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技術 圧縮データストリームを処理するためのシステムおよび方法

出願人 訊連科技股ふん有限公司
発明者 黄鶴超雷永威
出願日 2002年5月15日 (18年6ヶ月経過) 出願番号 2002-140290
公開日 2003年4月11日 (17年7ヶ月経過) 公開番号 2003-108195
状態 拒絶査定
技術分野 TV信号の圧縮,符号化方式 TV信号の圧縮,符号化方式 音声の分析・合成
主要キーワード オペレーティングユニット リンクライン 解凍ユニット ソースデータストリーム ターゲットセグメント ソース圧 解凍操作 統合ユニット
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図面 (17)

課題

圧縮データストリームをより正確に効率よく処理するためのシステムおよび方法を提供する。

解決手段

圧縮されたデータストリームは第1群のソースセグメントおよび第2群のソースセグメントを有する。第1群のソースセグメントに関しては、処理中にソースセグメントを解凍する必要がなく、ソースセグメントのステータスのみ、例えばタイムスタンプ修正することを必要とする。これと比較して、第2群のソースセグメントに関しては、ソースセグメントを次の作業のために解凍する必要がある。次いで、作業されたデータセグメント再圧縮される。最後に、得られた第1群のセグメントと第2群のセグメントとを結合して、処理された圧縮データストリームを生成する。不必要な解凍および再圧縮をせずに済むため、圧縮データストリームの処理中に高い効率が得られ、また、誤り伝搬の発生が少なくなる。

概要

背景

近年、コンピュータソフトウェアおよびハードウェアの技術は共に驚異的な進歩を遂げた。従来のコンピュータだけでなく、新しい技術も、種々の家庭用器械、例えばVCプレーヤ、MP3プレーヤなどに用いられている。新しい技術により、さらに一層多くの機能が付加され、これらの電子機器を用いる人々に、より多くの便利さを提供する。

コンピュータ技術がもたらす最も顕著な変化の1つは、画像、ビデオおよび音声の大量のデータが入ってきて、初期テキストのみの退屈なコンピュータ環境を拡大することである。マルチメディアの世代において、映画遠隔学習などのあらゆる種類の用途において情報量は爆発的に増大している。したがって、今日、莫大な量の情報を処理することが、解決すべき重要な課題である。

莫大な量のデータの処理において、1つの一般的な方法は、これらのデータを、記憶または送信のために圧縮することである。異なる種類のデータは、異なるプロパティにより、異なる方法を用いて圧縮される。画像データに関しては、JPEG、GIFおよびPCFなどの方法がある。ビデオおよび音声データのためには、MP3、Real Audio、MPEGおよびAVIなどの方法があり、一般的なデータのためには、ZIP、ARJおよびTARなどの方法がある。これらの圧縮方法は、不可逆圧縮可逆圧縮の2つのカテゴリー分類することができる。不可逆圧縮においては、データの本来の特性が見つけられ、データの情報の正確性のレベルは、より高い圧縮率をもたらすために犠牲になる。ネットワーク帯域幅または記憶スペース限界はなお存在するが、このような不可逆圧縮方法を用いることにより、ビデオオンデマンドなどの多くのマルチメディアアプリケーションが我々の生活の中に入ってくる。

科学者達は、より一層の高い圧縮率を達成するためのより良い圧縮方法を探し続けている。しかし、一般的には、ある方法がより高い圧縮率をもたらすと、この方法はより複雑であることが多く、このような方法を実行するためのコストがより高くなるという結果になる。ここで、我々は、一般的な不可逆圧縮方法であるMPEGを簡単に説明することにより、マルチメディア世代の圧縮方法に関するより明確な構想を提供する。

MPEGは、「ムービングピクチャーエキスパートグループ」の略語である。これは、国際規格の群、例えばMPEG1およびMPEG2を示している。現在のビデオCD‐ROM、例えばVCDおよびDVDは、MPEGの圧縮技術を用いている。動画の場合、データはビデオデータストリーム音声データストリームに分離され、両方のデータストリームがMPEG圧縮方法により圧縮される。

