JP3192307B2 - 復号ビデオ画像シーケンス再配列方法 - Google Patents

復号ビデオ画像シーケンス再配列方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、双方向予測（Ｂ）符号
化フレーム付き若しくは付いていないビデオ画像フレー
ムからなる復号（decoded）映像シーケンスを再配列す
るのに適用する、より効率的、低コストで、フレームを
順序づける方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ディジタル画像を符号化する際、画像シ
ーケンス内のフレームは通常、イントラ（INTRA）フレ
ーム（Ｉフレーム）、予測フレーム（Ｐフレーム）、双
方向予測フレーム（Ｂフレーム）に区分される。Ｉフレ
ームでは、フレームは他の画像に関連なく符号化され
る。Ｐフレームは先行するＩないしＰフレームからの動
き推定や動き補正を用いて符号化する。Ｂフレームは先
行するあるいは今後のＩないしＰフレームからの動き推
定や動き補正を用いて符号化する。符号化過程では、デ
ィジタル画像は通常以下のシーケンスの１つに符号化さ
れる。
【０００３】１． I1 I2 I3 I4 .... ２． I1 P2 P3 P4 .... ３． I1 P2 B3 P4 B5 ... ４． I1 P2 B3 B4 P5 B6 B7 .. 復号過程の通過後、ＴＶモニタで表示するのに適したビ
デオデータが生成される。しかし復号器からの出力シー
ケンスは依然上記のシーケンス１とシーケンス２を除い
て、ＴＶモニタで表示するには適していない符号化シー
ケンスである。上記の４つのシーケンスに付いて要求さ
れる表示配列は次のようになる。
【０００４】１． I1 I2 I3 I4 .... ２． I1 P2 P3 P4 .... ３． I1 B3 P2 B5 P4 ... ４． I1 B3 B4 P2 B6 B7 P5 .. フレーム再配列を行う最も通常の方法は、４つのバンク
のフレームメモリバッファを設けて３フレーム遅延の後
に再配列を行うことである。この再配列方法を最も複雑
なシーケンスであるシーケンス４について以下の例示１
で示す。
【０００５】
【表１】 33 ms 33 ms 33 ms 33 ms 33 ms 33 ms <---> <---> <---> <---> <---> <---> フレームバッファＦ１ WR I1 RD I1 WR P5 フレームバッファＦ２ WR P2 フレームバッファＦ３ WR B3 RD B3 WR B6 フレームバッファＦ４ WR B4 RD B4 例示１：IBBPBBP...の再配列シーケンス フレームの再配列を行う上記の方法で、２つのフレーム
メモリはＩフレームとＰフレームを専用に格納し、他の
２つのフレームはＢフレームを専用に格納する。フレー
ムメモリはあらかじめ決められた形式でビデオフレーム
を格納するように制限されているので、フレーム再配列
を行うフレームシーケンサを設計するのに必要な論理は
単純になる。更に３フレーム遅延により、フレームのロ
スはなくなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし従来のフレーム
順序づけにはいくつかの欠点がある。第１にフレーム再
配列を行うのに４フレームのメモリバッファを必要と
し、非常にコストが高くなる。第２に、必要なフレーム
を走査してＴＶモニタに表示する前に３つのフレーム遅
延があり、非常に非効率的である。従って復号器のフレ
ーム順序付けを行う低コストでより効率的な方法が望ま
れる。
【０００７】従って本発明の目的は、 1. 少ないフレームメモリバッファでフレーム順序付け
を行うこと、及び 2. 短いフレーム遅延で再配列を行うことである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は以下の情報を用
いて、どのフレームバッファを選択して入力フレームを
格納するか、及びどのフレームバッファを選択して出力
フレームを読み取るべきかを適応的に決定してフレーム
再配列を達成する。
【０００９】1. 入力フレームが、Ｉ、ＰもしくはＢフ
レームかどうかのフレームタイプ。
【００１０】2. フレームバッファ内のＢフレームの位
置。
【００１１】3. 先行する読取り、書込み動作。
【００１２】４つの異なる符号化シーケンスの全てに付
いて論理を導出する。
【００１３】
【作用】
「Ｂフレームなしの入力シーケンス」入力シーケンスが
I1 I2 I3... もしくはI1 P2 P3... の場合、入力シーケ
