JP4425824B2 - 動画像コーデック変換の高速実装 - Google Patents
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Description
図1は、一般化された動画像符号化器(100)のブロック図であり、図2は、一般化された動画像復号化器(200)のブロック図であり、これらにはWMV9/VC−9の変換を組み込むことができる。
図1は、一般的な動画像符号化器のシステム(100)のブロック図である。符号化器のシステム(100)は、現在のフレーム(105)を含む動画像フレームのシーケンスを受け取り、出力として圧縮動画像情報(195)を生成する。動画像符号化器の特定の実施形態では、通常、一般化された符号化器(100)を変更して、もしくは補足して使用する。
図2は、一般的な動画像復号化器のシステム(200)のブロック図である。復号化器のシステム(200)は、動画像フレームの圧縮されたシーケンスに関する情報(295)を受け取り、再構成されたフレーム(205)を含む内容を出力する。動画像復号化器の特定の実施形態では、通常、一般化された復号化器(200)を変更して、もしくは補足して使用する。
WMV9/VC−9標準では、動画像符号化器100(図1)および動画像復号化器200(図2)内で周波数変換160および逆周波数変換260として使用することができる変換を定義している。WMV9/VC−9標準では、4種類の二次元データの変換である、8×8、8×4、4×8、および4×4の変換を定義している。この規格では、以下に要約した定義に従って、逆変換のビット完全な(bit−exact)実装を必要とする。
WMV9/VC−9で使用される2D変換は、分離可能であり、適切に定義されスケーリングされた正規直交に近い乗数行列を使用して各々の方向で変換が実行される。4点のおよび8点の一次変換に各1つずつ、合わせて2つの行列が以下のように定義される。すべての変数は整数値をとるものと仮定されている。
行方向の逆変換は、まず、以下のように実行される。
列方向の逆変換は、T8の奇数成分を考察することにより定義され、その結果として、8個の要素の2つの共通の行を計算する。これらは、1ビット右シフトされ、その後、偶数成分の積に加算(または減算)され、それからその結果の6ビット分が切り捨てられる。演算は、次のとおりである。
WMV9/VC−9の規約により、「4×8」とは、4列、8行の配列のことである。行方向の逆行列は、以下のように定義される4点の演算である。
D1=(D・T4+4)>>3
WMV9/VC−9の規約により、「8×4」とは、8列、4行の配列のことである。8×4の変換演算の第1段は、以下の式にしたがって1行が8つの要素の4つの各行に作用する。
D1=(D・T8+4)>>3
4×4の逆変換の第1段は、行方向の演算であり、以下のように定義される4点の逆変換である。
変換行列の奇数および偶数成分を使用した逆変換の第2段の定義は、精度を最大限保持するとともに16ビット実装を実現する必要がある。16ビットワードサイズが問題でなければ(例えば、特定用途向け集積回路つまりASICで)、17ビットの中間結果を使用することによって、基本算術演算の一部を簡略化することができる。前節の定義と比較してビット完全な結果を出力する変換の代替の定義を得ることができる。これらの実装の第1段は元の定義の第1段と同じなので、第2段のみが以下のように定義される。
順変換は、(i)変換行列が転置されることおよび(ii)倍率が異なることを除き、類似のプロセスにより得られる。符号化器側では順変換をビット完全な仕方で実行する必要はないため、整数変数の仮定はもはや必要ではない−実際、順変換は、浮動小数点演算もしくはスケーリングされた固定小数点演算を使用して実行することができる。以下に示されている順変換の行列乗算の表現は、行列乗算で特に16ビットレジスタを持つ整数乗算を引用する逆変換とは異なり単に解析的表現である。段の間での丸めは、必要に応じて行われることができ、この選択は符号化器に任される。順変換のプロトタイプ定義を以下に示す。
この節では、上で説明したWMV9/VC−9の変換に関する高速実装について説明する。本質的に、順変換のプロセスの高速化は、行列乗算T4DおよびT8Dを高速化することにより達成できる。なぜならば各々の変換段がこの形式の行列乗算であるからである。同様に、逆変換は、行列乗算
WMV9/VC−9の変換の上で説明した高速実装は、例としてとりわけ、コンピュータ、画像および動画像の記録、送信および受信の機器、携帯型のビデオプレイヤー、ビデオ会議装置、Webベースの動画像ストリーミングのアプリケーションなどを含む、画像および動画像の信号処理が実行されるさまざまな装置のいずれかで実行することができる。画像および動画像の符号化手法は、ハードウェア回路に(例えば、ASIC、FPGAなどの回路に)だけでなく、図10に示されているような、コンピュータもしくは他のコンピューティング環境内で実行される(中央演算処理ユニット(CPU)、専用のグラフィックスプロセッサ、ビデオカードなどを問わず実行される)画像および動画像処理ソフトウェアに実装することができる。
Claims (13)
-
前記画像メディアデータを受信するステップと、
空間領域の係数の8点集合と、前記少なくとも1つの8点の次元の8点の変換領域の係数との間の変換を行うバタフライ演算の複数の段であって、奇数の変換領域の係数について行列
前記データストリームを出力するステップと
を備えたことを特徴とする方法。 - 少なくとも1つの画像についてメディアデータの変換符号化を行うメディアシステムであって、
前記メディアデータを受信するメディアデータ入力と、
前記メディアデータを出力データストリームに変換符号化する変換に基づくブロック符号化器であって、
前記メディアデータの二次元ブロックについて、前記ブロックの順変換を実行し前記ブロックを変換領域に変換する動作をする順変換の段と、
前記変換領域のブロックを量子化する動作をする量子化の段と、
前記変換領域のブロックを逆量子化する動作をする逆量子化の段と、
前記変換領域のブロックの逆変換を実行し、Rを再構成されたブロック、Dを逆量子化されたブロックとすると、形式
を含み、前記逆変換の少なくとも1つの次元TnまたはTmは、8点行列
前記出力データストリームを出力する出力と
を備えたことを特徴とするメディアシステム。 -
前記メディアデータを受信するステップと、
空間領域の係数の8点集合と前記少なくとも1つの8点の次元の8点の変換領域の係数との間の変換を行うバタフライ演算の複数の段を実行するステップと、奇数の変換領域の係数について行列
前記データストリームを出力するステップと
を備えたことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な媒体。 - 空間領域の表現と変換領域の表現との間における、少なくとも1つの次元が8点である画像データの二次元ブロックの高速変換を用いて二次元メディアブロックの変換復号化に基づく圧縮または解凍方法であって、
前記メディアデータを受信するステップと、
順変換について、変数0から7までの集合に対し、少なくとも、
