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TW527837B - Video size conversion and transcoding from MPEG-2 to MPEG-4 - Google Patents

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TW527837B
TW527837B TW090111600A TW90111600A TW527837B TW 527837 B TW527837 B TW 527837B TW 090111600 A TW090111600 A TW 090111600A TW 90111600 A TW90111600 A TW 90111600A TW 527837 B TW527837 B TW 527837B
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mpeg
dct
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downsampling
matrix
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TW090111600A
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Krit Panusopone
Xuemin Chen
Original Assignee
Gen Instrument Corp
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Description

527837 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 本發明係有關於多媒體資料壓縮，而更明確而言，係有 關一視訊轉碼器，以允許一般運動圖像專家組-4 ( MPEG- 4) 解碼器可將運動圖像專家組-2 ( MPEG- 2)位元流解碼。時間 與空間容量轉換（縮小化）亦可提供。 下列縮寫字與術語將在此使用： C B P -編碼區塊圖案 DCT-離散餘弦轉換 DTV-數位電視 DVD-數位影像光碟 HDTV-高定義電視 FLC-固定長度編碼 IP-網際網路協定 MB-巨區塊 ME-運動評估 ML-主要位準 MP-主輪廓 MPS-MPEG-2節目流 MTS-MPEG-2傳輸流 MV-運動向量 QP-量子化參數 PMV-預測運動向量 RTP-即時傳輸協定（RFC 1889) SDTV-標準定義電視 〇 \7l\71181-91 II 13 DOC\ 5 ·4· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 527837 A7 B7 五、發明説明（2 ) SIF-標準中間格式 SVCD-超級影像光碟 VLC-可變長度編碼 VLD-可變長度解碼 VOP-影像物體平面 多媒體編碼標準的MPEG- 4可提供多功能，以支援包括網際 網路應用的各種不同應用，例如流媒體、廣告、交談式遊 戲、虛擬旅行等。預期在網際網路最流行應用的網際網路 (多重廣播）視訊流亦適於視覺MPEG-4視覺標準（1998年12 月的國際標準（MPEG-4) ISO/IEC 14496-2最後草擬標頭 “Information Technology- Generic coding of audiovisual objects, Part 2 : visual”）0 MPEG-4視覺可處理合成與自然視訊，而且適於數個視覺 物體類型，例如視訊、臉部、與網狀物體。MPEG- 4視覺亦 允許一任意形狀物體的編碼，所以多重物體可依使用者想 要的情況而顯示或處理。而且，MPEG- 4視覺從編碼與顯示 結構的觀點透過包括提高特徵而非常有彈性，例如多重輔 助（阿爾發）平面、可變圖框率、與幾何轉換（子畫面）。 然而，預期會是視訊流目標的大多數視訊材料（例如，電 影、運動、音樂會等）可透過MPEG-2系統壓縮，並且儲存 在例如DVDs、電腦記憶體（例如，伺服器硬碟）等的儲存媒 體。MPEG-2 系統規格（ISO/IEC 13818-2 國際標準（MPEG-2) 名稱 “Information Technology- Generic coding of Moving Pictures and Associated Audio : Part2-Video”，1995)是定義 0:\71\7ll8l-9mi3D〇a 5 " 5 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210x 297公釐) 527837 A7 B7 五、發明説明（3 ) 兩系統流格式：MPEG- 2傳輸流（MTS)與MPEG- 2節目流 (MPS)。MTS可調整而用於通訊或儲存一或多個MPEG-2壓 縮資料節目，及錯誤環境的其他資料。一 MTS的典型應用 是DTV。MPS的調整可用於相對無錯誤環境。此流行應用包 括 DVD和 SVCD。 處理此問題的努力已不能滿足現階段。例如，MPEG- 4節 目輪廓（1999年10月由0. S unchar a和Y· Yagas aki發表的名稱 “The draft of MPEG-4 Studio Profile Amendment Working Draft 2.0，，，ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 MPEG99/ 5135)已提 議一 MPEG-2到MPEG-4轉碼器，但是該處理不能應用於另 一 MPEG-4版本1輪廓，其包括自然視覺輪廓（Simple、 Simple Scaleable、Core、Main、N-Bit)、合成視覺輪廓 (Scaleable Texture、Simple Face Animation)、及合成 / 自然 混合視覺（Hybrid、Basic Animated Texture)。既然它可修改 語法，所以節目輪廓不能應用在MPEG- 4版本1的主輪廓， 而且解碼器處理不能與其餘MPEG-4版本1輪廓相容。 MPEG標準係表示使用二度空間排列順序的數組必要參 數。稱為“輪廓，，系列的該等大小之其中一者係表示支援的 編碼特徵。稱為‘‘位準，，的另一大小係表示可適用的影像解 析度、位元比率等。 對於MPEG- 2而言，在主要位準的主輪廓、或MP@ ML可 支援一 4: 2 ·· 〇彩色子取樣率、及I、p、和B影像。簡單輪廓 係類似主輪廓，但是沒有B影像。主要位準是定義給ITU-R601影像，而簡單位準是定義給SIF影像。 O:\71\7ll8l-9llll3DOC\ 5 - β - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(21〇 Χ 297公釐）
裝 訂
線 527837 A7 B7 五、發明説明（4 ) 同樣地，對於MPEG-4而言，簡單輪廓包含SIF處理視訊 (而且沒有B-VOPs或交錯視訊）。主輪廓允許B-VOPs與交錯 視訊。 因此，想要透過使用MPEG-2視訊到MPEG-4視訊轉碼及/ 或MPEG-4視訊到MPEG-2視訊轉碼而在不同類型末端系統 之中達成可相互操作性。適合的不同類型末端系統可包 括： 傳輸交互工作單元（TIU):透過使用一本質RTP為基礎的 系統層（例如一以IP為基礎的交互工作）而從一本質MTS (或 MPS)系統接收MPEG-2視訊及轉碼成MPEG-4視訊，並且在 封包網路上分配。範例包括一即時編碼器、一 MTS衛星連 結到網際網路、及具MPS編碼來源材料的一視訊伺服器。 接收交互工作單元（RIU):以即時從一以RTP為基礎的網 路接收MPEG-4視訊，然後（如可能）轉碼成MPEG-2視訊， 而且轉送給一本質MTS (或MPS)環境。範例包括一以網際 網路為基礎的視訊伺服器到以MTS為基礎的分散設備。 傳輸網際網路末端系統（TIES):傳輸MPEG- 2或MPEG- 4 視訊可產生或儲存在網際網路末端系統本身内，或從以網 際網路為基礎的電腦網路接收。範例包括一視訊伺服器。 接收網際網路末端系統（RIES):在一以RTP為基礎的網際 網路上接收MPEG-2或MPEG-4視訊，供在網際網路末端系 統的使用，或轉送給傳統電腦網路。範例包括可檢視一連 串視訊的桌上型個人電腦或工作站。 想要決定在MPEG- 2與MPEG- 4系統之間的類似與不同， O:\71\71l81-911113 DOC\ 5__ I 一 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 527837 A7 B7 五、發明説明（5 ) 並且提供可產生一低複雜度與小錯誤的轉碼器結構。 轉碼器結構可提供給允許B圖框（例如，主輪廓）的系統、 及當B圖框不使用（簡單輪廓）時的一簡化結構。 格式（MPEG- 2到MPEG- 4)及/或大小轉碼應該可提供。 而且想要提供從MPEG-2到MPEG-4的有效率映射，其包 括標頭之一映射。 系統應該包括大小轉碼，其包括空間與時間轉碼。 系統應該允許在一轉碼器的輸入位元流或輸出位元流上 的大小轉換。 大小轉碼器應該可將使用MPEG-2 MP@ML的ITU-R 601 交錯視訊編碼的一位元流轉換成一簡單輪廓MPEG_ 4位元 流，其包含例如適於一視訊流應用的SIF處理視訊。 系統應該提供可適於一視訊流應用（例如，少於i Mbps) 實際頻寬的一輸出位元流。 本發明可提供具有上述及其他優點的一系統。 發明概述 本發明係有關於格式轉碼（mpeg-2到MPEG-4)與大小（空 間與時間）轉碼。 一 儀的轉碼器可包括一大小轉換，雖然這些參數可在 輸入位元泥或輸出位元流上轉碼。然而，既然轉碼器是彼 此共用處理元件（例如一位元流讀取器），所以它可更有效 包括各種轉碼成一轉碼器的乘積版本，以減少複雜度。 本發明係描述一轉碼器的最重要需求，例如，系統的複 雜度及處理所產生的損失。 O:\71\71I81-911H3 D〇C\ 5 ^ 本紙張巧適用中國國家標準χ撕公釐了 527837 A7
