JP4361987B2 - フィールドモード符号化を含む画像フレームのサイズ変更のための方法及び装置 - Google Patents

フィールドモード符号化を含む画像フレームのサイズ変更のための方法及び装置 Download PDF

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Description

【０００１】
本出願は１９９８年５月７日に出願された米国仮出願第60/084,632号（代理人一覧表（docket）番号１２７５５Ｐ）の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、一般に、通信システムに関し、特に、ＭＰＥＧ的ビデオデコーダ等の情報ストリームデコーダにおけるフィールドモード符号化を含む画像フレームのサイズ変更のための方法及び装置に関する。
【０００３】
【発明の背景】
幾つかの通信システムでは、送信されるデータを圧縮して、利用可能なバンド幅をより有効に使用している。例えば、動画専門家グループ（ＭＰＥＧ：Moving Pictures Experts Group）はデジタルデータ供給システムに関する幾つかの規格を発表している。その第１は、ＭＰＥＧ−１として知られるもので、ＩＳＯ／ＩＥＣ規格11172に関し、本明細書に援用されている。第２は、ＭＰＥＧ−２として知られるもので、ＩＳＯ／ＩＥＣ規格13818に関し、本明細書に援用されている。圧縮されたデジタルビデオシステムが高度テレビジョンシステム委員会（ＡＴＳＣ：Advanced Television Systems Committee）デジタルテレビジョン規格書（digital television standard document）Ａ／５３に説明されており、本明細書に援用されている。
【０００４】
前記援用した規格には、レングス固定若しくはレングス可変なデジタル通信システムを用いるビデオ、オーディオ、その他の情報の圧縮及び供給に好適なデータ処理及び操作技術が説明されている。とりわけ、前記援用した規格並びに他の「ＭＰＥＧ的(MPEG-like)」規格及び技術は、例えば、（ランレングス符号化、ホフマン（Huffman）符号化等の）フレーム内符号化技術及び（前後予測符号化、動き補償等の）フレーム間符号化技術を用いてビデオ情報の圧縮を行う。特に、ビデオ処理システムの場合、ＭＰＥＧ及びＭＰＥＧ的ビデオ処理システムは、ビデオフレームの予測に基づく圧縮符号化を、フレーム内及び／又はフレーム間動き補償符号化により、或いはこれによらずに行うことを特徴とする。
【０００５】
画像情報を圧縮（即ち、サイズ変更(resize)）して、比較的解像度の低い表示装置を利用するシステムのデコーダ処理資源を低減し、或いはデコーダアンカフレームのメモリ条件を引き下げることは知られている。例えば、８×８ブロックのＤＣＴ係数をＭＰＥＧ的デコーダで受ける場合には、ＤＣＴ係数の低位の４×４ブロックのみを考慮し（即ち、高位の３つの４×４ブロックを省き）、アンカフレーム情報として格納用に４×４ピクセルブロックを計算することが知られている。
【０００６】
残念なことに、フィールドモード符号化ＤＣＴ係数を含む画像をサイズ変更するための現技術は、特に画像がフレームモード及びフィールドモード双方のＤＣＴ係数を含む場合はまだ適切な結果を与えてくれない。そこで、当該技術分野のこれらの問題その他に向けられた方法及び装置を提供することが望まれている。
【０００７】
【発明の概要】
本発明は、例えば、原画像フレームからサイズ変更された画像フレームを生成するＭＰＥＧ的デコーダ内で、逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ:inverse discrete cosine transform）処理に際し、フィールドモード符号化ビデオ情報ストリームに付与されるフェーズ誤差偽像等の情報アーチファクト(artifacts)を低減する方法及び装置である。つまり、本発明は、少なくともＩＤＣＴ処理間に使用されるＤＣＴ係数の一部を適正化して、原画像フレームを構成するＤＣＴ領域情報のＩＤＣＴ処理間にサイズ変更された画像フレームにピクセル領域補正を行う。
【０００８】
【実施形態の詳細な説明】
以下、本発明の説明を、ビデオデコーダについて行い、例示的に、圧縮されたビデオ情報ストリームＩＮを受信し符号化してビデオアウトプットストリームＯＵＴを生成するＭＰＥＧ−２ビデオ復号化システムを説明する。しかしながら、ＤＶＢ，ＭＰＥＧ−１，ＭＰＥＧ−２、その他の情報ストリームに適合するシステムを含む任意なビデオ処理システムに本発明が適用可能なことは、当業者にとって明らかであろう。本発明は、特に、ＭＰＥＧ−２ビデオ復号化システム等のフレームモード予測マクロブロック及びフィールドモード予測マクロブロックを両方用いる任意なシステムに対し特に好適である。
【０００９】
図２（ａ）は、フレームモードで符号化したオリジナルピクセルブロックのサンプルと、このオリジナルピクセルブロックを４：１にサイズ変更して得られたピクセルブロックをスーパインポーズしたサンプルとの相対的配置をグラフ表示している。図２（ａ）は、特に、フレーム符号化した８×８ブロックのオリジナルピクセルサンプルを示したものであり、各オリジナルピクセルブロックは「ｘ」で表した。８×８ピクセルブロックの４：１サイズ変更（即ち圧縮）ヴァージョンからなる４×４ピクセルブロックを前記８×８ピクセルブロックにスーパーインポーズした、各サイズ変更ブロックのサンプルを「*」で表した。
【００１０】