図1を参照されたい。図1は、マルチメディアデータの例を示す。マルチメディアデータ111はビデオデータストリーム112および音声データストリーム113を含む。マルチメディアデータ111を適切に再生するために、ビデオデータストリーム112と音声データストリーム113のタイムパラメータを同期させる。理論的には、よりすぐれた効果をもたらすために3つ以上のデータストリームを結合させることができ、各データストリームを別々に圧縮することができる。

注目すべき不可逆圧縮方法がMPEGビデオ圧縮であり、ここで、不可逆圧縮方法を説明するためにこの方法を簡単に記載する。MPEGビデオ圧縮においては、最良の圧縮効果を得るためにフレーム内圧縮およびフレーム間圧縮の両方を用いる。

第1に、フレーム内圧縮を説明する。ビデオデータは一連フレームから構成されている。視覚持続効果をもたらすために、通常は1秒に30個のフレームが示されることが必要である。MPEGビデオ圧縮は、カラープレーンサンプリング離散コサイン変換(DCT)、数値のサンプリング、ジグザグおよび動的長さの圧縮符号化のステップを含む。

図2を参照されたい。典型的なコンピュータグラフィック環境において、フレームのビデオデータがピクセルアレイとして記録され、各ピクセルは、赤、緑および青(RGB)の成分として示されることができる。しかし、科学者達は、人間の眼が色の変化に対してより鈍感であることに気づいた。ピクセルの輝度属性を用いることにより、人間の眼は、ビデオデータの量が少なくなってもその違いを、ほとんどまたは全く知覚しない。この方法は、RGB面のデータをYUV面に変換することを含む。Yは輝度面である。UおよびVは彩度面である。我々は16×16ピクセルをマクロブロックとして用い、RGB面からYUV面への変換率は4:1:1である(ステップ121)。カラープレーンのサンプリングにより、データの量は最初に減少する。

図2を参照されたい。次に、8×8ピクセルを有する各YUVブロックのために離散コサイン変換を行う(ステップ122)。変換後、各ブロックのデータは、異なるニーズに従って異なる量子化規準により量子化される(ステップ123)。

各ブロックの変換および量子化の後、図3に示されているように、2次元データをジグザグ方向の1次元データにデータ化する。次いで、動的長さの圧縮符号化、例えばハフマン符号化を行って1次元配列をもたらす。

上記のフレーム内圧縮に加えて、MPEGビデオ圧縮方法は、フレーム間圧縮を組み合わせることにより、より高い圧縮率を得る。フレーム間圧縮は、隣り合うフレームが高い類似性を有することに対応して、特にビデオデータストリームにおいて非常に有効である。我々はこの重要な特性を利用してビデオストリームのデータ容量を大幅に減少させることができる。図4を参照されたい。フレームは複数のブロックの組み合わせと見なすことができる。各ブロックは所定の数のピクセル、例えば8か×8ピクセルから構成されている。符号化されるNフレーム131のために、N−1参照フレーム132において類似の画像が検索される。N−1参照フレーム132において、Nフレーム131内のブロック133と類似のブロック134を見つけることができたならば、ブロック133を、ブロック134プラスベクトル135として示すことができる。ブロックデータ全体を記憶することと比較して、参照フレームにおける別のブロックにベクトルをプラスしたものを代わりに用いることにより、データの容量は大幅に減少されることになる。さらに重要なことに、ビデオデータにおいては、隣り合うフレームが高度の類似性を有するため、非常に高い圧縮率を得るために正確性を幾分犠牲にしても、この方法は非常に有効である。この方法は不可逆圧縮と呼ばれている。

図4に示されているように、フレームNは前のフレームN−1を参照することにより符号化される。このような場合に、フレームNはPフレームと呼ばれる。MPEGにおいては、Pフレームに加えてIフレームおよびBフレームが存在する。Iフレームは他のフレームを参照せず、Pフレームは前のフレームを参照し、Bフレームは前のフレームと後のフレームとを参照する。図5は、予め決められた順序のI,PおよびBフレームから構成されているMPEGビデオストリームフレーム列を示す。

