JP2011530222A - 雑音除去のための統合時間フィルタを備えたビデオエンコーダ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンコードされたフレームシーケンスを搬送する出力を有する統合時間フィルタを備えたビデオエンコーダは、入力フレームデータを受信する入力部と、入力フレームデータを入力部から受信してフィルタリングされたフレームデータを生成する時間フィルタと、時間フィルタからエンコードされたフレームシーケンスとフィルタリングされたフレームデータから誘導される再構成されたフレームを受信し、残差誤差信号出力を生成する動き処理モジュールと、及び入力データフレームと残差誤差信号を受信し、エンコードされたフレームシーケンスを生成するコーダモジュールとを含む。
【選択図】図5
Description
デジタルビデオ信号は、フレームシーケンスでの全ての画素(ピクセル)の色調、色彩度、及び輝度を表すために最終的にデコードされるデジタル値(従来は、バイト、ワード、画素、フレーム等として体系化される2進数のシーケンス、即ちビット)のデジタル回路内で電流及び電圧として表現される。最新のデジタルビデオ信号は、超高解像度のフレームの移動シーケンスを示すようにデザインされている。このような超高解像度のフレームシーケンスは、ソースからディスプレイに表される大量の情報を送信するために、超高帯域幅、即ち、情報伝送能力を必要とするため、最新のシステムは送信用信号をエンコード又は圧縮する。
従来の時間フィルタの構成及び従来のビデオコーデックは、図6及び図7のそれぞれに図示されている。
動き推定器
動き推定器は、専用のデジタル論理回路、充分な速度と帯域幅のデジタル信号プロセッサ(DSP)で実行されるデジタル信号処理ソフトウェア、有限状態機械または他の適切な手段により構成してもよい。動き推定器は、現在フレームと一つ以上の以前フレームとを比較し、以前フレームと現在フレームとの間に動きが発生するか、動きが発生する場合、及び/又は動きがどのくらい発生するかを推定する。動きは、一方のフレームから他方のフレームへの画素または個別の画素のブロックに対する変位の方向と大きさを示すベクトルとして表現される。
動き補償器
動き補償器は、専用のデジタル論理回路、充分な速度と帯域幅のDSPで実行されるデジタル信号処理ソフトウェア、有限状態機械又は他の適切な手段により構成してもよい。動き補償器は、動きベクトルを参照フレームに適用し、動き補償予測フレームを生成する。上記予測フレームは、現在フレームとは異なってもよく、その差は残差誤差と呼ばれる。
残差計算機
残差計算機は、専用のデジタル論理回路、充分な速度と帯域幅のDSPで実行されるデジタル信号処理ソフトウェア、有限状態機械又は他の適切な手段により構成してもよい。残差計算機は、現在フレームと予測フレームとの間で画素毎の差を決定し、その差は、このとき、デジタルビデオビットストリームにエンコードされるものである。また、時間フィルタによりガイドするブレンディングは、残差計算機により遂行できる。
時間フィルタ
時間フィルタは、専用のデジタル論理回路、充分な速度と帯域幅のDSPで実行されるデジタル信号処理ソフトウェア、有限状態機械または他の適切な手段により構成してもよい。時間フィルタは、ブレンディング、補間及び/又は他の補償技術がどの程度まで使用すべきかを決定することによって、時間的雑音を除去する。時間フィルタリングは、フレーム内の空間でラインまたは領域にわたり、画素又はサブ画素の変化率を変更する空間フィルタリングと比較し、少なくとも一つの画素又はサブ画素の変化率を一定期間にわたり比較変更する。
bp1、bp2、…bpnは、ブレンディングのパラメータであり(nは、任意の数);
Oは、A≦BであればA≦O≦B、及びA>BであればB≦O≦Aの範囲である出力の結果である。
試みられた一つのモデルによると、ブレンディングの関数は、O=bp1×A+(1-bp1)×Bで示してもよい。
量子化器
量子化器は、専用のデジタル論理回路、充分な速度と帯域幅のDSPで実行されるデジタル信号処理ソフトウェア、有限状態機械または他の適切な手段により構成してもよい。量子化器は、より有意なディジットを有してもよく、又はスケール因子などを含んでもよい以前の計算の結果をとり、上記結果を有限数の量子、すなわち、エンコードできる特殊値のうちの一つに低減させる。
逆量子化器
逆量子化器は、専用のデジタル論理回路、充分な速度と帯域幅のDSPで実行されるデジタル信号処理ソフトウェア、有限状態機械または他の適切な手段により構成してもよい。逆量子化器は、量子のシーケンスを取り、状態情報、他の先験的情報、補間または他の技術に基づき、値をより有意なディジットを有してもよく、又はスケール因子などを含んでもよい値のシーケンスに拡大して戻す。
変換/逆変換