サイズ変更したピクセルブロックは、元の８×８ピクセルブロックを８×８離散コサイン変換（ＤＣＴ:discrete cosine transform）に従って処理することにより得られ、これは８×８ＤＣＴ係数ブロックを生成する。元の８×８ピクセルブロックの下位空間周波を表す４×４ＤＣＴ係数ブロックを除く全てのＤＣＴ係数を省略（即ち、無視）して、残る４×４ＤＣＴ係数ブロックに逆ＤＣＴを行い、前記サイズ変更した４×４ピクセルブロックを生成する。このＤＣＴ領域をサイズ変更する技術は、図２（ａ）に示すようなフレームモードで符号化したマクロブロックのみからなるビデオフレームに対して、良好に働く。なお、省略されたＤＣＴ係数ブロックからサイズ変更されたピクセルブロックを生成するためにＩＤＣＴを用いる際、これを二次元ＩＤＣＴ（即ち、２DN×NＩＤＣＴ）として、或いは２つの一次元ＩＤＣＴとして行う（即ち、Ｎ個の各行に対して1D N-ポイントＩＤＣＴを計算し、次いで得られた各列に対して1D N-ポイントＩＤＣＴを計算する）ことも可能な点に注意しなくてはならない。
【００１１】
図２（ｂ）は、フレームモードでの符号化とフィールドモードでの符号化とが混在するオリジナルピクセルブロックのサンプルと、このオリジナルピクセルブロックを４：１にサイズ変更して得られたピクセルブロックを重ねたサンプルとの相対的配置をグラフ表示している。図２（ｂ）は、特に、１６×１６ブロックのオリジナルピクセルサンプルを示し、サンプルの「左」半分（即ち、最も左寄りの２つの８×８マクロブロック）がフレームモードで符号化され、一方、サンプルの「右」半分（即ち、最も右寄りの２つの８×８マクロブロック）がフィールドモードで符号化されている。フレームモードで符号化されたオリジナルサンプルを各々「ｘ」で表し、フィールドモードで符号化されたオリジナルサンプルのうちトップフィールドに関係したものを各々「ｚ」で表し、フィールドモードで符号化されたオリジナルサンプルのうちボトムフィールドに関係したものを各々「ｙ」で表す。
【００１２】
この１６×１６ピクセルブロックを図２（ａ）に関し前述したＤＣＴ領域サイズ変更方法により処理して、サイズ変更された８×８ピクセルブロックを得ると、これには正しく配置されたピクセルサンプルと正しく配置されていないピクセルサンプルとが含まれる。特に、サイズ変更されたサンプルのうちフレームモードで符号化されたピクセルブロックに関係するもの（各々「*」で表す。）は、そのオリジナルサンプル（各々「ｘ」で表す。）に対し適正に配置されている。しかしながら、サイズ変更されたサンプルのうちフィールドモードで符号化されたピクセルブロックに関係するもの（トップフィールドについては各々「Ψ」で表し、ボトムフィールドについては各々「●」で表す。）は、そのオリジナルサンプル（各々トップフィールドについては「ｚ」で表し、ボトムフィールドについては「ｙ」で表す。）に対し適正に配置されていない。また、サイズ変更された左右のブロックが正しくアライメント(align)されていない（即ち、「*」サンプルが「Ψ」及び「●」サンプルと同列になっていない）。この誤差は、フレームモードで符号化されたオリジナルピクセルの場合１つの行によってのみ上下に分離されるのに対し、フィールドモードで符号化された特定なフィールド内のオリジナルサンプルが２つの行によって上下に分離されることによる。このため、ＤＣＴ領域のサイズ変更処理では、ハーフペル誤差(半画素の誤差:half pel (picture element) error）が生じる。
【００１３】
なお、フィールドモードで符号化されたマクロブロックのみを含む画像の場合、画像全体にわたりハーフペル誤差が一定となり、このハーフペル誤差はそれほど目立たない点に留意されたい。しかしながら、（図２（ｂ）に示すように）単一の画像にフレームモードとフィールドモードを混在させて符号化したマクロブロックが存在する場合、ハーフペル誤差は極めて顕著となる。しかも、その画像がフィールドとフレームとのマクロブロックを併せ持つ場合には、全画像をポストフィルタリングして上述の歪みを補正することができない。
【００１４】
図１は本発明に係るＭＰＥＧ的デコーダ１００の実施形態を示す。特に、図１のデコーダ１００は圧縮されたビデオ情報ストリームのＩＮを受信し復号化して、ビデオアウトプットストリームＯＵＴを生成する。このビデオアウトプットストリームＯＵＴは、例えば、表示装置（図示せず）内のディスプレイドライバ回路への結合に適している。
【００１５】
ＭＰＥＧ的デコーダ１００は、入力バッファメモリモジュール１１１と、可変レングスデコーダ（ＶＬＤ:variable length decoder）モジュール１１２と、逆量子化（ＩＱ:inverse quantizer）モジュール１１３と、逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ:inverse discrete cosine transform）モジュール１１４と、加算機（summer）１１５と、動き補償モジュール１１６と、出力バッファモジュール１１８と、アンカフレームメモリモジュール１１７と、動きベクトル（ＭＶ:motion vector）リサイザ(resizer)１３０とからなる。
【００１６】
入力バッファメモリモジュール１１１は圧縮されたビデオストリームＩＮを受信する。当該ビデオストリームは、一例としては可変レングスに符号化されたビットストリームで、代表的には例えば、伝送デマルチプレクサ／デコーダ回路（図示せず）から出力された高画質テレビジョン信号（ＨＤＴＶ:high definition television signal）若しくは標準画質テレビジョン信号（ＳＤＴＶ:standard definition television signal）である。入力バッファメモリモジュール１１１はこの受信した圧縮ビデオストリームＩＮを一時的に格納し、その間に可変レングスデコーダモジュール１１２は、そのビデオデータを受け取って処理するための準備が整う。このＶＬＤ１１２は、入力バッファメモリモジュール１１１のデータ出力に接続された入力を有し、例えば、データストリームＳ１として、格納された前記可変レングス符号化ビデオデータを検索する。
