JPH10191259A - Mpegビデオの反転再生方法 - Google Patents

Mpegビデオの反転再生方法

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JPH10191259A
JPH10191259A JP9351537A JP35153797A JPH10191259A JP H10191259 A JPH10191259 A JP H10191259A JP 9351537 A JP9351537 A JP 9351537A JP 35153797 A JP35153797 A JP 35153797A JP H10191259 A JPH10191259 A JP H10191259A
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mpeg
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motion vector
frames
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JP9351537A
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Shanwei Cen
シャンウエイ・セン
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Tektronix Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 2次蓄積手段のない一般的なMPEGデコー
ダを用いて、IBデータ・ストリームの形式でMPEG
ビデオを反転方向で再生する。 【解決手段】 MPEGのIBデータ・ストリームから
アンカー・フレームとして2つの連続したIフレームを
蓄積する以前用蓄積手段24及び以後用蓄積手段24を
有するMPEGデコーダを用い、一時的に介在したBフ
レームからの順方向動きベクトル及び逆方向動きベクト
ルを用いて連続したIフレームから動き補正値を発生し
て、Bフレームからデコードされた画像を生成すること
により、MPEGのIBデータ・ストリームを反転して
再生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、圧縮され
たビデオに関し、特に、IBデータ・ストリーム形式で
MPEGビデオを反転再生する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】非圧縮デジタル・ビデオが大容量の蓄積
手段を必要とし、ネットワーク帯域幅が非圧縮ビデオの
実時間ビデオ転送には充分でないので、デジタル・ビデ
オ信号を処理する際に圧縮技法が重要である。1992
年11月に制定されたISO/IEC国際標準1117
2により、MPEG標準が圧縮ビデオ及びオーディオの
一般的な標準となった。MPEGデータ・ストリーム
は、3つの形式のフレーム、即ち、内フレーム(intra
frame)I(アイ)と、予測フレーム(predictive fram
e)Pと、補間フレーム(interpolated frame)Bとを
含んでいる。Iフレームをコード化して、そのシーケン
ス内の任意の他のフレームから独立させ、従来のJPE
G補償標準と同様にする。動きの推定によりPフレーム
をコード化し、以前のPフレーム又はIフレームに依存
させる。Bフレームは、2つの「アンカー」フレーム、
即ち、以前のI/Pフレーム及び以後のI/Pフレーム
に依存する。Bフレーム及びPフレームは、内部フレー
ム(inter-frame)補償を用いるので、これらフレーム
は、Iフレームよりも小さい。
【0003】よって、MPEG標準は、蓄積空間での記
憶と、ネットワーク帯域幅とにより、JPEG標準より
も一層大きな補償を行える。MPEGデータ・ストリー
ムは、一時的な順序で、画像フレームのシーケンスを次
のように含んでいる。 I0,B1,B2,P3,B4,B5,P6,B7,B
8,I9 なお、P3はI0に依存し、P6はP3に依存し、B1
及びB2はI0及びP3の両方に依存し、B4及びB5
はP3及びP6の両方に依存し、B7及びB8はP6及
びI9の両方に依存する。デコーダにおいて、緩衝(バ
ッファ)を簡単にするためには、このデコーダでのフレ
ームは、適切な順序で存在しなければならない。この適
切な順序では、あるフレームは、このフレームが依存す
る総てのフレームの後のみで存在するので、上述のフレ
ームのシーケンスは、次のように記録される。 I0、P3、B1、B2、P6、B4、B5、I9、B
7、B8 MPEGのIBデータ・ストリームでは、Pフレームが
存在せず、上述のシーケンスの各Pフレームは、Iフレ
ームと交換されている。
【0004】上述は、順(前)方向におけるビデオの再