ンスは表示シーケンスでもあるので先入れ先出し式に処
理される。ここでＩフレーム及びＰフレームのフレーム
タイプは同じ定義を共有する。フレームシーケンサを初
期化して事前に定義されたフレーム、例えばフレームバ
ッファＦ１に書込み、異なるフレーム、例えばフレーム
バッファＦ２から最初は無意味な（ごみ）データを読み
取る。第２の入力フレームに対しては、フレームシーケ
ンサはフレームバッファＦ２（データが読み取られた先
のフレームバッファ）に書込み、フレームバッファＦ３
（先に作動されなかったフレームバッファ）から読み取
る。このようにフレームシーケンサはラウンドロビンの
ように回転し、フレームバッファには常に１つのフレー
ムがあり、走査されるのを待っている。上記の動作を例
示２に示す。
【００１４】
【表２】 33 ms 33 ms 33 ms 33 ms 33 ms 33 ms <---> <---> <---> <---> <---> <---> フレームバッファＦ１ WR I1 I1 RD I1 WR I4 フレームバッファＦ２ RD ?? WR I2 I2 RD I2 フレームバッファＦ３ ----- RD ?? WR I3 I3 例示２：Ｂフレームなしのシーケンスのフレーム再配列 入力フレームを格納するのにどのフレームバッファを使
用するかの選択は、先行のフレーム時間に読み取るため
に選択されたフレームバッファは不要になったフレーム
バッファであるという推論に基づいている。その不要に
なったフレームバッファを入力フレームを格納するのに
選択するべきである。
【００１５】ビデオデータを読み取って表示するためど
のフレームバッファを選択するかの方法は、先入れ先出
し動作に基づいている。フレームバッファに格納された
最初のフレームが２フレームの遅延の後表示するために
選択される最初のフレームとなる。 「Ｂフレームでの入力シーケンス」入力シーケンスがI1
P2 B3 P4 B5...もしくは I1 P2 B3 B4 P5 B6 B7..であ
る場合、ＰフレームもしくはＩフレームの前にＢフレー
ムが表示されるという要件のために、動作は異なる。立
ち上がり後、動作は最初の２つの入力フレームの間はＢ
フレームなしのシーケンスと同一のままとなる。フレー
ムタイプにより識別される第３の入力フレームでＢフレ
ームが検出されると、Ｂフレームが書き込まれたフレー
ムバッファにタッグ（tag）をして、格納されたＢフレ
ームを第４の入力フレーム中に直ちに走査できるように
する。第４の入力フレームもＢフレームならば、Ｂフレ
ームが格納された位置に再びタッグをして次のフレーム
時間中に走査して表示できるようにする。その動作を以
下に、２つのシーケンスに付いて別々に例示する。
【００１６】
【表３】 33 ms 33 ms 33 ms 33 ms 33 ms 33 ms <---> <---> <---> <---> <---> <---> フレームバッファＦ１ WR I1 I1 RD I1 WR P4 P4 P4 フレームバッファＦ２ RD ?? WR P2 P2 P2 RD P2 WR P6 フレームバッファＦ３ ----- RD ?? WR B3 RD B3 WR B5 RD B5 例示３：IPBPBPB..のシーケンスのフレーム再配列
【００１７】
【表４】 33 ms 33 ms 33 ms 33 ms 33 ms 33 ms <---> <---> <---> <---> <---> <---> フレームバッファＦ１ WR I1 I1 RD I1 WR B4 RD B4 WR B6 フレームバッファＦ２ RD ?? WR P2 P2 P2 P2 RD P2 フレームバッファＦ３ ----- RD ?? WR B3 RD B3 WR P5 P5 例示４：IPBBPBB..のシーケンスのフレーム再配列 入力フレームを格納するフレームバッファを選択する方
法は、Ｂフレームなしのシーケンスのものと同一であ
る。しかし表示のため出力するフレームバッファを選択
する方法は、入力フレームの種類による。入力フレーム
がＢフレームならば、そのＢフレームは次のフレーム時
間に走査されて表示される。入力フレームがＰフレーム
もしくはＩフレームならば、フレームバッファ内の先に
格納されたＰフレームもしくはＩフレームが次のフレー
ム時間に選択されて読み取られる。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。
【００１９】本発明の一実施例を図１に沿って説明す
る。本実施例は図２に示す状態マシンを用いて実施する