【００１７】
ＶＬＤ１１２は検索したデータを復号化して定レングスビットストリームＳ２を生成する。この定レングスビットストリームＳ２は量子化された予測誤差ＤＣＴ係数を含み、ＩＱモジュール１１３に結合される。ＶＬＤ１１２は更に動ベクトルストリームＭＶを生成し、これは動きベクトルリサイザ１３０へ結合され、またブロック情報ストリームＤＡＴＡを生成し、これは動きベクトルリサイザ１３０とＩＤＣＴモジュール１１４とに結合される。
【００１８】
ＩＱモジュール１１３は定レングスビットストリームＳ２に逆量子化演算を行って、標準フォームに量子化された予測誤差ＤＣＴ係数からなるビットストリームＳ３を生成する。
【００１９】
ＩＤＣＴモジュール１１４はビットストリームＳ３に逆離散コサイン変換演算を行って、ピクセル別の予測誤差からなる画像サイズの減縮されたビットストリームＳ４を生成する。大切な点として、ＩＤＣＴはブロック別に作用し、ビットストリームＳ３中の情報により示される画像のサイズを減縮する。このサイズ減縮は、ＩＤＣＴ演算の実行に先立ち、ＤＣＴ係数の各ブロックに関係した部分を捨て去って（即ち、省いて）行われる。このＩＤＣＴモジュール１１４の作用を図３及び図５について後に詳述する。端的に述べれば、図３について後述する実施形態では、ＩＤＣＴが、標準マトリックスと若干異なるマトリックスを用いて、例えば、８×８ＤＣＴ係数ブロックを処理している。用いるマトリックスは、フィールドモード符号化に関与してサイズ変更されたサンプルにハーフペルの垂直シフトを行わせるように選ぶ。図５について後述される本発明の他の実施形態では、ＩＤＣＴが、標準マトリックスと若干異なる複数のマトリックスのうちの１つ以上のマトリックスを用いて、例えば、８×８ＤＣＴ係数ブロックを処理する。用いるマトリックスは、フィールドモード符号化に関与してサイズ変更されたサンプルに、例えば、トップフィールドとボトムフィールドとのいずれが処理されているかに応じ所定の垂直シフトを行わせるように選定し使用する。
【００２０】
加算機１１５は、画像サイズの減縮されたピクセル別予測誤差ストリームＳ４を、動き補償モジュール１１６で生成された動き補償予測ピクセル値ストリームＳ６に加算する。従って、加算機１１５の出力は、例示的実施形態では、再構成されたピクセル値からなる減縮サイズのビデオストリームＳ５である。この加算機１１５により生成された減縮サイズビデオストリームＳ５は、アンカフレームメモリ１１７と出力バッファモジュール１１８とに結合される。
【００２１】
アンカフレームメモリモジュール１１７は圧縮されたビデオストリームＳ５を受信し格納する。有利なことに、このアンカフレームメモリモジュール１１７のサイズは使用された圧縮比に応じた分だけ減縮できる。
【００２２】
動きベクトルリサイザ１３０は、前記ＶＬＤ１１２から動きベクトルストリームＭＶとブロック情報ストリームＤＡＴＡとを受信する。動きベクトルストリームＭＶは動きベクトル情報からなり、これを動き補償モジュール１１６が用い、アンカフレームメモリモジュールに格納された画像情報に基づいて個別のマクロブロックを予測する。しかしながら、アンカフレームメモリモジュール１１７に格納された画像情報はＩＤＣＴモジュール１１６で変倍されているので、この変倍されたピクセル情報を用いてマクロブロックの予測を行うには、動きベクトルのデータも変倍する必要がある。この変倍された動きベクトルＭＶが、経路ＭＶ'を介して、動き補償モジュール１１６に結合されている。
【００２３】
動き補償モジュール１１６は、メモリモジュール１１７に格納した圧縮された（即ち、変倍された）画像情報に信号路Ｓ７を介しアクセスし、また変倍された動きベクトルＭＶ'にアクセスして、変倍された予測マクロブロックを生成する。つまり、動き補償モジュール１１６は、１つ以上の格納されたアンカフレーム（例えば、加算機１１５の出力に現れるビデオ信号中の最近のＩフレーム若しくはＰフレームについて発生する解像度の落ちたピクセルブロック）、並びに動きベクトルリサイザ１３０から受信した動きベクトルＭＶ'を用いて、変倍された予測情報ストリームを構成する複数の変倍された予測マクロブロックの各一に対する値を算定する。
【００２４】
図３は図１のＭＰＥＧ的デコーダでの使用に適した逆離散コサイン変換ルーチンを実行する方法の流れ図を示す。図３の方法３００は、例えば、図１のＭＰＥＧ的デコーダのＩＤＣＴモジュール１１６での使用に適している。
【００２５】
このＩＤＣＴルーチン３００は、ステップ３０５から入ってステップ３１０へ進み、ここでピクセルブロックを代表可能なＤＣＴ係数を、例えば、図１のＩＤＣＴモジュール１１６から受け取る。ルーチン３００は次いでステップ３１２へ進み、ここでは、受け取ったピクセルブロックを代表可能なＤＣＴ係数が、前記代表されるピクセルブロックを含む画像若しくは画像に対してなされるサイズ変更若しくは変倍に応じて、省かれる。例えば、受け取ったＤＣＴ係数が８×８ピクセルブロックを代表可能な８×８ＤＣＴ係数ブロックからなり、サイズ変更された画像若しくは画像が元の画像若しくは画像の解像度の１／４になる（即ち、垂直及び水平情報が各々１／２に減縮される）とすれば、下位の垂直及び水平空間周波情報を表すその４×４ＤＣＴ係数の「サブブロック(sub-block)」を除き、受け取ったＤＣＴ係数が総て省かれる。ルーチン３００は次いでステップ３１５へ進む。
【００２６】