値cおよびsが1である、変数0および7のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および6のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数2および5のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数3および4のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数0および3のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1であり、12によるスケーリングが行われる、変数0および1のバタフライ演算と、
値cおよびsが16および6である、変数3および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが4および1である、変数4および7のバタフライ演算と、
後に変数6の符号反転が続く、値cおよびsが5および3である、変数5および6のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数5および6の第2のバタフライ演算とを含む、
前記変数5および6の第2のバタフライ演算の前に、行列
を含み、前記変換領域内で0から3までの前記変数は偶数の係数を出力し、4から7の前記変数は奇数の係数を出力して、圧縮または解凍のために前記メディアデータを出力データストリームに変換符号化するステップと、
前記データストリームを出力するステップと
を備えたことを特徴とする変換復号化に基づく圧縮または解凍方法。 - 逆変換について、
前記順変換の逆フローで前記バタフライ演算の逆演算を実行するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項4に記載の変換復号化に基づく圧縮または解凍方法。 - 空間領域の表現と変換領域の表現との間における、少なくとも1つの次元が8点である画像データの二次元ブロックの高速変換を用いて二次元メディアブロックの変換復号化に基づく圧縮または解凍方法であって、
前記メディアデータを受信するステップと、
逆変換について、変数0から7までの集合に対し、変数0から3までは偶数の変換係数であり、変数4から7までは奇数の変換係数であり、少なくとも、
値cおよびsが1である、変数5および6のバタフライ演算と、
後に変数5の符号反転が続く、値cおよびsが5および3である、変数6および5の第2のバタフライ演算と、
値cおよびsが4および1である、変数4および7のバタフライ演算と、
値cおよびsが1であり、12によるスケーリングが行われる、変数0および1のバタフライ演算と、
値cおよびsが16および6である、変数3および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数0および3のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数3および4のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数2および5のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および6のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数0および7のバタフライ演算とを含む、
前記変数5および6の第2のバタフライ演算の前に、行列
を含む、圧縮または解凍のために前記メディアデータを出力データストリームに変換符号化するステップと、
前記データストリームを出力するステップと
を備えたことを特徴とする変換復号化に基づく圧縮または解凍方法。 - 空間領域の表現と変換領域の表現との間における、少なくとも1つの次元が8点である画像データの二次元ブロックの高速変換を用いて二次元メディアブロックの変換復号化に基づく圧縮または解凍方法であって、
前記メディアデータを受信するステップと、
逆変換について、変数0から7までの集合に対し、変数0から3までは偶数の変換係数であり、変数4から7までは奇数の変換係数であり、少なくとも、
後に変数6の符号反転が続く、値cおよびsが5および3である、変数5および6のバタフライ演算と、
値cおよびsが4および1である、変数4および7のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数5および6の第2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1であり、12によるスケーリングが行われる、変数0および1のバタフライ演算と、
値cおよびsが16および6である、変数3および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数0および3のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数3および4のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数2および5のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および6のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数0および7のバタフライ演算とを含む、
前記変数4および7のバタフライ演算の後、前記変数5および6の第2のバタフライ演算の前に、行列
を含む、圧縮または解凍のために前記メディアデータを出力データストリームに変換符号化するステップと、
前記データストリームを出力するステップと
を備えたことを特徴とする変換復号化に基づく圧縮または解凍方法。 - 前記圧縮または解凍のために前記メディアデータを出力データストリームに変換符号化するステップは、順変換について、
前記順変換の逆フローで前記バタフライ演算の逆演算を実行するステップをさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の変換復号化に基づく圧縮または解凍方法。 - 空間領域の表現と変換領域の表現との間における、少なくとも1つの次元が8点である画像データの二次元ブロックの高速変換を用いて二次元メディアブロックの変換復号化に基づく圧縮または解凍方法であって、
前記メディアデータを受信するステップと、
順変換について、
変数0から7までの集合に対し、少なくとも、
値cおよびsが1である、変数0および7のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および6のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数2および5のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数3および4のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数0および3のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1であり、12によるスケーリングが行われる、変数0および1のバタフライ演算と、
値cおよびsが16および6である、変数3および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数5および6の第1のバタフライ演算と、
