JP4751614B2 - 単一のディスク上で標準画質および高画質のビデオ・フォーマットを実現するディジタル・ビデオ・ディスク - Google Patents

Description

本出願は、２００２年１２月３日付で出願された「単一のディスクＳＤ／ＨＤ‐ＤＶＤのためのハイブリッド・スケーラブル・コーデック（Ｈｙｂｒｉｄ Ｓｃａｌａｂｌｅ ＣＯＤＥＣ Ｆｏｒ Ｓｉｎｇｌｅ‐Ｄｉｓｃ ＳＤ／ＨＤ‐ＤＶＤ）」と題された米国仮出願第６０／４３０，５５８号の利益を主張するものであり、その開示内容全体を本明細書中に盛り込むものとする。

本発明は、ビデオ・コーデックに関し、特に、単一のディジタル・ビデオ・ディスク上でビデオ・データの標準画質バージョンおよび高画質バージョンを統合するためのビデオ・コーデックに関する。

一般的に、ビデオ・データは、ビデオ・エンコーダおよびビデオ・デコーダ（エンコーダおよびデコーダをまとめてコーデック（ＣＯＤＥＣｓ）と呼ぶ）によりビットストリームの形式で処理され、ディジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）・メディアに格納される。ＭＰＥＧ‐２デコーダを用いた赤色レーザーＤＶＤプレイヤーには、かなりのユーザーの設置基盤を有している。ＭＰＥＧ‐２のエンコーディングに赤色レーザー・デバイスを用いることによって、通常の映画の標準画質（ＳＤ：ｓｔａｎｄａｄ‐ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）バージョンをサポートするのに十分なストレージ容量が生み出されるが、このような映画の高画質（ＨＤ：ｈｉｇｈ‐ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）バージョンを同じディスクに記録することをサポートすることが大いに望まれている。残念ながら、ＭＰＥＧ‐２を用いたユーザーの設置基盤を具備した赤色レーザー・プレイヤーは、通常の映画のＳＤバージョンおよびＨＤバージョンの双方を記録するのに十分なストレージ容量をサポートしていない。

赤色レーザー技術および青色レーザー技術は、双方、高画質記録（ＨＤ‐ＤＶＤ）をサポートするのに十分なストレージ容量に達することができるかどうかが検討されてきた。青色レーザー技術には、ＭＰＥＧ‐２を利用して１つのディスクに複数の高品質ＨＤ映画を記録するのに十分なストレージを提供するという利点があるが、ユーザーの設置基盤を有している赤色レーザー・デバイスに取って代わって、青色レーザーを使用することはまだ経済的に可能な段階に至っていない。そのため、ＭＰＥＧ‐２デコーダを用いて現行の赤色レーザー・デバイスによって読み取り可能な同一のディスク上で、ＨＤ−ＤＶＤに使用可能であり、さらに、ＳＤ‐ＤＶＤをサポートするコーディング・スキームに対する需要がある。

従って、赤色レーザーＨＤ‐ＤＶＤを使用して、単一のディスク上に、映画のＨＤバージョンに加えて、ＭＰＥＧ‐２デコーダを備える現行のプレイヤーによって読み取り可能な映画のＳＤバージョンを記録することが望ましい。これは、コンテンツ・クリエイターがＳＤディスクに加えて別個のＨＤ‐ＤＶＤディスクを作製する必要がなく、小売業者が単に１つの在庫管理単位（ＳＫＵ：ｓｔｏｃｋ ｋｅｅｐｉｎｇ ｕｎｉｔ）を用いることによって、１本の映画につき１つのディスクの在庫を持っているだけでよいということを意味する。これにより、放送者側は、より多くのＨＤセットが売れるまではＨＤを放送したくないが、消費者は、より多くのＨＤコンテンツが利用可能となるまではＨＤセットを購入したくないという高画質テレビ（ＨＤＴＶ：Ｈｉｇｈ‐ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ）放送に伴う問題を回避することができる。

本発明は、片面ストレージ・メディアの使用を前提としている。両面ディスクは、より多くの記憶容量を得るための選択肢であるが、ディスクの両面を使用するには幾分の抵抗がある。これは、部分的には、コストが高くなることと、ディスクの両面にコンテンツを格納することにより、通常ディスクの片面に貼られるラベルに支障をきたすという短所に基づくものである。従って、ＨＤ‐ＤＶＤのアプローチとして、（ｉ）青色レーザー技術を用いること、（ｉｉ）両面赤色レーザー・ディスクを用いること、（ｉｉｉ）映画のＨＤバージョンとＳＤバージョンとを別個の赤色レーザー・ディスクに記録することは、それぞれ、大きな欠点および短所がある。

（発明の概要）
従来技術のこれらの欠点や短所、また、その他の欠点や短所は、標準画質および高画質のデュアル・ディスクに存在するベース層とエンハンスメント層の各々に対する複数のブロック変換係数として、ビデオ信号データを処理するためのハイブリッド・スケーラブル・エンコーダ、方法およびメディアによって克服される。エンコーダは、オリジナルの高画質信号データ・シーケンスをベース層データとエンハンスメント層データとに分解する２層分解ユニットと、分解ユニットに結合され、標準画質データ・シーケンスを具現するベース層ビットストリームとしてベース層データをエンコードする標準画質エンコーダと、分解ユニットと標準画質エンコーダとに結合され、高画質データ・シーケンスを具現するエンハンスメント層ビットストリームとして高画質データと標準画質データとの間の差分をエンコードする高画質エンコーダとを含んでいる。