フレーム内圧縮およびフレーム間圧縮が終わった後、ビデオ圧縮データおよび音声圧縮データパケットに分割され、予め決められた順序で結合されて、図6に示されているようにMPEGデータストリームを形成する。動的長さ符号化がMPEGの符号化に用いられるため、I,PおよびBフレームは異なる数のパケットから構成され得る。プレーヤまたは編集アプリケーションがパケットを読み取って、さらなる処理のための必要なデータを得る。各パケットは、パケットの必要な情報を記録するためのパケットヘッダを有する。パケットヘッダに記憶された情報の例が時間情報である。パケットヘッダ内の時間情報は、ビデオチャネルおよび音声チャネルなどの異なるチャネルを同期させるために用いることができる。したがって、適切な処理の後にマルチメディア効果がもたらされる。

上記の説明はMPEGデータストリームに関するものである。ISO/IEC11172およびISO/IEC13818規格を参照することによりさらなる情報が得られよう。

マルチメディアアプリケーションにおける莫大な量のデータを減らすためには、上記のMPEGのようなかなり複雑な圧縮方法を用いることを回避することはできない。このような方法を用いれば、データの記憶および伝送の問題は解決されよう。

しかし、MPEGのような圧縮方法は、非常に複雑であるため、圧縮処理に多くの時間がかかる。さらに、我々が圧縮データの再生および編集を必要とするとき、これらのデータを扱う前に圧縮データを解凍しなくてはならない。ビデオストリームのような莫大なマルチメディアデータを処理しなくてはならないときに処理時間はより重要な因子となる。

さらに、より高い圧縮率をもたらす不可逆圧縮方法のためには、圧縮プロセスおよび解凍プロセスを行うたびにデータの正確性が徐々に損なわれる。我々はこれを誤り伝搬と称している。例えば、MPEGビデオストリームの圧縮方法において、フレーム内圧縮またはフレーム間圧縮が共に不可逆圧縮であるため、ビデオストリームの解凍および再圧縮を何度か繰り返した後には、ビデオストリームの質が悪化することがある。このように、誤り伝搬は不可逆圧縮の深刻な副作用なのである。

もし我々がデータを作業するたびに圧縮および解凍を全てのデータに行うならば、圧縮および解凍のために時間を浪費することにもなろう。圧縮データが不可逆圧縮方法を用いているために、より悪い状態が生じる。60分ビデオファイルの質を、このビデオファイルの5分間分を修正するためだけ損失することもあるということを理解されたい。

概要

圧縮データストリームをより正確に効率よく処理するためのシステムおよび方法を提供する。

圧縮されたデータストリームは第1群のソースセグメントおよび第2群のソースセグメントを有する。第1群のソースセグメントに関しては、処理中にソースセグメントを解凍する必要がなく、ソースセグメントのステータスのみ、例えばタイムスタンプを修正することを必要とする。これと比較して、第2群のソースセグメントに関しては、ソースセグメントを次の作業のために解凍する必要がある。次いで、作業されたデータセグメントが再圧縮される。最後に、得られた第1群のセグメントと第2群のセグメントとを結合して、処理された圧縮データストリームを生成する。不必要な解凍および再圧縮をせずに済むため、圧縮データストリームの処理中に高い効率が得られ、また、誤り伝搬の発生が少なくなる。

目的

したがって、本発明の主な目的は、データの不正確性を効率的に低減するように圧縮データストリームを処理するためのシステムおよび方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
0件

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請求項1

第1群のソースセグメントおよび第2群のソースセグメントを有するソース圧データストリームを処理するためのシステムであって、前記第1群のソースセグメントのステータスを、第1群のターゲットセグメントを生成するように選択的に修正するための第1の処理ユニットと、前記第2群のソースセグメントに、第2群のターゲットセグメントを生成するようにオペレーションを行うための第2の処理ユニットとを含み、第2の処理ユニットが、前記第2群のソースセグメントを解凍して、解凍されたソースセグメントの群を生成する解凍ユニットと、前記解凍されたソースセグメントの群にオペレーションを行って、圧縮されていないターゲットセグメントの群を生成するオペレーティングユニットと、前記圧縮されていないターゲットセグメントの群に再圧縮を行って前記第2群のターゲットセグメントを生成する再圧縮ユニットとを含むシステム。

