JPH08265161A - データエンコーダバッファの制御システムとその方法 - Google Patents

データエンコーダバッファの制御システムとその方法

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JPH08265161A JP7296009A JP29600995A JPH08265161A JP H08265161 A JPH08265161 A JP H08265161A JP 7296009 A JP7296009 A JP 7296009A JP 29600995 A JP29600995 A JP 29600995A JP H08265161 A JPH08265161 A JP H08265161A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧縮データを伝送するデータバッファを制御
するシステムと方法を提供する。 【解決手段】 本発明のデータエンコーダバッファの制
御システムは、入力データをビットストリーム内の第１
ビットシーケンス（ＢＳ）として符号化するエンコーダ
と、データエンコーダバッファ（ＤＥＢ）と、前記エン
コーダと共に動作し所定サイズ以下のサイズの第１ＢＳ
の状態を検出し、この第１ＢＳをビットストリーム内の
所定サイズの修正ＢＳに変換するプロセッサと、前記修
正ＢＳを復号化するデコーダとからなる。所定ビットを
第１ＢＳに挿入することにより修正ＢＳを生成する。エ
ンコーダは、実際のレートで入力データを符号化し、そ
してこのデータバファの最終容量は、所定のサイズと所
望の復号化レートとエンコーダバファの初期容量の関数
で決定される容量以下である。データバッファの全バッ
ファ容量は、実際のレートと、所望の復号化レートとの
関数で決まる量以下せる。実施例では、データバッファ
容量は、デコーダバッファの容量の２分の１以下であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、データバッファに
関し、特に圧縮データを伝送するためにデータバッファ
を制御する方法とシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】サーバーアプリケーションにおいては、
入力データを伝送用のビットストリームに挿入可能なビ
ットシーケンスに変換することが望ましい。例えば、モ
ーションピクチャーイクスパートグループスタンダード
「Motion Picture Experts Group Standard (MPEG)」に
おいては、入力ビデオデータは、ＭＰＥＧ標準仕様に規
定された圧縮ビットストリームとして符号化される。こ
のＭＰＥＧ標準仕様は、「MPEG TEST MODEL 4, "Coded
Representation of Picture and Audio Information",
ISO-IEC/JTC1/SC29/EG11, CCITT SG XV, Working Party
XV/1, DocumentAVC-445b, February 1993.」に記載さ
れている。この圧縮入力データをビデオクリップ（ビデ
オフレームのシーケンス）のようなクリップを表す短く
独立して復号化可能なビットシーケンスに記録すること
が望ましい。そして、このようなクリップを符号化し任
意の順序で伝送できるよう記憶しておくことが望まし
い。
【０００３】この一連のビットシーケンスを復号化する
ことにより、あるアクセスポイントで継ぎ目のないスイ
ッチング（シームレススイッチング）を異なるビットス
トリーム間で実行できることになる。このようなスイッ
チングは、あるスイッチングポイントでギャップ（すな
わちデータの損失）なしに実行でき、そして更にスイッ
チングを実行した後、更にある時点でバッファのアンダ
フローあるいはオーバーフローなくスイッチングできる
ことが望ましい。このような特徴は、広告クリップをＭ
ＰＥＧビットストリーム内に挿入したり、同一のビット
