JP5068947B2 - ピクチャの符号化方法 - Google Patents
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Description
本発明は、マルチメディア情報をバッファリングする方法に関する。本発明はまた、符号化されたピクチャストリームを、マルチメディアデータを含む送信ユニットとして受信し、このピクチャストリームをデコーダで復号化する方法に関する。本発明は、システムと、送信装置と、受信装置と、符号化されたピクチャをバッファリングするためのコンピュータプログラムプロダクトと、符号化されたピクチャストリームを復号化するためのコンピュータプログラムプロダクトと、信号と、モジュールと、送信装置内でメディアデータを処理するためのプロセッサと、受信装置内でメディアデータを処理するためのプロセッサと、エンコーダと、デコーダとにさらに関する。
公開されているビデオ符号化規格はITU−T H.261、ITU−T H.263、ISO/IEC MPEG−1、ISO/IEC MPEG−2、およびISO/IEC MPEG−4パート2を含む。本願明細書では、これらの規格を従来のビデオ符号化規格と称する。
ビデオ通信方式は、対話型方式と非対話型方式とに分けることができる。対話型方式は、テレビ会議とテレビ電話とを含む。このような方式の例として、ISDN、IP、およびPSTNネットワークでそれぞれ運用されるテレビ会議/電話方式を規定するITU−T勧告H.320、H.323、およびH.324が挙げられる。対話型方式は、ユーザエクスペリエンスを向上するために、エンドツーエンド(オーディオ・ビデオのキャプチャから遠端でのオーディオ・ビデオのプレゼンテーションまで)の遅延の最小化を目することを特徴とする。
従来のビデオ符号化規格では、Bピクチャの場合を除いて、ピクチャの復号化順は表示順と同じである。従来のBピクチャ内の1つのブロックは、2つの参照ピクチャから時間的に双方向に予測できるが、これらの参照ピクチャの一方は、表示順において時間的に先行するピクチャであり、他方は時間的に後続するピクチャである。復号化順で最後の参照ピクチャのみが表示順においてBピクチャに後続するるとができる(例外:H.263の飛越し符号化では、時間的に後続する1つの参照フレームの両フィールドピクチャが復号化順においてBピクチャに先行することができる)。従来のBピクチャは、時間予測のための参照ピクチャとして使用できないので、従来のBピクチャは、他のどのピクチャの復号化にも影響を及ぼさずに、配置できる。
・ピクチャの復号化順が表示順から切り離される。ピクチャ番号が復号化順を示し、ピクチャ順カウントが表示順を示す。
・Bピクチャ内の1つのブロックの複数の参照ピクチャを表示順でBピクチャの前にすることも、後にすることもできる。この結果、Bピクチャは、双方向ピクチャではなく、双予測ピクチャを表す。
・参照ピクチャとして使用されないピクチャには明示的に印が付けられる。どの種類(イントラ、インタ、Bなど)のピクチャでも、参照ピクチャまたは非参照ピクチャにすることができる。(したがって、Bピクチャは、他のピクチャの時間予測のための参照ピクチャとして使用できる。)
・ピクチャは、異なる符号化種別によって符号化された複数のスライスを含むことができる。すなわち、符号化ピクチャを、たとえば、イントラ符号化スライスとB符号化スライスとから構成しうる。
ストリーミングのクライアントは、一般に、比較的大量のデータを格納できる受信バッファを有す。ストリーミングセッションが確立された初期状態において、クライアントはストリームの再生を直ちには開始せず、一般に着信データを2〜3秒間バッファリングする。このバッファリングは連続再生の維持に役立つが、その理由は送信遅延の増加またはネットワークのスループット低下が発生した場合でも、クライアントはバッファリングされたデータの復号化および再生を行えるからである。初期バッファリングを行わないと、クライアントは表示をフリーズし、復号化を停止し、着信データを待たねばならない。このバッファリングは、どのプロトコルレベルにおいても自動再送または選択的再送のためにも必要である。ピクチャの何れかの部分が失われた場合、損失データを再送するために再送機構を使用してもよい。予定された復号化時刻または再生時刻より前に再送データが受信されれば、損失は完全に復元される。
