JP5214246B2 - フィルム粒度シミュレーションのためのブロック平均決定方法 - Google Patents

フィルム粒度シミュレーションのためのブロック平均決定方法 Download PDF

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Description

発明の詳細な説明
[関連出願との相互参照]
この出願は、2004年10月18日に出願した米国仮特許出願第60/619,632号の優先権を主張するものである。この文献はここにその全体を参照援用する。
本発明は概してフィルム粒度シミュレーションに関し、より具体的には、フィルム粒度シミュレーションにおけるブロック平均決定方法に関する。
フィルム粒子は現像プロセスの時に映画画像に現れる。フィルム粒子はHD画像では顕著であり、画像処理及び配信のチェーン(chain)全体を通じて保存することが望ましい独特の映画の特徴(distinctive cinema trait)となる。しかしながら、フィルム粒子の保存は現在のエンコーダでは困難である。時間予測に関係する圧縮ゲインを利用できないからである。粒子のランダムな性質により、視覚的にロスレスな符号化は非常に高いビットレートでのみ実現できる。ロッシーエンコーダは、一般的にノイズ及び微細なテクスチャに関連する高周波数をフィルタリングするときに、フィルム粒子を抑制する傾向がある。
最近作られたH.264|MPEG−4AVCビデオ圧縮標準では、特にフィデリティレンジ拡張(FRExt)補正1(JVT−K051, ITU−T Recommendation H.264 I ISO/IEC 14496−10 International Standard with Amendment 1, Redmond, USA, June 2004)では、フィルム粒子補足エンハンスメント情報(SEI)メッセージが規定された。かかるメッセージは、サイズや強度などの属性に関するフィルム粒子特性を記述し、これによりビデオデコーダは復号された画像でフィルム粒子のシミュレーションをすることができる。H.264|MPEG−4AVC標準は、どのパラメータがフィルム粒子SEIメッセージにあるか、それをどう解釈するか、SEIメッセージをバイナリフォーマットで符号化するために使用すべきシンタックス(syntax)を指定している。しかし、この標準はフィルム粒子SEIメッセージを受信したときにフィルム粒子をシミュレーションする手続は指定していない。
フィルム粒子のシミュレーションは、コンピュータで作成した素材のフィルム粒子をシミュレーションする撮影後の編集段階、及び古いフィルムストックの再生で使用される比較的新しい技術である。この種のアプリケーションでは、イーストマンコダック社(ニューヨーク州ロチェスター市)のCineon(登録商標)やビジュアルインフィニティ社のGrain Surgery(商標)などのソフトウェアが市場に存在する。これらのツールは、ユーザによる操作(user interaction)が必要で実装が複雑であり、リアルタイムでのビデオコーディングアプリケーションには適さない。さらにまた、これらのツールは、H.264|AVCビデオコーディング標準等により指定されたフィルム粒子SEIメッセージを解釈する機能を有していない。
本発明は、有利にも、フィルム粒子シミュレーションにおいてブロック平均を決定する方法を提供する。
本発明の一実施形態では、フィルム粒子シミュレーションにおいてブロック平均を決定する方法は、復号プロセスにおいてブロック平均を計算する段階を含み、計算効率が高く、メモリ帯域幅の必要量が小さい。
本発明の別の実施形態では、フィルム粒子シミュレーションにおいてブロック平均を決定する方法は、表示プロセスにおいてラスタースキャンの順序でブロック平均を計算する段階を含む。この実施形態により、一般的なビデオデコーダを使用することができ、同時にメモリ効率のよい実施ができる。
本発明の教示は、添付した図面とともに以下の詳細な説明を読めば、容易に理解できる。
言うまでもなく、図面は本発明のコンセプトを例示する目的のものであり、本発明を例示する構成は必ずしもこれだけではない。理解を容易にするために、複数の図面で共通な同一要素を示すためには同じ参照数字を用いた。
