JP2014527316A - 符号化方法、符号化装置、復号方法、および復号装置 - Google Patents

符号化方法、符号化装置、復号方法、および復号装置 Download PDF

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Abstract

最新の動画像符号化方式は、ピクチャをタイル単位と呼ばれる小さな矩形に分割することに対応している。各タイル単位は、それぞれ独立して、符号化器および復号器によって符号化および復号される。タイル単位の主な目的は、ピクチャを平行処理することにより、実装コストおよび複雑度を低減することにある。本発明は、分割されたタイル領域を適応的に特定する更なる機能を提供し、部分的な復号とタイル領域の再構成を可能にする。

Description

本発明は、任意のマルチメディアデータの符号化、より詳細には、ピクチャをいくつかのタイル領域に分割する、画像の符号化および動画像の符号化において用いられる。
次世代の高性能動画像符号化(HEVC)などのような最新の動画像符号化方式は、ピクチャをタイル単位と呼ばれる小さな矩形へ分割することに対応している。各タイル単位は、それぞれ符号化器および復号器によって、独立して符号化および復号される。タイル単位を用いる主な目的は、ピクチャを平行して処理することにより、実装コストおよび複雑度を低減することにある。
先行技術におけるピクチャを小さなタイルに分割する方法では、ピクチャはまず横方向に列にカットされ、続けて縦方向に行にカットされるこの、ピクチャを分割する方法を、図13に示す。ピクチャをこの方法で分割し、全ての列の幅を送信し、続けて全ての行の高さを送信することにより、ピクチャのタイル領域を特定することができる。
先行技術で用いられるタイル符号化方式では、タイル単位は、個々に符号化され、タイル間の空間依存度は取り除かれる。しかし、タイル間予測は参照ピクチャのタイル領域全体にわたって行われることができる。
ピクチャの列幅、続いてピクチャの行幅を分割してタイルにする方法は、平行処理には有用だが、タイル符号化がサブピクチャ領域を定義するために用いられる場合にはそうとは限らない。図4は、ピクチャを3つの領域に分割する方法を示す。3つの領域のうち、左上の領域はサブピクチャを含む最も大きなタイル領域である。先行技術の方式では、ピクチャは4つの領域に分割されなくてはならず、したがって下の領域が2つの領域に分割される必要があるため、下のタイルにおける符号化効率が下がる点が問題となる。
先行技術における第2の問題点は、タイル間予測が参照ピクチャにおける所定のタイル領域にわたって行われる恐れがあることである。そうすると、ピクチャのタイル領域のうち1つのみを復号し、符号化ビットストリームから低解像度のピクチャを作成することは不可能である。
これらの問題を解決するために、ピクチャをタイル単位に分割する新しい方法、およびタイル領域における動き予測を抑制する新しい方法を導入する。
本発明の新規な点として、この発明によれば、ピクチャをタイル領域に分割するより適応的な方法が可能となり、符号化ビットストリームからサブビットストリームを抽出する新しい機能性が提供され、符号化ビットストリームを部分的に復号し、より低い解像度のピクチャを作成する新たな機能性が提供される。
本発明の効果は、符号化効率の向上、および部分的なビットストリームの復号に対する新たな機能性の追加である。
図1は、本発明における動画像符号化器の例示的装置を示すブロック図である。 図2は、本発明におけるサブビットストリーム抽出器および動画像復号器の例示的装置を示すブロック図である。 図3は、本発明におけるサブビットストリーム抽出器および動画像符号化器の例示的装置を示すブロック図である。 図4は、各領域で幅および高さの異なる3つのタイル領域にピクチャを分割する例を示す図である。 図5Aは、圧縮動画像ストリームに設定されたピクチャパラメータにおける各タイル単位のタイルの幅およびタイルの高さの位置を示す図である。 図5Bは、圧縮動画像ストリームに設定されたスライス共通パラメータにおける各タイル単位のタイルの幅およびタイルの高さの位置を示す図である。 図5Cは、圧縮動画像ストリームに設定されたシーケンスパラメータにおける各タイル単位のタイルの幅およびタイルの高さの位置を示す図である。 図6は、圧縮動画像ストリームの補助拡張情報(SEI)メッセージにおける、各タイル単位で動き予測が抑制されたタイルのフラグの位置を示す図である。 図7は、本発明の第1の実施の形態を用いた動画像符号化プロセスを示すフローチャートである。 図8は、本発明の第2の実施の形態において、動き予測が参照ピクチャにおける同じタイル領域で抑制されることを示す図である。 図9は、本発明の第2の実施の形態を用いた動画像符号化プロセスを示すフローチャートである。 図10は、本発明の第3の実施の形態を用いた動画像復号プロセスを示すフローチャートである。 図11は、本発明の第4の実施の形態を用いた動画像抽出プロセスを示すフローチャートである。 図12は、本発明の第5の実施の形態を用いた動画像復号プロセスを示すフローチャートである。 図13は、先行技術に関して記載したように、ピクチャを複数のタイル領域に分割する例を示す図である。 図14は、コンテンツ配信サービスを実現するコンテンツ供給システムの全体構成図である。 図15は、デジタル放送用システムの全体構成図である。 図16は、テレビの構成例を示すブロック図である。 図17は、光ディスクである記録メディアに情報の読み書きを行う情報再生/記録部の構成例を示すブロック図である。 図18は、光ディスクである記録メディアの構造例を示す図である。 図19Aは、携帯電話の一例を示す図である。 図19Bは、携帯電話の構成例を示すブロック図である。 図20は、多重化データの構成を示す図である。 図21は、各ストリームが多重化データにおいてどのように多重化されているかを模式的に示す図である。 図22は、PESパケット列に、ビデオストリームがどのように格納されるかを更に詳しく示した図である。 図23は、多重化データにおけるTSパケットとソースパケットの構造を示す図である。 図24は、PMTのデータ構成を示す図である。 図25は、多重化データ情報の内部構成を示す図である。 図26は、ストリーム属性情報の内部構成を示す図である。 図27は、映像データを識別するステップを示す図である。 図28は、各実施の形態の動画像符号化方法および動画像復号化方法を実現する集積回路の構成例を示すブロック図である。 図29は、駆動周波数を切り替える構成を示す図である。 図30は、映像データを識別し、駆動周波数を切り替えるステップを示す図である。 図31は、映像データの規格と駆動周波数を対応づけたルックアップテーブルの一例を示す図である。 図32Aは、信号処理部のモジュールを共有化する構成の一例を示す図である。 図32Bは、信号処理部のモジュールを共有化する構成の他の一例を示す図である。
(実施の形態1)
実施の形態(IおよびII): 動画像符号化器に関するブロック図:
図1は、本発明の一実施の形態における動画像符号化装置/画像符号化装置の構造を示すブロック図である。
この動画像符号化装置は、入力動画像/入力画像ビットストリームをブロック毎に符号化し、符号化出力ビットストリームを生成する装置である。図1に示すように、当該装置は、変換部101、量子化部102、逆量子化部103、逆変換部104、ブロックメモリ105、フレームメモリ106、イントラ予測部107、インター予測部108、エントロピー符号化部109、タイル分割部110、および書き込み部111を備える。
入力動画像は、タイル分割部110に入力され、タイル分割部110はタイル単位順に走査された画素ブロックを加算器に出力する。タイル分割部110はまた、タイル領域の大きさと、タイル領域における動き予測を無効にするフラグとを書き込み部111に出力する。続いて、書き込み部111は入力パラメータをビットストリームのヘッダへ出力する。
画素ブロックが加算器に入力された後、加算値のブロックが変換部101へ出力される。変換部101は、加算値を周波数係数に変換し、得られた周波数係数を量子化部102へ出力する。量子化部102は、入力された周波数係数を量子化し、得られた量子化値を逆量子化部103およびエントロピー符号化部109へ出力する。エントロピー符号化部109は、量子化部102から出力された量子化値を符号化し、ビットストリームを出力する。
逆量子化部103は、量子化部102から出力されたサンプル値を逆量子化し、周波数係数を逆変換部104へ出力する。逆変換部104は、周波数係数に逆周波数変換を行い、周波数係数をビットストリームのサンプル値に変換し、加算器へ出力する。加算器は、逆変換部104から出力されたビットストリームのサンプル値を、インター予測部107/イントラ予測部108から出力された予測動画像値/予測画像値に加算し、得られた加算値をブロックメモリ105、またはフレームメモリ106に更なる予測のために出力する。インター予測部107/イントラ予測部108は、ブロックメモリ105またはフレームメモリ106に保存された再構成動画像/再構成画像内を検索し、動画像領域/画像領域、たとえば、入力動画像/入力画像に最も類似のものを予測用に検出する。
実施の形態(I): シンタックス
図5Aから図5Cは、本発明の例示的実施例における各タイル単位に対するタイルパラメータの位置を示すシンタックス図である。
図5Aにおいて、タイルのパラメータはピクチャパラメータのセットに位置することができる。ピクチャパラメータのセットにおけるタイルパラメータは、タイル数のパラメータおよび各タイル単位のタイルパラメータからなる。各タイル単位のタイルパラメータは、各タイル単位のタイル領域の大きさを特定するタイルの幅およびタイルの高さからなる。
