JP3619612B2 - ビデオデータ流の全ての画素に対するビデオデータ流の符号化と復号化のための方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオデータ流の全ての画素に対するビデオデータ流の符号化と復号化のための方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
今日においてますますその重要性を高めている遠隔通信、とりわけマルチメディアの分野においては、伝送すべきデータの符号化と圧縮がますます重要となっている。データの符号化は、できるだけ僅かな情報ロスのもとで可及的に大きな情報圧縮が達成されるように行われるべきである。
【0003】
ビデオデータ流の符号化方法には種々のものが公知である(International
Standard ISO/IEC 11172−2, Coding of Moving pictures and associated audio ISO/MPEG, 1993, Draft International Standard ISO/IEC 13818−2, Generic coding of moving pictures and associated audio 25.03.1994, ITU−T Rec.H263)。
【0004】
これらの方法では予測符号化と変換符号化の原理が用いられる。予測符号化では、符号化すべき原画像データから予測画像データの減算による差分形成が行われる。
【0005】
予測符号化に対してはいわゆる動き補償された予測符号化が用いられる。これに対する所要の動き評価と、動き補償による予測符号化へのその適用の基本は当業者にとって周知である(Draft International Standard ISO/IEC 13818−2,
Generic cording of moving pictures and associated audio,25.03.1994;M.Bierling, Displacement, estimation by hierarchical block matching,3rdSPIE Symp. on Visual Communication, Cambridge, MA, November 1988)さらに動き補償による予測符号化に対しては、標準的なビデオデータ流の符号化方法においていわゆる動き補償による補間が行われる。この動き補償による補間は、MPEG専門用語との関連で双方向予測符号化とも称される。しかしながら本発明の枠内では、動き補償による補間の概念が用いられる。
【0006】
差分形成において存在する、隣接する画素間の位置的相関関係は、適切な変換、例えば離散コサイン変換(discrete cosine Transformation;DCT)を用いて十分に利用される。使用される変換符号化では符号化変換係数が供給される。この符号化変換係数には、量子化とエントロピー符号化が施される。その後で受信機に伝送される。受信機では符号化方式の全てが逆方向に実施される。これにより受信機側で復号化の後で再び画素に関する情報が直接得られるようになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、冒頭に述べたような形式のビデオデータ流の全ての画素に対するビデオデータ流の符号化と復号化のための方法及び装置において、ビデオデータ流の符号化と復号化にかかるコストを低減することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題は本発明により、順方向バスにおいて変換符号化の適用により符号化変換係数を形成し、符号化/復号化ユニットにおける順方向バスにおいて前記符号化変換係数に対して走査方式を適用し、前記符号化/復号化ユニットにおける順方向バスにおいて走査された符号化変換係数を量子化ユニットにおいて量子化し、前記符号化/復号化ユニットにおける順方向バスにおいてランレングス符号化を実施し、復元バスにおけるビデオデータ流の内的復元の際に該復元の開始時点でランレングス復号化を実施し、前記ランレングス復号化から得られたデータに逆量子化を施し、前記逆量子化されたデータに、前記走査方式とは逆の走査方式を施し、前記逆走査方式から得られたデータに、前記適用された変換符号化とは逆の変換符号化を施し、復元されたビデオデータ流をビデオデータ流から減算し、それによってビデオデータ流と復元されたビデオデータ流の差分のみをそのつど処理するようにして解決される。
【0009】
また上記課題は本発明により、ビデオデータ流の画素ブロックのすべての画素に対する符号化変換係数形成のために変換符号化ユニットが設けられており、第1の画像ブロックメモリが設けられており、該第1の画像ブロックメモリには画素ブロックの符号化変換係数が記憶されており、画素ブロックの符号化変換係数の走査と量子化とランレングス符号化のために第1の手段が設けられており、該第1の手段は第1の画像ブロックメモリに接続されており、ランレングス復号化と、逆量子化と、逆走査のために第2の手段が設けられており、該第2の手段は前記第1の手段の出力側に接続されており、復元される符号化変換係数形成のために逆変換符号化ユニットが設けられており、該逆変換符号化ユニットは前記第2の手段の出力側に接続されており、前記逆変換符号化ユニットは第2のブロックメモリのデータ入力側に接続されており、復元された画像の記憶のための画像メモリが設けられており、ビデオデータ流の後続の画像の予測のための第3の手段が設けられており、減算ユニットが設けられており、該減算ユニットは、ビデオデータ流の受入れのための、被減数を表す第1の入力側と、逆変換符号化ユニットの出力側に接続された、減数を表す第2の入力側と、変換符号化ユニットに接続された出力側とを有しており、さらに可変長符号化を実施するために可変長符号化ユニットが設けられており、該可変長符号化ユニットは前記第1の手段の出力側に接続される構成によって解決される。
【0010】
本発明の方法によれば、公知手法において順次連続するオブジェクトの関連付けがビデオデータ流の復元の際に可能となる。この場合の処理に対するコストは、順次連続する元の個別のオブジェクトに対する場合よりも明らかに低減される。請求項8に記載の本発明による方法の別の有利な実施例によれば、制御パラメータを、プログラミング可能なプロセッサを用いて、アルゴリズムの自由な選定により予測し、符号器に伝送することが可能となる。この符号器はこのパラメータを用いてビデオデータ流の画素を処理する。