本発明は、有利にも、フィルム粒子シミュレーションにおいてブロック平均を決定する方法を提供する。コンシューマ向けHD DVDプレーヤのIC設計のアプリケーションのビデオデコーダサブシステムの場合を中心にして本発明を説明するが、本発明の具体的な実施形態は本発明の範囲を限定するものと考えてはならない。本発明の教示を知った当業者には明らかなように、本発明のコンセプトは、例えば、メディアプレーヤ/レシーバ装置、デコーダ、セットトップボックス、テレビジョンセット等における任意のフィルム粒子シミュレーションプロセスに有利に適用可能である。
図1は、本発明の一実施形態による、フィルム粒子シミュレーション機能を有するビデオデコーダサブシステムを示す高レベルのブロック図である。図1のビデオデコーダサブシステム100は、例えば、ビデオデコーダ(例えば、H.264デコーダ)106と、ビデオディスプレイとグラフィックスエンジン108と、ホストインターフェイス110と、インターフェイスコントローラ(例えば、RAMインターフェイスコントローラ)112と、離れたところにあるフィルム粒子データベース104中のフィルム粒子パターンの一部を格納するフィルム粒子キャッシュとして実施されるローカルメモリ(例えば、RAMメモリ)114とを有する。図1は、ホストCPU102と、離れたところにあるフィルム粒子データベース104を含むリモート固定記憶プログラムメモリとをさらに示している。図1のビデオデコーダサブシステム100では、ホストCPU102とリモートフィルム粒子データベース104は別のコンポーネントを含むものとして示したが、本発明の別の実施形態では、リモートフィルム粒子データベース104はCPU102の固定メモリにあってもよい。さらにまた、図1のビデオデコーダサブシステム100では、ビデオデコーダ106とビデオディスプレイとグラフィックスエンジン108と、ホストインターフェイス100と、インターフェイスコントローラ112とは別のコンポーネントとして示したが、本発明の別の実施形態では、ビデオデコーダ106とビデオディスプレイとグラフィックスエンジン108と、ホストインターフェイス100と、インターフェイスコントローラ112とは単一のコンポーネントであり、単一の集積システムオンチップ(SoC)デザインに集積してもよい。
さらにまた、図1のビデオデコーダサブシステム100では、フィルム粒子パターンの記憶手段はローカルメモリ114(キャッシュ)とリモートフィルム粒子データベース104として示したが、本発明の別の実施形態では、フィルム粒子パターンの一部または全部を保持するためには、実質的にいかなるアクセス可能な記憶手段を実装してもよい。かかる手段には、記憶ディスク、磁気記憶媒体、光記憶媒体、または実質的にいかなる記憶手段も含まれる。また、1つ以上の記憶手段を記憶装置の各々に対して実装してもよい。さらにまた、図1のフィルム粒子データベース104は、メモリ114とは離れたところにあるとして示したが、本発明の別の実施形態では、フィルム粒子パターン記憶手段は互いに近くにあっても遠くにあってもよい。
図2は、図1のビデオデコーダサブシステム100における使用に適したインターフェイスコントローラの一実施形態を示す高レベルのブロック図である。図2のインターフェイスコントローラ112は、プロセッサ210と、制御プログラム、アルゴリズム等を記憶するメモリ220とを含む。プロセッサ210は、パワーサプライ、クロック回路、キャッシュメモリ等、及びメモリ220に記憶されたソフトウェアルーチンの実行を支援する回路等である従来のサポート回路230と協働する。このため、ここでソフトウェアプロセスとして説明するプロセスステップの一部は、例えば、様々なステップを実行するプロセッサ210と協働する回路としてハードウェアで実施することもできる。インターフェイスコントローラ112も、それと通信する様々な機能要素間のインターフェイスとなる入出力回路240を含む。
