JP2022070859A - Video compression method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compressed video generating method capable of efficiently compressing information amount.
SOLUTION: In a compressed video generating method according to an embodiment of the present invention, the information amount of a compressed video including a plurality of compressed frames is compressed. In the video compression method, a plurality of objects in a compressed video are classified into a static object and a dynamic object, an I frame is extracted from the plurality of compressed frames, and a compressed frame in which the change amount of an image of the dynamic object is equal to or larger than a threshold value is detected, a P frame is generated based on the compressed frame, and one or more B frames are generated based on each of one or more compressed frames between the I frame and the P frame.
SELECTED DRAWING: Figure 2
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

本発明は、動画圧縮方法に関する。 The present invention relates to a moving image compression method.

複数の被圧縮フレーム（静止画）を含む被圧縮動画の情報量を圧縮する動画圧縮方法が知られている。 A moving image compression method for compressing the amount of information of a compressed moving image including a plurality of compressed frames (still images) is known.

例えば、図１３に例示する通り、情報量が圧縮されていない動画は、複数のＩフレーム（Intra-Picture）を含む。Ｉフレームは、動画中の１フレームを独立して再現可能なフレームであり、動画中のフレームの画像情報を全て含んでいる。 For example, as illustrated in FIG. 13, a moving image in which the amount of information is not compressed includes a plurality of I frames (Intra-Picture). The I frame is a frame that can independently reproduce one frame in the moving image, and includes all the image information of the frames in the moving image.

図１４に例示する通り、従来の動画圧縮方法によって圧縮された動画は、一定の間隔で配置された複数のＩフレーム及びこれらＩフレームの間にそれぞれ配置された複数のＰフレーム（Predictive-Picture）を含む。Ｐフレームは、直前のＩフレームを参照して動画中の１フレームを再現可能なフレームであり、被圧縮フレームと、この被圧縮フレームに対応する予測フレームとの差分の画像情報を含んでいる。Ｐフレームは、この様な差分の画像情報のみを含むため、Ｉフレームよりも情報量が少ない。従って、図１４に例示された動画は、図１３に例示された動画よりも情報量が少ない。 As illustrated in FIG. 14, a moving image compressed by a conventional moving image compression method has a plurality of I frames arranged at regular intervals and a plurality of P frames (Predictive-Picture) arranged between these I frames. including. The P frame is a frame that can reproduce one frame in the moving image with reference to the immediately preceding I frame, and includes image information of the difference between the compressed frame and the predicted frame corresponding to the compressed frame. Since the P frame contains only the image information of such a difference, the amount of information is smaller than that of the I frame. Therefore, the moving image illustrated in FIG. 14 has a smaller amount of information than the moving image illustrated in FIG.

図１５に例示する通り、従来の動画圧縮方法によって更に圧縮された動画は、ＧＯＰ（Group Of Pictures）と呼ばれる複数のフレーム群に分割されており、一つのＧＯＰに、一のＩフレーム、一定の間隔で配置された複数のＰフレーム、及び、これらＩフレーム及びＰフレームの間に配置された複数のＢフレーム（Bi-directionally Predictive-Picture）を含む。Ｂフレームは、このＢフレームの前後に位置するＩフレーム及びＰフレームを参照して動画中の１フレームを再現可能なフレームであり、動画中のフレームと予測フレームとの差分の画像情報を含んでいる。Ｂフレームの生成に際しては、直前のＩフレームだけでなく、Ｂフレームの前後に位置するＰフレームをも参照して予測画像が生成される。従って、Ｐフレームの生成に際して行われる予測よりも予測の精度が高くなり、予測フレームと被圧縮フレームとの差分はＰフレームよりも少なくなる。このため、この差分に基づいて生成されるＢフレームは、Ｐフレームよりも情報量が少ない。従って、図１５に例示されたＧＯＰは、図１４に例示されたフレーム群よりも更に情報量が少ない。 As illustrated in FIG. 15, the moving image further compressed by the conventional moving image compression method is divided into a plurality of frame groups called GOP (Group Of Pictures), and one GOP has one I frame and a constant value. It includes a plurality of P frames arranged at intervals, and a plurality of B frames (Bi-directionally Predictive-Picture) arranged between these I frames and P frames. The B frame is a frame that can reproduce one frame in the moving image by referring to the I frame and the P frame located before and after the B frame, and includes the image information of the difference between the frame in the moving image and the predicted frame. There is. When generating the B frame, the predicted image is generated by referring not only to the immediately preceding I frame but also to the P frames located before and after the B frame. Therefore, the accuracy of the prediction is higher than the prediction performed when the P frame is generated, and the difference between the predicted frame and the compressed frame is smaller than that of the P frame. Therefore, the B frame generated based on this difference has a smaller amount of information than the P frame. Therefore, the GOP exemplified in FIG. 15 has a smaller amount of information than the frame group exemplified in FIG.