【0011】
請求項7による実施例では、公知手法で不必要に実施されているステップの付加的な節約が実現される。
【0012】
本発明は符号化変換の分野だけに限定されるものではなく、ましてDCT方式の符号化に限定するものでもない。本発明は実質的には全ての公知の又は将来的に開発される内的画像符号化と関連して、例えばいわゆるクワッドツリー符号化又はオブジェクトセグメントに基づく手法等と関連して適用できるものである。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に本発明を図面に基づき詳細に説明する。まず図1から図8に基づいて本発明を説明する。
【0014】
図1にはブロック回路の形態で請求項1に記載の本発明による方法の実施例が示されている。
【0015】
符号化/復号化ユニットCDの順方向バスVPでは、符号化すべきビデオデータ流に対して、すなわちビデオデータ流の全ての画素ないしは以下の明細書で記載するような差分形成器に対して以下のステップが適用される。
【0016】
まずビデオデータ流に対して変換符号化DCTが用いられる。これに対して有利には離散コサイン変換DCTが用いられる。しかしながら本発明による方法は、このような特殊な変換符号化に限定されるのではなく、任意のあらゆる変換符号化に対しても適用可能である。この変換符号化DCTによってビデオデータ流の画像における画素の位置的相関関係は、ビデオデータ流の圧縮に対して十分に活用される。
【0017】
変換符号化DCTによって供給される符号化変換係数に対しては走査方式SVが用いられる。この走査方式SVとしては種々の走査方式が用いられる(例えば公知のジグザグ走査方式又は交互走査方式等)。後述するビデオデータ流の復元の際のアドレス計算において使用される走査方式SVが相応に考慮される場合には、使用される走査方式SVの選択に重要な意味はない。すなわち、走査方式SVの特性が後述する例えばアドレス計算の際に考慮されるならば、あらゆる任意の走査方式SVを使用することができる。
【0018】
ブロックベースのビデオデータ流の符号化方法の場合では、1つの画像ブロック又は1つの差分画像ブロックが変換符号化され、それに続いて走査方式SVを用いてシリアルデータに変換される。
【0019】
走査された符号化変換係数は量子化ユニットQ内で量子化される。この量子化はいわゆる可変スレッショルディングVTと組み合わせてもよい。この可変スレッショルディングVTの適用は、MPEG規準による符号化の場合には慣用的ではない。走査された符号化変換係数の量子化方法は公知であり、任意に選択可能である。ここで重要なのは、後述する逆量子化IQが、そのつど用いられる量子化方法Qとは逆のものであることだけである。
【0020】
順方向バスVPにおける最後のステップとして、ランレングス符号化RLCが量子化された符号化変換係数に適用される。一般的な符号化方法として例えばMPEG方式か又はH.261規準又はH.263規準による方式が用いられるならば、ランレングス符号化RLCによっていわゆるレベル値Liが供給される。この場合前記iはそのつどのレベル値のインデックスを表し、これは1〜nの範囲にある。MPEG方式か又はH.261規準の場合、レベル値のインデックスnの数値は、画像ブロックの同成分を表す成分がLDCで表されるならば最大で63となる。ゼロとは異なる最後のレベル値の後では、前記レベルがL63でない時にエンドオブブロックマークEOBが送信される。画像ブロックの同成分を表す成分LDCは、この関係においてはL0と表してもよい。
【0021】
符号化のためには、可及的に僅かなレベル値を生ぜしめなければならない。ランレングス符号化RLCの場合では同成分を表す成分LDCの他にもレベル値の対とそのつどのレベル値に対応するラン値Riが形成される。この場合前記iはそのつどのラン値のインデックスを表し、これは1〜n−1の間にある。このラン値Riは、後続するレベル値Liのゼロの数を示す。
【0022】
復元バスRP(ここでは符号化されたビデオデータ流の内的復元が行われる)では、以下に述べる方法ステップが行われる。
【0023】
ランレングス符号化されたデータ(これは順方向バスVPにおいて符号化されている)に対しては、第1の復元ステップにてランレングス復号化RLDが用いられる。この復号化は、符号化の際に順方向バスVPにおいて使用されたランレングス符号化RLCに対して逆である。
【0024】
符号化/復号化ユニットCDにおける符号化されたデータ流の内的復元の際のランレングス復号化の実施は、これまでの通常のステップに比べて斬新である。これまではランレングス復号化RLDは、符号化/復号化ユニットCD内での符号化されたデータ流の内的復元に対してではなく、受信データ流の復元の際にのみ行われていた。なぜならこれは別の送信ユニットによってランレングス符号化されたものだからである。このようなことにはとりわけ構造の異なる2つのバスが必要とされる欠点がある。
【0025】
所要のバスは、復元バスRPと同じ構造を有する。つまり送信ユニットから受信したデータ流の復号化のための、集積化されたランレングス復号化部を有する。
【0026】
しかしながら第2のバスは、符号化されたデータ流の内部復元のために必要である。このデータ流は符号化/復号化ユニットCDにおいて符号化される。本発明による方法及び本発明による装置によれば、復元バスRPは、符号化されたデータ流の内的復元のためにも用いられ、送信ユニットから受信したデータ流の復号化のためにも用いられる。これは符号化/復号化ユニットCD内の所要構成要素に対する著しいコストの節約を意味する。このことはとりわけ符号化/復号化ユニットCDの大量生産において大きな利点をもたらす。
【0027】
符号化/復号化ユニットCDにおけるこの付加的な方法ステップは一見すると既に付加的なコストを意味しているようにみえる。しかしながら以下で説明するように、符号化/復号化ユニットCDにおけるランレングス符号化RLCとランレングス復号化RLDの適用は、ビデオデータ流の符号化と復号化に対するコスト全体の大幅な低減を可能にする。
【0028】