本発明のこれらの態様、特徴、および利点、また、その他の態様、特徴、および利点は、添付図面を参照しながら例示的な実施の形態についての以下の説明を読むことによって理解できるであろう。

本発明は、例示的な図面に従って、ハイブリッド・スケーラブル・ビデオ・コーデックを利用して標準画質（ＳＤ）と高画質（ＨＤ）とを単一のディジタル・ビデオ・ディスク（ＤＶＤ）上で統合する。

我々は、単一の赤色レーザー・ディスク上に映画の標準画質（ＳＤ）バージョンおよび高画質（ＨＤ）バージョンを提供することの必要性を認識し、このために、少なくとも２つの手法を使用することを考案した。第１の手法は、ＳＤにはＭＰＥＧ‐２を利用し、ＨＤにはＨ．２６Ｌを利用したサイマルキャスト（ｓｉｍｕｌｃａｓｔ）により、赤色レーザーを用いて単一のディスクにＳＤおよびＨＤを提供することである。第２の手法は、ベース層（ｂａｓｅ ｌａｙｅｒ）にはＭＰＥＧ‐２を利用し、エンハンスメント層（ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｌａｙｅｒ）には修正版Ｈ．２６Ｌ（ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｈ．２６Ｌ）を利用したハイブリッド・スケーラブル手法により、赤色レーザーを用いて単一のディスクにＳＤおよびＨＤを提供することである。

単一のディスク上にＳＤおよびＨＤを記録するために、２つのオプションであるサイマルキャストおよびスケーラビリティについてこれから検討する。赤色レーザーＤＶＤに伴うストレージ容量の制約により、ＭＰＥＧ‐２は、ＨＤ層には十分なものとはならないことがある。サイマルキャストの手法によれば、ディスク上に別個のＭＰＥＧ‐２のＳＤストリームとＨ．２６ＬのＨＤストリームを記録し、スケーラブル手法によれば、ベース層にはＭＰＥＧ‐２を使用し、エンハンスメント層には修正版Ｈ．２６Ｌを使用する。

比較のために、合計ビットレートが７Ｍｂｐｓ、８Ｍｂｐｓ、９Ｍｂｐｓになる場合について検討する。これらの合計ビットレートの各々について、表１および表２は、それぞれ、幾つかの異なる場合における、開示されているハイブリッド・スケーラブル手法およびサイマルキャスト手法の推定パフォーマンスを示している。パフォーマンスは、相当ＭＰＥＧ‐２ＨＤビットレート（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ＭＰＥＧ‐２ ＨＤ ｂｉｔｒａｔｅ）に基づいて推定される。特定の場合における相当ＭＰＥＧ‐２ＨＤビットレートは、この場合におけるＨＤ層と同様の品質を達成するのに必要となるであろうＭＰＥＧ‐２ビットレートである。

各合計ビットレートに、２つの別個のＳＤビットレート、すなわち、３Ｍｂｐｓ、および４Ｍｂｐｓを示す。さらに、ＭＰＥＧ‐２に対するＨ．２６Ｌの２つの別個の改良ファクターとして、２および２．５を示す。これは、ＭＰＥＧ‐２のビットレートを２倍、または、２．５倍にしたものとＨ．２６Ｌのビットレートを１倍にしたものとが同等の品質であるとみなされることを意味している。

表２のサイマルキャストの場合のパフォーマンスは、ＨＤビットレートにＨ．２６Ｌの改良ファクターを乗算することによって得ることができる。表１のハイブリッド・スケーラビィリティ手法の推定パフォーマンスは、ＨＤビットレートにＨ．２６Ｌの改良ファクターを乗算し、ＳＤビットレートを加算した後、０．９のファクターを乗算することによってスケーラビィリティによるコーディング効率の損失を補償することによって得ることができる。０．９のファクターは、従前の経験に基づく推定値である。

表１および表２において影の付いている行は、ＨＤ‐ＤＶＤのための十分な品質を得ることができるであろうと推定される場合を示している。表を比較すると、表１の方が影の付いている行が多い。表２を見ると、サイマルキャストの手法では、許容可能な品質を得るために、１）Ｈ．２６Ｌは、ＭＰＥＧ‐２に対して２．５倍改良されていなければならず、ＳＤ層には３Ｍｂｐｓで十分でなければならないこと、または、２）合計ビデオ・ビットレートとして９Ｍｂｐｓを使用しなければならず、ＳＤ層には３Ｍｂｐｓで十分でなければならないこと、または、３）合計ビデオ・ビットレートとして９Ｍｂｐｓを使用しなければならず、Ｈ．２６Ｌは、ＭＰＥＧ‐２に対して２．５倍改良されていなければならないこと、が分かる。

スケーラビリティの場合では、１）相当ＭＰＥＧ‐２ＨＤビットレートを計算するのに使用される数式が余り厳密なものでない場合、または、２）合計ビットレートとして７Ｍｂｐｓしか許容されておらず、修正版Ｈ．２６Ｌが、ＭＰＥＧ‐２に対して２．５倍改良されていない場合、または、３）ＳＤ層には４Ｍｂｐｓを使用しなければならず、合計ビデオ・ビットレートとして９Ｍｂｐｓが許容されておらず、Ｈ．２６Ｌが、２．５倍改良されていない場合のような、ボーダーラインの場合には、パフォーマンスが十分にはならないであろう。

