JP5362831B2 - 構成参照フレームを用いた動画符号化システムおよび方法 - Google Patents
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Description
本出願は、2008年9月11日に出願された米国仮特許出願第61/096,189号の優先権を主張している、2008年12月5日に出願された米国特許出願第12/329,041号の優先権を主張しており、ここで両出願の内容全体を本明細書に参照として組み入れる。
Experts Group:ITU−T動画符号化専門家グループ)およびISO/IEC MPEG(Moving Picture Experts Group:ISO/IEC動画像専門家グループによって普及された)標準であるH.264などの、独自仕様フォーマットを含む多数の動画圧縮方式が知られている。H.264は、MPEG−4 Part10またはMPEG−4 AVC(正式には、ISO/IEC 14496−10)としても知られている。
を用いて)で、データ要素をエントロピー復号して、一組の量子化係数(quantized coefficients)を生成できる。逆量子化ステージ27で、この係数を逆量子化し、逆変換ステージ29で、この係数を逆変換して、エンコーダ14の再構成ステージで生成された微分残差と同一の微分残差を生成する。イントラ/インターステージ23で、圧縮ビットストリーム26から復号されたヘッダ情報を用いて、デコーダ21は、エンコーダ14で生成されたのと同じ予測マクロブロックを生成する。また、再構成ステージ31で、予測マクロブロックが、微分残差に加えられて、再構成マクロブロックを生成する。ループフィルタ34を再構成マクロブロックに適用して、ブロッキングアーチファクト(artifacts:画像の乱れ)をさらに低減できる。また、デブロッキングフィルタ33を再構成マクロブロッ
クに適用して、ブロッキング歪を低減し、出力画像ストリーム35として、その結果が出力される。
は、当該フレームからのデータを用いてフレームを符号化することを指し、一方、インター符号化は、他のいわゆる、「参照」フレームに基づいて、フレームを符号化することを含む方式などの予測符号化方式を指す。例えば、動画信号は、しばしば時間冗長性(temporal redundancy)を示し、ここにおいて、フレームの時間上の順序が互いに近いフレーム
が、お互いに一致または部分的に一致する部分を少なくとも有している。エンコーダは、この時間冗長性を利用して、現フレームと1つ以上の参照フレームとの間の差に関してフレームを符号化することで、符号化データのサイズを低減させることができる。
フレームの特定分割(particular partitioning)の残差とを含むデータとしてのフレーム
を復号し得る。フレームを符号化するブロックの特定分割は、例えば、歪(distortion)がある符号化サイズを、符号化の結果として取得されたフレームの内容に対してバランスを取る費用関数(cost function)をほぼ最小化することで選択し得る。
化がよりコンパクトになる。現在、例えば、米国出願公開第2005/0286629号に示すように、エンコーダが、予測処理で用いるベストマッチングブロックを見つけることができるように、参照フレームは、過去のフレーム、将来のフレーム、またはイントラフレームに基づいている。しかしながら、現在用いられている参照フレームは、エンドユーザに表示される実際のフレームに基づいている。
され、その後に送信されたフレームの符号化を向上させる画像データフレームである。従来の参照フレームと異なり、構成参照フレームは、ユーザーに表示されない。ここで述べた技術の柔軟性により、構成参照フレームは、動画ストリームの生の画像フレームまたはユーザーに表示されるフレームと同じ大きささえ有し得ない。それどころか、構成参照フレームは、予測子(predictor)としての役割を果たし、過去に送信されたフレームが与え
るものよりもより良い予測選択の機会を後続のフレームに与える。構成参照フレームの生成は、ビットストリームにより定義されていない。それどころか、考えられる最良の構成参照フレームを生成することは、エンコーダに残された作業である。このように、参照フレームを構成する計算は、デコーダではなくエンコーダが行っている。
的な双方向予測モードのように、構成参照フレームと実際の参照フレームとを組み合わせて予測する用法も扱っている。
ームのより有用で正確な符号化ができる。逆に、限定された予測値を持つ参照フレームは、非常に高いレベルの精度に符号化する必要はない。この第1の方法において、このフレームのコピーは、通常平均品質よりもいくらか高い品質で符号化されるが、必ずしもそうとは限られない。
存在するか否か問い合わせる。マクロブロックが存在しなければ、処理が終了する。そうでなければ、ステップ38に処理が戻り、目標参照フレームの次のマクロブロックに対して、ステップ38〜48を繰り返し実行する。マクロブロックを参照して、この方法を説明したが、画素の任意のサイズのブロックを用いることができる。
