JPH11275585A - ビデオ・フレ―ム・シ―ケンスを符号化する方法、システム及びコンピュ―タで使用可能な媒体 - Google Patents

ビデオ・フレ―ム・シ―ケンスを符号化する方法、システム及びコンピュ―タで使用可能な媒体

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JPH11275585A
JPH11275585A JP11005984A JP598499A JPH11275585A JP H11275585 A JPH11275585 A JP H11275585A JP 11005984 A JP11005984 A JP 11005984A JP 598499 A JP598499 A JP 598499A JP H11275585 A JPH11275585 A JP H11275585A
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F Westerman Edward
エドワード・エフ・ウェスターマン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ビデオ・フレーム・シーケンス内のピクチャ変
化アクティビティの関数としてピクチャ群（ＧＯＰ）の
サイズを動的に判定するための方法、システム及びコン
ピュータ・プログラム製品を提供すること。 【解決手段】ビデオ・フレーム・シーケンスの１つ又は
複数のイントラ・フレーム特性に関する画像統計が、現
在のＧＯＰ内で継続するか又は新たなＧＯＰを開始させ
るかを決めるために予めセットされた閾値と比較され
る。ビデオ・フレーム・シーケンスの中のフレームはイ
ントラ符号化され、可変数の後続フレームの各々は双方
向予測符号化（Ｂ）される。Ｉフレームに後続する各Ｂ
フレームは順方向予測動き推定だけを用いてＩフレーム
から符号化される。所定のピクチャ劣化が生じると、新
たなＧＯＰが開始される。監視されるイントラ・フレー
ム特性の１例は各Ｂ符号化されたフレーム内のイントラ
符号化されたマクロブロックの数である。この数は閾値
と比較されるが、この閾値はフレーム内のマクロブロッ
クの総数の一部であっても良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は総体的に言ってディ
ジタル画像の圧縮に関するものであり、更に具体的に言
えばビデオ・シーケンスの符号化の間に画像統計を用い
てピクチャ群（ＧＯＰ）のサイズをビデオ・フレームの
シーケンス中のピクチャ変化アクティビティの関数とし
て動的に判定する手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】過去１０年の間に世界規模の電子的通信
システムが出現したことにより人々が情報を送受信する
手段が強化されている。特にリアル・タイムのビデオ及
びオーディオ・システムは近年大きく進歩している。ビ
デオ・オン・デマンド及びビデオ会議などのサービスを
加入者に提供するためには莫大な大きさのネットワーク
帯域幅が必要とされる。事実、ネットワーク帯域幅はこ
のようなシステムの有効性に対する主要な阻害要因であ
ることが多い。
【０００３】ネットワークにより課せられる制約を克服
するために圧縮システムが出現してきた。このシステム
はピクチャ・シーケンス中の冗長度を取り除くことによ
り送信する必要のあるビデオ及びオーディオ・データの
量を減少させる。受信側においてピクチャ・シーケンス
が圧縮解除され、リアル・タイムで表示され得る。
【０００４】出現したビデオ圧縮標準はMoving Picture
Experts Group (ＭＰＥＧ)標準である。ＭＰＥＧ標準
においてビデオ圧縮は所与のピクチャ内及びピクチャ間
の両方で定義される。ピクチャ内のビデオ圧縮は離散コ
サイン変換、量子化及び可変長符号化によりディジタル
画像を時間領域から周波数領域に変換することによって
行われる。ピクチャ間のビデオ圧縮は動き予測及び補償
と呼ばれるプロセスにより行われるが、これはピクチャ
・エレメントの集合を１つのピクチャから別のピクチャ
に移行するのを記述するために動きベクトル・データ及
び差分データを用いるものである。
【０００５】ＩＳＯのＭＰＥＧ−２標準はビット・スト
リームのシンタックス及び復号プロセスのセマンティッ
クスだけを指定している。符号化のパラメータ及び性能
対複雑度のバランスの選択は符号化器の開発者に委ねら
れる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ビデオ・アプリケーシ
ョンにおいては最良のデータ密度または圧縮を得るため
にディジタル信号の符号化を最適化するのが有利であ
る。符号化を行うための多くの手法が公知であるが、ネ
ットワーク上の帯域幅制約を克服し同時にピクチャ画質
も維持するためにビデオ・データを低ビット率に圧縮す
るための手法に対する需要が増大している。本発明は、
監視、遠隔学習、及びビデオ会議などの特に低ビット率
で動きの少ないビデオ・アプリケーションでピクチャ画
質を維持しながら可変ビット率帯域幅を最適化する符号
化手法を提供することによりこの需要に応えようとする
ものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】要約すると本発明は１面
においてビデオ・フレームのシーケンスを符号化するた
めの方法を提供するものであり、これは、ビデオフレー
ムのシーケンスを符号化して符号化されたビット・スト
リームを生成し、この符号化と同時的にビデオ・フレー
