JPH07327231A - 圧縮ビデオ・ビットストリーム合成のシステムおよび方法 - Google Patents

圧縮ビデオ・ビットストリーム合成のシステムおよび方法

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 動的３次元モデルから圧縮ビデオ・ビットス
トリームを合成する有効なハイブリッド・システムを提
供する。 【構成】 このビデオ・ビットストリームは適時に連続
する複数の画像フレームからできている画像シーケンス
を表し、各画像フレームは領域の集まりに分割されてい
る。動きベクトルは現画像フレーム内の各領域に生成さ
れこれがその動的３次元モデルを表す。この生成動きベ
クトルに基づき各領域に対し予測エラーを計算する。連
続画像フレームの各領域で行う符号化タイプをこの予測
エラー値に基づき求める。この連続画像フレームの各領
域はその決定符号化タイプで表示されるよう符号化す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はビデオ画像を生成するコ
ンピュータ・グラフィックス・システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】コンピュータ・アニメーションとは、変
化する画像シーケンスの生成と操作にコンピュータが支
援する利用の場合を指す用語である。コンピュータ・ア
ニメーションは、産業、科学、製造、娯楽、広告、教育
など広範囲に利用されている。コンピュータ・アニメー
ションの利用例に、例えば、コピュータ支援設計（ＣＡ
Ｄ）、フライト・シミュレーション、ビデオ・ゲームを
挙げることができる。例えば、コンピュータ・ワークス
テーション、フライト・シミュレータ、また他の種類の
ビデオ・システムのような高機能対話グラフィックス・
システムでは、アニメーションにする３次元シーンを現
実感のある２次元画像に生成するためには複雑な３次元
レンダリング・プログラムが必要である。
【０００３】レンダリング・プログラムの基本的タスク
は、３次元幾何モデル、ただしこれは物体のコピュータ
表現として蓄積されているものであるが、これをコンピ
ュータ・ディスプレイに表示できる２次元画像に変換す
ることである。画像要素の相対的位置がその視聴者に立
体遠近感のパースペクティブを生成し、３次元の外観を
生じさせる。連続する２次元画像フレームがその再生シ
ーン内に動きの錯覚を起こさせる。これら２次元の画像
はそのユーザによる対話が必要な利用の場合にも使用さ
れることが多い。これら対話利用の場合には即時応答性
のあるコンピュータ・アニメーションが非常に望ましい
ことが多い。例えば、対話テレビジョン・システムの出
現により次の要望が生まれた。その加入者がこのシステ
ムまたはこのシステムへの他の加入者と対話ができるよ
うな、例えば、ビデオ・ゲームのようなサービス提供の
要望が生じた。
【０００４】このシステムと各加入者は他の加入者と独
立して対話ができるので、その生成画像シーケンスから
の各加入者の立体遠近感のパースペクティブは異なるも
のとなる。この加入者のパースペクティブは下記のよう
な要因により左右されることが可能である。それは、例
えば、加入者が見る位置や方向、その画像が表示される
スクリーンのタイプ、その画像により描画されるアクシ
ョンの程度、加入者がその特定の利用の場合に対話する
加入者の数である。そういうものであるため、その画像
の特定の加入者のパースペクティブを精度よく表すビデ
オ信号の個別の集まりを各加入者に対し生成する必要が
ある。現在の技術で、ビデオ信号の各集まりを生成する
ようグラフィックス・ジェネレータや別個のビデオ符号
器を使用することは可能である。
【０００５】ところが各加入者に各加入者自身のグラフ
ィックス・ジェネレータやビデオ符号器を設ける場合の
コストは経済的に魅力あるものではない。さらに他の問
題としてこのシステムの待ち時間がある。待ち時間と
は、ひとたびこのユーザの入力を受信してしまってから
その所望ビデオ信号をそのシステムが表示を開始するに
要する時間を指す。待ち時間の生ずるのは、そのビデオ
符号器が行う機能、例えば、動き近似、予測エラー計
算、バッファ・サイズ要求などによるためであり、これ
がその３次元モデルの画像を符号化するのに要する時間
量の大きい割合を占めている。もしこの待ち時間が大き
過ぎると、即時応答は不可能となる。以上のことから下
記課題の待ち時間の短縮とコストの削減が所望されてい
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】各加入者に対し別個の
グラフィックス・ジェネレータとビデオ符号器を必要と
せずコストが削減され待ち時間が短縮された圧縮ビデオ
信号生成対話システムが所望されている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は以下に説明する
ような前記課題を解決する対話システムを提供しこの技
術分野の技術的進歩を遂げる。本発明では次のことを認
めた。それは、グラフィックス・ジェネレータが通常行
うレンダリング機能のいくつかとビデオ符号器が通常行
う符号化機能を下記のハイブリッド・システムに結合で
