JP6031106B2 - エラーのない基準フレームを使用したビデオリフレッシュ - Google Patents
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Description
[1]ITU−T,Recommendation H.264、「Advanced video coding for generic audiovisual services」、2007年
[2]Zhang他、「Error resilience video coding in H.264 encoder with potential distortion tracking」、(Proc.IEEE International Conference on Image Processing、163−166頁、2004年)
予測は一般的に、現在のフレーム以外のビデオフレーム内のピクセルから(インター予測)、および、同じフレーム内のピクセルから(イントラ予測)実行することができる。すなわち、イントラフレーム符号化を使用して符号化される場合、フレームのブロック、サブブロックまたは他の部分(対象ブロックまたは部分)は、同じフレーム内の別のブロック、サブブロックまたは画像部分(基準ブロックまたは部分)に関連して符号化され、インターフレーム符号化を使用して符号化される場合、対象ブロックまたは部分は、別のフレーム内の基準ブロックまたは部分に関連して符号化される。この処理を、一般的に予測または予測コード化と称する。インターまたはイントラ予測モジュールはしたがって、たとえば、イントラフレーム符号化の場合には隣接するブロックまたはサブブロックの指示、および/または、インターフレーム符号化の場合は動きベクトルの形式で予測を生成する。一般的に、符号化器は、予測されたブロックと実際のブロック(または予測されたサブブロックと実際のサブブロックと、など)の間の「残った」差を表す残差信号をも生成する。その後、残差、動きベクトル、および、イントラ予測と関連付けられる任意の必要とされるデータが、一般的に、量子化器およびエントロピー符号化器のようなさらなるコード化段を介して、符号化ビデオストリーム内に出力される。したがって、ビデオ内のほとんどのブロックは、ブロック間の差に関して符号化され得、これによって符号化に必要とされるビットは、絶対ピクセル値を符号化するよりも少なく、したがって、ビットレートが節約される。イントラ予測符号化は一般的に、インター予測よりも多くのビットを必要とするが、それでも絶対値を符号化するのにまさる節約を示す。ビデオに関する適切なインターおよびイントラ符号化技法は当業者には既知であろう。
J=D(m,o)+λR(m,o) (1)
式中、Jはラグランジュ関数であり、Dは歪みの量を表し(モードoおよびマクロブロックmまたはマクロブロック下位区分の関数)、Rはビットレートであり、λは歪みとレートとの間のトレードオフを定義するパラメータである。一般的に使用される歪み量は元のピクセルと再構築されたピクセルとの間の差分二乗和(SSD)、または、元のピクセルと予測されるピクセルとの間の差分絶対値和(SAD)である。
Dep(m(k),n+1)=(1−p)Dep_ref(m(k),n,oopt)+p(Dec−rec(m(k),n,oopt)+Dec−ep(m(k),n)) (3)
式中、nはフレーム数であり、m(k)はマクロブロックmのk番目の下位区分(すなわち、ブロックまたはサブブロック)を示し、pはパケット損失の確率を示し、Dec−recは符号化器における再構築されたピクセルとエラー隠蔽されたピクセルとの間のSSDを示し、Dec−epは符号化器および復号器におけるエラー隠蔽されたピクセルの間の予測SSDを示す。
J=D(m,o)+λR(m,o) (1)
式中、Jはラグランジュ関数であり、Dは歪みの量を表し(モードoおよびマクロブロックmまたはマクロブロック下位区分の関数)、Rはビットレートであり、λは歪みとレートとの間のトレードオフを定義するパラメータである。
D=(1−p)Darrival+pDloss (5)
式中、Darrivalは対象ブロックが復号器に到着する場合に受けることになる歪みの推定値であり、Dlossは対象ブロックが、チャネルにわたるパケット損失に起因して、たとえば、パケットベースのネットワーク32にわたるそのブロックを含むパケットの損失に起因して復号器に到着しない場合に受けることになる歪みの推定値である。パラメータpは、結果として問題のブロックまたは画像部分が喪失されることになる、チャネルにわたって発生する損失事象の確率の推定値、たとえば、パケット損失の確率の推定値である。便宜上、「ブロック」という用語は、本明細書の所々において、概して、フレーム区分の関連レベル(たとえば、H.264のような特定の標準規格のブロックまたはサブブロック)を指すために使用され得る。
Darrival=Ds+Dep_ref (6)
Dlossは隠蔽に起因する損失を含む。対象ブロックが受信されない場合、復号器は、以前に復号されたブロックの凍結、または1つまたは複数の復号に成功したブロックからの(現在のフレームおよび/または前のフレームのいずれかからの)補間もしくは外挿を含み得る隠蔽アルゴリズムを適用することになる。それゆえ、Dlossはこの隠蔽プロセスに起因する歪みと識別することができる。