ストリーム内であるアクセスポイントから他のアクセス
ポイントにジャンプしたり、あるいは特定のクリップを
ルーピングする場合に適応できるものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の目
的は、データエンコーダバッファの制御システムとその
方法を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のデータバッファ
を制御するシステムと方法は、請求項１に記載されたシ
ステムで実現できる。本発明のプロセッサは、少なくと
も１つの所定ビット（例えば、論理０ビット）を第１ビ
ットシーケンスに挿入することにより、第２ビットシー
ケンスを生成する。更にエンコーダとデコーダは、それ
ぞれＭＰＥＧ標準により入力データを符号化し、そして
復号化する手段を有する。そしてデコーダバッファは、
所定の固定容量を有する。
【０００６】次に、本発明のデータバッファを制御する
方法は、請求項１２に記載したステップにより実現され
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１の本発明のデータバッファ制
御システム１０においては、入力ビデオデータのような
入力データがエンコーダ１２に入力され、このエンコー
ダ１２は入力データを圧縮データビットストリームに符
号化する。ポストプロセッサ１４は、その中にビットシ
ーケンスを挿入するためにビットストリームを処理す
る。そしてこの修正されたビットストリームは、その後
伝送チャネル１６を介して、デコーダ２０に関連したデ
コーダバッファ１８で受信できるよう送信される。この
デコーダ２０は、この修正ビットストリームを復号化し
てビデオデータを抽出する。
【０００８】次に図２に示されるように、このエンコー
ダ１２は、ビデオ入力データ内のフィルムフレームと場
面の変化を検知するプリプロセッサ２２と、レートコン
トローラ２４と、エンコーダモジュール２６と、予測モ
ジュール２８と、知覚モデルモジュール３２と、動作評
価モジュール３４と、デコーダモジュール３６とを有す
る。このエンコーダ１２を構成する構成要素の実現方法
は、米国特許第５，１４４，４２３号、第５，２３１，
４８４号、第５，２４７，３６３号、第５，２９３，２
２９号、第５，３２５，１２５号に開示されている。こ
の実施例のエンコーダ１２とデコーダ２０を有する本発
明のデータバファ制御システム１０は、ＭＰＥＧ標準に
基づいて実現される。
【０００９】本発明のデータバッファ制御システム１０
と、データバッファ制御方法においては、プリプロセッ
サ２２は、入力ビデオデータを受信し、フィルムソース
に対応したビデオデータから冗長フィールドを取り除
く。レートコントローラ２４はプリプロセッサ２２から
データ信号（例えばフラグ）を受信し、符号化を実行す
るために、エンコーダ１２の動作を制御する。このレー
トコントローラ２４は、またビデオバッファ認証遅延
（ＶＢＶ＿ＤＬＹ）信号のような制御信号を用いて動作
バンド幅内の符号化ビットレートを維持するために、エ
ンコーダ１２と外部システムとの通信を制御する。エン
コーダモジュール２６は、プリプロセッサ２２から処理
済のビデオデータを受信し、また同時に前処理されたビ
デオデータを符号化するために予測モジュール２８から
の予測値も受信する。フォーマッタ３０は、様々なデー
タフィールドとビデオフレームのピクセルのブロックと
を結合して出力チャネルを介して出力するために符号化
出力信号を生成する。
【００１０】知覚モデルモジュール３２は、符号化プロ
セスのために符号化パラメータを計算し、レートコント
ローラ２４は、モーションファクタを生成するためにピ
クセルの現在のブロック内のビデオデータと前のイメー
ジデータとの間のブロックマッチングを実行する。デコ
ーダモジュール３６は、復号化イメージを生成するため
に符号化プロセスからの再構成された予測エラーを生成
する。
【００１１】図３において、ポストプロセッサ１４は、