きることを認めた。このハイブリッド・システムは、圧
縮ビデオ信号を生成するために要する画像フレームのレ
ンダリング時に情報を計算し符号化できるようなハイブ
リッド・システムである。本発明では、動的３次元モデ
ルから圧縮ビデオ・ビットストリームを合成する圧縮ビ
デオ・ビットストリーム合成ハイブリッド・システムを
実現した。
【０００８】このビデオ・ビットストリームは、適時に
連続する複数の画像フレームからできている画像シーケ
ンスを表し、各画像フレームは領域の集まりに分割され
ている。動きベクトルをその動的３次元モデルを表す現
画像フレーム内の各領域に対し生成する。この生成動き
ベクトルに基づき各領域に対し予測エラーを計算する。
この予測エラー値に基づき連続する画像フレームの各領
域で行う符号化タイプを決定する。この決定符号化タイ
プにより示されるようこの連続画像フレームの各領域を
符号化する。この領域のレンダリング時に画像フレーム
内の各領域で行うビデオ符号化タイプを求めることによ
り、このシステムの待ち時間を大きく短縮する。
【０００９】実施する符号化タイプを求めるために用い
るビデオ符号器が通常行う近似法は計算が集中してい
る。これらの計算がここではそのレンダリング・プロセ
スの一部であるため、このオーバオール・システムでは
待ち時間が短縮され、さらに重要なことは、またこのオ
バーオール・システムのハードウェアの複雑度は減少し
それがこのシステムのコストを削減する。さらにこのハ
イブリッド・システムにより、各視聴者のスクリーン上
に３次元シーンの画像を遠隔でも生成できるような集中
対話グラフィックス・システムの生成が可能である。ま
たこの集中対話グラフィックス・システムによりそのハ
ードウェアをすべての加入者間でタイムシェアリングす
ることによりコストが削減される。
【００１０】
【実施例】本発明の実施例として図１にビデオ・システ
ム１０の概略を示す。ここで複数のディスプレイ装置、
例えば、テレビジョン受信機１２がケーブル１６により
ネットワーク１４に結合する。テレビジョン・セットの
セットトップ・ボックス（図示せず）が各テレビジョン
１２に伴われていてこのネットワーク１４を介して命令
を送受信する。さらに集中対話グラフィックス・システ
ム（ＣＩＧＳ）１８がネットワーク１４に対応して設け
られこれがコンピュータ・グラフィックスを生成するこ
とができる。動作で説明すると、加入者から、例えば、
ビデオ・ゲームのような対話グラフィックス・サービス
を含むサービスに対する要求が入力しこの入力要求をネ
ットワーク１４が処理する。このネットワーク１４はＣ
ＧＩＳ１８からその要求ビデオ・ゲームを検索する。こ
のビデオ・ゲームは、ケーブル１６でこのビデオ・ゲー
ムを要求する加入者のテレビジョン受信機１２に付随す
るセットトップ・ボックスに送信される。
【００１１】各加入者のテレビジョン受信機１２に付随
する、例えば、エア・マウスのような入力装置２４は、
このビデオ・ゲームの進行についてそのネットワーク１
４へ命令を送る。図２にＣＩＧＳ１８をさらに詳しく示
す。マルチユーザ・ゲームでは、共通データベース２２
５がこれらユーザにより共用され、このデータベース２
２５への変更は各ユーザによりこの共通データベース２
２５に組込まれる。このビユー独立処理は、各ユーザに
対し別個のデータベースを更新する場合と異なり対照的
にコスト削減と待ち時間短縮を行うためこれらユーザ間
で共用する。ＣＩＧＳ１８には、各ユーザに対しビデオ
符号器バックエンド２１５とハイブリッド・レンダリン
グ・エンジン２１０とグラフィックス・エンジン・フロ
ントエンド２０５がある。
【００１２】このグラフィックス・エンジン・フロント
エンド２０５は特定の３次元シーンを生起させるのに要
するデータ構造を生成する。各データ構造には、点、
線、ポリゴンおよび３次元固体により規定した物体で、
この物体を数学的に記述したグループがある。従来周知
の方法を用いて、各物体の形状、テクスチャおよび色値
に関する詳細もまた規定することができる。次に各物体
をその３次元シーンにある他の物体に対し行列で規定す
るが、この行列には回転、拡大縮小、剪断および並進に
関する情報がある。このグラフィックス・エンジン・フ
ロントエンド２０５により行われるプロセスは、例え
ば、下記に記載があり参照のこと。“Computer Graphic
s: Principles and Practice”、James D.Foley,ら、Ad
dsion Wesley（1990）である。
【００１３】このハイブリッド・レンダリング・エンジ
ン２１０は、その３次元物体に条件付きレンダリングを
行う、つまり３次元物体を表すデータを２次元画像を表
すデータに変換を行う。この２次元画像は、アニメーシ
ョンになる３次元シーンを表す複数の連続画像フレーム
からできている画像シーケンスに組込まれる。隣接する
画像フレームでは相関性が高く、というのは１個のフレ
ーム時間の間に物体の位置やカメラの位置の変化は僅か
であるためである。各画像フレームは複数のサブユニッ
トまたは画素からできている。また各画像フレームは複
数の画像ブロックに分割されており、この画像ブロック
は所定数の画素、例えば、１６×１６画素を含む。
【００１４】動きベクトルは各画像ブロックに対し生成
