JP4295861B2

JP4295861B2 - トランスコーダ装置

Info

Publication number: JP4295861B2
Application number: JP15274299A
Authority: JP
Inventors: 和夫大関; 信之佐々木; 太郎浅野; 延孝篠原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-05-31
Filing date: 1999-05-31
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2019-05-31
Also published as: JP2000341686A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多種の伝送レートの映像信号を１つの切替装置で選択的に切り替えるシリアル伝送路切替システムに適用され、特に、符号化映像信号の伝送レートを任意に変更するトランスコーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、デジタル技術の進歩に伴い、スタンダードな現行テレビジョン信号だけでなく、ハイビジョンテレビジョン信号のデジタル化が実現されている。また、このような映像信号のデジタル化により、映像圧縮技術が盛んに開発されている。この映像圧縮技術としては、例えばＭＰＥＧ（Moving Picture Coding Experts Group）で規格されている符号化圧縮方式がある。
【０００３】
以上のことから、例えば放送局のスタジオ機器にあっては、局内で多種の伝送レートの映像信号を取り扱うようになってきている。この場合、複数の伝送レートが混在する複数のシリアル伝送路を１ヵ所に集中し、選択的に交換接続するシリアル伝送路切替装置が使用される。
【０００４】
ところで、上記シリアル伝送路切替装置では、複数のシリアル伝送路を交換接続する際に、互いに同一の伝送レートにする必要が生じる。そこで、ＭＰＥＧ規格で符号化されたビットストリームについて、伝送レートを任意に変更するトランスコーダ装置が用いられている。
【０００５】
この種のトランスコーダ装置は、ビデオデコーダとビデオエンコーダとを備え、映像信号を符号化したビットストリームをビデオデコーダで復号し、この復号された映像信号をビデオエンコーダで指定された伝送レートで再度符号化してシリアル伝送路切替装置に出力する。
【０００６】
しかしながら、上記のような従来のトランスコーダ装置では、入力時のビットストリームの符号化構造を確定することができず、このため、入力時のビットストリームと再符号化時のビットストリームとの不整合が生じて確率的に画質の変動が発生し、画質の劣化につながることになる。また、ビットストリームが例えばテレビジョン方式とフィルム方式との違いを吸収するために、任意の比率でプルダウンされている場合もあり、従来のトランスコーダ装置では、ビットストリームのプルダウン構造を確定することができない。
【０００７】
そこで、上記トランスコーダ装置では、ビデオデコーダでビットストリームの符号化構造及びプルダウン構造を示す補助情報を生成して復号した映像信号に多重し、後段のビデオエンコーダで映像信号から補助情報を抽出することにより、符号化構造及びプルダウン構造を継承するｍｏｌ（モル）方式を用いている。しかし、このｍｏｌ方式では、符号化構造及びプルダウン構造の検出、符号化構造及びプルダウン構造を示す補助情報の生成、多重処理を１つのビデオデコーダで行なっており、また補助情報の抽出及び符号化制御処理を１つのビデオエンコーダで行なっていることにより、ビデオデコーダ及びビデオエンコーダそれぞれに高い処理能力が要求され、このため、ビデオデコーダ及びビデオエンコーダの内部を改造しなければならなくなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来のトランスコーダ装置では、入力時のビットストリームの符号化構造及びプルダウン構造と再符号化時のビットストリームの符号化構造及びプルダウン構造との不整合により画質の劣化等を生じるという問題を有している。また、これら符号化構造及びプルダウン構造の整合をとるために、符号化構造及びプルダウン構造の検出、符号化構造及びプルダウン構造を示す補助情報の生成及び補助情報を復号した映像信号に多重する処理を１つのビデオデコーダで行なっており、補助情報の抽出及び符号化制御処理を１つのビデオエンコーダで行なっていることにより、ビデオデコーダ及びビデオエンコーダそれぞれに高い処理能力が要求され、内部回路の改造が必要となるという不都合を有している。