以下に記載する復元バスRPの装置に対し、符号化されたデータ流の内的復元の際にもこのランレングス復号化RLDを適用することは、符号化/復号化ユニットCDに対しても復号化ユニット(これは受信機ユニットで使用される)に対しても、同じ構成要素を使用することができるので、復元バスRPを構成する装置の大量生産の際には大きな利点となる。
【0029】
これまでは符号化/復号化ユニットCDの中の復元バスRPの構成部は、受信ユニット内で復元バスRPの実現のために必要な構成部とは区別されていた。なぜなら符号化されたデータ流の内的復元においてはランレングス復号化RLDは行われなかったからである。にもかかわらずランレングス復号化RLDは受信ユニットにおいては必要であった。なぜならランレングス符号化RLCが符号化/復号化ユニットCDにおいて行われたからである(実際は順方向バスVPにおいてではなく、後述するエントロピーバスEPにおいて)。
【0030】
ランレングス復号化RLDによって得られるデータは、逆量子化IQを施される。この逆量子化IQは、順方向バスVPにて使用された量子化方法Qに対して逆でなければならない。
【0031】
この逆量子化IQは、例えばMPEG1,MPEG2,H.261、H.262,又はJPEG等の公知手法を用いる下で専らレベル値Li,とレベル値LCDに対して用いられる。それにより逆量子化IQの後で、前述したレベル値Liと対応するラン値Riの対が、ラン値Riと対応する非量子化された符号化変換係数Ciの対に入る。この場合のiもそのつどの非量子化された符号化変換係数Cのインデックスを表し、このインデックスiは、1〜nの間にある。
【0032】
非量子化された符号化変換係数CDCは、同じ成分を表すレベル値LDCの成分との関係に相応する。
【0033】
この場合これまでの方法との比較では、全ての乗算がゼロ係数によって完全に節約される。この不必要な乗算は、これまでの方法、例えばMPEG規準では生じていた。
【0034】
非量子化された符号化変換係数に対しては、逆走査方式ISVが実施される。この逆走査方式ISVは、符号化/復号化ユニットCDの順方向バスVPにて用いられた走査方式SVとは逆のものである。
【0035】
逆走査方式ISVから得られたデータには逆変換符号化IDCTが施される。この逆変間符号化IDCTは、符号化/復号化ユニットCDの順方向バスVPにおいて用いられた変換符号化DCTとは逆のものである。
【0036】
そのつど使用される方式、例えばMPEG1方式、MPEG2方式、又はH.261方式等に応じて、符号化/復号化ユニットCD内では予測符号化が予測バスPPにて実施される。それにより引き続き差分画像のみを符号化し伝送するだけでよい。このことは付加的なデータ低減を可能にする。予測符号化のための方法は、それぞれの方法において説明する。これにより例えば動き補償BMのための予測符号化方法に適用される。H.261規準ではその他に、例えばループフィルタLFが用いられる。
【0037】
このループフィルタLFはMPEG方式では使用されない。
【0038】
本発明による方法は、そのつどの予測バスPPにて用いられる、種々の予測符号化方法に依存しない。
【0039】
エントロピバスEPでは、ランレングス符号化RLCによって得られたデータがチャネル符号化され、受信ユニットに伝送される。このエントロピーバスEPの構成も、使用されたビデオデータ流の符号化方式(例えばMPEG方式又はH.261規準等)に依存する。例えばエントロピーバスEPでは可変長符号化VLCが行われてもよいし、チャネル符号化内部の伝送エラー識別手段ECCが設けられてもよい。
【0040】
受信ユニットでは、エントロピーバスEPで行われた方法が逆に実施される。それにより復元されたデータがランレングス復号化RLD部に供給され得る。
【0041】
これは図1にて符号VLC/DとECC/Dで示されている。この符号は、符号化/復号化ユニットCDが送信ユニットとして動作する場合、すなわち符号化されたデータ流を形成する場合には、可変長符号化VLCと伝送エラー識別のための符号化ECCがエントロピーバスEPにて実施されることを表す。
【0042】
符号化/復号化ユニットCDが受信ユニットとして動作する場合には、つまりチャネル符号化されたデータ流が受信されそれが復号化されるならば、エントロピーバスEPにおいては可変長復号化VLDと伝送エラーの識別ECDが実施される。
【0043】
符号化/復号化ユニットCDが、送信ユニットのみならず符号化ユニットや復号化ユニットとしても使用されることは、図1中に二重矢印で示されている。このことは、符号化/復号化ユニットCDによってデータ流の受信も送信も可能なことを表している。
【0044】
図2には符号化/復号化ユニットCDの順方向バスVP内での方法ステップに対する有利な実施例が示されている。この実施例はブロックベースの方法のもとで適用可能である。図2によれば走査方式SV,可変スレッショルディングVT,量子化Q,符号化変換係数のランレングス符号化RLC(これらは変換符号化DCTによって供給される)等の方法ステップの組み合わせが示されている。
【0045】
ここに示されている方法は当業者にとって、用いられる符号化方式に応じて簡単にマッチング可能である。それと共にここで示されている方法は、本発明による方法の一般的な有効性を限定するものではない。
【0046】
変換符号化DCTによって得られた符号化変換係数には、前述のように走査方式SVが施され、走査された符号化変換係数は、符号化変換係数の絶対値BCの形態で記憶され、この符号化変換係数の絶対値BCには極性VZが割り当てられる。符号化変換係数の絶対値と極性の割り当ては必ずしも厳格に行われる必要はなく、符号化変換係数の数値表示に包含的に含まれていてもよい。
【0047】
図にも示され以下でも説明する、符号化変換係数の絶対値BCと、該符号化変換係数の絶対値BCに割り当てられる極性VZの別個の記憶に対しては必ずしも2つのレジスタへ分離させる必要はない。
【0048】
例えば符号化変換係数の値だけを記憶して、符号化変換係数の絶対値BCを求めてもよい。これは固有のレジスタに記憶される。極性は、記憶された符号化変換係数から直接求めて引き続き使用することも可能である。
【0049】
従って、以下の有利な実施例において記載する、符号化変換係数の絶対値BCとそのつどの符号化変換係数の極性VZの記憶のための2つのレジスタを備えた装置は、本発明による装置と方法の一般性の限定を表すものではなく、あくまでもこれらの実施例は、符号化変換係数の極性VZの考慮の変化例に関するものである。例えば図中には正確に示されていなくても、記憶された符号化変換係数を数値表示にて量子化Qのための極性情報に直接用いることも可能である。