生に関する。しかし、編集や、その他のビデオ処理アプ
リケーションにおいては、ビデオを順方向及び逆(後)
方向の両方で再生できることが望まれている。IEEE
コンピュータ・ソサィエティ・プレスが発行した199
5年5月15〜18日の「マルチメディア・コンピュー
ティング・アンド・システム(Multimedia Computing a
nd Systems)」国際会議の議事録の一部であるミングシ
アン・チェン(Ming-Syan Chen)及びディリップ・ディ
・カンドウラ(Dilip D. Kandlur)による論文「ダウン
ロード及びストリーム規約:クライアント・ステーショ
ンにおけるビデオの相互的なプレイアウトを支持(Down
loading and Stream Convention: Supporting Interact
ive Playout of Videos in a Client Station)」は、
P/Iフレーム変換を用いたビデオ再生器において、標
準圧縮MPEGデータ・ストリームをローカル圧縮形式
に変換する方法を記載している。特に、Pフレームを回
収し、逆圧縮(伸張)し、再生した後に、このフレーム
をIフレームとしてエンコードし、次の形式で2次蓄積
手段に蓄積しなおしている。 I0、I*3、B1、B2、I*6、B4、B5、I9、
B7、B8 なお、I*3及びI*6は、変換されたPフレームであ
る。反転再生において、これらフレームは、デコーダに
入力される前に、次の順序で反転される。 I9、I6、B8、B7、I3、B5、B4、I0、B
2、B1 これらは、次の一時的な順序で、再生表示される。 I9、B8、B7、I6、B5、B4、I3、B2、B
1、I0
【0005】
【発明が解決しようとする課題】この方法論に必要な2
次蓄積手段の容量は、MPEGからJPEGへの変換、
即ち、総てのIフレームに必要な容量に比較して小さ
い。しかし、一般的なMPEGデコーダ自体には、反転
再生の機能がないので、この反転再生機能を有する特殊
なMPEGデコーダは、依然かかる余分な蓄積手段を必
要とする。
【0006】そこで、2次蓄積手段の必要性がなく、一
般的なMPEGデコーダを用いて、IBデータ・ストリ
ームの形式で、MPEGビデオを反転再生できる他の方
法が望まれている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、IBデータ・
ストリーム内のBストリームの対称性を利用して、この
IBデータ・ストリームの形式で、MPEGビデオを反
転再生する方法を提供する。本発明の第1の概念では、
デジタル・ディスク・レコーダの如きランダム・アクセ
ス(ビデオ)信号源からIBストリームを再生した際
に、各Bフレーム内の動きベクトルを反転して、順方向
動きベクトルを逆方向動きベクトルにするか、逆方向動
きベクトルを順方向動きベクトルにする。画像レイヤ
(層)における画像形式をBフレームであるとして示す
とき、この画像レイヤ内の動きベクトル・ビットを逆方
向では順方向に交換し、順方向では逆方向に交換する。
マクロブロック・レイヤにおいては、順方向及び逆方向
動きベクトルの反転を反映するようにマクロブロックの
形式を変化させる。その結果、ビットを付加するか削除
すると共に、動きベクトル・ビット自体を、逆方向に対
しては順方向に交換し、順方向に対しては逆方向に交換
する。この方法において、動きベクトルは、反転再生モ
ードにおいて、適切なIフレームと関連し、一般的なM
PEGデコーダによりデコードできる。
【0008】また、一般的なMPEGデコーダ用の制御
システムを変更して、Iフレームが蓄積されたフレーム
/フィールド蓄積手段を反転することにより、反転再生
機能を実現してもよい。すなわち、IBストリーム内の
第1Iフレームを以前用(previous)蓄積手段ではなく
以後用(future)蓄積手段に蓄積し、第2Iフレームを
以前用蓄積手段に蓄積するので、デコード期間中に、B
フレームからの動きベクトルが、補正Iフレームに関連
する。
【0009】本発明の上述及びその他の目的、利点及び
新規な特徴は、添付図を参照した以下の説明から一層明
らかになろう。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、一般的なMPEGデコー
ドを用いて、本発明のMPEGビデオ反転再生方法を実
施する場合のブロック図である。MPEGのIBコード
化データ・ストリームを、必要となるまで、入力バッフ
ァ10内に累積する。可変長コード(VLC)デコーダ
11は、デマルチプレックサ(MUX-1)12を含んで
いる。このデマルチプレックサ12は、必要に応じて、
フレーム内の各ブロック毎に、入力バッファ10に蓄積
されたデータ・ストリーム内のシーケンサ・ヘッダから
量子化ステップのサイズ値を抽出し、このデータ・スト
リーム内の画像レイヤから画像エンコード形式(I、