【０００９】
この発明の目的は、既存の復号器及び符号化器を用いて、符号化映像信号の伝送レートを任意に変更可能であり、かつ異種の構造を持つ符号化映像信号に対しても柔軟に対応し得るトランスコーダ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るトランスコーダ装置は、ダミーフィールドを挿入することで、Ｍ（Ｍは自然数）：Ｎ（Ｎは自然数）にプルダウンされ、符号化処理が施された符号化映像信号を取り扱う装置であって、符号化映像信号を復号する復号手段と、この復号手段で復号された復号信号を外部から指定された伝送レートで符号化する符号化手段と、復号手段に入力される符号化映像信号のプルダウン構造を検出する検出手段と、この検出手段の検出結果に基づいて符号化手段の符号化処理を制御する符号化制御手段とを備えるようにしたものである。なお、符号化制御手段は、検出手段の検出結果から復号手段に入力される符号化映像信号のプルダウン構造、符号化構造に合わせて符号化処理を実行するように前記符号化手段を制御することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、符号化映像信号を１度復号して元に戻し、任意の伝送レートで再度符号化するようにしているので、符号化信号の伝送レートを容易に変更でき、さらに、符号化映像信号の復号処理及び符号化処理とは別系統で入力時の符号化映像信号のプルダウン構造を検出し、この検出結果に基づいて復号信号を入力時の符号化映像信号のプルダウン構造に合わせて再符号化するように符号化処理を制御するようにしている。
【００１２】
このため、入力時の符号化映像信号のプルダウン構造が復号処理及び符号化処理とは別系統で再符号化時に継承されるので、入力時の符号化映像信号と再符号化された符号化映像信号との不整合による画質の変動と劣化とを最小限に抑えられて、異種の構造を持つ符号化映像信号に対しても柔軟に対応することが可能となるとともに、復号器及び符号化器では入力時の符号化映像信号のプルダウン構造を再符号化時に継承するための高い処理能力が必要なくなるため、内部回路の変更、改造等を行なう必要がなくなる。
【００１３】
従って、既存の復号器及び符号化器を使用するだけで、多種の伝送レートを取り扱う切替システムに好適し、検出及び符号化制御処理をコンピュータで実行すれば汎用性の高いものとなる。
【００１４】
上記構成において、復号手段と符号化手段との間の信号経路中に介在され、復号手段の出力を遅延する遅延手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、再符号化処理におけるプルダウン構造もしくは符号化構造の変更には処理時間がかかるため、復号信号を所定時間遅延させることにより変更に要する処理時間を吸収することができる。
【００１６】
上記構成において、符号化手段は、符号化制御手段の制御により、入力された復号信号に含まれるダミーフィールドをスキップさせることを特徴とする。
【００１７】
この構成によれば、符号化手段は、符号化制御手段の制御により、入力時の符号化映像信号のプルダウン構造と、復号信号のプルダウン構造とが一致するか否かを判定し、一致しないと判定した場合に、復号信号に含まれるダミーフィールドをスキップさせて符号化処理を行なうようにしているので、万一、異なるプルダウン構造を持つ符号化映像信号が到来した場合にも、符号化映像信号の品質を悪化させることなく、入力時の符号化映像信号と再符号化された符号化映像信号とのプルダウン構造を強制的に一致させることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明に係るトランスコーダ装置の一実施形態を示す回路ブロック図である。ここでは、ビットストリームとして３：２プルダウン構造で、少なくとも２種類以上の符号化方式により符号化されたＧＯＰ（Group Of Picture）構造を持つＭＰＥＧ−２規格のビデオＥＳ（Elementary Stream）信号を取り扱う例に説明する。