ムのシーケンス内のアクティビティの関数として、符号
化されたビット・ストリームの少なくとも１つのピクチ
ャ群（ＧＯＰ）についてＧＯＰ長を動的に判定すること
を含む。更に具体的に述べると、本発明は（１実施例に
おいて）ビデオ・フレームのシーケンスのフレームをイ
ントラ符号化（Ｉ）フレームとして符号化し、符号化さ
れたＩフレームに時間的に後続する可変数のフレームの
各フレームについて符号化されたＩフレームに基づく順
方向予測動き推定を用いることを含んでも良い。ここで
Ｉフレーム及びこれに時間的に後続する可変数のフレー
ムは少なくとも１つのＧＯＰのＧＯＰ長をなす。可変数
のフレームの各フレームは双方向予測符号化（Ｂ）フレ
ームとして符号化されるのが好ましい。
【０００８】本発明はもう１つの面においてビデオ・フ
レームのシーケンスを符号化するための方法を提供す
る。この方法はビデオ・フレームのシーケンスのフレー
ムを参照フレームとして用いるために符号化し、ビデオ
・フレームのシーケンスの後続するフレームを参照フレ
ームに基づいて動き予測を用いて符号化し、後続フレー
ムの符号化中その各フレームについてそのフレームの少
なくとも１つの特性を予めセットされた閾値と比較し、
これらから後続フレームの次のフレームに対する符号化
ピクチャ・タイプを動的に判定することを含む。ここで
も参照フレームはイントラ符号化（Ｉ）フレームから成
り、後続フレームの各フレームは双方向予測符号化
（Ｂ）フレームであることが好ましい。
【０００９】以上に概説した方法に対応するシステム及
び生産品も本発明の原理に従って本明細書に記述されそ
して特許請求される。
【００１０】再度述べるが、本発明はビデオ・フレーム
の符号化中にピクチャ群のサイズを動的に判定する手法
を提供するものである。ピクチャ群のサイズを動的に変
えることによりビット率帯域幅が最適化され、ピクチャ
画質が維持されるが、これは特にビデオ・シーケンス中
の低ビット率及び動きの少ない場合に当てはまる。従っ
て、本発明は、監視、遠隔学習、及びビデオ会議などの
低ビット率で、動きの少ないビデオ・アプリケーション
における時間的冗長性を最大にする手法を構成する。こ
の手法はＭＰＥＧビデオ圧縮標準を参照して以下に述べ
られるが、動き予測及び動き補償を含むその他の標準に
も等しく適用可能である。ＭＰＥＧビデオ・ストリーム
中のＧＯＰサイズの動的発生は、閾値に等しい数のイン
トラ・マクロブロックが符号化されるまで順方向予測の
みのＢピクチャを連ね、新しいＩフレームの符号化をト
リガし、そして新しいＧＯＰを開始することによって得
られる。フレーム中のイントラ・マクロブロックの数
は、ピクチャ変化アクティビティを表すものとして監視
可能であり、ピクチャの劣化を検出するのに使用可能な
イントラフレーム特性の１例である。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明は、例えば、"Information
Technology-Generic coding of moving pictures and
associated audio information: Video" Recommendatio
n ITU-T H.262, ISO/IEC 13818-2, Draft Internationa
l Standard, 1994に記述されたようなＭＰＥＧ準拠符号
化器及び符号化プロセスに関する。符号化器により行わ
れる符号化機能は、データ入力、空間圧縮、動き予測、
マクロブロック・タイプ発生、データ再構成、エントロ
ピ符号化、及びデータ出力を含む。空間圧縮は離散コサ
イン変換（ＤＣＴ）、量子化、及びエントロピ符号化を
含む。時間圧縮は逆離散コサイン変換、逆量子化、及び
動き補償などの集中的再構成処理を含む。動き予測及び
補償は時間圧縮機能のために用いられる。空間及び時間
圧縮は高度の計算力を要する反復機能である。
【００１２】更に具体的に言うと、本発明は例えば空間
及び時間圧縮を行うプロセスに関するものであり、これ
は離散コサイン変換、量子化、エントロピ符号化、動き
推定、動き補償及び予測を含み、もっと具体的に述べる
と、空間及び時間圧縮を行うシステムに関する。
【００１３】最初の圧縮ステップは空間冗長性の除去、
例えば、Ｉフレーム・ピクチャの静止画における空間冗
長性の除去である。空間冗長性はピクチャ内の冗長性で
ある。ＭＰＥＧ−２ドラフト標準はブロックに基づいた
空間冗長性低減方法を用いようとしている。選択の方法
は離散コサイン変換、及びピクチャの離散コサイン変換
符号化である。離散コサイン変換符号化は加重スカラー
量子化及びラン・レングス符号化と組み合わされて望ま
しい圧縮を実現する。
【００１４】離散コサイン変換は直交変換である。直交
変換は周波数領域の解釈を有するのでフィルタ・バンク
指向である。離散コサイン変換は局所化もされる。すな
わち、符号化プロセスは６４個の変換係数またはサブバ
ンドを計算するのに十分な８×８空間ウインドウの上で
サンプルする。
【００１５】離散コサイン変換のもう１つの利点は高速
の符号化アルゴリズム及び復号アルゴリズムが利用でき
ることである。更に、離散コサイン変換のサブバンド分
解は心理的視覚基準の有効な使用を可能にするのに十分
なだけ良好に行われる。
【００１６】変換後、周波数係数の多くはゼロであり、
特に高い空間周波数に対する係数はそうである。これら
の係数はジグザグ・パターンまたは交互走査パターンの
形に組織され、ラン−振幅（ラン−レベル）対に変換さ
れる。各対はゼロ係数の個数及び非ゼロ係数の振幅を表
す。これは可変長符号に符号化される。
