JP4906856B2 - Simd型重複変換ベースのデジタルメディア符号化/復号化 - Google Patents
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Description
本特許文献の開示の一部は、著作権の保護を受ける資料を含む。著作権の保有者は、本特許文献または特許開示が特許商標庁の特許ファイルまたは記録に表示されているため、本特許文献または特許開示の転載に異議はないが、すべての著作権を留保する。
変換符号化は、多くの音声、画像、およびビデオ圧縮システムに使用される圧縮技法である。圧縮されていないデジタル画像およびビデオは通常、2次元(2D)グリッドに配列された画像またはビデオフレーム内の位置で画素または色のサンプルとして表されるか、または取り込まれる。このサンプルは、画像またはビデオの空間領域表現と呼ばれる。たとえば、画像の標準的なフォーマットは、グリッドとして配列された24ビットカラー画素サンプルのストリームで構成される。各サンプルは、特にRGB、またはYIQなどの、色空間内のグリッドの画素位置で色成分を表す数値である。さまざまな画像およびビデオシステムは、サンプリングのさまざまな色、空間および時間分解能を使用することができる。同様に、デジタル音声は通常、時間サンプリングされた音声信号ストリームとして表される。たとえば、標準的な音声フォーマットは、一定時間ごとに採取される音声信号の16ビット振幅サンプルのストリームで構成される。
前述のブロック変換ベースの符号化システムにおいて、ブロック変換は、入力信号または画像の重複しない隣接ブロックに引き続いて適用される有限長(通常、4または8の短い長さ)の変換である。したがって、ブロック境界をまたぐ信号成分は、境界にわたりブロックの変換に影響を及ぼすことはない。データの圧縮に対する高周波数成分の量子化により、ブロック変換を使用すると、ブロック境界において知覚されるアーティファクト、つまりブロックノイズを生じる可能性もある。ブロックノイズは、圧縮比の高いJPEG画像で顕著となり、画像にモザイク形状または階段形状として出現する。音声において、ブロックノイズは、周期的にはじけるようなノイズを生じる。これらはいずれも、許容できるアーティファクトではない。
図3および図4は、代表的な2次元(2D)データ符号器300および復号器400に採用されるプロセスを一般化した図である。図は、変換並列化技法を実施する2Dデータ符号器および復号器を組み入れる圧縮システムの一般化または簡略化された説明を提示する。変換並列化技法を使用する代替の圧縮システムにおいて、この代表的な符号器および復号器に示されているプロセスよりも多いかまたは少ないプロセスが2Dデータ圧縮に使用されてもよい。たとえば、一部の符号器/復号器はさらに、色変換、カラーフォーマット、拡張可能符号化、可逆符号化、マクロブロックモードなどを含むこともできる。圧縮システム(符号器および復号器)は、可逆から不可逆へと変化する量子化パラメータに基づくことができる量子化に応じて、2Dデータの可逆圧縮および/または不可逆圧縮を行うことができる。
1. グレースケール画像の場合、各マクロブロックは16の4×4輝度(Y)ブロックを含む。
2. YUV4:2:0フォーマットのカラー画像の場合、各マクロブロックは16の4×4 Yブロック、および4つの各4×4のクロミナンス(UおよびV)ブロックを含む。
3. YUV4:2:2フォーマットのカラー画像の場合、各マクロブロックは16の4×4 Yブロック、および8つの各4×4のクロミナンス(UおよびV)ブロックを含む。
4. RGBまたはYUV4:4:4のカラー画像の場合、各マクロブロックは各々Y、U、およびVチャネルの16のブロックを含む。
前述の代表的な符号器300(図3)および復号器400(図4)におけるさらに計算処理上複雑な演算の1つは、重複双直交変換である。この演算の複雑さは、符号器および復号器のパフォーマンスに影響を与える。
図5を参照して、プレフィルタ(オーバーラップ演算子)510およびブロック変換520として定式化される重複変換500の一般的な事例を考察する。説明される事例において、ブロック変換520は4のブロックサイズを有し、プレフィルタ510も4のオーバーラップサイズを有する。オーバーラップサイズは、プレ/ポストフィルタ長として定義される。したがって、データシーケンスが、x0、x1、x2、x3、というように番号付けされる場合、重複変換500は以下のように進む。
V2i+1=[x4i+3 x4i+2]
2次元重複双直交変換(2D LBT)は、前述の1次元重複双直交変換(1D LBT)を使用して実施することができる。そのような実施態様において、1D LBTは画像の各行に適用され、その後に各列に適用される1D LBTが続く(または、その逆もある)。この場合、以下の2つのタイプのベクトル化技法を使用することができる。
