JP2015537409A - 符号化規格スケーラビリティーのための層間参照ピクチャー処理 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は2012年9月27日に出願された米国仮特許出願第61/706,480号の優先権を主張するものである。該出願の内容はここに参照によってその全体において組み込まれる。
本発明は概括的には画像に関する。より詳細には、本発明のある実施形態は、符号化規格スケーラビリティーのための層間参照ピクチャー処理に関する。
本稿に記載される例示的な実施形態は、符号化規格スケーラビリティーのための層間参照ピクチャー処理に関する。ある実施形態では、ビデオ・データは符号化規格の層状の(layered)ビットストリームにおいて符号化される。基本層(BL)および向上層(EL)信号を与えられて、BL信号は、第一の符号化規格に準拠するBLエンコーダを使ってBLストリーム中に符号化される。BL信号およびEL信号に応答して、参照処理ユニット(RPU)がRPU処理パラメータを決定する。RPU処理パラメータおよびBL信号に応答して、RPUは層間参照信号を生成する。第二の符号化規格に準拠するELエンコーダを使って、EL信号は符号化されたELストリームに符号化される。ここで、EL信号のエンコードは、少なくとも部分的には層間参照信号に基づく。
MPEG-2、MPEG-4(パート2)、H.264、フラッシュなどといった圧縮規格は、DVDディスクまたはブルーレイ・ディスクといった多様な媒体を通じてデジタル・コンテンツを送達するために、あるいは無線、ケーブルまたはブロードバンドを通じてブロードキャストするために、世界中で使われている。HEVCのような新しいビデオ符号化規格が開発される際、既存の規格との何らかの後方互換性をサポートすれば新しい規格の採用を増やすことができる。
ある例示的な実施形態では、図2のAおよびBは、HEVCおよびH.264規格に適用されうる層ベースの符号化規格スケーラビリティーについての例示的な実施形態を描いている。一般性を失うことなく、図2のAおよびBは、二つの層だけを描いているが、方法は複数の向上層をサポートするシステムに簡単に拡張できる。
HEVCとAVCは高レベルのシンタックスにおいていくつかの違いがある。さらに、同じシンタックスが各規格において異なる意味をもつことがある。RPUは、基本層と向上層の間の高レベルのシンタックス「翻訳機」として機能することができる。一つのそのような例は、ピクチャー順カウント(POC)に関係したシンタックスである。層間予測では、基本層からの層間参照ピクチャーを、向上層においてエンコードされているピクチャーと同期させることが重要である。そのような同期は、基本層と向上層が異なるピクチャー符号化構造を使うときに一層重要になる。AVC規格およびHEVC規格の両方について、用語ピクチャー順カウント(POC)は、符号化されたピクチャーの表示順を示すために使われる。しかしながら、AVCでは、POC情報を信号伝達するために三つの方法(変数pic_order_cnt_typeによって指示される)があるのに対して、HEVCでは、AVCの場合のpic_order_cnt_type==0と同じである一つの方法しか許容されない。ある実施形態では、pic_order_cnt_typeがAVCビットストリームにおいて0に等しくないとき、RPU(135)は、それをHEVCシンタックスに準拠するPOC値に変換する必要があることになる。ある実施形態では、エンコーダRPU(115)が、表1に示されるような新しいpic_order_cnt_lsb変数を使うことによって追加的なPOC関係のデータを信号伝達してもよい。別の実施形態では、エンコーダRPUは単に、pic_order_cnt_type==0のみを使うよう基本層AVCエンコーダを強制してもよい。
AVC符号化では、ピクチャー解像度は16の倍数でなければならない。HEVCでは、解像度は8の倍数であることができる。RPUにおいて層間参照ピクチャーを処理するとき、AVCにおけるパディングされたピクセルを除くために、クロッピング窓が使用されてもよい。基本層および向上層が異なる空間解像度をもつ場合(たとえば基本層が1920×1080で、向上層が4K)、あるいはピクチャー・アスペクト比(PAR: picture aspect ratio)が異なる場合(たとえば向上層については16:9のPAR、基本層については4:3のPAR)、画像はクロッピングされる必要があり、しかるべくサイズ変更されることがある。クロッピング窓に関係したRPUシンタックスの例は表2に示される。