【００１７】動き補償はピクチャ間の冗長性を低減また
は除去さえもするために用いられる。動き補償は現在の
ピクチャをブロック、例えばマクロブロックに分割し、
そして前に伝送されたピクチャ中で同じ内容を持つ近隣
ブロックを探索することによって時間的冗長性を利用す
る。現在のブロック・ペルと参照ピクチャから抽出され
た予測ブロック・ペルとの差分だけが伝送のために実際
には圧縮され、その後伝送される。
【００１８】動き補償及び予測の最も簡単な方法はＩピ
クチャの各ピクセルの輝度及び色差、即ち強度及び色を
記録し、次いで後続ピクチャの特定のピクセル毎に輝度
及び色差、即ち強度及び色の変化を記録することであ
る。しかしながらこれは伝送媒体帯域幅、メモリ、プロ
セッサ能力、及び処理時間において非経済的である。つ
まり、オブジェクトがピクチャ間で移動する、即ちピク
セルの内容があるピクチャのある場所から後続ピクチャ
の異なる場所に移動するからである。これより進んだ考
えは、先行ピクチャまたは後続ピクチャを用いてピクセ
ルのブロックが後続するまたは先行するピクチャのどこ
にあることになるかを、例えば動きベクトルによって予
測し、その結果を予測ピクチャ即ちＰピクチャとして書
き込むことである。もっと具体的に述べると、これはｉ
番目のピクチャのピクセルまたはピクセルのマクロブロ
ックがｉ−１番目またはｉ＋１番目のピクチャのどこに
あることになるかについての最良推定または予測をする
ことを含んでいる。ピクセルのブロックが中間のピクチ
ャつまりＢピクチャのどこにあることになるかを予測す
るために後続及び先行ピクチャの両方を用いることはも
う１つ先のステップである。
【００１９】ここで留意するべきことは、ピクチャの符
号化の順序及びピクチャの伝送順序はピクチャの表示順
序と必ずしも一致しないということである。図２を参照
されたい。Ｉ−Ｐ−Ｂ系について入力ピクチャの伝送順
序は符号化の順序とは異なっているので、入力ピクチャ
は符号化に用いられるまで一時的にストアされる必要が
ある。この入力が用いられるまでバッファがこれをスト
アする。
【００２０】図解のため、ＭＰＥＧ準拠符号化の総括的
なフローチャートが図１に示されている。このフローチ
ャートにおいてｉ番目のピクチャ及びｉ＋１番目のピク
チャの画像が処理されて動きベクトルが生成される。動
きベクトルはピクセルのマクロブロックが以前のピクチ
ャ及び／または後続のピクチャのどこにあることになる
かを予測する。動きベクトルの使用はＭＰＥＧ標準にお
ける時間圧縮の最も重要な点である。図１に示されるよ
うに動きベクトルがいったん生成されると、これはピク
セルのマクロブロックをｉ番目のピクチャからｉ＋１番
目のピクチャに移行させるために用いられる。
【００２１】図１に示されるように、符号化プロセスに
おいて、ｉ番目のピクチャ及びｉ＋１番目のピクチャの
画像は符号化器１１で処理されて動きベクトルが生成さ
れる。動きベクトルは、例えばｉ＋１番目のピクチャ及
びそれに続くピクチャが符号化され伝送される形であ
る。後続ピクチャの入力画像１１１は符号化器の動き推
定装置４３に入力される。動きベクトル１１３は動き推
定装置４３の出力として作られる。これらのベクトル
は、以前のピクチャ及び／または将来のピクチャから参
照データと呼ばれるマクロブロック（ＭＢ）・データを
取り出してそれを出力するために動き補償装置４１によ
って用いられる。
【００２２】動き補償装置４１の一出力は動き推定装置
４３からの出力と負の形で合計されて離散コサイン変換
器２１の入力に入る。離散コサイン変換器２１の出力は
量子化器２３で量子化される。量子化器２３の出力は２
つの出力１２１及び１３１に分けられ、１つの出力１２
１は、ラン・レングス符号化器などの下流の要素２５に
供給されて伝送される前に更に圧縮及び処理される。も
う１つの出力１３１はピクセルの符号化されたマクロブ
ロックの再構成を経てフレーム・メモリ４２に与えら
れ、そこにストアされる。解説目的のため示された符号
化器では、この第２の出力１３１は逆量子化器２９及び
逆離散コサイン変換器３１で処理されて非可逆的に復号
された差分マクロブロックを返す。このデータは動き補
償装置４１の出力と合計されて、再構成された現マクロ
ブロック・データをフレーム・メモリ４２へ返す。
【００２３】図２に示されるように、３つのタイプのピ
クチャがある。イントラ・ピクチャ即ちＩピクチャは全
体が符号化され、伝送されて、動きベクトルが定義され
る必要はない。Ｉピクチャは動き推定のための参照画像
としての役割を持つ。予測ピクチャ即ちＰピクチャは前
のピクチャから動きベクトルにより作られ、以降のピク
チャに対する動き推定のための参照画像としての役割を
持つことができる。最後に、双方向ピクチャ即ちＢピク
チャは他の２つのピクチャ、つまり１つは過去のピクチ
ャ、もう１つは将来のピクチャから動きベクトルを用い
て作られ、これは動き推定のための参照画像として役立
つことはできない。動きベクトルはＩ及びＰピクチャか
ら生成され、Ｐ及びＢピクチャを作るのに用いられる。
【００２４】動き推定を行う１つの方法が図３に示され
ており、これはｉ番目のピクチャのマクロブロック２１
１から次のピクチャの領域全体にわたって探索し、最良
一致のマクロブロック２１３を見つけることによって行
われる。このようにしてマクロブロックを移行すること
により図４に示すようなｉ＋１番目のピクチャに対する
マクロブロックのパターンが作られる。このようにして
ｉ番目のピクチャが例えば動きベクトル及び差分データ
により少しだけ変えられてｉ＋１番目のピクチャを生成