図5Bにおいて、タイルパラメータはスライスに共通なパラメータのセットに位置することができる。スライスに共通なパラメータのセットに関して考え得る他の名称として、適応パラメータセットがあるが、これは、複数のスライスがこのパラメータのセットにおいて同一のパラメータを用いるものである。スライス適応パラメータのセットにおけるタイルパラメータは、タイル数のパラメータおよび各タイル単位のタイルパラメータからなる。各タイル単位のタイルパラメータは、各タイル単位のタイル領域の大きさを特定するタイルの幅およびタイルの高さからなる。
図5Cにおいて、タイルパラメータはシーケンスパラメータのセットに位置することができる。シーケンスパラメータのセットにおけるタイルパラメータは、タイル数のパラメータおよび各タイル単位のタイルパラメータからなる。各タイル単位のタイルパラメータは、各タイル単位のタイル領域の大きさを特定するタイルの幅およびタイルの高さからなる。
次に、上記した動画像符号化装置100の動作を説明する。
実施の形態(I): 符号化に関するフローチャート:
図7は、本発明の第1の実施の形態における、動画像/画像符号化装置100の符号化方法/符号化ステップの動作の順序を示すフローチャート(S700)である。
ステップS702では、画像は複数のタイル領域に分割される。ステップS704では、タイル領域数を現すパラメータが動画像ストリームのヘッダに書き込まれる。続いて、ステップS706では、各タイル領域の幅パラメータおよび高さパラメータが動画像ストリームのヘッダに書き込まれる。ステップS708では、各タイル領域が、他のタイル領域に空間的に依存することなく独立して符号化される。最後にステップS710では、複数の符号化タイル単位が、ピクチャ内のタイル領域のラスタ走査順に基づく順番で動画像ストリームに書き込まれる。
本発明の効果は、画像をタイル領域に分割する際の自由度を高めることにある。本発明を用いると、画像は、各タイル領域の大きさに関する信号を個別に送ることにより、より自由度の高い方法で複数のタイル領域に分割されることができる。本発明によると、タイル領域を定義するより自由度の高い方法が提供され、そして不要なタイル領域を特定することに起因する費用が削減される。
実施の形態(II):シンタックス
図6は、本発明の例示的実施例における各タイル単位に対する動き予測を抑制するフラグの位置を示すシンタックス図である。
図6では、タイルパラメータは、補助拡張情報メッセージに位置する。補助拡張情報メッセージにおけるタイルパラメータは、ピクチャにおけるタイル領域数のパラメータおよび各タイル領域に関するパラメータからなる。各タイル領域におけるタイルパラメータは、タイル領域における動き予測を有効にする、または無効にするスイッチを表すフラグからなる。
図8は、参照ピクチャの同じタイル領域における動き予測の抑制を例示する。動き予測は、参照ピクチャの同じタイル領域におけるサンプルのみ予測に用いることができるという方法で抑制される。
次に、上記した動画像符号化装置100の動作を説明する。
実施の形態(II): 符号化に関するフローチャート:
図9は、本発明の第2の実施の形態における、動画像/画像符号化装置100の符号化方法/符号化ステップの動作の順序を示すフローチャート(S900)である。
ステップS902では、画像は複数のタイル領域に分割される。ステップS904では、タイル領域数を表すパラメータが動画像ストリームのヘッダに書き込まれる。同様に、ステップS906では、各タイル領域に関し、動き予測に抑制が適応されたか否かを表すフラグが、動画像ストリームのヘッダに書き込まれる。
ステップS906では、各フラグが所定の値を有するか否かを決定する判定が行われる。フラグが所定の値を有すると判定された場合、タイル領域は、ステップS908で、参照ピクチャにおける同じタイル領域からのみ予測するという、動き予測を抑制しながら符号化される。そうでなければ、ステップS910において、タイル領域は、参照ピクチャの同じタイル領域内にとどめるという動き予測の抑制をせずに符号化される。
本発明の効果は、異なるタイル領域に時間的に依存することなくタイル領域を符号化する機能性を提供することにある。このように、本発明によると、動画像ストリームは、動画像ストリームの全体を復号することなくピクチャの領域が復号され再構成されるように構成される。部分的に再構成された動画像は、フル解像動画像と同じフレームレートを有する解像度の低い動画像である。
実施の形態(III、IV、およびV): 復号器のブロック図
図2は、本発明の一実施の形態における動画像復号装置200の構造を示すブロック図である。
動画像復号装置200は、入力された符号化ビットストリームをブロック毎に復号し、動画像/画像を出力する装置であって、図2に示されるように、エントロピー復号部201、逆量子化部202、逆変換部203、ブロックメモリ204、フレームメモリ205、イントラ予測部206、インター予測部207、およびサブビットストリーム抽出部208からなる。本発明の他の実施の形態では、サブビットストリーム抽出部208は、動画像復号装置とは異なる装置である。
入力された符号化ビットストリームはサブビットストリーム抽出部208に入力され、サブビットストリームとして出力される。サブビットストリームは、その後エントロピー復号部201に入力される。
入力された符号化ビットストリームがエントロピー復号部201に入力された後、エントロピー復号部201は入力された符号化ビットストリームを復号し、復号した値を逆量子化部202に出力する。逆量子化部202は、復号値を逆量子化し、周波数係数を逆変換部203へ出力する。逆変換部203は、周波数係数に逆周波数変換を行い、周波数係数をサンプル値に変換し、得られた画素値を加算器へ出力する。加算器は、得られた画素値を、イントラ予測部206/インター予測部207から出力された予測動画像値/予測画像値に加算し、得られた値を表示部に出力し、さらに得られた値をブロックメモリ204、またはフレームメモリ205に更なる予測のために出力する。さらに、イントラ予測部206/インター予測部207は、ブロックメモリ204またはフレームメモリ205に保存された動画像/画像内を検索し、動画像領域/画像領域、たとえば、復号された動画像/画像に最も類似のものを予測用に検出する。
図3は、本発明の一実施の形態におけるサブビットストリーム抽出部208の構造を示すブロック図である。
サブビットストリーム抽出部208は、入力ビットストリームからサブビットストリームを抽出する装置であり、図3に示すように、抽出部301、解析部303、およびオプショナルヘッダ再書き込み部302からなる。
入力された符号化ビットストリームは解析部303に入力され、タイル領域の大きさおよび動き予測に対する抑制を表すフラグを含むパラメータが抽出部301に出力される。入力された符号化ビットストリームおよび解析されたパラメータは抽出部301に入力され、ビットストリームの一部が出力される。この一部のビットストリームおよび解析されたパラメータは、続いてオプショナルヘッダ再書き込み部302に入力され、ヘッダ内の修正されたパラメータを含むビットストリームが出力される。
次に、上記した動画像復号装置200の動作を説明する。
実施の形態(III): 復号に関するフローチャート:
図10は、本発明の第3の実施の形態における、動画像/画像復号装置200の復号方法/復号ステップの動作の順序を示すフローチャート(S1000)である。
ステップS1002では、ピクチャの幅に関するパラメータと高さに関するパラメータが動画像ストリームのヘッダから解析される。ピクチャの幅パラメータおよびピクチャの高さパラメータはシーケンスパラメータのセットに位置することができる。ステップS1004では、ピクチャ内の領域数を示すパラメータが動画像ストリームのヘッダから解析される。続いて、ステップS1006では、各タイル領域の幅パラメータおよび高さパラメータが動画像ストリームのヘッダから解析される。ステップS1008では、タイル領域におけるブロックが復号され、異なるタイル領域におけるブロックに空間的に依存することなく独立して再構成される。最後に、ステップS1010では、ピクチャは、再構成されたタイル領域を、そのタイル領域の解析された幅パラメータ、高さパラメータ、および解析されたピクチャの幅およびピクチャの高さによって特定される特定の位置に配置することにより、復号タイルに基づいて再構成される。再構成されたタイルは、ラスタ走査順に配置され、ピクチャの幅とピクチャの高さによって特定される矩形領域を埋める。
本発明の効果は、ピクチャを平行処理することによる複雑度の低減にある。本発明を用いることにより、矩形の大きさが異なるタイルが並行処理により復号され、かつタイルをラスタ走査順に再配置し、ピクチャの幅およびピクチャの高さにより特定されるピクチャ領域を埋めることにより、ピクチャが再作成される。
実施の形態(IV): 復号に関するフローチャート:
図11は、本発明の第4の実施の形態における、動画像/画像復号装置200の復号方法/復号ステップの動作の順序を示すフローチャート(S1100)である。
ステップS1102では、タイル領域の幅に関するパラメータと高さに関するパラメータが動画像ストリームのヘッダから解析される。ステップS1104では、動き予測がタイル領域に対して抑制されているか否かに関する決定を表すフラグパラメータが、動画像ストリームのヘッダから解析される。続いて、ステップS1106において、解析されたフラグが所定の値を有するか否かに関する判定がなされる。解析されたフラグが所定の値を有すると判定された場合、オプションのステップS1108で、ピクチャの幅パラメータおよびピクチャの高さパラメータが解析されたタイル領域の幅パラメータおよび解析されたタイル領域の高さパラメータに置き換えられ、動画像ストリームのヘッダに再度書き込まれる。ピクチャの幅パラメータおよびピクチャの高さパラメータは、動画像ストリームのシーケンスパラメータのセットに位置する。最後に、ステップS1110において、解析されたフラグが所定値を有すると判定された場合、符号化タイル単位が動画像ストリームから抽出され、修正されたヘッダを用いて新たな動画像ストリームが作成される。