図中符号１０１はビデオデコーダで、入力されたＭＰＥＧ−２のビデオＥＳ信号を元のビデオ信号に復号する。この復号されたビデオ信号は、遅延部１０２で所定時間遅延されて、ビデオエンコーダ１０３に供給される。ビデオエンコーダ１０３は、入力信号を符号化する符号化構造もしくは符号化するプルダウン構造を任意に設定可能で、遅延部１０２の出力を外部から指定された伝送レートで符号化し、ビデオＥＳ信号として図示しないシリアル伝送路切替装置に出力する。なお、ビデオエンコーダ１０３に対して指示する伝送レートは、外部から任意の値を設定可能である。
【００１９】
一方、入力されたビデオＥＳ信号は、ＧＯＰ検出部１０４でＧＯＰヘッダ情報が検出され、同時にプルダウン検出部１０５でプルダウン構造が検出される。それぞれの検出結果は、符号化制御部１０６に供給される。
【００２０】
符号化制御部１０６は、入力された検出結果から入力時のビデオＥＳ信号のＧＯＰ構造及びプルダウン構造を解析し、ビデオエンコーダ１０３の符号化方式及び符号化するプルダウン構造が入力時のビデオＥＳ信号のＧＯＰ構造及びプルダウン構造に一致するように制御するものである。
【００２１】
次に、上記構成における動作について、図２及び図３に示すＭＰＥＧ−２のビデオＥＳ信号の構造を参照して説明する。
すなわち、上記構成で取り扱われるビデオＥＳ信号は、図２に示すように、フレーム内符号化方式により１フレーム自体を直接符号化されたＩフレームと、過去のフレームからの予測を利用して符号化されたＰフレームと、過去と未来との両側のフレームからの予測を利用して符号化されたＢフレームとから成るＧＯＰ構造であり、ＩＢＢＰＢＢＰＢＢＰＢＢＰＢＢから成る１５フレームの繰り返しパターンで、Ｉフレームの先頭にＧＯＰヘッダが付加されている。
【００２２】
そこで、ビデオエンコーダ１０３の符号化方式を決定するために、入力時のビデオＥＳ信号からＧＯＰヘッダ情報を検出し、この検出結果を符号化制御部１０６に与える。この検出結果を受けて、符号化制御部１０６は、スタートトリガ信号をビデオエンコーダ１０３に与えることにより、ビデオエンコーダ１０３の符号化処理にリセットをかける。なお、ビデオエンコーダ１０３は、初期時に入力信号に対してフレーム内符号化方式により符号化して出力し、次にフレーム間符号化方式により符号化して出力した後、リセットがかかるまでフレーム間符号化方式の状態を維持する回路である。
【００２３】
これにより、ビデオエンコーダ１０３から出力される各フレームのピクチャーコードタイプは、ビデオデコーダ１０１への入力時のピクチャーコードタイプのパターンと一致することになる。
【００２４】
また、上記ビデオＥＳ信号は、図３に示すように、複数フレームそれぞれを２つのフィールドに分割するとともに、例えば２フレーム単位で無効なダミーフィールドをフィールド相互間に挿入した３：２プルダウン構造の信号である。ここでは、第１フィールドと同じフィールドを作成してダミーフィールドとしてフィールド相互間に挿入している。
【００２５】
すなわち、ＧＯＰが変化しない場合でも、３：２プルダウンの発生によって通常の符号化処理とは異なるビデオＥＳ信号が到来することがある。復号誤差が小さい場合には、ビデオエンコーダ１０３で符号化されたビデオＥＳ信号は、入力時のビデオＥＳ信号と３：２プルダウン構造がほぼ同一となるが、実際には復号誤差が大きく、同一の３：２プルダウン構造とならない場合がある。
【００２６】
そこで、ビデオエンコーダ１０３の符号化するプルダウン構造を決定するために、プルダウン検出部１０５は、入力時のビデオＥＳ信号からプルダウン構造を検出し、この検出結果を符号化制御部１０６に与える。この検出結果を受けて、符号化制御部１０６は、この３：２プルダウン構造における偶、奇フィールド符号化、スキップ等の設定に必要な制御情報をビデオエンコーダ１０３に与える。ビデオエンコーダ１０３は、与えられた制御情報に基づいて入力時のビデオＥＳ信号の３：２プルダウン構造を把握し、この３：２プルダウン構造と同一パターンで遅延部１０２の出力の再符号化を行ない、強制的に入力時と再符号化時との３：２プルダウン構造の一致を図る。
【００２７】
図４は、入力時と再符号化時との３：２プルダウン構造の一致を図るためのビデオエンコーダ１０３の動作を示すフローチャートである。
【００２８】