プリデコーダバッファリングとは、符号化されたデータを復号化する前にバッファリングすることをいう。初期バッファリングとは、ストリーミングセッションの先頭で行われるプリデコーダバッファリングをいう。従来、初期バッファリングは以下に示す2つの理由のために行われていた。
1つのマルチメディアストリーミングシステムは、1つのストリーミングサーバと、ネットワーク経由でこのサーバにアクセスするいくつかのプレーヤとで構成される。ネットワークは、一般にパケット指向であり、サービス品質を保証するための手段は皆無か、またはほとんどない。プレーヤは、事前に格納されているマルチメディアコンテンツをフェッチするか、またはライブのマルチメディアコンテンツをサーバからフェッチし、ダウンロードされたコンテンツをリアルタイムで再生する。この通信種別は、ポイントツーポイントかマルチキャストのどちらかにしうる。ポイントツーポイントストリーミングでは、サーバはプレーヤごとにそれぞれ別の接続を設ける。マルチキャストストリーミングにおいては、サーバは単一のデータストリームをいくつかのプレーヤに送信し、必要に応じてネットワーク要素がストリームを複製する。
何れのiおよび何れのj>iについても、最大移動量=最大{TS(i)−TS(j)}
但し、iおよびjは、インタリーブパターン内のAUのインデックスを示し、TSはAUのタイムスタンプを示す。
最大移動量の定義によってバッファリング要件(バッファ空間および初期バッファリング期間)をまったく指定できない方式の一例を次に示す。シーケンスを15個のAUにスプライシングし、このような15個のAUにおいて復号化および出力順が最後のAUを最初に送信し、他の全てのAUを復号化および出力順で送信する。したがって、AUの送信シーケンスは次のようになる。
14 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 29 15 16 17 18 19 ...
このシーケンスにおけるAUの最大移動量は14である(14+k*15)(kはすべて負でない整数値)。
1 非IDRピクチャの符号化スライス
2 符号化スライスデータパーティションA
3 符号化スライスデータパーティションB
4 符号化スライスデータパーティションC
5 IDRピクチャの符号化スライス
次に、図5のシステム、図6のエンコーダ1、および図7のデコーダ2を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。符号化するピクチャは、たとえば、カメラやビデオレコーダなどのビデオソース3からのビデオストリームのピクチャとすることができる。ビデオストリームの各ピクチャ(フレーム)は、スライスなどのより小さな複数の部分に分割することができる。スライスは、さらにブロックに分割することができる。送信チャネル4を介して、または記憶メディア(図示せず)に送信される情報を減らすために、ビデオストリームはエンコーダ1において符号化される。ビデオストリームの各ピクチャは、エンコーダ1に入力される。エンコーダは、符号化するピクチャの一部を一時的に格納するための符号化バッファ1.1(図6)を有する。エンコーダ1は、本発明による符号化タスクを適用できるプロセッサ1.2とメモリ1.3とをさらに含む。メモリ1.3およびプロセッサ1.2を送信装置6と共通にすることも、送信装置6の他の機能のための別のプロセッサおよび/またはメモリ(図示せず)を送信装置6に設けることもできる。ビデオストリームを圧縮するために、エンコーダ1は、動きの推定および/または他のいくつかのタスクを実行する。動きの推定においては、符号化するピクチャ(現在のピクチャ)と前および/または後のピクチャとの間の類似点が探される。類似点が見つかると、比較したピクチャまたはその一部を符号化対象ピクチャの参照ピクチャとして用いる。JVTでは、ピクチャの表示順と復号化順とが必ずしも同じではないので、参照ピクチャが参照ピクチャとして使われる限りは、参照ピクチャをバッファ(たとえば、符号化バッファ1.1)に格納する必要がある。また、エンコーダ1はピクチャの表示順に関する情報を送信ストリームに挿入する。
