JP4592185B2 - Ｍｐｅｇ−４ビデオの逆量子化のための方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
この出願は１９９８年５月４日に出願された米国仮特許出願第60/084,025号の利益を主張する。
【０００２】
発明の背景
本発明はMPEG-4標準にしたがって与えられるビデオデータの逆量子化のための方法及び装置に関し、特にビデオテクスチャー復号化処理に関する。
【０００３】
発明は特にさまざまなマルチメディア応用とともに使用するのに適しており、ここに参考文献として組み込む1997年10月30日発行の"Coding of Audio-Visual Objects: Visual"と題する文献ISO/IEC 14496-2, ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N1902に説明されるMPEG-4検証モデル(VM)標準と互換性がある。MPEG-2標準はMPEG-4標準の先駆けであり、ここに参考文献として組む、1994年3月25日に発行された"Information Technology-Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio, Recommendation H.262"と題する文献ISO/IEC 13818-2に説明されている。さらに、MPEG-4標準の詳細は、T. Sikoraによる"The MPEG-4 Video Standard Verification Model"と題するIEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, Vol.7, No.1, 1997年2月pp.19-31に見られる。
【０００４】
MPEG-4はデジタルオーディオ−ビジュアルデータの通信、アクセス及び操作のための符号化ツールのオープンセット及びフレキシブルな枠組を与える新しい符号化標準である。これらのツールは広範囲の特徴をサポートする。MPEG-4のフレキシブルな枠組は、データベース走査検索、情報検索及び双方向通信のようなコンピュータ、テレコミュニケーション及びエンターテインメント（例えば、テレビ及び映画）産業に要求される応用に対してさまざまな符号化ツールの組み合わせ及びそれらの対応する機能をサポートする。
【０００５】
MPEG-4はマルチメディア環境でビデオデータの有効な貯蔵、送信及び操作ができる標準化された核心技術を与える。さらに、MPEG-4に従う装置は有効な圧縮、オブジェクトスケーラビリティ、空間及び時間スケーラビリティ及びエラーレジリエンスを達成する。
【０００６】
MPEG-4ビデオVMコーダ／デコーダ(codec)は動き補償を有するブロック及びオブジェクトベースのハイブリッドコーダである。テクスチャーはマクロブロックベースの動き補償を利用して８×８の離散コサイン変換(DCT)によって符号化される。オブジェクト形状はアルファマップとして表され、コンテントベースド・アリスメティック・エンコーディング(CAE)アルゴリズム若しくは修正DCTコーダ（両方とも時間予測を使用する）を使って符号化される。該コーダはコンピュータグラフィックスで知られるようなスプライト(sprites)を扱うことができる。ウェイブレット及びスプライト符号化のような他の符号化方法が特別の応用に使用されてもよい。
【０００７】
動き補償テクスチャー符号化はビデオ符号化に関して周知のアプローチであり、３ステージ処理としてモデル化される。第1ステージは動き推定及び補償(ME/MC)並びに2次元空間変換を含む信号処理である。ME/MC及び空間変換の目的は、複雑さの制約の下で量子化及びエントロピー符号化のレート歪みの性能を最適化するためにビデオシーケンス内の時間的及び空間的相関関係を利用することである。ME/MCに対する最も通常の技術はブロックマッチングであり、もっとも通常の空間変換はDCTであった。
【０００８】
逆量子化はビデオテクスチャー復号化処理において重要な工程である。MPEG-4ビデオに特定された２つの量子化方法が存在する。第1の方法はMPEG-2量子化方法であり、第２の方法は1995年12月に発行された"Draft recommendation H.263-Video coding for low bitrate communication"と題するITU-T Group for Line Transmission of Non-Telephone Signalsに記載されているH.263量子化方法である。MPEG-2量子化方法が使用されるとき、イントラコーディド(intra-coded)ブロックのDC係数は他のすべての係数と異なって逆量子化される。これによりMPEG-4ビデオ用に逆量子化を設計する試みが複雑になった。
【０００９】
したがって、MPEG-4ビデオを処理するとき有効かつ単純な逆量子化用の技術を有することが所望される。本発明は上記及び他の利点を有する装置及び方法を与える。
【００１０】
発明の要旨
発明に従って、逆量子化されるべき量子化係数の二次元アレイQF[v][u]が与えられる。上記係数によって表されるイントラコーディドマクロブロック用の第1の重みマトリクス（数５）が予め計算されかつストアされる。
【数５】
上記係数によって表される非イントラコーディドマクロブロック用の第２の重みマトリクス（数６）が予め計算されかつストアされる。
【数６】
重み因子を選択する際に使用されるべき量子化差がカレントのマクロブロック量子化レベルに基づいて計算される。重み因子は量子化差及びマクロブロックタイプ識別子に応答してストアされた第１及び第２重みマトリクスのひとつから与えられる。その後後続の重みWi+1[w][v][u]がカレントの重みWi[w][v][u]及び重み因子から計算される。
【００１１】
