JP5118794B2 - Ｍｐｅｇと他のデータフォーマットに適したプログレッシブビデオシーケンスの送信 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はビデオ処理システムに関し、特に旧式のデコーダを用いて低品位ビデオに復号するための下方互換性（backward-compatible）を有し、かつ高品質符号化機能を備える新型デコーダを用いて高品位プログレッシブビデオに復号可能な、ビデオシーケンスをビットストリームに符号化する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
データ信号は、データ圧縮または符号化、或いはデータ伸張または復号などのコンピュータ技術を用いて頻繁に処理される。データ信号とは、例えばビデオ信号である。ビデオ信号とは、一般にモーションビデオシーケンスのビデオピクチャ（画像）のことをいう。ビデオ信号処理においては、特定の符号化標準に従ってビデオ信号を符号化することにより、ビデオ信号はデジタル方式で圧縮されて、符号化されたデジタルビットストリームになる。符号化されたビデオ信号ビットストリームを復号して、復号されたビデオ信号を提供することができる。
【０００３】
ビデオシーケンスの単位として「フレーム」という用語が一般に用いられている。フレームにはビデオ信号の空間情報がラインとして含まれている。符号化フォーマットの種類に応じて、フレームは１つまたは複数フィールドのビデオデータから構成される。したがって、符号化されたビットストリームの様々なセグメントが所与のフレームまたはフィールドを表す。符号化されたビットストリームは、後にビデオデコーダで検索するために保存し、および／またはリモートビデオ信号デコーディングシステムに、総合サービスデジタル網（ＩＳＤＮ）、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）電話接続、ケーブルおよびダイレクトサテライトシステム（ＤＳＳ）などの伝送チャネルまたはシステムを介して伝送することができる。
【０００４】
ビデオ信号はテレビジョン（ＴＶ）タイプのシステムで使用するために頻繁に符号化、伝送、および復号される。多くの一般のテレビジョンシステムは、例えば北米において、ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）標準に準拠して作動し、毎秒（３９＊１０００／１００１）つまり約２９．９７フレーム（ｆｐｓ）で作動する。ＳＤＴＶの空間解像度が、ＳＤＴＶ（スタンダードデフィニションテレビジョン）と呼ばれることもある。当初ＮＴＳＣはＡＣ電源システムの周波数６０サイクルの１／２である毎秒３０フレームを使用した。これは後に電源と「位相をずらせる」ことによって高周波歪を低減するために毎秒２９．９７フレームに変更された。例えば欧州では、ＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ ｂｙ Ｌｉｎｅ）のような他のシステムも使用されている。
【０００５】
ＮＴＳＣシステムでは、各データフレームは一般に奇数フィールドとそれにインターレースまたはインターリーブされた偶数フィールドとから構成される。各フィールドは、ピクチャまたはフレーム中の交互の水平ライン上のピクセルから構成される。したがってＮＴＳＣカメラは、毎秒２９．９７フレームのビデオを提供するために、毎秒２９．９７×２＝５９．９４フィールドのアナログビデオ信号を出力し、この信号には２９．９７の奇数フィールドとそれとインターレースした２９．９７の偶数フィールドが含まれる。したがってＮＴＳＣの画像は通常、アクティブピクセルで約７２０（水平）×４８０（垂直）の解像度を有する。すなわち各フィールドは７２０×２４０であり、７２０×４８０のインターレースしたフレームをもたらす。これらの仕様はＣＣＩＲ Ｒｅｃ．６０１で規定されており、画像フォーマット、取得セマンティック（acquisition semantic）、およびデジタル「スタンダード」テレビ信号の符号化の部分を指定している。（「スタンダード」テレビジョンはＰＡＬ、ＮＴＳＣ、およびＳＥＣＡＭの解像度である。）
【０００６】
様々なビデオ圧縮標準がデジタルビデオ処理に用いられており、所与のビデオ符号標準についての符号化ビットストリームを指定している。これらの標準には、国際標準化機構／国際電気標準会議（ＩＳＯ／ＩＥＣ）１１１７２ Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ−１国際標準（「動画像とデジタル記憶媒体向けの関連オーディオの符号化」）（ＭＰＥＧ−１）やＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８国際標準（「動画像と関連オーディオ情報の一般符号化」）（ＭＰＥＧ−２）がある。別のビデオ符号化標準として国際電気通信連合（ＩＴＵ）により策定されたＨ．２６１（Ｐｘ６４）がある。ＭＰＥＧでは「ピクチャ」の用語は、１フレームのデータ（すなわち両フィールド）または１フィールドのデータのどちらかを表すデータビットストリームを指している。したがってＭＰＥＧ符号化技術は、ビデオデータのフィールドまたはフレームからＭＰＥＧ「ピクチャ」を符号化するのに用いられる。ＭＰＥＧ−１は毎秒３０フレーム（ｆｐｓ）で３５２×２４０の標準画像フォーマット（ＳＩＦ）について構築されている。ＭＰＥＧデータレートは可変であるが、ＭＰＥＧ−１はＶＨＳビデオ品質を毎秒１．２メガビット、すなわち毎秒１５０キロバイトのデータレートで提供するように設計されている。ＭＰＥＧ−１標準では、ビデオは厳密にインタレースなし（すなわちプログレッシブ）である。プログレッシブビデオでは、フレーム中のラインはある瞬間からスタートして、連続するラインを切れ目なくフレームの下端に至るまでのサンプルを含んでいる。
【０００７】
１９９４年春に採択されたＭＰＥＧ−２は、ＭＰＥＧ−１の互換性拡張版であり、ＭＰＥＧ−１を基礎として、インターレースされたビデオフォーマットとともに、ＨＤＴＶ（高精細テレビ）のサポート機能を含む、いくつかの他の高度機能をサポートしている。ＭＰＥＧ−２は、一部には、ＣＣＩＲ Ｒｅｃ．６０１（１ライン当たり７２０サンプル、１フレーム当たり４８０ライン、毎秒２９．９７フレーム）を用いるＮＴＳＣタイプの放送テレビのサンプリングレートで使用するために設計されている。ＭＰＥＧ−２で採用されたインターレースでは、フレームはトップフィールドとボトムフィールドの２フィールドに分割される。この２フィールドの一方は、他方より１フィールド期間遅れて開始する。各ビデオフィールドは、別々に伝送されるピクチャのピクセルのサブセットである。ＭＰＥＧ−２はビデオ符号化標準であり、例えばこの標準に準拠して符号化された放送ビデオに使用することができる。ＭＰＥＧ標準は広範囲のフレームレートおよびフォーマットをサポートすることができる。
【０００８】
動き補償はビデオ信号処理において一般的に利用されている。動き補償技術は、ある種の物体や画像上の特徴が、ピクチャ毎に、制限された領域内である位置から別の位置へと移動する傾向がある連続したピクチャ間にしばしば存在する時間相関を利用する。ＭＰＥＧ−２標準などのＭＰＥＧ標準においては、圧縮デジタルストリーム中に、Ｉフレーム、Ｐフレーム、Ｂフレームのような異なるタイプのピクチャまたはフレームが存在することもある。Ｉフレームすなわちイントラフレームは独立型であり、つまり以前に伝送または復号されたフレームからの情報には基づいていない。動き補償技術を使って符号化されたビデオフレームは、その内容が以前のＩまたはＰフレームの内容から予測されるため、予測フレームまたはＰフレームと呼ばれる。Ｐフレームは、後続のＰフレームの基本としても使用される。ＩおよびＰフレームは両方とも「アンカー」フレームである。これらのフレームはアンカーフレームに基づいて予測されるＢまたはＰフレームなどの他のフレームのベースとして使用されるからである。「双方向（バイディレクショナル）」フレームすなわちＢフレームは、Ｂフレームの伝送の直前に伝送された２つのアンカーフレームから予測される。Ｈ．２６１のような他の標準ではＩおよびＰフレームだけが使用される。