在-具體實施例中，一提議的轉碼器結構可減少複雜 又，因為不需要執行運動補償。 一在-特殊具體實施例中，轉碼器能使用可變的5位元㈣ 而且可免除AC/DC預測與非線性1)(：：定標器。 本發明可選擇性用於比率控制與改變大小。 用以將以一第一視訊編碼格式提供的預壓縮輸入位元流 轉：特殊方法包括下列步驟：恢復該輸入位元流的標 颈貝Λ，提供一第二不同視訊編碼格式的對應標頭資訊； 部份解壓縮該輸入位元流，以部份提供解壓縮的資料；及 據μ第一;^式的;^頭貪訊而將邵份解壓縮的資料重新壓 縮，以提供該輸出位元流。
以在視訊貝料上執行2 ·· 1縮小化的一方法包括下列步 透過組合4個Ν/2 X Ν/2圖場模式DCT區塊而從視訊資料 形成NXN(例如，N=16)離散餘弦轉換（DCT)係數的其中至 少一輸入矩陣；執行該輸入矩陣的垂直縮小取樣及非交 錯，以獲得兩N/2XN/2圖框模式DCT區塊；從兩圖框模式 DCT區塊形成一NxN/2輸入矩陣；並且該NxN/ug陣的水 平縮小取樣，以獲得一 N/2XN/2圖框模式DCT區塊。 理想上，垂直與水平縮小取樣可使用相對的稀疏矩陣。 特別是’ 0· 5[ Is Is]的一垂直縮小取樣矩陣可使用，其中“是 一 8X8恆等矩陣。此本質是垂直像素平均。由奇數“〇”與偶 數“ E”組成的水平縮小取樣矩陣可使用。 對應的裝置亦提供。 圖式之簡單說明 O:\71\71181-911113.D0C\ 5 - 9 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 527837 A7 B7 五、發明説明（7 ) 圖1係描述一 MPEG- 2視訊解碼器。 圖2係描述沒有任何可縮放特徵的一 mpeG- 4視訊解碼 器。 圖3係根據本發明而描述從mpeg- 2到MPEG- 4的一低複雜 轉碼器（具無效B圖框）。 圖4係根據本發明而描述減少漂移誤差（具致能b圖框）之 一轉碼器結構。 圖5係根據本發明.而描述一大小轉碼器。 圖6係根據本發明而描述4個圖場模式dct區塊到一圖框 模式DCT區塊的縮小取樣。 發明之詳細說明 本發明係有關於格式轉碼（MPEG- 2到MPEG-4)與大小（空 間和時間）轉碼。 本發明可提供位元率轉碼，以便以一不同的位元率而將 預壓縮位元流轉換成另一壓縮的位元流。位元率轉碼例 如對於視訊流應用是很重要，因為網路頻寬不是固定，而 且有時一視訊伺服器需要位元率以處理網路路由要求。可 再使用來自輸入位元流的MVs及因而可免除運動評估（ME) 的一以串級為主的轉碼器係屬於最有效率的位元率轉碼 森。以串級為主的轉碼器可輸入的位元流解碼，以獲得 MV ’並且形成參考圖框。然後可使用_位元率控制機構而 將此資訊編碼，以便以想要的位元率產生一輸出位元流。 空間解析轉碼對於將來HDTV與SDTV的共存會變成一較 大的問題。既然網際網路頻寬可能無法夠大適於廣播品質 O:\71\7U81-9llll3.DOC\ 5 - 1 0 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 527837
影像，所以對於視訊流應用是非常有益的。因此，將廣播 品質位元流縮小取樣成一可處理解析度位元流是想要的。 既然它明顯減少系統的複雜度，所以空間解析轉碼通常可 在細（ct)頃域執行。在壓縮領域的縮小取樣處理包括 兩參數的處理，即是DCT係數與MVs。一縮小取樣過濾器及 其快速演算法可提議執行DCT係數縮小取樣。MV再取樣可 在真貫的產品用來找到縮小取樣視訊的MV，以避免漂移， 其餘的運動補償應該重新轉換，以便從輸入位元流取代近 似DCT係數。 2 ·高位準比較 結構MPEG-2與MPEG-4可採用一類似視訊壓縮演算法。 基本上，兩標準是採用運動預測，以便在Dct領域中利用 時間關聯性與量子化，以便在一圖框内使用時間關聯性。 此部份是以一高位準描述MPEC- 2與MPEG_ 4解碼器的結 構’然後描述在兩標準之間的不同。 2. 1 MPEG-2 圖1係顯示MPEG- 2的簡化視訊解碼處理。在解碼器j 〇〇 中，編碼的視訊資料可提供給一可變長度解碼功能11〇，以 便提供一度空間資料QFS[n]，其中η是在〇_63範圍内的一係 數索引。在逆向掃描功能120中，QFS[n]可轉換成由 QF[v] [u]表示的係數二度空間陣列，其中陣列索引^和 在0到7的範圍内。一反量化功能130可應用適當的反量化算 術，以便提供最後重建的頻域DCT係數F[v] [u]。一相反 DCT功能140可產生像素（空間）領域值f[y][^x]。一運動補償 O:\71\7I18I-9I1113.DOC\ 5 -11 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 527837
功能1 50可立即反並於一圖框儲存記憶體丨6〇，及用以產生 解碼像素（圖素）d[y][X]的值f[y][x]，其中y和X是像素領域 的笛卡爾座標。 MPEG-2可在供補償的一巨區塊位準、供dct的一區塊位 率、及供游程長度與無損失編碼的係數位準上操作。而 且’ MPEG- 2允許三類型的影像，即是^、p•、和B-影像。 允4的運動預測模式（向前、向後、雙向）可指定供p_、與 B-影像。MPEG-2是使用交錯交錯編碼工具，以便更有效率 處理交錯的來源。 2.2 MPEG-4 圖2係顯不沒有任何可縮放特徵的mPEG- 4視訊解碼處 理。 在解碼咨200上，來自一通道的資料可從一解多工21〇輸 出。开> 狀資料的一編碼位元流可連同Mpeg-4項 video—object—layer—shape (其係表示例如目前的影像是否為 矩形、只是二進位、或灰諧）而提供給一開關2 15。如果 Wdeo-object 一 layer—shape是等於“〇〇，，，那麼不需要二進位 形狀解碼。否則，二進位形狀解碼可實施。 如果執行二進位形狀解碼，一形狀解碼功能22〇可接收先 岫重建的V0P 230 (其可儲存在記憶體），並且將一形狀解 碼輸出提供給一運動補償功能24〇。運動補償功能24〇可接 收來自一運動解碼功能235的輸出，其接者可從解多工21〇 接收一運動編碼位元流。運動補償功能24〇亦可接收先前重 建的VOP 230，以便將一輸出提供給_v〇p重建功能245。 0Λ7Ι\7!Ι8!-9ΙΙΙ13 D0C\ 5 - 12 ~
527837 A7 B7 五、發明説明（10 ) 除了來自形狀解碼功能220的一輸出之外，VOP重建功能 245亦可從一結構解碼功能250接收資料，接著可從解多工 2 10接受一結構編碼流。結構解碼功能250包括一可變長度 解碼功能255、一逆向掃描功能260、一相反DC與AC預測功 能270、一反量化功能280、及一相反DCT (IDCT)功能 290 ° 相較於MPEG- 2，數個新工具可使用在MPEG- 4，以增加 特徵及相互影響，例如，子畫面編碼、形狀編碼、靜態結 構編碼、可縮放性、與錯誤彈性。而且，在類似MPEG- 2的 MPEG- 4中的運動補償與結構編碼工具可修改，以改善例如 編碼工具的編碼效率，例如直接模式運動補償、無限制運 動補償、及進階預測。 特別是，直接模式運動補償可用於B-VOPs。明確而言， 它可使用透過採用I-或P-V0P巨區塊MVs及將他們定標以取 得在B- V0P中巨區塊的順向及逆向MVs的雙向運動補償。 每個巨區塊只允許一 Δ MV。實際的MV可從Δ向量計算，而 且定標的MV可從共同的巨區塊計算。 無限制運動補償允許每個巨區塊有一或4個MVs。4個MV 模式只可在使用直接模式的B- VOPs。注意，一色訊巨區塊 的MV是來自它相關亮度巨區塊的4個MVs平均。此外，無 限制運動補償允許一 MV指出該參考圖框（外部結構是從邊 緣像素填補）。 進階預測係定義MV與DCT係數的預測方法。一 MV預測器 是根據它三個相鄰MVs的中間值而設定。内部DCT係數的預 測是遵循内部AC/DC預測程序（Graham規則）。 O:\7I\7! 181-911113.D0C\ 5 "13" 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527837 A7 B7 五、發明説明（u ) 3.轉碼器結構 圖3係根據具有失效B圖框的據本發明而描述一低複雜 MPEG-2到 MPEG-4轉碼器。 在MPEG- 2與MPEG- 4結構之間的類似允許一低複雜（從 MPEG-254MPEG-4)轉石馬器。MPEG-25»jMPEG-4轉石I 器 300 係使用DCT係數與MVs來產生一 MPEG-4位元流，而無需實 際執行一運動評估處理使用產生的，而不是將一MPEG-2位 元流整個解碼成空間（像素）領域位準。一優缺點是此結構 會造成重建圖框的漂移，而且不允許位元率控制。然而， 既然在MPEG-2與MPEG-4解碼器之間的大部份不同是在無 損失編碼部份，所以漂移問題是很小。 轉碼器300包含一串級MPEG-2位元流讀取器（解碼 器）（ 3 10- 330)及一 MPEG-4標頭與結構編碼器（ 340- 370)，及 連同一標頭解碼功能304、一查詢表308、及一通訊路徑 3 12。轉碼器300可讀取一輸入MPEG-2位元流，其可在DCT 係數與剩餘Μ V上的一功能3 10執行一可變長度解碼 (VLD)，然後遵循MPEG- 2邏輯以找出在圖框每一區塊的 DCT係數及/或MVs。 標頭解碼功能304可解碼MEPG-2標頭，並且將他們提供 給一查表（或類似功能）308，其可使用下列詳述的表格以獲 得相對MPEG-4標頭。 隨著標頭、DCT係數及/或MV的資訊，轉碼器300可將此 資訊編碼成MPEG- 4格式。