JP2007096800A - 動画像データの再圧縮符号化方法、装置及びプログラム - Google Patents

動画像データの再圧縮符号化方法、装置及びプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】複数のトランスコード方式の中から最適な一つのトランスコード方式を選択して処理時間や処理コストの増加を極力抑えつつ動画像データを目標ビットレートに近づくように再圧縮符号化する。
【解決手段】第1の符号化方式で符号化された入力動画像データを同じ符号化方式で再圧縮符号化して出力動画像データを生成することが可能な第1のトランスコーダ106と、入力動画像データを第2の符号化方式で再圧縮符号化して出力動画像データを生成することが可能な、第1のトランスコーダ106より小さい圧縮率を有する第2のトランスコーダ107と、入力動画像データのビットレートに対する出力動画像データの目標ビットレートの削減率を含む再圧縮パラメータ102を受け、削減率が閾値より小さければトランスコーダ106に圧縮符号化を行わせ、削減率が閾値以上であればトランスコーダ107に再圧縮符号化を行わせるための制御を行うコントローラ108を有する。
【選択図】図1

Description

本発明は、符号化された動画像データを目標ビットレートに近づくように再圧縮符号化する方法、装置及びプログラムに関する。
MPEG−2及びMPEG−4といった種々の動画像符号化国際標準方式は、それぞれ様々なアプリケーションで採用されている。例えば、MPEG−2はパッケージメディアあるいは記録メディアであるディジタルバーサタイルディスク(DVD)、及び各国のディジタル放送で採用されている。MPEG−4は、携帯オーディオ・ビジュアル(AV)機器や携帯電話端末において主に使用されている。このように従来はアプリケーション毎に、異なる符号化方式が採用されている。同じ符号化方式をフレームレートや解像度を異ならせて使用する場合もある。
各アプリケーション間のインターオペラビリティ(相互接続性)を実現するため、符号化方式や動画像データフォーマットの変換を伴うトランスコードが行われる場合がある。従来の民生用映像機器では、アプリケーション毎に、主に使用される符号化方式は一種類に限定される場合が多い。従って、ある符号化方式で符号化された動画像データをトランスコードによって、対象とするアプリケーションに対応して予め決められた符号化方式に基づく動画像データに変換することが行われている。さらに、トランスコードはハードディスクや記録型DVDのような記録メディアにおける動画像データの長時間記録を実現することを目的として、動画像データを再圧縮してデータ量を削減するために行われることもある。
トランスコードには、符号化された動画像データを復号せずに圧縮してデータ量を削減する手法(例えば、特許文献1)と、記録メディアの残容量に応じて画像サイズやフレームレートを落として再符号化を行う方法(例えば、特許文献2)がある。複数のアプリケーションに対応するため、動画像信号を複数の符号化方式で同時に符号化して得られる動画像データから最適なデータを選択する方法も知られている(例えば、特許文献3)。
近年、ITU−T Rec. H.264(以下、単にH.264という)と呼ばれる、新しい動画像符号化国際標準方式が勧告されている。H.264は、従来からのMPEG−2やMPEG−4に比べて非常に圧縮性能が高く、例えば同一画質のMPEG−2と比較してデータ量を1/2程度に削減することが可能である。HD DVD (High Definition DVD) のような新しい映像メディアでは、マルチコーデックと呼ばれる複数の符号化方式を採用したアプリケーションが立ち上がりつつあり、MPEG−2とH.264とが必須の符号化方式として採用されようとしている。このようなマルチコーデックをサポートする映像メディアでは、圧縮性能や処理量の異なる符号化方式をアプリケーション側で目的に応じて選択することができる。例えば、長時間記録を目的としてトランスコードを行う場合に、符号化効率の最も高い方式を適応的に選択すれば、より高画質の記録が可能となる。
特開2003−264839 特開2004−228837 特開2005−72799
トランスコードで最適な方式を決定するための最も単純な手法として、特許文献3に開示されているように、同一の動画像データに対して複数の符号化方式でトランスコードを行い、それらのトランスコード結果から最適な符号化方式を選択するという方法がある。しかし、複数の符号化方式で並列にトランスコードを行うと、処理量が膨大なものとなってしまう。また、複数の再符号化データを一時的に保存するメモリや蓄積メディアが必要となるなど、処理時間や処理コストの大幅な増加を招いてしまう。
本発明の目的は、複数のトランスコード方式の中から最適な一つのトランスコード方式を選択し、処理時間や処理コストの増加を極力抑えつつ動画像データを目標ビットレートに近づくように再圧縮符号化する方法及び装置を提供することにある。
本発明の一観点によると、第1の符号化方式で符号化された入力動画像データのビットレートに対する出力動画像データの目標ビットレートの削減率を含む再圧縮パラメータを受けるステップと、前記削減率が閾値より小さければ、前記第1の符号化方式かつ第1の圧縮率を有する第1のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成するステップと、前記削減率が前記閾値以上であれば、前記第1の符号化方式と異なる第2の符号化方式かつ前記第1の圧縮率より小さい第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成するステップとを具備する動画像データの再圧縮符号化方法を提供する。ここで、圧縮率は圧縮後のデータ量/圧縮前のデータ量で定義される。すなわち、圧縮率が小さいほど高圧縮となる。
本発明の他の観点によると、第1の符号化方式で符号化された入力動画像データを前記第1の符号化方式で再圧縮符号化して出力動画像データを生成することが可能な、第1の圧縮率を有する第1のトランスコーダと、前記入力動画像データを前記第1の符号化方式と異なる第2の符号化方式で再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成することが可能な、前記第1の圧縮率より小さい第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダと、前記入力動画像データのビットレートに対する前記出力動画像データの目標ビットレートの削減率を含む再圧縮パラメータを受け、前記削減率が閾値より小さければ前記第1のトランスコーダに前記圧縮符号化を行わせ、前記削減率が前記閾値以上であれば前記第2のトランスコーダに前記再圧縮符号化を行わせるための制御を行うコントローラとを具備する動画像データの再圧縮符号化装置を提供する。