図2のインターフェイスコントローラ112は、本発明による様々な制御機能を実行するようにプログラムされた汎用コンピュータとして示したが、本発明は、例えば、特定用途集積回路(ASIC)としてハードウェアで実施することもできる。そのようであるから、ここに説明するプロセスステップは、ソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの組み合わせにより等しく実行されると広く解釈することが意図されている。
図1のサブシステム100に戻り、リモートフィルム粒子データベース104は一般的に非常に大きい。本発明の一実施形態では、H.264ビデオデコーダ106と、ビデオディスプレイとグラフィックスエンジン108と、ホストインターフェイス110と、インターフェイスコントローラ112と、ローカルメモリ114とは、HD DVDプレーヤのコンポーネントである。リモートフィルム粒子データベース104のフィルム粒子パターンは、例えば、HD DVDプレーヤのサンプルレートでアクセスする必要がある。それゆえ、大きなフィルム粒子データベース104への高速アクセスが必要である。本発明による図1のサブシステム100では、補助エンハンスメント情報(SEI、Supplemental Enhancement Information)フィルム粒子期間においては、リモートフィルム粒子データベース104の一部のみが使用され、これを活用して複雑性を減らすためのキャッシング方法が開発される。
より具体的には、図1のフィルム粒子シミュレーションプロセスは、国際標準ITU−T Rec.H.264|ISO/IEC14496−10ビットストリームに補正1(フィデリティレンジ拡張)として指定されたフィルム粒子SEIメッセージの復号を要する。本発明の一実施形態では、フィルム粒子SEIメッセージは、I(イントラコード)ピクチャの前に送信され、1つのIピクチャの前には1つのフィルム粒子SEIメッセージしかない。
本発明の一実施形態では、フィルム粒子パターンのリモートフィルム粒子データベース104は、4,096個のフィルム粒子サンプルの169個のパターンにより構成され、各々は64×64フィルム粒子画像を表している。例えば、図3は、図1のフィルム粒子データベースの典型的な構成を示す高レベルのブロック図である。図3は、x軸方向にiオフセット、y軸方向にjオフセットを有する64×64サンプルフィルム粒子パターンを示している。図3は、様々なタイプの169個のフィルム粒子パターンをさらに示している。
フィルム粒子データベース104では、各フィルム粒子パターンは、標準仕様書の周波数フィルタリングモデルによるカット周波数の異なるペアを用いて合成される。SEIメッセージで送信されるカット周波数を使用して、フィルム粒子シミュレーションプロセスにおいて、フィルム粒子パターンのリモートフィルム粒子データベース104にアクセスする。フィルム粒子データベース104は、ROM、フラッシュ、またはその他の固定記憶装置(図1のビデオデコーダサブシステム100のフィルム粒子データベース104のように)に格納され、一般的には変化しない。フィルム粒子データベース104は、非常に多様なフィルム粒子形状とサイズのランダムフィルム粒子パターンを含む。しかし、具体的なビデオコンテンツシーケンスの場合、効率的にフィルム粒子をシミュレーションするには、このデータベースの一部(small subset)のみが実際には必要である。上記仕様書はフィルム粒子パターンの数をどのSEIメッセージ期間でも一部に限定している。それゆえ、本発明は、ローカルメモリ114等の小さなフィルム粒子キャッシュを実装する。このフィルム粒子キャッシュは、SEIメッセージを受信すると更新される。
一般的には、リモートフィルム粒子データベース104は、ホストCPU102の固定記憶装置またはホストCPU102のサイトに格納される。しかし、フィルム粒子データベース104に対する高速アクセスを必要とするのは、ビデオデコーダ106及びビデオディスプレイとグラフィックスエンジン108である。そこで、本発明によれば、少なくともフィルム粒子パターンの一部に高速アクセスするために、ローカルメモリ114が設けられる。すなわち、既存のSEIメッセージ期間が必要とし最も使用されるフィルム粒子パターンの少なくとも一部(small subset)をローカルメモリ114に転送し格納する。
