JP2009010649A - スケーラブルビデオストリーム復号装置およびスケーラブルビデオストリーム生成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】スケーラブルビデオストリーム復号装置200は、ベースレイヤストリーム250およびエンハンスレイヤストリーム251を受信した場合並べ替え部214が、該ストリームに含まれる符号化画像を、該符号化画像のそれぞれの表示タイミング情報に従って並べ替えた後に、ビデオデコーダ部216が並べ替えられた符号化画像を復号する。
【選択図】図7
Description
本発明に係るスケーラブルビデオストリーム復号装置は、上記課題を解決するために、符号化画像ストリームを受信するストリーム受信手段と、該ストリーム受信手段が受信した該符号化画像ストリームに含まれる複数の符号化画像を、該符号化画像のそれぞれの表示タイミング情報に従って並べ替える並べ替え手段と、該並べ替え手段が並べ替えた該符号化画像を復号する復号手段とを備えていることを特徴としている。
本発明に係るスケーラブルビデオストリーム生成装置は、複数の入力フレームを、動き補償予測を用いて符号化する符号化手段と、該符号化手段が符号化した各符号化画像を、複数の符号化画像ストリームに振り分ける振り分け手段とを備えており、該振り分け手段は、振り分けるべき該符号化画像が、該符号化手段が任意の該入力フレームを符号化するときに、動き補償予測のための参照フレームとして用いられるか否かに基づいて、該符号化画像を振り分けることを特徴としている。
本発明に係るスケーラブルビデオストリーム復号方法は、符号化画像ストリームを受信するストリーム受信工程と、該ストリーム受信工程において受信した該符号化画像ストリームに含まれる複数の符号化画像を、該符号化画像のそれぞれの表示タイミング情報に従って並べ替える並べ替え工程と、該並べ替え工程において並べ替えた該符号化画像を復号する復号工程とを包含することを特徴としている。
本発明に係るスケーラブルビデオストリーム復号装置の制御方法は、符号化画像ストリームを受信する複数のストリーム受信手段と、該ストリーム受信手段が受信した該符号化画像ストリームに含まれる複数の符号化画像を、該符号化画像のそれぞれの表示タイミング情報に従って並べ替える並べ替え手段と、該並べ替え手段が並べ替えた該符号化画像を復号する復号手段とを備えているスケーラブルビデオストリーム復号装置の制御方法であって、該スケーラブルビデオストリーム復号装置の状態を検出する検出工程と、該検出工程において検出した該状態に基づいて、少なくとも1つの該ストリーム受信手段を作動させるか、または停止させる入力制御工程とを包含することを特徴としている。
本発明に係るスケーラブルビデオストリーム生成方法は、複数の入力フレームを、動き補償予測を用いて符号化する符号化工程と、該符号化工程において符号化された各符号化画像を、複数の符号化画像ストリームに振り分ける振り分け工程とを包含しており、該振り分け工程では、振り分けるべき符号化画像が、該符号化手段が任意の該入力フレームを符号化するときに、動き補償予測のための参照フレームとして用いられるか否かに基づいて、該符号化画像を振り分けることを特徴としている。
なお、上記スケーラブルビデオストリーム復号装置および生成装置は、コンピュータによって実現してもよい。この場合、コンピュータを上記各手段として動作させることにより、上記スケーラブルビデオストリーム復号装置をコンピュータにおいて実現するスケーラブルビデオストリーム復号プログラム、上記スケーラブルビデオストリーム生成装置をコンピュータにおいて実現するスケーラブルビデオストリーム生成プログラム、ならびに、それらのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
図1は、本発明の一実施形態に係るスケーラブルビデオストリーム生成装置100の要部構成を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係るスケーラブルビデオストリーム生成装置100は、映像入力部110、入力フレームメモリ部111、参照フレームメモリ部114、ビデオエンコーダ部(符号化手段)113、エンコード制御部112、コードバッファメモリ部115、振り分け部(振り分け手段)116、第1の出力部117、および第2の出力部118を備えている。