従って、本発明の実施の形態によれば、映画の２つのバージョン、すなわち、１つの標準画質（ＳＤ）のバージョンと、１つの高画質（ＨＤ）のバージョンとを２層（ｄｕａｌ ｌａｙｅｒ）、片面、赤色レーザーＤＶＤディスクから読み出すことを可能にし、ＳＤバージョンに含まれる情報をＨＤバージョンの一部として２度目に記録する必要がない。コーディングは、ハイブリッドのＭＰＥＧ‐２と修正版Ｈ．２６Ｌとのスケーラビィリィティを用いて行われる。ベース層にＭＰＥＧ‐２を使用することによって、ＳＤビットストリームを現行のＳＤＤＶＤプレイヤーによって再生することができる。エンハンスメント層のコーディングは、修正版Ｈ．２６Ｌ（ＪＶＴ、または、ＭＰＥＧ４パート１０、または、ＡＶＣとしても知られる）スキームを用いて行われ、単一のディスクにＳＤ映画とＨＤ映画の双方を記録するのに必要なコーディング効率を得ることができる。本発明は、ＤＶＤメディアに加え、例えば、ストリーミング・インターネット・ビデオ等のストリーミングおよび／またはボラタイル（ｖｏｌａｔｉｌｅ）コンテンツに対しても適用することができる。

以下の説明は、単に、本発明の原理を示すためだけのものにすぎない。従って、当業者であれば、本願においてはっきりとした説明や図示が存在しない場合であっても、様々な改変を施して本発明の原理を実施することが可能であり、このような改変が本発明の精神および範囲に含まれることが理解できるであろう。さらに、本明細書中に記載されている例、条件付の文言の全ては、基本的に、読者が本発明の原理を理解できるようにするための、教示を目的としただけのものであることは明らかであり、また、技術の発展に寄与するような発明者による概念は、このような具体的に記載された例や条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、本明細書中の本発明の原理、態様、実施の形態、具体例の記載の全ては、構造的な均等物、機能的な均等物の双方を包含するように意図されている。さらに、このような均等物は、現在公知の均等物だけでなく、将来における均等物、つまり、構造に係わらず、同様の機能を果たすように開発されたものであれば、どのような要素をも含むように意図されている。

従って、例えば、当業者であれば、本願のブロック図は、本発明の原理を実施する回路を示す概念図であることが理解できるであろう。同様に、フローチャート、フロー図、状態遷移図、擬似コード等は、いずれもコンピュータによって読み取り可能な媒体において実質的に表される様々な処理を示すものであり、コンピュータやプロセッサがはっきりと図示されているかどうかに係わらず、コンピュータやプロセッサによって実行されるものである。

図面において示されている様々な要素の機能は、専用のハードウエアの使用によって提供されるものでもよく、適切なソフトウエアに関連付けられ、ソフトウエアを実行することが可能なハードウエアの使用によって提供されるものであってもよい。プロセッサによって機能が提供されるような場合には、単一の専用プロセッサによって機能が提供されるものでもよく、単一の共有プロセッサによって機能が提供されるものでもよく、また、複数の別個のプロセッサによって機能が提供されるものでもよく、このうち、幾つかのプロセッサが共有されたものであってもよい。さらに、「プロセッサ」や「コントローラ」の用語を明示的に使用している場合であっても、ソフトウエアを実行することが可能なハードウエアのみに限定するように解釈されるべきものではなく、限定するものではないが、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）ハードウエア、ソフトウエアを格納するための読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、さらに、不揮発性記憶装置を暗示的に含むものとする。また、他のハードウエア、従来型ハードウエアおよび／または一般的なハードウエアも含まれる。同様に、図面に示す各スイッチは、概念的なものにすぎない。これらのスイッチの機能は、プログラム・ロジックの処理によって実行されるものでもよく、専用のロジックを介して実行されるものでもよく、プログラム制御と専用のロジックとの連携によって実行されるものでもよく、さらに、マニュアルで実行されるものであってもよく、本明細書の内容に基づいて具体的な理解を得た発明の実施者が特定の技術を選択することが可能である。

本願の請求の範囲において、特定の機能を実行するための手段として示す要素は、いずれも、この機能を実行するものであれば、どのような方法で実行するものでも包含するように意図されており、例えば、ａ）回路要素を組み合わせて機能を実行するもの、また、ｂ）いかなる形態のソフトウエアをも包含するように意図されている。従って、ファームウエア、マイクロコード等、機能を実行するソフトウエアを実行するための適切な回路を組み合わせたものも含まれる。このような請求の範囲によって定義される発明は、記載された様々な手段によって提供される機能性が組み合わせられ、請求項が要求するようにまとめられるという事実に基づくものである。従って、出願人は、本願に示すものと同様の機能性を提供する手段はどのようなものであっても均等物であるとみなす。