特開平７－２３６１４１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-236141

しかしながら、近年の動画における高画質化等に伴うデータ量の増大や、インターネット上で流通するデータ量の増大等に伴い、情報量の更なる圧縮が求められている。 However, with the increase in the amount of data due to the improvement in image quality in moving images in recent years and the increase in the amount of data distributed on the Internet, further reduction in the amount of information is required.

そこで、本発明は、この様な課題に鑑み、情報量を効率良く圧縮可能な動画圧縮方法を提供することを目的とする。 Therefore, in view of such a problem, it is an object of the present invention to provide a moving image compression method capable of efficiently compressing an amount of information.

以上の目的を達成するため、本発明に係る動画圧縮方法は、複数の被圧縮フレームを含む被圧縮動画の情報量を圧縮する。また、この動画圧縮方法は、被圧縮動画中の複数のオブジェクトそれぞれを静的オブジェクトと動的オブジェクトに分離し、複数の被圧縮フレームからＩフレームを抽出し、動的オブジェクトの画像の変化量が閾値以上となる被圧縮フレームを検出し、この被圧縮フレームに基づいてＰフレームを生成し、ＩフレームとＰフレームの間の１以上の被圧縮フレームそれぞれに基づいて１以上のＢフレームを生成する。 In order to achieve the above object, the moving image compression method according to the present invention compresses the amount of information of the compressed moving image including a plurality of compressed frames. In addition, this video compression method separates each of a plurality of objects in the compressed video into a static object and a dynamic object, extracts an I frame from the multiple compressed frames, and changes the image of the dynamic object. A compressed frame that exceeds the threshold is detected, a P frame is generated based on this compressed frame, and one or more B frames are generated based on each one or more compressed frames between the I frame and the P frame. ..

この様な方法においては、一定の間隔でＰフレームを配置するのではなく、被圧縮動画中の動的オブジェクトの画像の変化量が閾値以上となるフレームを検出することにより、Ｐフレームが必要なフレームにのみ適切にＰフレームが配置される。また、ＩフレームとＰフレームの間の１以上の被圧縮フレームそれぞれに基づいて１以上のＢフレームを生成することにより、従来はＰフレームが配置されていたようなフレームにもＢフレームが配置され、Ｐフレームの数が削減される。ここで上述の通り、Ｂフレームは、Ｐフレームよりも情報量が少ない。従って、本発明に係る画像圧縮方法によれば、従来の画像圧縮方法よりも更に情報量が圧縮される。 In such a method, P-frames are required by detecting frames in which the amount of change in the image of the dynamic object in the compressed moving image is equal to or more than the threshold value, instead of arranging P-frames at regular intervals. The P frame is properly arranged only in the frame. Further, by generating one or more B frames based on each of one or more compressed frames between the I frame and the P frame, the B frame is arranged in the frame in which the P frame was conventionally arranged. , The number of P frames is reduced. Here, as described above, the B frame has a smaller amount of information than the P frame. Therefore, according to the image compression method according to the present invention, the amount of information is further compressed as compared with the conventional image compression method.