する。符号化されるのは動きベクトル及び差分データで
あり、ｉ＋１番目のピクチャ自体ではない。動きベクト
ルは画像の位置をピクチャ間で移行させ、差分データは
色差、輝度及び彩度の変化を表す。
【００２５】図３に戻って、ｉ番目のピクチャにおいて
ｉ＋１番目のピクチャと同じ場所から出発することによ
り良好な一致を探索する。ｉ番目のピクチャに探索ウイ
ンドウが作られる。この探索ウインドウの中で最良一致
が探索される。最良一致が見つかると、このマクロブロ
ックに対する最良一致動きベクトルが符号化される。最
良一致マクロブロックの符号化は動きベクトルを含む。
これは、次のピクチャにおいてｘ方向及びｙ方向に何ピ
クセル変位すると最良一致になるかを示す。予測誤差と
も呼ばれる差分データも符号化される。これは現在のマ
クロブロックと最良一致の参照マクロブロックとの間の
色差及び輝度の差分である。
【００２６】ＭＰＥＧ−２符号化器の動作上の機能は、
本出願人の出願に係る米国特許出願第08/831,157号、１
９９７年４月１日出願、に詳細に述べられている。
【００２７】最初に述べたように、符号化器の性能及び
／またはピクチャの画質は一連のＧＯＰの各々について
ビデオ・フレームのシーケンスを符号化する間にＧＯＰ
のサイズを動的に判定することにより本発明に従って改
善される。この手法は将来のフレームの符号化のために
参照として用いられるべき１つのフレームを符号化し、
この参照フレームのみに基づいて動き推定を用いて以後
のフレームを符号化することを含む。少なくとも１つの
イントラフレーム特性が以後の各フレームを符号化する
ことによって判定され、予めセットされた閾値と比較さ
れる。この比較により符号化器が、時間的に次に符号化
されるフレームについて符号化するピクチャ・タイプを
動的に判定すること、即ち現在のＧＯＰの中で符号化を
続けるかまたは次のＧＯＰを開始するかを判定すること
ができるようになる。
【００２８】既に述べたように図２はイントラ（Ｉ）フ
レーム、予測（Ｐ）フレーム、及び双方向（Ｂ）フレー
ムから成る代表的なＭＰＥＧピクチャ群ＧＯＰを示して
いる。この代表的なＧＯＰは一定数のピクチャから成
り、Ｉ，Ｐ及びＢの発生数及びそれらの位置もＧＯＰ内
で一定である。表示順序においてＰピクチャ番号４はそ
の動き推定参照としてＩピクチャ番号２を用いることに
なる。Ｂピクチャ番号３はその参照としてＩピクチャ番
号２及びＰピクチャ番号４の何れかまたは両方を用いる
ことになる。ＭＰＥＧビデオ圧縮標準に従い、Ｂピクチ
ャは参照として用いられない。
【００２９】Ｉ及びＰピクチャは参照ピクチャとしての
役割を持つのでＢピクチャを符号化するのよりも多くの
ビットを通常は割り当てられる。従って、毎秒4,000,00
0 ビット、毎秒３０フレームで符号化されるビデオ・シ
ーケンスは、一様な割り当てを仮定すると、各ピクチャ
に200,000 ビットを割り当てることになる。しかしなが
ら、典型的なアプリケーションではＩピクチャにＢピク
チャの４倍のビットが割り当てられ、ＰピクチャにＢピ
クチャの２倍のビットが割り当てられる。従って、ＧＯ
Ｐにおける非Ｂピクチャの数が多ければ多いほどそのＧ
ＯＰを符号化するのに必要なビット数が多くなる。
【００３０】図５は本発明による可変長ピクチャ群の符
号化を示す。各ＧＯＰは１つのＩフレームとこれに続く
動的に決定される数のＢフレームから成る。各Ｂフレー
ムは順方向予測だけを用いる。つまり、それは時間的に
その前のＩフレームを参照する。従って、最初のピクチ
ャはイントラＩ（１）として符号化され、後続のピクチ
ャＢ（２）−Ｂ（ｎ）に対する動き推定参照として用い
られる。各Ｂピクチャが符号化されるにつれて少なくと
も１つのイントラフレーム特性（イントラ符号化された
マクロブロックの数等）が記録され、所定の閾値と比較
される。監視される特性が例えばピクチャＢ（ｎ）にお
いて閾値を超えると、新しいＧＯＰが開始して次に続く
ピクチャがＩフレームとして（Ｉ（ｎ＋１）のように）
符号化され、プロセスが繰り返される。
【００３１】本発明にしたがった処理の１例が図６に示
される。動き補償３０１は最良一致マクロブロック差分
を従来型の決定論理３１１に与え、この決定論理は現マ
クロブロックをイントラ・マクロブロックとして符号化
するか、非イントラ・マクロブロックとして符号化する
かを判定する。これと同時に、現在のマクロブロックの
変化分も符号化プロセス３００を経てマクロブロック決
定論理３１１に与えられる。これらの入力から当業者な
らばブロック３１１で表される従来型の決定論理を容易
に具体化することができるであろう。
【００３２】イントラ・マクロブロックとして符号化さ
れたならば、本発明に従いイントラ・マクロブロック・
カウンタ３２１が増分され、現在のフレーム内の予め定
められた閾値数のマクロブロックを超過したかどうかが
プロセスにより判定される（３３１）。超過していなけ
れば符号化プロセスは次のピクチャをＢピクチャとして
符号化するように指令される（３４１）。しかしながら
閾値を超過するとプロセスは符号化プロセスが次のピク
チャをＩピクチャとして符号化するように指令し、これ
により新しいＧＯＰを開始させる（３６１）。指令３４
１及び３６１は図示のように符号化プロセス３００に供
給される。
【００３３】図６のプロセスが本発明に従った符号化決
定及び統計収集の１例に関するだけのものであり、本明
細書に開示された事項からその他のプロセスも自明であ
ることは当業者にとって明らかであろう。例えば、ピク
チャ変化アクティビティ、特に各ＧＯＰの最初における
参照フレームからのピクチャ劣化を監視するのに複数の