請求項2

さらに、前記ソース圧縮データストリームを前記第1群ソースセグメントと前記第2群ソースセグメントに分けるためのディスパッチユニットを含む請求項1に記載のシステム。

請求項3

さらに、前記第1群のターゲットセグメントと前記第2群のターゲットセグメントとを結合してターゲット圧縮データストリームを生成する統合ユニットを含む請求項1に記載のシステム。

請求項4

前記第1群のソースセグメントの前記ステータスがタイムスタンプを含む請求項1に記載のシステム。

請求項5

前記第2処理ユニットが、前記オペレーションを実行するときにパラメータデータセグメントを参照する請求項1に記載のシステム。

請求項6

前記パラメータデータセグメントが別のソース圧縮データストリームから解凍される請求項5に記載のシステム。

請求項7

前記オペレーションが、前記解凍されたソースセグメントの群をルールに従って変更することである請求項1に記載のシステム。

請求項8

前記オペレーションが、前記解凍されたソースセグメントの群にデータを混合することである請求項1に記載のシステム。

請求項9

前記ソース圧縮データストリームがムービングピクチャーエキスパートグループMPEG)ビデオデータストリームである請求項1に記載のシステム。

請求項10

前記ソース圧縮データストリームがムービング・ピクチャー・エキスパート・グループ(MPEG)音声データストリームである請求項1に記載のシステム。

請求項11

ソース圧縮データストリームを処理する方法であって、前記ソース圧縮データストリームを第1群のソースセグメントと第2群のソースセグメントに分けるステップと、前記第1群のソースセグメントのステータスを、第1群のターゲットセグメントを生成するように選択的に修正するステップと、前記第2群のソースセグメントに作業を行うステップとを含み、前記作業が、前記第2群のソースセグメントを解凍して、解凍されたソースセグメントの群を生成するステップと、前記解凍ソースセグメントの群にオペレーションを実行して、圧縮されていないターゲットセグメントの群を生成するステップと、前記圧縮されていないターゲットセグメントの群に圧縮を行って第2群のターゲットセグメントを生成するステップとを含む方法。

請求項12

さらに、前記第1群のターゲットセグメントと前記第2群のターゲットセグメントとを結合してターゲット圧縮データストリームを生成する請求項11に記載の方法。

請求項13

前記第1群のソースセグメントの前記ステータスがタイムスタンプを含む請求項11に記載の方法。

請求項14

前記オペレーションがパラメータデータセグメントを参照する請求項11に記載の方法。

請求項15

前記パラメータデータセグメントが別のソース圧縮データストリームから解凍される請求項14に記載の方法。

請求項16

前記オペレーションが、前記解凍されたソースセグメントの群をルールに従って変更することである請求項11に記載の方法。

請求項17

前記オペレーションが、前記解凍されたソースセグメントの群にデータを混合することである請求項11に記載の方法。

請求項18

前記ソース圧縮データストリームがムービング・ピクチャー・エキスパート・グループ(MPEG)ビデオデータストリームである請求項11に記載の方法。

請求項19

前記ソース圧縮データストリームがムービング・ピクチャー・エキスパート・グループ(MPEG)音声データストリームである請求項11に記載の方法。

技術分野

0001

本発明は、圧縮データストリームを処理するためのシステムおよび方法に関する。

背景技術

0002

近年、コンピュータソフトウェアおよびハードウェアの技術は共に驚異的な進歩を遂げた。従来のコンピュータだけでなく、新しい技術も、種々の家庭用器械、例えばVCプレーヤ、MP3プレーヤなどに用いられている。新しい技術により、さらに一層多くの機能が付加され、これらの電子機器を用いる人々に、より多くの便利さを提供する。