注意，參考圖框在此結構是不需 要0 Q:\71\7118l-911113.DOC\ 5_ ~ 14 ~ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527837 A7 B7 五、發明説明（12 ) 轉碼器300可從輸入位元流讀取MPEG-4標頭，並且在一 輸出位元流的固定位置寫入相對MPEG- 4標頭。 在VLD 3 10處理之後，資料可提供給逆向掃描功能320、 及一反量化功能330。其次，隨著經由路徑312提供的 MPEG-4標頭資訊，解碼的DCT係數資料可在一MPEG-4標 頭及包括一量子化功能340的結構編碼器、及用以將量化 DCT係數不同編碼的一 AC/DC預測功能350上處理。特別 是，AC/DC預測處理可透過減去DC係數及AC係數的第一列 或第一欄而在一内部MB中產生一剩餘DC與AC DCT係數。 預測器可適當選取。注意，AC/DC預測功能350不需要 MPEG-4標頭資訊。 隨後，一掃描/游程長度編碼功能360及一可變長度編碼 功能370可提供MPEG-4位元流。 圖4係根據具致能B圖框的本發明而描述可減少漂移誤差 的一轉碼器結構。 相同編號的元件於對應的圖中是表示類似元件。 若要取消在重建圖框中的漂移問題，及沒有位元率控 制，圖3轉碼器300延伸的例如轉碼器400之一更複雜結構可 使用。此結構實際可計算結構/剩餘資料的DCT係數，因此 需要運動補償。既然此轉碼器的編碼器包括一解碼處理， 所以漂移誤差可減少。 而且，既然MPEG- 4不允許B圖框的内部模式，所以轉碼 器400可使用B圖框將位元流轉碼。轉碼器400可在内部模式 中處理在一 B圖框（在MPEG- 2)中的一區塊，當作在中間模 O:\7l\71181-911ll3.DOC\ 5 -15" 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527837 A7 B7 五、發明説明（13 ) 式（在MPEC-4)中具一零MV的區塊。既然MV是與PMV相反 的預測編碼，所以它可以是一零剩餘MV ( PMV)或零MV (其可產生一非零MV碼）。 特別是，轉碼器400包括一可變長度解碼功能405，其可 將MV殘渣資料提供給一 MV解碼器425，而且可將DCT係數 資料提供給逆向掃描功能320。DCT資料可透過反量化功能 330及一相反DCT功能420處理，以獲得像素領域資料。内 部編碼像素資料可經由一路徑422而提供給一緩衝器，而内 部編碼像素資料可經由一路徑424而提供給一加法器43 5。 在路徑424上的像素（不同）路徑448可從一運動補償功能 430 (響應MV解碼器425)而加入參考像素資料，以便經由一 路徑448而將中間編碼資料提供給緩衝器450。 對於例如MPEG-4格式的重新編碼而言，緩衝器450可將 内部像素資料直接輸出給一 DCT功能455，或將内部像素資 料輸出給一減法器445，其中有關來自一運動補償功能440 (響應MV解碼器425)的一輸出的不同可提供給DCT功能 455 ° DCT係數是從DCT功能455提供給量子化功能340，而且量 化DCT資料然後提供給AC/DC (DCT係數）預測功能350，其 中電流MB的AC與DC剩餘可產生。DCT係數的這些剩餘可 被一致性編碼。輸出資料可提供給掃描/游程長度編碼功能 360，而且其輸出可提供給該可變長度編碼功能370，以獲 得MPEG- 4相容的位元流。 量化DCT係數亦可從量子化功能340輸出給一反量化功能 0\7l\7118l-9llll3.D0C\ 5 - 16 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
裝 町
527837 A7 B7 五、發明説明（14 ) 495，其輸出可提供給一相反DCT功能490，其輸出是在一 加法器485與運動補償功能440的輸出加總。加法器485的輸 出可提供給一緩衝器480，而且隨後提供給運動補償功能 440。 標頭解碼功能304與查詢表308及路徑312可如圖3的討論 而操作，以便在功能340- 370上控制MPEG-4格式的重新編 碼。 4.格式轉碼器的實施 此部份是描述例如上述圖3和4及稍後在圖5實施的格式轉 碼實施。未明確討論的較小實施細節（例如，時間記錄與類 似使用的系統相關細節）對於在技藝中熟諳此技者是顯然 的。 在一特別實施方面，本發明的轉碼器可用來將一主輪 廓、主要位準（MP@ ML) MPEG-2位元流轉換成一主輪廓 MPEG-4位元流。假設MPEG-2位元流是在圖框影像結構中 使用B視訊編碼法（沒有雙重主要預測）編碼。通常，使用在 MPEG-2編碼的相同編碼模式應該維持。此模式在MPEG-4 可能是最適宜，因此可避免模式決定處理的複雜度。在 MPEG-4的透明圖案始終是1 (在一 VOP具有VOP相同大小的 一矩形物體）。即是，MPEG- 4允許透過一非零透明圖案所 定義的一任意形狀物體。此特徵並未存在MPEG- 2，所以我 們可安全假設轉碼物體的所有透明圖案是1。 4. 1 MPEG-2位元流讀取器 根據本發明的一轉碼器可從MPEG- 2位元流獲得位元流標 O:\7l\71181-9ini3.DOC\ 5 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527837 A7 B7 五、發明説明（15 ) 頭、DCT係數與MVs。此資訊可在位元流混合在一起。 MPEG- 2與MPEG- 4位元流皆採用由數層組成的一 層結 構。每層是使用多重子層的標頭開始。在如表1所示的此實 施方面，除了未使用在MPEG- 4而在MPEG- 2的子層之夕卜， MPEG-2層可直接轉換成MPEG-4層。MPEG-4的DC係數與 預測MVs是在該子層開始的區塊上重新設定。 然而，一些MPEG-4標頭是不同於MPEG-2標頭，反之亦 然。幸運地，MPEG- 2的限制與MPEG- 2標頭資訊足夠指定 MPEG- 4標頭。表2至6是歹J出MPEG- 4標頭及其有關一 MPEG-2標頭、或每層的限制。 表1.在MPEG-2與MPEG-4層之間的關係 MPEG-2 MPEG-4 影像序列 影像物體序列（VOS)/影像物體（VO) 序列可縮性延伸 影像物體層（VOL) 影像組（GOP) 影像物體平面組（GOV) 影像 影像物體平面（VOP) 巨區塊 巨區塊 O:\71\7H81-9llll3DOC\ 5 - 1 8 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 527837 A7 B7 五、發明説明（16 ) 表2. MPEG-4標頭及其衍生（VOS和V0) 標頭 碼 註解 Visual object sequence start code 00001B0 開始一視覺期間 Profile and level indication 00110100 主輪廓/位準4 Visual object sequence end code 00001B1 結束一視覺期間 Visualobj ectstartcode 00001B5 開始一視覺物體 Is_Visual__object__identifier 0 沒有優先權版本確認 需要指定 Visual object type 0001 影像ID Video_obj ect_start_code 0000010X- 0000011X 標記一新影像物體 Video_signal__type 取自MPEG-2 對應MPEG-2 sequence_display_ extension id Video_format 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 sequence_display_ extension id Video_range 取自MPEG-2 對應MPEG-2 sequence_display_ extension id Colour_de script ion 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 sequence_display_ extension id Colour_primaries 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 colour description T r an s fer_charac ter i sties 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 colour description Matrix_coefficients 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 colour description 拳 裝
O:\7I\7H8I-911113DOC\ 5 -19_ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 527837 A7 B7 五、發明説明（17 表3. MPEG-4標頭及其衍生（VOL) 標頭 碼 註解 Video_obj ect_layer_start_code 0000012X 標記一新影像物體 層 Random_accessible_vol 0 允許非内部的編碼 VOP Video_object—type identification 00000100 主要物體類型 Is_o bj ect_type」dentifier 0 沒有優先權版本確 認需要指定 Aspect_ratio_info 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 aspect—ratio— information Par_width 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 vertical size Par_height 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 horizontal size Vol_control_parameters 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 extension_start_ code」dentifier (序列延伸） Chroma_format 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 chroma format Lo w_delay 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 low delay Vbv_parameters Recomputed 符合 MPEG-4VBV 規格 Video object layer shape 00 矩形 Vop time increment resolution Recomputed 參考表7 O:\71\71I81-911ll3 DOC\ 5 - 20 _ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（21〇x 297公釐） 527837 A7 B7 五、發明説明（18