【0050】
符号化変換係数の各絶対値BC毎に、この絶対値BCが所定の閾値thよりも小さいか否かが検査される。この閾値thは、当該方法の開始時点に外部からプリセットしてもよい。
【0051】
絶対値BCが閾値thの下方にある場合には、ゼロカウンタNZが値1だけカウントアップされる。その他に閾値thは選択可能な値xだけ高められる。閾値thを過度に大きくしないために、有利にはさらなる比較において閾値thが選択可能な値xだけ高められた後で最大閾値thmaxと比較され、必要に応じて閾値thが最大閾値thmaxに制限される。
【0052】
符号化変換係数の絶対値BCは、閾値thよりも小さくない場合には、符号化変換係数の絶対値BCは所属の極性VZの考慮のもとで量子化ユニットQにおいて量子化される。
【0053】
量子化Qの場合には最大量子化値までの制限がなされてもよい。
【0054】
符号化変換係数の絶対値BCが閾値thよりも小さくない場合以外では、計数レジスタ内のゼロカウンタNZの目下の計数状態が記憶され、ゼロカウンタNZが選択可能な数値までリセットされる。
【0055】
しかしながらゼロカウンタNZがリセットされる選択可能な計数値は、ゼロ以外でなければならない。
【0056】
カウンタレジスタの値は、ラン値とレベル値が用いられる方法の適用下でのそのつどのラン値Riを表す。この場合変換符号化計数の絶対値BCの量子化された値(これは極性VZを伴って記憶される)は、レベル値Liを表す。
【0057】
図4中には符号化されたビデオデータ流の復元のための方法が詳細に示されている。この方法は、復元バスRP内部で実施される。
【0058】
図4中に示されている有利な実施例では、ブロックベースによる方法の適用の際の方法が用いられているが、本発明による方法の一般的な範囲はこの実施例に限定されるものではない。当業者にとっては、ここに詳細に示されている実施例の利点をそのつど使用されるビデオデータ流の符号化方法に継承させることは容易である。
【0059】
この部分的方法においては、同成分を表す成分LDCもランレベル値対(Ri,Li)も利用可能であることが前提とされる。
【0060】
レベル値Liには、逆量子化IQが施される。そして非量子化された符号化変換係数Ciは対応するラン値Riと共に中間記憶される。
【0061】
ブロックベースの方法の適用の際にはシリアルデータがブロックデータに移行されなければならない。
【0062】
このブロックデータはさらに画素ブロックBBに次のような形態で記憶される。すなわち各符号化変換係数Ciが画素ブロックBBの個所にて記憶され、その値を画素ブロック内部で表すように記憶される。これに対して必要な画素ブロックBB内部のアドレス(このアドレスに符号化変換係数が書き込まれる)は、アドレス計算ユニットAE内でそのつどのラン値Riと逆走査方式ISVの考慮のもとで算出される。
【0063】
まず最初に、すなわち最初の符号化変換係数が記憶される前に、有利には全ての画素ブロックBBが値ゼロにセットされる。それにより画素ブロックBBの各画素はゼロから始まる。このためその後は画素ブロックBBにはゼロが書き込まれないようにしなければならない。このデータの動きはここに記載された方法では節約される。
【0064】
逆量子化IQの場合でも画素の記憶と読出しの場合でも、従来のアルゴリズムに比べて処理に関する品質の低下を被ることなく計算出力の節約と損失出力の低減がなされる(これはデータの動きの低減にもよる)。以下で説明するこの方法はブロックベースのビデオデータ流の各ブロック毎に新たに実施される。すなわちこれは各ブロックの開始毎に画素ブロックBBがゼロにリセットされることを意味する。
【0065】
本発明による方法の実施のための装置も図1に示されている。この装置には、符号化すべきビデオデータ流に対する変換符号化DCTを実施するための変換符号化ユニットDCTが設けられている。初期特性量として変換符号化ユニットDCTはビデオデータ流に属する符号化変換係数を供給する。ブロックベースの方法が適用される場合には、ビデオデータ流の画素ブロックBBの全ての画素毎にそのつどの画素ブロックBBに対する符号化変換係数が形成される。
【0066】
変換符号化ユニットDCTによって形成された符号化変換係数の記憶に対しては第1の画像ブロックメモリBS1が設けられる。
【0067】
さらに、符号化変換係数の走査と、量子化と、ランレングス符号化のための第1の手段VPCが設けられる。この第1の手段VPCは、画像ブロックメモリBSと接続される(図7参照)。この第1の手段VPCは、ランレングス符号化され量子化された符号化変換係数を算出する。この符号化変換係数は後続処理のために第1の手段VPCの出力側から得られる。
【0068】
第1の手段VPCの出力側には、ランレングス符号化され量子化され走査された符号化変換係数(これは第1の手段VPCから得られる)のランレングス復号化と、逆量子化と、逆走査のための第2の手段RPCが接続されている。この第2の手段RPCは、第1の手段VPCの出力側と接続される。
【0069】
第2の手段RPCの出力側は、逆変換符号化ユニットIDCTと接続される。この逆変換符号化ユニットIDCTは、復元される符号化変換係数の形成のために設けられる。それにより逆変換符号化ユニットIDCTにおいては、変換符号化ユニットDCTにおいて実施された変換符号化とは逆の変換符号化が実施される。
【0070】
復元された符号化変換係数の記憶に対しては、第2の画像ブロックメモリBS2が設けられる。このメモリは次のように選定される。すなわち例えばブロックベースの方法のもとで少なくともそのつど1つのブロックの復元された符号化変換係数が記憶され得るように選定される。この第2の画像ブロックメモリBS2は、逆変換符号化ユニットIDCTに接続される。
【0071】
画像メモリBISは、復元された画像の記憶のために設けられる。この復元された画像は、逆変換符号化ユニットIDCTから得られるデータから形成される。
【0072】
逆変間符号化ユニットIDCTと共に、後続する画像の予測のための第3の手段PPが設けられる。この第3の手段PPの構造は、使用されるビデオデータ流の符号化方式に応じて種々異なる構造を有し得る。そのため例えばループフィルタLF又は動き補償BMのための第4の手段BMが設けられてもよい(図1参照)。