本発明の効果は、新たな機能性を追加することにより、入力動画像ストリームを復号することなくサブ動画像ストリームを動画像ストリームから抽出することであり、抽出された動画像ストリームは、本発明の動画像復号器により復号され再構成されることができる。
実施の形態(V): 復号に関するフローチャート:
図12は、本発明の第5の実施の形態における、動画像/画像復号装置200の復号方法/復号ステップの動作の順序を示すフローチャート(S1200)である。
ステップS1202では、タイル領域の幅に関するパラメータと高さに関するパラメータが動画像ストリームのヘッダから解析される。ステップS1204では、動画像ストリームのヘッダから、動き予測がタイル領域に対して抑制されているか否かに関する決定を表すフラグパラメータが解析される。続いて、ステップS1206において、解析されたフラグが所定の値を有するか否かに関する判定がなされる。解析されたフラグが所定の値を有すると判定された場合、ステップS1208では、タイル単位は、ピクチャ間予測を用いて、部分的に再構成された参照ピクチャに復号され、復号されたタイル領域のみからなる再構成ピクチャの一部がステップS1210で表示される。
ステップS1206に戻り、解析フラグが所定の値を有さないと判定された場合、ステップS1212では、タイル単位は、ピクチャ間予測を用いて、完全に再構成された参照ピクチャに復号され、続いて、ステップS1214で、そのピクチャに属する全ての復号化されたタイル単位からなるピクチャが表示される。本発明の他の実施の形態において、ステップS1206に戻って、解析フラグが所定値を有さないと判定された場合、ステップS1212とステップS1214は飛ばされて、タイル単位は復号されない。
本発明の効果は、更なる復号の自由度であり、動画像復号器が動画像ストリームを部分的に復号することによって、複雑度を低減することが可能であり、または領域の残りを復号する必要なく、ピクチャの領域のみを表示することが可能である。
(実施の形態2)
上記各実施の形態で示した動画像符号化方法(画像符号化方法)または動画像復号化方法(画像復号方法)の構成を実現するためのプログラムを記憶メディアに記録することにより、上記各実施の形態で示した処理を独立したコンピュータシステムにおいて簡単に実施することが可能となる。記憶メディアは、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ICカード、半導体メモリ等、プログラムを記録できるものであればよい。
さらにここで、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法(画像符号化方法)や動画像復号化方法(画像復号方法)の応用例とそれを用いたシステムを説明する。当該システムは、画像符号化方法を用いた画像符号化装置、及び画像復号方法を用いた画像復号装置からなる画像符号化復号装置を有することを特徴とする。システムにおける他の構成について、場合に応じて適切に変更することができる。
図14は、コンテンツ配信サービスを実現するコンテンツ供給システムex100の全体構成を示す図である。通信サービスの提供エリアを所望の大きさに分割し、各セル内にそれぞれ固定無線局である基地局ex106、ex107、ex108、ex109、ex110が設置されている。
このコンテンツ供給システムex100は、インターネットex101にインターネットサービスプロバイダex102および電話網ex104、および基地局ex106からex110を介して、コンピュータex111、PDA(PersonalDigitalAssistant)ex112、カメラex113、携帯電話ex114、ゲーム機ex115などの各機器が接続される。
しかし、コンテンツ供給システムex100は図14のような構成に限定されず、いずれかの要素を組合せて接続するようにしてもよい。また、固定無線局である基地局ex106からex110を介さずに、各機器が電話網ex104に直接接続されてもよい。また、各機器が近距離無線等を介して直接相互に接続されていてもよい。
カメラex113はデジタルビデオカメラ等の動画撮影が可能な機器であり、カメラex116はデジタルカメラ等の静止画撮影、動画撮影が可能な機器である。また、携帯電話ex114は、GSM(登録商標)(GlobalSystemforMobileCommunications)方式、CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)方式、W−CDMA(Wideband−CodeDivisionMultipleAccess)方式、若しくはLTE(LongTermEvolution)方式、HSPA(HighSpeedPacketAccess)の携帯電話機、またはPHS(PersonalHandyphoneSystem)等であり、いずれでも構わない。
コンテンツ供給システムex100では、カメラex113等が基地局ex109、電話網ex104を通じてストリーミングサーバex103に接続されることで、ライブ配信等が可能になる。ライブ配信では、ユーザがカメラex113を用いて撮影するコンテンツ(例えば、音楽ライブの映像等)に対して上記各実施の形態で説明したように符号化処理を行い(即ち、本発明の一態様に係る画像符号化装置として機能する)、ストリーミングサーバex103に送信する。一方、ストリーミングサーバex103は要求のあったクライアントに対して送信されたコンテンツデータをストリーム配信する。クライアントとしては、上記符号化処理されたデータを復号化することが可能な、コンピュータex111、PDAex112、カメラex113、携帯電話ex114、ゲーム機ex115等がある。配信されたデータを受信した各機器では、受信したデータを復号化処理して再生する(即ち、本発明の一態様に係る画像復号装置として機能する)。
なお、撮影したデータの符号化処理はカメラex113で行っても、データの送信処理をするストリーミングサーバex103で行ってもよいし、互いに分担して行ってもよい。同様に配信されたデータの復号化処理はクライアントで行っても、ストリーミングサーバex103で行ってもよいし、互いに分担して行ってもよい。また、カメラex113に限らず、カメラex116で撮影した静止画像および/または動画像データを、コンピュータex111を介してストリーミングサーバex103に送信してもよい。この場合の符号化処理はカメラex116、コンピュータex111、ストリーミングサーバex103のいずれで行ってもよいし、互いに分担して行ってもよい。
また、これら符号化・復号化処理は、一般的にコンピュータex111や各機器が有するLSIex500において処理する。LSIex500は、ワンチップであっても複数チップからなる構成であってもよい。なお、動画像符号化・復号化用のソフトウェアをコンピュータex111等で読み取り可能な何らかの記録メディア(CD−ROM、フレキシブルディスク、ハードディスクなど)に組み込み、そのソフトウェアを用いて符号化・復号化処理を行ってもよい。さらに、携帯電話ex114がカメラ付きである場合には、そのカメラで取得した動画データを送信してもよい。このときの動画データは携帯電話ex114が有するLSIex500で符号化処理されたデータである。
また、ストリーミングサーバex103は複数のサーバや複数のコンピュータであって、データを分散して処理したり記録したり配信するものであってもよい。
以上のようにして、コンテンツ供給システムex100では、符号化されたデータをクライアントが受信して再生することができる。このようにコンテンツ供給システムex100では、ユーザが送信した情報をリアルタイムでクライアントが受信して復号化し、再生することができ、特別な権利や設備を有さないユーザでも個人放送を実現できる。
なお、コンテンツ供給システムex100の例に限らず、図15に示すように、デジタル放送用システムex200にも、上記各実施の形態の少なくとも動画像符号化装置(画像符号化装置)または動画像復号化装置(画像復号装置)のいずれかを組み込むことができる。具体的には、放送局ex201では映像データに音楽データなどが多重化された多重化データが電波を介して通信または衛星ex202に伝送される。この映像データは上記各実施の形態で説明した動画像符号化方法により符号化されたデータである(即ち、本発明の一態様に係る画像符号化装置によって符号化されたデータである)。これを受けた放送衛星ex202は、放送用の電波を発信し、この電波を衛星放送の受信が可能な家庭のアンテナex204が受信する。受信した多重化データを、テレビ(受信機)ex300またはセットトップボックス(STB)ex217等の装置が復号化して再生する(即ち、本発明の一態様に係る画像復号装置として機能する)。
また、DVD、BD等の記録メディアex215に記録した多重化データを読み取り復号化する、または記録メディアex215に映像信号を符号化し、さらに場合によっては音楽信号と多重化して書き込むリーダ/レコーダex218にも上記各実施の形態で示した動画像復号化装置または動画像符号化装置を実装することが可能である。この場合、再生された映像信号はモニタex219に表示され、多重化データが記録された記録メディアex215により他の装置やシステムにおいて映像信号を再生することができる。また、ケーブルテレビ用のケーブルex203または衛星/地上波放送のアンテナex204に接続されたセットトップボックスex217内に動画像復号化装置を実装し、これをテレビのモニタex219で表示してもよい。このときセットトップボックスではなく、テレビ内に動画像復号化装置を組み込んでもよい。