図１において、ハイブリッド・スケーラブル・エンコーダが参照符号１００によって概略的に示されている。エンコーダ１００は、オリジナルのＨＤシーケンスを受信する２層分解ユニット１１０を含んでいる。分解ユニット１１０は、信号通信するようにＭＰＥＧ‐２エンコーダ１１２に結合される。ＭＰＥＧ‐２エンコーダ１１２は、分解ユニットからベース層ピクセルを受信し、ベース層ビットストリーム出力を発生させる。ＭＰＥＧ‐２エンコーダ１１２は、ＳＤフレーム・バッファ１１４に結合され、再構築されたベース・ピクセルをバッファに供給する。バッファ１１４は、エンコーダ１１２とフィードバック信号を通信するように結合され、さらに、補間器１１６に結合される。補間器１１６は、サミング・ブロック（ｓｕｍｍｉｎｇ ｂｌｏｃｋ）１１８の第１の入力に結合され、サミング・ブロック１１８の出力は、クリッパ１２０に結合される。また、クリッパ１２０は、ＨＤフレーム・バッファ１２２に結合され、ＨＤフレーム・バッファ１２２は、修正版Ｈ．２６Ｌエンコーダ１２４に結合される。エンコーダ１２４の入力は、分解ユニット１１０に結合され、出力は、サミング・ブロック１１８の第２の入力に結合され、再構築されたエンハンスメント層のピクセルをサミング・ブロックに供給する。エンコーダ１２４は、エンハンスメント層ビットストリーム出力を発生させる。

図２を参照すると、ダウンサンプリング・アルゴリズムが参照符号２００によって概略的に示されている。大雑把にいえば、オリジナルのＨＤブロック２１０はＡ_{１６×１６}であるが、８×８のサブブロック２２０、２３０、２４０、および２５０にそれぞれ分割されている。８×８の整数変換器２２１、２３１、２４１、および２５１によって、サブブロックの各々に対し、８×８の整数変換が並列的に行われる。次に、低周波数サブブロック抽出器２２２、２３２、２４２、および２５２によって、変換されたサブブロックに対し、ローパス・フィルタリングがそれぞれ行われる。次に、必要であれば、ゼロ・パディング・ブロック２２３、２３３、２４３、および２５３によって、ローパス・フィルタリングが行われたサブブロックに対し、ゼロ・パディングがそれぞれ行われ、５×４のサブブロックにされる。次に、ゼロ・パディングされたサブブロックの各々に対し、５×４の逆変換器２２４、２３４、２４４、および２５４によって、逆変換が行われ、新たなブロック２１２が作成される。１０×８の整数変換器２１４によって、新たなブロック２１２に対し、整数変換が行われる。１０×８の整数変換器２１４は、１１×９のゼロ・パダー２１６に結合される。さらに、ゼロ・パダー２１６は、１１×９の逆変換器２１８に結合される。逆変換器２１８は、ベース層ピクセルＢ_１１×９を発生させる。図２に示すダウンサンプリング方法の利点は、単に８×８のブロックに対して独立して処理を行うよりも、サンプル・レート変換比率（ｓａｍｐｌｅ ｒａｔｅ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ）がより柔軟であるということにある。図２に示す特定の実施の形態においては、ＳＤ層の水平解像度は、ＨＤの水平解像度の９／１６であり、ＳＤ層の垂直解像度は、ＨＤの垂直解像度の１１／１６である。これらの比率は、８×８のブロックが独立して処理される場合には、変換比率は、１と７との間の幾つかの整数ＰについてはＰ／８の形となってしまうため、使用することができない。

次に図３を参照すると、８×８のサブブロックが参照符号３００によって概略的に示されている。サブブロック３００は、図２のサブブロック２２０、２３０、２４０、および２５０に対応する。サブブロック３００は、ベース層の変換係数３１０と、エンハンスメント層の変換係数３１２を含んでいる。ここで、ベース層については、各８×８の係数ブロックの左上隅における係数３１０の５×４のサブブロックのサブセットが抽出される。８×８のブロックにおける残りの係数３１２は、エンハンスメント層係数である。

図４において、補間アルゴリズムが参照符号４００によって概略的に示されている。アルゴリズム４００は、Ｂ′_１１×９で示すＢ_１１×９の再構築されたバージョンを変換する１１×９の整数変換器４１０を含んでいる。ブロック４１０は、１０×８のトランケーション・ブロック４１２に進み、このトランケーション・ブロック４１２は、中間ブロック４１６を出力する１０×８の逆変換ブロック４１４に進む。ブロック４１６は、４個のサブ分割されたサブブロック４６０、４７０、４８０、および４９０を含んでいる。これらのサブブロックの各々に対し、５×４の整数変換器４６２、４７２、４８２、および４９２によって、整数変換がそれぞれ行われる。次に、変換されたサブブロックに対し、８×８のゼロ・パダー４６４、４７４、４８４、および４９４によって、ゼロ・パディングがそれぞれ行われる。次に、ゼロ・パディングされ、変換されたサブブロックに対し、８×８の逆変換器４６６、４７６、４８６、および４９６によって、それぞれ逆変換が行われ、対応する新たなサブブロック４６８、４７８、４８８、および４９８が形成される。これらのサブブロック４６８、４７８、４８８、および４９８は、集合的に、Ｂ′_{１６×１６}ブロック４１８を構成する。