P、B)を抽出し、マクロブロック・レイヤから動きベ
クトルを抽出する。VCLデコーダ11は、可変長デコ
ーダ(VLD)14も含んでおり、この可変長デコーダ
14は、データ・ストリーム内の画像データから、量子
化したDCT(discrete cosine transform:離散的コ
サイン変換)係数に対応する量子化係数を発生する。次
に、これら量子化係数を逆量子化器(inverse quantize
r:Q-1)16に入力し、量子化ステップのサイズ値を
用いて、実際のDCT係数を発生する。逆量子化器16
の出力信号をDCT機能回路(DCT-1)18に入力し
て、Iフレーム用の実際のピクセル値と、P及びBフレ
ーム用のピクセル差値を発生する。
【0011】逆DCT18の出力信号を加算器20に入
力して、動き予測ピクセル値を、P及びBフレーム用の
差ピクセル値に加算する。加算器20からのデコードし
たビデオ信号を蓄積及び予測モジュール22に入力す
る。このモジュール22には、画像形式(モード)信号
及び対応する動きベクトルも入力する。蓄積及び予測モ
ジュール22は、以前(previous)のフレーム用蓄積手
段(以前用蓄積手段)24と、以後(future)のフレー
ム用蓄積手段(以後用蓄積手段)26とを含んでいる。
加算器20からのデコードされたビデオ信号は、I及び
Pフレーム用のアンカー・フレームに応じて、これら蓄
積手段の一方に蓄積される。例えば、第1Iフレームが
以前フレーム用蓄積手段24に蓄積され、次のI/Pフ
レームが以後フレーム用蓄積手段26に蓄積される。第
3I/Pフレームがデコードされると、このフレームが
以後フレーム用蓄積手段26に蓄積され、この以後フレ
ーム用蓄積手段の蓄積内容が以前フレーム用蓄積手段2
4に転送される。現在の画像の画像エンコード形式に応
じて、蓄積手段24及び26からのアンカー・フレーム
を順方向動き補正器(MC)28と、反転動き補正器3
0と、補間動き補正器32とに入力する。
【0012】動き補正器28、30及び32の特定の1
個からの出力信号を加算器20に入力して、現在のピク
セル差値と組み合わせて(加算して)、P及びBフレー
ム用のデコードされたフレーム(デコード・フレーム)
を発生する。加算器20の出力信号を、画像再配列回
路、即ち、表示バッファ回路34に供給し、表示用のビ
デオ・データ・ストリームとして、正しい時系列で、デ
コード画像を発生する。画像形式及び動きベクトルを制
御器(図示せず)に入力する。この制御器は、従来技術
と同様に、画像を適切にデコードするために、蓄積及び
予測モジュール22内の種々の要素に適切な制御信号を
供給する。
【0013】MPEGのIBデータ・ストリームの動作
において、VLCデコーダ11は、第1画像のヘッダを
デコードし、これがI画像であるかを判断する。逆DC
T機能回路18の処理結果のピクセルを、以前フレーム
用蓄積手段24にアンカー・フレームとして蓄積すると
共に、表示バッファ回路34にも蓄積する。次の画像も
I画像であり、これをデコードし、以後フレーム用蓄積
手段26にアンカー・フレームとして蓄積すると共に、
表示バッファ回路34にも蓄積する。次の画像は、B画
像である。B画像の各マクロブロックに対して、VLC
デコーダ11は、動きベクトルをデコードする。なお、
この動きベクトルは、対応するマクロブロック内の各ブ
ロックに対して、蓄積された以前(previous)の又は以
後(future)の画像、若しくはこれら両方の画像からの
変位と、マクロブロック内の異なるブロックの量子化さ
れたDCT係数に対応する量子化係数とを示す。これら
量子化係数は、逆に量子化され、差ピクセル値に逆変換
され、予測ブロックに加算される。なお、予測ブロック
を発生するには、蓄積されたアンカー・フレームに動き
ベクトルを供給する。その結果のマクロブロック、即
ち、デコードされた画像は、表示バッファ34内に蓄積
する。次のI画像を判断するとき、上述のように、以後
フレーム用蓄積手段26内の画像を以前フレーム用蓄積
手段24にコピーし、デコードを進める。表示バッファ
34からのビデオ・ストリームは、適切な時系列の画像
である。
【0014】図2及び図3は、MPEG用の画像レイヤ
・シンタックスを示し、図2の後に図3が続く。この画
像レイヤ・シンタックスは、画像モードを含んだ固定数
の定義された最初の複数ビットを有し、これらビットの
後に、順方向(P及びBフレーム)及び逆方向(Bフレ
ーム)動きベクトル用の動きベクトル・デコード情報が
続く。図4及び図5は、マクロブロック・レイヤ・シン
タックスを示し、図4の後に図5が続く。このマクロブ
ロック・レイヤ・シンタックスは、特定のマクロブロッ
クをデコードするのに必要ならば、順方向及び逆方向の
動きベクトル情報を含んでいる。図6は、マクロブロッ
ク・レイヤ・シンタックス内のB画像のマクロブロック
形式(macroblock_type)に対する可変長コードを示す
