DE69838639T2 - Prädiktives kodierungs- und dekodierungsverfahren für dynamische bilder - Google Patents

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    • H04N19/136—Incoming video signal characteristics or properties
    • H04N19/137—Motion inside a coding unit, e.g. average field, frame or block difference
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    • H04N21/25—Management operations performed by the server for facilitating the content distribution or administrating data related to end-users or client devices, e.g. end-user or client device authentication, learning user preferences for recommending movies
    • H04N21/254—Management at additional data server, e.g. shopping server, rights management server
    • H04N21/2543—Billing, e.g. for subscription services
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    • H04N21/418—External card to be used in combination with the client device, e.g. for conditional access
    • H04N21/4181—External card to be used in combination with the client device, e.g. for conditional access for conditional access
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    • H04N21/41—Structure of client; Structure of client peripherals
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    • H04N21/43—Processing of content or additional data, e.g. demultiplexing additional data from a digital video stream; Elementary client operations, e.g. monitoring of home network or synchronising decoder's clock; Client middleware
    • H04N21/433—Content storage operation, e.g. storage operation in response to a pause request, caching operations
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    • H04N21/40—Client devices specifically adapted for the reception of or interaction with content, e.g. set-top-box [STB]; Operations thereof
    • H04N21/45—Management operations performed by the client for facilitating the reception of or the interaction with the content or administrating data related to the end-user or to the client device itself, e.g. learning user preferences for recommending movies, resolving scheduling conflicts
    • H04N21/462—Content or additional data management, e.g. creating a master electronic program guide from data received from the Internet and a Head-end, controlling the complexity of a video stream by scaling the resolution or bit-rate based on the client capabilities
    • H04N21/4623—Processing of entitlement messages, e.g. ECM [Entitlement Control Message] or EMM [Entitlement Management Message]
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    • H04N21/47211—End-user interface for requesting content, additional data or services; End-user interface for interacting with content, e.g. for content reservation or setting reminders, for requesting event notification, for manipulating displayed content for requesting pay-per-view content
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Description

  • GEBIET DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zum Codieren und Decodieren von Signalen von Videodaten (das heißt, von Bewegtbildern).
  • STAND DER TECHNIK
  • In bestehenden Videodaten-Codierungsstandards, wie beispielsweise ITU-T H.261, H.263, ISO/IEC 11172-2 (MPEG-1) und ISO/IEC 13818-2 (MPEG-2), wird ein Verfahren zur Prädiktion von bewegungskompensierten Interframes zum Verringern von zeitlicher Redundanz in Bezug auf Videodaten angewendet. Auch in einem Beispielmodell, das auf dem ISO/IEC14496-2-(MPEG-4)Standard basiert, der derzeit geprüft wird, wird ein ähnliches Bewegungskompensierungsverfahren eingesetzt.
  • Im Allgemeinen wird bei bewegungskompensierten prädiktiven Codierungsverfahren (i) ein zu verschlüsselnder Frame (das heißt, der aktuelle Frame) in rechteckige Blöcke unterteilt, die als „Makroblöcke" bezeichnet werden und 16 Pixel × 16 Zeilen aufweisen, (ii) ein relativer Umfang der Bewegung (das heißt, ein Bewegungsvektor, der eine horizontale Komponente tx und eine vertikale Komponente ty der Verschiebung aufweist) in Bezug auf einen Referenz-Frame für jeden Makroblock erfasst, und (iii) eine Interframe-Differenz zwischen einem vorhergesagten Frame und dem aktuellen Frame verschlüsselt, wobei der vorhergesagte Frame auf eine solche Weise erhalten wird, dass der Block des Referenz-Frames, der dem betreffenden Makroblock des aktuellen Frames entspricht, um den Bewegungsvektor verschoben wird.
  • Im Besonderen werden vorhergesagte Bilddaten (in dem Referenz-Frame), die am meisten mit den Bilddaten in Punkt (x, y) des aktuellen Frames übereinstimmen, unter Verwendung von Koordinaten (x', y') und dem vorstehenden Bewegungsvektor (tx, ty) wie folgt dargestellt. x' = x + tx y' = y + ty
  • Das heißt, der Pixel-Wert an demselben Punkt (x, y) des Referenz-Frames wird nicht direkt verwendet, sondern es wird der Pixel-Wert an einem Punkt, der durch Verschieben des Punktes (x, y) um den Bewegungsvektor (tx, ty) erhalten wird, als der vorhergesagte Wert bestimmt, wodurch die Effizienz der Interframe-Prädiktion erheblich verbessert wird.
  • Demgegenüber wurde ein Verfahren zur umfassenden Bewegungskompensierung vorgeschlagen, bei dem Bewegungen des ganzen Bildes, die durch eine Kamerabewegung, wie beispielsweise Schwenken, Neigen oder Zoomen, verursacht werden, vorhergesagt werden (siehe H. Jozawa, et al., „Core Experiment an Global Motion Compensation (P1) Version 5.0", Description of Core Experiments an Efficient Coding in MPEG-4 Video, Seiten 1 bis 17, Dezember 1996). Im Folgenden werden die allgemeine Struktur und die Operationsabläufe der Verschlüsselungseinrichtung und der Entschlüsselungseinrichtung, die für die umfassende Bewegungskompensierung verwendet werden, in Bezug auf die 3 und 4 erläutert.
  • Zunächst werden der zu verschlüsselnde Frame (Daten) 1 (das heißt, der Eingabe-Frame 1) und der Referenz-Frame (Daten) 3 in die Einrichtung zum Schätzen einer umfassenden Bewegung 4 eingegeben, in der die umfassenden Bewegungsparameter 5, die sich auf den ganzen Frame beziehen, bestimmt werden. In diesem System können projektive Transformationen, bilineare Transformationen und affine Transformationen als ein Bewegungsmodell verwendet werden. Das durch Jozawa et al. offenbarte Verfahren kann auf ein beliebiges Bewegungsmodell angewendet werden, so dass der Typ von Bewegungsmodell nicht eingeschränkt ist; im Folgenden werden dennoch die allgemeinen Funktionen der repräsentativen Bewegungsmodelle, wie vorangehend beschrieben, erläutert.
  • Mit einem beliebigen Punkt (x, y) des aktuellen Frames und einem entsprechenden vorhergesagten Punkt (x', y') des Referenz-Frames wird die projektive Transformation durch die folgende Formel dargestellt. x' = (ax + by + tx)/(px + qy + s) y' = (cx + dy + ty)/(px + qy + s) (1)wobei a, b, c, d, p, q und s Konstanten sind. Die projektive Transformation ist eine grundlegende Form der zweidimensionalen Transformation, und im Allgemeinen wird der Fall s = 1 in der Formel (1) als die projektive Transformation bezeichnet. Wenn p = q = 0 und s = 1 ist, dann stellt die Formel die affine Transformation dar.
  • Die folgende Formel stellt die bilineare Transformation dar. x' = gxy + ax + by + tx y' = hxy + cx + dy + ty (2)wobei a, b, c, d, g und h Konstanten sind. Wenn in dieser Formel g = h = 0 ist, dann kann die affine Transformation ebenfalls als die folgende Formel (3) erhalten werden. x' = ax + by + tx y' = cx + dy + ty (3)
  • In den vorstehenden Formeln stellen tx und ty jeweils die Umfänge paralleler Verschiebungsbewegungen in der horizontalen und der vertikalen Richtung dar. Der Parameter „a" stellt eine Streckung/Stauchung oder einen Inversions-Effekt in der horizontalen Richtung dar, und der Parameter „d" stellt eine Streckung/Stauchung oder einen Inversions-Effekt in der vertikalen Richtung dar. Der Parameter „b" stellt eine Scherung in der horizontalen Richtung dar, und der Parameter „c" stellt eine Scherung in der vertikalen Richtung dar. Darüber hinaus stellt die Bedingung, dass a = cosθ, b = sinθ, c = –sinθ und d = cosθ ist, Drehung um den Winkel θ dar. Die Bedingung, dass a = d = 1 und b = c = 0 ist, repräsentiert ein Modell, das einem herkömmlichen Parallelbewegungs-Modell entspricht.