されるが、これはその現画像ブロックに示される物体の
画像に対し動きの投影方向を表ししたがって後の画像フ
レームにおけるその物体の画像の位置を予測する。また
各領域に関係付けられた空間周波数エネルギーを規定す
るテクスチャ複雑度が求められる。各画像ブロックに対
しこの動きベクトルとテクスチャ複雑度を用いて連続画
像フレームにおいて累積する予測エラーを計算する。以
下に詳述するように、この予測エラーを用いて連続画像
フレームの各画像ブロックで行う符号化タイプを求め
る。このハイブリッド・レンダリング・エンジン２１０
が連続画像ブロックで行う符号化タイプを決めてしまう
と、この決定をそのビデオ符号器バックエンド２１５へ
送りこれがその動きベクトルまたは画像ブロックを符号
化し、この符号化動きベクトルまたは画像ブロックを図
１のそのテレビジョン受信機１２へ送信する。
【００１５】図２のシステムのアーキテクチャには図１
０に示すような汎用と専用のプロセッサがある。並列汎
用プロセッサを用いてモデル変換、動きベクトル、符号
化モード決定およびレート制御パラメタを計算する。高
速専用プロセッサまたはＡＳＩＣを用いてテクスチャ・
ポリゴン表現の走査変換、ＤＣＴ、ＤＣＴ係数量子化と
可変長符号化、さらにその符号化ビデオのデータ・フォ
ーマット化を行う。これら専用処理は、汎用マルチプロ
セッサ・ホストコンピュータ１０１０のシステム・バス
に依存の配置にし別個のディジタル・ビデオ・インタフ
ェースを走査変換器１０１５とビデオ符号器１０２０間
に設けて行うことができる。図３と図４を参照しこのハ
イブリッド・レンダリング・エンジン２１０を次にさら
に詳しく説明する。
【００１６】低解像度レンダリング３０５をこの３次元
物体に行うが、これにはパースペクティブ変換をこの３
次元物体に適用しこの物体は次のように一連の数学的変
換を受ける。このパースペクティブ変換では、この物体
を空間的にその聴視者に対し配向し、この物体をその適
当な大きさに倍率調整し、遠近の奥行を短縮するパース
ペクティブ・フォアショートニングを調整し、およびこ
の物体をその所望のディスプレイ・ボリュームにクリッ
プする（ステップ４１０）。さらにこのパースペクティ
ブ変換には、色とテクスチャをシミュレートする表面デ
ィテールがあり、さらにシェーディング・デテールがあ
って光反射をシミュレートする。これらの変換を行っ
て、各物体に対しマッピング規定を導き出し２次元画像
を作成する。
【００１７】一般的に、各物体は、ある画像フレームで
規定されているのであるが、これは個別の点の集まりか
らできており、各点はｘ、ｙ、ｚの座標を有する。各画
像シーケンスは連続画像フレームにおける物体の動きを
表す。各連続画像フレームを生成する前に、現画像フレ
ームに含まれる各物体の位置についての時間的フレーム
間相関３１０をその前の画像フレームのその位置に対し
求める（ステップ４１５）。この時間的相関は、その各
物体の動きとその物体のフレーム間可視度により求め
る。この時間的相関から得た情報は次に詳述する符号化
決定３１５に対し用いられる。物体のフレーム間可視度
は、その画像フレーム内の１個以上の物体の画像のｘ、
ｙ座標位置のオーバラップの存否にまず左右される。
【００１８】もしこのｘ、ｙ座標のオーバラップがある
と、例えば、各物体の画像に対するｚ座標位置を考慮し
その各物体の画像の可視度を決める。画像空間表示では
このｚ座標は奥行の深度に対応する。ｚ座標が大きい、
つまり深度が大きい物体の画像は、もしその画像がｘ、
ｙ座標でオーバラップを有する場合には、ｚ座標が小さ
い物体の画像により見えにくく隠されてしまう。このよ
うな場合には、ｚ座標が小さい物体の画像は他の物体の
画像を少なくとも部分的に見えぬよう隠しブロックして
しまう。または、これら物体を優先度の高低の配列に描
画することができ、ここで高優先度の物体は低優先度の
物体の上に描画することになる。一般的に、高優先度の
物体は“近い”物体を表し、低優先度の物体は“遠い”
物体を表す。この状態を図５に示す。
【００１９】図５では、画像フレーム５１５内に表示す
る２個の物体５０５、５１０の画像を示す。画像５１０
の一部は破線で表されこれは画像５１０は画像５０５に
より部分的に遮られ見えにくく隠されていることを示
す。またこの破線は画像５０５と画像５１０の両者は同
じｘ、ｙ座標をその規定エリア内に有するが、画像５１
０は画像５０５よりｚ座標がより大きいことを示す。図
６では、２個の連続する画像フレーム６１０、６１５に
おいてある物体の画像６０５の動きを示す。行列Ｍt1を
用いて時間ｔ＝１の第１の画像フレーム６１０における
画像６０５の位置を表す。第２の行列Ｍt2を用いて時間
ｔ＝２の第２の画像フレーム６１５における画像６０５
の位置を表す。
【００２０】各行列は回転、直線移動、拡大縮小および
剪断についての原物体の変換を規定する。第２の画像フ
レーム６１５における画像６０５の表点６２０は第１の
画像フレーム６１０におけるそのフレーム位置に相関対
応付けられる。この表点６２０がその第１の画像フレー
ム６１０の同じ対応フレーム位置にあるのかその正否を
次式を用いて決める。
【数１】
【００２１】フレーム間可視度は時間的相関を決める際
に重要な要素である。Ｐt1に付随するＩＤナンバがＰt2