エンコーダ１２からの入力ビットストリームとＶＢＶ＿
ＤＬＹ信号を受信し記憶するためのメモリを有するエン
コーダバッファ３８を有する。プロセッサ４０は、ビッ
トストリームを処理して、ビットシーケンスをビットス
トリームに挿入し、ビットストリームの修正を反映する
ためにＶＢＶ＿ＤＬＹ信号をリバイズする。この実施例
において、ポストプロセッサ１４は、Sun Microsystems
社から市販されているＳＰＡＲＣワークステーションで
ある。そしてポストプロセッサ１４は、約１０メガバイ
トのラムメモリとディスプレーとキーボードと他の入出
力装置とハードドライブ記憶装置とを有し、そしてエン
コーダバッファ３８は、来入ビットストリームを捕獲し
記憶する従来公知の手段を有する。
【００１２】デコーダバッファ１８とデコーダ２０は、
公知の方法で実現できる。特にここに開示したＭＰＥＧ
システムにおいては、デコーダ２０は、ＭＰＥＧ標準仕
様に規定されたＭＰＥＧ符号化を実行する。
【００１３】等しいサイズのクリップの生成 ＭＰＥＧ符号化は、１フレーム当たり様々な数のビット
を生成する。クリップは、関連ビットを有する少なくと
も１つのフレームであり、フレーム時間当たりのエンコ
ーダ１２（サーバ装置内に含まれる）からデコーダ２０
に伝送されるビットの数は一定である。この不連続性
は、エンコーダ１２と伝送チャネル１６との間、あるい
は送信機と記憶装置との間のポストプロセッサ１４内に
エラスチックなエンコーダバッファ３８を含めることに
より補償される。一連のフレームに対し生成されるビッ
トの実際の数と多くの平均フレーム内のビットの数との
差は、エンコーダバッファ３８の大きさ（容量）により
制限される。
【００１４】この実施例においては、サイズＴの固定長
クリップを生成する方法は、所望の復号化レートＲd 以
下のある実際のレートＲa でビデオクリップを符号化
し、スタッフィングすなわちパッディングをその後追加
し、言い替えると、論理０ビットのような所定の無関係
のビットを追加し、クリップを所望のレートまで引き上
げることである。
【００１５】図４に示すように模範的なビットストリー
ム４２は、パッディングする前にＭＰＥＧ標準により、
それぞれＦとＳで示されるエンコーダ１２からの第１ビ
ットシーケンス４４と第２ビットシーケンス４６とを有
する。ポストプロセッサ１４は、パッディングビットＸ
の第１シーケンス４８とパッディングビットＹの第２シ
ーケンス５０をビットシーケンス４４，４６にそれぞれ
挿入し、第１修正ビットシーケンス５２と第２修正ビッ
トシーケンス５４とを生成する（図５）。そしてこの修
正ビットシーケンス５２，５４は、等しい所定のサイズ
を有することになる。前述したようにパッディングビッ
ト４８，５０は、論理０ビットでもよい。このパッディ
ングビット４８，５０は、それぞれビットシーケンス４
４，４６内に分散している。
【００１６】レートＲa でクリップの長さＴに亘って生
成されるビットの実際の数は、レートＲd で生成される
ビットの平均の数以下であり、その結果このクリップ
は、所望の復号化レートまで詰め込まれている。最初の
バッファ占有度をＢi とし、最後のバッファ占有度をＢ
f とすると次式となる。
【００１７】
【数１】
【００１８】すなわち
【００１９】
【数２】
【００２０】ΔＲ＝Ｒd −Ｒa とすると、最悪の状況で
はＢf −Ｂi ＝Ｂe となり全体のエンコーダバッファの
容量は、次式で表される。
【００２１】
【数３】
【００２２】数３は、所望の復号化レートを達成するた
めにクリップあるいは他のデータシーケンスを詰め込む
ために、エンコーダバッファの容量は、クリップ長と実
際のレートと所望のレートの差との積以下であることが
必要であることを示している。これは、エンコーダバッ
ファ３８の全容量は、Ｂf −Ｂi をＢe で置き換えるこ
とにより最悪の場合に対して決定される。等しいサイズ
のクリップは、数３の条件を第１条件として満足するこ
とにより生成される。
【００２３】デコーダ２０による復号化を行うために、