ステップ３１５では、受け取ったＤＣＴ係数が「混在モード(mixed mode)」のＤＣＴ符号化方式により符号化されていたのか問いかけがなされる。つまり、受け取ったＤＣＴ係数により代表可能なピクセルブロックがフレームモードとフィールドモードとを併用するＤＣＴ符号化により符号化された画像若しくは画像の一部であるのか判定すべく質問される。ステップ３１５での質問への回答が否定的（即ち、フレームモードのみかフィールドモードのみ）であれば、ルーチン３００はステップ３２０へ進む。ステップ３１５での質問への回答が肯定的（即ち、フレームモード及びフィールドモードが混在した符号化）であれば、ルーチン３００はステップ３２５へ進む。
【００２７】
ステップ３２０で、ルーチン３００は、省かれたＤＣＴ係数のＩＤＣＴを実行し、これは受け取ったＤＣＴ係数により代表可能なピクセルブロックのサイズと、この代表ピクセルブロックを含む画像若しくは画像に対してなされるサイズ変更とについて標準的なＤＣＴベースの関数（例えば、係数マトリックスで定義されたもの）により行われる。表１は、４×４ＤＣＴ係数ブロックにＩＤＣＴ演算を行って４×４ピクセルブロックを生成するのため使用に適したＩＤＣＴ係数マトリックスを示す。
【００２８】
【００２９】
ＩＤＣＴ変換はマトリックスの乗算として表現できる点に注意を払う必要がある。例えば、Ｘを信号ＸのＤＣＴ変換とし、ＤをそのＤＣＴ変換に用いられたＤＣＴ係数マトリックスとし、Ｄ'をその逆数とすれば、次の数学的関係が成立する。
【００３０】
Ｘ＝Ｄ'×Ｄ （式１）
ｘ＝Ｄ×Ｄ' （式２）
【００３１】
従って、ステップ３２０では（４×４ＤＣＴ係数マトリックスの場合）、省かれたＤＣＴ係数ブロック（Ｘ）にマトリックスＤを事前乗算（pre-multiplied）し、マトリックスＤの逆数（即ち、Ｄ'）を事後乗算（post-multiplied）して、４×４ピクセルブロック（ｘ）が生成され、これが減縮された画像サイズのビットストリームＳ４として、例えば、加算器１１５に結合される。ルーチン３００は次いでステップ３１０へ進み、そこで次のＤＣＴ係数ブロックを受け取る。
【００３２】
ステップ３２５では、ステップ３１０で受け取った特定の「混在モード」ＤＣＴ係数ブロックがフレームモードで符号化したＤＣＴ係数ブロックを有するか問いかけがなされる。ステップ３１５での質問への回答が否定的であれば、ルーチン３００はステップ３３０へ進む。ステップ３１５での質問への回答が肯定的であれば、ルーチン３００はステップ３３５へ進む。
【００３３】
ステップ３３０では、ステップ３１０で受け取った特定のフィールドモードＤＣＴ係数ブロックがボトムフィールドの一部であるか問いかけがなされる。ステップ３３０での質問への回答が肯定的であれば（即ち、ＤＣＴ係数ブロックがボトムフィールド情報を含めば）、ルーチン３００はステップ３３５へ進む。ステップ３３０での質問への回答が否定的であれば（即ち、ＤＣＴ係数ブロックがトップフィールド情報を含めば）、ルーチン３００はステップ３２０へ進む。
【００３４】
ステップ３３５で、ルーチン３００は、前記省かれたＤＣＴ係数のＩＤＣＴを実行し、これはＩＤＣＴモジュール１１６により生成され結果的に得られるピクセルブロックに対し垂直なピクセル領域シフトがなされているように修正された（ＤＣＴ係数マトリックスＤで定義される）ベース関数によりなされる。８×８ＤＣＴ係数ブロックを４×４ＤＣＴ係数ブロックに減縮してそのブロックにより表される画像若しくは画像をサイズ変更する上述の例を続行し、補正的シフトを行ってフィールドモードのＤＣＴ符号化（例えば、図２（ｂ）について前述した１／２ペル誤差）を補償できるように垂直方向に異なるサンプリングパターンを得るために、式３関して次に示すように、交互事前乗算マトリックス（マトリックス「Ｅ」として示す）が用いられる。
【００３５】
ｘ２＝Ｅ×Ｄ' （式３）
【００３６】
従って、交互マトリックスＥは、適宜な１／２ペル（オリジナル解像度）の垂直方向下向きシフトを含むピクセルブロックｘ２を得るべく、８ポイントＤＣＴベース関数を若干斜めにしたサブサンプリングに対応する。つまり、表２の記載が、元のピクセル領域解像度に例示的に１／２ペルの垂直方向下向きシフトを付与すべく選定された８ポイントＩＤＣＴマトリックスのサンプルである。
【００３７】
【００３８】
このため、ステップ３３５では（４×４ＤＣＴ係数マトリックスの場合）、省かれたＤＣＴ係数ブロック（Ｘ）にマトリックスＥを事前乗算し、マトリックスＤの転置（即ち、Ｄ'）を事後乗算して、４×４ピクセルブロック（２ｘ）を生成し、これを減縮された画像サイズのビットストリームＳ４として、例えば、加算器１１５に結合している。ルーチン３００は次いでステップ３１０へ進み、そこで次のＤＣＴ係数ブロックを受け取る。
【００３９】
前記表２に示す交互マトリックスＥを用いて、図２（ｂ）に関して前述したピクセルのミスアライメントを、幾つかのピクセル位置の垂直方向へのハーフペルによるシフトダウンにより補償してもよい。より詳細には、これを用いて、フレームＤＣＴとフィールドＤＣＴのボトムフィールドＤＣＴとにつき、修正されたＩＤＣＴを計算することができる。
【００４０】
図４は、フレームモードでの符号化とフィールドモードでの符号化とが混在するオリジナルピクセルブロックのサンプルと、このオリジナルピクセルブロックを図３の方法に従って４：１にサイズ変更して得られたピクセルブロックを重ねたサンプルとの相対的配置のグラフ表示である。図４は、特に、１６×１６ブロックのオリジナルピクセルサンプルを示し、サンプルの「左」半分（即ち、最も左寄りの２つの８×８マクロブロック）がフレームモードで符号化され、一方、サンプルの「右」半分（即ち、最も右寄りの２つの８×８マクロブロック）がフィールドモードで符号化されている。フレームモードで符号化されたオリジナルサンプルを各々「ｘ」で表し、フィールドモードで符号化されたオリジナルサンプルのうちトップフィールドに関するものを各々「ｚ」で表し、フィールドモードで符号化されたオリジナルサンプルのうちボトムフィールドに関するものを各々「ｚ」で表す。