本発明の別の観点によると、第1の符号化方式で符号化された入力動画像データのビットレートに対する出力動画像データの目標ビットレートの削減率を含む再圧縮パラメータを受けるステップと、前記削減率が第1の閾値より小さければ、前記入力動画像データに含まれる直交変換係数を再量子化する再量子化部を含み、前記第1の符号化方式かつ第1の圧縮率を有する第1のトランスコーダによって前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成するステップと、前記削減率が前記第1の閾値以上かつ第2の閾値より小さければ、前記入力動画像データを復号することによって動画像信号を再生するデコーダ及び前記動画像信号を符号化するエンコーダを含み、前記第1の符号化方式かつ第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成するステップと、前記削減率が前記第2の閾値以上であれば、前記第1の符号化方式と異なる第2の符号化方式かつ前記第1及び第2の圧縮率より小さい第3の圧縮率を有する第3のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成するステップとを具備する動画像データの再圧縮符号化方法を提供する。
本発明の更に別の観点によると、第1の符号化方式で符号化された入力動画像データに含まれる直交変換係数を再量子化する再量子化部を含み、前記入力動画像データを前記第1の符号化方式で再圧縮符号化して出力動画像データを生成することが可能な、第1の圧縮率を有する第1のトランスコーダと、前記入力動画像データを復号することによって動画像信号を再生するデコーダ及び前記動画像信号を符号化するエンコーダを含み、前記入力動画像データを前記第1の符号化方式で再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成することが可能な、第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダと、前記入力動画像データを前記第1の符号化方式と異なる第2の符号化方式で再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成することが可能な、前記第1及び第2の圧縮率より小さい第3の圧縮率を有する第3のトランスコーダと、前記入力動画像データのビットレートに対する前記出力動画像データの目標ビットレートの削減率を含む再圧縮パラメータを受け、前記削減率が第1の閾値より小さければ前記第1のトランスコーダに前記圧縮符号化を行わせ、前記削減率が前記第1の閾値以上かつ第2の閾値より小さければ前記第2のトランスコーダに前記圧縮符号化を行わせ、前記削減率が前記第2の閾値以上であれば前記第3のトランスコーダに前記再圧縮符号化を行わせるための制御を行うコントローラとを具備する動画像データの再圧縮符号化装置を提供する。
本発明によれば、トランスコード方式の違いによる再圧縮符号化特性の性質を利用し、入力動画像データのビットレートに対する出力動画像データの目標ビットレートの削減率に基づいて再圧縮符号化に最適なトランスコード方式を選択する。従って、処理量の増加なしに任意のビットレートで常に高い符号化効率の再圧縮符号化を行うことができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
(第1の実施形態)
図1に示されるように、本発明の第1の実施形態に係る動画像再圧縮符号化装置100には、外部からの入力動画像データ101と再圧縮パラメータ102が入力される。入力動画像データ101は、原動画像信号を第1の符号化方式で符号化することにより生成される。動画像再圧縮符号化装置100では、再圧縮パラメータ102に基づいて再圧縮符号化が行われ、出力動画像データ103が生成される。動画像符号化装置100は、入力バッファ104、セレクタ105、第1のトランスコーダ106、第2のトランスコーダ107、コントローラ108、セレクタ109及び出力バッファ110を有する。
再圧縮パラメータ入力部111は、例えばユーザ入力112及びメディア残容量113に従って再圧縮パラメータ102を入力するように構成される。ユーザ入力112は、例えばDVDのような記録メディアに出力動画像データ103を記録する場合にユーザが希望する画質モード(例えば標準画質、低画質及び高画質など)、記録時間及び記録速度(例えば低速、標準速、高速など)などの情報を表す。メディア残容量113は、記録メディアの持つ残容量の情報を表す。これらの画質モード、記録時間、記録速度及びメディア残容量は、再圧縮パラメータ102である目標ビットレートや変換速度指標を決定するために用いられる。
目標ビットレートは出力動画像データ103が持つべきビットレートであり、通常は入力動画像データ101のビットレートより小さい。一般的に、ユーザが要求する画質が高いほど、記録時間が短いほど、そしてメディア残容量が大きいほど、目標ビットレートは高く設定される。変換速度指標は、入力動画像データ101が出力動画像データ103に変換されるまでの処理に要する速度を表し、入力画像データ101の読み込み速度が速いほど、また、出力画像データの出力速度が速いほど、変換速度指標は高く設定することが可能となり、高速に変換することが可能となる。後述するように変換速度指標としては、変換速度比が用いられる。
こうして入力される再圧縮パラメータ102は、CPUとソフトウエアで構成されるコントローラ108に与えられる。コントローラ108は、トランスコーダ106及びトランスコーダ107の中から再圧縮パラメータ102に従って動画像データ101を最も効率的にトランスコードを行うトランスコーダを適応的に選択し、選択したトランスコーダのみを動作させる。さらに、コントローラ108が選択したトランスコーダに入力動画像データ101が入力され、選択したトランスコーダからの出力動画像データ103が出力されるようにセレクタ105及びセレクタ109を制御する。