【０００９】
ほとんどのＭＰＥＧ符号化方式では、グループオブピクチャーズ（ＧＯＰ）と呼ばれる１２フレームから１５フレームの圧縮シーケンスが使用される。各ＧＯＰは通常Ｉフレームから始まり、任意選択でいくつかのＢおよびＰフレームを含む。ＧＯＰにおけるＰフレーム間の距離を表すのにパラメータＭがよく使われ、パラメータＮはＧＯＰ中の全フレーム数を表す（すなわち、連続するＧＯＰにおけるＩフレーム間の距離）。
【００１０】
ＭＰＥＧのビットストリームは、一般に１つまたは複数のオーディオストリームと多重化された１つまたは複数のビデオストリーム、およびタイミング情報などの他のデータを含む。ＭＰＥＧ−２においては、ある特定のビデオシーケンスを記述する符号化されたデータがいくつかのネストされたレイヤによって表される。そのレイヤは、シーケンスレイヤ、ＧＯＰレイヤ、ピクチャレイヤ、スライスレイヤ、およびマクロブロックレイヤである。この情報の伝送する助けとして、多重ビデオシーケンスを表すデジタルデータストリームはいくつかの小さいユニットに分割され、このそれぞれのユニットはパケット化ベースストリーム（ＰＥＳ）パケットにカプセル化される。各ＰＥＳパケットは伝送のために、複数の固定長トランスポートパケットに分割される。各トランスポートパケットは１つのＰＥＳパケットのみに関係するデータを含む。トランスポートパケットは、トランスポートパケットを復号する際に使用するコントロール情報を保持したヘッダも含んでいる。
【００１１】
したがってＭＰＥＧストリームのベースユニットはパケットであり、パケットにはパケットヘッダとパケットデータが含まれる。各パケットは、例えば１フィールドのデータを表す。パケットヘッダはストリーム識別コードを含み、１つまたは複数のタイムスタンプを含むこともある。例えば、各データパケットは長さ１００バイト以上になることもあり、最初の２つの８ビットバイトにパケット識別子（ＰＩＤ）フィールドが含まる。ＤＳＳ応用例では、例えばＰＩＤはＳＣＩＤ（サービスチャネルＩＤ）や様々なフラグである。ＳＣＩＤは、一般にあるデータパケットが属する特定のデータストリームを一義的に識別する１２ビットの数字である。このように各圧縮ビデオパケットはＳＣＩＤなどのＰＩＤを含んでいる。
【００１２】
ＭＰＥＧ−２で符号化された画像をビデオデコーディングシステムが受け取ると、トランスポートデコーダがトランスポートパケットを復号してＰＥＳパケットを再構成する。ＰＥＳパケットは復号され、画像を表すＭＰＥＧ−２のビットストリームを再構成する。所与のトランスポートデータストリームが、同時に複数の画像シーケンスを、例えばインターリーブされたトランスポートパケットとして搬送することもできる。
【００１３】
例えば、ＤＳＳ伝送を用いると、ＭＰＥＧ−２で符号化したビデオストリームをＤＳＳパケットで運ぶことができる。ほとんどのＤＳＳビデオプログラムは１ライン当たり５４４ピクセル、１フレーム当たり４８０ラインで符号化されている。毎秒２９．９７フレームがすべて符号化されている。毎秒符号化されるフレームの正確な数は、厳密にはシーケンスによって変わる。ＤＳＳシステムによって、ユーザはＤＳＳ受信機を使って衛星から多数のＴＶチャネルを直接受け取ることができる。受信機は一般に統合型受信機／デコーダユニット（ＩＲＤ）にケーブルで接続された１８インチの小型の衛星放送用ディッシュアンテナを備えている。衛星放送用ディッシュアンテナは衛星に向けられ、ＩＲＤは従来形のケーブルテレビ用デコーダと同様にユーザのテレビジョンに接続される。ＩＲＤでは、フロントエンド回路が衛星からの信号を受け取り、それを元のデジタルデータストリームに変換し、その結果がビデオ／オーディオデコーダ回路に送られ、そこでトランスポートの抽出と伸張が行われる。ＭＰＥＧ−２ビデオでは、ＩＲＤは受け取った圧縮ビデオを伸張するのに用いるＭＰＥＧ−２デコーダを備える。
【００１４】
ＭＰＥＧ−２においては、４つの異なる「プロファイル」が定義されており、それぞれが例えば画像／ピクチャ解像度のような符号化された画像の複雑さの異なるレベルに対応している。各プロファイルは色空間解像度とビットストリームのスケーラビリティを定義している。各プロファイル毎に種々のレベルが定義されており、各レベルは異なる画像解像度に対応している。所与のプロファイルの個々のレベルは、画像解像度の最大および最小値、１秒当たりのＹ（輝度）サンプル数、スケーラブルプロファイル用にサポートされているビデオおよびオーディオレイヤ数、１プロファイル当たりの最大ビットレートを定義している。プロファイルとレベルの組合せによって、特定のビットストリームを扱うデコーダの能力を定義するアーキテクチャが生成される。
【００１５】
放送用途の最も一般的なプロファイルはメインプロファイル（ＭＰ）フォーマットである。メインプロファイル、メイン（またはミディアム）レベル（ＭＰ＠ＭＬ）として知られるＭＰＥＧ−２「スタンダード」の１つは、既存のＳＤテレビジョン標準（すなわちＮＴＳＣおよびＰＡＬ）に準拠したビデオ信号を符号化するためのものである。この標準は、４８０アクティブラインで各ラインが７２０アクティブピクセルのビデオ画像を２：１のインタレーススキャンで符号化するのに使用できる。この信号に水平および垂直の帰線消去期間を加えると、結果は５２５ラインで各ライン８５８ピクセルとなる。これを復号して１３．５ＭＨｚの表示クロック信号で表示すると、この信号はＮＴＳＣ方式の放送画像に対応する画像を生成する。メインプロファイル、ハイレベル（ＭＰ＠ＨＬ）として知られる別の標準は、ＨＤＴＶ画像を符号化するためのものである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ＴＶシステムなどあるシステムの品質が向上すると、ビデオ伝送のためＨＤ互換で符号化したビデオ信号を提供するのが望ましい。しかし、ＳＤとＨＤの両方の受信機がある可能性があり、ＳＤ受信機およびシステムは改良型の伝送／符号化標準と互換性がないかもしれない、すなわち改良型の標準は「下方互換性」を欠く可能性がある。例えば、従来型のＳＤ型ＤＳＳ用のＩＲＤはＭＰ＠ＭＬフォーマットより高精細なフォーマットはどれも復号できない。したがってある種のＤＳＳシステムでは、ＤＳＳ用ＳＤ受信機が伝送を受信し復号できるように、ＨＤチャネルデータを、ＳＤ版のＨＤチャネルデータと共に送信せざるをえない。これはＨＤチャネルバンド幅に加えてＳＤチャネルの全バンド幅を必要とすることになり、非常にコストのかかる解決策である。冗長な情報が伝送されるためにバンド幅が浪費される。したがって、冗長なまたは余分なデータチャネルの伝送をしなくてもよいように、以前の標準とも互換性のある改良型または強化型の信号を符号化し伝送する技術が必要とされている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、ビデオ信号を符号化（encoding）し復号（decoding）する方法および装置を提供する。基準フレームと非基準フレームを有し、各フレームが初期フレームシーケンス構造に応じた初期時間基準を有する、プログレッシブビデオのビットストリームを受け取る。非基準フレームを無視することにより、基準フレームだけの時間基準がリマップされる。ベースおよびエンハンスメントトランスポートのビットストリームをそれぞれ提供するために、基準フレームにはベースパケット識別子（ＰＩＤ）を、非基準フレームにはエンハンスメントＰＩＤを付けてパケット化する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明においては、ＭＰＥＧ−２タイプの符号化プロセスに変更を加えて、既存のＭＰＥＧ−２方式ＤＳＳ用のＳＤ ＩＲＤと下方互換性（backward-compatible）があり、高品位ビデオ用に適切な変更を施したデコーダに対して追加の情報を提供する、符号化ビットストリームが提供される。