ことが出来る。
【００２０】入力ビデオデータをフレームバッファに書
き込む選択シーケンスを決定する際、書込み用に選択す
るフレームバッファは１フレーム先に読取り用に選択さ
れたフレームに続く。この論理をＢフレームを有するも
しくは有しない入力フレームシーケンスに用いる。
【００２１】フレームバッファ内に格納されたビデオデ
ータを読み取る選択シーケンスを決定する際、論理生成
のコンセプトは以下の通りである。
【００２２】1. 入力フレームシーケンスがＩフレーム
だけもしくはＩ及びＰフレームからなるならば、２フレ
ーム期間後に書込み、読取り用に選択されなかったフレ
ームバッファは表示を待つビデオフレームを含んでいる
と想定される。そのフレームバッファは読取り用に選択
する必要がある。
【００２３】2. 入力フレームシーケンスがＢフレーム
を含み、現在の入力フレームがＩ又はＰフレームなら
ば、フレームバッファ内の先に格納されたＩもしくはＰ
フレームを次のフレーム時間に走査する必要がある。
【００２４】3. フレームバッファに格納する現在の入
力フレームがＢフレームならば、そのＢフレームは次の
フレーム時間に直ちに走査する必要がある。
【００２５】上記の状態論理要件に基づいて、フレーム
シーケンサの状態流れ図を図２に示す。図２に示す実施
例では、カウンタブロック（13）はビデオフレームクロ
ックＦＲＡＭＥ＿ＣＬＫにより刻時され、現在状態の記
録を取るのに使用する。出力レジスタブロック（14）は
ＰＩＸＥＬ＿ＣＬＫにより画素レートで刻時され、最終
出力状態を格納する。復号ブロック（12）の機能は、カ
ウンタブロックからの現在状態の情報と入力での入力フ
レーム（ＩＮ＿ＦＲＭ）に基づいてカウンタブロックの
次の状態を生成することである。この信号ＩＮ＿ＦＲＭ
は入力フレームのタイプを示し、フレームクロックの立
上がり区間の後に状態を変化する。ビデオフレームクロ
ックの立上がり区間では、ビデオデータの１つの全フレ
ームがフレームバッファに書き込まれており、同時にビ
デオデータの１フレームが表示のために走査されてい
る。最終出力状態を表５に示す。
【００２６】
【表５】
【００２７】電源を入れると、出力レジスタブロック
（14）とクロックブロック（13）は両方とも初期化され
て状態ａ（１）で起動する。この状態で、フレームバッ
ファＦ１が第１の入力Ｉフレームを格納するために選択
され、フレームバッファＦ２が読取りのために選択され
る。次に復号論理ブロック（12）はＩＮ＿ＦＲＭ信号と
シーケンサの現在状態をチェックする。格納されている
現在フレームがＩフレーム（ＩＮ＿ＦＲＭ＝０）であ
り、現在状態が状態ａであるので、復号論理はその出力
で次の状態（状態ｂ）を生成する。
【００２８】フレームクロックの立上がり区間を検出す
ると、シーケンサは状態ｂ（２）に切り換え、復号ブロ
ックの出力から出力レジスタブロックに転送する。この
状態は出力レジスタブロック(14)上でＰＩＸＥＬ＿ＣＬ
Ｋにより更新される。状態ｂ下で、Ｐフレームはフレー
ムバッファＦ２に書き込まれており、フレームバッファ
Ｆ３内の空のフレームが読取り用に選択される。
【００２９】次の立上がり区間では、シーケンサは状態
ｃ（３）に進んでいる。この状態下で、フレームバッフ
ァＦ３が入力フレームを格納するため選択され、一方で
フレームバッファＦ１に格納された第１のＩフレームは
走査して表示するために選択される。フレームバッファ
に格納される入力フレームのタイプはＩＮ＿ＦＲＭフラ
ッグに依存する。
【００３０】第３の立上がり区間では、シーケンサ内の
復号論理ブロック（12）はＩＮ＿ＦＲＭフラッグと現在
状態をチェックする。先に格納されたフレームがＰフレ
ーム（ＩＮ＿ＦＲＭ＝０）で現在状態が状態ｃならば、
シーケンサは状態ａに戻る。しかし先に格納されたフレ
ームがＢフレームで現在状態がｃならば、シーケンサは
状態ｄ（４）に進む。状態ｄ下で、フレームバッファＦ
３（先のＢフレームを格納）が読取り用に選択され、フ
レームバッファＦ１（Ｉフレームを読み取るために先に
選択されている）が新しい入力フレームを格納するため
に選択される。同様に、シーケンサが状態ａ（１）に戻
るとき、フレームバッファＦ１は入力フレームを格納す
るために選択され、フレームバッファＦ２は読取り用に
選択される。
【００３１】状態ｄ下で、シーケンサの復号論理ブロッ
クは次の立上がり区間でＩＮ＿ＦＲＭフラッグを再びチ
ェックする。先に格納されたフレームがＰフレーム（Ｉ
Ｎ＿ＦＲＭ＝０）ならば、シーケンサは状態ｆ（６）に