  • Wie dies vorangehend beschrieben ist, kann das Bewegungsmodell, das die affine Transformation nutzt, mehrere Bewegungen, wie beispielsweise parallele Verschiebung, Streckung/Stauchung, Inversion, Scherung und Drehung und beliebige zusammengesetzte Bewegungen repräsentieren, die aus einigen Typen der vorstehenden Be wegungen bestehen. Projektive oder bilineare Transformationen, die viel mehr Parameter aufweisen, können kompliziertere Bewegungen repräsentieren.
  • Die umfassenden Bewegungsparameter 5, die in der Einrichtung zum Schätzen einer umfassenden Bewegung 4 bestimmt werden, werden zusammen mit dem in dem Frame-Speicher 2 gespeicherten Referenz-Frame 3 in die umfassende Bewegungskompensierungs-Prädiktionseinrichtung 6 eingegeben. Die umfassende Bewegungskompensierungs-Prädiktionseinrichtung 6 veranlasst, dass der Bewegungsvektor (für jedes Pixel), der unter Verwendung der umfassenden Bewegungsparameter 5 berechnet wird, auf den Referenz-Frame 3 wirkt, um so einen umfassenden bewegungskompensierten vorhergesagten Frame (Daten) 7 zu erzeugen.
  • Demgegenüber wird der in dem Frame-Speicher 2 gespeicherte Referenz-Frame 3 zusammen mit dem Eingabe-Frame 1 in die Einrichtung zum Schätzen einer örtlichen Bewegung 8 eingegeben. In der Einrichtung zum Schätzen einer örtlichen Bewegung 8 wird der Bewegungsvektor 9 zwischen dem Eingabe-Frame 1 und dem Referenz-Frame 3 für jeden Makroblock von 16 Pixeln × 16 Zeilen erfasst. In der örtlichen Bewegungskompensierungs-Prädiktionseinrichtung 10 wird ein örtlicher bewegungskompensierter vorhergesagter Frame (Daten) 11 unter Verwendung des Bewegungsvektors 9 jedes Makroblocks und des Referenz-Frames 3 erzeugt. Die vorstehende Operation entspricht dem herkömmlichen Bewegungskompensierungsverfahren, das bei MPEG oder dergleichen verwendet wird.
  • Anschließend wählt die Vorhersagemodus-Bestimmungseinrichtung 12 einen von dem umfassenden bewegungskompensierten vorhergesagten Frame 7 oder von dem örtlichen bewegungskompensierten vorhergesagten Frame 11 für jeden Makroblock aus, wobei der ausgewählte einen kleineren Fehler in Bezug auf den Eingabe-Frame 1 aufweist. Der vorhergesagte Frame 13, der durch die Vorhersagemodus-Bestimmungseinrichtung 12 ausgewählt wurde, wird in die Subtrahiereinrichtung 14 eingegeben, und ein Differenz-Frame 15 zwischen dem Eingabe-Frame 1 und dem vorhergesagten Frame 13 wird in der DCT-(diskrete Cosinus-Transformation)Einrichtung 16 zu DCT-Koeffizienten 17 umgewandelt. Jeder durch die DCT-Einrichtung 16 erhaltene DCT-Koeffizient 17 wird in der Quantisierungseinrichtung 18 weiter zu einem quantisierten Index 19 umgewandelt. Der quantisierte Index 19, die umfassenden Be wegungsparameter 5, der Bewegungsvektor 9 und Vorhersagemodus-Informationen 26, die den bestimmten von der Vorhersagemodus-Bestimmungseinrichtung 12 ausgegebenen Vorhersagemodus anzeigen, werden jeweils in den Verschlüsselungseinrichtungen 101 bis 104 verschlüsselt und anschließend in der Multiplexiereinrichtung 27' multiplexiert, um einen Verschlüsselungseinrichtungs-Ausgang (das heißt, eine verschlüsselte Bitfolge) 28' zu erzeugen.
  • Um zu veranlassen, dass die Referenz-Frames sowohl in der Verschlüsselungseinrichtung als auch in der Entschlüsselungseinrichtung miteinander übereinstimmen, wird durch die Einrichtung für inverse Quantisierung 20 der quantisierungsrepräsentative Wert 21 aus dem quantisierten Index 19 wiederhergestellt und anschließend durch die Einrichtung für inverse OCT 22 invers zu dem Differenz-Frame 23 umgewandelt. Der Differenz-Frame 23 und der vorhergesagte Frame 13 werden in der Addiereinrichtung 24 aufaddiert, so dass der örtliche entschlüsselte Frame 25 erhalten wird. Dieser örtliche entschlüsselte Frame 25 wird in dem Frame-Speicher 2 gespeichert und als ein Referenz-Frame verwendet, wenn der nächste Frame verschlüsselt wird.
  • In der Entschlüsselungseinrichtung (siehe 4) wird die verschlüsselte Bitfolge 28', die empfangen wurde, unter Verwendung der Demultiplexiereinrichtung 29' in vier verschlüsselte Komponenten getrennt, das heißt, in quantisierten Index 19, Vorhersagemodus-Informationen 26, Bewegungsvektor 9 und umfassende Bewegungsparameter 5. Diese vier Komponenten werden jeweils durch die Entschlüsselungseinrichtungen 201 bis 204 entschlüsselt. Der Referenz-Frame 3 (der dem in 3 dargestellten Referenz-Frame 3 entspricht), der in dem Frame-Speicher 33 gespeichert ist, wird zusammen mit den entschlüsselten umfassenden Bewegungsparametern 5 in die umfassende Bewegungskompensierungs-Prädiktionseinrichtung 34 eingegeben. Die umfassende Bewegungskompensierungs-Prädiktionseinrichtung 34 veranlasst, dass die umfassenden Bewegungsparameter 5 auf den Referenz-Frame 3 wirken, um so den umfassenden bewegungskompensierten vorhergesagten Frame 7 zu erzeugen, welcher derselbe ist wie der Frame 7 in 3. Der Referenz-Frame 3 wird ebenfalls in die örtliche Bewegungskompensierungs-Prädiktionseinrichtung 35 eingegeben. In der örtlichen Bewegungskompensierungs-Prädiktionseinrichtung 35 wirkt der Bewegungsvektor 9 auf den Referenz-Frame 3, um so den örtlichen bewegungskompensierten vorhergesagten Frame 11 zu erzeugen, der ebenfalls derselbe ist wie der Frame 11 in 3.
  • In dem folgenden Schritt werden der umfassende und der örtliche bewegungskompensierte vorhergesagte Frame 7 und 11 in die Vorhersagemodus-Bestimmungseinrichtung 36 eingegeben. In der Vorhersagemodus-Bestimmungseinrichtung 36 wird einer von dem umfassenden bewegungskompensierten vorhergesagten Frame 7 und von dem örtlichen bewegungskompensierten vorhergesagten 11 auf Basis der entschlüsselten Vorhersagemodus-Informationen 26 ausgewählt. Der ausgewählte Frame wird als vorhergesagter Frame 13 bestimmt.
  • Durch die Einrichtung für inverse Quantisierung 30 wird der quantisierungsrepräsentative Wert 21 aus dem quantisierten Index 19 wiederhergestellt und anschließend durch die Einrichtung für inverse DCT 31 invers zu dem Differenz-Frame 23 umgewandelt. Der Differenz-Frame 13 und der vorhergesagte Frame 23 werden in der Addiereinrichtung 32 aufaddiert, so dass der örtliche entschlüsselte Frame 25 erhalten wird. Dieser örtliche entschlüsselte Frame 25 wird in dem Frame-Speicher 33 gespeichert und als ein Referenz-Frame verwendet, wenn der nächste Frame entschlüsselt wird.