AVCおよびHEVCはいずれも符号化および復号プロセスにおいてブロック除去フィルタ(DF: deblocking filter)を用いる。ブロック除去フィルタは、ブロック・ベースの符号化に起因するブロッキング・アーチファクトを軽減するために意図されている。だが各規格におけるその設計は全く異なっている。AVCではブロック除去フィルタは4×4のサンプル格子ベースで適用されるが、HEVCではブロック除去フィルタは8×8のサンプル格子上に整列されるエッジに適用されるのみである。HEVCでは、ブロック除去フィルタの強さは、AVCと同様のいくつかのシンタックス要素の値によって制御されるが、AVCは5つの強さをサポートする一方、HEVCは3つの強さをサポートするだけである。HEVCでは、AVCに比べてフィルタリングの場合の数が少ない。たとえば、ルーマについて、3つの場合のうちの一つが選ばれる:フィルタリングなし、強いフィルタリングおよび弱いフィルタリング。クロマについては、2つの場合しかない:フィルタリングなしおよび通常のフィルタリング。基本層参照ピクチャーと向上層からの時間的参照ピクチャーとの間でブロック除去フィルタ動作を整列させるために、いくつかのアプローチが適用されることができる。
SAOは、ブロック除去フィルタ(DF)後にルックアップテーブルを通じてサンプルを修正するプロセスである。図2のAおよびBに描かれるように、これはHEVC規格の一部であるだけである。SAOの目標は、エンコーダ側でヒストグラム解析によって決定できる少数の追加的パラメータによって記述されるルックアップテーブルを使うことによって、もとの信号振幅をよりよく再構成することである。ある実施形態では、RPUは、HEVCに記載される厳密なSAOプロセスを使ってAVC基本層からのブロック除去/非ブロック除去(deblocking/non-deblocking)層間参照ピクチャーを処理することができる。信号伝達は領域ベースであって、CTU(LCU)レベル、複数LCUレベル、スライス・レベルまたはピクチャー・レベルで適応されることができる。表4は、SAOパラメータを通信するための例示的なシンタックスを示している。表4では、記法シンタックスはHEVC仕様において記述されているのと同じである。
HEVCの開発中、適応ループ・フィルタ(ALF)もSAOに続く処理ブロックとして評価されたが、ALFはHEVCの最初の版の一部ではない。ALF処理は層間符号化を改善できるので、将来のエンコーダによって実装されれば、これもRPUによって実装されることができるもう一つの処理段階となる。ALFの適応は領域ベースであって、CTU(LCU)レベル、複数LCUレベル、スライス・レベルまたはピクチャー・レベルで適応されることができる。ALFパラメータの例は、ここに参照によってその全体において組み込まれる非特許文献3におけるalf_picture_info()によって記述される。
AVCは、プログレッシブ・コンテンツおよびインターレース・コンテンツの両方についての符号化ツールをサポートする。インターレースされたシーケンスについて、AVCはフレーム符号化およびフィールド符号化の両方を許容する。HEVCでは、インターレース走査の使用をサポートするための明示的な符号化ツールは存在しない。HEVCは、インターレースされたコンテンツがどのように符号化されたかをエンコーダが指示できるようにするメタデータ・シンタックス(フィールド指示(Field Indication)SEIメッセージ・シンタックスおよびVUI)を提供するのみである。以下のシナリオが考えられる。
このシナリオについては、いくつかの方法が考えられる。第一の実施形態では、エンコーダは、フレームまたはフィールド・モードにおける基本層エンコードをシーケンス毎に変更できるのみであるよう制約されることがある。向上層は、基本層からの符号化決定に従う。すなわち、AVC基本層があるシーケンスにおいてフィールド符号化を使うなら、HEVC向上層も対応するシーケンスにおいてフィールド符号化を使う。同様に、AVC基本層があるシーケンスにおいてフレーム符号化を使うなら、HEVC向上層も対応するシーケンスにおいてフレーム符号化を使う。フィールド符号化のために、AVCシンタックスにおいては信号伝達される垂直解像度はフレーム高さであるが、HEVCでは、シンタックスにおいて信号伝達される垂直解像度はフィールド高さであることを注意しておく。特にクロッピング窓が使われる場合には、ビットストリームにおいてこの情報を通信することにおいて特別な注意を払う必要がある。