次に、符号化・復号化プロセスをより詳細に考えてみよう。ビデオソース3からのピクチャはエンコーダ1に入力され、さらに符号化バッファ1.1に格納されるので都合がよい。符号化プロセスは最初のピクチャがエンコーダに入力された直後に必ずしも開始されず、符号化バッファ1.1内の利用可能なピクチャが一定量になってから開始される。次に、エンコーダ1は、参照フレームとして使用する適切な候補をこれらのピクチャから見つけようとする。次に、エンコーダ1は符号化を実行して、符号化されたピクチャを形成する。符号化されたピクチャは、たとえば、予測ピクチャ(P)、双予測ピクチャ(B)、および/またはイントラ符号化ピクチャ(I)である。イントラ符号化ピクチャの復号化は他のどのピクチャも使用せずに行えるが、他の種類のピクチャの復号化には少なくとも1つの参照ピクチャが必要である。上記のどのピクチャ種別のピクチャでも参照ピクチャとして使用できる。
・単一NALユニットモード
・非インタリーブドモード
・インタリーブドモード
・マルチタイム集約パケット16(MTAP16)およびマルチタイム集約パケット24(MTAP24)内のNALユニットの順をNALユニットの復号化順にする必要がなく、また
・2つの連続するパケット内のシングルタイム集約パケットB(STAP−B)、MTAP、およびフラグメントユニット(FU)のデカプセル化によって合成されるNALユニットの順をNALユニットの復号化順にする必要がない。
・シーケンスのフレームレートは一定である。
・各ピクチャは単一のスライスで構成される。
・各スライスは単一のNALユニットパケットにカプセル化される。
・ピクチャは復号化順で送信される。
・ピクチャは一定間隔で送信される(つまり、1/フレームレートに等しい)。
最初の符号化ピクチャが用意されると直ちに符号化ピクチャの送信および/または格納(およびオプションの仮想復号化)を行うことができる。復号化順と出力順とが必ずしも同じではないので、このピクチャがデコーダ出力順で最初のピクチャになるとは限らない。
デパケット化処理は実装依存である。したがって、以下の説明は適切な一実装例に関するものであり、実装をこれだけに限定するものではない。他の方式も使用しうる。記載のアルゴリズムに対する最適化も可能である。
次に、受信器8の動作を説明する。受信器8は1つのピクチャに属する全てのパケットを収集し、これらを1つの妥当な順に並べる。順序の厳密性は使用するプロファイルによって異なる。受信パケットは受信バッファ9.1(プリデコーディングバッファ)に格納される。受信器8は使用不能なものをすべて廃棄し、残りをデコーダ2に送る。集約パケットは、それぞれのペイロードをNALUを運ぶ個々のRTPパケットに書き出すことによって処理される。これらのNALUは、それぞれ別のRTPパケットとして受信されたかのように、集約パケット内の配置順で処理される。
・少なくともN個のVCL NALユニットが受信バッファ9.1に格納される。
・MIMEパラメータmax−don−diffが存在する場合は、関数don_diff(m,n)の値がmax−don−diffの値を超える。ここで、nは受信されたNALユニットのうち、AbsDON値が最大のNALユニットに対応し、mは受信されたNALユニットのうち、AbsDON値が最小のNALユニットに対応する。
・初期バッファリングの継続時間がMIMEのオプションパラメータinit−buf−timeの値に等しくなるか、またはこれを超える。
DON(m)==DON(n)の場合、don_diff(m,n)=0
(DON(m)<DON(n)、かつDON(n)−DON(m)<32768)の場合、don_diff(m,n)=DON(n)−DON(m)
(DON(m)>DON(n)、かつDON(m)−DON(n)>=32768)の場合、don_diff(m,n)=65536−DON(m)+DON(n)
(DON(m)<DON(n)、かつDON(n)−DON(m)>=32768)の場合、don_diff(m,n)=−(DON(m)+65536−DON(n))
(DON(m)>DON(n)、かつDON(m)−DON(n)<32768)の場合、don_diff(m,n)=−(DON(m)−DON(n))
ここで、DON(i)は、送信順のインデックスがiであるNALユニットの復号化順番号である。
DON(m)==DON(n)の場合、AbsDON(n)=AbsDON(m)