【0073】
第3の手段PPが有しているさらなる構成要素は、そのつどの使用されるビデオデータ流の符号化方式に依存する。後続する画像の予測のための第3の手段PPの、使用されている方式に依存した拡張は当業者にとっては周知である。
【0074】
第3の手段PPの出力側は、減算ユニットに接続される。この減算ユニットでは、被減数を表す第1の入力側がビデオデータ流の受入れのために設けられている。第3の手段PPと接続された減算ユニットの第2の入力側は、減算ユニットによって形成されるべき差分の減数を表す。この減算ユニットの出力側は、変換符号化ユニットDCTの入力側に接続されている。これにより、符号化に対する差分形成と、計算時間及び所要伝送容量の節約が可能となる。
【0075】
第1の手段VPCの出力側には、ビデオデータ流のチャネル符号化のための第4の手段EPが接続されている。この第4の手段EPも、使用される方式に依存して種々異なる構成要素を有している。そのため例えば可変長符号化のためのユニットVLCか又は伝送されるデータのエラーの識別と補正のためのユニットや可変長復号化のためのユニットVLDが設けられてもよい。第4の手段EPの拡張は、前述したように使用される方式に依存する。
【0076】
図3には、符号化変換係数の走査と、量子化と、ランレングス符号化のための第1の手段VPCの実現に対する有利な実施例が示されている。
【0077】
変換符号化ユニットDCTによって算出された符号化変換係数に対する走査方式SVの実施のための走査ユニットSVは、第1の画像メモリBS1(この中には符号化変換係数が記憶されている)に接続されている。
【0078】
それぞれ走査された各符号化変換係数の記憶に対しては、そのつど走査された符号化変換係数の絶対値BCの記憶のためのそれぞれ1つの符号化変換係数レジスタCRが設けられている。この符号化変換係数レジスタCRの第1の入力側は、第1の画像ブロックメモリBS1に接続されている。
【0079】
さらに、走査された各符号化変換係数毎にそれぞれ1つの極性レジスタVRが、処理すべき各符号化変換係数の極性の記憶のために設けられている。それぞれの極性レジスタVRの第1の入力側は、第1の画像ブロックメモリBS1に接続されている。
【0080】
符号化変換係数比較ユニットCVの入力側は、そのつどの符号化変換係数レジスタCR(この中にはそれぞれ処理すべき符号化変換係数の絶対値BCが記憶されている)のそれぞれ1つの出力側に接続されている。
【0081】
それぞれ処理すべき符号化変換係数の絶対値BCは、符号化変換係数比較ユニットCVにおいて閾値thと比較される。この閾値thは、符号化変換係数比較ユニットCVと接続された閾値レジスタSR内に記憶されている。この閾値レジスタSRは、閾値処理ユニットSVと接続されている。この閾値処理ユニットSVでは閾値の変更を実施する際の閾値処理が行われる。
【0082】
当該の方法において閾値thの適合的な変更が行われない場合には、閾値処理ユニットSVは必要ない。この場合には閾値thは外部から供給される。閾値thの適合的な変更が行われる場合には、閾値レジスタ内部には閾値thの初期値のみが外部から供給される。
【0083】
閾値処理ユニットSVは、有利には加算ユニットAEを有する。この加算ユニットAEは閾値レジスタSRの出力側に接続される。この加算ユニットAEでは符号化変換係数が閾値thよりも大きい場合に、閾値thが選択可能な値xだけ高められる。この判定基準は符号化変換係数比較ユニットCVから供給される。
【0084】
閾値thに制限が設けられる場合には、閾値処理ユニットSVは閾値制限ユニットSBEを有する。このユニットは閾値thを最大閾値thmaxに制限する。この最大閾値thmaxは外部から供給可能である。
【0085】
符号化変換係数比較ユニットCVに接続されているゼロカウンタNZは、順次連続する論理ゼロ符号化変換係数の数の記録実施のために設けられている。符号化変換係数の絶対値BCが閾値thよりも小さい場合には、ゼロカウンタNZの値は1だけ高められる。
【0086】
このゼロカウンタNZは、符号化変換係数比較ユニットCVの出力側に接続されている。
【0087】
ゼロカウンタNZの選択可能な数値までのリセットに対しては、リセットユニットREが設けられている。ゼロカウンタNZのリセット直前のカウンタユニットの値の記憶に対しては、少なくとも1つのランメモリレジスタRRが設けられる。このレジスタRRはカウンタユニットに接続されている。量子化ユニットQは、符号化変換係数比較ユニットCVに接続されている。量子化ユニットQの出力側には少なくとも1つのレベルレジスタLRが接続されている。
【0088】
図5には第2の手段RPCの詳細な構造が示されている。この装置は、符号化されたデータ流の内的復元にも、送信ユニットから受け取られ符号化されたデータ流の復号化のためにも用いられる。このことはとりわけ大量生産の場合に利点となる。なぜならこれによって構成モジュールが符号化/復号化ユニットCD内で1つしか必要なくなるからである。このようなことは前述の従来の装置では不可能であった。
【0089】
そのつどの処理すべき瞬時のラン値RiのランメモリレジスタRRは、指数増分ユニットPIに接続されている。このランメモリレジスタRRもアドレス計算ユニットAEに接続されている。
【0090】
アドレス計算ユニットAEでは、使用された走査方式SVに依存してアドレスが算出される。このアドレスに、それぞれ復元される符号化変換係数が第2の画像ブロックメモリBS2において書き込まれる。アドレス計算ユニットAEは、さらに画像ブロックメモリリセットユニットBSREを有している。この画像ブロックメモリリセットユニットBSREによって第2の画像ブロックメモリBS2の全ての記憶素子が各画素ブロックBBの復元の開始時点で値0ないしは選択可能な値までリセットされる。
【0091】
さらに使用された走査方式SVのそのつどのフォーマットの中で量子化マトリックスQMの記憶のためのメモリが設けられる。
【0092】
指数増分ユニットPIを介して達成されることは、ラン値を用いてランレングス符号化から所要の量子化値のみを読み出し、非量子化に、つまりレベル値Liの逆量子化IQに利用することである。ここでは例えばMPEG方式又はJPEG方式を用いた公知の方法に比べて一連の乗算(さもないと実施がむだになる)の他にも、別のケースで実施されるブロックベース対の使用下でのシリアルフォーマットからブロックフォーマットへの変換や2つの読み込み/書き込み動作等が節約される。