  • Bei dem umfassenden Bewegungskompensierungs-Prädiktionsverfahren in der vorstehend erläuterten herkömmlichen Technik wird eines der vorhergesagten Bilder, welches den kleineren Prädiktionsfehler aufweist, die durch die umfassenden und örtlichen Kompensierungsverfahren erhalten werden, für jeden Makroblock ausgewählt, um die Vorhersageeffizienz hinsichtlich des ganzen Frames zu verbessern. Zur Implementierung eines solchen Systems ist es erforderlich, ein Codewort in die verschlüsselte Datenfolge einzufügen, das anzeigt, welches Prädiktionsverfahren (von der umfassenden Bewegungskompensierung und von der örtlichen Bewegungskompensierung) verwendet wurde. Dies ist daher der Fall, dass die Entschlüsselungseinrichtung darüber informiert werden muss, welches Bewegungskompensierungsverfahren für die Vorhersage jedes Makroblocks verwendet wurde. Dementsprechend sieht in einem Vorschlag (von den Erfindern der vorliegenden Erfindung) für den MPEG-4, der derzeit hinsichtlich der Standardisierung geprüft wird, die verschlüsselte Datenstruktur (das heißt, Syntax) des Makroblocks wie die in der folgenden Liste 1 dargestellte aus. In Liste 1 wird die verschlüsselte Datenfolge unter Verwendung von Pseudo-C-Codes be schrieben, und des Weiteren werden die Operationen der Verschlüsselungseinrichtung und der Entschlüsselungseinrichtung beschrieben. 5 ist ein Modelldiagramm, das die Datenstruktur (das heißt, Bitstromstruktur) zeigt, die durch Liste 1 dargestellt wird, wobei Daten nacheinander unter Verwendung von Codewörtern D1 bis D8, des Bewegungsvektors und von DCT-Koeffizienteninformationen (die dem quantisierten Index entsprechen) erstellt werden.
  • Liste 1
    Figure 00080001
  • In MPEG-4 wird ein herkömmlicher Frame als VOP (Video Object Plane) bezeichnet. VOP umfasst, wie dies in der folgenden Liste 2 dargestellt ist, vier Typen. Liste 2
    VOP-Typ Prädiktionsverfahren
    I Intraframe-Codierung
    P (prädiktive) Interframe-Codierung
    B Bidirektionale Interframe-Codierung
    SPRITE Sprite-Codierung (die den Hintergrund der gesamten Folge oder die umfassende Bewegungskompensierung nutzt)
  • Die I-, P- und B-VOPs sind dieselben wie die I-, P- und B-Bilder, die in dem MPEG-1 oder dem MPEG-2 definiert sind. Der SPRITE-VOP ist ein neu eingeführtes Konzept in MPEG-4, bei dem die Prädiktion auf Basis des Hintergrundbildes über den ganzen Teil eines Videoclips in einer Videodatenfolge (wie beispielsweise eines Hintergrundbildes, das als „statisches Sprite" bezeichnet wird) oder auf Basis des „dynamischen Sprites", der durch örtliche Bewegungskompensierung erhalten wird, durchgeführt wird. In der in der Liste 1 dargestellten Syntax werden Beschreibungen in Bezug auf I-VOP oder B-VOP zur Vereinfachung der Erläuterungen weggelassen. Darüber hinaus kann in MPEG-4 ein Videoobjekt einer beliebigen Form verschlüsselt werden und folglich werden ebenso Informationen bezüglich der Form in der betreffenden Syntax beschrieben; derartige Form-Informationen werden jedoch ebenfalls zur Vereinfachung der Erläuterungen weggelassen.
  • In einer prädiktiven umfassenden Bewegungskompensierungs-Verschlüsselungseinrichtung, die für die Syntax von Liste 1 geeignet ist, wird, wenn der VOP-Typ SPRITE ist, ein 1-Bit-Codewort „MCSEL" (siehe Referenzsymbol D1 in 5) als die Vorhersagemodus-Information 26 ausgegeben. MCSEL ist ein Flag, das anzeigt, welche von der umfassenden Bewegungskompensierung und von der örtlichen Bewegungskompensierung zum Vorhersagen des aktuellen Makroblocks verwendet wurde. Wenn die umfassende Bewegungskompensierung verwendet wurde, dann ist MCSEL=1, und wenn die örtliche Bewegungskompensierung verwendet wurde, dann ist MCSEL=0.
  • Wenn der VOP-Typ P oder SPRITE ist, dann wird ein 1-Bit-Codewort „COD" (siehe Referenzsymbol D2) ausgegeben. COD ist ein Flag, das anzeigt, ob der aktuelle Makroblock unterdrückt wurde. Wenn kein Unterdrücken und Verschlüsseln durchgeführt wurde, dann ist COD=0, und wenn der Makroblock unterdrückt wurde, dann ist COD=1. Das Unterdrücken des Makroblocks findet statt, wenn der Typ des Makroblocks INTER ist, der Bewegungsvektor (0, 0) ist und sämtliche DCT-Koeffizientenwerte gleich Null sind. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, den Makroblock-Typ, die Bewegungsvektorinformationen und den DCT-Koeffizienten zu verschlüsseln; folglich ist eine hohe Kompression möglich. Wenn COD=0 ist, dann geht die Operation zu dem nächsten Schritt über, und wenn COD=1 ist, werden sämtliche der folgenden Schritte (in Bezug auf den aktuellen auf den aktuellen Makroblock) übersprungen und die für die Verarbeitung des nächsten Makroblocks erforderliche Operation wird begonnen.
  • In dem nächsten Schritt gibt die Verschlüsselungseinrichtung ein Codewort variabler Länge „MCBPC" (siehe Referenzsymbol D3) aus. MCBPC zeigt den Makroblock-Typ und das Nichtvorhandensein/Vorhandensein des DCT-Koeffizienten von jedem von zwei Blöcken an, die zum Übertragen von Farbdifferenzsignalen ausgewählt werden.
  • Der Makroblock weist die folgenden fünf Typen (oder Modi) auf, die in der folgenden Liste 3 gezeigt werden. Liste 3
    Makroblock-Typ Prädiktionsverfahren
    INTER Interframe-Prädiktion
    INTER+Q Interframe-Prädiktion (unter Verwendung von Quantisierungsschritt-Informationen)
    INTER4V Interframe-Prädiktion (unter Verwendung von vier Bewegungsvektoren)
    INTRA Intraframe-Prädiktion
    INTRA+Q Intraframe-Prädiktion (unter Verwendung von Quantisierungsschritt-Informationen)
  • Wenn der Makroblock-Typ zu dem Intraframe-Codierungsmodus gehört, das heißt, INTRA oder INTRA+Q ist, dann wird das Codewort „Acpred flag" (siehe Referenzsymbol D4) ausgegeben. „Acpred_flag" ist ein Flag, das angibt, ob die Vorhersage des Wechselstromkoeffizienten der DCT in Bezug auf den aktuellen Makroblock durchgeführt wurde. Wenn die Vorhersage des Wechselstromkoeffizienten durchgeführt wurde, dann ist Acpred_flag=1, und wenn keine Vorhersage des Wechselstromkoeffizienten durchgeführt wurde, dann ist Acpred_flag=0.
  • Die Verschlüsselungseinrichtung gibt anschließend das Codewort „CBPY" (siehe Referenzsymbol D5) aus. CBPY gibt an, ob die DCT-Koeffizienten in Bezug auf vier Blöcke zum Übertragen von Helligkeitssignalen bestimmt wurden. Wenn der Makro block-Typ INTER+Q oder INTRA+Q ist, dann werden Quantisierungsschritt-Informationen DQUANT (Codewort variabler Länge: D6) ausgegeben.
  • Als nächstes werden, wenn der Makroblock-Typ nicht zu dem Intraframe-Codierungsmodus gehört, das heißt, weder INTRA noch INTRA+Q ist, Bewegungsvektorinformationen (siehe Referenzsymbol D7) ausgegeben. In diesem Fall werden, wenn der VOP-Typ SPRITE ist, die Bewegungsvektorinformationen (D7) nur ausgegeben, wenn MCSEL=0 ist, das heißt, wenn die örtliche Bewegungskompensierung angewendet wurde, und folglich werden keine Bewegungsvektorinformationen ausgegeben, wenn die umfassende Bewegungskompensierung angewendet wird.