に付随するＩＤナンバに等しい場合にフレーム間可視度
を確認する。表点６２０が同じでそれにより物体６０５
の動きを表す場合、ｘ、ｙ座標位置における差を求め
る。画像フレーム６１５に含まれる多数の表点の画像フ
レーム６１０に含まれる対応する表点に対する時間的相
関を同様に求める。もしある物体の画像の一部が原画像
フレームでは可視であるがその前の画像フレームでは遮
られ見えなかった場合には、この表点の時間的相関は規
定されない。このような場合には、この画像のその部分
を表す画素を可視エラーを回避するためその原３次元モ
デルから直ちに合成する必要がある。
【００２２】ところが、ある物体の画像が現画像フレー
ムとその前の画像フレームの両者で共に可視である場合
には、後の画像フレームにおけるこの画像の動きは動き
ベクトルを用いて近似することができる（ステップ４２
０）。この画像の各表点に対し時間的相関から動きベク
トルを生成することができる。この動きベクトルにより
後の画像フレームにおける動きの方向とレートを近似す
る。モデル動きベクトルはある画像フレームに対しその
ブロックに含まれる多数の画素をサンプリングして各画
像ブロックに対して生成する。この画像ブロックは、例
えば、１６×１６画素のブロックである。
【００２３】このモデル動きベクトルがその画像ブロッ
クは均一領域であることを示す場合、つまりこのモデル
動きベクトルが一般的に同一方向を指す場合には、この
モデル動きベクトルを平均しその支配的ベクトル、これ
はまたブロックベース動きベクトルとも呼ばれるが、こ
れを用いてそのブロックを表す。各ブロックにおいてサ
ンプリングする画素数は、計算効率とブロックベース動
きベクトルの精度とを考慮しその両者のバランスにより
求める。図７に示すように、画像ブロック７０５に対す
るモデル動きベクトル７２０がこの画像ブロック７０５
は２個以上の均一領域７１０、７１５を含むことを示す
場合、次の関係式を用いて各領域７１０、７１５の大き
さおよび各領域７１０、７１５におけるテクスチャ複雑
度に基づきこのモデル動きベクトル７２０を重み付けす
る。
【００２４】
【数２】
【００２５】各領域７１０、７１５に対しこのモデル動
きベクトル７２０を平均して領域動きベクトル７２５、
７３０を得る。各領域動きべクトル７２５、７３０に対
し前記（２）式を用いてスコアＳrを得る。この最高ス
コアを受けるこの１６×１６ブロック内の領域動きベク
トルをそのブロックベース動きベクトル７４０と決め
る。この画像ブロックに含まれる各画像ブロックに対し
そのブロックベース動きベクトルを生成してしまうと、
このブロックベース動きベクトル・エラーから各画像ブ
ロックに対し予測エラーを計算する（図４のステップ４
２５）。各画像ブロックに対しその予測エラーは次の関
係式により計算する。
【００２６】
【数３】 代表例で図８に示すように、現画像フレームに対する画
像ブロックは前の画像フレームの４個の画像ブロックと
オーバラップする。現画像ブロック８１０は前の画像ブ
ロック８１５、８２０、８２５、８３０とオーバラップ
する。
【００２７】現画像ブロック８１０に対する累積予測エ
ラーを求めるため、重みｗ1を前の画像ブロック８１５
とオーバラップする現画像ブロック８１０のその関係部
分と対応付けし、同様に重みｗ2、ｗ3およびｗ4をそれ
ぞれ前画像ブロック８２０、８２５、８３０とオーバラ
ップする現画像ブロック８１０のその関係部分と対応付
けする。各前画像ブロック８１５、８２０、８２５、８
３０に対し計算した予測エラーｐ1、ｐ2、ｐ3、ｐ4をそ
れぞれの重み付けの乗算を行い現画像ブロックに対する
予測エラーを次式のように求める。
【数４】 この現画像フレームにおける画像ブロック８１０に対す
る全予測エラーはＰiとＰＥbの合計である。
【００２８】連続する画像フレームが生成するにしたが
って、各画像ブロックに対する予測エラーを累積する。
ある画像に対するこの累積予測エラーが所定の閾値以下
である場合、この画像ブロックに対するブロックベース
動きベクトルをその図２のビデオ符号器バックエンド２
１５へ送信し、これが後述のようにこのブロックベース
動きベクトルからその画像ブロックを構築する（図４の
ステップ４４０）。この累積予測エラーがその所定の閾
値以上である場合、その次の画像ブロックがそのビデオ
符号器バックエンド２１５により生成され、これがその
画像ブロックを後述のように符号化する（ステップ４３
５）。この場合には、その次の画像フレームにおける予
測エラーを累積するためこの画像ブロックに対する予測
エラーをゼロにセットする。
【００２９】好ましい実施態様で説明すると、例えば、
このビデオ符号器バックエンド２１５は、下記のビデオ
・ドラフト・エディティング委員会の９３年１１月と９
１年１１月の報告に記載の周知のＭＰＥＧ（動画像音声
符号化）標準に従う。この報告は、Video Draft Editin
g Commitee,“Generic Coding of Moving Pictures and
Associated Audio,”Recommendation H.262, ISO/IEC1
3818-2, Committee Draft for Video, Seoul, Nov. 199
