(57)【要約】本発明は、ビデオデータ・ストリームをエンコードする方法および装置を開示する。本発明によって提供される方法によれば、まず、エンコード対象となる単位の各データブロックと、参照単位における対応するアドレスをもつ参照データブロックとの間の差を比較し；各データブロックに対応する差が所定の参照値を満たすかどうかを判定する。差が所定の参照値より小さい場合には、マクロブロックは、参照データ・マクロブロックのデータに基づいた復号により前記マクロブロックのビデオデータを得るよう指示が付けられる。そうでない場合には、マクロブロックはエンコードされる。本発明により、マクロブロックがエンコードされるべきかどうかが、動き予測、動き補償および／またはDCTなどなしに決定できる。これはマクロブロックがエンコードされるべきかどうかを決定する手順を大幅に単純化し、システム資源を節約する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオデータ・ストリームをエンコードする方法であって、該ビデオデータ・ストリームは、エンコード対象の少なくとも一つの単位を有しており、該エンコード対象の単位は少なくとも一つのデータブロックを有しており、当該方法は：
前記エンコード対象の単位の各データブロックと、参照単位における対応するアドレスをもつ参照データブロックとの間の差を比較する段階と；
各データブロックに対応する前記の差が所定の条件を満たすかどうかを判定し、それにより前記エンコード対象の単位がエンコードされるべきであるかどうかを判定する段階とを有する方法。
【請求項２】
前記エンコード対象の単位がデータ・マクロブロックを含み、前記参照単位が参照データ・マクロブロックである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記差が、冪差を含む、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記冪差が冪差の値を含み、前記所定の条件が所定の参照値を含む、請求項３記載の方法。
【請求項５】
各データブロックに対応する冪差の前記値が前記所定の参照値より小さい場合には、前記マクロブロックに、前記参照データ・マクロブロックのビデオデータに基づいた復号により前記マクロブロックのビデオデータを得るためのマーク付けをする、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記マクロブロックにマーク付けをする段階が：前記データ・マクロブロックのアドレス情報を前記ビデオデータ・ストリームのコードに加えることを含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記各データブロックのうちあるデータブロックに対応する冪差の値が前記所定の参照値より大きい場合には、前記データ・マクロブロックをエンコードする、請求項４記載の方法。
【請求項８】
前記データ・マクロブロックが４つのデータブロックを含む、請求項１または２記載の方法。
【請求項９】
前記データブロックが輝度ブロックである、請求項１または２記載の方法。
【請求項１０】
前記データブロックが色レベルブロックである、請求項１または２記載の方法。
【請求項１１】
前記所定の参照値が、特定の値として量子化されるデータブロックの冪差の臨界値である、請求項４記載の方法。
【請求項１２】
前記特定の値が0である、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
ビデオデータ・ストリームをエンコードする装置であって：該ビデオデータ・ストリームはエンコード対象の少なくとも一つの単位を有しており、該エンコード対象の単位は少なくとも一つのデータブロックを有しており、当該装置は：
前記エンコード対象の単位の各データブロックと、参照単位における対応するアドレスをもつ参照データブロックとの間の差を比較する比較手段と；
各データブロックに対応する前記の差が所定の条件を満たすかどうかを判定し、それにより前記エンコード対象の単位がエンコードされるべきであるかどうかを判定する判定手段とを有する装置。
【請求項１４】
前記エンコード対象の単位がデータ・マクロブロックを含み、前記参照単位は参照データ・マクロブロックである、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
前記冪差が冪差の値を含み、前記所定の条件が所定の参照値を含む、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