イントラ・フレーム特性を用いることも可能であろう。
更に、閾値は任意所望の値であって良い。特定の例とし
て、閾値はピクチャを構成するマクロブロックの総数の
１％をそれの最も近い正の整数に丸めたものであっても
良い。
【００３４】要約すると、本発明はビデオ・フレームの
シーケンスをＭＰＥＧ符号化するのに有用な新規な符号
化方式を提示するものである。従来技術においてピクチ
ャ群（ＧＯＰ）のサイズは予め定められており、不変で
ある。本発明によれば順次の各ＧＯＰの長さはピクチャ
・アクティビティによって動的に定義される。従って、
符号化器はＩＢＢの最初のＧＯＰに続いてＩＢＢＢＢＢ
のＧＯＰ、更にそれに続いてＩＢのＧＯＰなどに符号化
することができる。ＧＯＰは、閾値（予め定義されたピ
クチャ劣化を表す）に達するまで順方向予測だけのＢフ
レームが連なることを許容することにより動的に定義さ
れる。好適な実施例において、閾値はＢフレームにおけ
るイントラ符号化されたマクロブロックの数である。閾
値に達すると次のピクチャがイントラ符号化されたＩフ
レームになり、これにより新たなＧＯＰを開始させプロ
セスを繰り返す。ＢフレームはＧＯＰを開始させた前の
Ｉフレームを常に参照する。符号化するビット数を減ら
し、動き誤差を低減するためにはＰフレームよりも１方
向Ｂフレームの方が好ましい。
【００３５】本発明は例えばコンピュータが使用可能な
媒体を有する生産品（例えば１または複数のコンピュー
タ・プログラム製品）の中に含まれ得る。媒体は、例え
ば、本発明の能力を与え実現するコンピュータ読み取り
可能なプログラム・コード手段をその中に組み込んでい
る。この生産品はコンピュータ・システムの一部として
含まれても良く、または別個に販売されても良い。
【００３６】本明細書で示されたフロー図は例示的に与
えられたものである。本発明の精神から逸脱することな
く本明細書に示された図またはそこに述べられたステッ
プや動作の変形が可能であることは言うまでもない。例
えば、ある場合には、ステップは異なる順序で実行され
ても良く、またはステップが追加されたり、削除された
り、変更されても良い。これらのすべての変形は本明細
書に記載された特許請求の範囲に表される本発明の一部
をなすものと考えられるべきである。
【００３７】本発明は特定の好適な実施例に従って詳細
に説明されたが、多くの変更及び修正が当業者によって
なされうるものである。従って、本明細書の特許請求の
範囲はこのような修正及び変更のすべてを本発明の精神
及び範囲に含むことを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般化されたＭＰＥＧ−２順応符号化器１１の
データ・フロー線図であり、離散コサイン変換器２１、
量子化器２３、可変長符号化器２５、逆量子化器２９、
逆離散コサイン変換器３１、動き補償４１、フレーム・
メモリ４２及び動き予測４３を含む。データ経路はｉ番
目ピクチャ入力１１１、差分データ１１２、動きベクト
ル１１３（動き補償４１及び可変長符号化器２５に至
る）ピクチャ出力１２１、動き予測及び補償のためのフ
ィードバック・ピクチャ１３１、及び動き補償されたピ
クチャ１０１を含む。この図はｉ番目のピクチャがフレ
ーム・メモリまたはフレーム・ストア４２に存在しｉ＋
１番目のピクチャが動き予測で符号化されているという
仮定に基づいている。
【図２】Ｉ，Ｐ及びＢピクチャ、それらの表示及び伝送
順序、ならびに順方向及び逆方向動き予測を示す図であ
る。
【図３】現在のフレームまたはピクチャにおける動き予
測ブロックから後続するまたは先行するフレームまたは
ピクチャにおける最良一致ブロックへの探索を示す図で
ある。
【図４】前のピクチャにおけるブロックの位置から新し
いピクチャへの動きベクトルに従ったブロックの動き、
及び動きベクトルを用いた後に調整された前のピクチャ
のブロックを示す図である。
【図５】順方向予測動き推定だけを用いて本発明に従い
動的に判定された可変サイズＩ及びＢピクチャ群（ＧＯ
Ｐ）の例を示す図である。
【図６】本発明に従ってピクチャ群のサイズを動的に判
定する処理の１実施例のフローチャートである。
【符号の説明】 ２１： 離散コサイン変換 ２３： 量子化 ２５： 可変長符号化器 ２９： 逆量子化 ３１： 逆離散コサイン変換 ４１： 動き補償 ４２： フレーム・メモリ

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】（ａ）ビデオ・フレーム・シーケンスを符
    号化して符号化されたビット・ストリームを生成するス
    テップと、 （ｂ）前記ステップ（ａ）の符号化の間に、符号化され
    たビット・ストリームの少なくとも１つのピクチャ群
    （ＧＯＰ）について、その長さをビデオ・フレーム・シ
    ーケンス内のアクティビティの関数として動的に判定す
    るステップと、 を含むビデオ・フレーム・シーケンスを符号化する方
    法。
  2. 【請求項２】前記ステップ（ａ）はビデオ・フレーム・
    シーケンスのフレームをイントラ符号化（Ｉ）フレーム
    として符号化し、符号化されたＩフレームに時間的に後
    続する可変数のフレームの各フレームについて前記符号
    化されたＩフレームに基づいた順方向予測動き推定を用
    いることを含み、前記Ｉフレーム及びそれに時間的に後
    続する可変数のフレームが前記少なくとも１つのＧＯＰ
    のＧＯＰ長さを構成し、前記ステップ（ｂ）の動的判定
    が前記符号化されたＩフレームに基づいた順方向予測動