Fixed_vop_rate 1 表示所有VOPs是以 固定率編碼 Fixed vop time increment Recomputed 參考表7 Video_obj ect_layer_width 與 MPEG-2 相同 對應 display^ vertical size Video_obj ect_layer_height 與 MPEG-2 相同 對應 display_ horizontalsize Interlaced 與 MPEG-2 相同 對應 progressive— sequence Obmc disable 1 無效的OBMC Sprite enable 0 表TF沒有子畫面 Not_8—bit 取自MPEG-2 對應MPEG-2 intra dc precision Quant type 1 MPEG量子化 Complexity__estimation_disable 1 無效的複雜評估標 頭 Resync_marker_disable 1 表示沒有 resync marker Data partitioned 0 無效的資料劃分 Reversiblevlc 0 無效的可相反vie Scalability 0 表示目前層是當作 基本層使用 O:\71\71181-9llll3 DOC\ 5 - 21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 527837 A7 B7 五、發明説明（19 ) 表4. MPEG-4標頭及其衍生（VOP) 標頭 碼 註解 Vop__start_code 000001B6 標記開始一影像物 體平面2k71開始 Vop_coding_type 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 picture__coding_ type Modulo time base 再產生 符合MPEG-4規格 Voptimeincrement 再產生 符合MPEG-4規格 Vop_coded 1 表示隨後的資料存 在於VOP Vop_rounding__type 0 將 rounding_ control的值設定成 ‘0， Change_conversion_ratio_disable 1 假設所有巨區塊的 conv_ratio是41 ’ Vop_constant_alpha 0 不包括在位元流的 vop_constant_ alpha value Intra_dc_vlc_thr 0 使用整個VOP的内 部 DC vie Top_field_first 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 topfieldfirst Alternate_vertical_scan__flag 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 alternate — scan Vop_quant 取自MPEG-2 對應MPEG-2 quantiser_scale_ code Vop_fcode_forward 與 MPEG-2 相同 參考第4.3節 Vop_fcode_backward 與 MPEG-2 相同 參考第4.3節 O:\7I\7I 181-911 I 13 DOC\ 5 ~ 22 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 527837 A7 B7 五、發明説明（20 ) 表5. MPEG-4標頭及其衍生（巨區塊與MV) 標頭 碼 註解 Not_coded 取自MPEG-2 對應MPEG-2 macroblock__ address increment Mcbpc 取自MPEG-2 對應MPEG-2 macroblocktype Ac pred flag 0 無效的内部AC預測 Cbpy 取自MPEG-2 參考第4.2節 Dquant 取自MPEG-2 參考第4.2節 Modb 取自MPEG-2 對應 macroblock type Mb—type 取自MPEG-2 對應 macroblocktype Cbpb 取自MPEG-2 參考第4.2節 Dbquant 取自MPEG-2 參考第4.2節 Horizontal_mv__data 取自MPEG-2 對應MPEG-2 motion_code[r] [s] ί〇1 Vertical_mv_data 取自MPEG-2 對應MPEG-2 motion_code[r] [s] m Horizontal_mv_residual 取自MPEG-2 對應MPEG-2 motion_residual frUsUOl Vertical_mv__residual 取自MPEG-2 對應MPEG-2 motion_residual m「sim O:\71\7I 181-91II13.DOC\ 5 -23 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 527837 A7 B7 五、發明説明（21 ) 表6. MPEG-4標頭及其衍生（區塊及交錯資訊） 標頭 碼 註解 Dct_do_size_ luminance 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 dct_dc__size_ luminance Dct_dc_differential 與 MPEG-2 相同 對應 dct_dc_ differential Dct__dc_size_chrominance 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 dct_dc__size_ chrominace DCT coefficient 取自MPEG-2 參考第4.2節 DCT_type 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 DCT type Field_prediction 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 frame_motion_ type Forward_top_fiel dereference 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 motion_vertical_ field select[0][0] Forward_bottom_field_reference 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 motion__vertical_ field select[ 1 ][0] Back war d_top_field_reference 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 motion_vertical_ field select[0][1] B ac k war d_bottom__fi el dereference 與 MPEG-2 相同 對應MPEG-2 motion_vertical_ field selectmm O:\71\71l81-9llH3DOC\ 5 -24 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527837 A7 B7 五、發明説明（22 ) 表 7. MPEG-2 的 frame_rate—code 映射到 MPEG-4 的 vop_ time_ increment^ resolution和 fixed_ vop_ time_ increment ° __
Frame rate code Vop—time—increment resolution Fixed vop time increment 0001 24,000 1001 0010 24 1 0011 25 1 0100 30,000 1001 0101 30 1 0110 50 1 0111 60,000 1001 1000 60 1 MV資料是儲存在巨區塊層。多達4個MVs可用於每個巨 區塊。而且，一 MV可以是圖場或圖框類型，而且具有整個 像素或半像素解析度。MPEG- 2 MV解碼處理可採用，以決 定運動碼（VLC)與motion—residual (FLC)、及A。隨著預測 MV的組合，Δ可提供圖場/圖框MV。跳越巨區塊的MV可設 定成零。 DCT資料是儲存在區塊層。它會先從位元流（VLC)解碼， 使用曲折或交互掃描圖案而逆向掃描，然後相反量化。内 部DC係數可從dct_dc_differential和預測器（預測器可根據 MPEG-2規格而重新設定）決定。在跳越巨區塊的DCT係數 是設定成零。 4. 2結構編碼 根據本發明的一轉碼器可重複使用DCT係數（有關中間圖 框）。下列導引可使用： O:\71\7118l-9ini3DOC\ 5 " 25 ' 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格（210 X 297公釐） 527837 A7 B7 五、發明説明（23 ) 1· q一 scale—type (線性比例）是使用在MPEG-2量子化。 2. MPEG量子化方法只可使用（非H. 263)在MPEG-4量子 化，以減少在重建圖框MPEG- 2與MPEG- 4之間的一不匹