入力動画像データ101は入力バッファ104に一時保存される。入力バッファ104から読み出される動画像データは、セレクタ105により選択されたトランスコーダ、すなわちトランスコーダ106または107のいずれか一方に入力される。選択されたトランスコーダによりトランスコード、すなわち再圧縮符号化が行われ、符号化された出力動画像データ103が生成される。出力動画像データ103はセレクタ109を介して出力バッファ110に一時保存され、出力バッファ110から外部へ出力される。
第1のトランスコーダ106は、入力動画像データ101を第1の符号化方式でトランスコード、すなわち再圧縮符号化する。例えば、入力動画像データ101がMPEG−2によって符号化されているとすれば、第1のトランスコーダ106はMPEG−2により入力動画像データ101を再圧縮符号化して出力動画像データ103を生成する。第2のトランスコーダ107は、入力動画像データ101を第1の符号化方式と異なる第2の符号化方式でトランスコード、すなわち再圧縮符号化する。第2の符号化方式は、第1の符号化方式より小さな圧縮率を有する。圧縮率とは前述したように圧縮後のデータ量/圧縮前のデータ量の比であり、圧縮率が小さいほど高圧縮、すなわち圧縮効率が高いということなる。圧縮率を圧縮比(=圧縮前のデータ量/圧縮後のデータ量)に置き換えれば、第2の符号化方式は第1の符号化方式より大きいということになる。
例えば、第2のトランスコーダ107はMPEG−2によって符号化された入力動画像データ101をH.264により再圧縮符号化して出力動画像データを生成する。ここでは、第1の符号化方式としてMPEG−2、第2の符号化方式としてH.264を例に挙げたが、これらはあくまで一例に過ぎない。
次に、図1中のトランスコーダ106及び107の具体例について説明する。図2は、符号化方式の変換を伴わないトランスコーダ106の第2の具体例を示している。第1の符号化方式(例えばMPEG2)で符号化された入力動画像データ120は、可変長復号器124に入力される。可変長復号器124においては、入力動画像データ120に対し通常の可変長符号もしくは算術符号の復号が行われることによって、DCT係数のような直交変換係数情報121とその他のサイド情報122とが分離される。サイド情報122は、例えば動きベクトル及び予測モード情報を含む。直交変換係数情報121は、再量子化器125により再量子化される。再量子化された直交変換係数情報と可変長復号器124からのサイド情報122は可変長符号化器126に入力され、ここで通常の可変長符号化もしくは算術符号化が行われることによって、第1の符号化方式で符号化された出力動画像データ123が出力される。例えば、入力動画像データ120がMPEG−2方式で符号化されていれば、出力動画像データ123もMPEG−2方式で符号化されたデータとして出力される。
図3は、符号化方式の変換を伴わないトランスコーダ106の他の具体例を示している。第1の符号化方式(例えばMPEG2)により符号化された入力動画像データ130は、第1の符号化方式に対応するデコーダ134に入力される。デコーダ134において入力動画像データ130に対して復号が行われることによって、再生された動画像信号131と、動きベクトル情報及び予測モード情報のようなサイド情報132が生成される。再生された動画像信号131は画像メモリ135に一時保存され、サイド情報132はデータメモリ136に一時保存される。
第1の符号化方式に対応した再エンコーダ137は、画像メモリ135に保存されている動画像信号を読み込み、データメモリ136に保存されているサイド情報を参照しながら再符号化を行って、第1の符号化方式で符号化された出力動画像データ133を生成する。例えば、入力動画像データ130がMPEG−2方式で符号化されていれば、出力動画像データ133もMPEG−2方式で符号化されたデータとして出力される。
図4は、符号化方式の変換を伴うトランスコーダ107の具体例を示している。第1の符号化方式により符号化された入力動画像データ140は、第1の符号化方式に対応するデコーダ144に入力される。デコーダ144において入力動画像データ140に対して復号が行われることによって、再生された動画像信号141と、動きベクトル情報及び予測モード情報のようなサイド情報142が生成される。再生された動画像信号141は画像メモリ145に一時保存され、サイド情報142はデータメモリ146に一時保存される。
第2の符号化方式に対応したエンコーダ147は、画像メモリ145に保存されている動画像信号を読み込み、データメモリ146に保存されているサイド情報を参照しながら再符号化を行って、第2の符号化方式により符号化された出力動画像データ143を生成する。例えば、入力動画像データ140がMPEG−2方式で符号化されていれば、出力動画像データ143はH.264方式で符号化されたデータとして出力される。
次に、図5を用いて図2、図3及び図4に示したトランスコーダの圧縮性能特性について説明する。図5は、入力動画像データを再圧縮して得られる出力動画像データのビットレートと、出力動画像データを復号した動画像信号の原動画像信号に対するPSNR(Peak Signal to Noise Ratio)との関係の一例を示している。ここで、入力動画像データは原動画像信号を第1の符号化方式で符号化することにより生成される。PSNRは、符号化歪の指標である。PSNRが高いほど画質がよく、低いほど符号化歪が大きい。
図5中の点150は、高精細テレビジョン(HDTV)映像信号をMPEG−2で符号化して得られる入力動画像データのビットレート(約20Mbps)とPSNR(約37dB)の例を表している。図5中の曲線151は、図3に示したトランスコーダを用いて入力動画像データを複数のビットレートで再圧縮した場合の出力動画像データのビットレートとPSNRとの関係を示している。図5中の曲線152は、図2に示したトランスコーダにより入力動画像データを復号化した後に再符号化することで再圧縮した場合の出力動画像データのビットレートとPSNRとの関係を示している。