本発明の一実施形態では、ローカルメモリ114は、フィルム粒子データベース104全体を格納するくらい十分大きい。かかる実施形態では、ビデオデコーダ106及びビデオディスプレイとグラフィックスエンジン108は、リモートフィルム粒子データベース104に元々格納されていたフィルム粒子パターンのすべてに、コントローラ112を介してすぐに高速でアクセスできる。また、本発明のかかる実施形態では、ローカルメモリ114中のフィルム粒子キャッシュはSEIメッセージを受信しても更新する必要はないという利点がある。しかし、かかる実施形態は、必要なメモリ(例えば、RAM)量が大きいという不利益もある。しかし、いくつかの実施形態では、かかる大きなメモリ空間(例えば、RAM)はすでに利用可能である。
本発明の別の一実施形態では、ローカルメモリ114は、フィルム粒子データベース104の一部を格納するくらい大きい。かかる実施形態では、SEIメッセージを受信するたびに、コントローラ112は、ローカルメモリ114のキャッシュの調査を開始して、ローカルメモリ114にすでにあるフィルム粒子パターンの一部のうちいずれかを、新しいSEIメッセージで選択されたリモートフィルム粒子データベース104中の別のフィルム粒子パターンで置き換える必要があるか判断する。この方法の利点はローカルメモリ114のアロケーションが小さくてよいことである。不利な点は、ローカルメモリ114のキャッシュがコントローラ112により管理されなければならず、最悪の場合、例えばコントローラ112を介して各Iフレームに対し、リモートフィルム粒子データベース104からローカルメモリ114にキャッシュ全体を転送しなければならないことである。また、本発明のかかる実施形態では、装置のブートアップ(すなわちリセット)のときに、ローカルメモリ114(すなわち、フィルム粒子キャッシュ)が、リモートフィルム粒子データベース104に格納されている最も良く使われるフィルム粒子パターンでコントローラ112により初期化される。すなわち、ローカルメモリ114にどのフィルム粒子パターンを格納するかの選択は、フィルム粒子データベース104中のどのフィルム粒子パターンがフィルムコンテンツの選択範囲にわたって最もよく使用されたかに基づく経験的データに依存する。
いずれにしても、本発明の上記の実施形態では、本発明によるローカルメモリ114は、コントローラ112とともに、ビデオデコーダ106及びビデオディスプレイとグラフィックスエンジン108が、リモートフィルム粒子データベース104にのみ入っていたフィルム粒子パターンに速くアクセスできるようにする。
再び図1を参照して、図1のビデオデコーダサブシステム100等のフィルム粒子シミュレーションシステムにおいて、復号ピクチャのブロック平均(例えば、8×8ブロック平均)はフィルム粒子形状、サイズ、及び強度を決める必要がある。それゆえ、図1のビデオデコーダサブシステム100では、フィルム粒子パターンをサーチまたは選択するためにローカルメモリ114にアクセスする前に、ブロック平均を計算する必要がある。より具体的には、復号ピクチャのブロック平均は、1組の値であり、各々はそのピクチャを構成する各ブロックのサンプルの平均値を表す。例えば、復号ピクチャは幅32サンプル、高さ24サンプルであり、ブロックは幅8サンプル、高さ8サンプルである場合、復号ピクチャのブロック平均は次の行列で表現できる:
Figure 0005214246
ここで、Avg1はブロック1のサンプルの平均値であり、その左上のサンプルの座標は(0,0)であり右下のサンプルの座標は(7,7)である。Avg2はブロック2のサンプルの平均であり、その左上のサンプルの座標は(8,0)であり右下のサンプルの座標は(15,7)である。以下同様である。
また、ブロック平均は各カラー成分について別々に計算できる。例えば、復号ピクチャがYUV色空間(Yは輝度情報、UとVは色情報)のカラー画像である場合、そのピクチャに対して(色成分ごとに1つの)3つのブロック平均を計算することが可能である。色成分cの座標(x,y)のサンプルは、decoded_picture[c][x][y]により表され、幅Nサンプル、高さMサンプル、左上サンプルの座標が(Ox,Oy)のブロックのブロック平均は、次のように計算できる:
Figure 0005214246