  • In dem letzten Schritt werden die DCT-Koeffizienteninformationen von jedem 8×8-Block, der in dem 16×16-Makroblock enthalten ist, als quantisierter Index 19 (siehe Referenzsymbol D8) ausgegeben.
  • In der vorstehend erläuterten Syntax wird, wenn der Makroblock-Typ zu dem Intraframe-Codierungsmodus (wie beispielsweise INTRA und INTRA+Q) gehört, MCSEL auch in diesem Fall ausgegeben. In dem Intraframe-Codierungsmodus werden weder die umfassende noch die örtliche Bewegungskompensierung durchgeführt, demzufolge ist eine Entscheidung bezüglich MCSEL unnütz. Aus diesem Grund tritt in diesem Fall das Problem auf, dass 1 Bit nicht erforderlicher Daten für jeden Makroblock hinzugefügt wird.
  • Darüber hinaus wird, wenn die umfassende Bewegungskompensierung (für einen zu verschlüsselnden Frame) wirksam ist, das Makroblock-Unterdrücken im Allgemeinen in dem umfassenden Bewegungskompensierungsmodus durchgeführt, und das Makroblock-Unterdrücken wird in seltenen Fällen in dem örtlichen Bewegungskompensationsmodus durchgeführt. Demzufolge ist auch im Fall des Makroblock-Unterdrückens MCSEL praktisch unnütz und auch hier tritt das Problem auf, dass 1 Bit nicht erforderlicher Daten für jeden Makroblock hinzugefügt wird.
  • Wenn die Übertragungsrate hoch ist, nehmen solche Overhead-Daten einen sehr geringen Anteil der gesamten Daten ein; folglich treten keine ernsten Probleme auf. Da sich das Internet jedoch sehr schnell weit verbreitet hat, ist das Übertragen von Video daten mit einer geringen Übertragungsrate unlängst erforderlich geworden. Beim Verschlüsseln von Videodaten mit einer geringen Übertragungsrate wird die Rate von Overhead-Daten gegenüber den gesamten Daten unvermeidlich erhöht. Aus diesem Grund hat sich ebenfalls die Notwendigkeit hinsichtlich des Verringerns solcher Overhead-Daten erhöht.
  • Genauer gesagt nimmt das Codewort MCSEL lediglich 1 Bit pro Makroblock ein. In einem CIF-(Common Interface Format)Bild von 352 Pixeln × 288 Zeilen nimmt MCSEL jedoch 396 Bits pro Frame ein, und in einem QCIF-(Quarter Common Interface Format)Bild von 176 Pixeln × 144 Zeilen nimmt MCSEL 99 Bits pro Frame ein. Die Menge an MCSEL wird ungeachtet der Verschlüsselungsrate festgelegt; demzufolge erhöht sich bei der langsamen Verschlüsselung die Menge an MCSEL, welche eine große Belastung für das System darstellen kann. Wenn beispielsweise QCIF-Bilder mit einer Übertragungsrate von 10 Frame/s mit 20 kbit/s verschlüsselt werden, dann nimmt MCSEL eine Datenmenge von 99 × 10 = 1 kbit/s ein, welche dann beinahe 5% der gesamten Datenrate einnimmt.
  • OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die vorstehend beschriebene Notwendigkeit zu Beginn festgestellt und versucht, die vorstehend erläuterten Probleme zu lösen. Das heißt, die vorliegende Erfindung betrifft ein prädiktives Codierungsverfahren von Videodaten (das heißt, von Bewegtbildern), das zwei Typen von Vorhersagemodi, den umfassenden und den örtlichen Bewegungskompensierungsmodus, verwendet, und es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein prädiktives Codierungsverfahren von Videodaten und ein entsprechendes Decodierungsverfahren bereitzustellen, mit dem möglichst viel von nicht erforderlichem MCSEL verringert und die Datenkompressionseffizienz verbessert wird.
  • Um die vorstehende Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein prädiktives Codierungsverfahren von Videodaten bereit, in dem einer von einem umfassenden Bewegungskompensierungsprozess zum Vorhersagen einer umfassenden Bewegung des ganzen Frames und von einem örtlichen Bewegungskompensierungsprozess zum Vor hersagen einer örtlichen Bewegung jedes Blocks in einem Frame selektiv ausgeführt wird, wobei
    wenn ein zu verarbeitender aktueller Block nicht unterdrückt wird,
    falls der aktuelle Block Intraframe-codiert ist, wird in eine verschlüsselte Datenfolge eines aktuellen Blocks ein Codewort zum Anzeigen des Vorhersagemodus eingefügt, wobei das Codewort angibt, welcher der umfassenden und örtlichen Bewegungskompensierungsprozesse zum Vorhersagen des aktuellen Blocks verwendet wurde, und das nach einem anderen Codewort eingefügte Codewort den Verschlüsselungsmodus des aktuellen Blocks angibt;
    anderenfalls wird das Codewort zum Anzeigen des Vorhersagemodus nicht in die Datenfolge eingefügt; und
    wenn der aktuelle zu verarbeitende Block unterdrückt wird, wird immer der umfassende Bewegungskompensierungsprozess ausgewählt und in dem unterdrückten Block wird das Codewort zum Anzeigen des Vorhersagemodus nicht in die Datenfolge eingefügt.
  • In dem vorstehenden Verfahren ist es möglich, dass, wenn der aktuelle Block unterdrückt wird, immer der umfassende Bewegungskompensierungsprozess ausgewählt wird und in dem unterdrückten Block das Codewort zum Anzeigen des Vorhersagemodus weggelassen wird.
  • Die vorliegende Erfindung stellt des Weiteren ein Decodierungsverfahren zum Entschlüsseln einer Datenfolge bereit, die durch ein prädiktives Codierungsverfahren von Videodaten verschlüsselt wurde, in dem einer von einem umfassenden Bewegungskompensierungsprozess zum Vorhersagen einer umfassenden Bewegung des ganzen Frames und von einem örtlichen Bewegungskompensierungsprozess zum Vorhersagen einer örtlichen Bewegung jedes Blocks in einem Frame selektiv ausgeführt wird, und in dem, wenn ein aktueller Block unterdrückt wird, immer der umfassende Bewegungskompensierungsprozess gewählt wird, und in dem unterdrückten Block ein Codewort zum Anzeigen eines Vorhersagemodus nicht in die Datenfolge eingefügt wird, wobei falls ein aktueller Block Interframe-codiert wurde, das Codewort zum Anzeigen des Vorhersagemodus aus der Datenfolge gewonnen wird und ein Entschlüsselungsprozess gemäß dem angezeigten Vorhersagemodus ausgeführt wird; anderenfalls wird das Codewort zum Anzeigen des Vorhersagemodus nicht aus der Datenfolge gewonnen.
  • Wie dies vorangehend beschrieben wird, wird, wenn der Makroblock-Typ zu dem Intraframe-Codierungsmodus gehört, das heißt, der Typ INTRA oder INTRA+Q ist, weder das umfassende Bewegungskompensierungsverfahren noch das örtliche Bewegungskompensierungsverfahren verwendet; folglich ist ein Flag (MCSEL), das anzeigt, welches Verfahren verwendet wurde, nicht erforderlich. Bei den herkömmlichen Verfahren wird MCSEL jedoch vor das Codewort (MCBPC) positioniert, um den Makroblock-Typ anzuzeigen; aus diesem Grund kann die Entschlüsselungseinrichtung erst bestimmen, ob MCSEL erforderlich ist, wenn MCBPC in der Entscheidungseinrichtung gewonnen wird. In diesem Fall muss, ungeachtet dessen, ob der Makroblock-Typ der Intraframe-Codierungsmodus ist, MCSEL zu jedem Makroblock hinzugefügt werden.
  • Im Vergleich dazu wird entsprechend dem vorstehenden ersten Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung MCSEL nach MCBPC eingefügt; demzufolge kann, nachdem die Entschlüsselungseinrichtung den Makroblock-Typ ausliest, die Entschlüsselungseinrichtung bestimmen, ob MCSEL erscheint. Folglich ist es in dem Intraframe-Codierungsmodus nicht erforderlich, MCSEL hinzuzufügen, wodurch Overhead-Daten verringert werden.