【００４１】
この１６×１６ピクセルブロックを図３に関し前述したＤＣＴ領域サイズ変更方法により処理して、サイズ変更された８×８ピクセルブロックを得ると、これには正しくアライメントされてはいるが元のピクセルサンプルに対し正しく配置されていないピクセルサンプルが含まれる。特に、サイズ変更されたサンプルのうちフレームモードで符号化されたピクセルブロックに関係するもの（各々「*」で表す。）と、サイズ変更されたサンプルのうちボトムフィールドモードで符号化されたピクセルブロックに関係するもの（各々「●」で表す。）とは垂直方向下方に１／２ペルシフトされており、一方、サイズ変更されたサンプルのうちトップフィールドモードで符号化されたピクセルブロックに関係するもの（各々「Ψ」で表す。）は図２（ｂ）に関し前に示したのと同じ位置にある。このため、図３の方法３００は、受け取った「混在モード」ＤＣＴ係数ブロックにより表される画像若しくは画像にピクセルアライメント誤差（即ち、フェーズ誤差）に基づくアーチファクトを回避させるようなピクセルアライメントの問題に向けられる。
【００４２】
しかしながら、図３の方法３００はフェーズ誤差の問題に有効な解決を与えるとともに、この方法３００が、再構成されたピクセルブロックの実際の位置をブロックの境界までシフトさせる点に注意を払う必要がある。このため、ピクセル境界近傍で更なるアーチファクトが生じる用途において、図３の方法３００は、修正によりそのような「ブロッキング(blocking)を起こす」アーチファクトを回避することが必要になる。
【００４３】
図５は図１のＭＰＥＧ的デコーダでの使用に適した逆離散コサイン変換ルーチンを実行する方法の流れ図を示す。図５の方法５００は、例えば、図１のＭＰＥＧ的デコーダのＩＤＣＴモジュール１１６での使用に適している。特に、図５の方法５００は、図３に関し上述した境界ブロックの問題を、「混在モード」ＤＣＴ係数ブロックのフェーズ誤差補正により補償し、その際、再構成されたピクセルを各ブロックの境界へシフトさせない。
【００４４】
このＩＤＣＴルーチン５００は、ステップ５０５から入ってステップ５０８へ進み、ここでトップフィールドとボトムフィールドとの交互ＩＤＣＴマトリックス（Ｅ）を、そのトップ及びボトムフィールドのピクセルに対しなさるべき垂直シフトの量に応じ計算する。トップとボトムとの交互係数マトリックス（各々ＥT及びＥB）は、各フィールドを表すＤＣＴ係数ブロックに対し実行されるＩＤＣＴが、フェーズ誤差なく適正にアライメントされたピクセルブロックを生じるように計算される。
【００４５】
図２（ｂ）に示し、図３に関して上述したケース（即ち、８×８から４×４ブロックにサイズ変更する場合）を考える。フィールドモードで符号化したＤＣＴ係数で表されるボトムフィールドのピクセル情報を１／２ペルのオリジナルピクセル領域解像度で垂直下方にシフトすれば、得られるピクセルブロックは、フレームモードで符号化されたＤＣＴ係数で表されるピクセル情報に対し適正な位置に来る。フィールドモードでのＤＣＴ係数は半分の解像度を有しているので、シフト量が対応して変倍されざるを得ない（即ち、１／２ペルのオリジナルピクセル領域のシフトがフィールドモードデータの１／４ペルのシフトに対応する）点に注意する必要がある。トップ及びボトムフィールドモード情報について対応する交互マトリックスのサンプルは（図３の例におけるような）高位ＩＤＣＴ係数のサブサンプルに対応していないので、新たな交互マトリックスＥT及びＥBは（ステップ５０８で）式４（下記）に従って計算される。ここで、
ｉ及びｊはマトリックス要素の行及び列位置であり、
「シフト」はオリジナル領域解像度での所望シフト（ペル単位）であり、
ＮはオリジナルのＤＣＴサイズ（例えば、８は８×８ＤＣＴ係数ブロックを
表す）であり、
Ｃ（ｉ）は次の定義による定数である。
【００４６】
ｉ＝０に対し Ｃ（ｉ）＝０．５
その他は Ｃ（ｉ）＝１／√２。
【００４７】
（式４）
【００４８】
従って、式４は交互マトリックス計算に対し一般解を与える。例えば、ＤＣＴ解像度領域でクォータペルの上向きシフトが（トップフィールドＤＣＴへの使用のために）望まれる場合、式４を用いてマトリックスＥTを計算すれば下の表３に示すマトリックスが得られる。同様に、ＤＣＴ解像度領域でハーフペルの下向きシフトが（ボトムフィールドＤＣＴへの使用のために）望まれる場合、式４を用いてマトリックスＥBを計算すれば下の表４に示すマトリックスが得られる。従って、ＩＤＣＴ処理ステップの事前乗算部で、元のＩＤＣＴマトリックスを上記マトリックスに置き換えれば、ピクセル位置に所望のシフトを与えることができる。
【００４９】
なお、表２の値はオリジナルの８×８ベース関数（例えば、マトリックス係数）をサブサンプリングして得られるが、表３及び４の値はオリジナルＤＣＴ係数のサブサンプリングに対応していない点に注意すべきである。つまり、表３及び４の値は、所望のサンプリング点で式４により表されるような連続領域ベースの関数をサンプリングする必要がある。
【００５０】
【００５１】
【００５２】
ステップ５０８でトップ及びボトムフィールドマトリックスＥT及びＥBを計算した後、ルーチン５００はステップ５１０へ進み、ここでピクセルブロックを表すＤＣＴ係数を、例えば、図１のＩＤＣＴモジュール１１６から受け取る。ルーチン５００は次いでステップ５１２へ進み、ここでは、受け取ったピクセルブロックを表すＤＣＴ係数が、上記表されたピクセルブロックを含む画像若しくは画像に対してなされるサイズ変更若しくは変倍に応じて、サイズ変更され（例えば、省かれ）る。ルーチン５００は次いでステップ５２５へ進む。