図16は、上記各実施の形態で説明した動画像復号化方法および動画像符号化方法を用いたテレビ(受信機)ex300を示す図である。テレビex300は、上記放送を受信するアンテナex204またはケーブルex203等を介して映像データに音声データが多重化された多重化データを取得、または出力するチューナex301と、受信した多重化データを復調する、または外部に送信する多重化データに変調する変調/復調部ex302と、復調した多重化データを映像データと、音声データとに分離する、または信号処理部ex306で符号化された映像データ、音声データを多重化する多重/分離部ex303を備える。
また、テレビex300は、音声データ、映像データそれぞれを復号化する、またはそれぞれの情報を符号化する音声信号処理部ex304、映像信号処理部ex305(本発明の一態様に係る画像符号化装置または画像復号装置として機能する)を有する信号処理部ex306と、復号化した音声信号を出力するスピーカex307、復号化した映像信号を表示するディスプレイ等の表示部ex308を有する出力部ex309とを有する。さらに、テレビex300は、ユーザ操作の入力を受け付ける操作入力部ex312等を有するインタフェース部ex317を有する。さらに、テレビex300は、各部を統括的に制御する制御部ex310、各部に電力を供給する電源回路部ex311を有する。インタフェース部ex317は、操作入力部ex312以外に、リーダ/レコーダex218等の外部機器と接続されるブリッジex313、SDカード等の記録メディアex216を装着可能とするためのスロット部ex314、ハードディスク等の外部記録メディアと接続するためのドライバex315、電話網と接続するモデムex316等を有していてもよい。なお記録メディアex216は、格納する不揮発性/揮発性の半導体メモリ素子により電気的に情報の記録を可能としたものである。テレビex300の各部は同期バスを介して互いに接続されている。
まず、テレビex300がアンテナex204等により外部から取得した多重化データを復号化し、再生する構成について説明する。テレビex300は、リモートコントローラex220等からのユーザ操作を受け、CPU等を有する制御部ex310の制御に基づいて、変調/復調部ex302で復調した多重化データを多重/分離部ex303で分離する。さらにテレビex300は、分離した音声データを音声信号処理部ex304で復号化し、分離した映像データを映像信号処理部ex305で上記各実施の形態で説明した復号化方法を用いて復号化する。復号化した音声信号、映像信号は、それぞれ出力部ex309から外部に向けて出力される。出力する際には、音声信号と映像信号が同期して再生するよう、バッファex318、ex319等に一旦これらの信号を蓄積するとよい。また、テレビex300は、放送等からではなく、磁気/光ディスク、SDカード等の記録メディアex215、ex216から多重化データを読み出してもよい。次に、テレビex300が音声信号や映像信号を符号化し、外部に送信または記録メディア等に書き込む構成について説明する。テレビex300は、リモートコントローラex220等からのユーザ操作を受け、制御部ex310の制御に基づいて、音声信号処理部ex304で音声信号を符号化し、映像信号処理部ex305で映像信号を上記各実施の形態で説明した符号化方法を用いて符号化する。符号化した音声信号、映像信号は多重/分離部ex303で多重化され外部に出力される。多重化する際には、音声信号と映像信号が同期するように、バッファex320、ex321等に一旦これらの信号を蓄積するとよい。なお、バッファex318、ex319、ex320、ex321は図示しているように複数備えていてもよいし、1つ以上のバッファを共有する構成であってもよい。さらに、図示している以外に、例えば変調/復調部ex302や多重/分離部ex303の間等でもシステムのオーバフロー、アンダーフローを避ける緩衝材としてバッファにデータを蓄積することとしてもよい。
また、テレビex300は、放送等や記録メディア等から音声データ、映像データを取得する以外に、マイクやカメラのAV入力を受け付ける構成を備え、それらから取得したデータに対して符号化処理を行ってもよい。なお、ここではテレビex300は上記の符号化処理、多重化、および外部出力ができる構成として説明したが、これらの処理を行うことはできず、上記受信、復号化処理、外部出力のみが可能な構成であってもよい。
また、リーダ/レコーダex218で記録メディアから多重化データを読み出す、または書き込む場合には、上記復号化処理または符号化処理はテレビex300、リーダ/レコーダex218のいずれで行ってもよいし、テレビex300とリーダ/レコーダex218が互いに分担して行ってもよい。
一例として、光ディスクからデータの読み込みまたは書き込みをする場合の情報再生/記録部ex400の構成を図17に示す。情報再生/記録部ex400は、以下に説明する要素ex401、ex402、ex403、ex404、ex405、ex406、ex407を備える。光ヘッドex401は、光ディスクである記録メディアex215の記録面にレーザスポットを照射して情報を書き込み、記録メディアex215の記録面からの反射光を検出して情報を読み込む。変調記録部ex402は、光ヘッドex401に内蔵された半導体レーザを電気的に駆動し記録データに応じてレーザ光の変調を行う。再生復調部ex403は、光ヘッドex401に内蔵されたフォトディテクタにより記録面からの反射光を電気的に検出した再生信号を増幅し、記録メディアex215に記録された信号成分を分離して復調し、必要な情報を再生する。バッファex404は、記録メディアex215に記録するための情報および記録メディアex215から再生した情報を一時的に保持する。ディスクモータex405は記録メディアex215を回転させる。サーボ制御部ex406は、ディスクモータex405の回転駆動を制御しながら光ヘッドex401を所定の情報トラックに移動させ、レーザスポットの追従処理を行う。システム制御部ex407は、情報再生/記録部ex400全体の制御を行う。上記の読み出しや書き込みの処理はシステム制御部ex407が、バッファex404に保持された各種情報を利用し、また必要に応じて新たな情報の生成・追加を行うと共に、変調記録部ex402、再生復調部ex403、サーボ制御部ex406を協調動作させながら、光ヘッドex401を通して、情報の記録再生を行うことにより実現される。システム制御部ex407は例えばマイクロプロセッサで構成され、読み出し書き込みのプログラムを実行することでそれらの処理を実行する。
以上では、光ヘッドex401はレーザスポットを照射するとして説明したが、近接場光を用いてより高密度な記録を行う構成であってもよい。
図18に光ディスクである記録メディアex215の模式図を示す。記録メディアex215の記録面には案内溝(グルーブ)がスパイラル状に形成され、情報トラックex230には、予めグルーブの形状の変化によってディスク上の絶対位置を示す番地情報が記録されている。この番地情報はデータを記録する単位である記録ブロックex231の位置を特定するための情報を含み、記録や再生を行う装置において情報トラックex230を再生し番地情報を読み取ることで記録ブロックを特定することができる。また、記録メディアex215は、データ記録領域ex233、内周領域ex232、外周領域ex234を含んでいる。ユーザデータを記録するために用いる領域がデータ記録領域ex233であり、データ記録領域ex233より内周または外周に配置されている内周領域ex232と外周領域ex234は、ユーザデータの記録以外の特定用途に用いられる。情報再生/記録部ex400は、このような記録メディアex215のデータ記録領域ex233に対して、符号化された音声データ、映像データまたはそれらのデータを多重化した多重化データの読み書きを行う。
以上では、1層のDVD、BD等の光ディスクを例に挙げ説明したが、これらに限ったものではなく、多層構造であって表面以外にも記録可能な光ディスクであってもよい。また、ディスクの同じ場所にさまざまな異なる波長の色の光を用いて情報を記録したり、さまざまな角度から異なる情報の層を記録したりなど、多次元的な記録/再生を行う構造の光ディスクであってもよい。
また、デジタル放送用システムex200において、アンテナex205を有する車ex210で衛星ex202等からデータを受信し、車ex210が有するカーナビゲーションex211等の表示装置に動画を再生することも可能である。なお、カーナビゲーションex211の構成は例えば図16に示す構成のうち、GPS受信部を加えた構成が考えられ、同様なことがコンピュータex111や携帯電話ex114等でも考えられる。
図19Aは、上記実施の形態で説明した動画像復号化方法および動画像符号化方法を用いた携帯電話ex114を示す図である。携帯電話ex114は、基地局ex110との間で電波を送受信するためのアンテナex350、映像、静止画を撮ることが可能なカメラ部ex365、カメラ部ex365で撮像した映像、アンテナex350で受信した映像等が復号化されたデータを表示する液晶ディスプレイ等の表示部ex358を備える。携帯電話ex114は、さらに、操作キー部ex366を有する本体部、音声を出力するためのスピーカ等である音声出力部ex357、音声を入力するためのマイク等である音声入力部ex356、撮影した映像、静止画、録音した音声、または受信した映像、静止画、メール等の符号化されたデータもしくは復号化されたデータを保存するメモリ部ex367、又は同様にデータを保存する記録メディアとのインタフェース部であるスロット部ex364を備える。