【0093】
さらなる利点は、複号器に記憶されているデフォルト量子化マトリックスのもとで、符号化/復号化ユニットCDから交互に送信されるマトリックスが同じシリアルフォーマットを有することである。
【0094】
MPEG2方式の適用下ではジグザグ走査方式の他にいわゆる交互走査方式も用いられる。しかしながらこの場合量子化マトリックスQMは、符号化/復号化ユニットCDからさらにジグザグ走査方式のフォーマットで送信される。
【0095】
複号器において、受信ユニット内で交互走査フォーマットにあるレベル値Liを正規の所属の量子化と乗算するために、ここでは量子化マトリックスQMをジグザグ走査フォーマットから交互走査フォーマットへ付加的に置換することが行われなければならない。これに対してデフォルト量子化マトリックスは、2つのフォーマット形式で複号器内に記憶可能である。量子化マトリックスQMの記憶のためのメモリは逆量子化ユニットIQに接続されている。この逆量子化ユニットIQは、その他にもそれぞれ処理すべきレベルメモリレジスタLRに接続されている。逆量子化ユニットIQ内では量子化マトリックスQMと存在するレベル値Liに基づいて逆量子化IQが行われる。
【0096】
結果はそれぞれ1つの復元された符号化変換係数である。この符号化変換係数は、第2のブロックメモリBS2において第2のブロックメモリBS2内部の、アドレス計算ユニットAEによって算出された位置に記憶される。
【0097】
図6には、ジグザグ走査と交互走査の2つの走査方式間での可能な切換を表した実施例が示されている。それぞれ使用される走査方式SVは、切換ユニットSEによって選択され、アドレス計算ユニットAEにおけるアドレス計算の際には考慮されなければならない。
【0098】
第1の手段VPCと第2の手段RPCは、符号化/復号化ユニットCDにおいてコンフィグレーション可能なデータバスに対して組み合わせることも可能である。これにより以下で記載するように、符号化及び復号化方法のさらなる簡単化がなされる。
【0099】
記憶容量の節約のためにブロックメモリBSが設けられている。このブロックメモリBSは、第1の画像ブロックメモリBS1の機能のみならず第2画像ブロックメモリBS2の機能も果たす。このことは、変換符号化ユニットDCTから得られる符号化変換係数も、逆変換符号化ユニットIDCTから得られる復元された符号化変換係数も、ブロックメモリBS内に順次記憶可能であることを意味する。
【0100】
符号化変換係数レジスタCR(これはそのつど処理すべき符号化変換係数の絶対値BCの記憶のために設けられている)の第1の入力側は、ブロックメモリBSに接続されている。
【0101】
極性レジスタVR(これはそのつど処理すべき符号化変換係数の極性VZの記憶のために設けられている)は、極性レジスタVRの第1の入力側を介してブロックメモリBSに接続される。
【0102】
符号化変換係数レジスタCRには、符号化変換係数比較ユニットCVが接続されている。閾値レジスタSRと、閾値レジスタSRに接続されている閾値処理ユニットSVの構造は、前述した構成に相応している。
【0103】
ゼロカウンタNZならびにゼロカウンタNZのリセットユニットREの構造は、前述した第1の手段VPCの構造に相応している。さらにゼロカウンタNZの別の出力側は、アドレス計算ユニットAEに接続されている。
【0104】
量子化ユニットQは、図7の説明で記載した構成要素を有している。乗算ユニットME(ここでは符号化変換係数が有利には量子化ステップMQuantの逆数値1/MQuantないしは値MQuantで乗算される)は、量子化ユニットが量子化Q又は逆量子化IQの機能を果たすか否かに応じている。
【0105】
さらに量子化ユニットQは、量子化制限ユニットQBEを有している。この量子化制限ユニットQBEでは、量子化された符号化変換係数が最大量子化値に制限される。
【0106】
この量子化ユニットQは、付加的に可変閾値VTを実施するための付加的ユニットを有していてもよい。
【0107】
量子化ユニットQのさらなる構成要素は、量子化されたないしは非量子化された符号化変換係数のシフトと丸み付けのためのユニットである。
【0108】
どのレジスタが乗算ユニットMEに設けられているかに応じて、量子化ステップMQuantの逆数値1/MQuantまたは量子化ステップMQ自体が、量子化ユニットQを量子化器として作動させるかまたは非量子化器、すなわち逆量子化ユニットIQとして作動させる。
【0109】
図8には種々の走査方式の選択と、第1のマルチプレクサMUX1による走査方式のそのつどのフォーマットへの量子化マトリックスの選択が行われる装置が示されている。コントローラユニットLCによって第1のマルチプレクサMUX1と第2のマルチプレクサMUX2と第3のマルチプレクサMUX3が制御される。図8に示されている装置の構造と動作形態はこの図から明らかなように前述した実施例とほとんど同じである。
【0110】
量子化ステップ幅は、符号化/復号化ユニットCDにより、伝送バッファメモリの充填状態に依存して、符号化すべきビデオデータ流の画像内容に依存して選択的に適合化され設定される。これにより画像品質への影響が直接的になり、ビデオデータ流の当該画像を伝送するために必要なデータレートが得られる。
【0111】
量子化ステップ幅と、可変スレッショルディングVTの適用の際の可変閾値thに対する設定すべき上方の限界は、重要な制御パラメータであり、これは最大でマクロブロック面まで変化する。これらのパラメータはプログラム可能なプロセッサPRP(これには自由なアルゴリズム選択の利点が伴う)によって算出可能であり、コンフィグレーション可能なデータバスKDに伝送される。そこではこれらのパラメータを用いて符号化すべきビデオデータ流の画素が処理される。それにより例えば量子化ステップMQuantにおける計算のためのアルゴリズムが自由に選択され得るか、あるいは最大閾値VTmaxが決定され図7又は図8で説明したような装置に伝送される。
【0112】
プログラミング可能なプロセッサPRPを用いることによりハードウエアとそれに伴う本発明による方法の実施が付加的に加速される。
【0113】