図2のトランスコーダにより再圧縮を行うと、曲線151に示されるように出力動画像データのビットレートを入力動画像データのビットレートから低下させるに従い、PSNRが小さくなり、画質が低下していく様子が分かる。すなわち、図2のトランスコーダは再量子化による再圧縮を行うため、量子化誤差がフレーム間予測に伴って時間方向あるいは空間方向に伝播し、ビットレートを低下させるに従って急激にPSNRが低下する傾向がある。これに対し、図3のトランスコーダは、入力動画像データの符号化方式と同一の符号化方式(例えば、MPEG−2)を用いた再符号化を入力動画像データから抽出した動きベクトルなどのサイド情報を用いて行う。従って、出力動画像データのビットレートと入力動画像データのビットレートとの差が小さい場合は、曲線152に示されるように、再量子化による再圧縮を用いた場合の曲線151で示す特性と同等の圧縮性能が得られる。また、図2のトランスコーダでは、量子化誤差の伝播の影響がないため、ビットレートをさらに削減した場合のPSNRの低下(符号化歪みの増加)は曲線151で示した再量子化の場合よりも小さくなる。
図5の曲線153は、図4に示したトランスコーダにより入力動画像データを復号化した後に再符号化することで再圧縮した場合の出力動画像データのビットレートとPSNRとの関係を示している。図4のトランスコーダは、入力動画像データに含まれる動きベクトルなどのサイド情報を用いつつ、入力動画像データの符号化方式とは異なる符号化方式(例えば、H.264)を用いて再符号化を行う。
すなわち、図4のトランスコーダでは入力動画像データと出力動画像データの符号化方式が異なり、かつ出力動画像データの符号化方式は非可逆符号化のため、出力動画像データのビットレートと入力動画像データのビットレートとの差が小さい場合でも符号化歪が発生し、画質が低下する。ただし、H.264の圧縮性能はMPEG−2の2倍程度であり、すなわち半分のビットレートで同一画質の符号化が可能と言われている。このため、ビットレート低下に伴う画質劣化が少なく、再圧縮後のビットレートが低くなるに従って図5中の曲線151及び152に示される他の符号化方式と比較して、同一ビットレートでの画質劣化が少なくなる。
以上をまとめると、符号化された入力動画像データをトランスコードにより再圧縮して出力動画像データを生成する場合、以下の性質が見出せる。
(i)再圧縮前後のビットレート差(入力動画像データのビットレートと出力動画像データのビットレートとの差)が小さい場合、入力動画像データの符号化方式と同一の符号化方式を用いて再圧縮を行うことで、画質劣化を少なく抑えることができる。
(ii)入力動画像データの符号化方式と同一の符号化方式で再量子化により入力動画像データを再圧縮すると、再圧縮前後のビットレート差が大きくなるに従って、急激に符号化効率が低下する。
(iii)再圧縮前後のビットレート差が小さい場合は、入力動画像データの符号化方式と異なり、かつ圧縮性能の高い符号化方式を再圧縮に用いるよりは、入力動画像データの符号化方式と同一の符号化方式を用いて再圧縮を行う方が画質劣化は少ない。
(iv)再圧縮前後のビットレート差が大きい場合は、圧縮性能のより高い符号化方式を再圧縮に用いることが有効である。
本実施形態は、上記(i)(ii)(iii)(iv)の性質を考慮して再圧縮の符号化方式を選択することで符号化効率を最適化することを可能とする。図5の曲線151の特性を示す再量子化によるトランスコード方式をAとし、曲線152の特性を示す同一符号化方式での再符号化によるトランスコード方式をA′とし、また曲線153で示した符号化効率のより高い別の符号化方式を用いて再符号化を行うトランスコード方式をBとする。
図5の矢印154,155及び156は、出力動画像データの種々のビットレート範囲とそれらの範囲に適合するトランスコード方式を示している。矢印154で示したビットレート範囲において再圧縮を行う場合は、方式Aまたは方式A′の符号化効率が方式Bに比較して高い。矢印155で示したビットレート範囲において再圧縮を行う場合は、方式A′の符号化効率が平均的に高い。矢印156で示したビットレート範囲において再圧縮を行う場合は、方式Bの符号化効率が方式Aまたは方式A′に比較して高い。このように出力動画像データのビットレート範囲、すなわち入力動画像データのビットレートに対する出力動画像データのビットレートに応じて、最適なトランスコード方式が異なる。
また、トランスコード方式によって処理量も大幅に異なる。図6は、それぞれのトランスコード方式の平均処理負荷の比率の例を示したものである。再量子化のみで再圧縮を行う方式Aは処理負荷が最も小さく、符号化性能の高い符号化方式により再符号化する方式Bは、高い符号化性能を得るために処理負荷も高くなる。図5の矢印154で示したビットレート削減量が少ない領域では、方式Aと方式A′との符号化効率の違いが小さいため、処理負荷の少ない方式Aが用いることで、画質劣化せずに処理負荷を低減させることが可能となる。
以上の点を踏まえて、図7に示すフローチャートを用いて第1の実施形態における処理手順を説明する。まず、再圧縮パラメータ入力部111においてトランスコードにより得られる出力動画像データ103の目標ビットレートを例えばユーザ入力112またはメディア残容量113に従って設定する(ステップS100)。この状態で入力ビットストリーム、すなわち動画像データ101のビットストリームを入力し(ステップS101)、さらに入力ビットストリームのビットレート(入力ビットレートという)を取得する(ステップS102)。入力ビットレートは、コントローラ108によって図示しない上位のシステムから取得される。後述するように、入力ビットストリームからビットレートを計測してもよい。
次に、次式で示される入力ビットレートに対する目標ビットレートのビットレート削減率を閾値THと比較する(ステップS102)。
Figure 2007096800
この式で示されるビットレート削減率は、入力ビットレートに対する目標ビットレートの差を入力ビットレートにより正規化している。
ステップS103においてビットレート削減率が閾値THより小さい場合は、方式AまたはA′のトランスコードを行う(ステップS104)。
ステップS103においてビットレート削減率が閾値TH以上の場合は、方式Bに基づくトランスコードを行う(ステップS105)。
最後に、ステップS104またはS105のトランスコードにより生成される出力動画像データ103のビットストリーム、すなわち出力ビットストリームを出力する(ステップS106)。
閾値THは、例えば10%,15%,20%,30%,40%,50%等の中からトランスコード方式や符号化方式に応じて適宜選ぶことができる。なお、図7では省略しているが、入力ビットレートが目標ビットレートを下回っている場合、すなわちビットレート削減率が0以下の場合は、入力ビットストリームをそのまま出力ビットストリームとして出力すればよい。