再び図5を参照すると、重複変換のオーバーラップ演算子(プレフィルタ510)は、ブロック境界にわたって適用される。この適用は、ブロック変換520の前または後のいずれに行われてもよい。
オーバーラップ演算子がブロック内のすべての2×2サブブロックに適用された後、4×4ブロック1300(図13)はブロック変換される準備が整っている。ブロック変換演算は同じベクトル化を保持するので、オーバーラップとブロック変換演算の間でデータを入れ替える必要はない。
オーバーラップ演算子1500および変換1600のプロセスのいずれの場合も、4方向の2×2アダマール変換が基本の反復される演算である。データ成分が図10および図11に示されるベクトル化によって順序付けられているので、2×2アダマールはこれらのベクトルで機能するSIMD命令として容易に実行される。さらに、オーバーラップ演算の場合、スケーリング演算も同様に、これらのベクトルで機能するSIMD命令として実行されうる。回転(アクション1550、1630)は、部分的に並列化可能である。それは、関与する回転の一部が、4成分ベクトル内のデータポイントの2つのペアに実行される1D演算と同一であるからである。これらの回転はまた、乗算およびシフト演算により並列化されうる。
変換並列化技法を使用して実施される重複双直交変換を組み入れる前述の代表的な符号器300(図3)および復号器400(図4)は、特に、コンピュータ、画像およびビデオ記録、送信および受信装置、ポータブルビデオプレイヤー、テレビ会議などを含む、デジタルメディア信号処理が実行される任意のさまざまなデバイスで実行することができる。デジタルメディア符号化技法は、ハードウェア回路、および図17に示されるようなコンピュータまたはその他のコンピューティング環境内で実行するデジタルメディア処理ソフトウェアにおいて実施されうる。
Claims (28)
- デジタルメディアデータを符号化する方法であって、
入力デジタルメディアデータのブロックの成分を、重複変換の演算が単一命令複数データベースでブロックの前記成分にわたって適用されうるベクトルのセットに再マップするステップと、
前記デジタルメディアデータのブロックに重複変換を適用して各々のブロックの変換係数のセットを生成するステップであって、前記重複変換を適用するステップはブロックの成分の前記ベクトルに単一命令複数データベースで少なくとも1つの演算を実行するステップを含むステップと、
前記変換係数を圧縮されたビットストリームに符号化するステップとを含み、
前記重複変換はオーバーラップフィルタおよびブロック変換を備える重複双直交変換であり、前記ブロック変換は前記入力デジタルメディアデータのブロックに適用され、前記オーバーラップフィルタは隣接するブロックと重複するオーバーラップ領域に適用され、
前記再マップは、前記入力デジタルメディアデータからの複数の2次元サブブロック中の少なくとも一部のコンポーネントを、前記オーバーラップフィルタの少なくとも1つの演算および前記ブロック変換の少なくとも1つの演算が単一命令複数データベースで前記成分にわたって適用されうるベクトルにグループ化し、
前記重複変換を適用する前記ステップは、前記オーバーラップフィルタの前記少なくとも1つの演算および前記ブロック変換の前記少なくとも1つの演算を単一命令複数データベースで前記ベクトルに適用するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記オーバーラップフィルタの前記少なくとも1つの演算および前記ブロック変換の前記少なくとも1つの演算は各々2×2アダマール変換を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記オーバーラップフィルタおよび前記ブロック変換は各々順次命令ベースで前記コンポーネントに適用される回転演算を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ベクトルは4成分ベクトルであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- デジタルメディアデータを符号化する方法であって、
入力デジタルメディアデータのブロックの成分を、重複変換の演算が単一命令複数データベースでブロックの前記成分にわたって適用されうるベクトルのセットに再マップするステップと、
前記デジタルメディアデータのブロックに重複変換を適用して各々のブロックの変換係数のセットを生成するステップであって、前記重複変換を適用するステップはブロックの成分の前記ベクトルに単一命令複数データベースで少なくとも1つの演算を実行するステップを含むステップと、