0003

コンピュータ技術がもたらす最も顕著な変化の1つは、画像、ビデオおよび音声の大量のデータが入ってきて、初期テキストのみの退屈なコンピュータ環境を拡大することである。マルチメディアの世代において、映画遠隔学習などのあらゆる種類の用途において情報量は爆発的に増大している。したがって、今日、莫大な量の情報を処理することが、解決すべき重要な課題である。

0004

莫大な量のデータの処理において、1つの一般的な方法は、これらのデータを、記憶または送信のために圧縮することである。異なる種類のデータは、異なるプロパティにより、異なる方法を用いて圧縮される。画像データに関しては、JPEG、GIFおよびPCFなどの方法がある。ビデオおよび音声データのためには、MP3、Real Audio、MPEGおよびAVIなどの方法があり、一般的なデータのためには、ZIP、ARJおよびTARなどの方法がある。これらの圧縮方法は、不可逆圧縮可逆圧縮の2つのカテゴリー分類することができる。不可逆圧縮においては、データの本来の特性が見つけられ、データの情報の正確性のレベルは、より高い圧縮率をもたらすために犠牲になる。ネットワーク帯域幅または記憶スペース限界はなお存在するが、このような不可逆圧縮方法を用いることにより、ビデオオンデマンドなどの多くのマルチメディアアプリケーションが我々の生活の中に入ってくる。

0005

科学者達は、より一層の高い圧縮率を達成するためのより良い圧縮方法を探し続けている。しかし、一般的には、ある方法がより高い圧縮率をもたらすと、この方法はより複雑であることが多く、このような方法を実行するためのコストがより高くなるという結果になる。ここで、我々は、一般的な不可逆圧縮方法であるMPEGを簡単に説明することにより、マルチメディア世代の圧縮方法に関するより明確な構想を提供する。

0006

MPEGは、「ムービングピクチャーエキスパートグループ」の略語である。これは、国際規格の群、例えばMPEG1およびMPEG2を示している。現在のビデオCD‐ROM、例えばVCDおよびDVDは、MPEGの圧縮技術を用いている。動画の場合、データはビデオデータストリーム音声データストリームに分離され、両方のデータストリームがMPEG圧縮方法により圧縮される。

0007

図1を参照されたい。図1は、マルチメディアデータの例を示す。マルチメディアデータ111はビデオデータストリーム112および音声データストリーム113を含む。マルチメディアデータ111を適切に再生するために、ビデオデータストリーム112と音声データストリーム113のタイムパラメータを同期させる。理論的には、よりすぐれた効果をもたらすために3つ以上のデータストリームを結合させることができ、各データストリームを別々に圧縮することができる。

0008

注目すべき不可逆圧縮方法がMPEGビデオ圧縮であり、ここで、不可逆圧縮方法を説明するためにこの方法を簡単に記載する。MPEGビデオ圧縮においては、最良の圧縮効果を得るためにフレーム内圧縮およびフレーム間圧縮の両方を用いる。

0009

第1に、フレーム内圧縮を説明する。ビデオデータは一連フレームから構成されている。視覚持続効果をもたらすために、通常は1秒に30個のフレームが示されることが必要である。MPEGビデオ圧縮は、カラープレーンサンプリング離散コサイン変換(DCT)、数値のサンプリング、ジグザグおよび動的長さの圧縮符号化のステップを含む。

0010

図2を参照されたい。典型的なコンピュータグラフィック環境において、フレームのビデオデータがピクセルアレイとして記録され、各ピクセルは、赤、緑および青(RGB)の成分として示されることができる。しかし、科学者達は、人間の眼が色の変化に対してより鈍感であることに気づいた。ピクセルの輝度属性を用いることにより、人間の眼は、ビデオデータの量が少なくなってもその違いを、ほとんどまたは全く知覚しない。この方法は、RGB面のデータをYUV面に変換することを含む。Yは輝度面である。UおよびVは彩度面である。我々は16×16ピクセルをマクロブロックとして用い、RGB面からYUV面への変換率は4:1:1である(ステップ121)。カラープレーンのサンプリングにより、データの量は最初に減少する。