図である。この図6に示すような値を有するマクロブロ
ック形式可変フィールドは、そのマクロブロック用にど
の動きベクトルがが含まれるかを示すと共に、適切な可
変長動きベクトル情報が続く。
【0015】MPEGのIBデータ・ストリームの逆方
向再生では、画像順序を反転させて、デコーダに現れる
シーケンスをI6、I3、B5、I0、B2、B1にす
る。しかし、反転順序でデータ・ストリームを単に再生
するだけでは充分でない。例えば、B5用の順方向動き
ベクトルをI3に対して発生するが、逆方向再生におけ
るデコーダは、B5からの順方向動きベクトルを用い、
それをI6に適用する。これにより、誤った結果が生じ
る。したがって、デジタル・ディスク・レコーダの如き
ビデオ信号源からB画像を読み出すと、画像レイヤにお
いて、「full_pel_forward_vector」及び「forward_f_c
ode」用のビットを「full_pel_backward_vector」及び
「backward_f_code」用のビットと交換する。同様に、
マクロブロック・レイヤにおいて、「macroblock_typ
e」を交換して、前もって順方向の動きを指示した部分
で、逆方向の動きを指示する。その逆も同様である。な
お、図6において、「MACROBLOCK_TYPE VLC CODE」は、
マクロブロック形式のVLCコードであり、「MACROBLO
CK_QUANT」は、マクロブロックの先頭であり、「MACROB
LOCK_MOTION_FORWARD」は、マクロブロックの順方向の
動きであり、「MACROBLOCK_MOTION_BACKWARD」は、マク
ロブロックの逆方向の動きであり、「MACROBLOCK_PATTE
RN」は、マクロブロックのパターンであり、「MACROBLO
CK_INTRA」は、マクロブロックの内部である。
【0016】特に、図6に示すように、010が001
0に変化し、その逆も同様である。また、011が00
11に変化し、その逆も同様であり、000011が0
00010に変化し、その逆も同様である。「motion_h
orizontal_forward_code(動きの水平順方向コード)」
及び「motion_vertical_forward_code(動きの垂直順方
向コード)」に関連したビットを「motion_horizontal_
backward_code(動きの水平逆方向コード)」及び「mot
ion_vertical_backward_code(動きの垂直逆方向コー
ド)」に関連したビットと交換する。この方法におい
て、B5用の順方向動きベクトルが逆方向動きベクトル
になって、これが依然I3に関連する。I6に関して、
逆も同様である。この方法において再構成した動きベク
トル用にビットにより、上述した一般的なMPEGデコ
ーダを用いると、例外を除いては期待したように、IB
データ・ストリームがデコードされたときに、反転再生
が行われる。
【0017】コード化されたデータ・ストリーム内のデ
ータは、8ビット・ワードの形式であり、ビットではな
くワード又は複数ワードのセグメント内で処理される。
よって、反転再生期間中、データが記録されると、再生
ドライバは、各Bフレームを解析して、ワードとビット
・オフセットとの加算によって、データ・ストリーム内
のどこに適切なビットがあるかを判断する解析テーブル
(表)を作成する。この解析テーブルに応じて、IBデ
ータ・ストリームからのB画像を入力バッファにコピー
する。また、この解析テーブルを用いて、必要に応じ
て、ビット交換や、ビットの加算又は除去を行う。
【0018】上述の代わりに、反転再生機能を付加する
ように、MPEGデコーダを変更してもよい。第1I画
像I6を以前フレーム用蓄積手段24に蓄積する代わり
に反転再生に対して、この画像を以後フレーム用蓄積手
段26に蓄積し、次のI画像I3を以前フレーム用蓄積
手段に蓄積する。次に、引き続くB画像B5又はB6を
処理すると、以前フレーム用蓄積手段24に関して、順
方向動きベクトル補正を行う。これは、I3であり、そ
の動きベクトル用の補正I画像である。よって、一般的
なMPEGデコーダ用制御を変更して、Iフレームが以
前フレーム用蓄積手段24/以後フレーム用蓄積手段2
6に蓄積される順序を反転させて、反転再生を行う。
【0019】説明のために、MPEGのIBコード化デ
ータ・ストリームが連続したIフレーム間に2つのBフ
レームがあるように説明したが、任意の数のBフレーム
がIフレームの間に存在してもよいし、上述の技術によ
り、IBBIBBBIBII・・・のように再生しても
よい。
【0020】また、上述の技術をMPEG2コード化デ
ータ・ストリームに適用してもよい。MPEG2は、フ
レーム及びフィールドの両方を有して複雑であるので、
一般的なMPEG2デコーダは、4つのアンカー・フィ
ールドを保持するために、2個より多いバッファを具え