変換/逆変換の演算を含む各種マトリックス演算が要求することができ、専用デジタル論理回路、充分な速度と帯域幅のDSPで実行されるデジタル信号処理ソフトウェア、有限状態機械または他の適切な手段により構成してもよい。
コーダ
コーダは、専用のデジタル論理回路、充分な速度と帯域幅のDSPで実行されるデジタル信号処理ソフトウェア、有限状態機械または他の適切な手段により構成してもよい。コーダは、上記値のシーケンスに含まれたリダンダンシーを増加させ、シーケンスの送信中に導入してもよいシーケンスでの誤差に対する抵抗を増加させるために、或いは一方の情報表示を他方の情報表示へ簡単に転換するために、値の入力シーケンスの各種変換を遂行し、上記値のシーケンスに含まれたリダンダンシーを減少させて、上記シーケンスをより小さい数の値に圧縮してもよい。ビデオの処理に使用される一部のコーダは、エントロピーエンコーダ、離散コサイン変換(DCT)エンコーダなどの変換エンコーダ、及び動き推定及び補償エンコーダを含む。この論議において、エンコーダの特定機能は文脈で確認され、「コーダ」または「エンコーダ」という単語は、その機能のみが明確であるときは使用できない。
フレームは、システム(100)によりキャプチャーされ、動き推定及び動き補償を遂行する動き処理モジュール(103)に入力フレームデータ(101)として提供される。また、入力フレームデータ(101)は、時間フィルタモジュール(105)及び残差計算モジュール(107)に提供される。以前フレームと現在処理される入力フレームデータ(101)との間で発生する動きが推定され、以前フレームの各画素に適用された補償は、入力フレームデータ(101)と時間的にフィルタリングされた(105)フレームデータ及び/又はメタデータ(例えば、ブレンディング係数)と共に残差計算モジュール(107)に提供される補償フレームを生成する。残差計算モジュール(107)は、このとき、フレームデータの各種バージョンの間でブレンド又は補間され、エンコーディングモジュール(109)によりエンコードできる残差値を生成する。未来フレームとの比較を遂行するために、後続フレームのエンコード中にエンコードされたフレームは、フレームの再構成モジュール(111)により再構成され、再構成されたフレーム(113)を生成する。再構成されたフレーム(113)は、時間的にフィルタリングされ、再構成される前にエンコーディング処理の全体のバランスが備えられた入力データから誘導される。この再構成されたフレーム(113)は、入力フレームデータ(101)が動き処理モジュール(103)のために比較される以前フレームである。
フレームは、システム(200)によりキャプチャーされ、動き推定モジュール(210)に入力フレームデータ(101)として提供され、その出力は選択的に入力フレームデータ(101)も直接受信できる動き補償モジュール(220)に接続される。動き推定は、エンコーディングの順に以前フレームに対して遂行される。動き補償モジュール(220)は、必要であれば補間を遂行し、残差計算モジュール(230)で残差計算による差し引きを遂行する。本発明において、時間フィルタモジュール(225)は、動き補償モジュール(220)に接続され、入力フレームデータ(101)をさらに受信し、出力を残差計算モジュール(230)に提供する。時間フィルタモジュール(225)は、動き補償参照と現在フレームとの間に強度ブレンディングを適用するかを、また、強度ブレンディングを適用したことを多少の画素から全ての画素までチェックできる。ブレンディングは、要求通りフレームの一部又は全フレームに適用されてもよい。先行技術のソリューションと対照的に、残差計算モジュール(130)は、これから時間フィルタモジュール(225)からの出力だけでなく、動き補償モジュール(220)からの参照を使用してブレンディングを遂行してもよく、入力フレームデータ(101)をさらに使用してブレンディングを同様に遂行してもよい。従って、一実施形態において、ブレンディングは、時間フィルタモジュール(225)により遂行される。システム(200)は、このとき、変換モジュール(240)、例えば、離散コサイン変換(DCT)、量子化モジュール(250)、逆量子化モジュール(280)、及び逆変換モジュール(245)、例えば、逆DCT(IDCT)を通じ、規則的な圧縮フローを持続させる。残差係数のリオーダリングを遂行し、エントロピーコーディングモジュール(270)に接続されるリオーダリングモジュール(260)は、量子化モジュール(250)の出力に接続される。フレームの再構成モジュール(111)は、逆変換の出力だけでなく、動き補償フレームを受信して再構成されたフレームをメモリ(114)に保存してもよい。メモリ(114)は、動き推定モジュール(210)及び動き補償モジュール(220)にさらに接続される。メモリ(114)は、システム(200)が集積回路として具現されるとき、外部または内部メモリであってもよい。