図示された実施例において、係数のアレイQF[v][u]は非量子化係数を再構成するために重みWi+1[w][v][u]を掛け算される。さらに、図示された実施例において、係数はビデオオブジェクトプレーン(VOP)のマクロブロックを表す。
【００１２】
量子化差は第２の後続量子化スケール(quantizer_scalei+1)から第１の量子化スケール(quantizer_scalei)を引き算することによって計算される。
【００１３】
量子化係数の２次元アレイQF[v][u]を逆量子化するために本発明に従って装置が与えられる。予め計算された第１重みマトリクス（数７）は係数で表されたイントラコーディドマクロブロック用のメモリにストアされる。
【数７】
上記係数で表された非イントラコーディドマクロブロック用の予め計算された第２重みマトリクス（数８）もまたストアされる。
【数８】
第１加算器はカレントのマクロブロック量子化レベルに基づいた重み因子を選択する際に使用されるべき量子化差を計算する。重み因子はイントラコーディドブロック若しくは非イントラコーディドブロックのいずれかを特定するマクロブロックタイプ識別子及び量子化差に応答して第１若しくは第２重みマトリクスから出力される。第２加算器はカレントの重みWi[w][v][u]及び重み因子から後続の重みWi+1[w][v][u]を反復して計算する。
【００１４】
掛け算器は非量子化係数を再構成するために係数のアレイQF[v][u]に重みWi+1[w][v][u]を掛け算するために与えられる。図示された実施例において、係数はビデオオブジェクトプレーン(VOP)のマクロブロックを表す。
【００１５】
予め計算された第１及び第２重みマトリクスは例えば量子化差及びマクロブロックタイプ識別子によってアドレスされる第１ランダムアクセスメモリ(RAM)内にストアされる。各VOPに対する初期の重みW0[w][v][u]は第２RAM内にストアされかつ遅延器を通じてWi[w][v][u]として第２加算器に与えられる。第２RAMは各VOPの初期量子化レベル(VOP_quant)及びマクロブロックタイプ識別子によってアドレスされる。スイッチは第２RAMからの各VOP用の初期重みW0[w][v][u]を各新規VOPの始めにおいて遅延と結合するために与えられる。
【００１６】
発明の詳細な説明
MPEG-4は主に３つの部分から構成される。これらは、形状デコーダ、動きデコーダ及びテクスチャーデコーダである。図１のブロック図に示されるように、再構成されたビデオオブジェクトプレーン(VOP)は復号化された形状、テクスチャー及び動き情報を結合することによって得られる。また、1997年10月30日発行の"Coding of audio-visual objects : visual"と題するCommittee Draft, ISO/IEC 14496-2, ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N1902を参照せよ。
【００１７】
図１は、デマルチプレクサ10が入力MPEG-4ビデオストリーム（図示せず）からの形状、動き及びテクスチャーを示す符号化ビットストリームを与えるところのビデオデコーダを表す。形状情報はvideo_object_layer_shape制御信号に応答して情報を形状復号化関数14へ選択的に送るスイッチ12へ入力される。形状情報が復号化されるべきでないとき、スイッチ12は形状情報を含む符号化ビットストリームを形状復号化関数から分離する。
【００１８】
動き情報を含む符号化ビットストリームは動き復号化関数18によって復号化される。動き補償関数20は動き補償差信号をビデオオブジェクトプレーン(VOP)再構成関数22に与えるべく、関数14及び18からの復号化形状及び動き情報のそれぞれを使用する。VOP関数22はまたテクスチャー復号関数24からの復号化テクスチャー情報を受信する。
【００１９】
テクスチャー復号化関数はVOPのテクスチャー情報を復号化する。このテクスチャー情報はデマルチプレクサ10からの符号化ビットストリーム（テクスチャー）内に与えられ、可変長復号化関数30によって可変長復号化される。可変長復号化データは逆走査関数32によって走査され、逆DC&AC予測関数34に渡される。合成データは逆量子化器36内で逆量子化される。その後、逆離散コサイン変換(IDCT)がIDCT関数38によって実行され、合成テクスチャー符号化データはVOP再構成関数22に与えられる。
【００２０】
再構成されたVOPは従来の方法で動き補償関数20及び形状符号化関数14によって続いて使用されるためにボックス16において示されるように先行再構成VOPとしてストアされる。これらの先行VOPはVOPを構成するすべての情報無しで圧縮された形で受信されるカレントのVOPを復号化するために必要である。再構成されたVOPは周知技術に従って続くビデオ処理によって使用されるために図１の処理から出力される。
【００２１】
図２はビデオテクスチャー情報用の復号化処理を示す。図２において、二次元アレイはname[q][p]として表され、ここでqは垂直次元のインデックスであり、pは水平次元のインデックスである。
【００２２】
符号化ビットストリーム（テクスチャー）はライン41を通じて可変長復号化関数40に与えられ、それは可変長復号化データQFS[n]を出力する。この復号化データはその後逆走査関数42によって逆走査される。DCT係数のジグザグ走査及びそれの相補逆走査のような走査は周知技術である。そのような走査及び係数のブロックの逆走査を実行するためのアルゴリズム及び回路もまた周知である。
【００２３】