このような等しい大きさのクリップをその末尾同士を突
き合わせて配置したようなビットストリームを形成する
ためには、更に別の条件がこのようなクリップを生成す
るのに必要となる。クリップを所定サイズまで充填する
ために一定のレートでクリップにスタッフィングが行わ
れると、この充填されたクリップの復号化は、デコーダ
２０内でバッファのアンダフローを引き起こす。このデ
コーダ２０のアンダフローは、エンコーダバッファキャ
パシティＢe とスタッフィングの最大量ＴΔＲの和をデ
コーダバッファ１８の容量Ｂd 以下にセットすることに
より阻止される。この阻止の方法を次式で示す。
【００２４】
【数４】
【００２５】則ち
【００２６】
【数５】
【００２７】かくして数５は、デコーダ２０内のアンダ
フローを阻止するための第２条件である。
【００２８】ここで数３と数５を組み合わせることによ
り次式が得られる。
【００２９】
【数６】
【００３０】これを変形すると、
【００３１】
【数７】
【００３２】ただし、バッファ容量は正数であるので数
７が得られる。
【００３３】数７の外側の項から次式が得られる。
【００３４】
【数８】
【００３５】デコーダバッファ１８の容量Ｂd は、ＭＰ
ＥＧ標準によれば一定である。エンコーダバッファ３８
は、第３条件として可能な限り大きい方がよいために数
８から次式が得られる。
【００３６】
【数９】
【００３７】そして数７と数９から次式が得られる。
【００３８】
【数１０】
【００３９】数１０は、クリップの長さすなわち持続時
間であるＴと実際の符号化レートとクリップが復号化さ
れるレートとの差ΔＲとの関係を与えることになる。
【００４０】例えば、１．７５Ｍｂｉｔの容量を有する
デコーダでは、その長さとレートの値を表１に示す。
【００４１】
【表１】
【００４２】例えば、３Ｍｂｉｔ／秒の所望の復号化ビ
ットレートでは、Ｔ＝１０秒の値であると有効ビットレ
ートは、３％減少するが、このインパクトは余り大きく
はないが、Ｔ＝２秒の値の場合には、有効ビットレート
は、１５％も減少することになる。
【００４３】エンコーダ１２のようなＭＰＥＧエンコー
ダの動作に比較的小さな制限を課すだけで、エンコーダ
１２の出力は、ポストプロセッサ１４により等しいサイ
ズの１連のクリップにフォーマット化できる。表１に示
すようにクリップのサイズと有効ビットレートすなわち
符号化ビットストリームの有効品質との間には、トレー
ドオフの関係が存在する。
【００４４】図６において、本発明のデータバッファ制
御システムの動作方法を示す。ステップ５６でデータバ
ッファの制御を開始する。そして、入力ビデオデータを
受信し（ステップ５８）、そしてこの入力ビデオデータ
をエンコーダ１２を用いて符号化してビットシーケンス
を生成する（ステップ６０）、このビットストリーム内
のビットシーケンスを伝送し（ステップ６２）、例えば
ビットシーケンスに関連したＶＢＶ＿ＤＬＹ信号のよう
な制御信号を生成する（ステップ６４）。
【００４５】ポストプロセッサ１４は、ステップ６６で
所定サイズ以下のサイズを有するビットシーケンスの状
態を検知し、所定サイズ以下のサイズを有するビットシ
ーケンスを所定サイズのビットストリーム内の修正ビッ
トシーケンスに変換する（ステップ６８）、そしてこの
制御信号を修正する（ステップ７０）。デコーダバッフ
ァ１８がビットストリームを受信し（ステップ７２）、
そしてデコーダ２０がこの修正ビットシーケンスを復号
化する（ステップ７４）。
【００４６】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、所定
長以下のビットシーケンスを所定長のビットシーケンス
に変換することにより、効率良く伝送し、復号化でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のデータバッファ制御システムを表すブ
ロック図
【図２】本発明のビデオエンコーダを表すブロック図
【図３】ポストプロセッサを表すブロック図
