim 1 and a binary continuous process.
A video decoding method characterized by the above.
該ビデオ符号化装置は、該オリジナルのビデオ系列の圧縮のため、
該オリジナルのビデオ系列のフル解像度のフレームから、ウェーブレット分解により、連続する低解像度のGOFに編成される低解像度のフレームの系列を生成する手段と、
該低解像度のフレームの系列のそれぞれの低解像度のGOFに動き補償空間−時間分析を実行して、低解像度の系列を得る手段と、
該オリジナルのビデオ系列のそれぞれのフル解像度のGOFに関する動き補償空間−時間分析を実行する手段と、
それぞれの時間分解レベルで、該分解に関する低周波サブバンドを該低解像度の系列の対応する空間−時間サブバンドで置き換える手段と、
出力符号化ビットストリームを生成するため、得られた変更された系列と、それぞれフル解像度のGOFの動き補償空間−時間分析の間に生成された動きベクトルを符号化する手段とを含み、
該ビデオ復号化装置は、請求項2のビデオ符号化装置で提供される手段と二元的な連続する手段を含む、
ことを特徴とするビデオ復号化装置。 A video decoding device provided for decoding an encoded bitstream corresponding to a video sequence encoded by a video encoding device, comprising:
The video encoding device is for compressing the original video sequence.
Means for generating, from the full resolution frame of the original video sequence, a sequence of low resolution frames organized into a continuous low resolution GOF by wavelet decomposition;
Means for performing a motion compensated space-time analysis on each low resolution GOF of the low resolution frame sequence to obtain a low resolution sequence;
Means for performing motion compensation space-time analysis on each full resolution GOF of the original video sequence;
Means for replacing the low frequency subbands for the decomposition with corresponding space-time subbands of the low resolution sequence at each time resolution level;
Means for encoding the resulting modified sequences and motion vectors generated during motion compensated spatial-temporal analysis of each full resolution GOF to generate an output encoded bitstream;
The video decoding apparatus includes means continuous with the means provided in the video encoding apparatus of claim 2 and binary continuous means,
A video decoding apparatus characterized by the above.
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