  • Ebenso wird, wie vorangehend beschrieben, wenn die umfassende Bewegungskompensierung (für einen zu verschlüsselnden Frame) wirksam ist, das Makroblock-Unterdrücken im Allgemeinen in dem umfassenden Bewegungskompensierungsmodus durchgeführt, und das Makroblock-Unterdrücken wird selten in dem örtlichen Bewegungskompensierungsmodus durchgeführt. Folglich ist ebenso in dem Fall des Makroblock-Unterdrückens MCSEL praktisch unnütz.
  • In Übereinstimmung mit dem vorstehenden zweiten Verfahren kann das Makroblock-Unterdrücken begrenzt in der umfassenden Bewegungskompensierung durchgeführt werden, wobei MCSEL bei dem Makroblock-Unterdrücken weggelassen wird und nicht erforderliche Overhead-Daten weiter verringert werden.
  • Das heißt, in Übereinstimmung mit dem prädiktiven Codierungsverfahren und dem prädiktiven Decodierungsverfahren von Videodaten der vorliegenden Erfindung können nicht erforderliche MCSEL-Daten so viel wie möglich verringert werden, so dass Overhead-Daten verringert und die Datenkompressionseffizienz verbessert werden kann. Je geringer die Codierungsrate ist, desto deutlicher ist der Effekt der vorliegenden Erfindung.
  • Die vorliegende Erfindung stellt darüber hinaus ein Speichermedium bereit, das ein Programm speichert, welches einen Computer veranlasst, ein beliebiges vorstehend beschriebenes Verfahren auszuführen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der in einer Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Verschlüsselungseinrichtung darstellt.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Entschlüsselungseinrichtung zeigt, die zusammen mit der Verschlüsselungseinrichtung von 1 verwendet wird.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur eines herkömmlichen Beispiels der Verschlüsselungseinrichtung darstellt.
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Entschlüsselungseinrichtung zeigt, die zusammen mit der Verschlüsselungseinrichtung von 3 verwendet wird.
  • 5 ist ein Modelldiagramm, das die Datenstruktur (das heißt, die Bitstromstruktur) zeigt, die durch Liste 1 dargestellt wird.
  • 6 ist ein Modelldiagramm, das die Datenstruktur (das heißt, die Bitstromstruktur) zeigt, die durch Liste 4 dargestellt wird.
  • 7 ist ein Modelldiagramm, das die Datenstruktur (das heißt, die Bitstromstruktur) zeigt, die durch Liste 5 dargestellt wird.
  • 8 ist ein Ablaufplan (1), der dem gesamten Vorhersage-Verschlüsselungsprogramm von Videodaten entspricht.
  • 9 ist ein Ablaufplan (2), der dem gesamten Vorhersage-Verschlüsselungsprogramm von Videodaten entspricht.
  • 10 ist ein Ablaufplan (1), der ein herkömmliches Beispiel der Makroblockschicht-Multiplexieroperation darstellt.
  • 11 ist ein Ablaufplan (2), der ein herkömmliches Beispiel der Makroblockschicht-Multiplexieroperation darstellt.
  • 12 ist ein Ablaufplan (1), der ein Beispiel der Makroblockschicht-Multiplexieroperation in Übereinstimmung mit dem (ersten) Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 13 ist ein Ablaufplan (2), der ein Beispiel der Makroblockschicht-Multiplexieroperation in Übereinstimmung mit dem (ersten) Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 14 ist ein Ablaufplan (1), der ein Beispiel der Makroblockschicht-Multiplexieroperation in Übereinstimmung mit dem (zweiten) Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt. 15 ist ein Ablaufplan (2), der ein Beispiel der Makroblockschicht-Multiplexieroperation in Übereinstimmung mit dem (zweiten) Verfahren der vorliegenden Erfindung darstellt.
  • 16 ist ein Ablaufplan, der dem gesamten Vorhersage-Entschlüsselungsprogramm von Videodaten entspricht.
  • 17 ist ein Ablaufplan (1), der ein herkömmliches Beispiel der Makroblockschicht-Demultiplexier- und Decodieroperation zeigt.
  • 18 ist ein Ablaufplan (2), der ein herkömmliches Beispiel der Makroblockschicht-Demultiplexier- und Decodieroperation zeigt.
  • 19 ist ein Ablaufplan (1), der ein Beispiel der Demultiplexier- und Decodieroperation für eine Makroblockschicht darstellt, die unter Verwendung des vorstehenden ersten Verfahrens multiplexiert wurde.
  • 20 ist ein Ablaufplan (2), der ein Beispiel der Demultiplexier- und Decodieroperation für eine Makroblockschicht darstellt, die unter Verwendung des vorstehenden ersten Verfahrens multiplexiert wurde.
  • 21 ist ein Ablaufplan (1), der ein Beispiel der Demultiplexier- und Decodieroperation für eine Makroblockschicht darstellt, die unter Verwendung des vorstehenden zweiten Verfahrens multiplexiert wurde.
  • 22 ist ein Ablaufplan (2), der ein Beispiel der Demultiplexier- und Decodieroperation für eine Makroblockschicht darstellt, die unter Verwendung des vorstehenden zweiten Verfahrens multiplexiert wurde.
  • ARTEN UND WEISEN DES AUSFÜHRENS DER ERFINDUNG
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der in einer Ausführungsform in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung verwendeten Verschlüsselungseinrichtung darstellt. Im Vergleich zu 3, die eine herkömmliche Verschlüsselungseinrichtung darstellt, ist lediglich die Multiplexiereinrichtung 27 in dieser Verschlüsselungseinrichtung anders. Dies ist daher der Fall, da die grundlegenden Strukturelemente in der Verschlüsselungseinrichtung und der Entschlüsselungseinrichtung sowie die Operationsabläufe in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung dieselben wie diejenigen in dem herkömmlichen System sind. Jedoch unterscheidet sich die Struktur der verschlüsselten Datenfolge; aus diesem Grund wird im Folgenden in Bezug auf die Liste 4 die verschlüsselte Datenfolge (das heißt, die Syntax) in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung beschrieben. 6 ist ein Modell, das die durch die Liste 4 repräsentierte Datenstruktur (das heißt, die Bitstromstruktur) zeigt, wobei Daten nacheinander unter Verwendung von Codewörtern D11 bis D19, des Bewegungsvektors und von DCT-Koeffizienteninformationen (die dem quantisierten Index entsprechen) erstellt werden.
  • Liste 4
    Figure 00190001
  • Wie dies in der Liste 4 dargestellt ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform, wenn der VOP-Typ P oder SPRITE ist, das vorstehend erläuterte 1-Bit-Codewort COD (siehe Referenzsymbol D11) ausgegeben. Das Makroblock-Unterdrücken wird durchgeführt, wenn, wie in dem herkömmlichen Verfahren, der Makroblock-Typ INTER ist, der Bewegungsvektor (0, 0) ist und sämtliche DCT-Koeffizienten Null sind. Hierbei sind jedoch Informationen erforderlich, die den verwendeten Typ von Bewegungskompensierung (das heißt, umfassend oder örtlich) anzeigen. Folglich wird, selbst wenn COD=1 ist, falls der VOP-Typ SPRITE ist, MCSEL (das heißt, (bestimmte) Vorhersagemodus-Informationen) 26 (siehe Referenzsymbol D12)) unter dieser speziellen Bedingung aus gegeben. Hierbei ist, wenn die umfassende Bewegungskompensierung verwendet wird, MCSEL=1, und wenn die örtliche Bewegungskompensierung verwendet wird, dann ist MCSEL=0.
  • Wenn COD=1 ist, dann werden sämtliche der folgenden Schritte (in Bezug auf den aktuellen Makroblock) übersprungen und die für die Verarbeitung des nächsten Makroblocks erforderliche Operation wird begonnen. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, den Makroblock-Typ, die Bewegungsvektorinformationen 9 und den DCT-Koeffizienten zu verschlüsseln; wodurch folglich eine hohe Kompression möglich ist.
  • In dem nächsten Schritt gibt die Verschlüsslungseinrichtung ein Codewort variabler Länge MCBPC (siehe Referenzsymbol D13) aus.