(DON(m)<DON(n)、かつDON(n)−DON(m)<32768)の場合、AbsDON(n)=AbsDON(m)+DON(n)−DON(m)
(DON(m)>DON(n)、かつDON(m)−DON(n)>=32768)の場合、AbsDON(n)=AbsDON(m)+65536−DON(m)+DON(n)
(DON(m)<DON(n)、かつDON(n)−DON(m)>=32768)の場合、AbsDON(n)=AbsDON(m)−(DON(m)+65536−DON(n))
(DON(m)>DON(n)、かつDON(m)−DON(n)<32768)の場合、AbsDON(n)=AbsDON(m)−(DON(m)−DON(n))
ここで、DON(i)は、送信順のインデックスがiであるNALユニットの復号化順番号である。
・受信バッファが少なくともN個のVCL NALユニットを収容すると、バッファ内のVCL NALユニットがN−1個になるまで、以下に示す順でNALユニットが受信器のバッファから取り出され、デコーダに送られる。
・max−don−diffがある場合は、don_diff(m,n)のmがmax−don−diffより大きいすべてのNALユニットが以下の指定順で受信バッファから取り出され、デコーダに送られる。ここで、nは、受信されたNALユニットのうち、AbsDON値が最大のNALユニットに対応する。
・変数tsを、NALユニットストリームの最初のパケットが受信されたときに0に初期化されたシステムタイマの値に設定する。受信時刻trが条件ts−tr>init−buf−timeの条件を満たすNALユニットが受信バッファにある場合は、受信時刻trがこの指定条件を満たすNALユニットが受信バッファ内になくなるまで、NALユニットが指定順にデコーダに送られる(および受信バッファから取り出される)。
Claims (31)
- データ送信ユニット内のメディアデータの復号化順とは少なくとも部分的に異なる送信順に並べられた複数のデータ送信ユニットに含まれているメディアデータをバッファにバッファリングするステップを含む方法において、該バッファのサイズを示すためのパラメータであって、パケットストリーム内でいずれかのデータ送信ユニットに送信順で先行し、かつ前記データ送信ユニットに復号化順で後続するデータ送信ユニットの最大数を示すパラメータを定義するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の方法において、
ビデオデータと、
オーディオデータと、
のうちの少なくとも1つが前記メディアデータに含まれることを特徴とする方法。 - 請求項1または請求項2に記載の方法において、前記メディアデータが符号化されたピクチャのスライスを含むことを特徴とする方法。
- 請求項1、請求項2、または請求項3に記載の方法において、メディアデータを含む前記送信ユニットがVCL NALユニットであることを特徴とする方法。
- データ送信ユニット内のメディアデータの復号化順とは少なくとも部分的に異なる送信順に並べられた、メディアデータを含む複数のデータ送信ユニットとして、符号化されたピクチャストリームを受信およびバッファリングするステップを含む、ピクチャストリームをデコーダで復号化する方法において、パケットストリーム内でいずれかのデータ送信ユニットに送信順で先行し、かつ前記データ送信ユニットに復号化順で後続するデータ送信ユニットの最大数を示す、該ピクチャストリームの符号化において定義されるパラメータを、復号化プロセスにおいて該複数のデータ送信ユニットをバッファリングするバッファのサイズに関する要件の表示として受信するステップを含むことを特徴とする方法。
- 請求項5に記載の方法において、前記パラメータが調べられ、前記パラメータに応じてバッファリング用のメモリ位置が予約されることを特徴とする方法。
- 請求項6に記載の方法において、受信した符号化されたピクチャストリームからピクチャを復号化し、符号化されたピクチャを該予約されたメモリ位置を用いてバッファリングすることを特徴とする方法。