前記変換係数を圧縮されたビットストリームに符号化するステップとを含み、
前記変換はオーバーラップフィルタおよびブロック変換を備える1次元重複変換であり、前記ブロック変換は前記入力デジタルメディアデータのブロックに適用され、前記オーバーラップフィルタは隣接するブロックと重複するオーバーラップ領域に適用され、
前記再マップは前記入力デジタルメディアデータ中のコンポーネントを2成分ベクトルにグループ化し、前記再マップは前記オーバーラップフィルタの少なくとも1つの演算および前記ブロック変換の少なくとも1つの演算が単一命令複数データベースで前記成分にわたって適用されうる2成分ベクトル中で前記入力デジタルメディアデータ中のコンポーネントを並べ替えることを含み、
前記重複変換を適用する前記ステップは、前記オーバーラップフィルタの前記少なくとも1つの演算および前記ブロック変換の前記少なくとも1つの演算を単一命令複数データベースで前記ベクトルに適用するステップを含むことを特徴とする方法。 - 前記オーバーラップフィルタの前記少なくとも1つの演算および前記ブロック変換の前記少なくとも1つの演算は各々バタフライ段階を含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記オーバーラップフィルタおよび前記ブロック変換は各々順次命令ベースで前記コンポーネントに適用される回転演算を含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記デジタルメディアデータは2次元データであり、前記方法は、
前記再マップするステップおよび前記変換を前記2次元メディアデータの行に適用するステップを実行するステップと、
前記再マップするステップおよび前記変換を前記2次元メディアデータの列に適用するステップを実行するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 請求項1に記載の方法により符号化されたデジタルメディアデータを復号化する方法であって、
前記圧縮されたビットストリームから前記変換係数を復号化するステップと、
前記復号化された変換係数を、前記重複変換の逆の演算が単一命令複数データベースで前記変換係数にわたって適用されうるベクトルの配置に配列するステップと、
前記復号化された変換係数のブロックに前記重複変換の前記逆を適用してブロックの前記デジタルメディアデータの表現を復元するステップであって、前重複記変換を適用するステップは単一命令複数データベースで変換係数の前記ベクトルに少なくとも1つの演算を実行するステップを含むステップと、
前記ベクトルの成分を前記複数の2次元サブブロック中の少なくとも一部で初期配列に再マップするステップとをさらに含むことを特徴とする方法。 - 復号化されるデジタルメディアデータを格納するためのデータストレージバッファと、
プロセッサとを備え、
前記プロセッサは、
前記デジタルメディアデータを復号化することと、
前記デジタルメディアデータのブロックの要素を、重複変換の逆の複数の演算の少なくとも1つが単一命令複数データベースでデジタルメディアデータのブロックの要素にわたって適用されうるベクトルのセットに配置こと、
前記デジタルメディアデータのブロックに前記重複変換の逆を適用することであって、前記デジタルメディアデータの前記ベクトルに対して、前記重複変換の逆の複数の演算の少なくとも1つを単一命令複数データベースで実行することを含むことと
を実行するようにプログラムされ、
前記重複変換の逆は前記デジタルメディアデータの隣接するブロックに適用される逆ブロック変換と前記隣接するブロックにまたがるオーバーラップ領域に適用される逆オーバーラップフィルタとを有する逆重複双直交変換であり、前記プロセッサは、前記デジタルメディアデータの複数の2次元サブブロック中の少なくとも一部の前記要素を、前記逆オーバーラップフィルタおよび前記逆ブロック変換の両方の少なくとも一部の演算が前記単一命令複数データベースで適用されうるベクトルに配列するようにプログラムされていることを特徴とするデジタルメディア復号器。 - 前記重複双直交変換は2次元であり、前記逆オーバーラップフィルタおよび前記逆ブロック変換は各々演算が前記単一命令複数データベースで前記ベクトルに適用される2×2アダマール変換を備えることを特徴とする請求項10に記載のデジタルメディア復号器。
- 前記プロセッサは、カラーフォーマット間の前記デジタルメディアデータの色変換の段階中に要素の前記配列を実行するようにさらにプログラムされることを特徴とする請求項10に記載のデジタルメディア復号器。