図7に示した処理手順に従えば、図5を用いて説明した各トランスコード方式の特性を生かして、特に符号化方式の変換を伴わないトランスコード方式AまたはA′と符号化方式の変換を伴うトランスコード方式Bの中から最適なトランスコード方式を自動的に決定することが可能となる。すなわち、ユーザが特に意識することなく、自動的に最適なトランスコード方式を選択して、任意のビットレートで、常に高画質かつ高効率に入力ビットストリームを目標ビットレートに近づくように再圧縮符号化することができる。
次に、図8に示すフローチャートを用いて第1の実施形態における他の処理手順を説明する。まず、目標ビットレートと共に入力動画像データ101に対する出力動画像データ103の変換速度指標である変換速度比を設定する(ステップS200)。この状態で入力ビットストリームを入力し(ステップS201)、さらに入力ビットレートを取得する(ステップS202)。
次に、変換速度比を所定値Rと比較する(ステップS203)。変換速度比は、入力動画像データ101を出力動画像データ103に変換するのに要する処理時間に対する出力動画像データ103の再生時間の比であり、例えば4,3,2というような値が設定される。変換速度比が4の場合、実時間の4倍の速度で変換することを意味する。さらに、図7の場合と同様に目標ビットレートのビットレート削減率を閾値THと比較する(ステップS204)。
ステップS203において変換速度比が所定値Rより大きい場合、あるいはステップS204においてビットレート削減率が閾値THより小さい場合は、方式AまたはA′のトランスコードを行う(ステップS205)。
ステップS203において変換速度比が所定値R以下の場合、あるいはステップS204においてビットレート削減率が閾値TH以上の場合は、方式Bのトランスコードを行う(ステップS206)。
最後に、ステップS205またはS206のトランスコードにより生成される出力動画像データ103のビットストリーム、すなわち出力ビットストリームを出力する(ステップS207)。なお、上記所定値Rは、ステップS206及びステップS205の処理速度に応じて決定される。すなわち、ステップS206の変換速度比はR以下であり、ステップS205の変換速度比はRより大きいことが前提となる。
なお、図8では省略しているが、入力ビットレートが目標ビットレートを下回っている場合は、入力ビットストリームをそのまま出力ビットストリームとして出力すればよい。
このように変換速度指標を併用することにより、ユーザが希望する記録速度をも反映したトランスコード方式の選択が可能となる。
(第2の実施形態)
図9は、本発明の第2の実施形態に係る動画像再圧縮符号化装置200を示している。図9において図1と同一部分に同一符号を付して説明すると、本実施形態における動画像再圧縮符号化装置200は、図1に示した第1の実施形態におけるトランスコーダ106に代えて図2に示したような方式Aに基づくトランスコーダ106−1及び図3に示したような方式A′に基づくトランスコーダ106−2が設けられている。例えば、第1の符号化方式がMPEG−2であるとすると、トランスコーダ106−1はMPEG−2の再量子化によるトランスコード、トランスコーダ106−2はMPEG−2の再符号化によるトランスコード、トランスコーダ107はMPEG−2からH.264へ再符号化のトランスコードを行う。
コントローラ108は、トランスコーダ106−1,106−2及び107の中から再圧縮パラメータ102に従って動画像データ101を最も効率的にトランスコードを行うトランスコーダを適応的に選択し、選択したトランスコーダのみを動作させる。再圧縮パラメータ102は第1の実施形態と同様に、目標ビットレートや変換速度指標を決定するパラメータであり、前述したユーザ入力やメディア残容量に応じて入力される。さらに、コントローラ108が選択したトランスコーダに入力動画像データ101が入力され、選択したトランスコーダからの出力動画像データ103が出力されるようにセレクタ105及びセレクタ109を制御する。これにより任意のビットレートで、かつ常に高い符号化効率で高画質なトランスコードを行うことが可能となる。
次に、図10に示すフローチャートを用いて第2の実施形態における処理手順を説明する。まず、出力動画像データ103の目標ビットレートを例えばユーザ入力またはメディア残容量3に従って設定する(ステップS300)。この状態で入力ビットストリーム、すなわち動画像データ101のビットストリームを入力し(ステップS301)、さらに入力ビットストリームのビットレート(入力ビットレートという)を取得する(ステップS302)。入力ビットレートは、コントローラ108によって図示しない上位のシステムから取得される。後述するように、入力ビットストリームからビットレートを計測してもよい。
次に、[数1]に従って入力ビットレートに対する目標ビットレートのビットレート削減率を求め、ビットレート削減率が0以下かどうかを調べる(ステップS303)。ビットレート削減率が0以下であれば、入力ビットストリームをそのまま出力ビットストリームとして出力する(ステップS309)。
ビットレート削減率が0以下でなければ、次にビットレート削減率を0より大きい第1の閾値TH1(例えばTH1=15%)と比較する(ステップS304)。
ステップS304においてビットレート削減率が閾値TH1より小さければ、トランスコーダ106−1を用いて方式Aによるトランスコードを行う(ステップS306)。
ステップS304においてビットレート削減率が閾値TH1以上であれば、次にビットレート削減率をTH1より大きい第2の閾値TH2(例えばTH2=30%)と比較する(ステップS305)。
ステップS305においてビットレート削減率が閾値TH2より小さければ、すなわちTH1<ビットレート削減率<TH2であれば、トランスコーダ106−2を用いて方式A′によるトランスコードを行う(ステップS307)。
ステップS305においてビットレート削減率が閾値TH2より大きければ、トランスコーダ107を用いて方式Bよるトランスコードを行う(ステップS308)。
最後に、ステップS306,S307またはS308のトランスコードにより生成される出力動画像データ103のビットストリーム、すなわち出力ビットストリームを出力する(ステップS309)。