【００１９】
図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態によるビデオ画像信号の符号化、伝送、および復号用のデジタルビデオシステム１００を示してある。ビデオエンコーダ１１０はビデオカメラなどのビデオデータソースからビデオストリームを受け取る。これは、高品位５９．９４Ｈｚ（フレーム／秒）の入力ビデオデータストリームでよい。図２を参照して以下にさらに詳しく述べるように、ビデオエンコーダはこのデータをＭＰＥＧ−２エンコーダなどのエンコーダを用いて符号化し、プログレッシブビデオビットストリームを生成する。これは例えば５９．９４Ｈｚ（フレーム／秒）プログレッシブビデオビットストリームでよい。次いでこのビットストリームは、トランスポートエンコーダ（伝送ＩＣ）などエンコーダ１１０の機能要素によって、ベースストリーム（base stream）とエンハンスメントストリームの２つのストリームに分けられ、ＤＳＳチャネル１２０などの通信媒体を介してトランスポートビットストリームとして伝送される。
【００２０】
一実施形態においては、伝送ＩＣは前記ベースストリームを、ＤＳＳ用ＳＤ ＩＲＤなど既存のデコーダと下方互換で、ＭＰＥＧ−２ＭＰ＠ＭＬシンタックスに準拠するものにする。このようにして、標準的な無変更のＤＳＳ用ＳＤ ＩＲＤが圧縮プログレッシブビデオのベースストリーム部分を受け取ることができる。したがってエンハンストビデオ伝送は、アップグレードされていないＳＤ受信機やデコーダに対してトランスペアレントになる。すなわち、前記エンハンストビデオ伝送は以前の既存のＳＤフォーマットと下方互換性がある。適切に変更を加えたＭＰ＠ＨＬ型のビデオデコーダとトランスポートデコーダを用いて、ベースストリームおよびエンハンスメントストリームを復号して高品位プログレッシブビデオを提供することができる。この目的のためには、例えばＨＤＴＶまたはＥＤＴＶ（エンハンストデフィニションテレビジョン）復号化システムを使用することができる。
【００２１】
一実施形態においては、ベースストリームは２９．９７Ｈｚ（フレーム／秒）のフレームレート、すなわちＳＤＴＶレートを有する。エンハンスメントストリームをベースストリームと共に、例えばＥＤＴＶデコーダで復号して、ＥＤＴＶシステム用の５９．９４Ｈｚのプログレッシブビットストリームを提供することができる。すなわち、エンコーダ１１０はベースストリームとエンハンスメントストリームの合成ストリームを提供する。これらのストリームは共にエンハンスト伝送を形成し、このエンハンスト伝送をＨＤＴＶやＥＤＴＶなどの拡張型（enhanced）受信機やデコーダを用いて受信および復号することにより、プログレッシブビデオ（例えば５９．９４Ｈｚ）を提供することができる。ベースストリーム単独で用いると、ＳＤＴＶのようなＭＰ＠ＭＬタイプのシステムによって、２９．９７ＨｚのＭＰ＠ＭＬビデオ情報だけを取り出すことができる。
【００２２】
すなわち、ビデオデコーダ１３０はトランスポートビットストリームを受け取り、復調とデコーディングを行って、例えばモニター上（図示せず）での表示など有用な出力を提供する。一実施形態においては、ビデオデコーダ１３０は従来型のＤＳＳ ＩＲＤであり、このＩＲＤがベースストリームを抽出し復号してＳＤＴＶ毎秒２９．９７フレームのインターレースビデオを提供する。別の実施形態では、デコーダ１３０は、本発明によるＨＤＴＶまたはＥＤＴＶであり、ベースストリームとエンハンスメントストリームの両方を抽出し復号してＥＤＴＶ応用例用の毎秒５９．９４フレームのプログレッシブビデオを提供する。
【００２３】
以下の議論においては、ＳＣＩＤを採用したＤＳＳ実施形態を用いるので、したがってＳＣＩＤを参照するが、一般的にはＰＩＤも利用できる。一実施形態においては、エレメンタリベースストリームは、以下の符号化順序のＧＯＰビットストリーム構造を有するＭＰＥＧ−２ＭＰ＠ＭＬビデオビットストリームである。
Ｉ０ Ｐ１ Ｐ２．．．Ｐ１４
このＧＯＰで、Ｍ＝１、Ｎ＝１５であり、時間軸のＧＯＰビットストリーム長は１５フレーム÷毎秒２９．９７フレーム＝０．５秒となり、これはＮＴＳＣビデオと同一の時間間隔である。一実施形態では、このエレメンタリストリームは１つのＳＣＩＤ（ＳＣＩＤｉ）を付けてＤＳＳトランスポートストリームにパケット化される。
【００２４】
このエンハンスメントストリームはＭＰＥＧ−２準拠のビデオビットストリームではない。一実施形態においては、それはＢフレームだけから構成され以下の構造を有する。
Ｂ０ Ｂ１ Ｂ２．．．Ｂ１４
エンハンスメントビットストリームでは、ベースビットストリームと同様にＮ＝１５である。表示される２フレーム間の時間間隔は１／２９．９７秒である。エンハンスメントビットストリームは、ベースビットストリームとは異なるＳＣＩＤ（すなわちＳＣＩＤｊ）を付けてＤＳＳトランスポートストリームにパケット化される。
【００２５】
次に図２を参照すると、ビデオシステム１００のビデオエンコーダ１１０による符号化をフロー図２００に示してあり、このエンコーダがＤＳＳチャネル１２０を介して伝送されるビデオトランスポートビットストリームを生成する。一実施形態では、ビデオエンコーダ１１０はＭＰＥＧ−２エンコーダを備え、このエンコーダは５９．９４Ｈｚのプログレッシブビデオビットストリーム（ステップ２０１）を提供する。このプログレッシブビデオビットストリームはＭ＝２、Ｎ＝３０のＧＯＰ構造を有し、以下の一般ＧＯＰ構造の順序を有する。
【００２６】
【００２７】
エンコーダ１１０は基準（ＩおよびＰ）フレームの時間基準を以下のようにベースストリームにリマップする（ステップ２０２）。
Ｉ１→Ｉ０
Ｐｎ→Ｐ（ｎ−１）／２
基準フレームをリマップする目的は、これらの基準フレームだけから構成されるベースストリームが、連続時間基準を有し、ＭＰ＠ＭＬデコーダから見て自己完結的、つまりエンハンスメントストリームの存在にも係わらずＭＰ＠ＭＬデコーダと下方互換性を持たせるためである。
【００２８】
ビデオエンコーダ１１０の伝送ＩＣは、次にベースビットストリームとエンハンスメントビットストリームのそれぞれについて、Ｂフレーム（ステップ２１０）からＩ、Ｐフレームを分離し、特定のフレーム（ステップ２１１、２１２）の各パケットにＳＣＩＤｉまたはＳＣＩＤｊのどちらかをそれぞれ割り当てる。次にビデオエンコーダ１１０のＤＳＳトランスポートパケッタイザが、図３に示すようにビットストリームをパケット化する（ステップ２１３）。図３に示すように、例えば、フレームＩ０（そのうちの２つだけを図３に示す）の様々なパケットにＳＣＩＤｉが割り当てられる。
【００２９】
次に、ベースビットストリームのいくつかのトランスポートストリームのパラメータが、ベースビットストリームがＤＳＳトランスポート仕様に準拠するように、リマップされる（ステップ２２０）。次にそれぞれのＳＣＩＤｉ、ｊを付けたベースビットストリームとエンハンスメントビットストリームが、ＤＳＳチャネル１２０を介して運ばれ、そこでパケットがビデオデコーダ１３０によって受信される。このビデオデコーダは、ＤＳＳチャネル１２０からＤＳＳ信号を受け取る衛星用ディッシュアンテナを内蔵し、またはそれに結合されるとともにＩＲＤを備える。このＩＲＤは、それ自体トランスポート抽出と伸張を実施するビデオ／オーディオデコーダ回路、すなわちトランスポートデコーダとＭＰＥＧビデオデコーダを備えている。