§己Q 裝 3 . MPEG- 2 QP的差別值可決定在MPEG- 4的dquant。每當 差別值大於± 2時，Dquant便可設定成土 2。dquant是一 2位元 碼，其係指定在量化器、quant有關I-和P-VOPs的變化。 4. 量子化矩陣應該隨著MPEG- 2位元流的矩陣變化而改 變〇 5. 轉碼器在VOL位準上具有允許一 alternate vertical掃描方 法（用於交錯序列）的彈性。 6. 内部AC/DC預測（當目前區塊的QP是不同於預測區塊時 便包括定標）應該在一巨區塊位準上關閉，以減少在AC量子 化的複雜度與不匹配。
7. 較高效率可使用intra_dc_vlc_thr而獲得，以選取用以 編碼内部DC係數的適當VLC表（AC/DC)，例如，當作量子 化參數的一功能（除了當intra_dc^vlcjhr是0或7之夕卜，這些 臨界值將強迫使用内部DC或AC表，而不管QP)。 8. —跳越巨區塊的編碼是如同如非編碼巨區塊（所有DCT 係數是零）。 9. Cbpy 和 cbpc (CBP)是根據 code_block__pattern_420 (CBP_ 420)設定。注意，在MPEG-4的CBP與一内部巨區塊 MPEG-2的CBP_420之間有些微的非一致性。明確而言，當 CBP_420設定時，它可表示在該區塊的該等DCT係數的其中 〇\71\71181-9llll3 D0C\ 5 - 26 - 本纸張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527837 A7 B7 五、發明説明（24 ) 至少一者不是零。除了它不對應在一内部巨區塊（亦因 intra—dc—vlc_thr而定）的DC係數之外，CBP包含類似的資 訊。因此，當CBP_420在一内部巨區塊（此情況會在I-VOP 和P-VOP發生，但是不會在B-VOP發生）是零時，CBP可能 會不是零。 在結構編碼中有3個損失來源，即是QP編碼、DC預測、 與DC量子化的非線性定標器。MPEG- 4係使用不同編碼將 一 QP編碼。MPEG-2在5位元的使用上允許所有可能32個QP 值。然而，不同值可採用多達±2(在QP值單元），因此，大 於±2的一不同值會損失。此損失能以MPEG-2率控制演算法 限制在巨區塊之中的QP變動而減少。所有内部巨區塊可執 行適合的DC預測，其可採用不同於先前巨區塊（MPEG-2 DC預測）的預測，藉此造成量子化的一不同DC剩餘。因為 非線性定標器，所以在MPEG- 4中所有内部巨區塊的DC係 數亦要以不同於MPEG- 2的方式量化。因此，MPEG- 2與 MPEG-4編碼的量化DC係數可能不同於一内部巨區塊。 4. 3 MV編碼 轉碼器可將MVs編碼成一 MPEG- 4格式。然而，既然MV 編碼是一無損失處理，所以從MPEG-2到MPEG-4的一 MV轉 碼會沒有錯誤。一 MPEG- 4編碼器是有限制的： 1. 無限制運動補償模式是無效，此表示在圖框邊界外是 沒有MV指標。 2. 進階預測模式可採用。一不同的預測器（一中間值）可 使用在一 MPEG- 4位元流用，而不是8 X 8像素區塊的一 0:\7I\71I81-91I113.D0C\ 5 - 27 _ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527837 A7
T測模式允許8X8_非線性(中央遽波 只有―非線性制器是使用在我們的格式轉碼 备（我們仍然保持16><16MV)。 —3.直接模式是不允許在MpEG]位元流，此表示只有有關 HOP的4個MV類型，亦即，16χΐ6順向與逆向向量及Μ X 8;噴向與逆向圖場向量。 4.每當一 16X8圖場向量使用（維持模式）時，圖場運動補 償便可應用。 5 ·跳越巨區塊可如同not一 coded巨區塊（具零MV的運動 補償）編碼。 6·單一 f—c〇de只允許在MPEG-4。因此，在从叩匕]的兩方 向（垂直、水平）之間的較大f—c〇de可根據f_c〇de (MpEG- 4) f—code (MPEG-2)-1關係式而轉換成在MPEG-4的 f code 〇 7 ·既然整個參考圖框的結構是已知，所以一填補處理是 不使用。 8.每當雙主要算術啟動時，圖場運動補償可使用。向量 (參考圖場與預測圖框圖場）可受保護。圖場MVs可根據以 MPEG-2位元流編碼白勺向量[〇] [〇h 1:〇]而產生。當相同核 對的預測使用（例如，頂端圖場到頂端圖場、或底部圖場到 底部圖場）時，兩圖場MVs是無線電誘導[0][0] [1··0]。當奇 數核對的預測使用（例如，頂端圖場到底部圖場、或底部圖 場到頂端圖場）時，頂端圖場MV可使用向量[2] [ 0] [ 1: 〇]， 而且底部圖場MV可使用向量[3] [0] [ 1:0]。r= 2，3的向量 O:\71\7im-9im3 DOC\ $_ - 28 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） 527837 A7 B7 _ 五、發明説明（26 ) [!·][0][0: 1]可依下列計算·· (a) Vector[ r] [ 0] [ 01 = ( vector[ 0] [ 0] [ 0] X m[ parity 一 ref] [parity — pred] / / 2) + dmvector[ 0] o (b) Vector[ r] [ 0] [ 1 ] ( vector[ 0] [ 〇] [ 1 ] X m[ parity一 ref] [parity一pred] / / 2) + e[ parity一ref] [ parity一pred] + dmvector[ 1] o 注意，（m[ parity一 ref] [ parity一pred]和 e[ parity一ref] [parity一pred]是分別在 MPEG-2規格（ISO/IEC 13818-2)的表 7-1 1和7- 12中定義。 而且，“ r”係表示MV的順序，例如，第一、第二、及其 他等。r= 0係表示ΜV的第一組，而且r= 1係表示MV的第二 組。雙主要預測係使用r= 2和r= 3以識別兩額外組的MVs。 “ // ”係表示整數除法四捨五入到近似整數值。 4.4 B-VOP的内部MB編碼 當編碼在一 MPEG- 2位元流（例如，如圖4顯示）的B圖框中 的一内部MB時，額外轉換是必需的。MPEG-4可於B-VOP 使用直接模式取代内部模式，而且在3圖框中的一内部MB 必須在MPEG- 4語法中不同編碼。此問題有兩實際解決。 第一解決係採用類似圖3 (整個參考圖框沒有緩衝器）的 MPEG- 2到MPEG- 4轉碼器的結構。在此mb非常接近它參考 MB (它的不壓縮版本）的假設下，mc在相同VOP中的執行 可不同於先前的MB，而無需使用一 MB大小的額外記憶體 補償剩餘結構。内部MB的MV是等於偏移它MB距離之先^ MB 的 MV。 O:\71\7U81-911H3.DOC\ 5 . OQ -
527837 A7 B7 五、發明説明（27 ) 弟一解決係使用類似在圖4顯示的一結構。它可保存所有 I-及P-VOPs的參考圖框。注意，MC在此解決必須在所有p_ VOPs上執行。内部MB的MV是與預測的MV (它3個相鄰的 中位數）相同，而且MC的執行是與由取得的mv所指出的參 考MB相反。 5.壓縮領域的影像縮小化 通常’影像縮小化與大小轉碼具有相同的意義。縮小取 樣係表示使用一排除波形（低通）濾波器的子取樣，但是子 取樣與縮小取樣在此可交互使用。 當大小轉碼的輸入與輸出是在壓縮領域時，大小轉碼便 會變成密集計算。在壓縮領域中限制操作（而且，可有效避 免解碼及編碼處理）的一影像縮小化處理可提供一非常降低 的複雜。然而，兩個新問題的發生在於壓縮領域的縮小 化，亦即，DCT係數與MV資料的縮小取樣。 最近，在壓縮領域的影像縮小化演算法已討論，但是他 們並未說明在MPEG-2與MPEG-4之間的整個轉碼，包括圖 場到圖框交錯。本發明係描述此問題。 第5. 1和5.2節可將解決運用於縮小取樣處理的兩新問題。 根據本發明的一提議大小轉碼器實施是在圖5和6的第6節中 描述。 5. 1 DCT區塊的子取樣 在以圖框為基礎的影像縮小化中，將4個8 X 8 DCT區塊合 併成一新的8X8 DCT區塊（包括*^圖场區塊的特殊細節將稍 後描述）是需要的。而且，輸出區塊惠該是輸入區塊的一低 O:\71\7118I-9I1II3.D0C\ 5 ^浪尺度適财@ ®家料(CNS) A4規格_x 297公釐) 527837 A7 B7 五、發明説明（28 ) 通版本。此處理可透過將輸入矩陣乘以一子取樣矩陣（最好 使用一低通濾波器）而在空間領域中實施。透過在空間領域 中乘以子取樣矩陣是等於在DCT領域中乘以一矩陣的DCT係 數，因為直角轉換的個別屬性。然而，在一些縮小取樣濾 波為的DCT領域中的縮小取樣處理的運算（計算）次數可以 是在空間領域相對運算總數。此問題的解決是採用稀疏一 縮小取樣矩陣（例如，一矩陣具有相對一些非零值，例如， 大約30%或更低）。 一稀疏縮小取樣矩陣是根據在DCT基礎向量與DCT基礎向 f對稱結構之間的正交屬性。一方法是在R· Dugaci和N.
