JP4102197B2 - ビデオデータを圧縮および解凍する方法 - Google Patents
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Description
MPEGは、「モーションピクチャーズエキスパートグループ(Motion Pictures Expert Group)」の略語である。このグループからのファイルフォーマットと、ビデオまたはマルチメディアデータ(ビデオ、画像およびサウンドデータ)を省スペースで圧縮および記憶する方法が高品質で定義されている。一方でMPEG標準は、MPEG‐1、MPEG‐2、MPEG‐3、およびMPEG‐4に再分割され、ここではMPEG‐3標準がMPEG‐2に統合されている。
好ましくは、ビデオ情報の並行処理がビデオ記録チップに生じる。並行処理は、最重要な画素をまず決定し、次にこれらを優先順位割付けに従って優先アレイに記憶する目的のために行われる。このアレイは各時点で、優先順位割付けに従って分類された画素値を有する。優先順位割付けを計算するために使用された画素および画素値は前記の優先順位割付けに従って転送または保存される。画素は、その隣接画素に対する差異が大きい場合には高い優先順位を受け取る。
本発明の実施形態は、図面を使用してより詳細に説明される。本発明のさらなる特徴、利点、および適用は図面およびその説明から明らかになる。図面を以下に示す。
まず、以下の仮定がなされる。
現在慣用されているビデオ信号がビデオソースとして使用可能である(例えばPALまたはNTSC)。ビデオ情報は、従来の電子装置を使用して読取り可能である(例えばフレームグラバーカードframegrabber card)。本方法を以下に図示するために、画素幅20と画素高さ21の最小限の画像アレイが使用される(図1)。アレイの各画素は32ビット値(画素値)によって表される。32ビットは、例えば各々8ビットずつ4つの値に分割される(透明、赤、緑、青)。画素の位置は、整数で定義される。画像アレイは、図1に示されるように、0〜419に番号付けされる。各ボックス内の番号は、関連する画素の位置に対応する。ソースとドレインの間に、UDP(ユーザデータグラムプロトコル(User Datagram Protocol))接続がある。次いで圧縮されたビデオデータはこの接続を介して送信される。
本方法は、ビデオ信号の個々の画素を連続して優先順位化することに基づいており、それによって画素はその優先順位に従ってアレイに記憶される。このアレイはこの時点で、優先順位によって分類された現在の画素値を含む。画素は、その隣接する画素に対する差異が大きい場合、高い優先順位を受け取る。画素は、計算に使用された隣接する画素と共に画素グループに結合される。優先順位に対応して、これらの画素グループは送信または記憶される。
フレームグラバーは各時点において、図1に示される20×21の大きな画像アレイに現在の画像を有している。各画素はその位置(1〜419)およびその画素値(色または明度値)によって定義される。
まず、画素グループを形成する、基準画素p0に隣接する画素が定義される。基準画素p0は、画素グループの位置を特定し、その優先順位が計算される画素のことである。基準画素p0に対する、画素グループのうちの残りの画素、例えばp1〜p4の相対的位置は、画素グループの使用形態に帰着する。図2はいくつかの可能な画素グループの形態を示している。対称および非対称の画素グループの双方が基準画素p0に対して形成されてもよい。使用される画素グループのタイプは、画像素材のタイプおよび求める圧縮レートに関する他の情報に依存する。原則として、画素グループ内に含まれている画素が多いほど、実現される圧縮係数は大きくなる。同一の形態の画素グループは、ビデオ画像を符号化および復号化、すなわち圧縮および解凍するために使用される。
画素グループに対する優先順位は、画素グループの各画素p0ごとに計算される。この過程において、画像の0〜419の各画素は基準画素p0になる。本発明によれば、画素の優先順位値の計算は、可能な限り並行なデータ処理の枠組内で実行される。画像のすべての画素の優先順位の計算が同時になされることが理想的である。ビデオ信号が含まれているので、画像容量は常に変化しているため、すべての画素の優先順位値が連続的に再計算されている。しかし多数の画素グループ、とりわけ優先順位の低い画素グループは高い確率で変化しない。
このために、画素グループの個々の画素値P0、P1、P2、P3、およびP4は、赤、緑、および青のそれらの色割合に分解される。これらの色値の各々は8ビットで表される。個々の画素値P1〜P4の各色ごとに、P0に対する色差値、例えばP0
赤−P1 赤、P0 赤−P2 赤、...、P0 青−P4 青、が決定される。絶対色差値は合計され、色数および可視画素数によって分割される。その結果は、可視画素グループに対する優先順位値である。優先順位値が高いほど、画素グループの個々の画素の色値が異なる。
この優先順位の結果として、エッジなどの、色またはコントラストの大きな変化を有する画像領域は高い優先順位を受け取り、青空などの比較的一様な画像コンテンツは低い優先順位を有する。
このステップにおいて、サイズの優先順位値が高い順に分類される。分類は、各新たな優先順位値の決定後に生じる。従って、各時点ごとに、高い順に分類された優先順位値によって分類された画素グループのリストを有する。優先順位によって分類されたこのようなリストを即座に提供する、対応する画像レコーダ(CCDチップ)の開発に力が注がれる。圧縮される画像が直接CCDカメラやスキャナを使用して記録される場合、カメラ/スキャナにおいて使用可能な画像処理マイクロチップから、優先順位によって分類されたアレイを受け取るというオプションがある。従って、圧縮における計算負荷の重要な部分が保存される。