図10に示した処理手順に従えば、図5を用いて説明した各トランスコード方式の特性を生かして、トランスコード方式A,A′及びBの3つの中から、最適なトランスコード方式を自動的に決定することが可能となる。すなわち、ユーザが特に意識することなく、自動的に最適なトランスコード方式を選択して、任意のビットレートで、常に高画質かつ高効率に入力ビットストリームを目標ビットレートに近づくように再圧縮符号化することができる。
次に、図11に示すフローチャートを用いて第2の実施形態における他の処理手順を説明する。まず、目標ビットレートと共に入力動画像データ101に対する出力動画像データ103の変換速度指標である変換速度比を設定する(ステップS400)。この状態で入力ビットストリームを入力し(ステップS401)、さらに入力ビットレートを取得する(ステップS402)。
次に、[数1]に従って入力ビットレートに対する目標ビットレートのビットレート削減率を求め、ビットレート削減率が0以下かどうかを調べる(ステップS403)。ビットレート削減率が0以下であれば、入力ビットストリームをそのまま出力ビットストリームとして出力する(ステップS412)。ビットレート削減率が0以下でなければ、次に変換速度比を第1の所定値R1(例えばR1=4)と比較する(ステップS404)。
ステップS404において変換速度比が所定値R1以下であれば、次にビットレート削減率を第1の閾値TH1(例えばTH1=15%)と比較する(ステップS405)。
ステップS404において変換速度比が所定値R1より大きい場合、あるいはステップS405においてビットレート削減率が閾値TH1より小さい場合は、トランスコーダ206−1を用いて方式Aに基づくトランスコードを行う(ステップS409)。
ステップS404において変換速度比が所定値R1以下で、かつステップS405においてビットレート削減率が閾値TH1以上の場合は、次にビットレート削減率を第2の閾値TH2(例えばTH2=30%)と比較する(ステップS406)。ステップS406においてビットレート削減率が閾値TH2以上であれば、次に変換速度比を第2の所定値R2(例えばR2=2)と比較する(ステップS407)。
ステップS406においてビットレート削減率が閾値TH2より小さい場合、あるいはステップS407において変換速度比が所定値R2より大きい場合は、トランスコーダ206−2を用いて方式A′に基づくトランスコードを行う(ステップS410)。
ステップS407において変換速度比が所定値R2以下の場合は、トランスコーダ207を用いて方式Bに基づくトランスコードを行う(ステップS411)。
最後に、ステップS409,S410またはS411のトランスコードにより生成される出力動画像データ103のビットストリーム、すなわち出力ビットストリームを出力する(ステップS412)。ここで、所定値R1およびR2は、ステップS409、ステップS410及びステップS411の処理速度に応じて決定される。すなわち、ステップS409の変換速度比はR1より大きく、ステップS410の変換速度比はR2より大きく且つR1より小さく、ステップS411の変換速度比は、R2より小さいことが前提となる。
このように図11の処理手順に従えば、図6で示した変換処理速度の違いを考慮して、許容される変換処理速度の範囲内で、図5を用いて説明した各トランスコード方式の符号化特性を踏まえて、最適なトランスコード方式をビットレートの情報から自動的に決定することが可能となる。従って、ユーザが意識することなく、自動的に最適なトランスコード方式を選択して、任意のビットレートで常に高画質かつ高効率に入力動画像データを所定の処理時間以内で目標ビットレートとなるように再圧縮符号化することができる。
(第3の実施形態)
図12は、本発明の第3の実施形態に係る動画像再圧縮符号化装置300を示している。図12において、第2の実施形態の図9と同一の構成要素については同一符号を付している。本実施形態では、第2の実施形態に加えて入力動画像データ101の所定時間毎のビットレートを計測するビットレート計測部150を追加している。コントローラ108は、こうして計測されたビットレートと再圧縮パラメータ102に基づいて使用するトランスコード方式、すなわちトランスコーダ106−1,106−2及び107のいずれを用いてトランスコードを行うかを切り替える。
図13に、ビットレート計測部120により計測されたビットレートに基づくトランスコード方式の切り替え動作の例を示す。図13において、線310は所定時間毎に計測された入力動画像データ101のビットレートの時間変動を示している。線311は出力動画像データ103の目標ビットレートである。図13では、目標ビットレートと入力動画像データ101のビットレートとの比率に応じてトランスコード方式を切り替えており、入力動画像データ101のビットレートが矢印314に示す範囲の場合はトランスコード方式Aを選択し、入力動画像データ101のビットレートが矢印313に示す範囲の場合はトランスコード方式A′を選択し、入力動画像データ101のビットレートが矢印312に示す範囲の場合は、トランスコード方式Bを選択する。このように本実施形態では、トランスコード方式の切り替えは動的に行われる。
このように本実施形態では、コントローラが入力動画像データ101の現在のビットレートと目標ビットレートとの比率に応じて、入力動画像データ101を最も効率的にトランスコードするトランスコーダを3つのトランスコーダ106−1,106−2及び107の中から適応的かつ動的に切り替える。従って、任意のビットレートでかつ常に高い符号化効率によって高画質のトランスコードを行うことが可能となる。
以上説明した本発明の実施形態に基づく動画像データの再圧縮符号化処理は、ハードウエアでも実現可能であるが、パーソナルコンピュータのようなコンピュータを用いてソフトウエアにより実行することも可能である。従って、本発明によれば以下に挙げるようなプログラム、あるいは当該プログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を提供することができる。
(1)第1の符号化方式で符号化された入力動画像データのビットレートに対する出力動画像データの目標ビットレートの削減率を含む再圧縮パラメータを受ける処理と、前記削減率が閾値より小さければ、前記第1の符号化方式かつ第1の圧縮率を有する第1のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成する処理と、前記削減率が前記閾値以上であれば、前記第1の符号化方式と異なる第2の符号化方式かつ前記第1の圧縮率より小さい第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成する処理とを含む再圧縮符号化処理をコンピュータに行わせる動画像データの再圧縮符号化プログラムあるいは該プログラムを記憶した記憶媒体。