すなわち、符号化制御部１０６から制御情報が通知されると（ステップＳ１１）、ビデオエンコーダ１０３は、この制御情報に基づいて入力時のビデオＥＳ信号の３：２プルダウン構造を把握し、符号化するプルダウン構造を決定する（ステップＳ１２）。そして、符号化すべきプルダウン構造と遅延部１０２の出力であるビデオ信号のプルダウン構造とを比較し（ステップＳ１３）、一致するか否かを判定する（ステップＳ１４）。ここで、一致したと判定した場合（ＹＥＳ）、通常の符号化処理を実行し（ステップＳ１５）、一致しない場合（ＮＯ）、ビデオ信号に含まれるダミーフィールドをスキップさせて符号化処理を実行する（ステップＳ１６）。
【００２９】
なお、スキップすべきダミーフィールドの挿入位置は、プルダウン検出部１０５で検出され、符号化制御部１０６にてダミーフィールドの挿入位置を示す情報を制御情報としてビデオエンコーダ１０３に通知する。
【００３０】
以上のように上記実施形態であれば、ビデオＥＳ信号をビデオデコーダ１０１で１度復号して元に戻し、ビデオエンコーダ１０３で任意の伝送レートで再度符号化するようにしているので、ビデオＥＳ信号の伝送レートを容易に変更でき、さらに、ビデオデコーダ１０１及びビデオエンコーダ１０３とは別系統で入力時のビデオＥＳ信号のＧＯＰ構造及び３：２プルダウン構造をＧＯＰ検出部１０４及びプルダウン検出部１０５で検出し、符号化制御部１０６で検出結果を受けてビデオ信号を入力時のビデオＥＳ信号のＧＯＰ構造及び３：２プルダウン構造に合わせて再符号化するようにビデオエンコーダ１０３の符号化処理を制御するようにしている。
【００３１】
このため、入力時のビデオＥＳ信号のＧＯＰ構造及び３：２プルダウン構造がビデオデコーダ１０１及びビデオエンコーダ１０３とは別系統で再符号化時に継承されるので、入力時のビデオＥＳ信号と再符号化されたビデオＥＳ信号との不整合による画質の変動と劣化とを最小限に抑えることが可能となるとともに、ビデオデコーダ１０１及びビデオエンコーダ１０３では入力時のビデオＥＳ信号の特性を再符号化時に継承するための高い処理能力が必要なくなるため、内部回路の変更、改造等を行なう必要がなくなる。つまり、ビデオデコーダ１０１及びビデオエンコーダ１０３では、ビデオＥＳ信号の符号化構造の検出、符号化構造を示す補助情報の生成、補助情報の抽出及び符号化制御処理を必要とせずに済む。
【００３２】
従って、既存のビデオデコーダ１０１及びビデオエンコーダ１０３を使用するだけで、多種の伝送レートを取り扱う切替システムに好適し、ＧＯＰ検出部１０４、プルダウン検出部１０５及び符号化制御部１０６のそれぞれの処理を１つのコンピュータで実行すれば汎用性の高いものとなる。
【００３３】
また、ビデオエンコーダ１０３にて符号化すべくプルダウン構造を決定するための制御情報は、符号化制御部１０６からビデオエンコーダ１０３に通知され、ビデオエンコーダ１０３は通知された制御情報に基づいて、符号化すべくプルダウン構造を設定し、この設定されたプルダウン構造、つまり入力時のビデオＥＳ信号の３：２プルダウン構造とビデオ信号のプルダウン構造、つまり実際に符号化する３：２プルダウン構造とが一致するか否かを判定し、一致しないと判定した場合に、ビデオ信号に含まれるダミーフィールドをスキップさせて符号化処理を行なうようにしているので、３：２プルダウン構造とは異なるプルダウン構造を持つビデオＥＳ信号が到来した場合にも、画質を悪化させることなしに、入力時のビデオＥＳ信号と再符号化されたビデオＥＳ信号とのプルダウン構造を一致させることが可能となる。なお、スキップさせるフィールドは、無効なダミーフィールドであるので、ビデオＥＳ信号の品質に影響を及ぼすことがない。
【００３４】
なお、上記実施形態では、ビデオデコーダ１０１とビデオエンコーダ１０３との間の信号経路中に遅延部１０２を介在した例について説明しているが、この遅延部１０２はＧＯＰ構造、３：２プルダウン構造を検出するために必要とする処理時間の長さに応じて、その遅延時間やその有無が決められる。従って、処理が十分速い検出回路に対しては、遅延部１０２は不要である。しかし、一般には、ビデオエンコーダ１０３のＧＯＰ構造、プルダウン構造の変更には、充分処理時間がかかる場合が多いため、現状では０．５〜数フレーム分の遅延を行なっていた方がよい。この場合、遅延部１０２でビデオ信号を遅延させることにより、ビデオエンコーダ１０３における符号化方式、符号化すべくプルダウン構造の変更に要する処理時間を吸収することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態では、ビデオＥＳ信号に含まれるＧＯＰヘッダ情報に基づいて、ビデオエンコーダ１０３の符号化方式を制御する例について説明したが、ビデオＥＳ信号にＧＯＰヘッダ情報が含まれていない場合には、ＩＰＢパターンを調べ、Ｉフレームの先頭に付加された識別符号をＧＯＰの先頭として検出すればよい。