逆走査されたデータはその後逆DC及びAC予測関数43に与えられる。合成データQF[v][u]はF[v][u]を生成するべく逆量子化関数44によって逆量子化される。逆DCT関数46はF[v][u]からf[y][x]を与える。その後このデータはライン53を通じて必要な動きベクトルを受信する動き補償関数48へ渡される。合成復号化画素(pels)d[y][x]はVOPメモリ50内にストアされ、それはまたライン51を通じて再構成VOPを受信する。図２の関数40、42、43、44及び46は概して図１の関数30、32、34、36及び38に対応することに注意すべきである。
【００２４】
関数44によって与えられる逆量子化はビデオテクスチャー復号処理において重要な工程である。特に、係数の二次元アレイQF[v][u]は再構成されたDCT係数f[y][x]を生成するために逆量子化される。この処理は本質的に量子化ステップサイズの掛け算である。量子化ステップサイズは２つのメカニズムによって修正される。すなわち、重みマトリクスがブロック内のステップサイズを修正するために使用され及び（完全な新規の重みマトリクスを符号化するのと比較して）ほんの数ビットを犠牲にしてステップサイズが修正されるようにスケール因子が使用される。
【００２５】
図３は全体の逆量子化処理を表す。係数の二次元アレイQF[v][u]はライン90を通じて逆量子化算術関数60へ入力される。適当な逆量子化算術が実行された後、生成係数F''[v][u]はF'[v][u]を与えるべく飽和関数62によって飽和される（すなわち、上下境界に関してクリップされる）。例えば、飽和は上界の257及び下界の-258を実行する。もし、F''[v][u]が-258より小さいなら、それは-258に打ち切られる。もしF''[v][u]が257より大きければ、それは257で打ち切られる。そのような飽和関数はコンパレータ若しくは同様の周知技術を使って実行される。
【００２６】
飽和の後、ミスマッチ制御操作64が実行される。ミスマッチ制御は上記参照のISO/IEC 14496-2に説明され、また当業者に周知である。概して、ミスマッチ制御はすべての再構成された飽和係数F'[v][u]を合計することにより実行される。その後総和は奇数か偶数かを決定するためにテストされる。もし和が偶数ならひとつの係数、すなわちF[7][7]に対してのみ補正がなされる。F[7][7]に対する補正は係数の２つの相補表現の最も重要でないビットをトグリング(toggling)することによって単純に実行されてもよい。また、和の奇数性若しくは偶数性のみに興味があるため、（最も重要でないビットの）排他的ＯＲが和を計算するために使用されてもよい。最終的な再構成DCT係数F[v][u]はミスマッチ制御64から出力される。
【００２７】
MPEG-4ビデオ内で特定される２つの量子化方法が存在する。第１の方法はMPEG-2量子化方法である。第２の方法はH.263量子化方法である。
【００２８】
MPEG-2量子化方法に対して、イントラコーディドブロックのDC係数は他のすべての係数と異なる方法で逆量子化される。イントラコーディドブロックにおいて、F''[0][0]はQF[0][0]に一定乗数を掛け算することによって得られる。再構成されたDC値は以下のように計算される。
【数９】
【００２９】
イントラコーディドマクロブロックに対して、スカラー因子dc_scalerを決定するために最適化された非線形逆DC量子化が使用される。イントラコーディドマクロブロック内で、ルミナンスブロックはタイプ１ブロックと呼ばれクロマブロックはタイプ２ブロックに分類される。
【００３０】
タイプ１ブロックのDC係数はタイプ１用の非線形スカラーによって量子化される。
【００３１】
タイプ２ブロックのDC係数はタイプ２用の非線形スカラーによって量子化される。
【００３２】
表１は区分線形特性によって表された非線形dc_scalerを特定する。
【表１】
【００３３】
MPEG-2量子化方法に対して、イントラDC係数以外の他のすべての係数は本発明に従う２つの重みマトリクスを使って逆量子化される。ひとつはイントラコーディドマクロブロック用であり、他は非イントラコーディドマクロブロック用である。各マトリクスはユーザー定義のマトリクスをダウンロードすることによって上書きされる既定値セットを有する。重みマトリクスはW[w][v][u]によって示され、ここでwはいずれのマトリクスが使用されているかを示す０から１の値をとる。W[0][v][u]はイントラコーディドマクロブロック用であり、W[1][v][u]は非イントラコーディドマクロブロック用である。
【００３４】
以下の方程式は、（イントラDC係数を除いたすべての係数に対して）QF[v][u]からF''[v][u]を再構成するために使用される算術を特定する。
【数１０】
ここで／はゼロ方向への結果の打ち切りを有する整数の除算を示す。概して、この逆量子化処理は数の上で（数１１）に同値のあらゆる処理である。
【数１１】
quantizer_scaleがi番目のマクロブロックから（i+1）番目のマクロブロック(i≧0)に変化するとき、それは、Ｉ及びＰ-VOPに対して、
【数１２】
であり、B-VOPに対して、
【数１３】
である。関数clipはquantizer_scaleの値が１と３１との間にあることを確かめる。dquant及びdbquantの用語は以下のように特定される。
dquant--これはI-及びP-VOPに対して量子化器quant内の変更を特定する２ビット符号である。
【００３５】
表２は符号及びそれらが表す微分値をリストしたものである。quantの値は１から３１までの範囲内にあり、もしdquant値を加えた後のquantの値が１より小さいか若しくは３１を超えるなら、それは対応して１及び３１にクリップされなければならない。
【表２】
dbquant--これはＢ-VOPに対する量子化器内の変化を特定する可変長符号である。
【００３６】
表３は符号及びそれらが表す微分値をリストしたものである。もしdbquant値を加えた後のquantの値が１より小さいか若しくは３１を超えるならば、それは対応して１及び３１にクリップされなければならない。