ている。すなわち、以前フィールド用蓄積手段24及び
以後フィールド用蓄積手段26は、夫々2個のフィール
ド蓄積手段とを有し、Iフレームから全体で4つのアン
カー・フィールドを蓄積する。これらアンカー・フィー
ルドから、予測したBフィールド・ピクセル値を導出し
て、加算器20にて、差フィールド・ピクセル値に加算
する。
【0021】最後に、順方向又は逆方向再生のいずれか
の期間の速度変化に対して、IBシーケンスの種々のフ
レームを高速用の表示順序から外して、直前のフレーム
I又はBを複製したダミーのBフレームを、低速用の表
示順序に付加する。
【0022】よって、本発明は、反転順に再生する際に
はBフレーム内の動きベクトル・ビット及びインディケ
ータ(特性指示)を反転させるか、又は、反転順に再生
する際にIフレームをロードするために、一般的なMP
EGデコーダのフレーム/フィールド蓄積バッファを反
転させて、MPEGのIBデータ・ストリームに対して
反転再生を行う。
【0023】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、2次蓄積
手段の必要性がなく、一般的なMPEGデコーダを用い
て、IBデータ・ストリームの形式で、MPEGビデオ
を反転再生できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一般的なMPEGデコードを用いて、本発明の
MPEGビデオ反転再生方法を実施する場合のブロック
図である。
【図2】MPEG標準の画像レイヤ・シンタックスを示
す図の前半である。
【図3】MPEG標準の画像レイヤ・シンタックスを示
す図の後半である。
【図4】MPEG標準のマクロブロック・レイヤ・シン
タックスを示す図の前半である。
【図5】MPEG標準のマクロブロック・レイヤ・シン
タックスを示す図の後半である。
【図6】マクロブロック・レイヤ・シンタックス内のB
画像のマクロブロック形式(macroblock_type)に対す
る可変長コードを示す図である。
【符号の説明】
10 バッファ 11 可変長コード・デコーダ 12 デマルチプレックサ 14 可変長デコーダ 16 逆量子化器 18 DCT機能回路 20 加算器 22 蓄積及び予測モジュール 24 以前用蓄積手段 26 以後用蓄積手段 28 順方向動き補正器 30 逆方向動き補正器 32 補間動き補正器 34 表示バッファ回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ランダム・アクセス信号源からのMPE
    GのIBデータ・ストリームを反転方向に再生する方法
    であって、 上記ランダム・アクセス信号源からMPEGのIBデー
    タ・ストリームを反転再生シーケンスにて得て、反転方
    向MPEGデータ・ストリームを発生し、 上記反転方向MPEGデータ・ストリームからBフレー
    ムを検出し、 上記MPEGのIBデータ・ストリーム内の検出した各
    Bフレームを解析して、上記IBデータ・ストリーム内
    の上記Bフレームに対する動きベクトル・テーブルを作
    成して、動きベクトル・ビットが上記Bフレーム内のど
    こに位置するかを求め、 検出した上記Bフレームの各々に対して、動きベクトル
    の特性を順方向から逆方向に、又は逆方向から順方向に
    反転し、順方向動きベクトルを表すデータ・ビットを、
    逆方向動きベクトルを表すデータ・ビットと交換して、
    反転方向Bフレームを発生し、 上記反転方向Bフレームを上記反転方向MPEGデータ
    ・ストリームの一部とてMPEGデコーダに供給するこ
    とを特徴とするMPEGビデオの反転再生方法。
  2. 【請求項2】 MPEGのIBデータ・ストリームから
    アンカー・フレームとして2つの連続したIフレームを
    蓄積する以前用蓄積手段及び以後用蓄積手段を有するM
    PEGデコーダを用い、一時的に介在したBフレームか
    らの順方向動きベクトル及び逆方向動きベクトルを用い
    て上記連続したIフレームから動き補正値を発生して、
    上記Bフレームからデコードされた画像を生成すること
    により、上記MPEGのIBデータ・ストリームを反転
    して再生する方法であって、 上記MPEGのIBデータ・ストリームの反転された再
    生シーケンスの第1フレームを上記以後用蓄積手段に蓄
    積し、 上記MPEGのIBデータ・ストリームの反転された再
    生シーケンスの第2フレームを上記以前用蓄積手段に蓄
    積し、 上記MPEGデコーダが、反転再生期間中に、上記Bフ
    レームの動きベクトルが適切なIフレームに関連するこ
    とを特徴とするMPEGビデオの反転再生方法。
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