0011

図2を参照されたい。次に、8×8ピクセルを有する各YUVブロックのために離散コサイン変換を行う(ステップ122)。変換後、各ブロックのデータは、異なるニーズに従って異なる量子化規準により量子化される(ステップ123)。

0012

各ブロックの変換および量子化の後、図3に示されているように、2次元データをジグザグ方向の1次元データにデータ化する。次いで、動的長さの圧縮符号化、例えばハフマン符号化を行って1次元配列をもたらす。

0013

上記のフレーム内圧縮に加えて、MPEGビデオ圧縮方法は、フレーム間圧縮を組み合わせることにより、より高い圧縮率を得る。フレーム間圧縮は、隣り合うフレームが高い類似性を有することに対応して、特にビデオデータストリームにおいて非常に有効である。我々はこの重要な特性を利用してビデオストリームのデータ容量を大幅に減少させることができる。図4を参照されたい。フレームは複数のブロックの組み合わせと見なすことができる。各ブロックは所定の数のピクセル、例えば8か×8ピクセルから構成されている。符号化されるNフレーム131のために、N−1参照フレーム132において類似の画像が検索される。N−1参照フレーム132において、Nフレーム131内のブロック133と類似のブロック134を見つけることができたならば、ブロック133を、ブロック134プラスベクトル135として示すことができる。ブロックデータ全体を記憶することと比較して、参照フレームにおける別のブロックにベクトルをプラスしたものを代わりに用いることにより、データの容量は大幅に減少されることになる。さらに重要なことに、ビデオデータにおいては、隣り合うフレームが高度の類似性を有するため、非常に高い圧縮率を得るために正確性を幾分犠牲にしても、この方法は非常に有効である。この方法は不可逆圧縮と呼ばれている。

0014

図4に示されているように、フレームNは前のフレームN−1を参照することにより符号化される。このような場合に、フレームNはPフレームと呼ばれる。MPEGにおいては、Pフレームに加えてIフレームおよびBフレームが存在する。Iフレームは他のフレームを参照せず、Pフレームは前のフレームを参照し、Bフレームは前のフレームと後のフレームとを参照する。図5は、予め決められた順序のI,PおよびBフレームから構成されているMPEGビデオストリームフレーム列を示す。

0015

フレーム内圧縮およびフレーム間圧縮が終わった後、ビデオ圧縮データおよび音声圧縮データパケットに分割され、予め決められた順序で結合されて、図6に示されているようにMPEGデータストリームを形成する。動的長さ符号化がMPEGの符号化に用いられるため、I,PおよびBフレームは異なる数のパケットから構成され得る。プレーヤまたは編集アプリケーションがパケットを読み取って、さらなる処理のための必要なデータを得る。各パケットは、パケットの必要な情報を記録するためのパケットヘッダを有する。パケットヘッダに記憶された情報の例が時間情報である。パケットヘッダ内の時間情報は、ビデオチャネルおよび音声チャネルなどの異なるチャネルを同期させるために用いることができる。したがって、適切な処理の後にマルチメディア効果がもたらされる。

0016

上記の説明はMPEGデータストリームに関するものである。ISO/IEC11172およびISO/IEC13818規格を参照することによりさらなる情報が得られよう。

0017

マルチメディアアプリケーションにおける莫大な量のデータを減らすためには、上記のMPEGのようなかなり複雑な圧縮方法を用いることを回避することはできない。このような方法を用いれば、データの記憶および伝送の問題は解決されよう。

0018

しかし、MPEGのような圧縮方法は、非常に複雑であるため、圧縮処理に多くの時間がかかる。さらに、我々が圧縮データの再生および編集を必要とするとき、これらのデータを扱う前に圧縮データを解凍しなくてはならない。ビデオストリームのような莫大なマルチメディアデータを処理しなくてはならないときに処理時間はより重要な因子となる。