3 および“ISO CD 11172-2:Coding of MovingPictures
and Assiciated Audio for Digital Storage Media at
up to about 1.5 Mbits/s,”Nov. 1991 である。このＭ
ＰＥＧ標準の符号化方式は下記との組合せのブロック内
とブロック間の両者の符号化方式を含む予測符号化を取
り入れる方式である。その組合わせるものには、離散コ
サイン変換、適応係数量子化、ランレングス符号化およ
び統計またはハフマン符号化がある。
【００３０】ブロック内符号化では時間的予測（動き補
償）を用いないでその現画像フレームに含まれる情報を
用いるのみで所定の画像ブロックを符号化する。またフ
レーム間符号化では、例えば、現ソース・ブロックと前
のブロックから予測したブロックとの情報間の差から符
号化ブロック・データを生成する。このＭＰＥＧ標準で
は、基本的に２種のプロセスのブロック間符号化方式を
用いる。この第１のプロセスでは、その現ブロックと前
のブロックから“Ｐ”ブロックと呼ぶ予測ブロックを展
開する。この第２のプロセスでは、その現ブロックと前
または後のブロックから“Ｂ”ブロックと呼ぶ双方向予
測ブロックを展開する。ブロック内符号化したブロック
を“Ｉ”ブロックと呼ぶ。さらに本発明ではこの発明の
範囲と精神に反することなく、このビデオ符号器バック
エンド２１５に他のタイプの予測符号化方式を用いるこ
とも可能である。
【００３１】本発明では、このＭＰＥＧ符号化をブロッ
ク毎のブロック・ベ−スで決めるが、ここでは各ブロッ
クは１６×１６画素の大きさである。以上のように、Ｉ
ブロック、ＰブロックおよびＢブロックは、そのグラフ
ィックス・ジェネレータの予測エラー決定に基づき生成
することができる。この累積予測エラ−が前述のように
その閾値以下の範囲に入る場合には、その現ブロックは
ブロックベース動きベクトルを用いてその前のフレーム
からコピーする。Ｂブロックの場合には、この動きベク
トルはその前の過去のフレームまたはこれから後の将来
のフレームを参照するかもしくはその両方を平均して参
照することができる。したがって、このビデオ符号器バ
ックエンド２１５はその送信された動きベクトルに基づ
きＰブロックかまたはＢブロックを生成する。
【００３２】この累積予測エラーがその閾値以上の場合
には、このビデオ符号器バックエンドはＩブロックを生
成し、その累積予測エラーをゼロにセットする。Ｉブロ
ックを生成するレートは、そのレンダラの容量によりま
た符号化ビデオの伝送を考慮に入れた最大ビットレート
により限定される。代表例として、このＩブロック・レ
ートはフレーム時間の間周期的にモニタし、目標Ｉブロ
ック・レートを得るためそのＰＥ（予測エラー）閾値を
調節する。このＩブロック・レートと閾値は、その符号
化ビデオ・バッファがいっぱいになり過ぎるならばさら
にそれぞれ上下に調節する。図９に図２のビデオ符号器
バックエンド２１５をさらに詳しく示す。このビデオ符
号器バックエンド２１５は、各画像ブロックに対しその
符号化タイプ決定をいったん決めてしまうと、通常のビ
デオ符号器で行うのと同じ符号化機能を行う。
【００３３】離散コサイン変換（ＤＣＴ）回路９０５は
８×８周波数領域係数の集まりを展開する。適応量子化
器９１０はこの変換した係数を量子化する。フォーマッ
タ９１５はこの生成ＤＣＴ係数の可変長符号化を行いそ
れにより可変長符号化符号語を生成する。次にこの受信
機により復号化を行うためこの符号語をその適当なヘッ
ダ情報によりフォーマットする。またその動きベクトル
情報をこのフォーマッタ９１５が受信する。この符号化
データをビット・バッファ９２０へ送り、これがこの符
号化データをテレビジョン受信機１２へ送る。さらにこ
のビデオ符号器バックエンド２１５の各要素について
は、例えば、ここに引例とする同一譲渡の米国特許第
５，１４４，４２３号、ノーア（Ｋｎａｕｅｒ）ら、１
９９２年９月１日発行、に詳細な記載がある。
【００３４】さらに加えて符号化とレンダリングの高能
率化は、照度またはシェーディングの変化の影響、もし
くは部分的に透明な物体による領域の部分的遮りのオッ
クルージョンの妨げの影響をも近似して追加することが
できる。シェーディングの変化は次の輝度ＤＣＴ係数の
加算または減算により近似することができる。つまり輝
度ＤＣＴ係数の所定のブロックに対する最低位または
０，０ＤＣＴ係数からの加減算で近似する。照度の色の
変化は輝度とクロミナンスの両者の０，０ＤＣＴ係数を
埋め合わせる必要がある。この影響は画素の対応ブロッ
クの平均値を埋め合わせることである。テクスチャのな
い部分的に透明な物体による部分的遮りのオックルージ
ョンの妨げの影響は、輝度とクロミナンスの両者の０，
０ＤＣＴ係数に埋め合わせを加えて近似することができ
る。
【００３５】画像フレーム内の各領域でその領域のレン
ダリング時に行うビデオ符号化タイプを決めブロックベ
ース動きベクトルを用いて予測エラーを計算することに
よりこのシステムの待ち時間は大きく短縮する。実施す
る符号化タイプを決めるために用いるビデオ符号器が従
来用いた近似法では計算が集中する。ところが本発明で
は、これらの計算はそのレンダリング・プロセスの一部
であるため、このオーバオール・システム全体の待ち時