    き推定を用いて前記Ｉフレームに時間的に後続する可変
    数のフレームを動的に判定することを特徴とする請求項
    １の方法。
  3. 【請求項３】前記ステップ（ａ）の符号化は前記Ｉフレ
    ームに時間的に後続する可変数のフレームの各フレーム
    を双方向予測符号化（Ｂ）フレームとして符号化するこ
    とを含み、前記ＧＯＰ長さは前記符号化されたＩフレー
    ム及び前記可変数の符号化されたＢフレームで構成され
    ることを特徴とする請求項２の方法。
  4. 【請求項４】前記ステップ（ｂ）の動的判定は前記ステ
    ップ（ａ）の符号化によりビデオ・フレーム・シーケン
    スのフレームを参照フレームとして符号化し、ビデオ・
    フレーム・シーケンスの後続するフレームを前記参照フ
    レームに基づく動き推定を用いて符号化することにより
    前記ＧＯＰ長さを判定することを含み、前記ステップ
    （ｂ）の動的判定は前記後続するフレームの符号化され
    たフレームが前記参照フレームと比べて所定のピクチャ
    劣化を有するときに新たなＧＯＰを開始させることを更
    に含むことを特徴とする請求項１の方法。
  5. 【請求項５】前記ステップ（ｂ）の動的判定は前記後続
    するフレームの各フレームについてその少なくとも１つ
    のイントラ・フレーム特性を予めセットされた閾値と比
    較し、前記予めセットされた閾値を超過したときに前記
    新たなＧＯＰを開始させることを更に含むことを特徴と
    する請求項４の方法。
  6. 【請求項６】前記少なくとも１つのイントラ・フレーム
    特性は前記後続するフレームの各フレーム内のイントラ
    符号化マクロブロックの数から成り、前記閾値は前記フ
    レームにおけるマクロブロックの総数の一部であること
    を特徴とする請求項５の方法。
  7. 【請求項７】前記ステップ（ａ）の符号化はＭＰＥＧ標
    準に従ってビデオ・フレーム・シーケンスを符号化する
    ことを含む請求項１の方法。
  8. 【請求項８】（ａ）ビデオ・フレーム・シーケンスのフ
    レームを参照フレームとして用いるために符号化するス
    テップと、 （ｂ）ビデオ・フレーム・シーケンスの後続フレームを
    前記参照フレームに基づく動き推定を用いて符号化する
    ステップと、 （ｃ）前記ステップ（ｂ）の符号化の間、前記後続フレ
    ームの各フレームについてその少なくとも１つのフレー
    ム特性を予めセットされた閾値と比較し、その結果から
    前記後続フレームの次のフレームに対して符号化すべき
    ピクチャ・タイプを動的に判定するステップと、 を含むビデオ・フレーム・シーケンスを符号化する方
    法。
  9. 【請求項９】前記ピクチャ・タイプはＩフレームまたは
    Ｂフレームの何れかであることを特徴とする請求項８の
    方法。
  10. 【請求項１０】前記参照フレームはイントラ符号化フレ
    ームから成り、前記ステップ（ｂ）の符号化は前記後続
    フレームの各フレームを双方向予測符号化（Ｂ）フレー
    ムとして符号化することを含む請求項８の方法。
  11. 【請求項１１】前記少なくとも１つのフレーム特性が前
    記予めセットされた閾値を超過したとき、前記ステップ
    （ａ）の符号化、前記ステップ（ｂ）の符号化、及び前
    記ステップ（ｃ）の比較を次のＧＯＰに対して繰り返す
    ことを含み、前記繰り返しは、前記少なくとも１つのフ
    レーム特性が前記予めセットされた閾値を超過した後に
    Ｉピクチャ・タイプを次に後続するフレームに割り当て
    ることを特徴とする請求項１０の方法。
  12. 【請求項１２】前記少なくとも１つのフレーム特性は前
    記後続フレームのフレーム中のイントラ符号化マクロブ
    ロックの数から成り、前記予めセットされた閾値は前記
    後続フレームの前記フレーム内のマクロブロックの総数
    の一部であることを特徴とする請求項１１の方法。
  13. 【請求項１３】前記ステップ（ｂ）の符号化は前記参照
    フレームに基づく順方向予測動き推定のみを用いてビデ
    オ・フレーム・シーケンスの複数の後続フレームを符号
    化することを含み、前記複数の後続フレームの各々はＢ
    フレームとして符号化されることを特徴とする請求項８
    の方法。
  14. 【請求項１４】前記ステップ（ａ）の符号化及び前記ス
    テップ（ｂ）の符号化は各々ＭＰＥＧ標準に従って符号
    化することを含む請求項８の方法。
  15. 【請求項１５】ビデオ・フレーム・シーケンスを受け取
    り、それから符号化されたビット・ストリームを生成す
    る符号化器と、 前記符号化器に結合され前記符号化器により生成された
    符号化されたビット・ストリームの少なくとも１つのピ
    クチャ群（ＧＯＰ）に対してビデオ・フレーム・シーケ
    ンス内のアクティビティの関数としてＧＯＰ長さを動的
    に判定する手段と、 を含むビデオ・フレーム・シーケンスを符号化するシス
    テム。
  16. 【請求項１６】前記符号化器はビデオ・フレーム・シー
    ケンスのフレームをイントラ符号化（Ｉ）フレームとし
    て符号化する手段と、前記Ｉフレームに時間的に後続す
    る可変数のフレームの各フレームについて前記符号化さ
    れたＩフレームに基づいた順方向予測動き推定を用いる
    手段とを含み、前記Ｉフレーム及びそれに時間的に後続