【図４】ビットストリームを表す図
【図５】本発明のビデオエンコーダ制御システムにより
変更された図４のビットストリームを表す図
【図６】本発明のビデオエンコーダ制御システムの動作
を表すフローチャート図
【符号の説明】
１０ 本発明のデータバッファ制御システム １２ エンコーダ １４ ポストプロセッサ １６ 伝送チャネル １８ デコーダバッファ ２０ デコーダ ２２ プリプロセッサ ２４ レートコントローラ ２６ エンコーダモジュール ２８ 予測モジュール ３０ フォーマッタ ３２ 知覚モデルモジュール ３４ 動作評価モジュール ３６ デコーダモジュール ３８ エンコーダバッファ ４０ プロセッサ ５６ データバッファの制御を開始する ５８ 入力ビデオデータを受信する ６０ 入力ビデオデータをエンコーダを用いて符号化し
てビットシーケンスを生成する ６２ ビットシーケンスをビットストリームに挿入する ６４ ビットシーケンスの制御信号を生成する ６６ 所定長さ以下の長さのビットシーケンスの状態を
検知する ６８ 所定長以下の長さのビットシーケンスを所定長の
ビットストリーム内の修正ビットシーケンスに変換する ７０ 制御信号を修正する ７２ ビットストリームを受信する ７４ 修正されたビットシーケンスを復号化する ４２ 模範的なビットストリーム ４４ 第１ビットシーケンス ４６ 第２ビットシーケンス ４８，５０ パッディングビット ５２，５４ 修正ビットシーケン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラジェッシュ ヒンゴラニ アメリカ合衆国，08550 ニュージャージ ー，プリンストン ジャンクション，イン ディアン ラン ロード 26 (72)発明者 デヴィッド トーマス アメリカ合衆国，07901 ニュージャージ ー，サミット，ラッセル プレイス 16 エー

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 データエンコーダバッファ（３８）の制
    御システムにおいて、 （Ａ）入力データをビットストリーム内の第１ビットシ
    ーケンスとして符号化するエンコーダ（１２）と、 （Ｂ）前記データエンコーダバッファ（３８）を有し、
    前記エンコーダ（１２）と共に動作し所定サイズ以下の
    サイズを有する第１ビットシーケンスの状態を検出し、
    この第１ビットシーケンスをビットストリーム内の所定
    サイズの修正ビットシーケンスに変換するプロセッサ
    （１４）と、 （Ｃ）前記修正ビットシーケンスを復号化するデコーダ
    （２０）とからなることを特徴とするデータエンコーダ
    バッファの制御システム。
  2. 【請求項２】 前記データエンコーダバッファ（３８）
    の容量は、前記デコーダ（２０）のデコーダバッファ
    （１８）の容量の２分の１以下であることを特徴とする
    請求項１のシステム。
  3. 【請求項３】 前記エンコーダ（１２）とデコーダ（２
    ０）とは、ＭＰＥＧ標準に基づいて入力データを符号化
    する手段と、復号化する手段を有し、前記デコーダバッ
    ファ（１８）は、所定の固定容量を有することを特徴と
    する請求項１のシステム。
  4. 【請求項４】 前記プロセッサは、少なくとも１つの所
    定ビットを前記第１ビットシーケンスに挿入することに
    より修正ビットシーケンスを生成することを特徴とする
    請求項１のシステム。
  5. 【請求項５】 前記所定ビットは、論理０ビットである
    ことを特徴とする請求項４のシステム。
  6. 【請求項６】 前記エンコーダ（１２）は、実際のレー
    トＲa で入力データを符号化し、そしてこの実際のレー
    トＲa とデータエンコーダバッファ（３８）の最終容量
    Ｂf は、 Ｔ* （Ｒd −Ｒa ）＋Ｂi 以下で、 ここでＴは、所定長であり、Ｒd は所望の復号化レート
    で、Ｂi は、データエンコーダバッファ（３８）の初期