スケーラブルビデオストリーム生成装置100の動作の一例について詳細に説明する。
以上のように構成することで、スケーラブル符号化に対応した符号化装置を用いる代わりに、通常の符号化処理で得られたストリームを適宜振り分けるだけで、簡易にベースレイヤストリームとエンハンスレイヤストリームとを生成する、スケーラブルビデオストリーム生成装置を実現できる。
映像入力部110は、メモリ手段を想定して説明を行ったが、他の手段でもよい。例えば、通信制御手段であってもよいし、撮像手段であってもよい。または別のビデオ符号化方式の復号機能を持つ手段であってもよい。このように構成することで通信路やカメラからの入力をリアルタイムで符号化し、伝送するシステムや、符号化方式を変更して再伝送するシステムに応用し得る。
ビデオエンコーダ部113で符号化に用いるビデオ符号化方式は、動き補償予測を行う物であれば何でもよい。例えばMPEG−2、MPEG−4、MPEG−4 AVC等を用いることができる。また、複数の符号化方式に対応し、必要に応じて動的に変更可能な構成にしてもよい。このように構成することで、様々な符号化方式のストリームを出力できるので、対応できる再生装置を増やすことができる。
ビデオエンコーダ部113で符号化に用いるビデオ符号化方式が、過去の3枚以上の復号フレームから参照フレームを選択し得る符号化方式であれば、エンハンスレイヤストリームは2つ以上であってもよい。
ビデオエンコーダ部113は、参照フレームとして、表示タイミングが過去のフレームだけでなく、未来のフレームを用いて符号化を行ってもよい。図6に、一部のフレームについて、その前後のフレームを参照フレームとして用いて符号化を行う例を示す。図6中、Bと記載したフレーム(以下Bフレームと呼ぶ)は、表示順が過去と未来のフレームから予測を行う、双方向画面間予測符号化モードで符号化されていることを表している。この場合の、Bフレームを符号化したデータをエンハンスレイヤストリーム154に振り分けてもよい。双方向予測を使うことで、未来のフレームから予測したほうがよい場合に、より正確な予測画像を得ることができるので、残差画像の信号強度が減少し、符号化効率を向上させることができる。
第1の出力部117および第2の出力部118は、通常、通信制御手段を想定しているが、少なくとも一方がメモリ手段であってもよい。このように構成することで、符号化の結果をメモリに保存して置き、再生装置のユーザーからの要求に応じて、別の送信装置でメモリから読み出して通信路に送出するオンデマンド伝送にも応用することができる。
第1の出力部117および第2の出力部118で出力する際のフォーマットは、MPEG−2 TS等の伝送用のパケット形式で多重して出力してもよい。MPEG−2 TSを用いる場合は、ストリームに対応付ける時刻(表示タイミング)として、PTSを使うことができる。このようにすることで、MPEG−2 TSを伝送する様々な伝送路を使用できる。符号化方式としてMPEG−4 AVCを用いる場合は、ストリームレベルでフレーム毎の時刻であるPicture Timing SEIが規定されているので、これをストリームに対応付ける時刻として用いればMPEG−4 AVCに対応した復号装置でストリームをそのまま再生し得る。
図7は、本発明の一実施形態に係るスケーラブルビデオストリーム復号装置200の要部構成を示すブロック図である。図7に示すように、本実施形態に係るスケーラブルビデオストリーム再生装置200は、第1の入力部(ストリーム受信手段)210、第2の入力部(ストリーム受信手段)211、第1の入力ストリームメモリ部212、第2の入力ストリームメモリ部213、並べ替え部(並べ替え手段)214、参照フレームメモリ部215、ビデオデコーダ部(復号手段)216、出力フレームメモリ部217、および出力部218を備えている。
スケーラブルビデオストリーム復号装置200の動作の一例について詳細に説明する。