このシナリオでは、AVC基本層はインターレースされたシーケンスであり、HEVC向上層はプログレッシブ・シーケンスである。図5のAが描く例示的実施形態では、入力の4K 120p信号(502)は三つの層としてエンコードされている:1080 30i BLストリーム(532)、1080 60pとして符号化された第一の向上層(EL0)ストリーム(537)および4K 120pとして符号化された第二の向上層ストリーム(EL1)(538)である。BLおよびEL0信号はH.264/AVCエンコーダを使って符号化され、EL1信号はHEVCを使って符号化される。エンコーダでは、高解像度、高フレーム4K、120p信号(502)で出発して、エンコーダは時間的および空間的ダウンサンプリング(510)を適用してプログレッシブ1080 60p信号512を生成する。相補的なプログレッシブからデインターレース技法(520)を使って、エンコーダは二つの相補的な1080 30iのインターレースされた信号BL 522−1およびEL0 522−2を生成してもよい。本稿での用法では、「相補的なプログレッシブからデインターレース技法」は、同じプログレッシブ入力から二つのインターレースされた信号を生成するものであって、両方のインターレースされた信号が同じ解像度をもつが、一方のインターレースされた信号が第二のインターレースされた信号の一部ではないプログレッシブ信号からのフィールドを含むものを表わす。たとえば、時刻Ti、i=0,1,…,nにおける入力信号が上下のインターレースされたフィールド(上Ti、下Ti)に分割されていれば、第一のインターレースされた信号は(上T0、下T1)、(上T2、下T3)などを使って構築されてもよく、一方、第二のインターレースされた信号は残りのフィールドを使って、すなわち(上T1、下T0)、(上T3、下T2)など構築されてもよい。
このシナリオでは、ある実施形態では、RPUはプログレッシブ層間参照ピクチャーをインターレースされたピクチャーに変換してもよい。これらインターレースされたピクチャーはRPUによって、a)HEVCエンコーダがシーケンス・ベースのフレームまたはフィールド符号化のどちらを使うかに関わりなく常にフィールドとして、あるいはb)HEVCエンコーダによって使用されるモードに依存してフィールドまたはフレームとして、処理されることができる。表5は、エンコーダ・プロセスについてデコーダRPUを案内するために使用できる例示的なシンタックスを描いている。
ガンマ・エンコードは、標準ダイナミックレンジ(SDR: standard dynamic range)画像を表わすためのその効率のため、最も広く使われる信号エンコード・モデルとも言われている。高ダイナミックレンジ(HDR: high dynamic range)イメージングのための近年の研究では、いくつかの型の画像について、いずれもここに参照によってその全体において組み込まれる非特許文献4または2012年7月23日に出願された、「Perceptual luminance nonlinearity-based image data exchange across different display capabilities」という名称のJon S. Millerらによる米国仮特許出願第61/674,503号に記載される知覚的量子化器(QP: Perceptual Quantizer)のような他の信号エンコード・モデルがより効率的に該データを表現できることが見出された。したがって、スケーラブル・システムは、ガンマ符号化されるSDRコンテンツの一つの層と、他の信号エンコード・モデルを使って符号化される高ダイナミックレンジ・コンテンツのもう一つの層とを有しうることが可能である。