Ahuja的 “A Fast Scheme For Downsampling And Upsampling In The DCT Domain,” International Conference on Image
Processing (ICIP) 99中討論，其在此僅列出供參考，該方 法來自4個處理區塊的較低4 x4 DCT係數，將4 X4 IDCT應 用到每個DCT子區塊，形成一新的8 x 8像素區塊，並且應用 在一 8 X 8 DCT ,以獲得一輸出區塊。既然縮小取樣是固 定，所以縮小取樣矩陣可預先計算。透過將8 χ 8 DCT矩陣 分成左與右半部，大約縮小取樣矩陣值的一半是零，因為 在4 X 4 IDCT矩陣的欄與兩左與右8 X 4 DCT矩陣的列之間是 正交。這運算（一度空間）可依下列算術表示： 其
TiBy b ^ η ^ 7' Ud2 中b是8X1空間輸入向量，
TL τΐ Β{ 4- TR Γ4 b2 B是它相對的8 X DCT向量， O:\71\71181-91II13 DOC\ 5 - 31 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 527837 A7
b i和b2是子子取樣的4 y 1 a曰 ^ 向！ ’ Bi和B2是較低的4X1 DC 丁向 量T疋8X8 DCT轉換矩陣，丁4是4><4 %丁矩陣，和丁&是 T的左、與右半部。上標“t”係表示一矩陣移項。如糾的演算 法斯採用以DCT基礎向量的對稱屬性，以減少縮小取樣： 理的複雜度。既然T的奇數列是非對稱，而且τ的偶數列是 對稱所以㈤和糾的大小（帥,，刀小丨广帥〖，几) 疋相同。1是一矩陣列索引，而且“j”是一矩陣欄索引。因 此，和〜7*』可根據相同的元件計算，亦即，一對稱部 份E (i + jS偶數的索引）、及—非對稱部份◦ (i + j是奇數的 索引）（=E_〇)。當縮小取樣處理完成時， 此配置便可有效減少2因素的乘算數值： 丑=厂i/i万1 + 40万2 =(f + 0)5! + (£ — 〇)52 = £*(5!十 52)十 0(4 — β2) 將4個圖場區塊轉換成一圖框區塊的Dugad方法實施是不 簡單。此情況（一度2間）中，縮小取樣處理的延伸可如下 所示： B = T[ST^BT+SBTlBB) 其中心和Bb是較低的4 X 1圖場向量，sT和SB是分別對應它 頂端sT及底端sB的一 8 X 4非交錯矩陣DCT值。或者，如果 (j = 2i ’ 0si<3)及 sB(i，j) = 〇，St的元件 ST(i，j)=i。或者， 如果（j—2i+l，〇^<3)及5]5(1，j) = 〇，Sb的元件 SB(i，j)=i。 此是根據本發明用以縮小取樣及非交錯的Dugad演算法修 改。 既然S和T不是彼此正交，所以縮小化與非交錯處理的操 O:\71\71181-9I1113.D0C\ 5 - 32 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 527837 A7 B7 五、發明説明（30 ) 作會更複雜’因此，縮小取樣矩陣不是稀疏矩陣。在此僅 列出供參考的於1999年8月於IEEE Trans· Circ· and Syst. ForVideoTechnol·，第 9冊，第 696- 700頁，由 C· Yim和 M.A. Isnardi發表的名稱“An Efficient Method For DCT—Domain Image Resizing With Mixed Field/Frame-Mode Macroblocks” 中提議將一圖場區塊縮小取樣的有效方法。一低通濾波器 是以縮小取樣矩陣（S= 0,5[18 18])是稀疏此一方式而整合在 非交錯矩陣。 “係表示一 8 X 8恆等矩陣，而且[ΐ8 ι8]係表示包含連結成 兩恆等矩陣的一 16 X 8矩陣。當然，恆等矩陣在對角線上具 有全部是1 ’而其他全是零。 該方法是使用4個8 X 8 IDCT圖場區塊開始，然後應用縮 小取樣矩陣S，並且執行一 8 X 8 DCT，以獲得輸外區塊。注 意，一 8 X 8 IDCT是使用在此方法，以取代一 4 X 4 IDCT。此 運算是如下算術式（在一度空間）所示：
裝 玎 D - TS > 0 一 -丄 ：τ ' o' _〇 V _ -2 7 .J r
5.2 MV資料的子取樣 ME是整個視訊編碼處理的瓶頸。因此，可透過使用4個 最初MBs的MVs而估計改變尺寸MD的一MV ,而無需實際執 行ME (假設所有MBs是以中間模式編碼）。注意，如果假設 一 MPEG-2位元流，既然每個MB具有一輸入（只有一MPEG-4位元流能可於每個區塊具有一 MV)，所以MV資料的子取 -33- O:\7l\71 181-911113.D0C\ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 527837 A7 B7 五、發明説明（31 ) 樣可採用4個MBs的MVs。最簡單解決是將4個MVs—起平 均，以獲得新的ΜV，但是當這些4個MVs是不同時，便會 出現不佳的估計。在1999年9月於IEEE Trans. Circ. and For Video Technol.,第 9冊，第 929- 936 頁，由 B. Shen，Ι·Κ· Sethi 和 Β. Vasudev 發表名稱 “ Adaptive Motion-Vector Resampling For Compressed Video Downscaling” 中顯示一車交 佳結果可透過將更多加權提供給最壞預測MV而獲得。每個 ΜV的一匹配精確A可透過在該MB的非零AC係數的數量表 示。透過使用Shen等人的技術，縮小取樣MB的新MV可依 下列計算： Λ/r:丄 jid- 2 v Σ^· /=ι M.R. Hashemi、L. Winger、和 S. Panchanathan發表的名 稱 “Compressed Domain Motion Vector Resampling For Downscaling Of MPEG Video，” ICIP 99 中提議一非線性方法 可估計改變尺寸MB的MV。類似Shen等人的演算法·， Hashemi技術係使用處理MBs的空間運動而估計新的MV。稱 為最大平均相關性（MAC)的一啟發式測量是使用在Hashemi 方法，以識別會是輸出MV的該等4個最初MVs的其中一 者。透過使用MAC，縮小化MB的新MV可依下列計算： 4 MV ~ max A；pd, O:\71\71 181-911113 DOC\ 5 - 0*+ - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527837 A7 B7 五、發明説明（32 ) 其中p是空間相關性，並且設定成0. 85，而且山是在第i輸入 MV ( MV!)與輸出MV之間的Euclidean距離。 6.大小轉碼器的實施 圖5係根據本發明而描述一大小轉碼器。B圖框可出現在 輸入位元流，但是可透過轉碼器丟棄，因此不會出現在輸 出位元流。 在轉碼器500中，一 MV定標功能510、DCT定標功能520、 及空間定標功能540可加入。開關530和535可協調運作，所 以在一第一設定中，DCT功能455的一輸出可導向量子化功 能3 40，而且開關535可關閉，以允許空間定標功能540的一 輸出可輸入加法器445。在開關530和535的一第二設定中， DCT定標功能520的一輸出可導向量子化功能340，而且開 關535可打開。 轉碼器500可將一 MPEG-2位元流轉換成對應一較小尺寸 影像的一 MPEG-4位元流内，例如，從ITU-R 601 ( 720 X480) 到 SIF ( 352 X 240) ° 若要達成MPEG-4位元流的一頻寬需求，轉碼器500可在 水平與垂直方向（在空間定標功能540)子取樣兩影像，並且 跳過所有B圖框（在時間定標功能545和546)，藉此減少時間 解析度。注意，時間定標功能546可在DCT定標功能520之 後選擇性提供。在執行縮小化之前的B圖框跳越可減少複雜 度。 而且，在子取樣之前的一低通濾波器（可在空間定標功能 540)將可改善影像品質。 O:\71\7l 181-91 IU3.D0C\ 5 * 35 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527837 A7 B7 五、發明説明（33 ) 本發明可使用較小修改而擴充包括其他縮小取樣因素與 B-VOPs。明確而言，MV縮小化變化與模式決定可達成。 B-VOP的MV縮小化是包括逆向MV的一直接延伸。B-VOP 的模式決定能以P- VOP (例如，透過將單向MV轉換成雙向 MV，同樣可在一 P-VOP將内部MB轉換成中間MB)的一類似 方式處理。 下面，我們討論有關大小轉碼器500的6個問題。