    する可変数のフレームが前記少なくとも１つのＧＯＰの
    前記ＧＯＰ長さを構成し、前記動的に判定する手段が前
    記符号化されたＩフレームに基づいた順方向予測動き推
    定を用いて前記Ｉフレームに時間的に後続する可変数の
    フレームを動的に判定する手段を含むことを特徴とする
    請求項１５のシステム。
  17. 【請求項１７】前記符号化器は前記Ｉフレームに時間的
    に後続する可変数のフレームの各フレームを双方向予測
    符号化（Ｂ）フレームとして符号化する手段を含み、前
    記ＧＯＰ長さは前記符号化されたＩフレーム及び前記可
    変数の符号化されたＢフレームで構成されることを特徴
    とする請求項１６のシステム。
  18. 【請求項１８】前記動的に判定する手段は前記符号化器
    によりビデオ・フレーム・シーケンスのフレームを参照
    フレームとして符号化し、ビデオ・フレーム・シーケン
    スの後続するフレームを前記参照フレームに基づく動き
    推定を用いて符号化することにより前記ＧＯＰ長さを判
    定する手段を含み、前記動的に判定する手段は前記後続
    するフレームの符号化されたフレームが前記参照フレー
    ムと比べて所定のピクチャ劣化を有するときに新たなＧ
    ＯＰを開始させる手段を更に含むことを特徴とする請求
    項１５のシステム。
  19. 【請求項１９】前記動的に判定する手段は前記後続フレ
    ームの各フレームについてその少なくとも１つのイント
    ラ・フレーム特性を予めセットされた閾値と比較する手
    段と、前記予めセットされた閾値を超過したときに前記
    新たなＧＯＰを開始させる手段とを更に含むことを特徴
    とする請求項１８のシステム。
  20. 【請求項２０】前記少なくとも１つのイントラ・フレー
    ム特性は前記後続フレームのフレーム内のイントラ符号
    化マクロブロックの数から成り、前記閾値は前記フレー
    ムにおけるマクロブロックの総数の一部であることを特
    徴とする請求項１９のシステム。
  21. 【請求項２１】ビデオ・フレーム・シーケンスを受け取
    るように結合され、参照フレームとして用いるためにビ
    デオ・フレーム・シーケンスのフレームを符号化する手
    段、及び前記参照フレームに基づく動き推定を用いてビ
    デオ・フレーム・シーケンスの後続フレームを符号化す
    る手段を含む符号化器と、 後続フレームの各フレームの少なくとも１つのフレーム
    特性を予めセットされた閾値と比較する手段と、 前記比較の結果から、前記参照フレームに基づく動き推
    定を用いて後続フレームの内の次のフレームの符号化を
    続けるか否か動的に判定する手段と、 を含むビデオ・フレーム・シーケンスを符号化するため
    のシステム。
  22. 【請求項２２】前記参照フレームはイントラ符号化
    （Ｉ）フレームから成り、前記符号化器は前記後続フレ
    ームの各フレームを双方向予測符号化（Ｂ）フレームと
    して符号化する手段を含む請求項２１のシステム。
  23. 【請求項２３】前記少なくとも１つのフレーム特性が前
    記予めセットされた閾値を超過したときに新たなＧＯＰ
    を開始させる手段を更に含み、前記新たなＧＯＰを開始
    させる手段は前記少なくとも１つのフレーム特性が前記
    予めセットされた閾値を超過した後にＩピクチャ・タイ
    プを次に後続するフレームに割り当てる手段を含む請求
    項２２のシステム。
  24. 【請求項２４】前記後続フレームの各フレームに対して
    前記少なくとも１つのフレーム特性は前記後続フレーム
    のフレーム内のマクロブロックの総数の一部から成るこ
    とを特徴とする請求項２３のシステム。
  25. 【請求項２５】ビデオ・フレーム・シーケンスの符号化
    をコンピュータに行わせるためのコンピュータ読み取り
    可能なプログラム・コード手段を記録したコンピュータ
    で使用可能な媒体であって、 ビデオ・フレーム・シーケンスの符号化をコンピュータ
    に行わせて符号化されたビット・ストリームを生成する
    ためのコンピュータ読み取り可能なプログラム・コード
    手段と、 前記符号化の間に、符号化されたビット・ストリームの
    少なくとも１つのピクチャ群（ＧＯＰ）のＧＯＰ長をビ
    デオ・フレーム・シーケンス内のアクティビティの関数
    として動的に判定するためのコンピュータ読み取り可能
    なプログラム・コード手段と、 を含むコンピュータで使用可能な媒体。
  26. 【請求項２６】前記ビット・ストリームを生成するため
    のコンピュータ読み取り可能なプログラム・コード手段
    は、コンピュータにビデオ・フレーム・シーケンスのフ
    レームをイントラ符号化（Ｉ）フレームとして符号化さ
    せ、前記Ｉフレームに時間的に後続する可変数のフレー
    ムの各フレームについて前記符号化されたＩフレームに
    基づいた順方向予測動き推定を用いるコンピュータ読み
    取り可能なプログラム・コード手段を含み、前記Ｉフレ
    ーム及びそれに時間的に後続する可変数のフレームが前
    記少なくとも１つのＧＯＰの前記ＧＯＰ長さを構成し、
    前記動的に判定するためのコンピュータ読み取り可能な
    プログラム・コード手段がコンピュータに前記符号化さ
    れたＩフレームに基づいた順方向予測動き推定を用いて