【表３】
【００３７】
dquantの値は-2、-1、1、2のみであるが一方dbquantの値は-2、0、2のみである点に注意すべきである。本発明は以下の２つの工程を使用して逆量子化処理の計算を単純化するためにこのリアリゼーション(realization)を利用する。
（１）イントラコーディドマクロブロック用に（数１４）を非イントラコーディドマクロブロック用に（数１５）の２つの付加的重みマトリクスを予め計算しかつストアする。
【数１４】
【数１５】
（２）Wi[w][v][u]をストアしかつ（数１６）を計算する。
【数１６】
【００３８】
逆量子化処理は(i+1)番目のマクロブロックに対して以下のように単純化される。
【数１７】
【数１８】
【数１９】
【００３９】
対応する逆量子化ブロック図が図４に示される。逆量子化内のキーステップはW[w][v][u]*quantiser_scaleをマクロブロックベースの加算処理に取り替えることである。
【００４０】
図４の実施例において、２QFi+1[v][u]+kとしてスケールされた係数の二次元アレイは、ライン90（図３のライン90に対応する）を通じて逆量子化算術60へ入力される。特に、係数のアレイは加算器86からの出力Wi+1[w][v][u]を受信する掛け算器92へ与えられる。加算器86への入力はSRAM88（以下説明される）の出力及びWi[w][v][u]から成り、それは遅延84が各VOPの初期重みW0[w][v][u]に印加された後に生じる。項W0[w][v][u]は、スイッチ82に入力されたVOP Start信号に応答して、各VOPの始めにおいて（すなわち、各VOPの最初のマクロブロックにおいて）スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)80から与えられる。
【００４１】
SRAM80は、各VOPの初期量子化レベル(Vop_quant)によって及びカレントのマクロブロックがイントラコーディド若しくは非イントラコーディドタイプのマクロブロックのいずれかを特定するマクロブロックタイプ識別子(INTRA CODED)によってアドレスされる。Vop_quant及びINTRA CODED入力信号はライン68及び66上でそれぞれSRAM80に与えられる。Vop_quantはVOPヘッダ内で運ばれる。単純にINTRA CODED信号は、例えば1に設定されたときイントラコーディドブロックを、例えば0に設定されたとき非イントラコーディドブロックを識別する制御ビットから成る。このビットが設定されたとき、SRAMがイントラコーディドブロックを処理するために必要なデータ（すなわち、カレントの重み）を出力できる、特別ページがSRAM内に示される。
【００４２】
Vop_quantもまたスイッチ78に与えられ、それは各VOPの開始において制御信号VOP Startによって作用される。Vop_quantデータはライン67を通じて加算器74に与えられるdquant若しくはdbquantデータと加算される。合成和はqunat_scale_code（カレントマクロブロック量子化レベル）から成り、上記したように関数72によってクリップされる。クリップされたデータは遅延器76によって遅延され加算器74の+入力にフィードバックされる。したがって、加算器74は各VOPの開始においてスイッチ78を通じてVop_quantを受信し、その後各後続サイクルのために初期Vop_quantの代わりに続くフィードバックデータを受信する（その間スイッチ78は開である）。遅延器76からの遅延されたクリップデータはまた加算器70においてクリップ関数72からのカレントのクリップデータに加えられる。これは次の量子化差(quanti+1)を生成し、それはSRAM88が適当な重みマトリクス（数２０）から次の重みのアレイを加算器86に与えるようアドレス入力としてSRAM88に与えられる。
【数２０】
SRAM88はまたSRAM80との関連で上記されたようにイントラコーディドブロックを識別するべくライン66を通じてINTRA CODED信号によってアドレスされる。図４の逆量子化算術の最後の出力は図３の飽和関数62によって処理するために掛け算器92から出力されるF''[v][u]である。
【００４３】
図４からわかるように、たったひとつの掛け算器92が要求される。このことは、本発明の量子化器より非常に高価で少なくとも２つの掛け算器を必要とする従来の逆量子化器に対して重要な改良を表す。
【００４４】
発明はさまざまな特定の実施例との関連で説明されてきたが、特許請求の範囲に記載された発明の態様から離れることなくさまざまな付加及び修正が可能であることは当業者の知るところである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、MPEG-4ビデオ復号化処理を示すブロック図である。
【図２】 図２は、図１のビデオテクスチャー復号化処理をより詳細に示すブロック図である。
【図３】 図３は、図１及び２の逆量子化処理をより詳細に示すブロック図である。
【図４】 図４は、逆量子化算術関数の実施例の略示図である。
この出願は１９９８年５月４日に出願された米国仮特許出願第60/084,025号の利益を主張する。
【０００２】
発明の背景
本発明はMPEG-4標準にしたがって与えられるビデオデータの逆量子化のための方法及び装置に関し、特にビデオテクスチャー復号化処理に関する。
【０００３】