以上のように本実施形態に係るスケーラブルビデオストリーム復号装置200は、従来のビデオストリーム復号装置に第2の入力部211と、第2の入力ストリームメモリ部213と、並べ替え部214を追加しただけの簡易な構成で、ベースレイヤストリーム250とエンハンスレイヤストリーム251の両方を用いて入力映像と同じフレームレートの映像を復号し、再生することができる。
ビデオデコーダ部216が対応するビデオ符号化方式は、ビデオ生成装置で用いられる符号化方法と対応が取られている必要があるが、予め複数の符号化方式に対応可能としておき、入力するビデオストリームの符号化方式に応じて動的に変更可能な構成としてもよい。また、スケーラブルビデオストリーム復号装置200から対応可能な符号化方式のリストを、ベースレイヤストリーム250およびエンハンスレイヤストリーム251を生成するスケーラブルビデオストリーム生成装置に予め、または随時示して、該リストの中から双方に最適なビデオ符号化方式を選択できるように構成してもよい。このように構成することで、システムが符号化方式に依存しなくなり、再生し得るビットストリームの数を増やすことができる。
ベースレイヤストリーム250とエンハンスレイヤストリーム251は、異なる伝送路で伝送されてもよい。例えば、ベースレイヤストリーム250は放送で伝送され、エンハンスレイヤストリーム251は通信で伝送される等が考えられる。伝送路はそれぞれ異なる遅延量を持っている。例えば、通信では再送やプロトコルにあわせた伝送方式変換等が行われ、数ミリ秒から数十秒の遅延が起こり得る。また、同じ伝送路を用いた場合でも、ベースレイヤストリーム250とエンハンスレイヤストリーム251とで伝送量が異なるため、伝送路中の中継機器での処理時間に差が出る場合もある。このような場合でも以下の手順により対応可能である。
スケーラブルビデオストリーム復号装置200は、録画再生機能を備えていてもよい。例えば、並べ替え部214と並列して録画メモリを内包する録画再生部を配置する。上記録画再生部は、ベースレイヤストリーム250およびエンハンスレイヤストリーム251の少なくとも一方を取得して、上記録画メモリに記録する。そして、上記録画再生部は、上記録画メモリに記録したベースレイヤストリーム250およびエンハンスレイヤストリーム251の少なくとも一方を読み出して並べ替え部214に渡す。並べ替え部214は、以降、上述したように復号動作を行う。このように構成することで、入力したストリームを一旦録画しておき、ユーザーの好きな時に再生できる。
上述した、録画再生する例において、ストリームを全く別の時刻に入力してもよい。この場合、例えば、まず、一方のストリームを入力して上記録画メモリに記録して置き、別の時刻に、他方のストリームを入力して該録画メモリに追加で記録する。再生時には両ストリームを用いて再生する。後から入力したストリームを追加で記録する際に、既に記録されているストリームと関連があることを装置が認識できるように、ファイル名に法則性を持たせたり、付加情報によって関連付けをしたりしてもよい。記録時に同じファイルに追加で記録し、再生時に分離しながら読み込んでもよいし、記録時に並べ替え部214と同じ並べ替え処理を行って、両ストリームを1つのストリームにして記録してもよい。このように構成することで、例えば、ベースレイヤストリーム250を放送から受信して録画して置き、後でエンハンスレイヤストリーム251を通信で受信して追加録画することで、再生時には両ストリームを用いて高画質の映像を再生できる等の効果がある。
ベースレイヤストリーム250およびエンハンスレイヤストリーム251は符号化データと時刻が1対1に対応できるフォーマットであれば何でもよい。例えばMPEG−2 TSの場合、1フレームのストリームは、PESパケットに格納され、対応する時刻は、PESヘッダのPTSとして格納される。
昨今、携帯電話等の小型情報処理装置の中にはビデオストリーム再生機能を備える物がある。これらの装置は電池で駆動する物が多く、装置を長時間電池で駆動させるためには、消費電力の低減が望まれる。特に、ビデオストリーム再生は複雑な処理を行うため、多くの電力を必要とし、故に装置の消費電力の低減が強く求められている。例えば、特許文献1には、消費電力を低減するデジタルスチルカメラ装置が開示されている。この装置は、液晶ファインダのような内部表示手段を備え、テレビ等の外部機器接続の有無によって復号化の動作量を制御し、消費電力を低減している。また、特許文献1には、動作量を減らす具体的な方法として、復号化回路が復号する画像の解像度、階調、フレームレートを削減することを挙げている。