各データブロックに対応する冪差の前記値が前記所定の参照値より小さいマクロブロックに、前記参照データ・マクロブロックのビデオデータに基づいた復号により前記マクロブロックのビデオデータを得るようマーク付けするマーク付け手段をさらに有する、
請求項１５記載の装置。
【請求項１７】
あるデータブロックに対応する冪差の前記値が前記所定の参照値より大きいマクロブロックをエンコードする処理手段をさらに有する、
請求項１５または１６記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ符号化に、より特定的にはビデオデータ・ストリームを符号化する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルビデオ技術は通信、コンピュータ、テレビ放送などの分野に広く応用されている。たとえば、ビデオエンコードは、ビデオ会議、ビデオ電話、デジタルテレビおよびメディア記憶において一般的に使用されている。ビデオ処理の分野ではビデオエンコードのためのさまざまな規格がある。ITU-TとISO/IECはビデオエンコードのための規格を確立する二つの機関である。ITU-Tによって設定された規格はH.261、H.263、H.264などを含む。これらは主としてビデオ会議のような瞬時のビデオ通信に適用される。ISO/IECも動画像専門家グループ（moving  picture  experts  group）のための一連の規格を設定しており、それは主としてビデオメディア記憶、テレビ放送ならびにインターネットおよびラジオネットワークにおけるストリームメディアに適用されている。
【０００３】
ビデオ信号が時間的にも空間的にも多くの冗長な情報を有していることはよく知られている。空間的な冗長情報は、フレーム画像における近隣ピクセル間の強い相関を反映する。一方、時間的な冗長情報は、近隣の前後の画像についての画像の強い相関を反映する（たとえば動きのシーケンス）。冗長な情報は大量のビデオデータにつながる。したがって、ビデオデータの量を減らすためには、ビデオデータの冗長な情報を減らすためにさまざまな処理方法が使用される。
【０００４】
一般に、空間方向でビデオ信号の冗長な情報を減らすには、離散コサイン変換（DCT）を用いることができる。そして時間方向でビデオ信号の冗長な情報を減らすには、動き予測および動き補償のアルゴリズムを用いることができる。動き予測から得られる動きベクトルはマクロブロックの動き情報を与える。動き補償からの予測の差は、ビデオ信号の現在フレームと参照フレームとの間の差を与える。
【０００５】
現在フレームをエンコードするとき、一般にマクロブロックが基本的なエンコード単位としてはたらく。マクロブロックはI×Jピクセルのブロックとして定義される。ここで、I×Jは16×16、8×8または4×4などでありうる。一般に、複数の符号化基準のうちで、現在のマクロブロックに最良一致するマクロブロックが、データをエンコードする際の参照マクロブロックとしてみつけられる必要がある。いうところの最良一致とは、二つのマクロブロックの間の差が最小であることを意味する。通常、差の絶対値の最小または二乗平均の最小が一致判定に使われる。
【０００６】
予測誤差および動きベクトルの値が参照マクロブロックと組み合わされて現在のマクロブロックを与えることができる。参照マクロブロックに対して現在のマクロブロックの動きベクトルが0で、DCTから得られる予測誤差も量子化後に0である場合には、現在のマクロブロックをエンコードすることは必要ではなく（これは通常、スキップと呼ばれる）、マクロブロックのアドレス情報を指示するだけでよい。このマクロブロックのデータは、復号手順の際に、参照マクロブロックを用いて復元できる。
【０００７】
マクロブロックをエンコードすべきかどうかを判定するためには、動き予測、動き補償、DCTおよび量子化のように、大量のデータを処理することが必要とされる。これは複雑であり、膨大な計算資源を費消する。
【０００８】
したがって、ビデオデータ・ストリームをエンコードするための方法および装置であって、ビデオデータ・ストリームにおけるマクロブロックがエンコードされるべきかどうかを迅速に決定し、プロセスをより単純にすることのできるものを提供することが望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、従来技術における欠点を克服して計算資源を減らすようにする、ビデオデータ・ストリームをエンコードする方法および装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のある実施形態によれば、ビデオデータ・ストリームをエンコードする方法が提案される。該ビデオデータ・ストリームは、エンコード対象の少なくとも一つの単位を有しており、該エンコード対象の単位は少なくとも一つのデータブロックを有しており、当該方法は：