発明は特にさまざまなマルチメディア応用とともに使用するのに適しており、ここに参考文献として組み込む1997年10月30日発行の"Coding of Audio-Visual Objects: Visual"と題する文献ISO/IEC 14496-2, ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N1902に説明されるMPEG-4検証モデル(VM)標準と互換性がある。MPEG-2標準はMPEG-4標準の先駆けであり、ここに参考文献として組む、1994年3月25日に発行された"Information Technology-Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio, Recommendation H.262"と題する文献ISO/IEC 13818-2に説明されている。さらに、MPEG-4標準の詳細は、T. Sikoraによる"The MPEG-4 Video Standard Verification Model"と題するIEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, Vol.7, No.1, 1997年2月pp.19-31に見られる。
【０００４】
MPEG-4はデジタルオーディオ−ビジュアルデータの通信、アクセス及び操作のための符号化ツールのオープンセット及びフレキシブルな枠組を与える新しい符号化標準である。これらのツールは広範囲の特徴をサポートする。MPEG-4のフレキシブルな枠組は、データベース走査検索、情報検索及び双方向通信のようなコンピュータ、テレコミュニケーション及びエンターテインメント（例えば、テレビ及び映画）産業に要求される応用に対してさまざまな符号化ツールの組み合わせ及びそれらの対応する機能をサポートする。
【０００５】
MPEG-4はマルチメディア環境でビデオデータの有効な貯蔵、送信及び操作ができる標準化された核心技術を与える。さらに、MPEG-4に従う装置は有効な圧縮、オブジェクトスケーラビリティ、空間及び時間スケーラビリティ及びエラーレジリエンスを達成する。
【０００６】
MPEG-4ビデオVMコーダ／デコーダ(codec)は動き補償を有するブロック及びオブジェクトベースのハイブリッドコーダである。テクスチャーはマクロブロックベースの動き補償を利用して８×８の離散コサイン変換(DCT)によって符号化される。オブジェクト形状はアルファマップとして表され、コンテントベースド・アリスメティック・エンコーディング(CAE)アルゴリズム若しくは修正DCTコーダ（両方とも時間予測を使用する）を使って符号化される。該コーダはコンピュータグラフィックスで知られるようなスプライト(sprites)を扱うことができる。ウェイブレット及びスプライト符号化のような他の符号化方法が特別の応用に使用されてもよい。
【０００７】
動き補償テクスチャー符号化はビデオ符号化に関して周知のアプローチであり、３ステージ処理としてモデル化される。第1ステージは動き推定及び補償(ME/MC)並びに2次元空間変換を含む信号処理である。ME/MC及び空間変換の目的は、複雑さの制約の下で量子化及びエントロピー符号化のレート歪みの性能を最適化するためにビデオシーケンス内の時間的及び空間的相関関係を利用することである。ME/MCに対する最も通常の技術はブロックマッチングであり、もっとも通常の空間変換はDCTであった。
【０００８】
逆量子化はビデオテクスチャー復号化処理において重要な工程である。MPEG-4ビデオに特定された２つの量子化方法が存在する。第1の方法はMPEG-2量子化方法であり、第２の方法は1995年12月に発行された"Draft recommendation H.263-Video coding for low bitrate communication"と題するITU-T Group for Line Transmission of Non-Telephone Signalsに記載されているH.263量子化方法である。MPEG-2量子化方法が使用されるとき、イントラコーディド(intra-coded)ブロックのDC係数は他のすべての係数と異なって逆量子化される。これによりMPEG-4ビデオ用に逆量子化を設計する試みが複雑になった。
【０００９】
したがって、MPEG-4ビデオを処理するとき有効かつ単純な逆量子化用の技術を有することが所望される。本発明は上記及び他の利点を有する装置及び方法を与える。
【００１０】
発明の要旨
発明に従って、逆量子化されるべき量子化係数の二次元アレイQF[v][u]が与えられる。上記係数によって表されるイントラコーディドマクロブロック用の第1の重みマトリクス（数５）が予め計算されかつストアされる。
【数５】
【数６】
【００１１】
図示された実施例において、係数のアレイQF[v][u]は非量子化係数を再構成するために重みWi+1[w][v][u]を掛け算される。さらに、図示された実施例において、係数はビデオオブジェクトプレーン(VOP)のマクロブロックを表す。
【００１２】
量子化差は第２の後続量子化スケール(quantizer_scalei+1)から第１の量子化スケール(quantizer_scalei)を引き算することによって計算される。
【００１３】
量子化係数の２次元アレイQF[v][u]を逆量子化するために本発明に従って装置が与えられる。予め計算された第１重みマトリクス（数７）は係数で表されたイントラコーディドマクロブロック用のメモリにストアされる。
【数７】
【数８】
【００１４】
掛け算器は非量子化係数を再構成するために係数のアレイQF[v][u]に重みWi+1[w][v][u]を掛け算するために与えられる。図示された実施例において、係数はビデオオブジェクトプレーン(VOP)のマクロブロックを表す。
【００１５】
予め計算された第１及び第２重みマトリクスは例えば量子化差及びマクロブロックタイプ識別子によってアドレスされる第１ランダムアクセスメモリ(RAM)内にストアされる。各VOPに対する初期の重みW0[w][v][u]は第２RAM内にストアされかつ遅延器を通じてWi[w][v][u]として第２加算器に与えられる。第２RAMは各VOPの初期量子化レベル(VOP_quant)及びマクロブロックタイプ識別子によってアドレスされる。スイッチは第２RAMからの各VOP用の初期重みW0[w][v][u]を各新規VOPの始めにおいて遅延と結合するために与えられる。