【００５３】
ステップ５２５では、受け取ったＤＣＴ係数ブロックがフレームモードで符号化したＤＣＴ係数ブロックを有するか問いかけがなされる。ステップ５２５での質問への回答が肯定的であれば、ルーチン５００はステップ５２０へ進む。ステップ５２５での質問への回答が否定的であれば（即ち、フィールドモードでのＤＣＴ符号化が使用されていれば）、ルーチン５００はステップ５３０へ進む。
【００５４】
ステップ５２０で、ルーチン５００は、サイズ変更された（例えば、省かれた）ＤＣＴ係数のＩＤＣＴを実行し、これは受け取ったＤＣＴ係数により表されるピクセルブロックのサイズとこの表されたピクセルブロックを含む画像若しくは画像に対しなさるべきサイズ変更とについて標準的なＤＣＴベースの関数（例えば、係数マトリックスで定義されたもの）により行われる。表１は、４×４ＤＣＴ係数ブロックにＩＤＣＴ演算を行って４×４ピクセルブロックを生成するための使用に適したＩＤＣＴ係数マトリックスを示す。ルーチン５００は次いでステップ５１０へ進み、そこで次のＤＣＴ係数ブロックを受け取る。
【００５５】
ステップ５３０では、受け取ったフィールドモード符号化ＤＣＴ係数ブロックがボトムフィールドブロックを有するか問いかけがなされる。ステップ５３０での質問への回答が肯定的であれば、ルーチン５００はステップ５４０へ進む。ステップ５３０での質問への回答が否定的であれば、ルーチン５００はステップ５４５へ進む。
【００５６】
ステップ５４０で、ルーチン５００は、サイズ変更されたボトムフィールドＤＣＴ係数のＩＤＣＴを実行し、これは先にステップ５０８で計算した係数マトリックスＥBで定義されるベース関数により行われる。表４は、４×４フィールドモード符号化（ボトムフィールド）ＤＣＴ係数ブロックにＩＤＣＴ演算を行って４×４ピクセルブロックを生成するための使用に適したＩＤＣＴ係数マトリックスを示す。ルーチン５００は次いでステップ５１０へ進み、そこで次のＤＣＴ係数ブロックを受け取る。
【００５７】
ステップ５４５で、ルーチン５００は、サイズ変更されたトップフィールドＤＣＴ係数のＩＤＣＴを実行し、これは先にステップ５０８で計算した係数マトリックスＥTで定義されるベース関数により行われる。表３は、４×４フィールドモード符号化（トップフィールド）ＤＣＴ係数ブロックにＩＤＣＴ演算を行って４×４ピクセルブロックを生成するための使用に適したＩＤＣＴ係数マトリックスを示す。ルーチン５００は次いでステップ５１０へ進み、そこで次のＤＣＴ係数ブロックを受け取る。
【００５８】
図６はフレームモードでの符号化とフィールドモードでの符号化とが混在するオリジナルピクセルブロックのサンプルと、このオリジナルピクセルブロックを図５の方法に従って４：１にサイズ変更して得られたピクセルブロックを重ねたサンプルとの相対的配置のグラフ表示である。図６は、特に、１６×１６ブロックのオリジナルピクセルサンプルを示し、サンプルの「左」半分（即ち、最も左寄りの２つの８×８マクロブロック）がフレームモードで符号化され、一方、サンプルの「右」半分（即ち、最も右寄りの２つの８×８マクロブロック）がフィールドモードで符号化されている。フレームモードで符号化されたオリジナルサンプルを各々「ｘ」で表し、フィールドモードで符号化されたオリジナルサンプルのうちトップフィールドに関係したものを各々「ｚ」で表し、フレームモードで符号化されたオリジナルサンプルのうちボトムフィールドに関係したものを各々「ｚ」で表す。
【００５９】
この１６×１６ピクセルブロックを図５に関し前述したＤＣＴ領域サイズ変更方法により処理して、サイズ変更された８×８ピクセルブロックを得ると、これには正しくアライメントされ、元のピクセルサンプルに対し正しく配置されたピクセルサンプルが含まれる。特に、サイズ変更されたサンプルのうちフレームモードで符号化されたピクセルブロックに関係するもの（各々「*」で表す。）はシフトされておらず、サイズ変更されたサンプルのうちボトムフィールドモードで符号化されたピクセルブロックに関係するもの（各々「●」で表す。）が垂直方向下方に１／２ペルシフトされ、サイズ変更されたサンプルのうちトップフィールドモードで符号化されたピクセルブロックに関係するもの（各々「Ψ」で表す。）が上方に１／４ペルシフトされている。このため、図５の方法５００は、受け取った「混在モード」ＤＣＴ係数ブロックにより表される画像若しくは画像に、ブロック境界でのアーチファクトを伴うことなく、ピクセルアライメント誤差（即ち、フェーズ誤差）に基づくアーチファクトを回避させるようなピクセルアライメントの問題に向けられる。
【００６０】
以上、主として、動きベクトル及びピクセル領域情報を係数２で変倍すること関し本発明を説明してきたが、本発明は他の変倍係数（整数及び非整数）に対しても好適する点に注意を払う必要がある。例えば、図６において、新たな解像度が元の解像度の半分の場合には、ボトムフィールドのフィールドモードサンプルを垂直下方にハーフペル（オリジナル解像度）シフトし、トップフィールドのフィールドモードサンプルを垂直上方にハーフペル（オリジナル解像度）シフトして、フレームモード及びフィールドモードのサンプルを適正にアライメントする。同様に、新たな解像度が元の解像度の四分の一の場合、ボトムフィールドのフィールドモードサンプルを垂直下方に３／２ペル（オリジナル解像度）シフトし、トップフィールドのフィールドモードサンプルを垂直上方に３／２ペル（オリジナル解像度）シフトして、フレームモード及びフィールドモードのサンプルを適正にアライメントする。
【００６１】