【００３０】
ビデオデコーダ１３０がＭＰＥＧ−２ＤＳＳと互換性のある（ＭＰ＠ＭＬ）標準デコーダである場合は、２パートのビットストリームの全体を復号してプログレッシブビデオを提供することはできない。しかし、エンハンスメントビットストリームは既存のＭＰＥＧ−２ＤＳＳ型のＭＰ＠ＭＬデコーダと下方互換性があるため、デコーダ１３０はベースストリームを復号できる。ベースストリームがＭＰ＠ＭＬストリームであるため、ＤＳＳビデオデコーダ１３０はそれを復号して５９．９４Ｈｚのインターレースされたビデオシーケンスとして表示することができる。このベースストリームの復号動作を図４に示してあり、ここでＳＣＩＤｉの記号の付いたパケットがベースストリームパケット、ＳＣＩＤｊの記号の付いたパケットがエンハンスメントストリームパケットである。図からわかるように、ＳＣＩＤｉを含むＩおよびＰフレームパケットは、デコーダ１３０のトランスポートデコーダ回路（ＩＣ）によって抽出され、次いでデコーダ１３０のＭＰ＠ＭＬ互換ＭＰＥＧ−２デコーダユニットによって復号される。例えば、フレームＩ０について示した２つのＳＣＩＤｉパケットは、ベースストリームの一部であり、Ｐ１フレームついて示した２つのＳＣＩＤｉパケットと同様に、ＳＤＴＶ品位ビデオを提供するためにトランスポートデコーダＩＣによって抽出され、次いでＭＰ＠ＭＬビデオデコーダによって復号される。
【００３１】
或いは、ビデオデコーダ１３０は、トランスポート抽出およびデコーディングユニットが２パートビットストリーム全体を活用してプログレッシブビデオを提供できるようにした、変更型のＭＰ＠ＨＬ−１４４０ＤＳＳデコーダでもよい。すなわちビデオデコーダ１３０が、５９．９４Ｈｚのプログレッシブビデオシーケンスを復号できる場合に、ベースおよびエンハンスメントストリームの両方を抽出し復号して、図５に示すように、５９．９４Ｈｚのプログレッシブビデオを提供する。
【００３２】
このように、本発明においては、本発明に係る符号化により、ベースストリームはちょうど個々のＳＤストリームのように見えて、ＳＤ型ＩＲＤが復号できるが、特別に変更されたＨＤ型ＩＲＤがベースストリームおよびエンハンスメントストリームの両方を復号してプログレッシブビデオを提供することができる。したがって本発明は、「スケーラビリティ」をサポートする特別のシンタックスを必要とすることなく、ノンスケーラブルなＭＰＥＧシンタックスを用いて「スケーラブル」な伝送をサポートする方法を提供する（特別のシンタックスを用いると、普通なら無変更のＳＤ型ＩＲＤが伝送されたビットストリームのデータを復号できなくなるはずである）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による、ビデオ画像信号を符号化、伝送、および復号するためのデジタルビデオシステムを示す図である。
【図２】図１のビデオシステムのビデオエンコーダによる符号化を示すフロー図である。
【図３】図１のビデオエンコーダのＤＳＳトランスポートパケッタイザによるビットストリームのパケット化を示す図である。
【図４】図２のシステムのようなシステムの標準ＤＳＳビデオデコーダによるベースストリームのみの復号動作を示す図である。
【図５】図２のシステムのようなシステムの修正ＤＳＳビデオデコーダによるプログレッシブビデオ復号動作を示す図である。
【符号の説明】
１００ デジタルビデオシステム
１１０ ビデオエンコーダ
１２０ チャネル
１３０ ビデオデコーダ
Ｐ１、Ｐ２、．．． Ｐフレーム番号
Ｂ１、Ｂ２、．．． Ｂフレーム番号
Ｉ１、Ｉ２、．．． Ｉフレーム番号
ＳＣＩＤｉ、ＳＣＩＤｊ サービスチャネル識別番号
ＭＰ＠ＭＬ メインプロファイル＠メインレベル
ＭＰ＠ＨＬ メインプロファイル＠ハイレベル
【発明の属する技術分野】
本発明はビデオ処理システムに関し、特に旧式のデコーダを用いて低品位ビデオに復号するための下方互換性（backward-compatible）を有し、かつ高品質符号化機能を備える新型デコーダを用いて高品位プログレッシブビデオに復号可能な、ビデオシーケンスをビットストリームに符号化する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
データ信号は、データ圧縮または符号化、或いはデータ伸張または復号などのコンピュータ技術を用いて頻繁に処理される。データ信号とは、例えばビデオ信号である。ビデオ信号とは、一般にモーションビデオシーケンスのビデオピクチャ（画像）のことをいう。ビデオ信号処理においては、特定の符号化標準に従ってビデオ信号を符号化することにより、ビデオ信号はデジタル方式で圧縮されて、符号化されたデジタルビットストリームになる。符号化されたビデオ信号ビットストリームを復号して、復号されたビデオ信号を提供することができる。
【０００３】
ビデオシーケンスの単位として「フレーム」という用語が一般に用いられている。フレームにはビデオ信号の空間情報がラインとして含まれている。符号化フォーマットの種類に応じて、フレームは１つまたは複数フィールドのビデオデータから構成される。したがって、符号化されたビットストリームの様々なセグメントが所与のフレームまたはフィールドを表す。符号化されたビットストリームは、後にビデオデコーダで検索するために保存し、および／またはリモートビデオ信号デコーディングシステムに、総合サービスデジタル網（ＩＳＤＮ）、公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）電話接続、ケーブルおよびダイレクトサテライトシステム（ＤＳＳ）などの伝送チャネルまたはシステムを介して伝送することができる。
【０００４】
ビデオ信号はテレビジョン（ＴＶ）タイプのシステムで使用するために頻繁に符号化、伝送、および復号される。多くの一般のテレビジョンシステムは、例えば北米において、ＮＴＳＣ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔｅｌｅｖｉｓｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ）標準に準拠して作動し、毎秒（３９＊１０００／１００１）つまり約２９．９７フレーム（ｆｐｓ）で作動する。ＳＤＴＶの空間解像度が、ＳＤＴＶ（スタンダードデフィニションテレビジョン）と呼ばれることもある。当初ＮＴＳＣはＡＣ電源システムの周波数６０サイクルの１／２である毎秒３０フレームを使用した。これは後に電源と「位相をずらせる」ことによって高周波歪を低減するために毎秒２９．９７フレームに変更された。例えば欧州では、ＰＡＬ（Ｐｈａｓｅ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｏｎ ｂｙ Ｌｉｎｅ）のような他のシステムも使用されている。
【０００５】
ＮＴＳＣシステムでは、各データフレームは一般に奇数フィールドとそれにインターレースまたはインターリーブされた偶数フィールドとから構成される。各フィールドは、ピクチャまたはフレーム中の交互の水平ライン上のピクセルから構成される。したがってＮＴＳＣカメラは、毎秒２９．９７フレームのビデオを提供するために、毎秒２９．９７×２＝５９．９４フィールドのアナログビデオ信号を出力し、この信号には２９．９７の奇数フィールドとそれとインターレースした２９．９７の偶数フィールドが含まれる。したがってＮＴＳＣの画像は通常、アクティブピクセルで約７２０（水平）×４８０（垂直）の解像度を有する。すなわち各フィールドは７２０×２４０であり、７２０×４８０のインターレースしたフレームをもたらす。これらの仕様はＣＣＩＲ Ｒｅｃ．６０１で規定されており、画像フォーマット、取得セマンティック（acquisition semantic）、およびデジタル「スタンダード」テレビ信号の符号化の部分を指定している。（「スタンダード」テレビジョンはＰＡＬ、ＮＴＳＣ、およびＳＥＣＡＭの解像度である。）