以上の様に、本発明によれば、情報量を効率良く圧縮可能な動画圧縮方法を提供することが出来る。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a moving image compression method capable of efficiently compressing the amount of information.

本発明の実施形態に係る動画圧縮装置１００の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the moving image compression apparatus 100 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る動画圧縮方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the moving image compression method which concerns on embodiment of this invention. 被圧縮動画２００について説明するための模式的な図である。It is a schematic diagram for demonstrating the compressed moving image 200. 動的オブジェクトの変化前の画像を示す図である。It is a figure which shows the image before the change of a dynamic object. 動的オブジェクトの変化後の画像を示す図である。It is a figure which shows the image after the change of a dynamic object. 抽出された動的オブジェクトの画像を示す図である。It is a figure which shows the image of the extracted dynamic object. 被圧縮動画２００について説明するための模式的な図である。It is a schematic diagram for demonstrating the compressed moving image 200. Ｐフレームを示す図である。It is a figure which shows the P frame. Ｂフレームを示す図である。It is a figure which shows the B frame. 圧縮動画３００について説明するための模式的な図である。It is a schematic diagram for demonstrating the compressed moving image 300. 圧縮動画３００について説明するための模式的な図である。It is a schematic diagram for demonstrating the compressed moving image 300. 本発明の実施形態に係る動画圧縮方法によって生成された圧縮動画の情報量を示すグラフである。It is a graph which shows the information amount of the compressed moving image generated by the moving image compression method which concerns on embodiment of this invention. 非圧縮動画の情報量を示すグラフである。It is a graph which shows the amount of information of an uncompressed moving image. 従来の動画圧縮方法によって生成された圧縮動画の情報量を示すグラフである。It is a graph which shows the information amount of the compressed moving image generated by the conventional moving image compression method. 従来の動画圧縮方法によって生成された圧縮動画の情報量を示すグラフである。It is a graph which shows the information amount of the compressed moving image generated by the conventional moving image compression method.

次に、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。尚、以下の説明は例示的なものであり、詳細については適宜変更可能である。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The following description is an example, and the details can be changed as appropriate.

まず、図１を参照して、本実施形態に係る動画圧縮装置１００について説明する。動画圧縮装置１００は、被圧縮動画２００の情報量を圧縮して圧縮動画３００を生成するものであり、被圧縮動画２００に分割処理を行って複数の被圧縮フレーム（静止画）からなる被圧縮フレーム群を複数出力する分割処理装置１１０と、この被圧縮フレーム群に圧縮処理を施してＧＯＰを複数出力する並列分散圧縮処理装置１２０と、この複数のＧＯＰを統合して圧縮動画を生成する統合処理装置１３０と、を備える。尚、ここで言う被圧縮動画２００は、図１３に例示した様な非圧縮動画でも良く、図１４や図１５に例示した様な、圧縮済みの動画であっても良い。また、動画圧縮装置１００中の各構成は、装置や電子回路等によって実現されても良いし、ＣＰＵやＧＰＵ及びソフトウェア等によって実現されても良い。 First, the moving image compression device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The moving image compression device 100 compresses the amount of information of the compressed moving image 200 to generate the compressed moving image 300, and performs a division process on the compressed moving image 200 to be compressed including a plurality of compressed frames (still images). A division processing device 110 that outputs a plurality of frame groups, a parallel distributed compression processing device 120 that applies compression processing to the compressed frame group and outputs a plurality of GOPs, and an integration that integrates the plurality of GOPs to generate a compressed moving image. A processing device 130 is provided. The compressed moving image 200 referred to here may be an uncompressed moving image as illustrated in FIG. 13, or may be a compressed moving image as illustrated in FIGS. 14 and 15. Further, each configuration in the moving image compression device 100 may be realized by an apparatus, an electronic circuit, or the like, or may be realized by a CPU, a GPU, software, or the like.