間は短縮し、さらに重要なことには、このオーバオール
・システム全体のハードウェア複雑度が減少し、それが
このシステムのコストを削減する。以上の説明は、本発
明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者で
あれば、本発明の種々の変形例が考え得るが、それらは
いずれも本発明の技術的範囲に包含される。尚、特許請
求の範囲に記載した参照番号は発明の容易なる理解のた
めで、その技術的範囲を制限するよう解釈されるべきで
ない。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明の圧縮ビデオ
・ビットストリーム合成システムを用いることにより、
各加入者に対し別個のグラフィックス・ジェネレータと
ビデオ符号器は必要でなくコストが削減され待ち時間が
短縮された有用な圧縮ビデオ信号を生成できる対話シス
テムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施するビデオ・システムの実施例を
示す略図である。
【図２】図１の集中対話グラフィックス・システムを示
すブロック図である。
【図３】図２のハイブリッド・レンダラ・エンジンを示
すブロック図である。
【図４】図１の集中対話グラフィックス・システムが行
う機能を示す流れ図である。
【図５】１個の画像フレーム内に含まれる２個の物体を
示す図である。
【図６】時間的相関の測定を行う連続ビデオ・フレーム
を示す略図である。
【図７】１組の連続画像ブロックおよびそれに付随する
モデル動きベクトルとブロックベース動きベクトルを示
す図である。
【図８】前画像フレームからの４個の画像ブロックのセ
クション上の現画像ブロックの上重ねを示す図である。
【図９】図１のビデオ・システムのビデオ符号器を示す
ブロック図である。
【図１０】図２の集中対話グラフィックス・システムの
コンピュータ・アーキテクチャを示すブロック図であ
る。
【符号の説明】
１０ ビデオ・システム １２ テレビジョン受信機 １４ ネットワーク １６ ケーブル １８ 集中対話グラフィックス・システム（ＣＩＧＳ） ２４ 入力装置 ２０５ グラフィックス・エンジン・フロントエンド ２１０ ハイブリッド・レンダリング（レンダラ）・エ
ンジン ２１５ ビデオ符号器バックエンド ２２５ 共通データベース ３０５ 低解像度レンダリング ３１０ フレーム間時間的相関 ３１５ 符号化決定 ５０５ （物体）画像 ５１０ （物体）画像 ５１５ 画像フレーム ６０５ 画像 ６１０ 画像フレーム ６１５ 画像フレーム ６２０ 表点 ７０５ 画像ブロック ７１０ 領域 ７１５ 領域 ７２０ モデル動きベクトル ７２５ 領域動きベクトル ７３０ 領域動きベクトル ７４０ ブロックベース動きベクトル ８１０ （現）画像ブロック ８１５ （前）画像ブロック ８２０ （前）画像ブロック ８２５ （前）画像ブロック ８３０ （前）画像ブロック ９０５ 離散コサイン変換（ＤＣＴ）回路 ９１０ 適応量子化器 ９１５ フォーマッタ ９２０ ビット・バッファ １０１０ マルチプロセッサ・ホストコンピュータ １０１５ 走査変換器 １０２０ ビデオ符号器
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０３Ｍ 7/36 8842−5Ｊ Ｇ０６Ｆ 15/66 ３３０ Ｄ (72)発明者 エリク デビッド ペタジャン アメリカ合衆国、07060 ニュージャージ ー、ワッチャング、メイプル ストリート 22

Claims (29)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 動的３次元モデルから圧縮ビデオ・ビッ
    トストリームを合成する圧縮ビデオ・ビットストリーム
    合成方法において、前記ビデオ・ビットストリームは適
    時に連続する複数の画像フレームからできている画像シ
    ーケンスを表し、各画像フレームはオーバラップしない
    で連続する領域の集まりに分割されており、前記画像フ
    レームの各ブロックを予測符号化タイプで表示するよう
    符号化し、 この圧縮ビデオ・ビットストリーム合成方法は、 （Ａ）前記動的３次元モデルを表す現画像フレーム内の
    各領域に対し動きベクトルを生成する動きベクトル生成
    ステップと、 （Ｂ）前記生成動きベクトルに基づき各領域に対し予測
    エラーを計算する予測エラー計算ステップと、 （Ｃ）前記予測エラー値に基づき連続画像フレームの各
    領域で実施する予測符号化タイプを求める予測符号化タ
    イプ決定ステップと、 （Ｄ）前記決定予測符号化タイプで表示するよう前記連
    続画像フレームの各領域を符号化する領域符号化ステッ
    プとからなることを特徴とする圧縮ビデオ・ビットスト
    リーム合成方法。
  2. 【請求項２】 各領域は長方形のブロック（７０５）で
    あり、前記動きベクトル生成ステップ（Ａ）は、 （Ａ１）動的３次元幾何モデルを受信する動的３次元幾
    何モデル受信ステップと、 （Ａ２）前記動的３次元モデルからモデル動きベクトル
    （７２０）を計算するモデル動きベクトル計算ステップ