表1〜表9において定義される例示的なRPUパラメータを与えられて、図9は、ある実施形態に基づく例示的なデコードRPUプロセスを描いている。まず(910)、デコーダは、RPU型(たとえば表8のrpu_type)、POC()およびpic_cropping()のような高レベルのRPU関係のデータをビットストリーム・シンタックスから抽出する。用語「RPU型」は、先に論じたように、符号化規格スケーラビリティー、空間的スケーラビリティー、ビット深さスケーラビリティーなどといった、考える必要のあるRPU関係のサブプロセスを指す。BLフレームを与えられて、クロッピングおよびALF関係の動作がまず処理されてもよい(たとえば915、920)。次に、要求されるインターレースされたまたはデインターレースされたモード(930)を抽出したのち、各パーティションについて、RPUはブロック除去およびSAO関係の動作を実行する(たとえば935、940)。追加的なRPU処理が実行される必要がある場合(945)、RPUは適切なパラメータをデコードし(950)、次いでこれらのパラメータに従って動作を実行する。このプロセスの終わりに、層間フレームのシーケンスが、ELストリームをデコードするELデコーダに対して利用可能となる。
本発明の実施形態は、コンピュータ・システム、電子回路およびコンポーネントにおいて構成されたシステム、マイクロコントローラ、フィールド・プログラム可能なゲート・アレイ(FPGA)または他の構成設定可能もしくはプログラム可能な論理デバイス(PLD)、離散時間またはデジタル信号プロセッサ(DSP)、特定用途向けIC(ASIC)のような集積回路(IC)装置および/またはそのようなシステム、デバイスまたはコンポーネントの一つまたは複数を含む装置を用いて実装されてもよい。コンピュータおよび/またはICは、本稿に記載したようなRPU処理に関係する命令を実行、制御または執行してもよい。コンピュータおよび/またはICは、本稿に記載したようなRPU処理に関係する多様なパラメータまたは値の任意のものを計算してもよい。RPU関係の実施形態は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアおよびそれらのさまざまな組み合わせにおいて実装されうる。
このように、RPU処理および標準ベースのコーデック・スケーラビリティーに関係する例示的な実施形態について述べてきた。以上の明細書では、本発明の諸実施形態について、実装によって変わりうる数多くの個別的詳細に言及しつつ述べてきた。このように、何が本発明であるか、何が出願人によって本発明であると意図されているかの唯一にして排他的な指標は、この出願に対して付与される特許の請求項の、その後の訂正があればそれも含めてかかる請求項が特許された特定の形のものである。かかる請求項に含まれる用語について本稿で明示的に記載される定義があったとすればそれは請求項において使用される当該用語の意味を支配する。よって、請求項に明示的に記載されていない限定、要素、属性、特徴、利点もしくは特性は、いかなる仕方であれかかる請求項の範囲を限定すべきではない。よって、明細書および図面は制約する意味ではなく例示的な意味で見なされるべきものである。
Claims (18)
- 符号化規格の層状のストリームにおいて入力データをエンコードする方法であって:
基本層(BL)信号を、第一の符号化規格に準拠するBLエンコーダを使って、符号化されたBLストリームにエンコードする段階と;
前記BL信号および向上層(EL)信号に応答して、参照処理ユニット(RPU)を使って、RPU処理パラメータを決定する段階と;
前記RPU処理パラメータおよび前記BL信号に応答して、前記RPUを使って、層間参照信号を生成する段階と;
第二の符号化規格に準拠するELエンコーダを使って前記EL信号をエンコードして符号化ELストリームにする段階であって、前記EL信号の前記エンコードは少なくとも部分的には、前記層間参照信号に基づく、段階とを含む、
方法。 - 前記第一の符号化規格がH.264規格に基づくエンコードを含み、前記第二の符号化規格がHEVC規格に基づくエンコードを含む、請求項1記載の方法。
- 前記RPU処理パラメータを決定する段階がさらに、前記第一および第二の符号化規格の間の一つまたは複数の相違を前記RPUを用いて解決することを含み、前記相違が高レベルのシンタックスまたは符号化ツールに関係する、請求項1記載の方法。