前記エンコード対象の単位の各データブロックと、参照単位における対応するアドレスをもつ参照データブロックとの間の差を比較する段階と；
各データブロックに対応する前記の差が所定の条件を満たすかどうかを判定し、それにより前記エンコード対象の単位がエンコードされるべきであるかどうかを判定する段階とを有する。
【００１１】
上記の方法において、前記エンコード対象の単位はデータ・マクロブロックを含み、前記参照単位は参照データ・マクロブロックである。前記差は、冪差（a  power  difference）を含み、前記所定の条件は所定の参照値を含む。
【００１２】
上記の方法で、各データブロックに対応する冪差の値が前記所定の参照値より小さい場合には、前記マクロブロックは、参照データ・マクロブロックのビデオデータに基づいた復号により前記マクロブロックのビデオデータを得るよう指示が付けられる。各データブロックのうちあるデータブロックに対応する冪差の値が前記所定の参照値より大きい場合には、前記データ・マクロブロックはエンコードされる。
【００１３】
本発明のある実施形態によれば、ビデオデータ・ストリームをエンコードする装置が提案される。該ビデオデータ・ストリームは、エンコード対象の少なくとも一つの単位を有しており、該エンコード対象の単位は少なくとも一つのデータブロックを有しており、当該装置は：
前記エンコード対象の単位の各データブロックと、参照単位における対応するアドレスをもつ参照データブロックとの間の差を比較する比較手段と；
各データブロックに対応する前記の差が所定の条件を満たすかどうかを判定し、それにより前記エンコード対象の単位がエンコードされるべきであるかどうかを判定する判定手段とを有する。
【００１４】
上記の装置において、前記エンコード対象の単位はデータ・マクロブロックを含み、前記差は冪差の値を含み、前記所定の条件は所定の参照値を含む。
【００１５】
上記の装置であって、さらに：
各データブロックに対応する冪差の値が前記所定の参照値より小さいマクロブロックは、参照データ・マクロブロックのビデオデータに基づいた復号により前記マクロブロックのビデオデータを得るよう指示する指示手段を有する。
【００１６】
前記装置であって、さらに：あるデータブロックに対応する冪差の値が前記所定の参照値より大きいデータ・マクロブロックをエンコードするエンコード手段を有する。
【００１７】
本発明によれば、以下のステップによってマクロブロックをエンコードする必要があるかどうかが判定できる。すなわち：マクロブロックの各データブロックと、参照ブロックにおける対応するアドレスをもつ参照データブロックとの間の冪差を比較する段階と；前記の冪差のそれぞれを所定の参照値と比較する段階とを有する。上記の方法については、動き予測、動き補償またはその他のプロセスは必要とされない。これは、マクロブロックがエンコードされるべきかどうかを判定する手順を大幅に単純化し、システム資源を大幅に減らす。
【００１８】
本発明の他の目的および利点は、付属の図面と併せた以下の記述および請求項の内容を通じて明らかになり、理解されるであろう。
【００１９】
以下では、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しつつ説明する。
【００２０】
図面において、同じ参照符号は同じまたは同様の構成要素を表す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明の精神は次のとおりである。マクロブロック中の各データブロックの冪と参照マクロブロックにおける対応するアドレスをもつデータブロックの冪との間の差がある参照値より小さい場合には、そのマクロブロックは、エンコードすることなく、参照マクロブロックに基づいた復号によって復元できる。このようにして、動き予測、動き補償などなしに、マクロブロックをエンコードする必要があるかどうかを判断できる。したがって、マクロブロックがエンコードされるべきかどうかを判定する手順が著しく単純化され、それによりシステム資源が節約される。
【００２２】
図１は、本発明のある実施形態に基づく、ビデオデータ・ストリームをエンコードする方法のフローチャートである。まず、ステップＳ１１で、ビデオ信号の現在のフレームが16×16ピクセルの複数のマクロブロックに分割される。各マクロブロックは8×8ピクセルの４つの輝度ブロックを含む。