    容量であることを特徴とする請求項１のシステム。
  7. 【請求項７】 前記エンコーダ（１２）は、 Ｔ* （Ｒd −Ｒa ）≦Ｂd −Ｂe のような関係を有する実際のレートＲa で入力データを
    符号化し、ここでＢd はデコーダバッファの容量で、Ｂ
    e はデータエンコダバッファ（３８）の容量であること
    を特徴とする請求項６のシステム。
  8. 【請求項８】 前記データエンコーダバッファ（３８）
    は、 Ｂe ≦Ｔ* （Ｒd −Ｒa ） の関係を有する全バッファ容量Ｂe を有し、ここでＴ
    は、所定長、Ｒd は、所望の復号化レートであることを
    特徴とする請求項６のシステム。
  9. 【請求項９】 エンコーダバッファ（３８）を制御する
    ビデオ圧縮システムにおいて、 （Ａ）入力ビデオデータをビットストリーム内の少なく
    とも第１ビットシーケンス内の圧縮データとして符号化
    するエンコーダ（１２）と、 （Ｂ）エンコーダバッファ（３８）を有し、エンコーダ
    と共に動作し、所定サイズ以下のサイズを有する第１ビ
    ットシーケンスの状態を検出し、この第１ビットシーケ
    ンスをビットストリーム内の所定長の第１修正ビットシ
    ーケンスに変換するポストプロセッサ（１４）と、 （Ｃ）前記第１修正ビットシーケンスを有するビットス
    トリームを受信し、前記ポストプロセッサ（１４）と伝
    送チャネル（１６）を介して動作するデコーダバッファ
    （１８）と、 （Ｄ）前記第１修正ビットシーケンスを復号化するデコ
    ーダ（２０）とからなることを特徴とするエンコーダバ
    ッファを制御するビデオ圧縮システム。
  10. 【請求項１０】 前記エンコーダとデコーダは、それぞ
    れＭＰＥＧ標準にしたがって動作するＭＰＥＧエンコー
    ダとＭＰＥＧデコーダであることを特徴とする請求項９
    のシステム。
  11. 【請求項１１】 前記エンコーダ（１２）は、前記第１
    ビットシーケンスに対応するＶＢＶ＿ＤＬＹ信号を生成
    し、 前記ポストプロセッサ（１４）は、前記第１ビットシー
    ケンスの第１修正ビットシーケンスの変換に応じて、前
    記第１修正ビットシーケンスに対応するＶＢＶ＿ＤＬＹ
    信号を更新することを特徴とする請求項１０のシステ
    ム。
  12. 【請求項１２】 データバッファを制御する方法におい
    て、 （Ａ）入力データを受信するステップと、 （Ｂ）ビットストリーム内の第１ビットシーケンスを生
    成するために、前記データバッファを有するエンコーダ
    を用いて入力データを符号化するステップと、 （Ｃ）所定サイズ以下のサイズを有する前記第１ビット
    シーケンスの状態を検出するステップと、 （Ｄ）前記所定サイズ以下のサイズを有する前記第１ビ
    ットシーケンスをビットストリーム内の所定サイズの第
    １修正ビットシーケンスに変換するステップと、 （Ｅ）前記ビットストリームを受信するステップと、 （Ｆ）前記第１修正ビットシーケンスを復号化するステ
    ップとからなることを特徴とするデータバッファの制御
    方法。
  13. 【請求項１３】 前記（Ｂ）と（Ｆ）のステップは、Ｍ
    ＰＥＧ標準にしたがって入力データをそれぞれ符号化お
    よび復号化することを特徴とする請求項１２の方法。
  14. 【請求項１４】 前記（Ｂ）と（Ｆ）のステップは、そ
    れぞれＭＰＥＧエンコーダとＭＰＥＧデコーダとを用い
    てＭＰＥＧ標準に応じてそれぞれ入力ビデオデータを符
    号化し復号化することを特徴とする請求項１２の方法。
  15. 【請求項１５】 前記（Ｂ）のステップは、ビデオクリ
    ップを前記第１ビットシーケンスとして符号化すること
    を特徴とする請求項１４の方法。
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