尚、並列分散圧縮処理装置１２０は、後述の通り、被圧縮フレーム群毎にオブジェクトの動きを検出し、時間軸方向にも圧縮処理を行う。 As will be described later, the parallel distributed compression processing device 120 detects the movement of an object for each frame group to be compressed and performs compression processing also in the time axis direction.

次に、図２～図１１を参照して、本発明の実施形態に係る動画圧縮方法について説明する。 Next, the moving image compression method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 11.

分割処理装置１１０は、被圧縮動画２００を読み込む（ステップＳ１０１）。図３に示す通り、被圧縮動画２００は、複数の被圧縮フレーム２１０を含む。 The division processing device 110 reads the compressed moving image 200 (step S101). As shown in FIG. 3, the compressed moving image 200 includes a plurality of compressed frames 210.

次に、分割処理装置１１０は、被圧縮動画２００のシーンの切り換え等を検出し、被圧縮動画２００をシーンごとに分割して、複数の被圧縮フレーム群を生成する（ステップＳ１０２）。シーンの切り換えの検出は、例えば、背景や登場人物等のオブジェクトの切り換え等、画面が大きく変化する瞬間を検出することによって行われる。また、分割処理装置１１０は、被圧縮フレーム群毎に複数の被圧縮フレーム２１０を出力する。 Next, the division processing device 110 detects switching of scenes of the compressed moving image 200, divides the compressed moving image 200 into each scene, and generates a plurality of compressed frame groups (step S102). The detection of scene switching is performed by detecting the moment when the screen changes significantly, such as the switching of objects such as the background and characters. Further, the division processing device 110 outputs a plurality of compressed frames 210 for each compressed frame group.

次に、並列分散圧縮処理装置１２０は、被圧縮フレーム群毎に静的オブジェクト及び動的オブジェクトの分離を行う（ステップＳ１０３）。例えば図４に例示する被圧縮フレームには、飛行機３２０と、背景３３０とが表示されている。以下、飛行機３２０の様に背景に対して相対的に動くものを「動的オブジェクト」と、ビル、道路、地面及び空等の用に背景３３０に対して固定されたものを「静的オブジェクト」と呼ぶ。静的オブジェクト及び動的オブジェクトの分離に際しては、例えば、被圧縮フレーム群にモーション・トラッキング等の処理を行い、被圧縮フレーム群中のオブジェクトのうち、所定の閾値よりも動きの少ないものを静的オブジェクトと、この所定の閾値よりも動きの大きいものを動的オブジェクトとして、フレーム群から分離する。例えば、図４に例示した様な、動的オブジェクトの移動前の被圧縮フレーム２１０と、図５に例示した様な、動的オブジェクトの移動後の被圧縮フレーム２１０とを比較して、飛行機３２０を動的オブジェクトと、それ以外の背景３３０を静的オブジェクトとして分離する。図６は、動的オブジェクトとして分離された飛行機３２０の画像を例示する。 Next, the parallel distributed compression processing device 120 separates the static object and the dynamic object for each frame group to be compressed (step S103). For example, in the compressed frame illustrated in FIG. 4, an airplane 320 and a background 330 are displayed. Hereinafter, an object that moves relative to the background, such as an airplane 320, is a "dynamic object", and an object that is fixed to the background 330, such as a building, road, ground, or sky, is a "static object". Called. When separating static objects and dynamic objects, for example, processing such as motion tracking is performed on the compressed frame group, and among the objects in the compressed frame group, those with less movement than a predetermined threshold are statically. An object and an object whose movement is larger than this predetermined threshold are regarded as dynamic objects and separated from the frame group. For example, comparing the compressed frame 210 before the movement of the dynamic object as illustrated in FIG. 4 and the compressed frame 210 after the movement of the dynamic object as illustrated in FIG. 5, the airplane 320. Is separated from the dynamic object and the other background 330 is separated as a static object. FIG. 6 illustrates an image of an airplane 320 separated as a dynamic object.