さらに、携帯電話ex114の構成例について、図19Bを用いて説明する。携帯電話ex114は、表示部ex358及び操作キー部ex366を備えた本体部の各部を統括的に制御する主制御部ex360に対して、電源回路部ex361、操作入力制御部ex362、映像信号処理部ex355、カメラインタフェース部ex363、LCD(LiquidCrystalDisplay)制御部ex359、変調/復調部ex352、多重/分離部ex353、音声信号処理部ex354、スロット部ex364、メモリ部ex367がバスex370を介して互いに接続されている。
電源回路部ex361は、ユーザの操作により終話及び電源キーがオン状態にされると、バッテリパックから各部に対して電力を供給することにより携帯電話ex114を動作可能な状態に起動する。
携帯電話ex114は、CPU、ROM、RAM等を有する主制御部ex360の制御に基づいて、音声通話モード時に音声入力部ex356で収音した音声信号を音声信号処理部ex354でデジタル音声信号に変換し、これを変調/復調部ex352でスペクトラム拡散処理し、送信/受信部ex351でデジタルアナログ変換処理および周波数変換処理を施した後にアンテナex350を介して送信する。また携帯電話ex114は、音声通話モード時にアンテナex350を介して受信した受信データを増幅して周波数変換処理およびアナログデジタル変換処理を施し、変調/復調部ex352でスペクトラム逆拡散処理し、音声信号処理部ex354でアナログ音声信号に変換した後、これを音声出力部ex357から出力する。
さらにデータ通信モード時に電子メールを送信する場合、本体部の操作キー部ex366等の操作によって入力された電子メールのテキストデータは操作入力制御部ex362を介して主制御部ex360に送出される。主制御部ex360は、テキストデータを変調/復調部ex352でスペクトラム拡散処理をし、送信/受信部ex351でデジタルアナログ変換処理および周波数変換処理を施した後にアンテナex350を介して基地局ex110へ送信する。電子メールを受信する場合は、受信したデータに対してこのほぼ逆の処理が行われ、表示部ex358に出力される。
データ通信モード時に映像、静止画、または映像と音声を送信する場合、映像信号処理部ex355は、カメラ部ex365から供給された映像信号を上記各実施の形態で示した動画像符号化方法によって圧縮符号化し(即ち、本発明の一態様に係る画像符号化装置として機能する)、符号化された映像データを多重/分離部ex353に送出する。また、音声信号処理部ex354は、映像、静止画等をカメラ部ex365で撮像中に音声入力部ex356で収音した音声信号を符号化し、符号化された音声データを多重/分離部ex353に送出する。
多重/分離部ex353は、映像信号処理部ex355から供給された符号化された映像データと音声信号処理部ex354から供給された符号化された音声データを所定の方式で多重化し、その結果得られる多重化データを変調/復調部(変調/復調回路部)ex352でスペクトラム拡散処理をし、送信/受信部ex351でデジタルアナログ変換処理及び周波数変換処理を施した後にアンテナex350を介して送信する。
データ通信モード時にホームページ等にリンクされた動画像ファイルのデータを受信する場合、または映像およびもしくは音声が添付された電子メールを受信する場合、アンテナex350を介して受信された多重化データを復号化するために、多重/分離部ex353は、多重化データを分離することにより映像データのビットストリームと音声データのビットストリームとに分け、同期バスex370を介して符号化された映像データを映像信号処理部ex355に供給するとともに、符号化された音声データを音声信号処理部ex354に供給する。映像信号処理部ex355は、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法に対応した動画像復号化方法によって復号化することにより映像信号を復号し(即ち、本発明の一態様に係る画像復号装置として機能する)、LCD制御部ex359を介して表示部ex358から、例えばホームページにリンクされた動画像ファイルに含まれる映像、静止画が表示される。また音声信号処理部ex354は、音声信号を復号し、音声出力部ex357から音声が出力される。
また、上記携帯電話ex114等の端末は、テレビex300と同様に、符号化器・復号化器を両方持つ送受信型端末の他に、符号化器のみの送信端末、復号化器のみの受信端末という3通りの実装形式が考えられる。さらに、デジタル放送用システムex200において、映像データに音楽データなどが多重化された多重化データを受信、送信するとして説明したが、音声データ以外に映像に関連する文字データなどが多重化されたデータであってもよいし、多重化データではなく映像データ自体であってもよい。
このように、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法あるいは動画像復号化方法を上述したいずれの機器・システムに用いることは可能であり、そうすることで、上記各実施の形態で説明した効果を得ることができる。
また、本発明はかかる上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形または修正が可能である。
(実施の形態3)
上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置と、MPEG−2、MPEG4−AVC、VC−1など異なる規格に準拠した動画像符号化方法または装置とを、必要に応じて適宜切替えることにより、映像データを生成することも可能である。
ここで、それぞれ異なる規格に準拠する複数の映像データを生成した場合、復号する際に、それぞれの規格に対応した復号方法を選択する必要がある。しかしながら、復号する映像データが、どの規格に準拠するものであるか識別できないため、適切な復号方法を選択することができないという課題を生じる。
この課題を解決するために、映像データに音声データなどを多重化した多重化データは、映像データがどの規格に準拠するものであるかを示す識別情報を含む構成とする。上記各実施の形態で示す動画像符号化方法または装置によって生成された映像データを含む多重化データの具体的な構成を以下説明する。多重化データは、MPEG−2トランスポートストリーム形式のデジタルストリームである。
図20は、多重化データの構成を示す図である。図20に示すように多重化データは、ビデオストリーム、オーディオストリーム、プレゼンテーショングラフィックスストリーム(PG)、インタラクティブグラフィックスストリームのうち、1つ以上を多重化することで得られる。ビデオストリームは映画の主映像および副映像を、オーディオストリーム(IG)は映画の主音声部分とその主音声とミキシングする副音声を、プレゼンテーショングラフィックスストリームは、映画の字幕をそれぞれ示している。ここで主映像とは画面に表示される通常の映像を示し、副映像とは主映像の中に小さな画面で表示する映像のことである。また、インタラクティブグラフィックスストリームは、画面上にGUI部品を配置することにより作成される対話画面を示している。ビデオストリームは、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置、従来のMPEG−2、MPEG4−AVC、VC−1などの規格に準拠した動画像符号化方法または装置によって符号化されている。オーディオストリームは、ドルビーAC−3、Dolby Digital Plus、MLP、DTS、DTS−HD、または、リニアPCMのなどの方式で符号化されている。
多重化データに含まれる各ストリームはPIDによって識別される。例えば、映画の映像に利用するビデオストリームには0x1011が、オーディオストリームには0x1100から0x111Fまでが、プレゼンテーショングラフィックスには0x1200から0x121Fまでが、インタラクティブグラフィックスストリームには0x1400から0x141Fまでが、映画の副映像に利用するビデオストリームには0x1B00から0x1B1Fまで、主音声とミキシングする副音声に利用するオーディオストリームには0x1A00から0x1A1Fが、それぞれ割り当てられている。
図21は、多重化データがどのように多重化されるかを模式的に示す図である。まず、複数のビデオフレームからなるビデオストリームex235、複数のオーディオフレームからなるオーディオストリームex238を、それぞれPESパケット列ex236およびex239に変換し、TSパケットex237およびex240に変換する。同じくプレゼンテーショングラフィックスストリームex241およびインタラクティブグラフィックスex244のデータをそれぞれPESパケット列ex242およびex245に変換し、さらにTSパケットex243およびex246に変換する。多重化データex247はこれらのTSパケットを1本のストリームに多重化することで構成される。
図22は、PESパケット列に、ビデオストリームがどのように格納されるかをさらに詳しく示している。図22における第1段目はビデオストリームのビデオフレーム列を示す。第2段目は、PESパケット列を示す。図22の矢印yy1,yy2,yy3,yy4に示すように、ビデオストリームにおける複数のVideo Presentation UnitであるIピクチャ、Bピクチャ、Pピクチャは、ピクチャ毎に分割され、PESパケットのペイロードに格納される。各PESパケットはPESヘッダを持ち、PESヘッダには、ピクチャの表示時刻であるPTS(Presentation Time−Stamp)やピクチャの復号時刻であるDTS(Decoding Time−Stamp)が格納される。