分岐する。しかし先に格納されたフレームがＢフレーム
（ＩＮ＿ＦＲＭ＝１）ならば、シーケンサは状態ｅ
（５）に進む。入力フレームを格納するために選択する
フレームバッファは、Ｆ３の格納Ｂフレームは状態ｃで
表示のために読み取られているので、フレームバッファ
Ｆ３である。この選択は状態ｅと状態ｆに付いても同様
である。状態ｆ下では、先の入力フレームがＰフレーム
であるので、フレームバッファＦ２に格納された古いＰ
フレームを読み取って表示するために選択する必要があ
る。状態ｅ下では、先の入力フレームがＢフレームであ
るので、フレームバッファＦ１内の格納されたＢフレー
ムが読み取って表示するために選択される。
【００３２】先述した論理要件に基づき、入力フレーム
シーケンスがＩフレームだけもしくはＩとＰフレームと
からなる場合、シーケンサは以下の状態でループにな
る。
【００３３】 状態ａ−＞ｂ−＞ｃ−＞ａ−＞ｂ−＞ｃ−＞ａ.... IPBPB...のフレームシーケンスに付いては、シーケンサ
は以下の状態に入る。
【００３４】状態ａ−＞ｂ−＞ｃ−＞ｄ−＞ｆ−＞ｇ−
＞ｃ−＞ｄ−＞ｆ.... IPBBPBBPBB....のフレームシーケンスに付いては、シー
ケンサは以下の状態でループになる。
【００３５】状態ａ−＞ｂ−＞ｃ−＞ｄ−＞ｅ−＞ｈ−
＞ｉ−＞ｈ−＞ｊ−＞ｋ−＞ｊ−＞ｃ−＞ｄ−＞ｅ−＞
ｈ−＞.... このように、適応型フレーム順序づけ方式を用いること
で、必要な最大メモリバッファはわずか３つとなる。更
にこの方法は、Ｂフレームを持つ又は持たない符号化シ
ーケンスを２フレーム遅延で再配列できる。メモリバッ
ファの減少によりボードスペース、電力消費、コストが
削減される。この方法は、より効率的なメモリ管理のた
めに、プログラマブルアレイ論理（ＰＡＬ）とフィール
ドプログラマブル・ゲートアレィ（ＦＰＧＡ）でフレー
ムバッファ制御装置として実施したり、ディジタル画像
復号器ＩＣに組み込むことが出来る。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は、少ないフレームメモリバッファでフレーム順
序付けを行うことが出来る。また、短いフレーム遅延で
再配列を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の状態流れ図である。
【図２】本発明の一実施例のブロック図である。
【符号の説明】
12:復号論理 13:カウンタ 14:出力レジスタ

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フレーム自身の情報だけを用いて符号化
    するイントラ符号化フレームと、先に符号化した前記イ
    ントラ符号化フレーム又は予測符号化フレームからの情
    報による動き推定、補正を使用する前記予測符号化フレ
    ームと、先の及び今後の前記イントラ符号化フレーム又
    は前記予測符号化フレームからの情報による動き推定、
    補正を使用する双方向予測符号化フレームとを再配列す
    る復号ビデオ画像シーケンス再配列方法において、 入力画像タイプが、前記イントラ符号化フレームか、前
    記予測符号化フレームか、あるいは前記双方向予測符号
    化フレームかを判定し、 前記入力画像タイプの情報と、該情報により遷移する状
    態マシンの現在の状態に基づいて、３つのフレームバッ
    ファメモリのうち どのフレームバッファメモリを使用し
    て入力画像フレームを格納するかを判定し、かつ、どの
    フレームバッファメモリを選択して正しい表示順序のシ
    ーケンスで画素フレームを読み出すべきかを判定する、 ことにより復号ビデオ画像シーケンスを正しい表示順序
    のシーケンスに再配列することを特徴とする復号ビデオ
    画像シーケンス再配列方法。
  2. 【請求項２】 状態マシンは、双方向予測符号化フレー
    ムが存在する場合、前記双方向予測フレームをどのフレ
    ームバッファに格納したかを記憶する状態を持つことを
    特徴とする請求項１記載の復号ビデオ画像シーケンス再
    配列方法。
  3. 【請求項３】 イントラ符号化フレームだけ、又は前記
    イントラ符号化フレーム及び予測符号化フレームだけが
    存在する場合、復号ビデオ画像シーケンスは先入れ先出
    し順に再走査されることを特徴とする請求項１記載の復
    号ビデオ画像シーケンス再配列方法。
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