- ピクチャを符号化するためのエンコーダと、データ送信ユニット内のメディアデータの復号化順とは少なくとも部分的に異なる送信順に並べられた複数のデータ送信ユニットに含まれているメディアデータをバッファリングするためのバッファと、を含むシステムにおいて、該バッファのサイズを決定するためのパラメータであって、パケットストリーム内でいずれかのデータ送信ユニットに送信順で先行し、かつ前記データ送信ユニットに復号化順で後続するデータ送信ユニットの最大数を示すパラメータを定義するように構成されたプロセッサを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項8に記載のシステムにおいて、符号化されたピクチャを復号化するためのデコーダと、復号化されたピクチャをバッファリングするためのメモリと、を含み、復号化されたピクチャをバッファリングするために前記メモリから予約すべきメモリ位置の必要量を判定するために前記パラメータが使われるように用意されていることを特徴とするシステム。
- 請求項8に記載のシステムにおいて、前記メディアデータが符号化されたピクチャのスライスを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項8に記載のシステムにおいて、前記データ送信ユニットがVCL NALユニットであることを特徴とするシステム。
- データ送信ユニット内のメディアデータの復号化順とは少なくとも部分的に異なる送信順に並べられた複数のデータ送信ユニットに含まれているメディアデータを送信するための装置において、バッファのサイズを決定するためのパラメータであって、パケットストリーム内でいずれかのデータ送信ユニットに送信順で先行し、かつ前記データ送信ユニットに復号化順で後続するデータ送信ユニットの最大数を示すパラメータを定義するように構成されたプロセッサを含むことを特徴とする装置。
- 請求項12に記載の装置において、前記メディアデータが符号化されたピクチャのスライスを含むことを特徴とする装置。
- 請求項12に記載の装置において、メディアデータを含む前記送信ユニットがVCL NALユニットであることを特徴とする装置。
- データ送信ユニット内のメディアデータの復号化順とは少なくとも部分的に異なる送信順に並べられた、メディアデータを含む複数のデータ送信ユニットとして、符号化されたピクチャストリームを受信するための装置において、該装置は、パケットストリーム内でいずれかのデータ送信ユニットに送信順で先行し、かつ前記データ送信ユニットに復号化順で後続する送信ユニットの最大数を示す、該ピクチャストリームの符号化において定義されるパラメータを受信するように構成され、かつ、該装置は、前記パラメータを使用して該装置に該複数のデータ送信ユニットをバッファリングするための要件を決定する手段を含むことを特徴とする装置。
- 請求項15に記載の装置において、前記装置が、メモリを含み、パラメータを使用する前記手段が、前記パラメータを調べ前記パラメータに応じて前記メモリからバッファリング用のメモリ位置を予約するプロセッサからなることを特徴とする装置。
- 請求項16に記載の装置において、前記受信した符号化されたピクチャストリームからピクチャを復号化するためのデコーダと、前記符号化されたピクチャをバッファリングするために前記予約されたメモリ位置を使用する手段と、を含むことを特徴とする装置。
- データ送信ユニット内のメディアデータの復号化順とは少なくとも部分的に異なる送信順に並べられた、メディアデータを含む複数のデータ送信ユニットとして、符号化されたピクチャをバッファにバッファリングするための命令を含むコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体において、該コンピュータプログラムが、該バッファのサイズを決定するためのパラメータであって、パケットストリーム内でいずれかのデータ送信ユニットに送信順で先行し、かつ前記データ送信ユニットに復号化順で後続するデータ送信ユニットの最大数を示すパラメータを定義するための命令をさらに含むことを特徴とする記憶媒体。
- メディアデータを含む複数の送信ユニットとして受信した符号化されたピクチャストリームを復号化するための命令と、送信ユニットをバッファリングするための命令と、を含むコンピュータプログラムが記憶された記憶媒体において、該コンピュータプログラムが、パケットストリーム内でマルチメディアデータを含むいずれかの送信ユニットに送信ユニット送信順で先行し、かつマルチメディアデータを含む前記送信ユニットに復号化順で後続する送信ユニットの最大量を示す、該ピクチャストリームの符号化において定義されるパラメータを、復号化プロセスにおいて該複数のデータ送信ユニットをバッファリングするバッファのサイズに関する要件の表示として受信するための命令を更に含むことを特徴とする記憶媒体。