また、本発明の以上の説明は、主として、倍率を落とすこと（即ち、ピクセル領域情報を格納に先だって減縮すること）についてなされているが、本発明は、倍率を上げること（即ち、ピクセル領域情報を増大させること）にも好適する。こうしたピクセル領域情報及び動きベクトル情報の倍率を上げることは、低解像度画像情報を高解像度表示装置で表すことが必要な用途に特に適用できる。例えば、標準画質テレビジョン（ＳＤＴＶ）の表示を高画質テレビジョン（ＨＤＴＶ）表示装置で行うことができる。当業者及び本発明の教示内容を知得した者であれば、以上に述べた本発明の実施形態に対し、更に多様な改変をなすことが容易であろう。
【００６２】
本発明は、コンピュータで実現する処理及びその処理を実行する装置として実施可能である。また本発明は、フロッピディスク、ＣＤ-ＲＯＭ、ハードドライバ等の有形媒体、或いはその他の如何なるコンピュータ読み取り可能記憶媒体よって実現されたコンピュータプログラムコードとしても実施でき、この場合、そのコンピュータプログラムコードがコンピュータにロードされて実行されたときに、そのコンピュータが本発明を実施する装置となる。本発明はまた、例えば、記憶媒体に格納され、コンピュータにロード及び／又は実行され、或いは電気線路若しくはケーブルを越えて、光ファイバを通して、又は電磁輻射を介して、というように伝送媒体で伝送されると否とを問わず、コンピュータプログラムコードとして実施でき、この場合にも、そのコンピュータプログラムコードがコンピュータにロードされ実行されたときに、そのコンピュータが本発明を実施する装置となる。汎用マイクロプロセッサで実現するときには、コンピュータプログラムコードのセグメントがマイクロプロセッサに特定な論理回路の形態を付与する。
【００６３】
以上、本発明の教示内容を組み込んだ様々な実施形態を示して詳細に説明したが、当業者であれば、それらの教示内容を組み込んだまま、他の多くの変更実施形態を案出すること容易であろう。
【図面の簡単な説明】
本発明の教示内容は添付図面に関し詳細な説明を考慮することにより容易に理解できる。
【図１】本発明に係る装置を含むＭＰＥＧ的デコーダの実施形態の図である。
【図２】（ａ）はフレームモードで符号化したオリジナルピクセルブロックのサンプルと、このオリジナルピクセルブロックを４：１にサイズ変更して得られたピクセルブロックを重ねたサンプルとの相対的配置の図であり、（ｂ）はフレームモードでの符号化とフィールドモードでの符号化とが混在するオリジナルピクセルブロックのサンプルと、このオリジナルピクセルブロックを４：１にサイズ変更して得られたピクセルブロックを重ねたサンプルとの相対的配置の図である。
【図３】図１のＭＰＥＧ的デコーダでの使用に適した逆離散コサイン変換ルーチンを実行する方法の流れ図である。
【図４】フレームモードでの符号化とフィールドモードでの符号化とが混在するオリジナルピクセルブロックのサンプルと、このオリジナルピクセルブロックを図３の方法に従って４：１にサイズ変更して得られたピクセルブロックを重ねたサンプルとの相対的配置の図である。
【図５】図１のＭＰＥＧ的デコーダでの使用に適した逆離散コサイン変換ルーチンを実行する方法の流れ図を示した図である。
【図６】フレームモードでの符号化とフィールドモードでの符号化とが混在するオリジナルピクセルブロックのサンプルと、このオリジナルピクセルブロックを図５の方法に従って４：１にサイズ変更して得られたピクセルブロックを重ねたサンプルとの相対的配置の図である。
図面間で共通する同じ要素は、理解を容易にするために、できるだけ同じ参照符号を用いて示した。

Claims (11)

  1. 第１の解像度を有するピクセルブロックを代表可能な離散コサイン変換（ＤＣＴ）係数ブロックを含む圧縮された画像ストリームを復号化するシステムにおいて、
    ＤＣＴ係数ブロックをサイズ変更（３１２）するステップであって、このサイズ変更されたＤＣＴ係数ブロックが第２の解像度を有するピクセルブロックを代表可能なステップと、
    この第２の解像度を有するピクセルブロックを生成すべく、逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）により、前記サイズ変更されたＤＣＴ係数ブロックを変換（３３５）するステップであって、該変換するステップが、前記ＤＣＴ係数ブロックの符号化モードに応じて適合されるＤＣＴベース関数を用い、フィールドモードＤＣＴ情報から得られたピクセル領域情報をフレームモードＤＣＴ情報から得られたピクセル情報に適切にアライメントさせる、ステップと、
    を備える方法。
  2. 前記ＤＣＴベース関数が、更に前記第１の解像度と第２の解像度との間の関係に応じて適合される請求項１に記載の方法。
  3. 前記変換するステップが、
    前記ＤＣＴ係数ブロックを含むＤＣＴ係数ブロックのフレームが単一の符号化モードに従って符号化されたか判定（３１５）するステップと、
    前記ＤＣＴ係数ブロックのフレームが単一の符号化モードに従って符号化されている場合には、ＤＣＴベース関数のデフォルトの組を用い（３２０）、
    前記ＤＣＴ係数ブロックのフレームが単一の符号化モードに従って符号化されていない場合であって、
    前記ＤＣＴ符号化モードがフィールドモード符号化モードを含んで前記ＤＣＴ係数ブロックがボトムフィールドピクセルブロックを表すときは、ＤＣＴベース関数の修正された組を用い、
    前記ＤＣＴ符号化モードがフレームモード符号化モードを含むときは、ＤＣＴベース関数の修正された組を用い（３３５）、
    前記ＤＣＴ符号化モードがフィールドモード符号化モードを含んで前記ＤＣＴ係数ブロックがトップフィールドピクセルブロックを表すときは、ＤＣＴベース関数のデフォルトの組を用いるステップと、
    を含む請求項１に記載の方法。
  4. 前記デフォルトの組のＤＣＴベース関数が第１のマトリックスで表され、