  • Anschließend wird, wenn der VOP-Typ SPRITE ist und der Makroblock-Typ INTER oder INTER+Q ist, das vorstehend genannte MCSEL 26 (siehe Referenzsymbol D14) nach dem vorstehenden MCBPC ausgegeben.
  • Die Auswähloperation zwischen dem umfassenden und dem örtlichen Bewegungskompensierungsmodus wird in der Vorhersagemodus-Bestimmungseinrichtung 12, wie in dem herkömmlichen System, durchgeführt. Es kann ein beliebiges Bestimmungsverfahren eingesetzt werden, wie beispielsweise ein Verfahren zum Verringern eines Prädiktionsfehlers oder ein anderes Verfahren, bei dem sowohl der Prädiktionsfehler als auch die Menge von erzeugten Codes berücksichtigt werden.
  • Anschließend wird, wenn der Makroblock-Typ zu dem Intraframe-Codierungsmodus gehört, das heißt, der Typ INTRA oder INTRA+Q ist, das vorstehend erläuterte Codewort „Acpred_flag" (siehe Referenzsymbol D15) ausgegeben.
  • Die Verschlüsselungseinrichtung gibt anschließend das vorstehend erläuterte Codewort CBPY (siehe Referenzsymbol D16) aus. In dem nächsten Schritt werden dann, wenn der Makroblock-Typ INTER+Q oder INTRA+Q ist, die vorstehend erläuterten Quantisierungsschritt-Informationen DQUANT (Codewort variabler Länge: siehe Referenzsymbol D17) ausgegeben. Anschließend wird, wenn der Makroblock-Typ nicht zu der Intraframe-Codierung gehört, das heißt, der Typ weder INTRA noch INTRA+Q ist, der Bewegungsvektor 9 (siehe Referenzsymbol D18) ausgegeben. Hierbei wird, wenn der VOP-Typ SPRITE ist, falls MCSEL=1 ist, das heißt, wenn die umfassende Bewegungskompensierung ausgewählt wurde, der Bewegungsvektor 9 nicht ausgegeben, und der Bewegungsvektor 9 wird lediglich ausgegeben, falls MCSEL=0 ist, das heißt, wenn die örtliche Bewegungskompensierung wurde ausgewählt.
  • Zum Schluss werden die DCT-Koeffizienteninformationen von jedem 8×8-Block, der in dem 16×16-Makroblock enthalten ist, als quantisierter Index 19 (siehe Referenzsymbol D19) ausgegeben.
  • Der quantisierte Index 19 des DCT-Koeffizienten, Vorhersagemodus-Informationen (MCSEL) 26, der Bewegungsvektor 9 und umfassende Bewegungsparameter 5 werden jeweils in den Verschlüsselungseinrichtungen 101 bis 104 verschlüsselt und anschließend in der Multiplexiereinrichtung 27 entsprechend der vorstehend beschriebenen Operation multiplexiert, um den Verschlüsselungseinrichtungs-Ausgang 28 zu erzeugen. Hier benötigt jeder VOP eine Reihe von umfassenden Bewegungsparametern 5, die jedoch nicht in der Syntax (das heißt, Liste 4) in Bezug auf die Makroblockschicht enthalten sind. In der Syntax von Liste 4 werden ebenfalls Beschreibungen in Bezug auf den I-VOP und B-VOP weggelassen, um die Erläuterungen zu vereinfachen. Darüber hinaus kann in MPEG-4 ein Videoobjekt einer beliebigen Form verschlüsselt werden und somit werden auch Form-Informationen in der betreffenden Syntax, wie vorstehend erläutert, beschrieben. Derartige Form-Informationen werden jedoch auch ebenfalls zur Vereinfachung der Erläuterungen weggelassen.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das die Struktur der Entschlüsselungseinrichtung zeigt, die zusammen mit der Verschlüsselungseinrichtung von 1 verwendet wird. Im Vergleich zu der Struktur der in 4 dargestellten herkömmlichen Entschlüsselungseinrichtung unterscheidet sich lediglich die Operation der Demultiplexiereinrichtung 29.
  • Im Folgenden wird die Operation der erfindungsgemäßen Entschlüsselungseinrichtung in Bezug auf 2, die Liste 4 und die Liste 6 beschrieben. Wie dies in Liste 4 dargestellt ist, wird in der Entschlüsselungseinrichtung der vorliegenden Ausführungsform, wenn der VOP-Typ P oder SPRITE ist, zunächst das Codewort COD (D11) gewonnen (ausgelesen). Anschließend wird, wenn COD=1 und der VOP-Typ SPRITE sind, MCSEL (D12) gewonnen.
  • Das Codewort MCSEL aktiviert die Auswähleinrichtung 36, und wenn MCSEL=1 ist, dann wird der umfassende bewegungskompensierte vorhergesagte Frame 7 als der vorhergesagte Frame 13 ausgewählt. Wenn MCSEL=0 ist, sind sämtliche DCT-Koeffizienten gleich Null; und folglich wird der akquirierte vorhergesagte Frame 13 selbst als entschlüsselter Frame 25 des aktuellen Makroblocks ausgegeben.
  • Wenn COD=0 ist, dann wird das Codewort variabler Länge MCBPC (D13) gewonnen. Entsprechend dem gewonnenen MCBPC werden Informationen über den Makroblock-Typ und das Nichtvorhandensein/Vorhandensein des DCT-Koeffizienten von jedem von zwei Blöcken erhalten, die zum Übertragen von Farbdifferenzsignalen ausgewählt wurden.
  • Nach MCBPC wird, wenn der VOP-Typ SPRITE ist und der Makroblock-Typ INTER oder INTER+Q ist, MCSEL (D14) gewonnen.
  • Anschließend wird, wenn der Makroblock-Typ INTRA oder INTRA+Q ist, das Codewort Acpred_flag (D15) gewonnen.
  • Danach wird CBPY (D16) gewonnen, um entschlüsselte Informationen über das Vorhandensein/Nichtvorhandensein der DCT-Koeffizienten in Bezug auf Helligkeitssignale zu erhalten. In dem nächsten Schritt wird, wenn der Makroblock-Typ INTER+Q oder INTRA+Q ist, das Codewort variabler Länge, die Quantisierungsschritt-Information DQUANT (D17), gewonnen.
  • Im Anschluss daran wird, wenn der Makroblock-Typ weder INTRA noch INTRA+Q ist, der Bewegungsvektor 9 (D18) gewonnen. Hier sind, wenn der VOP-Typ SPRITE ist, falls MCSEL=1 ist, das heißt, wenn die umfassende Bewegungskompensierung verwendet wurde, keine Bewegungsvektorinformationen vorhanden und demzufolge wird der Bewegungsvektor 9 nicht gewonnen, währenddessen der Bewegungsvektor 9, wenn MCSEL=0 ist, das heißt, wenn die örtliche Bewegungskompensierung verwendet wurde, unter dieser speziellen Bedingung gewonnen wird. MCSEL aktiviert die Auswählein richtung 36. Wenn MCSEL=1 ist, dann wird der umfassende bewegungskompensierte vorhergesagte Frame 7, der unter Verwendung des Referenz-Frames 3 und der umfassenden Bewegungsparameter 5 akquiriert wird, als vorhergesagter Frame 13 bestimmt, und wenn MCSEL=0 ist, dann wird der örtliche bewegungskompensierte vorhergesagte Frame 11, der unter Verwendung des Referenz-Frames 3 und der umfassenden Bewegungsparameter 9 akquiriert wird, als vorhergesagter Frame 13 bestimmt.
  • In dem nächsten Schritt werden DCT-Koeffizienteninformationen (D19) über jeden 8×8-Block, der in dem betreffenden Makroblock enthalten ist, das heißt, der quantisierte Index 19, gewonnen. Durch die Einrichtung für inverse Quantisierung 30 wird der quantisierungsrepräsentative Wert 21 aus dem quantisierten Index 19 wiederhergestellt und anschließend durch die Einrichtung für inverse DCT 31 invers zu dem Differenz-Frame 23 umgewandelt. Der Differenz-Frame 23 und der vorhergesagte Frame 13 werden in der Addiereinrichtung 32 aufaddiert, so dass der entschlüsselte Frame 25 erhalten wird. Dieser entschlüsselte Frame 25 wird in dem Frame-Speicher 33 gespeichert und wird als ein Referenz-Frame verwendet, wenn der nächste Frame entschlüsselt wird.