スケーラブルビデオストリーム復号装置300の動作の一例について詳細に説明する。
以上のように構成することで、本実施形態に係るスケーラブルビデオストリーム復号装置300は、電池残量が少なくなるとデコード処理量を削減して消費電力を抑えられるので、再生を維持しつつも、装置の稼動時間を延ばすことができる。尚且つ、スケーラブルビデオストリーム復号装置300では、スケーラブルビデオデコーダ部312には特別に省電力の仕組みを与える事なく、簡単な構成、すなわちセンサ部313と、入力制御部314と、入力スイッチ部315を追加するだけで、上記の効果を奏する。
センサ部313は、スケーラブルビデオストリーム復号装置300の温度情報を取得する温度センサであってもよい。この場合、入力制御部314は、温度情報が閾値を超えた時に入力スイッチ部315をOFFにし、閾値以下になった時に入力スイッチ部315をONにする制御を行う。このように構成することにより、装置の温度が上昇した際に、エンハンスレイヤストリーム351の復号を省略して、処理量を減らすことで、発熱を抑え、尚且つ消費電力を削減できる。
スケーラブルビデオストリーム復号装置300が、ディスプレイ表面を保護する等の目的で、開閉可能な蓋が備えられている装置に組み込まれている場合、センサ部313は、該装置のディスプレイ蓋の開閉センサであってもよい。この場合、入力制御部314は、上記ディスプレイ蓋が閉じられている時に入力スイッチ部315をOFFにし、該ディスプレイ蓋が開けられている時に、入力スイッチ部315をONにする制御を行う。上記装置のディスプレイ蓋が閉じられている時、ユーザーが映像を観察している可能性は低いので、エンハンスレイヤストリーム351の復号を省略して画質を下げても、ユーザーの利便性は損なわれない。したがって、上記のように構成することにより、ユーザーの利便性を損なわずに、消費電力を抑えることができる。
センサ部313は、装置に加えられている加速度を検出する加速度センサであってもよい。この場合、入力制御部314は、加速度が閾値を越えた時に入力スイッチ部315をOFFにし、閾値以下になった時に入力スイッチ部315をONにする制御を行う。装置を下ろす、持ち上げる、振る等、加速度を加えている間は、ユーザーが映像を観察している可能性は低いので、エンハンスレイヤストリーム351の復号を省略して画質を下げても、ユーザーの利便性は損なわれない。したがって、上記ように構成することにより、ユーザーの利便性を損なわずに、消費電力を抑えることができる。
センサ部313は、スケーラブルビデオデコーダ部312の復号途中で得られた動きベクトルを検出するセンサまたはプログラムであってもよい。この場合、入力制御部314は、動きベクトルから求められる評価値、例えば全ベクトルの大きさの和が閾値を超えた場合に入力スイッチ部315をONにし、閾値以下になった時に、入力スイッチ部315をOFFにする。復号した映像中の動きが少ない時には、エンハンスレイヤストリーム351に含まれる次のフレームの復号を省略しても、見かけ上の大きな差が出ないので、ユーザーの利便性は損なわれない。したがって、上記ように構成することにより、ユーザーの利便性を損なわずに、消費電力を抑えることができる。
センサ部313は、複数のセンサ手段からなっていてもよい。この場合、入力制御部314は、複数のセンサからの情報を総合して入力スイッチ部315のON/OFFの制御を行う。
また、上述した例では、入力制御部314が、センサ部313からの値(連続値)と閾値とを比較することにより、入力スイッチ部315を、ON/OFFの2値で制御しているが、入力制御部314は、入力スイッチ部315を、連続的に制御してもよい。例えば、センサ部313から得られた値が閾値とほぼ同じ値である時、入力制御部314は、入力スイッチ部315の制御をONおよびOFFに1対1の時間配分で断続的に切り替えてもよい。