図23は、多重化データに最終的に書き込まれるTSパケットの形式を示している。TSパケットは、ストリームを識別するPIDなどの情報を持つ4ByteのTSヘッダとデータを格納する184ByteのTSペイロードから構成される188Byte固定長のパケットであり、上記PESパケットは分割されTSペイロードに格納される。BD−ROMの場合、TSパケットには、4ByteのTP_Extra_Headerが付与され、192Byteのソースパケットを構成し、多重化データに書き込まれる。TP_Extra_HeaderにはATS(Arrival_Time_Stamp)などの情報が記載される。ATSは当該TSパケットのデコーダのPIDフィルタへの転送開始時刻を示す。多重化データには図23下段に示すようにソースパケットが並ぶこととなり、多重化データの先頭からインクリメントする番号はSPN(ソースパケットナンバー)と呼ばれる。
また、多重化データに含まれるTSパケットには、映像・音声・字幕などの各ストリーム以外にもPAT(Program Association Table)、PMT(Program Map Table)、PCR(Program Clock Reference)などがある。PATは多重化データ中に利用されるPMTのPIDが何であるかを示し、PAT自身のPIDは0で登録される。PMTは、多重化データ中に含まれる映像・音声・字幕などの各ストリームのPIDと各PIDに対応するストリームの属性情報を持ち、また多重化データに関する各種ディスクリプタを持つ。ディスクリプタには多重化データのコピーを許可・不許可を指示するコピーコントロール情報などがある。PCRは、ATSの時間軸であるATC(Arrival Time Clock)とPTS・DTSの時間軸であるSTC(System Time Clock)の同期を取るために、そのPCRパケットがデコーダに転送されるATSに対応するSTC時間の情報を持つ。
図24はPMTのデータ構造を詳しく説明する図である。PMTの先頭には、そのPMTに含まれるデータの長さなどを記したPMTヘッダが配置される。その後ろには、多重化データに関するディスクリプタが複数配置される。上記コピーコントロール情報などが、ディスクリプタとして記載される。ディスクリプタの後には、多重化データに含まれる各ストリームに関するストリーム情報が複数配置される。ストリーム情報は、ストリームの圧縮コーデックなどを識別するためストリームタイプ、ストリームのPID、ストリームの属性情報(フレームレート、アスペクト比など)が記載されたストリームディスクリプタから構成される。ストリームディスクリプタは多重化データに存在するストリームの数だけ存在する。
記録媒体などに記録する場合には、上記多重化データは、多重化データ情報ファイルと共に記録される。
多重化データ情報ファイルは、図25に示すように多重化データの管理情報であり、多重化データと1対1に対応し、多重化データ情報、ストリーム属性情報とエントリマップから構成される。
多重化データ情報は図25に示すようにシステムレート、再生開始時刻、再生終了時刻から構成されている。システムレートは多重化データの、後述するシステムターゲットデコーダのPIDフィルタへの最大転送レートを示す。多重化データ中に含まれるATSの間隔はシステムレート以下になるように設定されている。再生開始時刻は多重化データの先頭のビデオフレームのPTSであり、再生終了時刻は多重化データの終端のビデオフレームのPTSに1フレーム分の再生間隔を足したものが設定される。
ストリーム属性情報は図26に示すように、多重化データに含まれる各ストリームについての属性情報が、PID毎に登録される。属性情報はビデオストリーム、オーディオストリーム、プレゼンテーショングラフィックスストリーム、インタラクティブグラフィックスストリーム毎に異なる情報を持つ。ビデオストリーム属性情報は、そのビデオストリームがどのような圧縮コーデックで圧縮されたか、ビデオストリームを構成する個々のピクチャデータの解像度がどれだけであるか、アスペクト比はどれだけであるか、フレームレートはどれだけであるかなどの情報を持つ。オーディオストリーム属性情報は、そのオーディオストリームがどのような圧縮コーデックで圧縮されたか、そのオーディオストリームに含まれるチャンネル数は何であるか、何の言語に対応するか、サンプリング周波数がどれだけであるかなどの情報を持つ。これらの情報は、プレーヤが再生する前のデコーダの初期化などに利用される。
本実施の形態においては、上記多重化データのうち、PMTに含まれるストリームタイプを利用する。また、記録媒体に多重化データが記録されている場合には、多重化データ情報に含まれる、ビデオストリーム属性情報を利用する。具体的には、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置において、PMTに含まれるストリームタイプ、または、ビデオストリーム属性情報に対し、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置によって生成された映像データであることを示す固有の情報を設定するステップまたは手段を設ける。この構成により、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置によって生成した映像データと、他の規格に準拠する映像データとを識別することが可能になる。
また、本実施の形態における動画像復号化方法のステップを図27に示す。ステップexS100において、多重化データからPMTに含まれるストリームタイプ、または、多重化データ情報に含まれるビデオストリーム属性情報を取得する。次に、ステップexS101において、ストリームタイプ、または、ビデオストリーム属性情報が上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置によって生成された多重化データであることを示しているか否かを判断する。そして、ストリームタイプ、または、ビデオストリーム属性情報が上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置によって生成されたものであると判断された場合には、ステップexS102において、上記各実施の形態で示した動画像復号方法により復号を行う。また、ストリームタイプ、または、ビデオストリーム属性情報が、従来のMPEG−2、MPEG4−AVC、VC−1などの規格に準拠するものであることを示している場合には、ステップexS103において、従来の規格に準拠した動画像復号方法により復号を行う。
このように、ストリームタイプ、または、ビデオストリーム属性情報に新たな固有値を設定することにより、復号する際に、上記各実施の形態で示した動画像復号化方法または装置で復号可能であるかを判断することができる。従って、異なる規格に準拠する多重化データが入力された場合であっても、適切な復号化方法または装置を選択することができるため、エラーを生じることなく復号することが可能となる。また、本実施の形態で示した動画像符号化方法または装置、または、動画像復号方法または装置を、上述したいずれの機器・システムに用いることも可能である。
(実施の形態4)
上記各実施の形態で示した動画像符号化方法および装置、動画像復号化方法および装置は、典型的には集積回路であるLSIで実現される。一例として、図28に1チップ化されたLSIex500の構成を示す。LSIex500は、以下に説明する要素ex501、ex502、ex503、ex504、ex505、ex506、ex507、ex508、ex509を備え、各要素はバスex510を介して接続している。電源回路部ex505は電源がオン状態の場合に各部に対して電力を供給することで動作可能な状態に起動する。
例えば符号化処理を行う場合には、LSIex500は、CPUex502、メモリコントローラex503、ストリームコントローラex504、駆動周波数制御部ex512等を有する制御部ex501の制御に基づいて、AV I/Oex509によりマイクex117やカメラex113等からAV信号を入力する。入力されたAV信号は、一旦SDRAM等の外部のメモリex511に蓄積される。制御部ex501の制御に基づいて、蓄積したデータは処理量や処理速度に応じて適宜複数回に分けるなどされ信号処理部ex507に送られ、信号処理部ex507において音声信号の符号化および/または映像信号の符号化が行われる。ここで映像信号の符号化処理は上記各実施の形態で説明した符号化処理である。信号処理部ex507ではさらに、場合により符号化された音声データと符号化された映像データを多重化するなどの処理を行い、ストリームI/Oex506から外部に出力する。この出力された多重化データは、基地局ex107に向けて送信されたり、または記録メディアex215に書き込まれたりする。なお、多重化する際には同期するよう、一旦バッファex508にデータを蓄積するとよい。
なお、上記では、メモリex511がLSIex500の外部の構成として説明したが、LSIex500の内部に含まれる構成であってもよい。バッファex508も1つに限ったものではなく、複数のバッファを備えていてもよい。また、LSIex500は1チップ化されてもよいし、複数チップ化されてもよい。
また、上記では、制御部ex501が、CPUex502、メモリコントローラex503、ストリームコントローラex504、駆動周波数制御部ex512等を有するとしているが、制御部ex501の構成は、この構成に限らない。例えば、信号処理部ex507がさらにCPUを備える構成であってもよい。信号処理部ex507の内部にもCPUを設けることにより、処理速度をより向上させることが可能になる。また、他の例として、CPUex502が信号処理部ex507、または信号処理部ex507の一部である例えば音声信号処理部を備える構成であってもよい。このような場合には、制御部ex501は、信号処理部ex507、またはその一部を有するCPUex502を備える構成となる。