【０００６】
様々なビデオ圧縮標準がデジタルビデオ処理に用いられており、所与のビデオ符号標準についての符号化ビットストリームを指定している。これらの標準には、国際標準化機構／国際電気標準会議（ＩＳＯ／ＩＥＣ）１１１７２ Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ−１国際標準（「動画像とデジタル記憶媒体向けの関連オーディオの符号化」）（ＭＰＥＧ−１）やＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８国際標準（「動画像と関連オーディオ情報の一般符号化」）（ＭＰＥＧ−２）がある。別のビデオ符号化標準として国際電気通信連合（ＩＴＵ）により策定されたＨ．２６１（Ｐｘ６４）がある。ＭＰＥＧでは「ピクチャ」の用語は、１フレームのデータ（すなわち両フィールド）または１フィールドのデータのどちらかを表すデータビットストリームを指している。したがってＭＰＥＧ符号化技術は、ビデオデータのフィールドまたはフレームからＭＰＥＧ「ピクチャ」を符号化するのに用いられる。ＭＰＥＧ−１は毎秒３０フレーム（ｆｐｓ）で３５２×２４０の標準画像フォーマット（ＳＩＦ）について構築されている。ＭＰＥＧデータレートは可変であるが、ＭＰＥＧ−１はＶＨＳビデオ品質を毎秒１．２メガビット、すなわち毎秒１５０キロバイトのデータレートで提供するように設計されている。ＭＰＥＧ−１標準では、ビデオは厳密にインタレースなし（すなわちプログレッシブ）である。プログレッシブビデオでは、フレーム中のラインはある瞬間からスタートして、連続するラインを切れ目なくフレームの下端に至るまでのサンプルを含んでいる。
【０００７】
１９９４年春に採択されたＭＰＥＧ−２は、ＭＰＥＧ−１の互換性拡張版であり、ＭＰＥＧ−１を基礎として、インターレースされたビデオフォーマットとともに、ＨＤＴＶ（高精細テレビ）のサポート機能を含む、いくつかの他の高度機能をサポートしている。ＭＰＥＧ−２は、一部には、ＣＣＩＲ Ｒｅｃ．６０１（１ライン当たり７２０サンプル、１フレーム当たり４８０ライン、毎秒２９．９７フレーム）を用いるＮＴＳＣタイプの放送テレビのサンプリングレートで使用するために設計されている。ＭＰＥＧ−２で採用されたインターレースでは、フレームはトップフィールドとボトムフィールドの２フィールドに分割される。この２フィールドの一方は、他方より１フィールド期間遅れて開始する。各ビデオフィールドは、別々に伝送されるピクチャのピクセルのサブセットである。ＭＰＥＧ−２はビデオ符号化標準であり、例えばこの標準に準拠して符号化された放送ビデオに使用することができる。ＭＰＥＧ標準は広範囲のフレームレートおよびフォーマットをサポートすることができる。
【０００８】
動き補償はビデオ信号処理において一般的に利用されている。動き補償技術は、ある種の物体や画像上の特徴が、ピクチャ毎に、制限された領域内である位置から別の位置へと移動する傾向がある連続したピクチャ間にしばしば存在する時間相関を利用する。ＭＰＥＧ−２標準などのＭＰＥＧ標準においては、圧縮デジタルストリーム中に、Ｉフレーム、Ｐフレーム、Ｂフレームのような異なるタイプのピクチャまたはフレームが存在することもある。Ｉフレームすなわちイントラフレームは独立型であり、つまり以前に伝送または復号されたフレームからの情報には基づいていない。動き補償技術を使って符号化されたビデオフレームは、その内容が以前のＩまたはＰフレームの内容から予測されるため、予測フレームまたはＰフレームと呼ばれる。Ｐフレームは、後続のＰフレームの基本としても使用される。ＩおよびＰフレームは両方とも「アンカー」フレームである。これらのフレームはアンカーフレームに基づいて予測されるＢまたはＰフレームなどの他のフレームのベースとして使用されるからである。「双方向（バイディレクショナル）」フレームすなわちＢフレームは、Ｂフレームの伝送の直前に伝送された２つのアンカーフレームから予測される。Ｈ．２６１のような他の標準ではＩおよびＰフレームだけが使用される。
【０００９】
ほとんどのＭＰＥＧ符号化方式では、グループオブピクチャーズ（ＧＯＰ）と呼ばれる１２フレームから１５フレームの圧縮シーケンスが使用される。各ＧＯＰは通常Ｉフレームから始まり、任意選択でいくつかのＢおよびＰフレームを含む。ＧＯＰにおけるＰフレーム間の距離を表すのにパラメータＭがよく使われ、パラメータＮはＧＯＰ中の全フレーム数を表す（すなわち、連続するＧＯＰにおけるＩフレーム間の距離）。
【００１０】
ＭＰＥＧのビットストリームは、一般に１つまたは複数のオーディオストリームと多重化された１つまたは複数のビデオストリーム、およびタイミング情報などの他のデータを含む。ＭＰＥＧ−２においては、ある特定のビデオシーケンスを記述する符号化されたデータがいくつかのネストされたレイヤによって表される。そのレイヤは、シーケンスレイヤ、ＧＯＰレイヤ、ピクチャレイヤ、スライスレイヤ、およびマクロブロックレイヤである。この情報の伝送する助けとして、多重ビデオシーケンスを表すデジタルデータストリームはいくつかの小さいユニットに分割され、このそれぞれのユニットはパケット化ベースストリーム（ＰＥＳ）パケットにカプセル化される。各ＰＥＳパケットは伝送のために、複数の固定長トランスポートパケットに分割される。各トランスポートパケットは１つのＰＥＳパケットのみに関係するデータを含む。トランスポートパケットは、トランスポートパケットを復号する際に使用するコントロール情報を保持したヘッダも含んでいる。
【００１１】
したがってＭＰＥＧストリームのベースユニットはパケットであり、パケットにはパケットヘッダとパケットデータが含まれる。各パケットは、例えば１フィールドのデータを表す。パケットヘッダはストリーム識別コードを含み、１つまたは複数のタイムスタンプを含むこともある。例えば、各データパケットは長さ１００バイト以上になることもあり、最初の２つの８ビットバイトにパケット識別子（ＰＩＤ）フィールドが含まる。ＤＳＳ応用例では、例えばＰＩＤはＳＣＩＤ（サービスチャネルＩＤ）や様々なフラグである。ＳＣＩＤは、一般にあるデータパケットが属する特定のデータストリームを一義的に識別する１２ビットの数字である。このように各圧縮ビデオパケットはＳＣＩＤなどのＰＩＤを含んでいる。
【００１２】
ＭＰＥＧ−２で符号化された画像をビデオデコーディングシステムが受け取ると、トランスポートデコーダがトランスポートパケットを復号してＰＥＳパケットを再構成する。ＰＥＳパケットは復号され、画像を表すＭＰＥＧ−２のビットストリームを再構成する。所与のトランスポートデータストリームが、同時に複数の画像シーケンスを、例えばインターリーブされたトランスポートパケットとして搬送することもできる。
【００１３】
例えば、ＤＳＳ伝送を用いると、ＭＰＥＧ−２で符号化したビデオストリームをＤＳＳパケットで運ぶことができる。ほとんどのＤＳＳビデオプログラムは１ライン当たり５４４ピクセル、１フレーム当たり４８０ラインで符号化されている。毎秒２９．９７フレームがすべて符号化されている。毎秒符号化されるフレームの正確な数は、厳密にはシーケンスによって変わる。ＤＳＳシステムによって、ユーザはＤＳＳ受信機を使って衛星から多数のＴＶチャネルを直接受け取ることができる。受信機は一般に統合型受信機／デコーダユニット（ＩＲＤ）にケーブルで接続された１８インチの小型の衛星放送用ディッシュアンテナを備えている。衛星放送用ディッシュアンテナは衛星に向けられ、ＩＲＤは従来形のケーブルテレビ用デコーダと同様にユーザのテレビジョンに接続される。ＩＲＤでは、フロントエンド回路が衛星からの信号を受け取り、それを元のデジタルデータストリームに変換し、その結果がビデオ／オーディオデコーダ回路に送られ、そこでトランスポートの抽出と伸張が行われる。ＭＰＥＧ−２ビデオでは、ＩＲＤは受け取った圧縮ビデオを伸張するのに用いるＭＰＥＧ−２デコーダを備える。