ビデオ情報の静止画像(例えば写真)に対して、例えばカメラのパンや移動したオブジェクトによって画素グループの常に変動する優先順位の変化がある。これを図示するために、図3〜5は、t1〜t3における異なる時点でのビデオ画像アレイを示しており、ここではオブジェクトが右から左へと移動している。
時点t2(図4)およびt3(図5)で画素グループの再計算された優先順位が表1に示されている。
時点t1:最高の優先順位Aの画素グループが送信される;175、255、231、191、156、157、277、276、177、197、217。
時点t2で新たな優先順位が検出される。様々な画素グループが最高の優先順位Aを受け取る。ビデオ信号送信が新たな優先順位の送信によって継続される;189、173、154、155、274、275、253、229。
時点t3で新たな優先順位が再び検出される。様々な画素グループが最高の優先順位Aを受け取る。ビデオ信号送信は、新たな優先順位の送信によって継続される;187、171、227、251、152、153、272、273。
用語「保存」および「送信」は以下において同意語として使用される。まずビデオ画像のいくつかのパラメータが保存または送信される。この例は以下の通りである。
・画像幅(画素単位で)。
・画像高さ(画素単位で)。
・画素グループの使用形態(1つの形態のみが標準化される場合には必要ではない)。
このために、画素グループの基準画素p0の位置値がまず保存される。次いで、画素値P0、P1、P2、P3、P4が保存される。
位置値p0、画素値P0、P1、P2、P3、P4、(同じまたはより低い優先順位の)次の位置値p0、画素値P0、P1、P2、P3、P4、・・・、(最低の優先順位の)次の位置値p0、画素値P0、P1、P2、P3、P4。
保存は様々な方法によって最適化でき、ここでは例として論じられるにすぎない。画素グループのランレングス符号化(run length coding)が実行されてもよい。例えば、画像領域に赤の割合がない場合、8ビット(赤)ではなく2ビットだけで送信し、あるいは先頭のゼロの数を利用してもよい。
優先順位の限界を定義することによって、特定の品質が保証される。例えば、しきい値が画素差値に対して定義されてもよく、それ以下で割り当てられた画素グループは常に最低の優先順位値を受け取る。
コーナーポイントの4つの画素グループが最初に送信されると、僅かな画素グループによる計算で可能な限り最大の領域を得る。
新たな画像アレイの生成;
圧縮されたビデオデータの再構成において、まず図1の表示と比較可能な画像アレイが形成される。このために、画像の特徴が走査および評価される。
この例が画像幅、画像高さ、および圧縮に使用された画素グループの形態である。オリジナル画像と所望の表示(例えば、制限PDA表示または高解像度モーション)との間で画像高さと画像幅が一致しない場合、対応するスケーリングが行われる。
図6に示されるように、画素グループは、今度は優先画素グループのシーケンスに従って走査される。例えば、最高の優先順位を持つ最初の4つの画素グループが画像アレイに入れられる。図6において、これらは画像のコーナーの画素グループである。各画素グループの基準画素p0の位置は、ブラックフィールド21、38、381、および398によって特定される。この位置値(p0)は保存されたファイル内に整数値として存在する。そして各画素グループに属しているダークグレイの画素値(p1〜p4)が新たな画像アレイに入れられる。それらの間のライトグレイにマークされた画素値は、ダークグレイとブラックにマークされたフィールドから計算される。計算には、まず既知の画素値が、赤、緑、および青の要素に分解される。次いで各色値の平均値、例えば画素(22)=(画素(2)+画素(21)+画素(42))/3)が計算される。
今度は、既存の画素グループがラインによって互いに接続される。図7にこのプロセスが示されている。そのコーナーには対応する画素グループによって定義される三角形が生じる。これは、画素位置2と画素位置17との間のラインで図示されている。そのラインの色の広がりは、画素2と画素17の色値を使用して計算される。まずこれら2つの位置間の画素数が判断され、図示例ではこれは14個である。次いで、各色(赤、緑、青)の色差が判断される。例えば位置2の色値=2;位置17の色値=30が(28という)色差になる。次いで、画素2から画素17の画素ごとの色値の増大量が色差/画素数より計算される(例においては28/14=2)。
残りの領域が、例えば位置63から位置74へ、位置82から位置93へなど、水平のラインを描くことによって充填される。ここでも、優先的な色の広がりが上記で特定されたようにポイント間で計算される。
・時間;画素値が最後に計算または送信された時。
・計算の基礎;送信された画素が画素値を計算するために使用される。
・可能性/正確さ;画素値が送信または計算されたのかということであり、計算されたのであれば、新たな画素値が計算される画素グループとの差はどれほどの大きさか。
・送信する画素値とすでに計算されている画素値との偏差。
その例を示す。海上に水平線が見える場合、それは水平なラインとして現れる。この水平線に沿っての各画素グループの優先順位値もほぼ同じであろうことが期待される。この場合、互いから最も遠くにある水平なラインの点位置は最大の有益値を有している。水平線の最左と最右の画素グループを送信することによって、それを再び再構成することができる。
Claims (14)