図５を参照すると、動き補償フィルタが参照符号５００によって概略的に示されている。フィルタ５００は、入力Ｐ_８×８を変換するための８×８の整数変換器５１０を含んでいる。変換器５１０は、ベース層の係数をゼロにセットするアサインメント・ユニット５１２に結合される。また、アサインメント・ユニット５１２は、出力Ｐ′８×８を発生させる８×８の逆変換器５１４に結合される。

図６を参照すると、ハイブリッド・スケーラブル・エンコーダの別の実施の形態が参照符号６００によって概略的に示されている。エンコーダ６００は、図１のエンコーダ１００と類似するものであるが、分解を完了させるためのダウンサンプリング・ユニットを備えている。従って、エンコーダは、オリジナルのＨＤシーケンスを受信して、ベース層のピクセルを供給するためのダウンサンプリングを行うダウンサンプリング・ユニット６１０を含んでいる。さらに、エンコーダ６００は、非反転入力でオリジナルのＨＤシーケンスを受信する第１のサミング・ブロック６１１を含んでいる。ダウンサンプリング・ユニット６１０は、ＭＰＥＧ‐２エンコーダ６１２と信号通信するように結合され、ＭＰＥＧ‐２エンコーダ６１２は、ベース層ピクセルをダウンサンプリング・ユニットから受信し、ベース層ビットストリーム出力を発生させる。ＭＰＥＧ‐２エンコーダ６１２は、ＳＤフレームバッファ６１４に結合され、再構築されたベース・ピクセルをバッファに提供する。バッファ６１４は、エンコーダ６１２とフィードバック信号を通信するように結合され、さらに、補間器６１６に結合される。補間器６１６は、第１のサミング・ブロック（ｓｕｍｍｉｎｇ ｂｌｏｃｋ）６１１の反転入力に結合され、さらに、補間器６１６は、第２のサミング・ブロック６１８の第１の入力に結合される。第２のサミング・ブロック６１８の出力は、クリッパ６２０に結合される。また、クリッパ６２０は、ＨＤフレーム・バッファ６２２に結合され、ＨＤフレーム・バッファ６２２は、修正版Ｈ．２６Ｌエンコーダ６２４に結合される。エンコーダ６２４の入力は、第１のサミング・ブロック６１１の出力に結合されてエンハンスメント層ピクセルを受信し、エンコーダ６２４の出力は、第２のサミング・ブロック６１８の第２の入力に結合されて第２のサミング・ブロック６１８に再構築されたエンハンスメント層ピクセルを供給する。エンコーダ６２４は、エンハンスメント層ビットストリーム出力を発生させる。

図７において、ハイブリッド・スケーラブル・デコーダが参照符号７００によって概略的に示されている。デコーダ７００は、ベース層のビットストリームを受信するＭＰＥＧ‐２デコーダ７１０を含んでいる。ＭＰＥＧ‐２デコーダは、標準画質のフレームをバッファするＳＤフレーム・バッファ７１２に結合される。ＳＤフレーム・バッファ７１２は、ＳＤディスプレイに適した出力を発生させ、再び、ＭＰＥＧ‐２デコーダ７１０に結合される。さらに、ＭＰＥＧ‐２デコーダは、補間器７１４に結合され、補間器７１４は、２層分解ユニットまたは、サミング・ブロック７１８の非反転入力に結合される。さらに、ハイブリッド・スケーラブル・デコーダ７００は、エンハンスメント層ビットストリームを受信する修正版ＪＶＴデコーダ７１６を含んでいる。修正版ＪＶＴデコーダは、サミング・ブロック７１８の第２の非反転入力に結合される。サミング・ブロック７１８の出力は、クリッピング・ユニット７２０に結合され、また、クリッピング・ユニット７２０は、ＨＤフレーム・バッファ７２２に結合される。ＨＤフレーム・バッファ７２２は、ＨＤディプレイに適した出力を発生させ、また、再び修正版ＪＶＴデコーダ７１６に結合される。動作の際には、例示的なハイブリッド・スケーラブル・スキームでは、ベース層にはＭＰＥＧ‐２エンコーディングを使用し、エンハンスメント層には修正版Ｈ．２６Ｌエンコーディングを使用する。例示的なシステムにおいては、ＨＤ層の解像度は、１２８０×７２０であり、ＳＤ層の解像度は、７０４×４８０である。図１は、例示的なハイブリッド・スケーラブル・エンコーダの上位（ｈｉｇｈ ｌｅｖｅｌ）ブロック図を示している。まず、オリジナルのＨＤマテリアルは、低周波数のコンテンツを含むベース層と、オリジナル・シーケンスの高い周波数のコンテンツを含むエンハンスメント層に分割される。ベース層は、ＭＰＥＧ‐２（または他の適したＳＤスキーム）を用いてエンコードされ、エンハンスメント層は、Ｈ．２６Ｌの修正版（または他の適したＨＤスキーム）を用いてエンコードされる。本発明の例示的な実施の形態においては、ベース・ビットストリームおよびエンハンスメント・ビットストリームは、インターリーブされた方式でディスクに記録される。再構築されたＨＤフレームは、再構築されたベース層ピクセルを補間したものに再構築されたエンハンスメント層ピクセルを加えることによって得ることができる。

ハイブリッド・スケーラブル・デコーダの例示的な実施の形態には、ＭＰＥＧ‐２デコーダと、修正版Ｈ．２６Ｌデコーダと、ベース層のための補間器とが含まれる。補間器およびＨ．２６Ｌデコーダからの出力の和によって、再構築されたＨＤフレームを形成する。