上記の疑似コードは、基本的に、ブロック平均を0に初期化して、それにそのブロック中のすべてのサンプルの値を加えて、その結果をサンプル数で割って、平均を求めている。このプロセスを3つの色成分のすべてに対して繰り返す。
フィルム粒子シミュレーションの場合、フィルム粒子パラメータはブロックベースで変化するので、各ブロックのブロック平均(すなわち、そのブロックのサンプルの平均値)を使用してそのブロックの適当なフィルム粒子パラメータを選択する。本発明により、発明者は、復号ピクチャのブロック平均を決定する2つのオプションを提案する。
本発明の第1の実施形態では、復号ピクチャのブロック平均は、表示プロセスにおいて決定される。いくつかの実施形態では、デコーダは、表示プロセスにおいて、外部メモリ(例えば、RAM)から復号ピクチャブロック(例えば、8×8ブロック)をすでに読み出している。本発明ではこの場合、ブロック平均(例えば、8×8ブロック平均)はディスプレイパイプラインで実行される。本発明によると、画素がラスタースキャン(raster−scan)の順序(すなわち、左から右、上から下)で読み出されても、表示プロセスにおいて、ブロック平均(例えば、8×8ブロック平均)を計算することが可能である。例えば、図4は、本発明の一実施形態による、ラスタースキャンの順序で画素を読み出しつつ、復号プロセスにおけるブロック平均の計算方法を示すフロー図である。
図4の方法400では、画像は8ラインのグループで処理され、8ラインのグループのすべての8×8ブロックのブロック平均を並行して計算する。方法400は、そのグループ中の第1のラインについて、ブロック平均を0に設定することにより始まる。そのラインは8個のサンプルのグループで処理される。第1の8個のサンプルが(8ラインのグループの第1の8×8ブロックに対応する)第1のブロック平均に加えられ、第2の8個のサンプルが(第2の8×8ブロックに対応する)第2のブロック平均に加えられる。以下、同様である。残りの7つのラインは、同じブロック平均を再利用することにより、同様に処理される。すなわち、ライン2から7の第1の8つのサンプルが第1のブロック平均に加えられ、第2の8つのサンプルが第2のブロック平均に加えられる。以下同様である。7番目のラインの終わりに、各ブロック平均にはそのブロックのサンプルすべての和が入っている。平均値を求めるため、和をブロック中のサンプル数(この場合64)で割る。8ラインのグループの8×8ブロックのすべてのブロック平均を求めると、フィルム粒子をそれに加え、ラインをディスプレイに送信する準備ができる。ブロック平均の計算を復号プルセスと分離することにより、このアプローチは任意のデコーダで使用することができる(変更する必要がないからである)。同時に、表示プロセスにおいてラスタースキャンの順序で画素を読み出すことにより、効率的なメモリアクセス方法を使用でき、オーバーヘッドを下げられる。
本発明の第2の実施形態では、復号ピクチャのブロック平均は、ビデオ復号プロセス(すなわち、H.264復号プロセス)において決定される。ビデオ圧縮復号動作において、8×8ブロックサンプルが利用可能である。例えば、図5は、本発明の一実施形態による復号プロセスにおけるブロック平均の計算方法を示すフロー図である。図5の方法500は、ビデオフレームの復号を各ブロック(例えば、8×8ブロック)のブロック平均の計算と結合する例を示している。図5の方法500は、サンプルのマクロブロック(すなわち、MPEG−2やH.264MPEG−4AVC等のほとんどのビデオコーディング標準では16×16マクロブロックが使用される)を復号することにより始まる。次に、各サブブロック(例えば、8×8サブブロック)のブロック平均を計算しメモリに格納する。このアプローチにより、メモリから読み出すデータ量が最小になる。なぜなら、ブロック平均を計算するのに必要な値は、復号プロセスにおいて容易に入手できるからである。その結果、必要なメモリ帯域幅が減少する。