コンフィグレーション可能なデータバスKDのもとではこれに関連して次のような回路構成が認められる。すなわち第1の手段VPCの回路素子と第2の手段RPCの回路素子が共通使用のために1つの回路構造中に設けられるような回路構成が認められる。換言すれば第1の手段VPCの回路素子と第2の手段RPCの回路素子が相互に組み合わされる。
【0114】
このようにしてプログラミング可能な手段の利点が得られ、低コストであるにもかかわらず十分な能力を備えた符号化/復号化ユニットCDが納得のゆくコストで形成可能となる。このユニットではピクセル面(画素面)の所要の高い計算出力が高速なハードウエアによってもたらされる。この場合プログラミング能力は本当に必要な個所でしか用いられない(図9参照)。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1に記載の本発明による方法と請求項10に記載の本発明による装置を説明するためのブロック回路図である。
【図2】走査方式、量子化、ランレングス符号化の組み合わせを示すフローチャートである。
【図3】符号化/復号化ユニットの順方向バスのブロック回路図である。
【図4】ビデオデータ流の復号化における逆量子化、ランレングス復号化及び逆走査方式の組み合わせを示したブロック回路図である。
【図5】MPEG基準又はJPEG基準によって符号化されたビデオデータ流の復号化と復元に対する拡張を示すブロック回路図である。
【図6】ランレングス復号化と選択可能な走査方式との組み合わせを示すブロック回路図である。
【図7】ビデオデータ流の符号化と復号化実施するための装置のブロック回路図である。
【図8】逆量子化、ランレングス復号化及び逆走査方式の組み合わせの実施のための装置を示した図である。
【図9】プログラミング可能なプロセッサによる制御パラメータの計算実施の実施例と、図7による装置への制御パラメータの転送を示した図である。
【符号の説明】
CD 符号化/復号化ユニット
EP エントロピーバス
PP 予測バス
VP 順方向バス
SV 走査方式
BC 絶対値
th 閾値
VZ 極性
QM 量子化マトリックス
NZ ゼロカウンタ
RR ランメモリレジスタ
LC コントローラユニット
Claims (16)
- ビデオデータ流の全ての画素に対するビデオデータ流の符号化と復号化のための方法において、
順方向バス(VP)において変換符号化(DCT)の適用により符号化変換係数を形成し、
符号化/復号化ユニット(CD)における順方向バス(VP)において前記符号化変換係数に対して走査方式(VP)を適用し、
前記符号化/復号化ユニット(CD)における順方向バス(VP)において走査された符号化変換係数を量子化ユニット(Q)において量子化し、
前記符号化/復号化ユニット(CD)における順方向バス(VP)においてランレングス符号化(RLC)を実施し、
復元バス(RP)におけるビデオデータ流の内的復元の際に該復元の開始時点でランレングス復号化(RLD)を実施し、
前記ランレングス復号化(RLD)から得られたデータに逆量子化(IQ)を施し、
前記逆量子化されたデータに、前記走査方式(SV)とは逆の走査方式(ISV)を施し、
前記逆走査方式(ISV)から得られたデータに、前記適用された変換符号化とは逆の変換符号化(IDCT)を施し、
復元されたビデオデータ流をビデオデータ流から減算し、それによってビデオデータ流と復元されたビデオデータ流の差分のみをそのつど処理することを特徴とする、ビデオデータ流の全ての画素に対するビデオデータ流の符号化と復号化のための方法。 - 前記量子化の際に可変量子化閾値(VT)を使用する、請求項1記載のビデオデータ流の全ての画素に対するビデオデータ流の符号化と復号化のための方法。
- 前記方法ステップを相互に組み合わせる、請求項1又は2記載のビデオデータ流の全ての画素に対するビデオデータ流の符号化と復号化のための方法。
- 各符号化変換係数の絶対値(C)を閾値(th)と比較し、前記符号化変換係数の絶対値(C)が前記閾値(th)よりも小さい場合には、閾値(th)を、選択可能な値(x)だけ高め、さらにゼロカウンタを値1だけカウントアップし、
前記符号化変換係数の絶対値(C)が前記閾値(th)よりも大きい場合には、符号化変換係数を量子化し、
前記量子化された符号化変換係数を量子化レジスタに記憶し、
この時点のゼロカウンタの値をカウンタレジスタに記憶し、
ゼロカウンタを、選択可能な数値までリセットする、請求項1〜3いずれか1項記載のビデオデータ流の全ての画素に対するビデオデータ流の符号化と復号化のための方法。 - 前記閾値を選択可能な値(x)だけ高めた後で、閾値を最大閾値(thmax)まで制限する、請求項1〜4いずれか1項記載のビデオデータ流の全ての画素に対するビデオデータ流の符号化と復号化のための方法。
- 前記カウンタレジスタの値をラン値で示し、前記量子化された符号化変換係数を、符号化変換係数の極性を考慮したレベル値で示す、請求項4又は5記載のビデオデータ流の全ての画素に対するビデオデータ流の符号化と復号化のための方法。
- 前記復元バス(RP)において画素ブロック(BB)の復元の開始時点で画素ブロック(BB)の全ての画素をゼロの値にセットし、
前記カウンタレジスタの値を処理メモリに読み込み、
前記量子化レジスタの値を処理メモリに読み込み、
前記量子化レジスタの値を逆量子化し、復元される符号化変換係数を形成し、前記カウンタレジスタの値と、適用された走査方式(SV)に基づいて画素ブロック(BB)内の画素のアドレスを算出し、
復元された符号化変換係数を画素ブロック(BB)内の画素のアドレスに書き込む、請求項4〜6いずれか1項記載のビデオデータ流の全ての画素に対するビデオデータ流の符号化と復号化のための方法。 - 使用される符号化アルゴリズム又は復号化アルゴリズムのコンフィグレーション可能なパラメータの計算をプログラミング可能なプロセッサによって行い、符号化アルゴリズム又は復号化アルゴリズムに用いる、請求項1〜7いずれか1項記載のビデオデータ流の全ての画素に対するビデオデータ流の符号化と復号化のための方法。
- ビデオデータ流の復元のための方法ステップを、ビデオデータ流を受信する受信ユニットの復号化ユニット内でも実施する、請求項7又は8記載のビデオデータ流の全ての画素に対するビデオデータ流の符号化と復号化のための方法。
- ビデオデータ流の画素ブロック(BB)のすべての画素に対する符号化変換係数形成のために変換符号化ユニット(DCT)が設けられており、