【００１４】
ＭＰＥＧ−２においては、４つの異なる「プロファイル」が定義されており、それぞれが例えば画像／ピクチャ解像度のような符号化された画像の複雑さの異なるレベルに対応している。各プロファイルは色空間解像度とビットストリームのスケーラビリティを定義している。各プロファイル毎に種々のレベルが定義されており、各レベルは異なる画像解像度に対応している。所与のプロファイルの個々のレベルは、画像解像度の最大および最小値、１秒当たりのＹ（輝度）サンプル数、スケーラブルプロファイル用にサポートされているビデオおよびオーディオレイヤ数、１プロファイル当たりの最大ビットレートを定義している。プロファイルとレベルの組合せによって、特定のビットストリームを扱うデコーダの能力を定義するアーキテクチャが生成される。
【００１５】
放送用途の最も一般的なプロファイルはメインプロファイル（ＭＰ）フォーマットである。メインプロファイル、メイン（またはミディアム）レベル（ＭＰ＠ＭＬ）として知られるＭＰＥＧ−２「スタンダード」の１つは、既存のＳＤテレビジョン標準（すなわちＮＴＳＣおよびＰＡＬ）に準拠したビデオ信号を符号化するためのものである。この標準は、４８０アクティブラインで各ラインが７２０アクティブピクセルのビデオ画像を２：１のインタレーススキャンで符号化するのに使用できる。この信号に水平および垂直の帰線消去期間を加えると、結果は５２５ラインで各ライン８５８ピクセルとなる。これを復号して１３．５ＭＨｚの表示クロック信号で表示すると、この信号はＮＴＳＣ方式の放送画像に対応する画像を生成する。メインプロファイル、ハイレベル（ＭＰ＠ＨＬ）として知られる別の標準は、ＨＤＴＶ画像を符号化するためのものである。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ＴＶシステムなどあるシステムの品質が向上すると、ビデオ伝送のためＨＤ互換で符号化したビデオ信号を提供するのが望ましい。しかし、ＳＤとＨＤの両方の受信機がある可能性があり、ＳＤ受信機およびシステムは改良型の伝送／符号化標準と互換性がないかもしれない、すなわち改良型の標準は「下方互換性」を欠く可能性がある。例えば、従来型のＳＤ型ＤＳＳ用のＩＲＤはＭＰ＠ＭＬフォーマットより高精細なフォーマットはどれも復号できない。したがってある種のＤＳＳシステムでは、ＤＳＳ用ＳＤ受信機が伝送を受信し復号できるように、ＨＤチャネルデータを、ＳＤ版のＨＤチャネルデータと共に送信せざるをえない。これはＨＤチャネルバンド幅に加えてＳＤチャネルの全バンド幅を必要とすることになり、非常にコストのかかる解決策である。冗長な情報が伝送されるためにバンド幅が浪費される。したがって、冗長なまたは余分なデータチャネルの伝送をしなくてもよいように、以前の標準とも互換性のある改良型または強化型の信号を符号化し伝送する技術が必要とされている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明においては、ビデオ信号を符号化（encoding）し復号（decoding）する方法および装置を提供する。基準フレームと非基準フレームを有し、各フレームが初期フレームシーケンス構造に応じた初期時間基準を有する、プログレッシブビデオのビットストリームを受け取る。非基準フレームを無視することにより、基準フレームだけの時間基準がリマップされる。ベースおよびエンハンスメントトランスポートのビットストリームをそれぞれ提供するために、基準フレームにはベースパケット識別子（ＰＩＤ）を、非基準フレームにはエンハンスメントＰＩＤを付けてパケット化する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明においては、ＭＰＥＧ−２タイプの符号化プロセスに変更を加えて、既存のＭＰＥＧ−２方式ＤＳＳ用のＳＤ ＩＲＤと下方互換性（backward-compatible）があり、高品位ビデオ用に適切な変更を施したデコーダに対して追加の情報を提供する、符号化ビットストリームが提供される。
【００１９】
図１を参照すると、本発明の好ましい実施形態によるビデオ画像信号の符号化、伝送、および復号用のデジタルビデオシステム１００を示してある。ビデオエンコーダ１１０はビデオカメラなどのビデオデータソースからビデオストリームを受け取る。これは、高品位５９．９４Ｈｚ（フレーム／秒）の入力ビデオデータストリームでよい。図２を参照して以下にさらに詳しく述べるように、ビデオエンコーダはこのデータをＭＰＥＧ−２エンコーダなどのエンコーダを用いて符号化し、プログレッシブビデオビットストリームを生成する。これは例えば５９．９４Ｈｚ（フレーム／秒）プログレッシブビデオビットストリームでよい。次いでこのビットストリームは、トランスポートエンコーダ（伝送ＩＣ）などエンコーダ１１０の機能要素によって、ベースストリーム（base stream）とエンハンスメントストリームの２つのストリームに分けられ、ＤＳＳチャネル１２０などの通信媒体を介してトランスポートビットストリームとして伝送される。
【００２０】
一実施形態においては、伝送ＩＣは前記ベースストリームを、ＤＳＳ用ＳＤ ＩＲＤなど既存のデコーダと下方互換で、ＭＰＥＧ−２ＭＰ＠ＭＬシンタックスに準拠するものにする。このようにして、標準的な無変更のＤＳＳ用ＳＤ ＩＲＤが圧縮プログレッシブビデオのベースストリーム部分を受け取ることができる。したがってエンハンストビデオ伝送は、アップグレードされていないＳＤ受信機やデコーダに対してトランスペアレントになる。すなわち、前記エンハンストビデオ伝送は以前の既存のＳＤフォーマットと下方互換性がある。適切に変更を加えたＭＰ＠ＨＬ型のビデオデコーダとトランスポートデコーダを用いて、ベースストリームおよびエンハンスメントストリームを復号して高品位プログレッシブビデオを提供することができる。この目的のためには、例えばＨＤＴＶまたはＥＤＴＶ（エンハンストデフィニションテレビジョン）復号化システムを使用することができる。
【００２１】
一実施形態においては、ベースストリームは２９．９７Ｈｚ（フレーム／秒）のフレームレート、すなわちＳＤＴＶレートを有する。エンハンスメントストリームをベースストリームと共に、例えばＥＤＴＶデコーダで復号して、ＥＤＴＶシステム用の５９．９４Ｈｚのプログレッシブビットストリームを提供することができる。すなわち、エンコーダ１１０はベースストリームとエンハンスメントストリームの合成ストリームを提供する。これらのストリームは共にエンハンスト伝送を形成し、このエンハンスト伝送をＨＤＴＶやＥＤＴＶなどの拡張型（enhanced）受信機やデコーダを用いて受信および復号することにより、プログレッシブビデオ（例えば５９．９４Ｈｚ）を提供することができる。ベースストリーム単独で用いると、ＳＤＴＶのようなＭＰ＠ＭＬタイプのシステムによって、２９．９７ＨｚのＭＰ＠ＭＬビデオ情報だけを取り出すことができる。
【００２２】
すなわち、ビデオデコーダ１３０はトランスポートビットストリームを受け取り、復調とデコーディングを行って、例えばモニター上（図示せず）での表示など有用な出力を提供する。一実施形態においては、ビデオデコーダ１３０は従来型のＤＳＳ ＩＲＤであり、このＩＲＤがベースストリームを抽出し復号してＳＤＴＶ毎秒２９．９７フレームのインターレースビデオを提供する。別の実施形態では、デコーダ１３０は、本発明によるＨＤＴＶまたはＥＤＴＶであり、ベースストリームとエンハンスメントストリームの両方を抽出し復号してＥＤＴＶ応用例用の毎秒５９．９４フレームのプログレッシブビデオを提供する。