２層分解を提供するために、図２は、入力ＨＤブロックＡ_{１６×１６}をダウンサンプリングしてベース層ピクセル・ブロックＢ_１１×９を得るためのアルゴリズムを示している。図２に示す処理の量は、ダイアグラムにおける各ステップが行列変換として記載できるものであり、全ての処理を水平ダウンサンプリングのために行列（Ｄ_１）を後乗算（右から掛けること）した後、垂直ダウンサンプリングのために行列（Ｄ_２）を前乗算（左から掛けること）することによって実行することができる点を除き、非常に大きいものであろう。

一般に、ＳＤフレームを作り出すために使用する変換をベースとするダウンサンプリングは、好ましい場合もあるかもしれないが、変換型のフィルタリングおよび／またはダウンサンプリングに伴って生ずる可能性のあるアーティファクト（ａｒｔｉｆａｃｔｓ）を回避するために別の実施の形態に係る空間領域ＦＩＲフィルタリング（ｓｐａｔｉａｌ‐ｄｏｍａｉｎ ＦＩＲ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ）を使用すべき場合もある。

図２を再び参照すると、ダウンサンプリングの最初の部分は、８×８のブロックに対して行われる。ベース層については、図３に示したように、各８×８のブロックにおける左上隅における係数の５×４のサブブロックのサブセット（または、５×４のサブブロックの全て）が抽出される。

５×４の左上のブロックよりも小さな係数のセットをベース層に置き、さらに、５×４にゼロ・パディングすることにより、ベース層のローパス・フィルタリングが行われる。スケーラビィリティ・スキームの全体的なコーディング効率の観点からは、ベース層に置く係数の数を少なくすることは２つの役割を果たす。第１に、より多くのデータが次に行われるより効率的なＨ．２６Ｌエンハンスメント層コーディングを用いてエンコードされる。第２に、少ない数のベース層の係数は、所与のベース層ビットレートで、ベース層においてより正確にコード化されるため、エンハンスメント層でこれらの係数を調整（ｒｅｆｉｎｅｍｅｎｔ）する必要がない。これは、表１において与えられた推定パフォーマンスの数値を計算するために使用される９０パーセントの効率を達成するための鍵となる。ベース層のための係数の選択は、予め決定するようにしてもよく、代替的な実施の形態においては、アダプティブ（ａｄａｐｔｉｖｅ）なものにしてもよい。ダウンサンプリング変換の行列（Ｄ_１）および行列（Ｄ_２）は、ベース層にどの係数が使用されるかに依存するものであり、選択がアダプティブなものであれば、複数のバージョンの（Ｄ_１）および（Ｄ_２）が格納されるか、または、図２の処理が１つのステップではなく、２つのステップにおいて行われる。

ベース層の処理のために、ブロックＢ_１１×９がＳＤフレームの一部を形成する。ＳＤフレームはＭＰＥＧ‐２を用いてエンコードされ、再構築されたフレームは、ＳＤフレームバッファに格納される。Ｂ′_１１×９で示すＢ_１１×９の再構築されたバージョンは、補間され、１６×１６のブロックＢ′_{１６×１６}を形成する。補間アルゴリズムは、図４に示されている。ダウンサンプリングの場合のように、補間は、２つの行列乗算を用いて実行される。まず、マトリックス（Ｄ_４）による前乗算により、垂直方向の補間を行い、次に、行列（Ｄ_３）による後乗算により、水平方向の補間を行う。補間されたブロックＢ′_{１６×１６}は、オリジナルのデータから差し引かれ、エンハンスメント層ブロック（Ｅ_{１６×１６}）を形成する。

ブロック（Ｅ_{１６×１６}）は、エンハンスメント層のコーディングのために、Ｈ．２６Ｌの修正版を用いてエンコードされる。エンハンスメント層をエンコードするためにＨ．２６Ｌになされた修正には以下の２つが含まれる。

ａ）エクストラ・フィルタリング・ステップが動き補償ユニットにおいて使用される。サブピクセル補間が実行された後、低周波数コンテンツが予測から除外される。この作業を実行するために使用される処理を図５に示す。この処理は、行列（Ｄ_５）で前乗算し、行列（Ｄ_６）で後乗算することによって実行される。行列（Ｄ_５）および行列（Ｄ_６）は、どの係数がベース層においてコード化されるかに依存しており、エンコーダにおけるベース層の係数の選択が、アダプティブに行われる場合には、この選択は、デコーダに対して通知されなければならない。このパラメータは、ピクチャー層においてのみ変更され、この場合、オーバーヘッドは重要とはならないであろう。

ｂ）変換係数は、別の順番でスケーラブルでないＨ．２６Ｌからスキャンされる。新たなスキャンの順番では、ベース層の係数の全てが最初に置かれ、次にエンハンスメント層の係数が置かれる。

また、Ｈ．２６Ｌに対して行われる２つの修正に加え、コーディング・モードに対して幾つかの制限がなされている。まず、Ｈ．２６Ｌにおける４×４、４×８、および８×４の動き補償モードはエンハンスメント層においては使用できない。実験により、これらのモードは、ＨＤの解像度ではあまり有効でないことが分かっている。従って、エンコーダに対するこの制約がコーディング効率に大きな影響を及ぼさないようにするべきである。第２の制約は、Ｈ．２６Ｈのアダプティブ・ブロック変換機能（ａｄａｐｔｉｖｅ ｂｌｏｃｋ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）の一部である８×８の変換のみが明度（ｌｕｍａ）のために使用されることである。