(2)第1の符号化方式で符号化された入力動画像データのビットレートに対する出力動画像データの目標ビットレートの削減率を含む再圧縮パラメータを受ける処理と、前記削減率が第1の閾値より小さければ、前記入力動画像データに含まれる直交変換係数を再量子化する再量子化部を含み、前記第1の符号化方式かつ第1の圧縮率を有する第1のトランスコーダによって前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成する処理と、前記削減率が前記第1の閾値以上かつ第2の閾値より小さければ、前記入力動画像データを復号することによって動画像信号を再生するデコーダ及び前記動画像信号を符号化するエンコーダを含み、前記第1の符号化方式かつ第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成する処理と、前記削減率が前記第2の閾値以上であれば、前記第1の符号化方式と異なる第2の符号化方式かつ前記第1の圧縮率より小さい第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成する処理とを含む再圧縮処理をコンピュータに行わせる動画像データの再圧縮符号化プログラムあるいは該プログラムを記憶した記憶媒体。
本発明の第1の実施形態に係る動画像再圧縮符号化装置の概略構成示すブロック図 トランスコーダの第1の具体例を示すブロック図 トランスコーダの第2の具体例を示すブロック図 トランスコーダの第3の具体例を示すブロック図 入力動画像データを再圧縮して得られる出力動画像データのビットレートと、出力動画像データを復号した動画像信号の原動画像信号に対するPSNRとの関係の一例を示す図 各トランスコード方式の平均処理負荷の比率の例を示す図 第1の実施形態における動画像圧縮符号化の処理手順を示すフローチャート 第1の実施形態における動画像圧縮符号化の他の処理手順を示すフローチャート 本発明の第2の実施形態に係る動画像圧縮符号化装置の概略構成を示すブロック図 第2の実施形態における動画像圧縮符号化の処理手順を示すフローチャート 第2の実施形態における動画像圧縮符号化の他の処理手順を示すフローチャート 本発明の第3の実施形態に係る動画像圧縮符号化装置の概略構成を示すブロック図 第3の実施形態におけるトランスコード方式の切り替え動作例を示す図
符号の説明
100,200,300・・・動画像再圧縮符号化装置;
101・・・入力動画像データ;
102・・・再圧縮パラメータ;
103・・・出力動画像データ;
104・・・入力バッファ;
105・・・セレクタ;
106,106−1,106−2・・・符号化方式の変更を伴わないトランスコーダ;
107・・・符号化方式の変更を伴うトランスコーダ;
108・・・コントローラ;
109・・・セレクタ;
110・・・出力バッファ;
111・・・再圧縮パラメータ入力部;
124・・・可変長復号器;
125・・・再量子化部;
126・・・可変長符号化器;
134・・・デコーダ;
137・・・エンコーダ;
144・・・デコーダ;
147・・・エンコーダ;
150・・・入力ビットレート計測部

Claims (15)

  1. 第1の符号化方式で符号化された入力動画像データのビットレートに対する出力動画像データの目標ビットレートの削減率を含む再圧縮パラメータを受けるステップと、
    前記削減率が閾値より小さければ、前記第1の符号化方式かつ第1の圧縮率を有する第1のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成するステップと、
    前記削減率が前記閾値以上であれば、前記第1の符号化方式と異なる第2の符号化方式かつ前記第1の圧縮率より小さい第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成するステップと
    を具備する動画像データの再圧縮符号化方法。
  2. 前記削減率が0以下であれば、前記入力動画像データをそのまま前記出力動画像データとして出力するステップをさらに具備する請求項1記載の動画像データの再圧縮符号化方法。
  3. 第1の符号化方式で符号化された入力動画像データを前記第1の符号化方式で再圧縮符号化して出力動画像データを生成することが可能な、第1の圧縮率を有する第1のトランスコーダと、
    前記入力動画像データを前記第1の符号化方式と異なる第2の符号化方式で再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成することが可能な、前記第1の圧縮率より小さい第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダと、
    前記入力動画像データのビットレートに対する前記出力動画像データの目標ビットレートの削減率を含む再圧縮パラメータを受け、前記削減率が閾値より小さければ前記第1のトランスコーダに前記圧縮符号化を行わせ、前記削減率が前記閾値以上であれば前記第2のトランスコーダに前記再圧縮符号化を行わせるための制御を行うコントローラと
    を具備する動画像データの再圧縮符号化装置。
  4. 前記第1のトランスコーダは、前記入力動画像データに含まれる直交変換係数を再量子化する再量子化部を含む請求項3記載の動画像データの再圧縮符号化装置。
  5. 前記第1のトランスコーダは、前記入力動画像データを復号することによって動画像信号を再生するデコーダ及び前記動画像信号を符号化するエンコーダを含む請求項3記載の動画像データの再圧縮符号化装置。
  6. 前記第2のトランスコーダは、前記入力動画像データを復号することによって動画像信号を再生するデコーダ及び前記動画像信号を前記第2の符号化方式で符号化するエンコーダを含む請求項3記載の動画像データの再圧縮符号化装置。
  7. 第1の符号化方式で符号化された入力動画像データのビットレートに対する出力動画像データの目標ビットレートの削減率を含む再圧縮パラメータを受けるステップと、
    前記削減率が第1の閾値より小さければ、前記入力動画像データに含まれる直交変換係数を再量子化する再量子化部を含み、前記第1の符号化方式かつ第1の圧縮率を有する第1のトランスコーダによって前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成するステップと、