/または動き分割(motion segmentation)を用いて、符号化する高品質の背景フレームの
みを生成することである。背景からの抽出と動き分割の各種技術は、従来において公知である。一般に、大きな動きベクトル(つまり、高速で移動している)を有するブロックが、前景(foreground)であると考えられ、構成参照フレームにコピーされない。これに対して、(0.0)動きベクトルまたは他の小さな動きベクトル(つまり、低速で移動している)が、背景であると考えられ、構成参照フレームにコピーされる。
ムにわたり低速で現れる。原フレームよりも大きな構成参照フレームは、境界(border)領域のより高品質の予測を行うことができる。
他「Efficient Motion Accuracy Search for Global Motion Vector Coding」,信号、システム、およびコンピュータに関する第14回アシロマ会議,ACSSC'06,2006年10〜11
月、1072〜1075ページ.に記載されている。
が生成される。この新しい画像は、動き回る全領域(the entire region as it is moved about)をカバーする十分な大きさであるのが好ましい。
時間オフセットとブーストを大きくなる。また、別の基準がズームイン対ズームアウトであり、また別の基準が、予測品質の減衰率である。
センテージ、および用いた動きベクトルに関する要約情報のレコードも保持される。
プ104に処理が進む。ステップ100で、DistanceFactorが、ThisFrameDecayRate以上である場合、ステップ104に処理が進む。
pass)で測定したように)、DecayFactorも低減し得る。上述したように、ThisFrameAverageMotionVectorLengthは、この例において、1/8画素単位で指定される。フレームのイントラコード化レベルが高い場合と同様に、非常に高速の動き(大きな動きベクトル)が、シーケンスの両端間の予測リンク品質を低減させることが想定される。
る。
ousBoostScore)と比較される。BoostScoreが、PreviousBoostScore+2より小さければ、あるフレームから次のフレームまでのブーストスコアの増加率が、閾値量未満に低下する状況が起こる。そのため、ステップ118で、BoostScoreが、PreviousBoostScore+2未満であれば、ステップ114で、ブレークアウト条件が満たされ、新たな構成参照フレームが望ましくなる。そうでなければ、全ブレークアウト条件がチェックされ、ブレークアウト条件処理が終了する。図7の処理が再開する。
Claims (16)
- デコーダに送信される一連の原動画フレームを符号化し、一連の復号動画フレームを表示のため生成する方法であって、
エンコーダを用いて構成参照フレームを生成することと、
前記構成参照フレームを前記デコーダに送信するためビットストリームに符号化することと、
後続する復号処理のための前記ビットストリームに含めるために、前記構成参照フレームを用いて、前記一連の原動画フレームを圧縮して、圧縮デジタル動画信号を取得することと、
後続する表示処理の間に、前記構成参照フレームが、前記一連の復号動画フレームから削除されることを示すことと
を含み、
前記一連の復号動画フレームは前記圧縮デジタル動画信号から得られ、
前記一連の原動画フレームを圧縮して、圧縮デジタル動画信号を取得することには、
前記一連の原動画フレームの各マクロブロックの予測マクロブロックを形成することであって、前記一連の原動画フレームの少なくともいくつかのマクロブロックの前記予測マクロブロックが、前記構成参照フレームを用いてインター予測によって形成されることと、
関連する前記予測マクロブロックを用いて、前記一連の原動画フレームの各マクロブロックの残差マクロブロックを生成することと、
前記一連の原動画フレームの各マクロブロックの前記残差マクロブロックを符号化して前記圧縮デジタル動画信号を取得することと、
を含むことを特徴とする方法。 - 前記構成参照フレームは既存の原フレームのコピーであり、
前記構成参照フレームを符号化することは、前記既存の原フレームが連続してその順番で現れる前に、前記既存の原フレームのコピーを符号化することを含み、
前記一連の原動画フレームを圧縮することは、前記構成参照フレームを用いて、前記既存の原フレームを連続してその順番で符号化することを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記既存の原フレームを符号化することは、第1の品質レベルで、前記コピーを符号化することを含み、
ここで、前記既存の原フレームを連続してその順番で符号化することは、前記第1の品質レベルと異なる第2の品質レベルで、前記既存の原フレームを符号化することを含むことを特徴とする請求項2に記載の方法。 - 前記エンコーダを用いて、前記構成参照フレームを生成することは、
時間フィルタを用いて、いくつかの原フレームから動画ノイズを除去することと、
前記いくつかの原フレームの各マクロブロックのエラースコアを計算することと、