図１を再び参照すると、エンハンスメント層ピクセルが再構築され、補間されて再構築されたベース層のピクセルに加えられて再構築されたＨＤフレームを形成している。再構築されたフレームは、それぞれ将来のエンハンスメント層データのコーディングのためのリファレンス・フレームとして使用される。

ディスク上のビットストリームのインターリービングは、以下に挙げる２つの選択肢のうち、１つを実行し、ディスク上に２つの層を記録することによって行われる。

１）ＤＶＤのマルチプル・アングル／シームレス分岐（ｍｕｌｔｉｐｌｅ‐ａｎｇｌｅ／ｓｅａｍｌｅｓｓ‐ｂｒａｎｃｈｉｎｇ）機能を使用すること。ベース・ストリームは、アングル１として記録され、エンハンスメント層は、別のアングルとして記録される。アングル１のみが現行のＤＶＤプレイヤーで再生できるであろう。現行のＤＶＤ規格は、マルチプル・アングルおよびシームレス分岐ついての制約（例えば、最大ジャンプ・セクタ、最小バッファ・セクタ）を定めており、この制約が満たされれば、シームレスな再生を確実に行うことができるであろう。

２）エンハンスメント層に他のストリームＩＤを使用すること。現行のＤＶＤは、ストリームＩＤ ０ｘＥ０のみを使用してビデオ・ストリームを記録しているので、他のストリームＩＤは、エンハンスメント層を記録するために使用することができる。

本発明は、単一のディスクから２つのビットストリームをデコードできるようにすると共にＨＤバージョンを得ること、または、単一のビットストリームをデコードしてＳＤバージョンを得ることができるようにするものである。コンテンツ・プロバイダーには、例えば、映画のＨＤバージョンに対してプレミアム課金をしたいような場合には、２つの別個のＳＤ用のディスクとＨＤ用のディスクをリリースするというオプションも残されている。新型のプレイヤーは、ディスク上で、スケーラブルなストリームに加えて、スケーラブルでないＨ．２６Ｌストリームを再生することができる。本発明の実施の形態により、コンテンツ・クリエイター、ビデオ・ストア、および消費者が支援され、新型のＨＤプレイヤーがＨＤのみのディスクの作製、売買が妥当となるまでのインストールド量（ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｑｕａｎｔｉｔｙ）普及する前にＨＤマテリアルの在庫を構築できるようになる可能性がある。

開示されたコーデックの好ましい実施の形態には、２つの機能が含まれる。これらの機能は、（ｉ）従来の方法よりもサンプリング・レート変換比率により柔軟性を有する低周波数の変換係数をベース層に置き、高周波数の変換係数をエンハンスメント層に置くダウンサンプリングのための新しい方法と、（ｉｉ）エンハンスメント層においてベース層の係数の調整を必要としないベース層のビットレートを減少させる方法である。

本発明のこれらの特徴および利点、さらに、その他の特徴および利点は、本明細書の開示内容に基づいて、関連する技術分野の当業者であれば、容易に理解することができるであろう。本発明の開示内容は、ハードウエア、ソフトウエア、ファームウエア、特定用途プロセッサ、またはこれらを組み合わせた様々な形態で実施可能であることが理解できよう。

本発明の実施の形態は、ハードウエアとソフトウエアとを組み合わせることによって行われることが最も好ましい。さらに、ソフトウエアは、プログラム記憶装置に具体的な形態に実装されたアプリケーション・プログラムとして実行されることが好ましい。アプリケーション・プログラムは、好ましいアーキテクチャーを有するマシンに対してアップロードされ、このマシンによって実行可能なものであってもよい。好ましくは、マシンは、１つ以上の中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェースを備えるコンピュータ・プラットフォーム上で実行される。このコンピュータ・プラットフォームは、オペレーション・システムとマイクロインストラクション・コードをさらに備えるものであってもよい。本明細書において記載された様々な処理および機能は、マイクロインストラクション・コードの一部であってもよいし、アプリケーション・プログラムの一部であってもよいし、これらを組み合わせたものであってもよいし、また、ＣＰＵによって実行されるものであってもよい。さらに、コンピュータ・プラットフォームには、追加のデータ記憶装置や、印刷機等、周辺機器を接続するようにしてもよい。

さらに、添付図面に描かれた構成要素としてのシステム・コンポーネントおよび方法の幾つかは、好ましくはソフトウエアの形態で実行されるため、システム・コンポーネント間、または処理機能ブロック間の実際の接続は、本発明の実施の形態のプログラムの仕方によって異なるものであることが理解できよう。本明細書の開示内容に基づいて、関連する技術分野の当業者であれば、本発明の構成で実施すること、また、同様の構成で実施することが可能であろう。

添付図面を参照して例示的な実施の形態を説明したが、本発明はこのような具体的な実施の形態に限定されるものではなく、関連する技術分野の当業者であれば、このような実施の形態に対し、本発明の範囲または精神を逸脱することなく、様々な変形、改変が可能であることが理解できるであろう。このような変形、改変は全て、付随する請求の範囲に記載された本発明の範囲に含まれるように意図されたものである。