値cおよびsが4および1である、変数4および7のバタフライ演算と、
後に変数5の符号反転が続く、値cおよびsが5および3である、変数6および5の第2のバタフライ演算とを含む、
前記変数5および6の第1のバタフライ演算の後、前記変数4および7のバタフライ演算の前に、行列
を含み、前記変換領域内で0から3までの前記変数は偶数の係数を出力し、4から7の前記変数は奇数の係数を出力して、圧縮または解凍のために前記メディアデータを出力データストリームに変換符号化するステップと、
前記データストリームを出力するステップと
を備えたことを特徴とする変換復号化に基づく圧縮または解凍方法。 - 変換行列
前記メディアブロックを入力する手段と、
変数0から7までの集合に対し、変数0から3までは偶数の変換係数であり、変数4から7までは奇数の変換係数であり、少なくとも、
値cおよびsが1である、変数0および7のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および6のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数2および5のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数3および4のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数0および3のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1であり、12によるスケーリングが行われる、変数0および1のバタフライ演算と、
値cおよびsが16および6である、変数3および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが4および1である、変数4および7のバタフライ演算と、
後に変数6の符号反転が続く、値cおよびsが5および3である、変数5および6のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数5および6の第2のバタフライ演算とを含む、
前記変数5および6の第2のバタフライ演算の前に、行列
前記出力データストリームを出力する手段と
を備えることを特徴とする二次元メディア圧縮プロセッサ。 - 変換行列
前記メディアブロックを入力する手段と、
変数0から7までの集合に対し、変数0から3までは偶数の変換係数であり、変数4から7までは奇数の変換係数であり、少なくとも、
値cおよびsが1である、変数5および6のバタフライ演算と、
後に変数5の符号反転が続く、値cおよびsが5および3である、変数6および5の第2のバタフライ演算と、
値cおよびsが4および1である、変数4および7のバタフライ演算と、
値cおよびsが1であり、12によるスケーリングが行われる、変数0および1のバタフライ演算と、
値cおよびsが16および6である、変数3および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数0および3のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数3および4のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数2および5のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および6のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数0および7のバタフライ演算とを含む、
前記変数5および6の第2のバタフライ演算の前に、行列
前記出力データストリームを出力する手段と
を備えることを特徴とする二次元メディア圧縮プロセッサ。 - 変換行列
前記メディアブロックを入力する手段と、
変数0から7までの集合に対し、変数0から3までは偶数の変換係数であり、変数4から7までは奇数の変換係数であり、少なくとも、
後に変数6の符号反転が続く、値cおよびsが5および3である、変数5および6のバタフライ演算と、
値cおよびsが4および1である、変数4および7のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数5および6の第2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1であり、12によるスケーリングが行われる、変数0および1のバタフライ演算と、
値cおよびsが16および6である、変数3および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数0および3のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数3および4のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数2および5のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および6のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数0および7のバタフライ演算とを含む、
変数4および7の前記バタフライ演算の後、変数5および6の前記第2のバタフライ演算の前に、行列
前記出力データストリームを出力する手段と
を備えることを特徴とする二次元メディア圧縮プロセッサ。 - 変換行列
前記メディアブロックを入力する手段と、
変数0から7までの集合に対し、変数0から3までは偶数の変換係数であり、変数4から7までは奇数の変換係数であり、少なくとも、
値cおよびsが1である、変数0および7のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および6のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数2および5のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数3および4のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数0および3のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数1および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1であり、12によるスケーリングが行われる、変数0および1のバタフライ演算と、
値cおよびsが16および6である、変数3および2のバタフライ演算と、
値cおよびsが1である、変数5および6の第1のバタフライ演算と、
値cおよびsが4および1である、変数4および7のバタフライ演算と、
後に変数5の符号反転が続く、値cおよびsが5および3である、変数6および5の第2のバタフライ演算とを含む、
前記変数5および6の第1のバタフライ演算の後、前記変数4および7のバタフライ演算の前に、行列
前記出力データストリームを出力する手段と
を備えることを特徴とする二次元メディア圧縮プロセッサ。
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