最低のエラースコアを有する各原フレームのマクロブロックを前記構成参照フレームにコピーすることを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記構成参照フレームは、背景であるいくつかの原フレームのマクロブロックを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記構成参照フレームを生成することは、
前記いくつかの原フレームにわたり、複数の画素を含む複数のマクロブロックの各々の動きベクトルを計算することと、
所定の制限値未満の動きベクトルを有するマクロブロックを前記構成参照フレームにコピーすることを含むことを特徴とする請求項5に記載の方法。 - 前記一連の原画像フレームは、所定のサイズを有し、
前記構成参照フレームは、画像超解像度を用いて現れた前記所定のサイズよりも大きいサイズを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記構成参照フレームを用いて、前記一連の原動画フレームを圧縮することは、前記構成参照フレームを用いて、高品質の境界領域を提供することをさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 前記エンコーダを用いて、前記構成参照フレームを生成することは:
開始フレームNを取得することと、
Xが正の整数である開始フレームNからフレームN+Xまでの各フレームAに一致するグローバル動きベクトルを見つけることと、
前記グローバル動きベクトルを用いてお互いの上部に整列されたとき、前記一連の原動画フレームをカバーする境界領域を生成することと、
動き回ったとき、前記境界領域全体をカバーするのに十分な大きさの新しい画像を生成することと、
前記新しい画像中の前記複数の画素の各々のフレームシーケンスから複数の候補画素を生成することと、ここで前記複数の画素の各々はそれぞれの候補セットに関連付けられており、
前記各候補セットの各々の平均輝度値を計算することと、
前記構成参照フレーム中の画素として、前記新しい画像中の前記複数の画素に関連付けられる前記平均輝度値を記憶することとを含むことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 前記グローバル動きベクトルを見つけることは、全探索グローバル動きベクトル探索方法と、ダイヤモンドグローバル動きベクトル探索方法の少なくとも1つを用いることを含むことを特徴とする請求項9に記載の方法。
- スコア付け基準に基づき、いくつかの原フレーム中の複数の画素を含む各マクロブロックにスコア付けすることと、
前記原フレームの各々の全スコアを計算することと、
前記全スコアに基づき、前記構成参照フレームを生成するために、前記原フレームの1つを選択することを含むことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。 - 前記スコア付け基準は、イントラ予測をインター予測と比較した比率を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記スコア付け基準は、動きベクトルを含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記スコア付け基準は、予測品質における減衰を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記スコア付け基準は、ズームインまたはズームアウトの結果を含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 一連の原動画フレームを圧縮して取得した圧縮デジタル動画信号の表示のために復号化する方法であって、
前記圧縮デジタル動画信号を含むビットストリームから構成参照フレームを復号することと、
前記一連の原動画フレームを復号化して、前記一連の復号動画フレームを生成することと、
後続する表示処理の間に、前記一連の復号動画フレームから前記構成参照フレームが削除されることと、
を含み、
前記一連の原動画フレームを復号化して、前記一連の復号動画フレームを生成することすることには、
前記一連の原動画フレームの各マクロブロックの予測マクロブロックを生成することであって、前記一連の原動画フレームの少なくともいくつかのマクロブロックの前記予測マクロブロックが、前記構成参照フレームを用いてインター予測によって形成されたものであることと、
前記一連の原動画フレームの各マクロブロックの残差マクロブロックを復号化することであって、各残差マクロブロックが前記圧縮デジタル動画信号内で符号化されたものであることと、
前記予測マクロブロックと前記一連の原動画フレームの各マクロブロックに関連付けられた前記残差マクロブロックとを組み合わせることにより、前記一連の原動画フレームの各マクロブロックを再構成して、前記一連の復号化された動画フレームを生成することと、
を含むことを特徴とする方法。
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