次に、並列分散圧縮処理装置１２０は、Ｉフレーム（Intra-Picture）の抽出を行う（ステップＳ１０４）。Ｉフレームは、動画中の１フレームを独立して再現可能なフレームであり、図４に例示する通り、動画中のフレームの画像情報を全て含んでいる。例えば、図７に示す通り、被圧縮フレーム群の先頭に位置する被圧縮フレーム２１０はＩフレームとして抽出され、出力される。 Next, the parallel distributed compression processing device 120 extracts an I frame (Intra-Picture) (step S104). The I frame is a frame that can independently reproduce one frame in the moving image, and includes all the image information of the frames in the moving image as illustrated in FIG. For example, as shown in FIG. 7, the compressed frame 210 located at the head of the compressed frame group is extracted and output as an I frame.

次に、並列分散圧縮処理装置１２０は、Ｐフレーム（Predictive-Picture）を生成する（ステップＳ１０５）。Ｐフレームは、直前のＩフレームを参照して動画中の１フレームを再現可能なフレームであり、図８に例示する通り、動画中のフレームと予測フレームとの差分の画像情報を含んでいる。Ｐフレームの生成に際しては、例えばまず、ステップＳ１０３において分離した動的オブジェクトの画像の変化量が閾値以上となる被圧縮フレームを検出する（図７参照）。次に、例えばこの検出された被圧縮フレームの、この直前に位置するＩフレームからの動きベクトルを算出し、Ｉフレーム及び動きベクトルから予測フレームを生成する。次に、検出された被圧縮フレームと生成された予測フレームとの差分の画像情報を生成し、これをＰフレームとして出力する。尚、動的オブジェクトの画像の変化量は、種々の態様で定義されうる。例えば、動的オブジェクトの移動量、移動方向、傾き、変形、出現や消滅等が考えられる。また、この様な変化量に対する閾値も、種々の態様で定義され得る。 Next, the parallel distributed compression processing device 120 generates a P frame (Predictive-Picture) (step S105). The P frame is a frame that can reproduce one frame in the moving image with reference to the immediately preceding I frame, and includes image information of the difference between the frame in the moving image and the predicted frame as illustrated in FIG. When generating the P frame, for example, first, a compressed frame in which the amount of change in the image of the dynamic object separated in step S103 is equal to or greater than the threshold value is detected (see FIG. 7). Next, for example, the motion vector of the detected compressed frame from the I frame located immediately before this is calculated, and the predicted frame is generated from the I frame and the motion vector. Next, the image information of the difference between the detected frame to be compressed and the generated predicted frame is generated, and this is output as a P frame. The amount of change in the image of the dynamic object can be defined in various ways. For example, the movement amount, movement direction, inclination, deformation, appearance or disappearance of a dynamic object can be considered. In addition, the threshold value for such a change amount can also be defined in various embodiments.

次に、並列分散圧縮処理装置１２０は、Ｂフレーム（Bi-directionally Predictive-Picture）を生成する（ステップＳ１０６）。Ｂフレームは、このＢフレームの前後に位置するＩフレーム及びＰフレームを参照して動画中の１フレームを再現可能なフレームであり、図９に例示する通り、動画中のフレームと予測フレームとの差分の画像情報を含んでいる。Ｂフレームの生成に際しては、例えばまず、ＩフレームとＰフレームの間の被圧縮フレームを選択する（図７参照）。次に、この選択された被圧縮フレームの前後に位置するＩフレーム及びＰフレームの変化に応じて、選択された被圧縮フレームの動きベクトルを算出する。次に、これらＩフレーム、Ｐフレーム及び動きベクトルから予測フレームを生成する。次に、選択された被圧縮フレームと生成された予測フレームとの差分の画像情報を生成し、これをＢフレームとして出力する。 Next, the parallel distributed compression processing device 120 generates a B frame (Bi-directionally Predictive-Picture) (step S106). The B frame is a frame that can reproduce one frame in the moving image by referring to the I frame and the P frame located before and after the B frame, and as illustrated in FIG. 9, the frame in the moving image and the predicted frame Includes differential image information. When generating a B frame, for example, first, a compressed frame between an I frame and a P frame is selected (see FIG. 7). Next, the motion vector of the selected compressed frame is calculated according to the change of the I frame and the P frame located before and after the selected compressed frame. Next, a prediction frame is generated from these I frames, P frames, and motion vectors. Next, the image information of the difference between the selected compressed frame and the generated predicted frame is generated, and this is output as a B frame.