【００３６】
また、ＧＯＰ以外にも、少なくともモードの異なる符号化方式により符号化された２種類以上のフレームを有し、それぞれのフレーム先頭に自フレームに対応する符号化方式の種類を識別するための識別情報を付加した符号化信号を取り扱うようにしてもよい。この場合、符号化映像信号から識別情報を検出し、この検出された識別情報の内容を基に、ビデオエンコーダ１０３の符号化方式を制御するようにしている。
【００３７】
さらに、上記実施形態では、ビデオＥＳ信号が３：２プルダウン構造であるものを取り扱う例について説明したが、３：２プルダウン構造以外にも、複数フレームそれぞれを２つのフィールドに分割し、複数フレーム単位でダミーフィールドをフィールド相互間に挿入したＭ：Ｎ（Ｍ，Ｎは自然数）プルダウン構造の符号化映像信号を取り扱うようにしてもよい。
【００３８】
この他、ビデオデコーダ、ビデオエンコーダ、ＧＯＰ検出部、プルダウン検出部及び符号化制御部の構成、取り扱うビットストリームの種類等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００３９】
【発明の効果】
以上詳述したようにこの発明によれば、既存の復号器及び符号化器を用いて、取り扱う符号化信号の伝送レートを任意に変更可能であり、かつ異種の構造を持つ符号化映像信号に対しても柔軟に対応可能で、多種の伝送レートのシリアル伝送路を取り扱うシリアル伝送路切替システムに好適し得るトランスコーダ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るトランスコーダ装置の一実施形態を示す回路ブロック図。
【図２】同実施形態で取り扱うビデオＥＳ信号のＧＯＰ構造を説明するために示す図。
【図３】同実施形態で取り扱うビデオＥＳ信号の３：２プルダウン構造を説明するために示す図。
【図４】上記図１に示したビデオエンコーダの動作を説明するために示すフローチャート。
【符号の説明】
１０１…ビデオデコーダ、
１０２…遅延部、
１０３…ビデオエンコーダ、
１０４…ＧＯＰ検出部、
１０５…プルダウン検出部、
１０６…符号化制御部。

Claims

ダミーフィールドを挿入することで、Ｍ（Ｍは自然数）：Ｎ（Ｎは自然数）にプルダウンされ、符号化処理が施された符号化映像信号を取り扱う装置であって、
前記符号化映像信号を復号する復号手段と、
この復号手段で復号された復号信号を外部から指定された伝送レートで符号化する符号化手段と、
前記復号手段に入力される前記符号化映像信号のプルダウン構造を検出する検出手段と、
この検出手段の検出結果に基づいて前記符号化手段の符号化処理を制御する符号化制御手段とを具備し、
前記符号化制御手段は、前記検出手段の検出結果から前記プルダウン構造における偶、奇フィールド符号化、スキップすべきダミーフィールドの挿入位置を示す制御情報を前記符号化手段に通知し、
前記符号化手段は、前記制御情報に基づいて前記復号手段への入力時の符号化映像信号のプルダウン構造を把握し、この把握したプルダウン構造と前記復号手段の出力のプルダウン構造とを比較して一致するか否かを判定し、一致しない場合に、前記復号手段の出力に含まれるダミーフィールドをスキップさせて符号化処理を実行することを特徴とするトランスコーダ装置。
前記符号化映像信号の符号化構造は、グループ・オブ・ピクチャー構造であることを特徴とする請求項１記載のトランスコーダ装置。
前記検出手段は、前記符号化映像信号から符号化構造をさらに検出することを特徴とする請求項２記載のトランスコーダ装置。
前記復号手段と前記符号化手段との間の信号経路中に介在され、前記復号手段の出力を遅延する遅延手段をさらに備えることを特徴とする請求項１記載のトランスコーダ装置。
前記符号化制御手段は、前記検出手段の検出結果から前記復号手段に入力される符号化映像信号のプルダウン構造、符号化構造に合わせて符号化処理を実行するように前記符号化手段を制御することを特徴とする請求項１または２記載のトランスコーダ装置。