【００１６】
発明の詳細な説明
MPEG-4は主に３つの部分から構成される。これらは、形状デコーダ、動きデコーダ及びテクスチャーデコーダである。図１のブロック図に示されるように、再構成されたビデオオブジェクトプレーン(VOP)は復号化された形状、テクスチャー及び動き情報を結合することによって得られる。また、1997年10月30日発行の"Coding of audio-visual objects : visual"と題するCommittee Draft, ISO/IEC 14496-2, ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N1902を参照せよ。
【００１７】
図１は、デマルチプレクサ10が入力MPEG-4ビデオストリーム（図示せず）からの形状、動き及びテクスチャーを示す符号化ビットストリームを与えるところのビデオデコーダを表す。形状情報はvideo_object_layer_shape制御信号に応答して情報を形状復号化関数14へ選択的に送るスイッチ12へ入力される。形状情報が復号化されるべきでないとき、スイッチ12は形状情報を含む符号化ビットストリームを形状復号化関数から分離する。
【００１８】
動き情報を含む符号化ビットストリームは動き復号化関数18によって復号化される。動き補償関数20は動き補償差信号をビデオオブジェクトプレーン(VOP)再構成関数22に与えるべく、関数14及び18からの復号化形状及び動き情報のそれぞれを使用する。VOP関数22はまたテクスチャー復号関数24からの復号化テクスチャー情報を受信する。
【００１９】
テクスチャー復号化関数はVOPのテクスチャー情報を復号化する。このテクスチャー情報はデマルチプレクサ10からの符号化ビットストリーム（テクスチャー）内に与えられ、可変長復号化関数30によって可変長復号化される。可変長復号化データは逆走査関数32によって走査され、逆DC&AC予測関数34に渡される。合成データは逆量子化器36内で逆量子化される。その後、逆離散コサイン変換(IDCT)がIDCT関数38によって実行され、合成テクスチャー符号化データはVOP再構成関数22に与えられる。
【００２０】
再構成されたVOPは従来の方法で動き補償関数20及び形状符号化関数14によって続いて使用されるためにボックス16において示されるように先行再構成VOPとしてストアされる。これらの先行VOPはVOPを構成するすべての情報無しで圧縮された形で受信されるカレントのVOPを復号化するために必要である。再構成されたVOPは周知技術に従って続くビデオ処理によって使用されるために図１の処理から出力される。
【００２１】
図２はビデオテクスチャー情報用の復号化処理を示す。図２において、二次元アレイはname[q][p]として表され、ここでqは垂直次元のインデックスであり、pは水平次元のインデックスである。
【００２２】
符号化ビットストリーム（テクスチャー）はライン41を通じて可変長復号化関数40に与えられ、それは可変長復号化データQFS[n]を出力する。この復号化データはその後逆走査関数42によって逆走査される。DCT係数のジグザグ走査及びそれの相補逆走査のような走査は周知技術である。そのような走査及び係数のブロックの逆走査を実行するためのアルゴリズム及び回路もまた周知である。
【００２３】
逆走査されたデータはその後逆DC及びAC予測関数43に与えられる。合成データQF[v][u]はF[v][u]を生成するべく逆量子化関数44によって逆量子化される。逆DCT関数46はF[v][u]からf[y][x]を与える。その後このデータはライン53を通じて必要な動きベクトルを受信する動き補償関数48へ渡される。合成復号化画素(pels)d[y][x]はVOPメモリ50内にストアされ、それはまたライン51を通じて再構成VOPを受信する。図２の関数40、42、43、44及び46は概して図１の関数30、32、34、36及び38に対応することに注意すべきである。
【００２４】
関数44によって与えられる逆量子化はビデオテクスチャー復号処理において重要な工程である。特に、係数の二次元アレイQF[v][u]は再構成されたDCT係数f[y][x]を生成するために逆量子化される。この処理は本質的に量子化ステップサイズの掛け算である。量子化ステップサイズは２つのメカニズムによって修正される。すなわち、重みマトリクスがブロック内のステップサイズを修正するために使用され及び（完全な新規の重みマトリクスを符号化するのと比較して）ほんの数ビットを犠牲にしてステップサイズが修正されるようにスケール因子が使用される。
【００２５】
図３は全体の逆量子化処理を表す。係数の二次元アレイQF[v][u]はライン90を通じて逆量子化算術関数60へ入力される。適当な逆量子化算術が実行された後、生成係数F''[v][u]はF'[v][u]を与えるべく飽和関数62によって飽和される（すなわち、上下境界に関してクリップされる）。例えば、飽和は上界の257及び下界の-258を実行する。もし、F''[v][u]が-258より小さいなら、それは-258に打ち切られる。もしF''[v][u]が257より大きければ、それは257で打ち切られる。そのような飽和関数はコンパレータ若しくは同様の周知技術を使って実行される。
【００２６】