    前記デフォルトの組のＤＣＴベース関数をサブサンプリングして得られる前記ＤＣＴベース関数の組が第２のマトリックスで表され、
    前記第２の解像度を有する前記ピクセルブロックの垂直シフトを行うために該第２のマトリックスを選択する請求項３に記載の方法。
  5. 前記第２の解像度が前記第１の解像度の１／４であり、
    前記第２の解像度を有する前記ピクセルブロックの、前記第１の解像度に関する、３／２画素（ペル）垂直シフトを行うために、前記第２のマトリックスを選択する請求項４に記載の方法。
  6. 前記第２の解像度は前記第１の解像度の１／２であり、
    前記第２の解像度を有する前記ピクセルブロックの、前記第１の解像度に関する、ハーフペル垂直シフトを行うために、前記第２のマトリックスを選択する請求項４に記載の方法。
  7. 前記変換するステップが、
    前記ＤＣＴ係数ブロックがフレームモード符号化モード又はフィールドモード符号化モードに従って符号化されているか判定（５２５）するステップと、
    前記ＤＣＴ係数ブロックが前記フレームモード符号化モードに従って符号化されている場合には、
    ＤＣＴベース関数のデフォルトの組を用いて前記ＩＤＣＴを実行し（５２０）、
    前記ＤＣＴ係数ブロックが前記フィールドモード符号化モードに従って符号化されている場合であって、
    前記ＤＣＴ係数ブロックがトップフィールドピクセルブロックを表しているときは、ＤＣＴベース関数の第１の修正された組を用いて、前記ＩＤＣＴを実行し（５４５）、
    前記ＤＣＴ係数ブロックがボトムフィールドピクセルブロックを表しているときは、ＤＣＴベース関数の第２の修正された組を用いて、前記ＩＤＣＴを実行する（５４０）ステップと、
    を含む請求項１に記載の方法。
  8. 前記第１の修正された組のＤＣＴベース関数が、前記デフォルトの組のＤＣＴベース関数に、該デフォルトの組のＤＣＴベース関数をサブサンプリングして得られるＤＣＴベース関数の第１の組を乗算したものを含み、
    前記第２の修正された組のＤＣＴベース関数が、前記デフォルトの組のＤＣＴベース関数に、このデフォルトの組のＤＣＴベース関数をサブサンプリングして得られるＤＣＴベース関数の第２の組を乗算したものを含む、
    請求項７に記載の方法。
  9. 第１の解像度を有するピクセルブロックを代表可能な離散コサイン変換（ＤＣＴ）係数ブロックを含む圧縮された画像ストリーム（Ｓ１）を復号化するシステムにおいて、
    逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）プロセッサ（１１４）を備え、
    前記ＩＤＣＴプロセッサがＤＣＴ係数ブロックをサイズ変更（３００；５００）して第２の解像度を有するピクセルブロックを代表可能なサイズ変更されたＤＣＴ係数ブロックを生成し、
    前記ＩＤＣＴプロセッサが、前記ＤＣＴ係数ブロックの符号化モードに応じ適合させたＤＣＴベース関数を用いる逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ）により、フィールドモードＤＣＴ情報から得られたピクセル領域情報をフレームモードＤＣＴ情報から得られたピクセル情報に適切にアライメントさせて、前記サイズ変更されたＤＣＴ係数ブロックを変換して前記第２の解像度を有する前記ピクセルブロックを生成する、装置。
  10. 前記ＩＤＣＴプロセッサが、
    前記ＤＣＴ係数ブロックを含むＤＣＴ係数ブロックのフレームが単一の符号化モードに従って符号化されたか判定し、
    前記ＤＣＴ係数ブロックのフレームが単一の符号化モードに従って符号化されている場合は、
    前記ＩＤＣＴプロセッサがＤＣＴベース関数のデフォルトの組を用い、
    前記ＤＣＴ係数ブロックのフレームが単一の符号化モードに従って符号化されていない場合であって、
    前記ＤＣＴ符号化モードがフィールドモード符号化モードからなり、前記ＤＣＴ係数ブロックがボトムフィールドピクセルブロックを表しているときは、前記ＩＤＣＴプロセッサがＤＣＴベース関数の修正された組を用い、
    前記ＤＣＴ符号化モードがフレームモード符号化モードからなるときは、前記ＩＤＣＴプロセッサがＤＣＴベース関数の修正された組を用い、
    前記ＤＣＴ符号化モードがフィールドモード符号化モードを含み、前記ＤＣＴ係数ブロックがトップフィールドピクセルブロックを表しているときは、前記ＩＤＣＴプロセッサがＤＣＴベース関数のデフォルトの組を用いる、
    請求項９に記載の装置。
  11. 前記ＩＤＣＴプロセッサが、
    前記ＤＣＴ係数ブロックがフレームモード符号化モード又はフィールドモード符号化モードに従って符号化されているか判定し、
    前記ＤＣＴ係数ブロックが前記フレームモード符号化モードに従って符号化されている場合には、
    前記ＩＤＣＴプロセッサがＤＣＴベース関数のデフォルトの組を用い、
    前記ＤＣＴ係数ブロックが前記フィールドモード符号化モードに従って符号化されている場合であって、
    前記ＤＣＴ係数ブロックがトップフィールドピクセルブロックを表しているときは、前記ＩＤＣＴプロセッサがＤＣＴベース関数の第１の修正された組を用い、
    前記ＤＣＴ係数ブロックがボトムフィールドピクセルブロックを表しているときは、前記ＩＤＣＴプロセッサがＤＣＴベース関数の第２の修正された組を用いる、
    請求項９に記載の装置
JP12736099A 1998-05-07 1999-05-07 フィールドモード符号化を含む画像フレームのサイズ変更のための方法及び装置 Expired - Lifetime JP4361987B2 (ja)

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