なお、ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(FieldProgrammableGateArray)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらには、半導体技術の進歩または派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
(実施の形態5)
上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置によって生成された映像データを復号する場合、従来のMPEG−2、MPEG4−AVC、VC−1などの規格に準拠する映像データを復号する場合に比べ、処理量が増加することが考えられる。そのため、LSIex500において、従来の規格に準拠する映像データを復号する際のCPUex502の駆動周波数よりも高い駆動周波数に設定する必要がある。しかし、駆動周波数を高くすると、消費電力が高くなるという課題が生じる。
この課題を解決するために、テレビex300、LSIex500などの動画像復号化装置は、映像データがどの規格に準拠するものであるかを識別し、規格に応じて駆動周波数を切替える構成とする。図29は、本実施の形態における構成ex800を示している。駆動周波数切替え部ex803は、映像データが、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置によって生成されたものである場合には、駆動周波数を高く設定する。そして、上記各実施の形態で示した動画像復号化方法を実行する復号処理部ex801に対し、映像データを復号するよう指示する。一方、映像データが、従来の規格に準拠する映像データである場合には、映像データが、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置によって生成されたものである場合に比べ、駆動周波数を低く設定する。そして、従来の規格に準拠する復号処理部ex802に対し、映像データを復号するよう指示する。
より具体的には、駆動周波数切替え部ex803は、図28のCPUex502と駆動周波数制御部ex512から構成される。また、上記各実施の形態で示した動画像復号化方法を実行する復号処理部ex801、および、従来の規格に準拠する復号処理部ex802は、図28の信号処理部ex507に該当する。CPUex502は、映像データがどの規格に準拠するものであるかを識別する。そして、CPUex502からの信号に基づいて、駆動周波数制御部ex512は、駆動周波数を設定する。また、CPUex502からの信号に基づいて、信号処理部ex507は、映像データの復号を行う。ここで、映像データの識別には、例えば、実施の形態3で記載した識別情報を利用することが考えられる。識別情報に関しては、実施の形態3で記載したものに限られず、映像データがどの規格に準拠するか識別できる情報であればよい。例えば、映像データがテレビに利用されるものであるか、ディスクに利用されるものであるかなどを識別する外部信号に基づいて、映像データがどの規格に準拠するものであるか識別可能である場合には、このような外部信号に基づいて識別してもよい。また、CPUex502における駆動周波数の選択は、例えば、図31のような映像データの規格と、駆動周波数とを対応付けたルックアップテーブルに基づいて行うことが考えられる。ルックアップテーブルを、バッファex508や、LSIの内部メモリに格納しておき、CPUex502がこのルックアップテーブルを参照することにより、駆動周波数を選択することが可能である。
図30は、本実施の形態の方法を実施するステップを示している。まず、ステップexS200では、信号処理部ex507において、多重化データから識別情報を取得する。次に、ステップexS201では、CPUex502において、識別情報に基づいて映像データが上記各実施の形態で示した符号化方法または装置によって生成されたものであるか否かを識別する。映像データが上記各実施の形態で示した符号化方法または装置によって生成されたものである場合には、ステップexS202において、駆動周波数を高く設定する信号を、CPUex502が駆動周波数制御部ex512に送る。そして、駆動周波数制御部ex512において、高い駆動周波数に設定される。一方、従来のMPEG−2、MPEG4−AVC、VC−1などの規格に準拠する映像データであることを示している場合には、ステップexS203において、駆動周波数を低く設定する信号を、CPUex502が駆動周波数制御部ex512に送る。そして、駆動周波数制御部ex512において、映像データが上記各実施の形態で示した符号化方法または装置によって生成されたものである場合に比べ、低い駆動周波数に設定される。
さらに、駆動周波数の切替えに連動して、LSIex500またはLSIex500を含む装置に与える電圧を変更することにより、省電力効果をより高めることが可能である。例えば、駆動周波数を低く設定する場合には、これに伴い、駆動周波数を高く設定している場合に比べ、LSIex500またはLSIex500を含む装置に与える電圧を低く設定することが考えられる。
また、駆動周波数の設定方法は、復号する際の処理量が大きい場合に、駆動周波数を高く設定し、復号する際の処理量が小さい場合に、駆動周波数を低く設定すればよく、上述した設定方法に限らない。例えば、MPEG4−AVC規格に準拠する映像データを復号する処理量の方が、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置により生成された映像データを復号する処理量よりも大きい場合には、駆動周波数の設定を上述した場合の逆にすることが考えられる。
さらに、駆動周波数の設定方法は、駆動周波数を低くする構成に限らない。例えば、識別情報が、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置によって生成された映像データであることを示している場合には、LSIex500またはLSIex500を含む装置に与える電圧を高く設定し、従来のMPEG−2、MPEG4−AVC、VC−1などの規格に準拠する映像データであることを示している場合には、LSIex500またはLSIex500を含む装置に与える電圧を低く設定することも考えられる。また、他の例としては、識別情報が、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置によって生成された映像データであることを示している場合には、CPUex502の駆動を停止させることなく、従来のMPEG−2、MPEG4−AVC、VC−1などの規格に準拠する映像データであることを示している場合には、処理に余裕があるため、CPUex502の駆動を一時停止させることも考えられる。識別情報が、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法または装置によって生成された映像データであることを示している場合であっても、処理に余裕があれば、CPUex502の駆動を一時停止させることも考えられる。この場合は、従来のMPEG−2、MPEG4−AVC、VC−1などの規格に準拠する映像データであることを示している場合に比べて、停止時間を短く設定することが考えられる。
このように、映像データが準拠する規格に応じて、駆動周波数を切替えることにより、省電力化を図ることが可能になる。また、電池を用いてLSIex500またはLSIex500を含む装置を駆動している場合には、省電力化に伴い、電池の寿命を長くすることが可能である。
(実施の形態6)
テレビや、携帯電話など、上述した機器・システムには、異なる規格に準拠する複数の映像データが入力される場合がある。このように、異なる規格に準拠する複数の映像データが入力された場合にも復号できるようにするために、LSIex500の信号処理部ex507が複数の規格に対応している必要がある。しかし、それぞれの規格に対応する信号処理部ex507を個別に用いると、LSIex500の回路規模が大きくなり、また、コストが増加するという課題が生じる。
この課題を解決するために、上記各実施の形態で示した動画像復号方法を実行するための復号処理部と、従来のMPEG−2、MPEG4−AVC、VC−1などの規格に準拠する復号処理部とを一部共有化する構成とする。この構成例を図32Aのex900に示す。例えば、上記各実施の形態で示した動画像復号方法と、MPEG4−AVC規格に準拠する動画像復号方法とは、エントロピー符号化、逆量子化、デブロッキング・フィルタ、動き補償などの処理において処理内容が一部共通する。共通する処理内容については、MPEG4−AVC規格に対応する復号処理部ex902を共有し、MPEG4−AVC規格に対応しない、本発明の一態様に特有の他の処理内容については、専用の復号処理部ex901を用いるという構成が考えられる。特に、本発明の一態様は、逆量子化に特徴を有していることから、例えば、逆量子化については専用の復号処理部ex901を用い、それ以外のエントロピー復号、デブロッキング・フィルタ、動き補償のいずれか、または、全ての処理については、復号処理部を共有することが考えられる。復号処理部の共有化に関しては、共通する処理内容については、上記各実施の形態で示した動画像復号化方法を実行するための復号処理部を共有し、MPEG4−AVC規格に特有の処理内容については、専用の復号処理部を用いる構成であってもよい。
また、処理を一部共有化する他の例を図32Bのex1000に示す。この例では、本発明の一態様に特有の処理内容に対応した専用の復号処理部ex1001と、他の従来規格に特有の処理内容に対応した専用の復号処理部ex1002と、本発明の一態様に係る動画像復号方法と他の従来規格の動画像復号方法とに共通する処理内容に対応した共用の復号処理部ex1003とを用いる構成としている。ここで、専用の復号処理部ex1001、ex1002は、必ずしも本発明の一態様、または、他の従来規格に特有の処理内容に特化したものではなく、他の汎用処理を実行できるものであってもよい。また、本実施の形態の構成を、LSIex500で実装することも可能である。