我們亦 假設輸入影像是704 X 480像素解析度，而且使用一 MP@ ML MPEG-2編碼器編碼，而且想要的輸出是包含SIF處理影像 (使用N的一圖框率減少）的簡單輪廓MPEG- 4位元流。然 而，本發明可延伸到其他輸入與輸出格式、及解析度。 6. 1影像MV縮小化處理（luma) 當所有4個MBs以中間模式編碼、及使用圖框預測時，此 問題便會出現。在這些MES的每個MV是在每個方向（水平 與垂直）以2縮小，以決定4個區塊MPEG-4 (MPEG-4允許每 個8 X 8區塊有一 MV區塊）的MV。定標的MVs然後可透過使 用正常MPEG- 4程序而預測性編碼（使用一中央濾波器）。 注意，每個MB (包含4個區塊）必須在MPEG-2與MPEG-4 中以相同模式編碼。隨著影像縮小化，輸出MB ( 4個區塊） 係對應4個輸入MBs。 6.2交錯視訊MV縮小取樣（luma) 當所有4個MBs以中間模式編碼遺使用圖場預測時，此問 題便會存在。我們需要在每個MB將兩個圖場MVs組合，以 符合改變區塊的一圖框MV。提議的轉碼器可根據它相鄰的 O:\71\71181-9llll3 DOC\ 5 - 36 _ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527837 A7 B7 五、發明説明（34 ) " ' "" MVs而取得新的MV，以取代根據空間運動而設定新的 MV。所有8個周圍MBs的MVs可用來找到一預測器（圖場 MVs可在MB具圖場預測的情況而平均）。來自這些8個MVs 的中間值可變成一預測器’而且從Euclidean距離接近的目 前MB的圖場MV在水平方向是以2定標，以變成新的Mv。 6·3 MV縮小取樣（色度） 當所有4個MBs以中間模式編碼、及使用圖框或圖場預測 (MPEG- 4能以相同方式處理有關一色度區塊的兩預測模式） 時，此問題便會發生。該處理係遵循MPEG- 4方法，以便從 一 luma MV獲得一色度MV，亦即，一色度MV是4個對應8 X 8 luma MVs平均的縮小版。 6.4 DCT縮小取樣（luma處理、色度） 當所有4個luma MBs以内部或中間模式編碼、使用圖框 MD結構、及他們8個色度區塊（4個用於Cr，而且4個用於Cb) 使用圖框或圖場結構時’此問題便會發生。Dugad的方法可 透過在每一方向的2因素而用來縮小化luma與色度DCT區 塊。 6.5交錯DCT縮小取樣（luma) 此問題會以兩方法之中任一者出現。首先，相關MB係使 用圖場預測，而且第二，它的相關MD係使用圖框預測。在 任何情況中，我們想要將4個8x8圖場DCT區塊（2個用於頂 端圖場，而且2個用於底部圖場）所小成一 8X8圖框DCT區 塊。第一情況的解決是要使用相同圖場DCT區塊，當作MC 的選取一者。第二情況包括非交錯，而且我們提議將上述 O:\7l\7118l-91lll3.DOC\ 5 - 37 " 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS) A4規格(210X 297公釐） 527837 A7 _______ B7 五、發明説明（35 ) 的Dugad和Yim方法組合。 明確而言，轉碼器可根據Yim演算法而在垂直方向（而且 同時執行非交錯）先將4個圖場區塊縮小，以獲得兩圖框區 塊。轉碼器然後可在水平方向將這些兩圖框區塊縮小，以 便透過使用Dugad演算法而獲得輸出區塊。 在圖6中，4個8 X 8係數圖場模式DCT區塊是在600顯示， 兩個8X8圖框模式DCT區塊是在6 10顯示，而且1個8X8圖框 模式DCT區塊是在620顯示。 根據本發明的DCT縮小化程序可概述如下： 1.透過如在600的顯示將4個圖場區塊組合而形成16χ丨6係 數輸入矩陣。 2 ·對於垂直縮小化與過濾而言，根據Yim的演算法而將一 低通（LP)滤波器D應用到輸入矩陣的每一列。lp輸入矩陣 如6 1 0的顯示目前是16 X 8像素。 3·從LP矩陣可形成B^b2 8x8矩陣。 4 ·根據Dugad的演算法執行B i和B2的每一襴的水平縮小化 運算，以獲得輸出矩陣（8X8)。（620)可依下列計算·· β = ρ^η τίΫ -f- Β2{ΤκΤΐ)1 =(5, +52)£ + (/?( - Β2)0 其中Ε和Ο係表示如上述的偶數與奇數列。 特別是’由如下示的奇數‘‘ 〇，，與偶數“ Ε，，矩陣組成的一水 平縮小取樣矩陣可使用（忽略定標因素）： E = [e( 0) 0 0 0， 〇 e( 1) 0 e(2)， 〇〇00, O:\7I\7! 181-911113 DOC\ 5 - 38 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐) 527837 A7 B7 五、發明説明（ 36 ) 0 e(3) 0 e(4)， 0 0 e(5) 〇， 0 e(6) 0 e(7)， 0 0 0 〇， 0 e(8) 0 e(9)]. 0 = [0 0 0 〇， 〇(〇) 0 o(l) 〇， 0 o(2) 0 〇， 0(3) 0 〇(4) 〇， 0 0 0 〇， 0(5) 0 o(6) 〇， 0 0 0 〇(7)， 〇(8) 0 〇(9) 0]· 下列係數可使用： e( 0) = 4 〇(〇) =2. 56915448 e( 1) = 0. 831469612 o(l) =-0.149315668 e(2) = 0.045774654 o(2) =2 e(3) = l. 5 82130167 o(3) =-0.899976223 e(4) = - 0. 195090322 o(4) = 1.026559934 e(5) = 2 〇( 5) = 0.601344887 e(6)=-0.704885901 〇(6) =1.5363555 13 e( 7) = 0. 980785280 〇(7) =2 e( 8) = 0.906127446 o(8) =-0.509795579 e( 9)= 1.73 1445835 〇(9) =-0.750660555. O:\71\71181-9II113.D0C\ S 39- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 527837 A7 B7 五、發明説明（37 ) 本質上，一 DCT稀疏矩陣的乘積是當作縮小取樣矩陣使 用。 該技術通常可擴充用於一 N X N區塊的2: 1縮小，其包括4 個N/ 2 X N/ 2係數圖場模式區塊。其他縮小比率亦可適合。 6. 6特殊情況 當所有4個MBs不是以相同模式（不落下在任何一五個先前 情況）編碼時，特殊情況便會發生。我們始終假設在其他内 部MBs之中任何内部或跳過MB是在具零MV的中間模式。圖 場MVs可根據第6.2節而合併，以獲得圖框MV，然後我們應 用第6. 1節的技術。MC建議決定内部方塊的結構，其可透 過轉碼器而當作具有一零MV的内部區塊處理。 7. 結論 了解到本發明可提供一轉碼器結構，以提供具小錯誤的 最低可能複雜度。此錯誤會在MPEG-4結構編碼處理（QP編 碼、DC預測、非線性DC定標器）產生。這些處理應該在未 來的MPEG- 4中移除，以建立一近似無損的轉碼系統。 本發明亦可提供一大小轉碼器的整個細節，以便將具 MPEG- 2 MP@ ML的一 ITU- R 60 1交錯視訊編碼位元流轉換 成一簡單輪廓MPEG- 4位元流，其包含適於一視訊流應用的 SIF處理影像。 對於圖場模式DCT區塊的空間縮小化而言，提議以一新 方式中將垂直與水平縮小化技術組合，以致於稀疏縮小取 樣矩陣可使用在垂直與水平方向，藉此減少轉碼器的交 換0 O:\71\7I181-91I1 13 DOC\ 5 - 40 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 527837 A7 B7 五、發明説明（38 ) 而且，對於MV縮小化而言，我們提議使用來自它8個相 鄰MV的中間值。既然我們預測的MV可與全域的MV使用， 所以此提議的工作可較好於第5 · 2節的演算法。它亦能與只 具有兩MVs的一交錯MB工作，而不是每個me的4個MVs。 雖然本發明已描述各種不同的較佳具體實施例，但是可 了解到各種不同修改與改造將不致於達背在申請專利中發 表的本發明範圍。 圖式元件符號說明 100 解碼器 110可變長度解碼功能 120逆向掃描功能 130反量化功能 140 反離散餘弦轉換功能 150運動補償功能 160圖框儲存記憶體 200 解碼器 210解多工器 215開關 220 形狀解碼功能 230先前重建的影像物體平面 235運動解碼功能 240運動補償功能 245 影像物體平面重建功能 250結構解碼功能 255可變長度解碼功能 260逆向掃描功能 270逆向直流與交流預測功能 280反量化功能 290反離散餘弦轉換功能 300前至後轉碼器 304標頭解碼功能 308查詢表 310可變長度解碼功能 312通訊路徑 320逆向掃描功能 330反量化功能 340量化功能 3 50交流/直流預測功能 360知*描/游程長度編碼功能 370可變長度編碼功能 __O:\71\71 »81-9!IH3.D〇c\ 5 - 41 - 本紙張尺度適用巾® 3家標準(CNS) μ規格(21()X 297公着) 527837 A7 B7 五、發明説明（39 400 轉碼器 480 緩衝器 405 可變長度解碼功能 485 加法器 420 反離散餘弦轉換功能 490 反離散餘弦轉換功能 422 路徑 495 反量化功能 424 路徑 500 轉碼器 425 運動向量解碼器 510 運動向量定標功能 430 運動補償功能 520 離散餘弦轉換定標功能 435 加法器 530 開關 440 運動補償功能 535 開關 445 減法器 540 空間定標功能 448 路徑 545 時間定標功能 450 緩衝器 546 時間定標功能 455 離散餘弦轉換功能 O:\71\71l81-911113 DOC\ 6 - 42 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐）