    と、 （Ａ３）ブロックベース動きベクトル（７４０）を使用
    して前記モデル動きベクトルを近似するブロックベース
    動きベクトル使用ステップとをさらに有することを特徴
    とする請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 前記モデル動きベクトルをディスプレイ
    解像度以下で計算することを特徴とする請求項２の方
    法。
  4. 【請求項４】 前記ブロックベース動きベクトル使用ス
    テップ（Ａ３）は、 前記画像フレームの各ブロック内に含まれる前記モデル
    動きベクトルの加重平均を求める加重平均モデル動きベ
    クトル決定ステップと、 前記加重平均モデル動きベクトルを１個のブロックベー
    ス動きベクトルで表示する単一ブロックベース動きベク
    トル表示ステップとをさらに有することを特徴とする請
    求項３の方法。
  5. 【請求項５】 ブロック内のモデル動きベクトルの加重
    平均はそのブロック内の各均一領域の面積とテクスチャ
    複雑度の関数であることを特徴とする請求項４の方法。
  6. 【請求項６】 前記予測符号化タイプは予測ブロック間
    符号化を含むことを特徴とする請求項２の方法。
  7. 【請求項７】 前記予測ブロック間符号化は双方向であ
    ることを特徴とする請求項６の方法。
  8. 【請求項８】 動的３次元モデルから画像シーケンスを
    合成する画像シーケンス合成システムで、前記画像シー
    ケンスは適時に連続する複数の画像フレームからできて
    おり、各画像フレームは連続する長方形のブロックの集
    まりに分割されているような前記画像シーケンス合成シ
    ステムにおいて、 （Ｅ）動的３次元幾何モデルを受信する動的３次元幾何
    モデル受信手段と、 （Ｆ）前記動的３次元モデルからモデル動きベクトルを
    計算するモデル動きベクトル計算手段と、 （Ｇ）ブロックベース動きベクトルを用いて前記モデル
    動きベクトルを近似するモデル動きベクトル近似手段と
    からなることを特徴とする画像シーケンス合成システ
    ム。
  9. 【請求項９】 前記モデル動きベクトルをディスプレイ
    解像度以下で計算することを特徴とする請求項８のシス
    テム。
  10. 【請求項１０】 前記モデル動きベクトル近似手段
    （Ｇ）は、 （Ｇ１）前記画像フレームの各ブロック内に含まれたモ
    デル動きベクトルの重量平均を求めるモデル動きベクト
    ル加重平均決定手段と、 （Ｇ２）前記加重平均モデル動きベクトルを１個のブロ
    ックベース動きベクトルで表示する単一ブロックベース
    動きベクトル表示手段とをさらに有することを特徴とす
    る請求項９のシステム。
  11. 【請求項１１】 ブロック内のモデル動きベクトルの加
    重平均はそのブロック内の各均一領域の面積とテクスチ
    ャ複雑度の関数であることを特徴とする請求項１０のシ
    ステム。
  12. 【請求項１２】 （Ｈ）各ブロックベース動きベクトル
    に関係付けられた予測エラーを計算する予測エラー計算
    手段と、 （Ｊ）複数の画像フレームにおいて前記予測エラーを累
    積する予測エラー累積手段とをさらに有することを特徴
    とする請求項８のシステム。
  13. 【請求項１３】 前記予測エラー累積手段（Ｊ）は、 （Ｊ１）各ブロックに対し面積加重平均を求める面積加
    重平均決定手段をさらに有することを特徴とする請求項
    １２のシステム。
  14. 【請求項１４】 （Ｊ２）あるブロックの照度の変化を
    その０，０ＤＣＴ係数を調節することにより近似する照
    度変化近似手段をさらに有することを特徴とする請求項
    １３のシステム。
  15. 【請求項１５】 （Ｊ３）部分的に透明でテクスチャの
    ないブロックとのブロックの部分的なオックルージョン
    をその０，０ＤＣＴ係数を調節することにより近似する
    ブロック部分的オックルージョン近似手段をさらに有す
    ることを特徴とする請求項１３のシステム。
  16. 【請求項１６】 各ブロックベース動きベクトルに関係
    付けられた予測エラーを計算する予測エラー計算ステッ
    プと、 複数の画像フレームにおいて前記予測エラーを累積する
    予測エラー累積ステップとをさらに有することを特徴と
    する請求項６の方法。
  17. 【請求項１７】 前記符号化ステップ（Ｄ）は、 （Ｄ１）前記累積予測エラーを閾値と比較する比較ステ
    ップと、 （Ｄ２）特定の累積予測エラーに関係付けられたブロッ
    クをこの特定の累積予測エラーが前記閾値を超過した場
    合に合成する特定ブロック合成ステップとをさらに有す
    ることを特徴とする請求項１６の方法。
  18. 【請求項１８】 （Ｄ３）前記閾値を調節することによ
    りブロック合成レートを制御するブロック合成レート制
    御ステップをさらに有することを特徴とする請求項１７
    の方法。
  19. 【請求項１９】 動的３次元モデルから画像シーケンス