- デジタルメディアデータを処理する方法を実行するためにコンピュータ実行可能デジタルメディア処理プログラムを記録した少なくとも1つのコンピュータ可読記録媒体であって、前記プログラムは、コンピュータに、
圧縮されたビットストリームから前記デジタルメディアデータを復号化するステップと、
前記デジタルメディアデータのブロックの成分を、逆重複変換の演算が単一命令複数データベースでブロックの前記成分にわたって適用されうるベクトルのセットに再マップするステップであって、前記再マップは、入力デジタルメディアデータからの複数の2次元サブブロック中の少なくとも一部のコンポーネントを前記ベクトルにグループ化することを含む、ことと、
前記デジタルメディアデータのブロックに前記逆重複変換を適用して各々のブロックの変換係数のセットを生成するステップであって、前記逆重複変換を適用するステップはブロックの成分の前記ベクトルに単一命令複数データベースで少なくとも一部の演算を実行するステップを含むステップとを
実行させ、
前記逆重複変換は逆オーバーラップフィルタおよび逆ブロック変換を備える逆重複双直交変換であり、前記逆重複変換を適用するステップは前記逆オーバーラップフィルタおよび逆ブロック変換の両方の少なくとも一部の演算を単一命令複数データベースで前記ベクトルに実行するステップを含むことを特徴とする少なくとも1つのコンピュータ可読記録媒体。 - 前記逆重複変換を適用する前記ステップは、前記逆オーバーラップフィルタおよび逆ブロック変換の両方の少なくとも一部の回転演算を順次ベースで実行するステップを含むことを特徴とする請求項13に記載の少なくとも1つのコンピュータ可読記録媒体。
- 前記再マップは前記ベクトルの少なくとも一部のために前記複数の2次元サブブロックからの前記コンポーネントを並べ替えることを含む、請求項13に記載の少なくとも1つのコンピュータ可読記録媒体。
- デジタルメディアデータを復号する方法であって、
圧縮されたビットストリームから変換係数を復号することと、
復号された変換係数の少なくとも一部を、重複変換の逆の演算が単一命令複数データベースでブロックの前記変換係数にわたって適用されうるベクトルに配置することと、
前記重複変換の逆を前記復号した変換係数のブロックに適用してデジタルメディアデータの表現を復元することであって、前記ベクトルに少なくとも1つの演算を単一命令複数データベースで実行することを含むことと、
前記ベクトルの成分を、複数の2次元サブブロックの対応する初期配列に再マップすることと、
前記重複変換の逆は、逆オーバーラップフィルタおよび逆ブロック変換を有する重複双直交変換の逆であり、前記逆ブロック変換は前記デジタルメディアデータのブロックに適用され、前記逆オーバーラップフィルタは隣接するブロックにまたがるオーバーラップ領域に適用され、
前記重複変換の逆を適用することは、前記逆オーバーラップフィルタの少なくとも1つの演算および前記逆ブロック変換の少なくとも1つの演算を単一命令複数データベースで前記ベクトルに適用することを含むことを特徴とする方法。 - 前記逆オーバーラップフィルタの少なくとも1つの演算および前記逆ブロック変換の少なくとも1つの演算は各々2×2アダマール変換を含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記オーバーラップフィルタおよび前記ブロック変換は各々順次命令ベースでコンポーネントに適用される回転演算を含むことを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記再マップは前記ベクトルの少なくとも一部のために前記複数の2次元サブブロックからのコンポーネントを並べ替えることを含む、ことを特徴とする請求項16に記載の方法。
- デジタルメディアデータを復号化する方法であって、
圧縮されたビットストリームから変換係数を復号化することと、
復号された変換係数の少なくとも一部を、重複変換の逆の演算が単一命令複数データベースで前記変換係数にわたって適用されうる2成分ベクトルに配置することと、
前記重複変換の逆を前記復号した変換係数のブロックに適用してデジタルメディアデータの表現を復元することであって、前記重複変換の逆を適用することは前記2成分ベクトルに少なくとも1つの演算を単一命令複数データベースで実行することを含むことと、
前記2成分ベクトルのコンポーネントを、前記デジタルメディアデータの初期配列に再マップすることであって、前記2成分ベクトルの少なくとも1つのコンポーネントを並べ替えることを含むことと、
前記重複変換の逆は1次元重複変換の逆であり、前記1次元重複変換の逆は逆オーバーラップフィルタおよび逆ブロック変換を備え、前記逆ブロック変換は入力デジタルメディアデータのブロックに適用され、前記逆オーバーラップフィルタは隣接するブロックと重複するオーバーラップ領域に適用され、