【００２３】
当業者は、本出願がこれに限定されるべきではないことを理解するはずである。本発明は、現在フレームが8×8ピクセルまたは4×4ピクセルなどの複数のマクロブロックに分割され、各マクロブロックがI×Jピクセルの複数の輝度ブロックを含む状況にも適用される。さらに、ビデオデータは輝度成分、色レベル成分などを含むので、マクロブロックも複数の色レベルブロックなどを含む。
【００２４】
簡単化のため、以下の記述は、ビデオ信号の現在フレームが16×16ピクセルの複数のマクロブロックに分割され、各マクロブロックが8×8ピクセルの４つの輝度ブロックを含むということを前提とする。
【００２５】
次いで、ステップＳ１２では、参照マクロブロックにおける各輝度ブロックと、現在マクロブロックにおける対応するアドレスをもつ輝度ブロックとの間の冪誤差が比較される。すなわち、同じ位置で0の動きベクトルをもつ輝度ブロックの間の冪誤差ekである。
【００２６】
上記の冪誤差についての公式は次のとおり：
【００２７】
【数１】
2008526151.tif 000003
ここで、fc,k(x,y)は現在フレームのあるマクロブロックにおけるk番目の輝度ブロックの輝度の標本値を表し、fp,k(x,y)は参照フレームにおける同じ位置でのk番目の輝度ブロックの輝度の標本値を表す。
【００２８】
次いで、ステップＳ１３で、現在フレームにおける現在のマクロブロックがエンコードされるべきかどうかが、ステップＳ１２での比較結果から得られた結果に基づいて決定される。
【００２９】
DCTは、冪を保存する性質のある一種のユニット変換であり、すなわち：
【００３０】
【数２】
2008526151.tif 000004
ここで、Eは8×8ピクセルのブロックの冪、f(x,y)はピクセルの輝度値、F(u,v)は対応するDCT領域の係数値である。
【００３１】
たとえばMPEG4の基準では、量子化は次式で実現できる：
F′(u,v)＝F(u,v)/2Q  （整数除算）          (3)
ここで、F′(u,v)は量子化された離散DCT係数、F(u,v)は量子化前の離散DCT係数、Qは量子化パラメータである。
【００３２】
式(2)から、F(u,v)が√Eより大きくないことが明らかであることが見て取れる。√E＜2Q、すなわちE＜4Q2であれば、このブロックのすべてのDCT係数は2Qより小さく、これらの係数は0に量子化される。
【００３３】
MPEG4などの規格により、上記の現在フレームのマクロブロックと参照フレームのマクロブロックとの間の輝度誤差が量子化され、エンコードされることができるのは、DCT後のみである。したがって、ステップＳ１３において、ek＜2Q（k＝1,2,3,4）であれば、すなわち、輝度の冪の誤差それぞれが2Qより小さければ、現在マクロブロックと参照マクロブロックとの間の差は小さいと考えられる。よって、現在のマクロブロックをエンコードすることは必要ないと判定される。このマクロブロックは指示が付けられる（たとえば、アドレス情報の指示など）。すると、このマクロブロックのデータは、参照マクロブロックのビデオデータに基づく復号によって得ることができる。次いで、フローはステップＳ１４に進む。ステップＳ１４では、このマクロブロックのアドレス情報が、エンコードなしおよび参照マクロブロックに基づくビデオデータ復元の指示として、ビデオデータのビットストリームに加えられる。
【００３４】
上記の条件を満たせない場合は、現在のマクロブロックはエンコードする必要があると判定される。するとフローはステップＳ１５に進み、ここでこのマクロブロックは動き推定および動き補償、DCTなどといったさらなる処理をされる。
【００３５】
上記の方法により、動き予測、動き補償およびその他のプロセスなしに、マクロブロックがエンコードされるべきかどうかが判定できる。これはシステム資源を大幅に節約する。その上、マクロブロックがエンコードされるべきかどうかを判断する上記の方法は、データブロックが符号化されるべきかどうかについての他の決定にも適用されうる。さらに、比較の対象として使えるのは冪だけではない。実際、エンコード単位がその参照単位に関してエンコードされるべきかどうかは、二つの単位の間の類似の度合いを反映するその他のパラメータまたは条件、たとえば情報の量などによって決定されることもできる。
【００３６】
図２は、本発明のある実施形態に基づく、ビデオデータ・ストリームを符号化する装置のブロック図である。図２に示されるように、ビデオデータ・ストリームをエンコードする装置２０は、ビデオ信号の現在フレームを16×16ピクセルの複数のマクロブロックに分割する分割手段２１を有している。各マクロブロックは8×8ピクセルの４つの輝度ブロックを含む。