    前記削減率が前記第1の閾値以上かつ第2の閾値より小さければ、前記入力動画像データを復号することによって動画像信号を再生するデコーダ及び前記動画像信号を符号化するエンコーダを含み、前記第1の符号化方式かつ第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成するステップと、
    前記削減率が前記第2の閾値以上であれば、前記第1の符号化方式と異なる第2の符号化方式かつ前記第1及び第2の圧縮率より小さい第3の圧縮率を有する第3のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成するステップと
    を具備する動画像データの再圧縮符号化方法。
  8. 前記削減率が0以下であれば、前記入力動画像データをそのまま前記出力動画像データとして出力するステップをさらに具備する請求項7記載の動画像データの再圧縮符号化方法。
  9. 第1の符号化方式で符号化された入力動画像データに含まれる直交変換係数を再量子化する再量子化部を含み、前記入力動画像データを前記第1の符号化方式で再圧縮符号化して出力動画像データを生成することが可能な、第1の圧縮率を有する第1のトランスコーダと、
    前記入力動画像データを復号することによって動画像信号を再生するデコーダ及び前記動画像信号を符号化するエンコーダを含み、前記入力動画像データを前記第1の符号化方式で再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成することが可能な、第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダと、
    前記入力動画像データを前記第1の符号化方式と異なる第2の符号化方式で再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成することが可能な、前記第1及び第2の圧縮率より小さい第3の圧縮率を有する第3のトランスコーダと、
    前記入力動画像データのビットレートに対する前記出力動画像データの目標ビットレートの削減率を含む再圧縮パラメータを受け、前記削減率が第1の閾値より小さければ前記第1のトランスコーダに前記圧縮符号化を行わせ、前記削減率が前記第1の閾値以上かつ第2の閾値より小さければ前記第2のトランスコーダに前記圧縮符号化を行わせ、前記削減率が前記第2の閾値以上であれば前記第3のトランスコーダに前記再圧縮符号化を行わせるための制御を行うコントローラと
    を具備する動画像データの再圧縮符号化装置。
  10. 前記第3のトランスコーダは、前記入力動画像データを復号することによって動画像信号を再生するデコーダ及び前記動画像信号を前記第2の符号化方式で符号化するエンコーダを含む請求項9記載の動画像データの再圧縮符号化装置。
  11. 前記入力動画像データのビットレートを単位時間毎に計測する計測部をさらに具備し、前記コントローラは該単位時間毎に計測されるビットレートに対応して前記削減率を求める請求項3または9のいずれか1項記載の動画像データの再圧縮符号化装置。
  12. 前記再圧縮パラメータは前記入力動画像データに対する前記出力動画像データの変換速度指標をさらに含み、前記コントローラは前記変換速度指標が所定値より大きければ前記第1のトランスコーダに前記圧縮符号化を行わせ、前記変換速度指標が前記所定値以下であれば前記第2のトランスコーダに前記再圧縮符号化を行わせるための制御をさらに行う請求項3記載の動画像データの再圧縮符号化装置。
  13. 前記再圧縮パラメータは前記入力動画像データに対する前記出力動画像データの変換速度指標をさらに含み、前記コントローラは前記変換速度指標が第1の所定値より大きければ前記第1のトランスコーダに前記圧縮符号化を行わせ、前記速度変換比が前記第1の所定値以下かつ第2の所定値より大きければ前記第2のトランスコーダに前記圧縮符号化を行わせ、前記変換速度指標が前記前記第2の所定値以下であれば前記第3のトランスコーダに前記再圧縮符号化を行わせるための制御をさらに行う請求項9記載の動画像データの再圧縮符号化装置。
  14. 第1の符号化方式で符号化された入力動画像データのビットレートに対する出力動画像データの目標ビットレートの削減率を含む再圧縮パラメータを受ける処理と、
    前記削減率が閾値より小さければ、前記第1の符号化方式かつ第1の圧縮率を有する第1のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成する処理と、
    前記削減率が前記閾値以上であれば、前記第1の符号化方式と異なる第2の符号化方式かつ前記第1の圧縮率より小さい第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成する処理とを含む再圧縮符号化処理をコンピュータに行わせる動画像データの再圧縮符号化プログラム。
  15. 第1の符号化方式で符号化された入力動画像データのビットレートに対する出力動画像データの目標ビットレートの削減率を含む再圧縮パラメータを受ける処理と、
    前記削減率が第1の閾値より小さければ、前記入力動画像データに含まれる直交変換係数を再量子化する再量子化部を含み、前記第1の符号化方式かつ第1の圧縮率を有する第1のトランスコーダによって前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成する処理と、
    前記削減率が前記第1の閾値以上かつ第2の閾値より小さければ、前記入力動画像データを復号することによって動画像信号を再生するデコーダ及び前記動画像信号を符号化するエンコーダを含み、前記第1の符号化方式かつ第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成する処理と、
    前記削減率が前記第2の閾値以上であれば、前記第1の符号化方式と異なる第2の符号化方式かつ前記第1の圧縮率より小さい第2の圧縮率を有する第2のトランスコーダにより前記入力動画像データを再圧縮符号化して前記出力動画像データを生成する処理とを含む再圧縮処理をコンピュータに行わせる動画像データの再圧縮符号化プログラム。
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