【００２３】
以下の議論においては、ＳＣＩＤを採用したＤＳＳ実施形態を用いるので、したがってＳＣＩＤを参照するが、一般的にはＰＩＤも利用できる。一実施形態においては、エレメンタリベースストリームは、以下の符号化順序のＧＯＰビットストリーム構造を有するＭＰＥＧ−２ＭＰ＠ＭＬビデオビットストリームである。
Ｉ０ Ｐ１ Ｐ２．．．Ｐ１４
このＧＯＰで、Ｍ＝１、Ｎ＝１５であり、時間軸のＧＯＰビットストリーム長は１５フレーム÷毎秒２９．９７フレーム＝０．５秒となり、これはＮＴＳＣビデオと同一の時間間隔である。一実施形態では、このエレメンタリストリームは１つのＳＣＩＤ（ＳＣＩＤｉ）を付けてＤＳＳトランスポートストリームにパケット化される。
【００２４】
このエンハンスメントストリームはＭＰＥＧ−２準拠のビデオビットストリームではない。一実施形態においては、それはＢフレームだけから構成され以下の構造を有する。
Ｂ０ Ｂ１ Ｂ２．．．Ｂ１４
エンハンスメントビットストリームでは、ベースビットストリームと同様にＮ＝１５である。表示される２フレーム間の時間間隔は１／２９．９７秒である。エンハンスメントビットストリームは、ベースビットストリームとは異なるＳＣＩＤ（すなわちＳＣＩＤｊ）を付けてＤＳＳトランスポートストリームにパケット化される。
【００２５】
次に図２を参照すると、ビデオシステム１００のビデオエンコーダ１１０による符号化をフロー図２００に示してあり、このエンコーダがＤＳＳチャネル１２０を介して伝送されるビデオトランスポートビットストリームを生成する。一実施形態では、ビデオエンコーダ１１０はＭＰＥＧ−２エンコーダを備え、このエンコーダは５９．９４Ｈｚのプログレッシブビデオビットストリーム（ステップ２０１）を提供する。このプログレッシブビデオビットストリームはＭ＝２、Ｎ＝３０のＧＯＰ構造を有し、以下の一般ＧＯＰ構造の順序を有する。
【００２６】
エンコーダ１１０は基準（ＩおよびＰ）フレームの時間基準を以下のようにベースストリームにリマップする（ステップ２０２）。
Ｉ１→Ｉ０
Ｐｎ→Ｐ（ｎ−１）／２
基準フレームをリマップする目的は、これらの基準フレームだけから構成されるベースストリームが、連続時間基準を有し、ＭＰ＠ＭＬデコーダから見て自己完結的、つまりエンハンスメントストリームの存在にも係わらずＭＰ＠ＭＬデコーダと下方互換性を持たせるためである。
【００２８】
ビデオエンコーダ１１０の伝送ＩＣは、次にベースビットストリームとエンハンスメントビットストリームのそれぞれについて、Ｂフレーム（ステップ２１０）からＩ、Ｐフレームを分離し、特定のフレーム（ステップ２１１、２１２）の各パケットにＳＣＩＤｉまたはＳＣＩＤｊのどちらかをそれぞれ割り当てる。次にビデオエンコーダ１１０のＤＳＳトランスポートパケッタイザが、図３に示すようにビットストリームをパケット化する（ステップ２１３）。図３に示すように、例えば、フレームＩ０（そのうちの２つだけを図３に示す）の様々なパケットにＳＣＩＤｉが割り当てられる。
【００２９】
次に、ベースビットストリームのいくつかのトランスポートストリームのパラメータが、ベースビットストリームがＤＳＳトランスポート仕様に準拠するように、リマップされる（ステップ２２０）。次にそれぞれのＳＣＩＤｉ、ｊを付けたベースビットストリームとエンハンスメントビットストリームが、ＤＳＳチャネル１２０を介して運ばれ、そこでパケットがビデオデコーダ１３０によって受信される。このビデオデコーダは、ＤＳＳチャネル１２０からＤＳＳ信号を受け取る衛星用ディッシュアンテナを内蔵し、またはそれに結合されるとともにＩＲＤを備える。このＩＲＤは、それ自体トランスポート抽出と伸張を実施するビデオ／オーディオデコーダ回路、すなわちトランスポートデコーダとＭＰＥＧビデオデコーダを備えている。
【００３０】
ビデオデコーダ１３０がＭＰＥＧ−２ＤＳＳと互換性のある（ＭＰ＠ＭＬ）標準デコーダである場合は、２パートのビットストリームの全体を復号してプログレッシブビデオを提供することはできない。しかし、エンハンスメントビットストリームは既存のＭＰＥＧ−２ＤＳＳ型のＭＰ＠ＭＬデコーダと下方互換性があるため、デコーダ１３０はベースストリームを復号できる。ベースストリームがＭＰ＠ＭＬストリームであるため、ＤＳＳビデオデコーダ１３０はそれを復号して５９．９４Ｈｚのインターレースされたビデオシーケンスとして表示することができる。このベースストリームの復号動作を図４に示してあり、ここでＳＣＩＤｉの記号の付いたパケットがベースストリームパケット、ＳＣＩＤｊの記号の付いたパケットがエンハンスメントストリームパケットである。図からわかるように、ＳＣＩＤｉを含むＩおよびＰフレームパケットは、デコーダ１３０のトランスポートデコーダ回路（ＩＣ）によって抽出され、次いでデコーダ１３０のＭＰ＠ＭＬ互換ＭＰＥＧ−２デコーダユニットによって復号される。例えば、フレームＩ０について示した２つのＳＣＩＤｉパケットは、ベースストリームの一部であり、Ｐ１フレームついて示した２つのＳＣＩＤｉパケットと同様に、ＳＤＴＶ品位ビデオを提供するためにトランスポートデコーダＩＣによって抽出され、次いでＭＰ＠ＭＬビデオデコーダによって復号される。
【００３１】
或いは、ビデオデコーダ１３０は、トランスポート抽出およびデコーディングユニットが２パートビットストリーム全体を活用してプログレッシブビデオを提供できるようにした、変更型のＭＰ＠ＨＬ−１４４０ＤＳＳデコーダでもよい。すなわちビデオデコーダ１３０が、５９．９４Ｈｚのプログレッシブビデオシーケンスを復号できる場合に、ベースおよびエンハンスメントストリームの両方を抽出し復号して、図５に示すように、５９．９４Ｈｚのプログレッシブビデオを提供する。
【００３２】
このように、本発明においては、本発明に係る符号化により、ベースストリームはちょうど個々のＳＤストリームのように見えて、ＳＤ型ＩＲＤが復号できるが、特別に変更されたＨＤ型ＩＲＤがベースストリームおよびエンハンスメントストリームの両方を復号してプログレッシブビデオを提供することができる。したがって本発明は、「スケーラビリティ」をサポートする特別のシンタックスを必要とすることなく、ノンスケーラブルなＭＰＥＧシンタックスを用いて「スケーラブル」な伝送をサポートする方法を提供する（特別のシンタックスを用いると、普通なら無変更のＳＤ型ＩＲＤが伝送されたビットストリームのデータを復号できなくなるはずである）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による、ビデオ画像信号を符号化、伝送、および復号するためのデジタルビデオシステムを示す図である。
【図２】図１のビデオシステムのビデオエンコーダによる符号化を示すフロー図である。
【図３】図１のビデオエンコーダのＤＳＳトランスポートパケッタイザによるビットストリームのパケット化を示す図である。
【図４】図２のシステムのようなシステムの標準ＤＳＳビデオデコーダによるベースストリームのみの復号動作を示す図である。
【図５】図２のシステムのようなシステムの修正ＤＳＳビデオデコーダによるプログレッシブビデオ復号動作を示す図である。
【符号の説明】
１００ デジタルビデオシステム
１１０ ビデオエンコーダ
１２０ チャネル
１３０ ビデオデコーダ
Ｐ１、Ｐ２、．．． Ｐフレーム番号
Ｂ１、Ｂ２、．．． Ｂフレーム番号
Ｉ１、Ｉ２、．．． Ｉフレーム番号
ＳＣＩＤｉ、ＳＣＩＤｊ サービスチャネル識別番号
ＭＰ＠ＭＬ メインプロファイル＠メインレベル
ＭＰ＠ＨＬ メインプロファイル＠ハイレベル
Claims (10)
- ビデオ信号を符号化する方法であって、
いかなるＢフレームも除外した基準フレームと非基準フレームを含み、それぞれが初期フレームシーケンス構造に応じた初期時間基準を有するプログレッシブビデオビットストリームを受け取るステップと、