    前記Ｉフレームに時間的に後続する可変数のフレームを
    動的に判定させためのコンピュータ読み取り可能なプロ
    グラム・コード手段を含むことを特徴とする請求項２５
    のコンピュータで使用可能な媒体。
  27. 【請求項２７】前記ビット・ストリームを生成するため
    のコンピュータ読み取り可能なプログラム・コード手段
    は、コンピュータに前記Ｉフレームに時間的に後続する
    可変数のフレームの各フレームを双方向予測符号化
    （Ｂ）フレームとして符号化させるためのコンピュータ
    読み取り可能なプログラム・コード手段を含み、前記Ｇ
    ＯＰ長さは前記符号化されたＩフレーム及び前記可変数
    の符号化されたＢフレームで構成されることを特徴とす
    る請求項２６のコンピュータで使用可能な媒体。
  28. 【請求項２８】前記動的に判定するためのコンピュータ
    読み取り可能なプログラム・コード手段がコンピュータ
    にビデオ・フレーム・シーケンスのフレームを参照フレ
    ームとして符号化させ、ビデオ・フレーム・シーケンス
    の後続するフレームを前記参照フレームに基づく動き推
    定を用いて符号化させることにより前記ＧＯＰ長さを判
    定させるためのコンピュータ読み取り可能なプログラム
    ・コード手段を含み、前記ＧＯＰ長さを判定させるため
    のコンピュータ読み取り可能なプログラム・コード手段
    はコンピュータに前記後続するフレームの符号化された
    フレームが前記参照フレームと比べて所定のピクチャ劣
    化を有するときに新たなＧＯＰを開始させるコンピュー
    タ読み取り可能なプログラム・コード手段を更に含むこ
    とを特徴とする請求項２５のコンピュータで使用可能な
    媒体。
  29. 【請求項２９】前記ＧＯＰ長さを判定させるためのコン
    ピュータ読み取り可能なプログラム・コード手段はコン
    ピュータに前記後続フレームの各フレームについてその
    少なくとも１つのイントラ・フレーム特性を予めセット
    された閾値と比較させるコンピュータ読み取り可能なプ
    ログラム・コード手段と、前記予めセットされた閾値を
    超過したときにコンピュータに前記新たなＧＯＰを開始
    させるコンピュータ読み取り可能なプログラム・コード
    手段とを更に含むことを特徴とする請求項２８のコンピ
    ュータで使用可能な媒体。
  30. 【請求項３０】前記少なくとも１つのイントラ・フレー
    ム特性は前記後続フレームのフレーム内のイントラ符号
    化マクロブロックの数から成り、前記閾値は前記フレー
    ムにおけるマクロブロックの総数の一部であることを特
    徴とする請求項２９のコンピュータで使用可能な媒体。
  31. 【請求項３１】ビデオ・フレーム・シーケンスの符号化
    をコンピュータに行わせるためのコンピュータ読み取り
    可能なプログラム・コード手段を記録したコンピュータ
    で使用可能な媒体であって、 参照フレームとして用いるためにビデオ・フレーム・シ
    ーケンスのフレームの符号化をコンピュータに行わせる
    ためのコンピュータ読み取り可能なプログラム・コード
    手段と、 前記参照フレームに基づく動き推定を用いてビデオ・フ
    レーム・シーケンスの後続フレームの符号化をコンピュ
    ータに行わせるためのコンピュータ読み取り可能なプロ
    グラム・コード手段と、 コンピュータに前記後続フレームの各フレームについて
    その少なくとも１つのイントラ・フレーム特性を予めセ
    ットされた閾値と比較させ、その比較結果から前記後続
    フレームの内の次のフレームについてピクチャ・タイプ
    の符号化を動的に判定させるコンピュータ読み取り可能
    なプログラム・コード手段と、 を含むコンピュータで使用可能な媒体。
  32. 【請求項３２】前記参照フレームはイントラ符号化
    （Ｉ）フレームから成り、前記符号化をコンピュータに
    行わせるためのコンピュータ読み取り可能なプログラム
    ・コード手段はコンピュータに前記後続フレームの各フ
    レームを双方向予測符号化（Ｂ）フレームとして符号化
    させるためのコンピュータ読み取り可能なプログラム・
    コード手段を含む請求項３１のコンピュータで使用可能
    な媒体。
  33. 【請求項３３】前記動的に判定させるコンピュータ読み
    取り可能なプログラム・コード手段は、前記少なくとも
    １つのフレーム特性が前記予めセットされた閾値を超過
    した後にＩピクチャ・タイプを次に後続するフレームに
    割り当てるコンピュータ読み取り可能なプログラム・コ
    ード手段を更に含む請求項３２のコンピュータで使用可
    能な媒体。
  34. 【請求項３４】前記少なくとも１つのフレーム特性は前
    記後続フレームのフレーム中のイントラ符号化マクロブ
    ロックの数から成り、前記予めセットされた閾値は前記
    後続フレームの前記フレーム内のマクロブロックの総数
    の一部であることを特徴とする請求項３３のコンピュー
    タで使用可能な媒体。
JP11005984A 1998-01-20 1999-01-13 ビデオ・フレ―ム・シ―ケンスを符号化する方法、システム及びコンピュ―タで使用可能な媒体 Pending JPH11275585A (ja)

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