このように、本発明の一態様に係る動画像復号方法と、従来の規格の動画像復号方法とで共通する処理内容について、復号処理部を共有することにより、LSIの回路規模を小さくし、かつ、コストを低減することが可能である。
本発明による、動画像符号化方法および動画像復号方法には、符号化効率を向上させる効果がある。当該方法は、たとえばビデオカメラ、携帯電話、およびパソコンに適用可能である。
100 動画像符号化装置
101 変換部
102 量子化部
103 逆量子化部
104 逆変換部
105 ブロックメモリ
106 フレームメモリ
107 イントラ予測部
108 インター予測部
109 エントロピー符号化
110 タイル分割部
111 書き込み部
200 動画像復号装置
201 エントロピー復号部
202 逆量子化部
203 逆変換部
204 ブロックメモリ
205 フレームメモリ
206 イントラ予測部
207 インター予測部
208 サブビットストリーム抽出部

Claims (10)

  1. タイル符号化方式を用いる動画像符号化方法であって、
    画像を複数のタイルに分割し、
    前記複数のタイルの数を表すパラメータを動画像ストリームのヘッダに書き込み、
    前記ピクチャ内の各タイル領域の幅パラメータと高さパラメータとをそれぞれ表すパラメータを前記動画像ストリームのヘッダに書き込み、
    各タイル領域を、他のタイルに空間的に依存することなく、独立して符号化タイル単位に符号化し、
    前記符号化タイル単位を、ピクチャ内のラスタ走査順に走査したタイル領域の位置に基づいて、順番に単一の動画像ストリームに書き込む
    動画像符号化方法。
  2. タイル符号化方式を用いる動画像符号化方法であって、
    画像を複数のタイルに分割し、
    動き予測が各タイル単位に対して抑制されているか否かに関する決定を各々表す複数のフラグを、動画像ストリームのヘッダに書き込み、
    前記フラグが所定値を有するか否かを判定し、
    前記フラグが所定値を有する場合、
    参照ピクチャの同一のタイル領域内で行われる動き予測を抑制して、タイルを符号化し、
    前記フラグが所定値を有さない場合、
    参照ピクチャの同一のタイル領域内で行われる動き予測を抑制せずに、タイルを符号化する
    動画像符号化方法。
  3. タイル符号化方式を用いる動画像復号方法であって、
    ピクチャの幅パラメータとピクチャの高さパラメータとを動画像ストリームのヘッダから解析し、
    ピクチャ内のタイル領域数を表すパラメータを動画像ストリームのヘッダから解析し、
    前記ピクチャ内の各タイル領域の幅パラメータと高さパラメータとをそれぞれ表すパラメータを前記動画像ストリームのヘッダから解析し、
    タイル単位のブロックを、他のタイル単位のブロックに空間的に依存することなく、独立して復号し、
    復号されたタイルをラスタ走査順に配列することによりピクチャを作成し、前記解析されたピクチャの幅と解析されたピクチャの高さとにより特定される矩形領域を埋める
    動画像復号方法。
  4. タイル符号化方式を用いる動画像抽出方法であって、
    ピクチャ内のタイル領域の幅パラメータと高さパラメータとをそれぞれ表すパラメータを、動画像ストリームのヘッダから解析し、
    動き予測がタイル単位に対して抑制されているか否かに関する決定を表すフラグを、動画像ストリームのヘッダから解析し、
    前記フラグが所定値を有するか否かを判定し、
    前記フラグが所定値を有する場合、
    動画像ストリームのヘッダにおけるピクチャの幅パラメータの値とピクチャの高さパラメータの値を、前記解析されたタイル領域の幅パラメータとタイル領域の高さパラメータとにそれぞれ置き換えることにより、ピクチャの幅パラメータとピクチャの高さパラメータとを修正し、
    前記符号化タイル単位を前記動画像ストリームから抽出し、前記修正されたピクチャの幅パラメータと修正されたピクチャの高さパラメータとを有する前記ヘッダを含む新たな動画像ストリームを作成する
    動画像抽出方法。
  5. タイル符号化方式を用いる動画像復号方法であって、
    ピクチャ内のタイル領域の幅パラメータと高さパラメータとをそれぞれ表すパラメータを、動画像ストリームのヘッダから解析し、
    動き予測がタイル単位に対して抑制されているか否かに関する決定を表すフラグを、動画像ストリームのヘッダから解析し、
    前記フラグが所定値を有するか否かを判定し、
    前記フラグが所定値を有する場合、
    ピクチャ間予測を用いて、前記タイル単位を、部分的に再構成される参照ピクチャに復号し、
    前記ピクチャの前記復号されたタイル領域のみを表示し、
    前記フラグが所定値を有さない場合、
    ピクチャ間予測を用いて、前記タイル単位を、完全に再構成される参照ピクチャに復号し、
    前記復号されたタイル領域を含むピクチャ全体を表示する
    動画像復号方法。
  6. タイル符号化方式を用いる動画像ビットストリーム符号化装置であって、
    画像を複数のタイルに分割する分割部と、
    前記複数のタイルの数を表すパラメータを動画像ストリームのヘッダに書き込む書き込み部と、
    前記ピクチャ内の各タイル領域の幅パラメータと高さパラメータとをそれぞれ表すパラメータを前記動画像ストリームのヘッダに書き込む書き込み部と、
    各タイル領域を、他のタイルに空間的に依存することなく、独立して符号化タイル単位に符号化する符号化部と、
    前記符号化タイル単位を、ピクチャ内のラスタ走査順に走査したタイル領域の位置に基づいて、順番に単一の動画像ストリームに書き込む書き込み部とを含む
    動画像ビットストリーム符号化装置。
  7. タイル符号化方式を用いる動画像ビットストリーム符号化装置であって、
    画像を複数のタイルに分割する分割部と、
    動き予測が各タイル単位に対して抑制されているか否かに関する決定を各々表す複数のフラグを、動画像ストリームのヘッダに書き込む書き込み部と、
    前記フラグが所定値を有するか否かを判定する判定部とを含み、
    前記フラグが所定値を有する場合、
    符号化部は、参照ピクチャの同一のタイル領域内において行われる動き予測を抑制してタイルを符号化し、
    前記フラグが所定値を有さない場合、
    符号化部は、参照ピクチャの同一のタイル領域内で行われる動き予測を抑制せずにタイルを符号化する
    動画像ビットストリーム符号化装置。
  8. タイル符号化方式を用いる動画像ビットストリーム復号装置であって、
    ピクチャの幅パラメータとピクチャの高さパラメータとを動画像ストリームのヘッダから解析する解析部と、
    ピクチャ内のタイル領域数を表すパラメータを動画像ストリームのヘッダから解析する解析部と、
    前記ピクチャ内の各タイル領域の幅パラメータと高さパラメータとをそれぞれ表すパラメータを前記動画像ストリームのヘッダから解析する解析部と、
    タイル単位のブロックを、他のタイル単位のブロックに空間的に依存することなく独立して復号する復号部と、
    復号されたタイルをラスタ走査順に配列することによりピクチャを作成し、前記解析されたピクチャの幅と解析されたピクチャの高さとにより特定される矩形領域を埋める配列部とを含む
    動画像ビットストリーム復号装置。
  9. タイル符号化方式を用いる動画像ビットストリーム抽出装置であって、
    ピクチャ内のタイル領域の幅パラメータと高さパラメータとをそれぞれ表すパラメータを、動画像ストリームのヘッダから解析する解析部と、
    動き予測がタイル単位に対して抑制されているか否かに関する決定を表すフラグを、動画像ストリームのヘッダから解析する解析部と、
    前記フラグが所定値を有するか否かを判定する判定部とを有し、
    前記フラグが所定値を有する場合、
    修正部は、動画像ストリームのヘッダにおけるピクチャの幅パラメータの値とピクチャの高さパラメータの値を、前記解析されたタイル領域の幅パラメータと解析されたタイル領域の高さパラメータとにそれぞれ置き換えることにより、ピクチャの幅パラメータとピクチャの高さパラメータとを修正し、
    抽出部は、前記符号化タイル単位を前記動画像ストリームから抽出し、前記修正されたピクチャの幅パラメータと修正されたピクチャの高さパラメータとを有する前記ヘッダを含む新たな動画像ストリームを作成する
    動画像ビットストリーム抽出装置。
  10. タイル符号化方式を用いる動画像ビットストリーム復号装置であって、
    ピクチャ内のタイル領域の幅パラメータと高さパラメータとをそれぞれ表すパラメータを動画像ストリームのヘッダから解析する解析部と、
    動き予測がタイル単位に対して抑制されているか否かに関する決定を表すフラグを、動画像ストリームのヘッダから解析する解析部と、
    前記フラグが所定値を有するか否かに関し判定する判定部とを有し、
    前記フラグが所定値を有する場合、
    復号部は、ピクチャ間予測を用いて、前記タイル単位を、部分的に再構成される参照ピクチャに復号し、
    表示部は、前記ピクチャの前記復号されたタイル領域のみを表示し、
    前記フラグが所定値を有さない場合、
    復号部は、ピクチャ間予測を用いて、前記タイル単位を、完全に再構成される参照ピクチャに復号し、
    表示部は、前記復号されたタイル領域を含むピクチャの全体を表示する
    動画像ビットストリーム復号装置。
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