前記重複変換の逆を適用することは、前記逆オーバーラップフィルタの少なくとも1つの演算および前記ブロック変換の少なくとも1つの演算を単一命令複数データベースで前記ベクトルに適用することを含む、ことを特徴とする方法。 - 前記逆オーバーラップフィルタの少なくとも1つの演算および前記ブロック変換の少なくとも1つの演算は各々バタフライ段階を含むことを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 前記逆オーバーラップフィルタおよび前記逆ブロック変換は各々順次命令ベースで前記コンポーネントに適用される回転演算を含むことを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 符号化されるデジタルメディアデータを格納するためのデータストレージバッファと、
プロセッサとを備え、
前記プロセッサは、
デジタルメディアデータのブロックの要素を、重複変換中の複数の演算の少なくとも1つが単一命令複数データベースでデジタルメディアデータのブロックの要素にわたって適用されうるベクトルのセットに配置することと、
前記デジタルメディアデータのブロックに重複変換を適用することであって、前記デジタルメディアデータの前記ベクトルに対して、前記重複変換中の複数の演算の少なくとも1つを単一命令複数データベースで実行することを含むことと、
前記デジタルメディアデータを圧縮されたビットストリームに符号化することと
を実行するようにプログラムされ、
前記重複変換は前記デジタルメディアデータの隣接するブロックに適用されるブロック変換と前記隣接するブロックにまたがるオーバーラップ領域に適用されるオーバーラップフィルタとを有する重複双直交変換であり、前記プロセッサは、前記デジタルメディアデータの複数の2次元サブブロック中の少なくとも一部の前記要素を、前記オーバーラップフィルタおよび前記ブロック変換の両方の少なくとも一部の演算が前記単一命令複数データベースで適用されうるベクトルに配列するようにプログラムされていることを特徴とするデジタルメディア符号器。 - 前記重複双直交変換は2次元であり、前記オーバーラップフィルタおよび前記ブロック変換は各々演算が前記単一命令複数データベースで前記ベクトルに適用される2×2アダマール変換を備えることを特徴とする請求項23に記載のデジタルメディア符号器。
- 前記プロセッサは、カラーフォーマット間の前記デジタルメディアデータの色変換の段階中に要素の前記配列を実行するようにさらにプログラムされることを特徴とする請求項23に記載のデジタルメディア符号器。
- デジタルメディアデータを処理する方法を実行するためにコンピュータ実行可能デジタルメディア処理プログラムを記録した少なくとも1つのコンピュータ可読記録媒体であって、前記プログラムは、コンピュータに、
デジタルメディアデータのブロックの成分を、重複変換の演算が単一命令複数データベースでブロックの前記成分にわたって適用されうるベクトルのセットに再マップするステップであって、前記再マップは、入力デジタルメディアデータからの複数の2次元サブブロック中の少なくとも一部のコンポーネントを前記ベクトルにグループ化することを含む、ことと、
前記デジタルメディアデータのブロックに前記重複変換を適用して各々のブロックの変換係数のセットを生成するステップであって、前記重複変換を適用するステップはブロックの成分の前記ベクトルに単一命令複数データベースで少なくとも一部の演算を実行するステップを含むステップと、
圧縮されたビットストリームに前記デジタルメディアデータを符号化するステップとを実行させ、
前記重複変換はオーバーラップフィルタおよびブロック変換を備える重複双直交変換であり、前記重複変換を適用するステップは前記オーバーラップフィルタおよびブロック変換の両方の少なくとも一部の演算を単一命令複数データベースで前記ベクトルに実行するステップを含むことを特徴とする少なくとも1つのコンピュータ可読記録媒体。 - 前記重複変換を適用する前記ステップは、前記オーバーラップフィルタおよびブロック変換の両方の少なくとも一部の回転演算を順次ベースで実行するステップを含むことを特徴とする請求項26に記載の少なくとも1つのコンピュータ可読記録媒体。
- 前記再マップは前記ベクトルの少なくとも一部のために前記複数の2次元サブブロックからの前記コンポーネントを並べ替えることを含む、請求項26に記載の少なくとも1つのコンピュータ可読記録媒体。
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