フレームは、システム(300)によりキャプチャーされ、動き処理モジュール(103)に入力フレームデータ(101)として提供される。また、入力フレームデータ(101)は、時間フィルタモジュール(305)及び残差計算モジュール(107)に提供される。以前の入力フレームと現在処理される入力フレームデータ(101)との間で発生する動きが推定され、参照フレームの各画素に適用された補償は、入力フレームデータ(101)及び時間的にフィルタリングされた(305)フレームデータと共に残差計算モジュール(107)に提供される補償フレームを生成する。残差計算モジュール(107)は、このとき、フレームデータの各種バージョンの間でブレンディング又は補間され、エンコーディングモジュール(109)によりエンコードできる残差値を生成する。未来フレームとの比較を遂行するためにエンコードされたフレームは、フレームの再構成モジュール(111)により再構成され、再構成されたフレーム(113)を生成する。再構成されたフレーム(113)は、時間的にフィルタリングされ、再構成される前にエンコーディング処理の全体のバランスが備えられた入力データから誘導される。この再構成されたフレーム(113)は、入力フレームデータ(101)が動き処理モジュール(103)のために比較される以前フレームである。スイッチ(306)は、ハードウェアまたはソフトウェアを使用して読み取るメモリ位置の選択を通じて提供され、時間フィルタに提供された、再構成されたフレーム(113)が動き処理モジュール(103)に提供されたものと同一であってもよく、または動き処理モジュール(103)あるいはメモリ(114)に保存された部分に現在提供されたもの以外に再構成されたフレームであってもよく、例えば、動き補償を有さない再構成されたフレームであってもよい。
フレームは、システム(400)によりキャプチャーされ、動き推定モジュール(402)に入力フレームデータ(101)として提供され、その出力は選択的に入力フレームデータ(101)も直接受信できる動き補償モジュール(403)に接続される。動き推定は、エンコーディングの順に以前フレームに対して遂行される。動き補償モジュール(403)は必要であれば補間を遂行し、残差計算モジュール(107)で残差計算による差し引きを遂行する。本発明において、時間フィルタモジュール(405)は動き推定モジュール(402)に接続され、入力フレームデータ(101)をさらに受信し、出力を残差計算モジュール(107)に提供する。時間フィルタモジュール(405)は、参照と現在フレームとの間に強度ブレンディングを適用するかを、また、強度ブレンディングを適用したことを全ての画素に対してチェックできる。ブレンディングは、要求通りフレームの一部または全体のフレームに適用してもよい。先行技術のソリューションと対照的に、残差計算モジュール(107)は、これから時間フィルタモジュール(405)からの出力だけでなく、動き補償モジュール(403)からの参照を使用してブレンディングを遂行し、入力フレームデータ(10)をさらに遂行し、ブレンディングを遂行する。従って、一実施形態において、ブレンディングは時間フィルタモジュール(405)により遂行される。システム(400)は、このとき、エンコーディングモジュール(109)を通じて、規則的な圧縮フローを持続させる。フレームの再構成モジュール(111)は、エンコーディングモジュール(109)の出力だけでなく、動き補償フレームを受信して再構成されたフレームをメモリ(114)に保存してもよい。メモリ(114)は、動き推定モジュール(402)及び動き補償モジュール(403)にさらに接続される。メモリ(114)は、システム(400)が集積回路として具現されるとき、外部または内部のメモリであってもよい。
実施形態の原理を用いて、実質的な帯域幅の節減が実現される。従来のシステムは、input MB(384Byte)+Ref MB(384Byte)+out MB(384Byte)=1.125KB per MBの帯域幅を時間フィルタに対して必要とする。ビデオエンコーダに要求されるように、それにinput MB(384Byte)+Rec MB(384Byte)+out Code per MB(〜10Byte)=0.76KB per MBの帯域幅が追加される。従って、従来のシステムに必要な全帯域幅は、約1.885KB per MBである。対照的に、上述した実施形態は、input MB(384Byte)+Rec MB(384Byte)+out Code per MB(〜10Byte)=0.76KB per MBの組み合わせ時間フィルタ及びエンコーダに対する帯域幅の要件を有する。帯域幅の節減は、実施形態が従来のシステムの帯域幅の約40%のみを使用し、類似する結果を達成するため、上述した実施形態を使用して、約60%である。