入力制御部314に、スイッチタイマ部をさらに設け、センサ部313からの情報が、入力スイッチ部315のON/OFFの切替えを生じさせる条件を満たした時点から一定時間経過した後に、入力スイッチ部315を制御してもよい。このように構成することで、センサ部からの情報が頻繁に閾値を越え、入力スイッチ部315のONおよびOFFにする制御も頻繁に行われて不自然な映像再生が行われるといった現象を抑えることが出来る。
スケーラブルビデオストリーム復号装置300に、ユーザー操作部を更に設け、ユーザーが各種閾値を設定できるようにしてもよいし、ユーザーが入力スイッチ部315の制御を行えるようにしてもよい。このように構成することで、ユーザーの指示によって画質を下げつつも消費電力を抑えることが出来る。
ユーザーの操作履歴を元に、最適な制御を行うようにしてもよい。即ち、入力制御部314は、ユーザーが入力スイッチ部315の制御操作をした時の装置の状態、例えば温度等を記録しておき、次回はその状態になった時に、入力スイッチ部315に同じ制御を行う。このように構成することで、エンハンスレイヤストリーム351の復号のON/OFF制御を、ユーザーの嗜好に合わせて細やかに制御できるようになり、利便性と省電力性の両方を向上できる。
本発明に係るスケーラブルビデオストリーム復号装置は、電池駆動により持ち運びができる、小型の装置を想定しているが、外部から電源を供給される車載型や据え置き型の装置でもよい。
2 スケーラブルビデオストリーム生成装置
3 ベースレイヤストリーム
4 エンハンスレイヤストリーム
5 伝送路
6 ビデオストリーム再生装置
7 スケーラブルビデオストリーム再生装置
8 復号された低フレームレート映像
9 復号された高フレームレート映像
10 ベースレイヤストリーム入力部
11 エンハンスレイヤストリーム入力部
12 ベースレイヤビデオデコーダ
13 エンハンスレイヤビデオデコーダ
14 エンハンスレイヤ参照フレームメモリ
15 ベースレイヤ参照フレームメモリ
16 並べ替え部
17 出力フレームメモリ
18 表示部
100 スケーラブルビデオストリーム生成装置
110 映像入力部
111 入力フレームメモリ部
112 エンコード制御部
113 ビデオエンコーダ部(符号化手段)
114 参照フレームメモリ部(スケーラブルビデオストリーム生成装置側)
115 コードバッファメモリ部
116 振り分け部(振り分け手段)
117 第1の出力部
118 第2の出力部
200 スケーラブルビデオストリーム復号装置
210 第1の入力部(ストリーム受信手段)
211 第2の入力部(ストリーム受信手段)
212 第1の入力ストリームメモリ部
213 第2の入力ストリームメモリ部
214 並べ替え部(並べ替え手段)
215 参照フレームメモリ部(スケーラブルビデオストリーム再生装置側)
216 ビデオデコーダ部(復号手段)
217 出力フレームメモリ部
218 出力部
300 スケーラブル非対応のビデオストリーム再生装置
310 第1の入力部(ストリーム受信手段)
311 第2の入力部(ストリーム受信手段)
312 スケーラブルビデオデコーダ部(復号手段)
313 センサ部(検出手段)
314 入力制御部(入力制御手段)
315 入力スイッチ部
150 入力映像
151、250、350 ベースレイヤストリーム
152〜154、251、351 エンハンスレイヤストリーム
S100 符号化モード決定ステップ
S101 画面内予測符号化指示、参照フレーム指示ステップ
S102 レイヤ選択ステップ
S103 画面間予測符号化指示、参照フレーム指示ステップ
S104 画面間予測符号化指示、非参照フレーム指示ステップ
S120 符号化モード判定ステップ
S121 参照フレーム取得ステップ
S122 動きベクトル探索ステップ
S123 残差画像作成ステップ
S124 直交変換、量子化ステップ
S125 参照フレーム指示判断ステップ
S126 逆量子化、逆直交変換ステップ
S127 復号画像作成ステップ
S128 参照フレーム保存ステップ
S129 可変長符号化ステップ
S200、S220 第1ストリーム時刻取得ステップ
S201、S221 第2ストリーム時刻取得ステップ
S222 第1ストリーム時刻有効判断ステップ
S223 時刻計算ステップ
S224 過去時刻判断ステップ
S225 未来時刻判断ステップ