- 複数のデータ送信ユニットに含まれるメディアデータを送信する装置においてメディアデータを処理するためのプロセッサにおいて、バッファのサイズを決定するためのパラメータであって、パケットストリーム内でマルチメディアデータを含むいずれかの送信ユニットに送信ユニット送信順で先行し、かつマルチメディアデータを含む前記送信ユニットに復号化順で後続する、マルチメディアデータを含む送信ユニットの最大量を示すパラメータを定義するように構成されていることを特徴とするプロセッサ。
- 請求項20に記載のプロセッサにおいて、前記マルチメディアデータが符号化されたピクチャのスライスを含むことを特徴とするプロセッサ。
- 請求項20に記載のプロセッサにおいて、メディアデータを含む前記送信ユニットがVCL NALユニットであることを特徴とするプロセッサ。
- 符号化されたピクチャストリームを、スライスデータを含む複数のデータ送信ユニットとして受信する装置においてメディアデータを処理するためのプロセッサにおいて、パケットストリーム内でマルチメディアデータを含むいずれかの送信ユニットに送信ユニット送信順で先行し、かつマルチメディアデータを含む前記送信ユニットに復号化順で後続する、マルチメディアデータを含む送信ユニットの最大量を示す、該ピクチャストリームの符号化において定義されるパラメータを使用して、該複数のデータ送信ユニットをバッファリングするバッファのサイズに関する要件を判定する手段を含むことを特徴とするプロセッサ。
- 請求項23に記載のプロセッサにおいて、前記プロセッサが、メモリを備え、パラメータを使用する前記手段が、前記パラメータを調べ前記パラメータに応じて前記メモリからバッファリング用のメモリ位置を予約する処理を実行することを特徴とするプロセッサ。
- 請求項24に記載のプロセッサにおいて、前記プロセッサが、受信された符号化ピクチャストリームからピクチャを復号化するためのデコーダと、前記符号化されたピクチャをバッファリングするために前記予約されたメモリ位置を使用する手段と、を備えることを特徴とするプロセッサ。
- データ送信ユニット内のメディアデータの復号化順とは少なくとも部分的に異なる送信順に並べられた複数のデータ送信ユニットに含まれているメディアデータを符号化するためのエンコーダにおいて、バッファのサイズを決定するためのパラメータであって、パケットストリーム内でいずれかのデータ送信ユニットに送信順で先行し、かつ前記データ送信ユニットに復号化順で後続するデータ送信ユニットの最大数を示すパラメータを定義するように構成されたプロセッサを含むことを特徴とするエンコーダ。
- 請求項26に記載のエンコーダにおいて、前記メディアデータが符号化されたピクチャのスライスを含むことを特徴とするエンコーダ。
- 請求項26に記載のエンコーダにおいて、メディアデータを含む前記送信ユニットがVCL NALユニットであることを特徴とするエンコーダ。
- データ送信ユニット内のメディアデータの復号化順とは少なくとも部分的に異なる送信順に並べられた複数のデータ送信ユニットに含まれている符号化されたピクチャストリームを復号化するためのデコーダにおいて、パケットストリーム内でいずれかのデータ送信ユニットに送信順で先行し、かつ前記データ送信ユニットに復号化順で後続するデータ送信ユニットの最大数を示す、該ピクチャストリームの符号化において定義されるパラメータを用いて、該複数のデータ送信ユニットをバッファリングするバッファのサイズに関する要件を判定する手段を含むことを特徴とするデコーダ。
- 請求項29に記載のデコーダにおいて、前記デコーダが、メモリを備え、パラメータを使用する前記手段が、前記パラメータを調べ前記パラメータに応じて前記メモリからバッファリング用のメモリ位置を予約するプロセッサからなることを特徴とするデコーダ。
- 請求項30に記載のデコーダにおいて、前記符号化されたピクチャをバッファリングするために該予約されたメモリ位置を用いる手段を含むことを特徴とするデコーダ。
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