図１は、本発明の原理に従った、ハイブリッド・スケーラブル・エンコーダのブロック図である。 図２は、本発明の原理に従った、図１のエンコーダと共に使用することができるダウンサンプリング・アルゴリズムのブロック図である。 図３は、本発明の原理に従った、図１のエンコーダと共に使用することができる変換係数のブロック図である。 図４は、本発明の原理に従った、図１のエンコーダと共に使用することができる補間アルゴリズムのブロック図である。 図５は、本発明の原理に従った、図１のエンコーダと共に使用することができる動き補償フィルタリングのブロック図である。 図６は、本発明の原理に従った、ハイブリッド・スケーラブル・エンコーダの別の実施の形態のブロック図である。 図７は、本発明の原理に従った、ハイブリッド・スケーラブル・エンコーダのブロック図である。

Claims (10)

1. ベース層およびエンハンスメント層の各々の複数のブロック変換係数として信号データをエンコードするエンコーダであって、
   オリジナルの高画質信号データ・シーケンスをベース層データとエンハンスメント層データとに分解する２層分解ユニットと、
   前記２層分解ユニットに結合され、第１の標準規格による標準画質データ・シーケンスを具現するベース層ビットストリームとして前記ベース層データをエンコードする標準画質エンコーダであって、前記標準画質エンコーダにより生成される係数は前記オリジナルの高画質信号データ・シーケンスをダウンサンプリングしたものから生成され、ダウンサンプリングは前記オリジナルの高画質信号データの変換されたブロックの低周波数サブブロックをゼロ・パディングすることにより行う標準画質エンコーダと、
   前記２層分解ユニットと前記標準画質エンコーダとに結合され、高画質データ・シーケンスを具現し、前記第１の標準規格とは異なる第２の標準規格でエンコードされたエンハンスメント層ビットストリームとして前記高画質データと前記標準画質データとの差分のみをエンコードする高画質エンコーダとを含むことを特徴とするエンコーダ。
2. 前記２層分解ユニットがダウンサンプリング・ユニットを含むことを特徴とする、請求項１に記載のエンコーダ。
3. 前記信号データがビデオ・ピクセル・データを含むことを特徴とする、請求項１に記載のエンコーダ。
4. 前記標準画質エンコーダがＭＰＥＧ‐２規格を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のエンコーダ。
5. 前記高画質エンコーダがＭＰＥＧ−４パート１０規格を満たすことを特徴とする、請求項１に記載のエンコーダ。
6. 前記標準画質エンコーダと信号通信し、再構築されたベース層データを保持する標準画質フレーム・バッファをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のエンコーダ。
7. 前記高画質エンコーダと信号通信し、再構築されたエンハンスメント層データを保持する高画質フレーム・バッファをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のエンコーダ。
8. 前記標準画質エンコーダおよび前記高画質エンコーダの間に結合され、前記高画質データに対応するフォーマットに前記標準画質データを補間する補間ユニットをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のエンコーダ。
9. ベース層およびエンハンスメント層の各々の複数のブロック変換係数として信号データをエンコードする方法であって、
   オリジナルの高画質信号データ・シーケンスを受信するステップと、
   前記オリジナルの高画質信号データ・シーケンスをベース層データとエンハンスメント層データとに分解するステップと、
   第１の標準規格による標準画質データ・シーケンスを具現するベース層ビットストリームとして前記ベース層データをエンコードするステップであって、前記エンコードするステップにより生成される係数は前記オリジナルの高画質信号データ・シーケンスをダウンサンプリングしたものから生成され、ダウンサンプリングは前記オリジナルの高画質信号データの変換されたブロックの低周波数サブブロックをゼロ・パディングすることにより行うステップと、
   高画質データ・シーケンスを具現し、前記第１の標準規格とは異なる第２の標準規格でエンコードされたエンハンスメント層ビットストリームとして前記高画質データと前記標準画質データとの差分のみをエンコードするステップとを含む方法。
10. ディジタル・ビデオ・ディスクの生産方法であって、
    ベース層およびエンハンスメント層の各々の複数のブロック変換係数として信号データをエンコードするステップであって、
    オリジナルの高画質信号データ・シーケンスを受信するステップと、
    前記オリジナルの高画質信号データ・シーケンスをベース層データとエンハンスメント層データとに分解するステップと、
    第１の標準規格による標準画質データ・シーケンスを具現するベース層ビットストリームとして前記ベース層データをエンコードするステップであって、前記エンコードするステップにより生成される係数は前記オリジナルの高画質信号データ・シーケンスをダウンサンプリングしたものから生成され、ダウンサンプリングは前記オリジナルの高画質信号データの変換されたブロックの低周波数サブブロックをゼロ・パディングすることにより行うステップと、
    高画質データ・シーケンスを具現し、前記第１の標準規格とは異なる第２の標準規格でエンコードされたエンハンスメント層ビットストリームとして前記高画質データと前記標準画質データとの差分のみをエンコードするステップとを含む、エンコードするステップと、
    前記ベース層ビットストリームと前記エンハンスメント層ビットストリームとを、ディジタル・ビデオ・ディスクの対応する層に記録するステップと、
    を含む生産方法。

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