  • Im Folgenden wird ein prädiktives Codierungsverfahren zum Verringern von Overhead-Daten beim Makroblock-Unterdrücken in Bezug auf 1 und die nachstehende Liste 5 beschrieben. 7 ist ein Modelldiagramm, das die Datenstruktur (das heißt, die Bitstromstruktur), die durch Liste 5 repräsentiert wird, zeigt, wobei Daten nacheinander unter Verwendung von Codewörtern D21 bis D28, des Bewegungsvektors und von DCT-Koeffizienteninformationen erstellt werden.
  • Liste 5
    Figure 00240001
  • In Liste 5 wird, wenn der VOP-Typ P oder SPRITE ist, das Codewort COD (siehe Referenzsymbol D21) ausgegeben. Das Makroblock-Unterdrücken, das durch COD angezeigt wird, wird durchgeführt, wenn die umfassende Bewegungskompensierung verwendet wird und sämtliche DCT-Koeffizienten Null sind, das heißt, das Makroblock-Unterdrücken wird nicht durchgeführt, wenn die örtliche Bewegungskompensierung verwendet wird. Folglich wird das betreffende MCSEL, das in Liste 4 erscheint, in Liste 5 weggelassen. Bei dem Makroblock-Unterdrücken werden sämtliche der folgenden Schritte in Bezug auf den aktuellen Makroblock übersprungen und die Operation für die Verarbeitung des nächsten Makroblocks wird begonnen. Demzufolge ist es nicht er forderlich, den Makroblock-Typ und die DCT-Koeffizienten des aktuellen Makroblocks zu verschlüsseln; wodurch folglich eine hohe Kompression erreicht werden kann.
  • Anschließend gibt die Verschlüsselungseinrichtung das Codewort variabler Länge MCBPC (siehe Referenzsymbol D22) aus.
  • Nach dem MCBPC wird, wenn der VOP-Typ SPRITE ist und der Makroblock INTER oder INTER+Q ist, MCSEL (siehe Referenznummer D23) ausgegeben. Für das Bestimmen des Bewegungskompensierungsmodus durch die Vorhersagemodus-Bestimmungseinrichtung 12 kann ein beliebiges Verfahren eingesetzt werden, wie beispielsweise ein Verfahren zum Verringern eines Prädiktionsfehlers oder ein anderes Verfahren, bei dem sowohl der Prädiktionsfehler als auch die Menge der erzeugten Codes berücksichtigt werden.
  • Anschließend wird, wenn der Makroblock-Typ zu dem Intraframe-Codierungsmodus gehört, das heißt, INTRA oder INTRA+Q ist, das Codewort Acpred_flag (siehe Referenzsymbol D24) ausgegeben.
  • In dem nächsten Schritt gibt die Verschlüsselungseinrichtung das Codewort variabler Länge CBPY (siehe Referenzsymbol D25) aus. Anschließend wird, wenn der Makroblock-Typ INTER+Q oder INTRA+Q ist, das Codewort variabler Länge, die Quantisierungsschritt-Information DQUANT (siehe Referenzsymbol D26), ausgegeben.
  • Im Anschluss daran wird, wenn der Makroblock-Typ nicht zu dem Intraframe-Codierungsmodus gehört, das heißt, weder INTRA noch INTRA+Q ist, der Bewegungsvektor 9 (siehe Referenzsymbol D27) ausgegeben. In diesem Fall werden, wenn der VOP-Typ SPRITE ist, falls MCSEL=1 ist, das heißt, die umfassende Bewegungskompensierung wurde angewendet, keine Bewegungsvektorinformationen ausgegeben, und falls MCSEL=0 ist, das heißt, die örtliche Bewegungskompensierung wurde angewendet, wird der Bewegungsvektor unter dieser speziellen Bedingung ausgegeben.
  • Zum Schluss werden die DCT-Koeffizienteninformationen 9 (siehe Referenzsymbol D28) in Bezug auf jeden 8×8-Block, der in dem aktuellen Makroblock enthalten ist, ausgegeben.
  • Die Multiplexiereinrichtung 27 multiplexiert anschließend den quantisierten Index 19, Vorhersagemodus-Informationen (MCSEL) 26, den Bewegungsvektor 9 und umfassende Bewegungsparameter 5 (die, wie vorstehend erläutert, entsprechend ausgegeben wurden) und gibt einen Verschlüsselungseinrichtungs-Ausgang 28 aus. Wie in Liste 4 sind auch in Liste 5 die umfassenden Bewegungsparameter 5 nicht in der Syntax enthalten.
  • In der Syntax von Liste 5 werden Beschreibungen in Bezug auf I-VOP und B-VOP der Einfachheit halber weggelassen. Darüber hinaus werden die vorstehend beschriebenen Form-Informationen in Bezug auf MPEG-4 ebenfalls in der betreffenden Syntax weggelassen.
  • Im Folgenden wird die Operation der Entschlüsselungseinrichtung zum Entschlüsseln von Daten, die durch das vorstehend erläuterte prädiktive Codierungsverfahren verschlüsselt wurden, in Bezug auf 2, Liste 5 sowie 7 beschrieben.
  • In dem in der Liste 5 dargestellten Decodierungsverfahren wird, wenn der VOP-Typ P oder SPRITE ist, zunächst das Codewort COD (siehe Referenzsymbol D21) gewonnen. Wenn COD=1 ist, dann wird der umfassende bewegungskompensierte vorhergesagte Frame 7, der unter Verwendung des Referenz-Frames 3 und der umfassenden Bewegungsparameter 5 erhalten wurde, als vorhergesagter Frame 13 bestimmt. Wenn COD=1 ist, sind sämtliche der DCT-Koeffizienten gleich Null; folglich wird der erhaltene vorhergesagte Frame 13 selbst als der entschlüsselte Frame 25 des aktuellen Makroblocks ausgegeben.
  • Wenn COD=0 ist, dann wird das Codewort variabler Länge MCBPC (siehe Referenzsymbol D22) gewonnen, um entschlüsselte Informationen über den Makroblock-Typ und das Vorhandensein/Nichtvorhandensein von DCT-Koeffizienten in Bezug auf zwei Signale zu erhalten, die Farbdifferenz anzeigen.
  • Nach MCBPC wird, wenn der VOP-Typ SPRITE ist und der Makroblock-Typ INTER oder INTER+Q ist, MCSEL (siehe Referenzsymbol D23) gewonnen.
  • Anschließend wird, wenn der Makroblock-Typ INTRA oder INTRA+Q ist, das Codewort Acpred_flag (siehe Referenzsymbol D24) gewonnen.
  • In dem nächsten Schritt wird CBPY (siehe Referenzsymbol D25) gewonnen, um so entschlüsselte Informationen über die DCT-Koeffizienten in Bezug auf die Helligkeitssignale zu erhalten. Anschließend wird, wenn der Makroblock-Typ INTER+Q oder INTRA+Q ist, die Quantisierungsschritt-Information DQUANT (siehe Referenzsymbol D26), ein Codewort variabler Länge, gewonnen.
  • Danach wird, wenn der Makroblock-Typ weder INTRA noch INTRA+Q ist, der Bewegungsvektor 9 (siehe Referenzsymbol D27) gewonnen. Hierbei ist, wenn der VOP-Typ SPRITE ist, falls MCSEL=1 ist, das heißt, die umfassende Bewegungskompensierung wurde verwendet, kein Bewegungsvektor vorhanden und demzufolge wird die Bewegungsvektorgewinnung nicht durchgeführt. Wenn MCSEL=0 ist, das heißt, die örtliche Bewegungskompensierung wurde verwendet, wird der Bewegungsvektor 9 unter dieser speziellen Bedingung gewonnen. MCSEL aktiviert die Auswahleinrichtung 36, und wenn MCSEL=1 ist, dann wird der umfassende bewegungskompensierte vorhergesagte Frame 7, der unter Verwendung des Referenz-Frames 3 und der umfassenden Bewegungsparameter 5 erhalten wurde, als vorhergesagter Frame 13 bestimmt. Wenn MCSEL=0 ist, dann wird der örtliche bewegungskompensierte vorhergesagte Frame 11, der unter Verwendung des Referenz-Frames 3 und des Bewegungsvektors 9 erhalten wurde, als vorhergesagter Frame 13 bestimmt.