【００３７】
当業者は、本出願がこれに限定されるべきではないことを理解するはずである。当業者は、本発明が、現在フレームが8×8ピクセルまたは4×4ピクセルなどの複数のマクロブロックに分割され、各マクロブロックがI×Jピクセルの複数の輝度ブロックを含む状況にも適用されることを理解するはずである。さらに、本発明におけるマクロブロックは複数の色レベルブロックを含んでいてもよい。
【００３８】
簡単化のため、以下の記述は、ビデオ信号の現在フレームが16×16ピクセルの複数のマクロブロックに分割され、各マクロブロックが8×8ピクセルの４つの輝度ブロックを含むということを前提とする。
【００３９】
装置２０はまた、参照マクロブロックにおける各輝度ブロックと、現在マクロブロックにおける対応するアドレスをもつ輝度ブロックとの間の冪誤差を比較する比較手段２２を有する。すなわち、対応するアドレスをもつ輝度ブロックどうしの間の冪誤差ekである。ekの計算公式は式(1)に示されている。
【００４０】
装置２０はまた、マクロブロックがエンコードされるべきかどうかを、比較手段２２によって決定された冪誤差と所定の参照値とに基づいて判定する判定手段２３を有する。
【００４１】
ek＜2Q（k＝1,2,3,4）であれば、すなわち、輝度の冪の各誤差が2Qより小さければ、現在のマクロブロックをエンコードすることは必要ないと判定される。そうでなければ、このマクロブロックはエンコードすると決定される。
【００４２】
マクロブロックがエンコードされるかどうかを判定する方法については上述してあることに気づかれるはずである。よって詳細な記述はここでは省略する。
【００４３】
装置２０はまた、各データブロックに対応する冪差が前記所定の参照値より小さいマクロブロックに、そのマクロブロックのビデオデータを参照データ・マクロブロックのビデオデータに基づく復号によって得るよう指示を付ける。決定された符号化されないマクロブロックに指示を付けるためにはさまざまな方法を使うことができる。マクロブロックのアドレス情報に従った指示を付けるなどである。
【００４４】
装置２０はまた、エンコードされると決定されたマクロブロックに、その後、動き推定および動き補償、DCT、量子化、再配列（rearrangement）、IDCT、再構築（rebuilt）ならびにエントロピー符号化などといった処理をする処理手段２５を有する。
【００４５】
本発明に基づく、ビデオデータ・ストリームをエンコードする方法および装置は、たとえばMPEG2、MPEG4などの基準に基づくビデオエンコードの手順に適用できる。したがって、たとえばMPEG2、MPEG4などのビデオエンコード基準を用いたブルーレイ・ディスクにおけるビデオエンコードの手順に適用できる。
【００４６】
上記より、以上の実施形態は輝度ブロックについて記載された。当業者は、マクロブロックがエンコードされるかどうかを判定するために、色レベルブロックを、あるいは色レベルブロックと輝度ブロックの両方を使うこともできることを理解するはずである。簡単化のため、これらの詳細な記述はここでは省略する。
【００４７】
本発明について好ましい実施形態を参照しつつ記載してきたが、以上の記載に基づいて、当業者には数多くの代替、修正および変形が明らかである。したがって、本発明は、付属の請求項の概念および範囲内にはいる限り、そのようなすべての代替、修正および変形を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明のある実施形態に基づく、ビデオデータ・ストリームをエンコードする方法のフローチャートである。
【図２】本発明のある実施形態に基づく、ビデオデータ・ストリームをエンコードする装置のブロック図である。
【符号の説明】
【００４９】
Ｓ１１  ビデオ信号を分割
Ｓ１２  マクロブロックの各データブロックと、参照マクロブロックの対応する位置にある参照データブロックとの間の冪差を比較
Ｓ１３  それぞれの差が所定の参照値より小さいか？
Ｓ１４  マクロブロックを、そのマクロブロックのデータを参照マクロブロックのデータに基づく復号によって得るためにマーク付け
Ｓ１５  マクロブロックをエンコード
２１  分割手段
２２  比較手段
２３  判定手段
２４  マーク付け手段
２５  処理手段
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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2008526151.tif 000008