前記基準フレームだけの時間基準を、該基準フレームに通し番号をつけることによってリマップするステップであって、前記非基準フレームを無視して、該非基準フレームの存在にもかかわらず、次のＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＭＬ復号プロセスのための前記基準フレームの後方互換を提供するステップ、
前記基準フレームにベースパケット識別子（ＰＩＤ）を付けてパケット化し、前記非基準フレームにエンハンスメントパケット識別子（ＰＩＤ）を付けてパケット化して、ベーストランスポートビットストリームおよびエンハンスメントトランスポートビットストリームをそれぞれ提供するステップとを含み、
前記ベーストランスポートビットストリームは前記ベースＰＩＤに基づき抽出されることができ及び前記次のＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＭＬ復号プロセスにおいて復号されて標準解像度テレビジョン（ＳＤＴＶ）システムにおける表示に適したＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＭＬ復号化ビデオビットストリームを提供することができ、並びに、（ｉ）前記ベーストランスポートビットストリームのパケットは前記ベースＰＩＤに基づき抽出されることができ、（ｉｉ）前記エンハンスメントビットストリームのパケットは前記エンハンスメントＰＩＤに基づき抽出されることができ、及び、（ｉｉｉ）該ベーストランスポートビットストリームパケット及び該エンハンスメントビットストリームパケットが次のＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＨＬ復号プロセスにおいて組み合わされて高解像度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムにおける表示に適したＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＨＬ復号化ビデオビットストリームを提供することができることを特徴とする方法。 - ＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＭＬデコーダを用い、前記ベースＰＩＤを有するパケットのみを抽出し復号して、ＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＭＬ復号化ビデオビットストリームを提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- ＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＨＬデコーダを用いて前記ベースＰＩＤと前記エンハンスメントＰＩＤの両方を有するパケットを抽出し復号して前記ベースビットストリームおよび前記エンハンスメントビットストリームを提供するとともに、前記ビットストリームを組み合わせてＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＨＬ復号化ビデオビットストリームを提供するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記基準フレームはＩフレームとＰフレームを含み、前記非基準フレームはＢフレームを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 各ＰＩＤはサービスチャネル識別子（ＳＣＩＤ）であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
- ビデオ信号を符号化する装置であって、
それぞれが初期フレームシーケンス構造に応じた初期時間基準を有する、いかなるＢフレームも除外した基準フレームと非基準フレームを備えるプログレッシブビデオビットストリームを受け取るとともに、前記基準フレームだけの時間基準を、該基準フレームに通し番号をつけることによってリマップするリマッパであって、前記非基準フレームを無視して、該非基準フレームの存在にもかかわらず、次のＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＭＬ復号プロセスのための前記基準フレームの後方互換を提供するリマッパと、
前記基準フレームにベースパケット識別子（ＰＩＤ）を、非基準フレームにエンハンスメントパケット識別子（ＰＩＤ）をそれぞれ付けてパケット化して、ベーストランスポートビットストリームおよびエンハンスメントトランスポートビットストリームを提供するトランスポートパケッタイザとを備え、
前記ベーストランスポートビットストリームは前記ベースＰＩＤに基づき抽出されることができ及び前記次のＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＭＬ復号プロセスにおいて復号されて標準解像度テレビジョン（ＳＤＴＶ）システムにおける表示に適したＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＭＬ復号化ビデオビットストリームを提供することができ、並びに、（ｉ）前記ベーストランスポートビットストリームのパケットは前記ベースＰＩＤに基づき抽出されることができ、（ｉｉ）前記エンハンスメントビットストリームのパケットは前記エンハンスメントＰＩＤに基づき抽出されることができ、及び、（ｉｉｉ）該ベーストランスポートビットストリームパケット及び該エンハンスメントビットストリームパケットが次のＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＨＬ復号プロセスにおいて組み合わされて高解像度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムにおける表示に適したＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＨＬ復号化ビデオビットストリームを提供することができることを特徴とする装置。 - 前記ベースＰＩＤを有するパケットだけを抽出し復号して、ＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＭＬ復号化ビデオビットストリームを提供するＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＭＬデコーダをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。
- ＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＨＬデコーダを用いて前記ベースＰＩＤと前記エンハンスメントＰＩＤの両方を有するパケットを抽出し復号して前記ベースビットストリームおよび前記エンハンスメントビットストリームを提供するとともに、前記ビットストリームを組み合わせてＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＨＬ復号化ビデオビットストリームを提供するＭＰＥＧ準拠ＭＰ＠ＨＬデコーダをさらに備えることを特徴とする請求項６に記載の装置。
- 前記基準フレームはＩフレームとＰフレームを含み、前記非基準フレームはＢフレームを含むことを特徴とする請求項６に記載の装置。
- 各ＰＩＤはサービスチャネル識別子（ＳＣＩＤ）であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
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