Dloss=Dec (7)
そのため、式(5)を調べると、項Dsは、損失がまったくない場合に受けることになる歪みの推定値を表し、項Decは、対象ブロックが喪失した場合に受けることになる歪みの推定値を表し、項Dep_refは、対象ブロックの受信に成功したがその履歴内の何かが喪失した場合(対象ブロックの基準ブロックが喪失した、または基準ブロックの基準ブロックが喪失した、などの場合)に受けることになる歪みの推定値を表す。
Dep=(1−p)Dep_arrival+pDloss (9)
エラー伝播マップDepは、最近に符号化されたフレームのマクロブロックmまたはより好ましくは各下位部分(ブロックまたはサブブロック)m(k)に対する歪み推定値を含む。したがって、これはより明示的に以下のように書かれ得る。
Dep(m(k))=(1−p)Dep_arrival(m(k))+pDloss(m(k)) (10)
式中、m(k)はマクロブロックmのk番目の下位部分(たとえば、サブブロック)を示し、pはパケット損失の確率を示す。
Dep=(1−p)Dep_ref+pDec (14)
または、
Dep(m(k))=(1−p)Dep_ref(m(k))+pDec(m(k)) (15)
モード最適化問題を考慮すると、以下のようにも書かれ得る。
Dep(m(k),n+1)=(1−p)Dep_ref(m(k),n,oopt)+pDec(m(k),n,oopt) (16)
式中、nはフレーム数であり、すなわち、Dep(n+1)は、既存の決定ooptおよび先行する時刻nにおけるフレームに関する歪みDep(n)マップを所与として、時刻n+1におけるフレームに関してモード選択を行うために使用されることになるエラー伝播マップである。
Dep(m(k),n+1)=(1−p)Dep_ref(m(k),n,oopt)+p(Dec−rec(m(k),n,oopt)+Dec−ep(m(k),n)) (3)
式中、Dec−recは符号化器における再構築されたピクセルとエラー隠蔽されたピクセルとの間のSSDを示し、Dec−epは符号化器および復号器におけるエラー隠蔽されたピクセルの間の予測SSDを示す。
Claims (10)
- 損失を伴うチャネルを介して受信端末にある復号器に送信するための送信端末の符号化器においてビデオストリームを符号化する方法であって、前記方法は、
レート−歪み最適化プロセスであって、複数のフレームの各々の中の符号化されるべき複数の対象画像部分の各々について、前記対象画像部分に関する歪みの推定値および前記対象画像部分を符号化するのに必要とされるビットレートの量を含む関数を最適化することによって符号化モードセットのうちの好ましい符号化モードを選択することを含み、前記歪みの推定値はソースコード化歪み、および、前記チャネルにわたる起こり得る損失に起因して受けることになる歪みの推定値に基づく、レート−歪み最適化プロセスを実行するステップであって、前記フレームのうちの現在のフレームに対する前記レート−歪み最適化プロセスは、前記フレームのうちの先行するフレームに基づいて前記受信端末から受信されるフィードバックに従って実行される、ステップと、
前記選択された符号化モードを使用して前記対象画像部分を符号化して符号化ビデオストリームにするステップであって、前記選択された符号化モードは、イントラフレームモード、確認応答基準インター予測モード、又は非確認応答インターフレームモード、のうちの1つを有する、ステップと、
前記符号化ビデオストリームを前記チャネルを介して送信するステップと、
前記符号化器において前記復号器の符号化器側インスタンスを作動し、前記符号化器において、エラー伝播歪みマップを記憶する復号画像バッファを維持するステップであって、前記エラー伝播歪みマップは、前記復号画像バッファに記憶されている各々のフレームに関連付けられる、ステップと、
各々の個々の後の符号化モード選択で使用するために、前記フィードバックに基づき前記エラー伝播歪みマップを更新するステップであって、前記の更新はレート−歪み性能を改善する、ステップと、
を含む方法。 - 前記フィードバックは、前記先行するフレームの少なくとも一部分が受信されたという確認応答、および、前記先行するフレームの少なくとも一部分が受信されなかったという報告のうちの一方を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記符号化モードのセットは、確認応答された先行するフレームまたは前記先行するフレームの確認応答された部分内の対応する基準部分に対して前記対象画像部分を符号化する前記確認応答基準インター予測モードを含み、
前記確認応答基準インター予測モードは、前記基準部分が受信されたものとして確認応答され、それに対して前記基準部分が符号化されたあらゆるものも受信されたものとして確認応答されており、それによって、前記基準部分がエラー伝播を受けないと知ることができることを条件として、前記符号化モードの選択に使用するために利用可能である、請求項2に記載の方法。 - 前記復号画像バッファは、前記復号器の前記符号化器側インスタンスによって再構築された基準画像データの形態の短期および長期基準を更に記憶し、前記短期基準は連続したフレームによって自動的に上書きされ、一方で前記長期基準は明確な削除コマンドの条件に基づいて削除され、