- 個々の画素のアレイからなるビデオデータを圧縮する方法であって、各画素は、該画素の色又は明度情報を記述する時間的に変化する画素値を有し、
a)アレイの各画素を代わる代わる基準画素とし、事前に定義された一種類のグループの、隣接する画素の現在の画素値を参照して、基準画素のその時々の現在の画素値を使用して画素の画素差を計算することにより、その画素差が大きいほど、高い優先順位値を受け取るようにして、アレイの各画素ごとの優先順位値を決定するステップ、
b)優先順位値の計算に使用された画素を事前に定義された画素グループに統合するステップ、
c)その優先順位値を使用して画素グループを分類し、それらを優先アレイに入れるステップ、および
d)画素グループをその優先順位に従って優先アレイに保存および/または送信するステップであって、その際ステップa)〜d)が連続的に反復され、画素グループの優先順位値が常に決定し直されており、かつ各時点での優先順位が現在の優先順位によって分類された前記画素グループを含み、まだ保存および/または送信されていなくて、最も高い優先順位をもつ画素グループが保存および/または送信されるステップ、
によって特徴付けられる方法。 - 画素差は、現在の基準画素の画素値と、その画素グループの基準画素に隣接する各画素の画素値の差異から生じることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 画素による画像幅、画像高さ、および使用された画素グループの形態からなるビデオ画像のパラメータが最初に保存および/または送信されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- 各画素グループごとに、基準画素の位置、その画素値、ならびにそれに隣接する残りの画素の画素値が保存または送信されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の方法。
- 特定の画像領域の画素グループが高い優先順位を割り当てられることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の方法。
- 画素グループの画素値がランレングス符号化または他の圧縮方法によってさらに圧縮されることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の方法。
- スキャナ、CCDカメラなどで使用された画像記録システムによって、優先順位によって分類された画素グループが連続的に確認され、出力がなされることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- フレームグラバーカード (又はソフトウェアによる実現)が極めて様々なフォーマット(例えば、AVI、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-3、MPEG-4)のビデオ素材を変換するために使用され得ることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法によって圧縮されたビデオデータを再構成するための方法であって、請求項1〜8のいずれか一項に記載の方法によって保存および/または送信された画素グループの画素値が走査され、そして、走査された画素値が画像アレイの形態で表わされ、その際まだ送信されていない画素が既に送信されている画素から、その送信されている画素の色(赤、緑、青)の各色値の平均値を求めることにより、または、その送信されている画素の色(赤、緑、青)の各色値の色差を該画素間の画素数で除することにより計算されることを特徴とする方法。
- a)圧縮されたビデオ画像の走査されたパラメータから空の画像アレイを生成するステップと、
b)保存または送信された画素グループを連続的に走査し、画像アレイに挿入するステップと、
c)少なくとも1つのラインによって、走査された3つの直接隣接する画素グループを接続することによって三角形を形成するステップと、
d)三角形を形成する画素グループから計算された色の広がりおよび/または明度の広がりを使用して三角形を形成する画素の領域を充填するステップと、
e)ステップb)〜e)を反復するステップと、によって特徴付けられる請求項9に記載の方法。 - 再構成されたビデオデータに、サイズのスケーリングを行うことを特徴とする請求項9または10に記載の方法。
- さらなるアレイを形成し、それが
・時間。すなわち、画素値が最後に計算または送信された時、
・計算の基礎。すなわち、送信された画素が画素値を計算するために使用される、
・可能性/正確さ。すなわち、画素値が送信または計算されたのかということであり、計算されたのであれば、新たな画素値が計算される画素グループとの差はどれほどの大きさか、
・送信する画素値とすでに計算されている画素値との偏差、
についての情報を含むことを特徴とする請求項9〜11のいずれか一項に記載の方法。 - 請求項12に従って形成されたアレイを使用して、該アレイに保存された情報を評価することにより、動きのプロフィールおよびオブジェクトが認識されることを特徴とする請求項9〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 動きのプロフィールおよびオブジェクトをニューラルネットワークにより評価することによって、極めて低い潜在期間を有する流動する動きを、低い送信速度にも関わらず決定および予測することを特徴とする請求項13に記載の方法。
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