    を合成する画像シーケンス合成方法で、前記画像シーケ
    ンスは適時に連続する複数の画像フレームからできてお
    り、各画像フレームは連続する長方形のブロックの集ま
    りに分割されているような前記画像シーケンス合成方法
    において、 （Ｋ）動的３次元幾何モデルを受信する動的３次元幾何
    モデル受信ステップと、 （Ｌ）前記動的３次元モデルからモデル動きベクトルを
    計算するモデル動きベクトル計算ステップと、 （Ｍ）ブロックベース動きベクトルを用いて前記モデル
    動きベクトルを近似するモデル動きベクトル近似ステッ
    プとからなることを特徴とする画像シーケンス合成方
    法。
  20. 【請求項２０】 前記モデル動きベクトル近似ステップ
    （Ｍ）は、 （Ｍ１）前記画像フレームの各ブロック内に含まれたモ
    デル動きベクトルの加重平均を求めるモデル動きベクト
    ル加重平均決定ステップと、 （Ｍ２）前記加重平均モデル動きベクトルを１個のブロ
    ックベース動きベクトルで表示する単一ブロックベース
    動きベクトル表示ステップとをさらに有することを特徴
    とする請求項１９の方法。
  21. 【請求項２１】 （Ｍ３）各ブロックベース動きベクト
    ルに関係付けられた予測エラーを計算する予測エラー計
    算ステップと、 （Ｍ４）複数の画像フレームにおいて前記予測エラーを
    累積する予測エラー累積ステップとをさらに有すること
    を特徴とする請求項２０の方法。
  22. 【請求項２２】 前記予測エラー累積ステップ（Ｍ４）
    は、各ブロックに対し面積加重平均を求める面積加重平
    均決定ステップをさらに有することを特徴とする請求項
    ２１の方法。
  23. 【請求項２３】 あるブロックの照度の変化をその０，
    ０ＤＣＤ係数を調節することにより近似する照度変化近
    似ステップをさらに有することを特徴とする請求項２２
    の方法。
  24. 【請求項２４】 部分的に透明でテクスチャのないブロ
    ックとのブロックの部分的オックルージョンをその０，
    ０ＤＣＴ係数を調節することにより近似するブロック部
    分的オックルージョン近似ステップをさらに有すること
    を特徴とする請求項２２の方法。
  25. 【請求項２５】 前記予測エラー値に基づき連続画像フ
    レームの各ブロックで実施する予測符号化タイプを求め
    る予測符号化タイプ決定ステップと、 前記決定予測符号化タイプで表示するよう前記連続画像
    フレームの各ブロックを符号化するブロック符号化ステ
    ップとをさらに有することを特徴とする請求項２４の方
    法。
  26. 【請求項２６】 前記累積予測エラーを閾値と比較する
    比較ステップと、 特定の累積予測エラーに関係付けられたブロックをこの
    特定の累積予測エラーが前記閾値を超過する場合に合成
    する特定ブロック合成ステップとをさらに有することを
    特徴とする請求項２５の方法。
  27. 【請求項２７】 前記閾値を調節することによりブロッ
    ク合成レートを制御するブロック合成レート制御ステッ
    プをさらに有することを特徴とする請求項２６の方法。
  28. 【請求項２８】 動的３次元モデルから圧縮ビデオ・ビ
    ットストリームを合成する圧縮ビデオ・ビットストリー
    ム合成方法で、前記ビデオ・ビットストリームは適時に
    連続する複数の画像フレームからできている画像シーケ
    ンスを表し、各画像フレームは連続する長方形のブロッ
    クの集まりに分割されているような前記圧縮ビデオ・ビ
    ットストーム合成方法において、 （Ｎ）動的３次元幾何モデルを受信する動的３次元幾何
    モデル受信ステップと、 （Ｐ）前記動的３次元モデルからモデル動きベクトルを
    計算するモデル動きベクトル計算ステップと、 （Ｑ）ブロックベース動きベクトルを用いてモデル動き
    ベクトルを近似するモデル動きベクトル近似ステップ
    と、 （Ｒ）各ブロックベース動きベクトルに関係付けられた
    予測エラーを計算する予測エラー計算ステップと、 （Ｓ）複数の画像フレームにおいて前記予測エラーを累
    積する予測エラー累積ステップと、 （Ｔ）前記累積予測エラーを閾値と比較する比較ステッ
    プと、 （Ｕ）特定の累積予測エラーに関係付けられたブロック
    をこの特定の累積予測エラーが前記閾値を超過した場合
    に合成する特定ブロック合成ステップと、 （Ｖ）前の画像フレームからのブロックから前記閾値よ
    り小さい特定の累積予測エラーに関係付けられたブロッ
    クを生成するブロック生成ステップと、 （Ｗ）前記合成ブロックをビデオ符号器へ送信する送信
    ステップとからなることを特徴とする圧縮ビデオ・ビッ
    トストリーム合成方法。
  29. 【請求項２９】 （Ｘ）前記閾値を調節することにより
    ブロック合成レートを制御するブロック合成レート制御
    ステップをさらに有すること特徴とする請求項２８の方
    法。
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