前記確認応答基準インター予測モードは、前記受信端末において受信されたと確認応答されている前記復号画像バッファ内の前記長期基準のうちの対応するものに対して前記対象画像部分を符号化するか、または、前記受信端末において受信されたと確認応答されている前記復号画像バッファ内の対応する短期基準に対して前記対象画像部分を符号化するかのいずれかである、請求項3に記載の方法。 - 前記符号化モードのセットは少なくとも、前記イントラフレームモード、少なくとも1つの非確認応答インターフレーム符号化モード、および前記確認応答基準インター予測モード、ならびに、インター符号化基準部分からの対象画像部分のイントラ符号化を可能にする非制約イントラ符号化モードを含む、請求項4に記載の方法。
- 前記符号化モードのセットは、それぞれ前記復号画像バッファ内に記憶されている確認応答されていないフレームまたはフレームの一部分内の対応する長期基準および短期基準に対して前記対象画像部分を符号化する、非確認応答長期基準インター予測モードおよび非確認応答短期基準インター予測モードの少なくとも一方を含み、
前記フィードバックに従う前記レート−歪み最適化プロセスの実行は、推定損失確率、および、最後に確認応答された先行するフレームまたは先行するフレームの確認応答された部分からの時間に従って損失に起因する歪みの推定値を求めることを含む、請求項5に記載の方法。 - 前記フィードバックに従う前記レート−歪み最適化プロセスの実行は、前記フィードバックに従って、前記先行するフレームまたは前記先行するフレームの一部分に対する歪みの前記推定値を調整するステップと、前記調整された歪みの推定値を現在のフレームに関連して使用するために転送するステップとを含む、請求項1〜6のいずれかに記載の方法。
- 起こり得る損失に起因して受けることになる歪みの前記推定値は、前記対象画像部分が前記チャネルにわたって到着する場合に、前記対象画像部分の予測が依存する前記対象画像部分の履歴内の基準部分が到着しないことに起因して受けることになる歪みの推定値を表す第1の寄与、ならびに、前記対象画像部分が前記チャネルにわたって喪失した場合に前記対象画像部分の損失を隠蔽するのに使用されることになる画像部分に対する前記対象画像部分の隠蔽歪みの量を表す寄与、および、前記対象画像部分の隠蔽が依存する前記対象画像部分の履歴内の画像部分の損失に起因して受けることになる歪みの推定値を表す寄与を含む、隠蔽に起因して受けることになる歪みの推定値を表す第2の寄与に基づく、請求項1〜7のいずれかに記載の方法。
- 損失を伴うチャネルを介して受信端末にある復号器に送信するための送信端末においてビデオストリームを符号化するためのコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムはコンピュータ可読媒体上で具現化され、前記送信端末で実行されると、請求項1〜8のいずれかに記載の方法による動作を実行するように構成されているコードを備える、コンピュータプログラム。
- 損失を伴うチャネルを介して受信端末にある復号器に送信するためのビデオストリームを符号化するための送信端末であって、前記送信端末は、
レート−歪み最適化プロセスを実行するように構成されている符号化器であって、該レート−歪み最適化プロセスは、複数のフレームの各々の中の符号化されるべき複数の対象画像部分の各々について、前記対象画像部分に関する歪みの推定値および前記対象画像部分を符号化するのに必要とされるビットレートの量を含む関数を最適化することによって符号化モードセットのうちの好ましい符号化モードを選択するステップを含み、前記歪みの推定値はソースコード化歪み、および、前記チャネルにわたる起こり得る損失に起因して受けることになる歪みの推定値に基づき、前記フレームのうちの現在のフレームに対する前記レート−歪み最適化プロセスは、前記フレームのうちの先行するフレームに基づいて前記受信端末から受信されるフィードバックに従って実行され、前記符号化器は、前記選択された符号化モードを使用して前記対象画像部分を符号化して符号化ビデオストリームにするように構成され、前記選択された符号化モードは、イントラフレームモード、確認応答基準インター予測モード、又は非確認応答インターフレームモード、のうちの1つを有し、前記符号化器は、前記復号器の符号化器側インスタンスを作動し、エラー伝播歪みマップを記憶する復号画像バッファを維持するように構成され、前記エラー伝播歪みマップは、前記復号画像バッファに記憶されている各々のフレームに関連付けられ、前記符号化器は、各々の個々の後の符号化モード選択で使用するために、前記フィードバックに基づき前記エラー伝播歪みマップを更新するように構成され、前記の更新はレート−歪み性能を改善する、符号化器と、
前記符号化ビデオストリームを前記チャネルを介して送信するように構成されている送信機と、
を備える送信端末。
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