Claims (1)

  1. 527837
    中提供的預壓縮輸入 驟： 一種用以將在一第一視訊編碼格式 位元流轉碼之方法，其包含下列步 恢復該輸入位元流的標頭資訊； 以一第二不同視訊編碼格式提供對應標頭資訊； 部份解壓縮該輸入位元流，以浐 u 以徒供邵份解壓縮的資 料；及 根據第一格式的標頭資訊而將部份解壓縮的資料重新 壓縮，以提供一輸出位元流。 2·如申請專利範圍第1項之方法，其中·· $亥等弟一及弟一視訊編碼格式分別包含一 MPEG-2格 式及一MPEG-4格式。 3 ·如申請專利範圍第1項之方法，其中： 該第一視訊編碼格式包含在主要位準上的MPEG- 2主 要輪廓；及 該第二視訊編碼格式包含具標準中間格式（SIF)處理視 訊的一簡單輪廓MPEG- 4位元流。 4·如申請專利範圍第1項之方法，其中： 該部份解壓縮的資料包含運動向量及離散餘弦轉換 (DCT)係數；及 該弟二格式包含一新模式決定、AC/ DC預測、與運動 補償的其中至少一者。 5.如申請專利範圍第1項之方法，其中： 至少一查詢表可用來提供該第二視訊編碼格式的對應 標頭資訊。 -43- 〇;\71\71181-911113 DOC\ 8 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐） 527837 A8 B8 C8 —------- —________ D8 六、申請專利範圍 6·如申請專利範圍第1項之方法，其中： 縮小化是透過縮小取樣DCT係數與運動向量資料而在 部份解壓縮的資料上執行。 7.如申請專利範圍第1項之方法，其中·· 2: 1縮小化是透過執行垂直縮小取樣及非交錯而在部份 解壓縮;貝料的4個圖場模式離散餘弦轉換（DCT)區塊的其 中至少一群上執行，以獲得一兩圖框模式DCT區塊之對 應群’及執行兩圖框模式DCT區塊的水平縮小取樣，以 獲得一圖框模式DCT區塊。 8_如申請專利範圍第7項之方法，其中： 該垂直縮小取樣亦可達成4個圖場模式DCT區塊的低通 滤波。 9·如申請專利範圍第7項之方法，其中： 該垂直與水平縮小取樣係使用相對的稀疏矩陣。 10·如申請專利範圍第1項之方法，其中： 在重新壓縮步騾中，指定一量化器變化的一編碼 (DQUANT)可根據部份解壓縮資料的_量子化參數的差 動值而設定。 11.如申請專利範圍第i項之方法，其中： 對於重新壓縮内部編碼巨區塊而言，編碼區塊圖案 (CBP)可根據該部份解壓縮資料的一相對值而設定。 12·如申請專利範圍第1項之方法，其中： t對於重新壓縮非内部編碼巨區塊而言，該部份解壓縮 資料中被跳過的巨區塊的編碼不是編碼的巨區塊，其中 O:\71\7118I-9llii3DOC\ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 2^53 一 ^7837
    所有離散餘弦轉換（DCT)係數具有一零值。 以如申請專利範圍第之方法，其中： 在重新壓縮步驟中，該部份解壓縮資料中被預測的運 動向量可根據該第二格式而重新設定。 14·如申請專利範圍第1項之方法，其中： 在重新壓縮步驟中，該部份解壓縮資料的雙主要模式 巨區塊可轉換成圖場編碼巨區塊。 H 一種用以在視訊資料上執行2:丨縮小化之方法，其包含 下列步驟： 透過組合4個N/2 X N/2圖場模式DCT區塊而從該視訊 資料形成N X N離散餘弦轉換（DCT)係數的其中至少一輸 入矩陣； 執行該輸入矩陣的垂直縮小取樣及非交錯，以獲得兩 N/2XN/2圖框模式DCT區塊； 可由兩圖框模式DCT區塊形成一 NX N/2輸入矩陣；及 執行該N X N/ 2矩陣的水平縮小取樣，以獲得一 N/ 2 X N/2圖框模式DCT區塊。 16·如申請專利範圍第1 5項之方法，其中N= 16。 17·如申請專利範圍第1 5項之方法，其中： 該垂直縮小取樣亦可達成該N X N輸入矩陣的低通濾 波。 18. 如申請專利範圍第15項之方法，其中： 該垂直縮小取樣係使用一稀疏縮小取樣矩陣。 19. 如申請專利範圍第1 8項之方法，其中： -45 - O:\71\7l 181-911113 DOC\ 8 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董) 527837 8 8 8 8 A B c D 申請專利範圍 該稀疏縮小取樣矩陣= 〇.5[I8I8]，其中18是8乂8恆等矩 陣。 20.如申請專利範圍第15項之方法，其中： 該水平縮小取樣係使用奇數“ 〇”與偶數“ E”所組成.的 一稀疏縮小取樣矩陣。 2 1.如申請專利範圍第20項之方法，其中： 該偶數矩陣具有下列格式： [e(0) 0 0 〇， 0 e(l) 0 e(2)， 0 0 0 〇， 0 e(3) 0 e⑷， 0 0 e(5) 〇， 0 e(6) 0 e⑺， 0 0 0 〇， 0 e(8) 0 e(9)] 其中e(l)至e(9)是非零係數；及 該奇數矩陣具有下列格式： 0= [0 0 0 〇, 〇(0) 0 0(1) 〇， 0 0(2) 0 〇， o(3) 0 0(4) 〇， 0 0 0 〇， 〇(5) 0 〇(6) 〇， 0 0 0 0(7), 0\71\71181-911113.DOC\ 8 -46- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐） 527837 A8 B8 C8
    0(8) 0 o(9) 〇] 其中〇( 1)至〇( 9)是非零係數。 22. —種用以將以一 的一預壓縮輸入 第一視訊編碼格式提供 位元流轉碼之裝置，其包含·· 用以恢復該輸入位元流的標頭資訊之裝置； 以一第二不同視訊編碼格式提供對應標頭資訊之裝 置； 用以部份解壓縮該輸入位元流，以提供部份解壓縮的 資料之裝置；及 用根據該第二格式的標頭資訊而將該部份解壓縮的資 料重新壓縮，以提供一輸出位元流之裝置。 23· —種用以在視訊資料上執行2: 1縮小化之裝置，其包 含·· 用以透過組合4個N/2 X N/2圖場模式DCT區塊而從該 視訊資料形成N X N離散餘弦轉換（DCT)係數的其中至少 一輸入矩陣之裝置； 用以執行該輸入矩陣的垂直縮小取樣及非交錯，以獲 得兩N/2XN/2圖框模式DCT區塊之裝置； 用以從該等兩圖框模式DCT區塊形成一NX N/2輸入矩 陣之裝置；及 用以執行該N X N/ 2矩陣的水平縮小取樣，以獲得一 N/2XN/2圖框模式DCT區塊之裝置。 -47- O:\71\7I 181-911113 DOCN 8 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公复） 公告本 9IJ1. 13 申請曰期 案 號 ^0 /11 &cro 類 別 Η〇4/^ (以上各欄由本局填註） Α4 C4 527837 發明 4 無·…抓· 專利説明當 __ι -、雜名稱 中 文 f—^--— _ ISSfUf盘標準-2至運動圖像專家組標準4之視訊容 英 文 ----- ^^^2S™^E^RSI〇N AND TRANSC0DING from '一 " " 1 -' ------------ 1.訊瑞特潘瑟柏尼 KRIT PANUS0P0NE 姓 名 2·如新陳 XUEMIN CtffiN 二41人 國 籍 1. 泰國 2. 美國 Γ 住、居所 1 ·美國加州聖地牙哥市卡洛肯揚路9656號4樓 2.美國加州聖地牙哥市卡佛古特區856〇號 ^ 名 美商通用儀器公司 (名稱） GENERAL INSTRUMENT CORPORATION 國 籍 美國 三、中請人 住、居所 (事務所） 美國賓夕法尼亞州哈爾宣市東奈曼特路1〇1號 代表人 查爾斯M.費雪 姓名 CHARLES M. FISH 士 Μ这玟詹適用中 〇\71\71181-9|1 國國 113 DOC\ 1 - 1 - 裝 線 π
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