次に、統合処理装置１３０は、出力されたＩフレーム、Ｂフレーム及びＰフレームをＧＯＰとして統合し（図１０参照）、更に複数のＧＯＰを統合して圧縮動画３００を生成して（図１１参照）、出力する。尚、図１１の例において、Ｐフレームは一定の間隔には並んでいない。 Next, the integrated processing device 130 integrates the output I frame, B frame, and P frame as a GOP (see FIG. 10), and further integrates a plurality of GOPs to generate a compressed moving image 300 (see FIG. 11). ),Output. In the example of FIG. 11, P frames are not arranged at regular intervals.

この様な方法においては、一定の間隔でＰフレームを配置するのではなく、被圧縮動画中の動的オブジェクトの画像の変化量が閾値以上となるフレームを検出することにより、Ｐフレームが必要なフレームにのみ適切にＰフレームが配置される。また、ＩフレームとＰフレームの間の１以上の被圧縮フレームそれぞれに基づいて１以上のＢフレームを生成することにより、従来はＰフレームが配置されていたようなフレームにもＢフレームが配置され、Ｐフレームの数が削減される。ここで上述の通り、Ｂフレームは、Ｐフレームよりも情報量が少ない。従って、本実施形態に係る画像圧縮方法によれば、従来の画像圧縮方法よりも更に情報量が圧縮される。 In such a method, P-frames are required by detecting frames in which the amount of change in the image of the dynamic object in the compressed moving image is equal to or more than the threshold value, instead of arranging P-frames at regular intervals. The P frame is properly arranged only in the frame. Further, by generating one or more B frames based on each of one or more compressed frames between the I frame and the P frame, the B frame is arranged in the frame in which the P frame was conventionally arranged. , The number of P frames is reduced. Here, as described above, the B frame has a smaller amount of information than the P frame. Therefore, according to the image compression method according to the present embodiment, the amount of information is further compressed as compared with the conventional image compression method.

１００…動画圧縮装置、１１０…分割処理装置、１２０…並列分散圧縮処理装置、１３０…統合処理装置、２００…圧縮動画、３１０…フレーム、３２０…飛行機、３３０…背景。 100 ... video compression device, 110 ... division processing device, 120 ... parallel distributed compression processing device, 130 ... integrated processing device, 200 ... compressed video, 310 ... frame, 320 ... airplane, 330 ... background.

Claims (1)

複数の被圧縮フレームを含む被圧縮動画の情報量を圧縮する動画圧縮方法であって、
前記被圧縮動画中の複数のオブジェクトそれぞれを静的オブジェクトと動的オブジェクトに分離し、
前記複数の被圧縮フレームからＩフレームを抽出し、
前記動的オブジェクトの画像の変化量が閾値以上となる前記被圧縮フレームを検出し、この被圧縮フレームに基づいてＰフレームを生成し、
前記Ｉフレームと前記Ｐフレームの間の１以上の前記被圧縮フレームそれぞれに基づいて１以上のＢフレームを生成する
ことを特徴とする動画圧縮方法。
A video compression method that compresses the amount of information in a compressed video that includes multiple compressed frames.
Each of the plurality of objects in the compressed video is separated into a static object and a dynamic object.
I-frames are extracted from the plurality of compressed frames.
The compressed frame in which the amount of change in the image of the dynamic object is equal to or greater than the threshold value is detected, and a P frame is generated based on the compressed frame.
A moving image compression method comprising generating one or more B frames based on each of the one or more compressed frames between the I frame and the P frame.
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