- 前記RPU処理パラメータが、ピクチャー順カウント(POC)、クロッピング窓、ループ内ブロック除去フィルタ、サンプル適応オフセット(SAO)、適応ループ・フィルタ(ALF)、インターレースおよびプログレッシブ走査または信号エンコード・モデルに関係する一つまたは複数のパラメータを含む、請求項3記載の方法。
- クロッピング窓に関係する前記RPU処理パラメータが、一つまたは複数のクロッピング・オフセット・パラメータが次に続くことを示す変数と、それに続く前記一つまたは複数のピクチャー・クロッピング・オフセット・パラメータとを含む、請求項4記載の方法。
- 前記ループ内ブロック除去フィルタに関係する前記RPU処理パラメータが、フィルタリングを実行しない、弱いフィルタリングを実行するまたは強いフィルタリングを実行するのいずれであるかを示す変数を含む、請求項4記載の方法。
- 前記RPUが、ピクチャー順カウント(POC)変数のシンタックスにおける相違を解決し、前記POC変数のシンタックスを、前記符号化されたBLストリームにおいて定義されている第一の値から前記第二の符号化規格に準拠する第二の値に変換する、請求項3記載の方法。
- 前記RPUがインターレースおよびプログレッシブ・ピクチャーの符号化に関係する前記符号化ツールにおける相違を解決する、請求項3記載の方法。
- インターレースおよびプログレッシブ・ピクチャーの符号化に関係する前記RPU処理パラメータが、前記基本層信号がインターレース信号であるかプログレッシブ信号であるかを示す第一の変数と、前記EL信号がインターレース信号であるかプログレッシブ信号であるかを示す第二の変数とを含む、請求項8記載の方法。
- 前記RPUが、内側ループ・ブロック除去フィルタリングに関係する前記符号化ツールへの相違を解決する、請求項3記載の方法。
- 符号化規格の層状のストリームをデコードする方法であって:
符号化されたBLストリーム、符号化されたELストリームおよびRPUデータ・ストリームを受領する段階と;
第一の符号化規格に準拠するBLデコーダを使って、前記符号化されたBLストリームをデコードして、デコードされたBL信号を生成する段階と;
RPUを用いて前記RPUデータ・ストリームをデコードしてRPUプロセス・パラメータを決定する段階と;
前記RPU処理パラメータおよび前記BL信号に応答して、前記RPUを使って層間参照信号を生成する段階と;
第二の符号化規格に準拠するELデコーダを使って、前記符号化されたELストリームをデコードして、デコードされたEL信号を生成する段階であって、前記EL信号の前記デコードは、少なくとも部分的には、前記層間参照信号に基づく、段階とを含む、
方法。 - 前記第一の符号化規格がH.264規格に基づくデコードを含み、前記第二の符号化規格がHEVC規格に基づくデコードを含む、請求項11記載の方法。
- 前記RPU処理パラメータが、ピクチャー順カウント(POC)、クロッピング窓、ループ内ブロック除去フィルタ、サンプル適応オフセット(SAO)、適応ループ・フィルタ(ALF)、インターレースおよびプログレッシブ走査または信号エンコード・モデルに関係する一つまたは複数のパラメータを含む、請求項11記載の方法。
- クロッピング窓に関係する前記RPU処理パラメータが、クロッピング・オフセット・パラメータが次に続くことを示す変数と、それに続く、長方形領域を決定する一つまたは複数の変数とを含む、請求項11記載の方法。
- 前記ループ内ブロック除去フィルタに関係する前記RPU処理パラメータが、フィルタリングを実行しない、弱いフィルタリングを実行するまたは強いフィルタリングを実行するのいずれであるかを示す変数を含む、請求項11記載の方法。
- インターレースおよびプログレッシブ走査に関係する前記RPU処理パラメータが、前記基本層信号がインターレース信号であるかプログレッシブ信号であるかを示す第一の変数と、前記EL信号がインターレース信号であるかプログレッシブ信号であるかを示す第二の変数とを含む、請求項11記載の方法。
- プロセッサを有し、請求項1または11記載の方法のいずれかを実行するよう構成された装置。
- 請求項1または11記載の方法を実行するためのコンピュータ実行可能命令を記憶している、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体。
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