飽和の後、ミスマッチ制御操作64が実行される。ミスマッチ制御は上記参照のISO/IEC 14496-2に説明され、また当業者に周知である。概して、ミスマッチ制御はすべての再構成された飽和係数F'[v][u]を合計することにより実行される。その後総和は奇数か偶数かを決定するためにテストされる。もし和が偶数ならひとつの係数、すなわちF[7][7]に対してのみ補正がなされる。F[7][7]に対する補正は係数の２つの相補表現の最も重要でないビットをトグリング(toggling)することによって単純に実行されてもよい。また、和の奇数性若しくは偶数性のみに興味があるため、（最も重要でないビットの）排他的ＯＲが和を計算するために使用されてもよい。最終的な再構成DCT係数F[v][u]はミスマッチ制御64から出力される。
【００２７】
MPEG-4ビデオ内で特定される２つの量子化方法が存在する。第１の方法はMPEG-2量子化方法である。第２の方法はH.263量子化方法である。
【００２８】
MPEG-2量子化方法に対して、イントラコーディドブロックのDC係数は他のすべての係数と異なる方法で逆量子化される。イントラコーディドブロックにおいて、F''[0][0]はQF[0][0]に一定乗数を掛け算することによって得られる。再構成されたDC値は以下のように計算される。
【数９】
イントラコーディドマクロブロックに対して、スカラー因子dc_scalerを決定するために最適化された非線形逆DC量子化が使用される。イントラコーディドマクロブロック内で、ルミナンスブロックはタイプ１ブロックと呼ばれクロマブロックはタイプ２ブロックに分類される。
【００３０】
タイプ１ブロックのDC係数はタイプ１用の非線形スカラーによって量子化される。
【００３１】
タイプ２ブロックのDC係数はタイプ２用の非線形スカラーによって量子化される。
【００３２】
表１は区分線形特性によって表された非線形dc_scalerを特定する。
【表１】
MPEG-2量子化方法に対して、イントラDC係数以外の他のすべての係数は本発明に従う２つの重みマトリクスを使って逆量子化される。ひとつはイントラコーディドマクロブロック用であり、他は非イントラコーディドマクロブロック用である。各マトリクスはユーザー定義のマトリクスをダウンロードすることによって上書きされる既定値セットを有する。重みマトリクスはW[w][v][u]によって示され、ここでwはいずれのマトリクスが使用されているかを示す０から１の値をとる。W[0][v][u]はイントラコーディドマクロブロック用であり、W[1][v][u]は非イントラコーディドマクロブロック用である。
【００３４】
以下の方程式は、（イントラDC係数を除いたすべての係数に対して）QF[v][u]からF''[v][u]を再構成するために使用される算術を特定する。
【数１０】
【数１１】
【数１２】
【数１３】
dquant--これはI-及びP-VOPに対して量子化器quant内の変更を特定する２ビット符号である。
【００３５】
表２は符号及びそれらが表す微分値をリストしたものである。quantの値は１から３１までの範囲内にあり、もしdquant値を加えた後のquantの値が１より小さいか若しくは３１を超えるなら、それは対応して１及び３１にクリップされなければならない。
【表２】
【００３６】
表３は符号及びそれらが表す微分値をリストしたものである。もしdbquant値を加えた後のquantの値が１より小さいか若しくは３１を超えるならば、それは対応して１及び３１にクリップされなければならない。
【表３】
dquantの値は-2、-1、1、2のみであるが一方dbquantの値は-2、0、2のみである点に注意すべきである。本発明は以下の２つの工程を使用して逆量子化処理の計算を単純化するためにこのリアリゼーション(realization)を利用する。
（１）イントラコーディドマクロブロック用に（数１４）を非イントラコーディドマクロブロック用に（数１５）の２つの付加的重みマトリクスを予め計算しかつストアする。
【数１４】
【数１６】
逆量子化処理は(i+1)番目のマクロブロックに対して以下のように単純化される。
【数１７】
対応する逆量子化ブロック図が図４に示される。逆量子化内のキーステップはW[w][v][u]*quantiser_scaleをマクロブロックベースの加算処理に取り替えることである。
【００４０】
図４の実施例において、２QFi+1[v][u]+kとしてスケールされた係数の二次元アレイは、ライン90（図３のライン90に対応する）を通じて逆量子化算術60へ入力される。特に、係数のアレイは加算器86からの出力Wi+1[w][v][u]を受信する掛け算器92へ与えられる。加算器86への入力はSRAM88（以下説明される）の出力及びWi[w][v][u]から成り、それは遅延84が各VOPの初期重みW0[w][v][u]に印加された後に生じる。項W0[w][v][u]は、スイッチ82に入力されたVOP Start信号に応答して、各VOPの始めにおいて（すなわち、各VOPの最初のマクロブロックにおいて）スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)80から与えられる。
【００４１】
SRAM80は、各VOPの初期量子化レベル(Vop_quant)によって及びカレントのマクロブロックがイントラコーディド若しくは非イントラコーディドタイプのマクロブロックのいずれかを特定するマクロブロックタイプ識別子(INTRA CODED)によってアドレスされる。Vop_quant及びINTRA CODED入力信号はライン68及び66上でそれぞれSRAM80に与えられる。Vop_quantはVOPヘッダ内で運ばれる。単純にINTRA CODED信号は、例えば1に設定されたときイントラコーディドブロックを、例えば0に設定されたとき非イントラコーディドブロックを識別する制御ビットから成る。このビットが設定されたとき、SRAMがイントラコーディドブロックを処理するために必要なデータ（すなわち、カレントの重み）を出力できる、特別ページがSRAM内に示される。
【００４２】