第1の画像ブロックメモリ(BS1)が設けられており、該第1の画像ブロックメモリ(BS1)には画素ブロック(BB)の符号化変換係数が記憶されており、
画素ブロック(BB)の符号化変換係数の走査と量子化とランレングス符号化のために第1の手段(VPC)が設けられており、該第1の手段(VPC)は第1の画像ブロックメモリ(BS1)に接続されており、
ランレングス復号化と、逆量子化と、逆走査のために第2の手段(RPC)が設けられており、該第2の手段(RPC)は前記第1の手段(VPC)の出力側に接続されており、
復元される符号化変換係数形成のために逆変換符号化ユニット(IDCT)が設けられており、該逆変換符号化ユニット(IDCT)は前記第2の手段(RPC)の出力側に接続されており、
前記逆変換符号化ユニット(IDCT)は第2のブロックメモリ(BS2)のデータ入力側に接続されており、
復元された画像の記憶のための画像メモリ(BIS)が設けられており、
ビデオデータ流の後続の画像の予測のための第3の手段(PP)が設けられており、
減算ユニットが設けられており、該減算ユニットは、ビデオデータ流の受入れのための、被減数を表す第1の入力側と、
逆変換符号化ユニット(IDCT)の出力側に接続された、減数を表す第2の入力側と、
変換符号化ユニット(DCT)に接続された出力側とを有しており、
さらに可変長符号化(VLC)を実施するために可変長符号化ユニット(VLC)が設けられており、該可変長符号化ユニット(VLC)は前記第1の手段の出力側に接続されていることを特徴とする、請求項1に記載の方法を実施するための装置。 - 第1の手段(VPC)と第2の手段(RPC)が、共働使用のための切換素子の設けられている回路構成の中で、コンフィグレーション可能なデータバス(KD)に対して相互に組み合わされており、
そのつどの処理すべき符号化変換係数の絶対値(BC)の記憶のために符号化変換係数レジスタが設けられており、該符号化変換係数レジスタの第1の入力側はブロックメモリ(BS)に接続されており、
そのつどの処理すべき符号化変換係数の極性の記憶のために極性レジスタ(VR)が設けられており、該極性レジスタ(VR)の第1の入力側はブロックメモリ(BS)に接続されており、
符号化変換係数比較ユニット(CV)が設けられており、該符号化変換係数比較ユニット(CV)の入力側は前記符号化変換係数レジスタ(CR)の出力側に接続されており、
閾値(th)の記憶のために閾値レジスタ(SR)が設けられており、該閾値レジスタ(SR)は前記符号化変換係数比較ユニット(CV)に接続されており閾値(th)が処理される閾値処理ユニット(SV)が設けられており、該閾値処理ユニット(SV)は前記閾値レジスタ(SR)に接続されており、
論理的に順次連続するゼロ符号化変換係数の数の記録を実施するためにゼロカウンタ(NZ)が設けられており、該ゼロカウンタ(NZ)は前記符号化変換係数比較ユニット(CV)に接続されており、
リセットユニット(RE)が設けられており、該リセットユニット(RE)は前記ゼロカウンタ(NZ)を選択可能な数値までリセットさせるものであり、
前記リセットユニット(RE)によるゼロカウンタ(NZ)のリセット直前に該ゼロカウンタ(NZ)の値を記憶するための少なくとも1つのランメモリレジスタ(RR)が設けられており、該ランメモリレジスタ(RR)は前記ゼロカウンタ(NZ)に接続されており、
量子化ユニット(Q)が設けられており、該量子化ユニット(Q)の第1の入力側は前記符号化変換係数レジスタ(CR)の出力側に接続されており、前記量子化ユニット(Q)の第2の入力側は前記極性レジスタ(VR)の出力側に接続されており、前記量子化ユニット(Q)の第1の出力側は前記ブロックメモリ(BS)に接続されており、前記量子化ユニット(Q)の第2の出力側は少なくとも1つのレベルメモリレジスタ(LR)の入力側に接続されており、
復元される符号化変換係数毎に、該復元される符号化変換係数をブロックメモリ(BS)のどのアドレスに書き込むかを計算するアドレス計算ユニット(AE)の第1の入力側が、少なくとも1つのランメモリレジスタ(RR)の第1の出力側に接続されており、
前記アドレス計算ユニット(AE)の第2の入力側は、前記ゼロカウンタ(NZ)の出力側に接続されており、
前記アドレス計算ユニット(AE)の出力側は、復元される符号化変換係数を書き込むべき所要のメモリ領域の活性化のためにブロックメモリ(BS)のアドレス入力側に接続されており、
少なくとも1つのレベルメモリレジスタ(LR)の第1の出力側は、前記符号化変換係数レジスタ(CR)の第2の入力側と、前記極性レジスタ(VR)の第2の入力側に接続されており、
少なくとも1つのレベルメモリレジスタ(LR)の第2の出力側と、少なくとも1つのランメモリレジスタ(RR)の第2の出力側は、可変長符号化(VLC)又は可変長復号化(VLD)の実施されるユニットに接続されている、請求項10記載の装置。 - 加算ユニット(AE)が閾値レジスタ(SR)の出力側に接続されており、前記加算ユニット(AE)内では符号化変換係数が閾値(th)よりも大きい場合には、該閾値(th)が選択可能な値(x)だけ高められ、前記閾値処理ユニットは、閾値制限ユニットを有しており、該閾値制限ユニットは閾値(th)を最大閾値(thmax)に制限する、請求項11記載の装置。
- 前記量子化ユニット(Q)は乗算ユニット(ME)を有しており、該乗算ユニット(ME)では符号化変換係数が量子化ステップ(MQuant)の逆数値(1/MQuant)で乗算されるか又は符号化変換係数が量子化ステップの値(MQuant)で乗算される、請求項11又は12記載の装置。
- 前記量子化ユニット(Q)はさらに、量子化される符号化変換係数を最大量子化値に制限する量子化制限ユニットを有している、請求項11〜13いずれか1項記載の装置。
- 前記量子化ユニット(Q)はさらに、可変スレッショルディング(VT)を可能にするユニットを有している、請求項11〜14いずれか1項記載の装置。
- 使用される符号化アルゴリズム又は使用される復号化アルゴリズムのコンフィグレーション可能なパラメータを算出するためのプログラミング可能なプロセッサが設けられている、請求項10〜15いずれか1項記載の装置。
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