また別の実施形態の長所は、フレーム間の雑音減少と転移の平坦化により、さらに高く認識されるビデオの品質である。
従って、本発明の少なくとも一つの多くの実施形態を説明したとしても、各種の変更、修正、及び改善は、当業者が容易に遂行できるであろうと理解されなければならない。そのような変更、修正、及び改善は、本明細書の一部であり、本発明の精神と範囲内にある。従って、以前の説明と図面は単なる一例である。
Claims (11)
- エンコードされたフレームシーケンスを搬送する出力を有する統合時間フィルタを備えたビデオエンコーダであって、
入力フレームデータを受信する入力部と、
前記入力フレームデータを前記入力部から受信し、フィルタリングされたフレームデータを生成する時間フィルタと、
前記エンコードされたフレームシーケンスと前記フィルタリングされたフレームデータとから誘導される再構成されたフレームを受信し、残差誤差信号出力を生成する入力部を有する動き処理モジュールと、及び
前記残差誤差信号を受信し、エンコードされたフレームシーケンスを生成するコーダモジュールとを含むことを特徴とするビデオエンコーダ。 - 前記動き処理モジュールは、
前記再構成されたフレームと前記入力フレームデータとを受信し、推定された動きベクトルを生成する動き推定モジュールと、
前記推定された動きベクトルを受信し、動き補償フレームデータを生成する動き補償モジュールとをさらに含み、
前記時間フィルタは、フィルタリングのための動き補償フレームデータをさらに受信することを特徴とする請求項1に記載のビデオエンコーダ。 - 前記エンコードされたフレームシーケンスを受信し、前記再構成されたフレームを前記動き推定モジュールに提供するフレームの再構成モジュールをさらに含むことを特徴とする請求項2に記載のビデオエンコーダ。
- 前記時間フィルタが、前記動き推定モジュールに提供される再構成されたフレーム、または交互に再構成されたフレームのうちの何れか一つを受信するようにするスイッチをさらに含むことを特徴とする請求項3に記載のビデオエンコーダ。
- 動き推定モジュールと時間フィルタとに、エンコードする現在フレームを実質的に同時に受信するステップと、
前記現在フレームを時間的にフィルタリングするステップと、
以前エンコードされたフレームを受信するステップと、
前記以前エンコードされたフレームから再構成されたフレームを生成するステップと、及び
前記再構成されたフレームと前記現在フレームとの間でブレンディングを遂行するか、且つブレンディングをどのくらい遂行するかを、前記再構成されたフレームと前記現在フレームとから決定するステップとを含むことを特徴とするビデオエンコーディング方法。 - 前記再構成されたフレームを使用してブレンディングすることによって、時間的にフィルタリングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項5に記載のビデオエンコーディング方法。
- 前記動き推定モジュールに提供される再構成されたフレーム、又は動き補償のない交互に再構成されたフレームのうちの何れか一つにより、前記現在フレームを選択的・時間的にフィルタリングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項6に記載のビデオエンコーディング方法。
- 動き推定ユニットから推定された動きベクトルを受信するように構成され配置された動き補償ユニットと、
前記動き補償ユニットに接続された残差計算ユニットと、及び
前記動き補償ユニットに接続され、現在ビデオフレームの受信を可能にし、動き補償参照フレームと前記現在ビデオフレームとの間のブレンディングのための要求だけでなく、前記ブレンディングの強度レベルの決定を可能にする時間フィルタユニットとを含むことを特徴とするビデオエンコーダ。 - 前記ブレンディングは、画素レベルまで遂行されることを特徴とする請求項8に記載のビデオエンコーダ。
- エンコードする現在ビデオフレームを受信するステップと、
以前エンコードされた参照フレームを受信するステップと、
動き推定及び補償を使用することによって、前記以前エンコードされた参照フレームから動き補償参照フレームを生成するステップと、及び
ブレンディングが必要かどうかを前記動き補償参照フレームと前記現在ビデオフレームとに基づいて決定し、もしそうであれば、前記ブレンディングの強度を決定するステップとを含むことを特徴とするビデオフレームのビデオエンコーディング方法。 - 前記ブレンディングは、画素レベルまで遂行されることを特徴とする請求項10に記載のビデオフレームのビデオエンコーディング方法。
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