これらのブロック平均は、図1のローカルメモリ114や、別に設けられたメモリ(例えば、RAM)等の外部メモリ(例えば、RAM)に格納され、表示プロセスのフィルム粒子シミュレーションにおいてアクセスされる。本発明のこの方法には、表示前の各復号フレームのための外部記憶が必要である。最悪の場合、この実施形態は、3つの復号フレームの8×8個のブロック平均値を格納するために、146キロバイトの外部メモリ(例えば、RAM)が必要である。また、ブロック平均(例えば、8×8個のブロック平均)を格納し読み出すために、最低限の追加メモリ帯域幅が必要である。
上記の本発明の実施形態によるブロック平均の2つの決定方法は、外部メモリ(例えば、RAM)による記憶とメモリ帯域幅とをトレードオフ(trade off)するものである。第1の方法は、外部メモリは使用しないが、8×8ブロックを余計に読むか、ディスプレイパイプラインに内部メモリを必要とする。第2の方法は、外部メモリ帯域幅を少しと、146キロバイトの外部メモリ(例えば、RAM)とを必要とする。
フィルム粒子シミュレーションのための方法、装置、システムの様々な実施形態(これらは例示であって限定ではない)を説明したが、当業者は上記の教示を考慮して修正や変形をすることができることに留意すべきである。それゆえ、当然のことながら、添付した請求項により規定される本発明の範囲と精神において、開示した本発明の実施形態を変更することができる。上記は本発明の様々な実施形態に関するが、本発明のその他の実施形態やさらに別の実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく工夫することができる。そのように、本発明の適切な範囲は請求項に従って決定されるべきである。
本発明の一実施形態による、フィルム粒子シミュレーション機能を有するビデオデコーダサブシステムを示す高レベルのブロック図である。 図1のビデオデコーダサブシステムにおける使用に適したインターフェイスコントローラの一実施形態を示す高レベルのブロック図である。 図1のフィルム粒子データベースの典型的な構成を示す高レベルのブロック図である。 本発明の一実施形態による表示プロセスにおけるブロック平均の計算方法を示すフロー図である。 本発明の一実施形態による復号プロセスにおけるブロック平均の計算方法を示すフロー図である。

Claims (8)

  1. フィルム粒子シミュレーションプロセスにおける方法であって、
    ディスプレイパイプラインにおいて前記復号画像のブロック平均を決定する段階と、
    前記復号画像と組み合わせる少なくとも1つのフィルム粒子パターンを選択する段階であって、前記選択は前記決定したブロック平均に少なくとも部分的に基づく段階と、
    を有する方法。
  2. 前記ブロック平均は一度に1ブロックずつ計算される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記ブロック平均は1行中のすべてのブロックについて並行して計算される、請求項1に記載の方法。
  4. 前記フィルム粒子シミュレーションプロセスのために前記ブロック平均の計算に使用したピクセル値を再利用する段階と、
    表示プロセスのために前記フィルム粒子シミュレーションプロセスに使用したピクセル値を再利用する段階と
    をさらに有する、請求項1に記載の方法。
  5. フィルム粒子シミュレーションプロセスにおける方法であって、
    復号プロセスにおいて前記復号画像のブロック平均を決定する段階と、
    前記決定したブロック平均を外部メモリに記憶する段階と、
    前記復号画像と組み合わせる少なくとも1つのフィルム粒子パターンを選択する段階であって、前記選択は前記決定したブロック平均に少なくとも部分的に基づく段階と、
    を有する方法。
  6. 1組の画素を復号する段階と、
    前記復号した1組の画素を用いて前記ブロック平均を計算する段階とを有する、請求項5に記載の方法。
  7. 前記復号した1組の画素はマクロブロックである、請求項6に記載の方法。
  8. 前記マクロブロックは16×16のサンプルを含み、各サンプルについて、各サンプルのオーバーラップしていない各8×8ブロックについて1つずつ、4つのブロック平均を計算する、請求項7に記載の方法。
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