S202、S226 時刻比較ステップ
S203、S227 第1ストリーム取り出しステップ
S204、S228 第2ストリーム取り出しステップ
S205、S229 ストリーム送りステップ
S300 電池残量情報取得ステップ
S301 閾値比較ステップ
S302 入力スイッチOFFステップ
S303 入力スイッチONステップ
Claims (9)
- 符号化画像ストリームを受信するストリーム受信手段と、
該ストリーム受信手段が受信した該符号化画像ストリームに含まれる複数の符号化画像を、該符号化画像のそれぞれの表示タイミング情報に従って並べ替える並べ替え手段と、
該並べ替え手段が並べ替えた該符号化画像を復号する復号手段とを備えていることを特徴とするスケーラブルビデオストリーム復号装置。 - 複数の上記ストリーム受信手段を備えており、
上記スケーラブルビデオストリーム復号装置の状態を検出する検出手段と、
該検出手段が検出した該状態に基づいて、少なくとも1つの該ストリーム受信手段を作動させるか、または停止させる入力制御手段とをさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載のスケーラブルビデオストリーム復号装置。 - 複数の入力フレームを、動き補償予測を用いて符号化する符号化手段と、
該符号化手段が符号化した各符号化画像を、複数の符号化画像ストリームに振り分ける振り分け手段とを備えており、
該振り分け手段は、振り分けるべき該符号化画像が、該符号化手段が任意の該入力フレームを符号化するときに、動き補償予測のための参照フレームとして用いられるか否かに基づいて、該符号化画像を振り分けることを特徴とするスケーラブルビデオストリーム生成装置。 - 符号化画像ストリームを受信するストリーム受信工程と、
該ストリーム受信工程において受信した該符号化画像ストリームに含まれる複数の符号化画像を、該符号化画像のそれぞれの表示タイミング情報に従って並べ替える並べ替え工程と、
該並べ替え工程において並べ替えた該符号化画像を復号する復号工程とを包含することを特徴とするスケーラブルビデオストリーム復号方法。 - 符号化画像ストリームを受信する複数のストリーム受信手段と、
該ストリーム受信手段が受信した該符号化画像ストリームに含まれる複数の符号化画像を、該符号化画像のそれぞれの表示タイミング情報に従って並べ替える並べ替え手段と、
該並べ替え手段が並べ替えた該符号化画像を復号する復号手段とを備えているスケーラブルビデオストリーム復号装置の制御方法であって、
該スケーラブルビデオストリーム復号装置の状態を検出する検出工程と、
該検出工程において検出した該状態に基づいて、少なくとも1つの該ストリーム受信手段を作動させるか、または停止させる入力制御工程とを包含することを特徴とするスケーラブルビデオストリーム復号装置の制御方法。 - 複数の入力フレームを、動き補償予測を用いて符号化する符号化工程と、
該符号化工程において符号化された各符号化画像を、複数の符号化画像ストリームに振り分ける振り分け工程とを包含しており、
該振り分け工程では、振り分けるべき該符号化画像が、該符号化手段が任意の入力フレームを符号化するときに、動き補償予測のための参照フレームとして用いられるか否かに基づいて、該符号化画像を振り分けることを特徴とするスケーラブルビデオストリーム生成方法。 - 請求項1に記載のスケーラブルビデオストリーム復号装置を動作させるためのスケーラブルビデオストリーム復号プログラムであって、
コンピュータを上記各手段として機能させるためのスケーラブルビデオストリーム復号プログラム。 - 請求項2に記載のスケーラブルビデオストリーム復号装置を動作させるためのスケーラブルビデオストリーム復号プログラムであって、
コンピュータを上記各手段として機能させるためのスケーラブルビデオストリーム復号プログラム。 - 請求項3に記載のスケーラブルビデオストリーム生成装置を動作させるためのスケーラブルビデオストリーム生成プログラムであって、
コンピュータを上記各手段として機能させるためのスケーラブルビデオストリーム生成プログラム。
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