Vop_quantもまたスイッチ78に与えられ、それは各VOPの開始において制御信号VOP Startによって作用される。Vop_quantデータはライン67を通じて加算器74に与えられるdquant若しくはdbquantデータと加算される。合成和はqunat_scale_code（カレントマクロブロック量子化レベル）から成り、上記したように関数72によってクリップされる。クリップされたデータは遅延器76によって遅延され加算器74の+入力にフィードバックされる。したがって、加算器74は各VOPの開始においてスイッチ78を通じてVop_quantを受信し、その後各後続サイクルのために初期Vop_quantの代わりに続くフィードバックデータを受信する（その間スイッチ78は開である）。遅延器76からの遅延されたクリップデータはまた加算器70においてクリップ関数72からのカレントのクリップデータに加えられる。これは次の量子化差(quanti+1)を生成し、それはSRAM88が適当な重みマトリクス（数２０）から次の重みのアレイを加算器86に与えるようアドレス入力としてSRAM88に与えられる。
【数２０】
【００４３】
図４からわかるように、たったひとつの掛け算器92が要求される。このことは、本発明の量子化器より非常に高価で少なくとも２つの掛け算器を必要とする従来の逆量子化器に対して重要な改良を表す。
【００４４】
発明はさまざまな特定の実施例との関連で説明されてきたが、特許請求の範囲に記載された発明の態様から離れることなくさまざまな付加及び修正が可能であることは当業者の知るところである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、MPEG-4ビデオ復号化処理を示すブロック図である。
【図２】 図２は、図１のビデオテクスチャー復号化処理をより詳細に示すブロック図である。
【図３】 図３は、図１及び２の逆量子化処理をより詳細に示すブロック図である。
【図４】 図４は、逆量子化算術関数の実施例の略示図である。
Claims (13)
- 係数の逆量子化のための方法であって、
逆量子化されるべき、ビデオマクロブロックを表す量子化係数の２次元アレイQF[v][u]を用意する工程と、
前記係数によって表されたイントラ符号化マクロブロック用の第１重みマトリクス（数１）を予め計算しかつストアする工程と、
前記量子化差及びマクロブロックタイプ識別子に応答して前記ストアされた第１及び第２重みマトリクスのひとつから前記重み因子を求める工程と、
カレントの重みWi[w][v][u]及び前記重み因子から後続の重みWi+1[w][v][u]を反復して計算する工程と、
から成り、
前記量子化差は、カレントのマクロブロックの量子化スケールと後続のマイクロブロックの量子化スケールとの差である、ところの方法。 - 請求項１に従う方法であって、さらに
非量子化係数を再構成するために係数の前記アレイQF[v][u]に前記重みWi+1[w][v][u]を掛け算する工程、
を含む方法。 - 請求項１または２に従う方法であって、前記係数はビデオオブジェクトプレーン(VOP)のマクロブロックを表す、ところの方法。
- 請求項１から３のひとつに従う方法であって、前記量子化差は後続のマクロブロックの量子化スケールである(quantizer_scalei+1)からカレントのマクロブロックの量子化器スケールである(quantizer_scalei)を引き算することによって計算される、ところの方法。
- 量子化係数の２次元アレイQF[v][u]を逆量子化するための装置であって、
前記係数によって表されたイントラ符号化マクロブロック用の予め計算されかつストアされた第１重みマトリクス（数３）と、
前記重み因子を求めるために前記量子化差及びマクロブロックタイプ識別子に応答する前記ストアされた第１及び第２重みマトリクスの少なくともひとつと、カレントの重みWi[w][v][u]及び前記重み因子から後続の重みWi+1[w][v][u]を反復して計算するための第２加算器と、
から成り、
前記量子化差は、カレントのマクロブロックの量子化スケールと後続のマイクロブロックの量子化スケールとの差である、ところの装置。 - 請求項５に従う装置であって、さらに、非量子化係数を再構成するために前記係数のアレイQF[v][u]に前記重みWi+1[w][v][u]を掛け算するための掛け算器、を含む装置。
- 請求項５または６に従う装置であって、前記係数はビデオオブジェクトプレーン(VOP)のマクロブロックを表す、ところの装置。
- 請求項５から７のひとつに従う装置であって、前記予め計算された第１及び第２重みマトリクスは、前記量子化差及び前記マクロブロックタイプ識別子によってアドレスされる第１のランダムアクセスメモリ(RAM)内にストアされる、ところの装置。
- 請求項８に従う装置であって、各VOPに対する初期重みW0[w][v][u]は第２のRAM内にストアされかつ遅延器を通じてWi[w][v][u]として前記第２加算器へ与えられる、ところの装置。
- 請求項９に従う装置であって、前記第２のRAMは各VOPの初期量子化レベル(VOP_quant)及び前記マクロブロックタイプ識別子によってアドレスされる、ところの装置。
- 請求項９または１０に従う装置であって、さらに、各VOP用の前記初期重みW0[w][v][u]を各新規のVOPの始めにおいてのみ前記第２RAMから前記遅延器へ与えるためのスイッチ、を含む装置。
- 請求項５から７のひとつに従う装置であって、前記予め計算された第１及び第２重みマトリクスは前記量子化差及び前記マクロブロックタイプ識別子によってアドレスされるランダムアクセスメモリ(RAM)内にストアされる、ところの装置。
- 請求項１２に記載の装置であって、さらに、非量子化係数を再構成するために係数の前記アレイQF[v][u]に前記重みW i+1 [w][v][u]を掛け算するための掛け算器、を含む装置。
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