  • Anschließend werden DCT-Koeffizienteninformationen (siehe Referenzsymbol D28) über jeden 8×8-Block, der in dem aktuellen Makroblock enthalten ist, das heißt, der quantisierte Index 19, gewonnen. Durch die Einrichtung für inverse Quantisierung 30 wird der quantisierungsrepräsentative Wert 21 aus dem quantisierten Index 19 wiederhergestellt und anschließend durch die Einrichtung für inverse DCT 31 invers zu dem Differenz-Frame 23 umgewandelt. Der Differenz-Frame 13 und der vorhergesagte Frame 23 werden in der Addiereinrichtung 32 aufaddiert, so dass der entschlüsselte Frame 25 erhalten wird. Dieser entschlüsselte Frame 25 wird in dem Frame-Speicher 33 gespeichert und als ein Referenz-Frame verwendet, wenn der nächste Frame entschlüsselt wird.
  • Ablaufpläne von Programmen zum Ausführen der vorangehend erläuterten Verfahren in den vorstehenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind angehängt. Zum Vergleich sind darüber hinaus ebenfalls die Ablaufpläne zum Ausführen der herkömmlichen Verfahren angehängt.
  • In den Ablaufplänen wurden einige Schritte, die zu dem herkömmlichen Prozess gehören, wie beispielsweise die Entscheidung bezüglich des VOP-Typs sowie die Entscheidung bezüglich oder die Bestimmung des Makroblock-Typs (bei der Bestimmung wird ein Makroblock-Typ ausgewählt, der am effizientesten ist), weggelassen. Diese weggelassenen Schritte können als nicht erforderlich für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung betrachtet werden.
  • Die 8 und 9 sind Ablaufpläne entsprechend dem gesamten prädiktiven Codierungsprogramm von Videodaten (das heißt, von Bewegtbildern). In den Figuren gibt „➀" in 8 an, dass diese Zeile bei „➀" in 9 fortgesetzt wird, und „➁" in 8 wird bei „➁" in 9 fortgesetzt. Der Multiplexierprozess in dem doppelt umrandeten Block in 9 bezieht sich auf ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung.
  • Die 10 und 11 sind Ablaufpläne, die ein herkömmliches Beispiel der Makroblockschicht-Multiplexieroperation darstellen, und „➀" sowie „➁" in 10 zeigen jeweils an, dass die betreffenden Zeilen bei „➀" und „➁" in 11 fortgesetzt werden.
  • Die 12 und 13 sind Ablaufpläne, die ein (erstes) Beispiel der Makroblockschicht-Multiplexieroperation in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellen, die in Bezug auf Liste 4 und 6 erläutert wird, und „➀" sowie „➁" in 12 zeigen jeweils an, dass die betreffenden Zeilen bei „➀" sowie „➁" in 13 fortgesetzt werden.
  • Die 14 und 15 sind Ablaufpläne, die ein (zweites) Beispiel der Makroblockschicht-Multiplexieroperation in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung darstellen, die in Bezug auf Liste 5 und 7 erläutert wird, und „➀" sowie „➁" in 14 zeigen jeweils an, dass die betreffenden Zeilen bei „➀" sowie „➁" in 15 fortgesetzt werden.
  • 16 ist ein Ablaufplan entsprechend dem gesamten prädiktiven Decodierungsprogramm von Videodaten. Der Demultiplexier- und Decodierungsprozess in dem doppelt umrandeten Block dieser Figur bezieht sich auf ein charakteristisches Merkmal der vorliegenden Erfindung.
  • Die 17 und 18 sind Ablaufpläne, die ein herkömmliches Beispiel der Makroblockschicht-Demultiplexier- und Decodieroperation darstellen, und „➀" sowie „➁" in 17 zeigen jeweils an, dass die betreffenden Zeilen bei „➀" sowie „➁" in 18 fortgesetzt werden.
  • Die 19 und 20 sind Ablaufpläne, die ein Beispiel der Demultiplexier- und Decodieroperation für eine Makroblockschicht darstellen, die unter Verwendung des vorstehenden ersten Verfahrens multiplexiert wurde, und „➀" sowie „➁" in 19 zeigen jeweils an, dass die betreffenden Zeilen bei „➀" sowie „➁" in 20 fortgesetzt werden.
  • Die 21 und 22 sind Ablaufpläne, die ein Beispiel der Demultiplexier- und Decodieroperation für eine Makroblockschicht darstellen, die unter Verwendung des vorstehenden zweiten Verfahrens multiplexiert wurde, und „➀" sowie „➁" in 21 zeigen jeweils an, dass die betreffenden Zeilen bei „➀" sowie „➁" in 22 fortgesetzt werden.
  • Wie dies jeweils in den 19, 20, 21 und 22 gezeigt wird, wird ein geeigneter Decodierungsprozess entsprechend der Datenstruktur bestimmt, die bei der Verschlüsselung der Daten festgelegt wurde.

Claims (3)

  1. Prädiktives Codierungsverfahren von Videodaten, in dem einer von einem umfassenden Bewegungskompensierungsprozess zum Vorhersagen einer umfassenden Bewegung des ganzen Frames und von einem örtlichen Bewegungskompensierungsprozess zum Vorhersagen einer örtlichen Bewegung jedes Blocks in einem Frame selektiv ausgeführt wird, wobei wenn ein zu verarbeitender aktueller Block nicht unterdrückt wird, gilt: falls der aktuelle Block Interframe-codiert ist, wird in eine verschlüsselte Datenfolge eines aktuelle Blocks ein Codewort zum Anzeigen des Vorhersagemodus eingefügt, wobei das Codewort angibt, welcher der umfassenden und örtlichen Bewegungskompensierungsprozesse zum Vorhersagen des aktuellen Blocks verwendet wurde, und das nach einem anderen Codewort eingefügte Codewort den Verschlüsselungsmodus des aktuellen Blocks angibt; andernfalls wird das Codewort zum anzeigen des Vorhersagemodus nicht in die Datenfolge eingefügt; und wenn der aktuelle zu verarbeitende Block unterdrückt wird, wird immer der umfassende Bewegungskompensierungsprozess ausgewählt und in dem unterdrückten Block wird das Codewort zum Anzeigen des Vorhersagemodus nicht in die Datenfolge eingefügt.
  2. Decodierungsverfahren zum Entschlüsseln einer Datenfolge, die durch ein prädiktives Codierverfahren von Videodaten verschlüsselt wurde, in dem einer von einem umfassenden Bewegungskompensierungsprozess zum Vorhersagen einer umfassenden Bewegung des ganzen Frames und von einem örtlichen Bewegungskompensierungsprozess zum Vorhersagen einer örtlichen Bewegung jedes Blocks in ei fern Frame selektiv ausgeführt wird, und in dem, wenn ein aktueller Block unterdrückt wird, immer der umfassende Bewegungskompensierungsprozess gewählt wird, und in dem unterdrückten Block ein Codewort zum Anzeigen eines Vorhersagemodus nicht in die Datenfolge eingefügt wird, wobei falls der aktuelle Block Interframe-codiert wurde, das Codewort zum Anzeigen des Vorhersagemodus aus der Datenfolge gewonnen wird und ein Entschlüsselungsprozess gemäß dem angezeigten Vorhersagemodus ausgeführt wird; andernfalls wird das Codewort zum Anzeigen des Vorhersagemodus nicht aus der Datenfolge gewonnen.
  3. Speichermedium, das ein Programm speichert, welches einen Computer veranlasst, ein Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 auszuführen
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