0019

さらに、より高い圧縮率をもたらす不可逆圧縮方法のためには、圧縮プロセスおよび解凍プロセスを行うたびにデータの正確性が徐々に損なわれる。我々はこれを誤り伝搬と称している。例えば、MPEGビデオストリームの圧縮方法において、フレーム内圧縮またはフレーム間圧縮が共に不可逆圧縮であるため、ビデオストリームの解凍および再圧縮を何度か繰り返した後には、ビデオストリームの質が悪化することがある。このように、誤り伝搬は不可逆圧縮の深刻な副作用なのである。

0020

もし我々がデータを作業するたびに圧縮および解凍を全てのデータに行うならば、圧縮および解凍のために時間を浪費することにもなろう。圧縮データが不可逆圧縮方法を用いているために、より悪い状態が生じる。60分ビデオファイルの質を、このビデオファイルの5分間分を修正するためだけ損失することもあるということを理解されたい。

発明が解決しようとする課題

0021

したがって、本発明の主な目的は、データの不正確性を効率的に低減するように圧縮データストリームを処理するためのシステムおよび方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0022

本発明の第1の実施形態は、ディスパッチユニット、第1処理ユニット、第2処理ユニットおよび統合ユニットを含む。ディスパッチユニットは、ソース圧縮データストリームを第1群のソースセグメントと第2群のソースセグメントに分けるために用いられる。第1群のソースセグメントは、第1群のターゲットセグメントを生成するように第1処理ユニットによりタイムスタンプなどのステータスが選択的に修正されることのみを必要とする。第1群のセグメントに関しては、解凍および再圧縮の操作は行われない。

0023

第2処理ユニットは、解凍ユニットオペレーティングユニットおよび再圧縮ユニットを含む。第1群のソースセグメントは最初に解凍ユニットにより解凍されて第2群の圧縮されていないソースセグメントを生成する。第2群のソースセグメントが解凍されると、我々はオペレーティングユニットにより内容を変更し得る。変更は、データの付加、ルールに従うオペレーションの実行、または、他の圧縮データストリームからの解凍されたパラメータデータセグメントを混合することを含む。オペレーティングユニットによるオペレーションの後、第2群の圧縮されていないターゲットセグメントが得られる。次いで、第2群の圧縮されていないターゲットセグメントは、再圧縮ユニットにより再圧縮されて第2群のターゲットセグメントを生成する。

0024

次いで、第1群のターゲットセグメントと第2群のターゲットセグメントが統合ユニットにより結合されてターゲット圧縮データストリームを生成する。このシステムは、不必要な解凍および再圧縮操作を省略することができるため、時間を大幅に短縮することができる。また同時に、誤り伝搬も低減される。

0025

本発明は、また、MPEGビデオストリームにおけるフレーム間の圧縮の操作にも適用される。参照する必要の無いフレームに関しては、解凍および再圧縮操作は行われない。したがって、効率を高めることができ、正確性の無駄な損失を回避できる。

発明を実施するための最良の形態

0026

本発明を、機能的なブロック要素およびフローチャートの処理ステップにより説明する。ブロック図は、任意の数のハードウェアおよび/またはソフトウェア要素により達成されることができる。例えば、本発明は、種々の集積回路要素超大規模集積回路VLSI)、例えばメモリプロセッサ論理回路ルックアップ表などを用いることができる。同様に、本発明のソフトウェア要素は、任意の種類のプログラミング言語またはスクリプト言語により作られることができる。これらの言語は、C、C++、JAVA(登録商標)、COBOLBASICアセンブリ、PERLなどを含む。さらに、本発明のソフトウェア要素は、異なるデータ構造オブジェクト、プロセス、ルーチンまたは他のプログラミング要素により実行される異なるアルゴリズムを用いることも含む。単純化のために、以下の実施形態を、一般的なコンピュータ構造を用いて説明するが、これに限定されることはない。さらに、本発明が、データ送信、信号配信、データ処理ネットワーク制御などのためにいずれの先行技術も用いることができることが留意されよう。

0027

本発明の第1の実施形態を示している図7を参照されたい。ソース圧縮データストリーム25を処理するためのシステム20が、ディスパッチ振分けユニット21、第1の処理ユニット22、第2の処理ユニット23、および統合ユニット24を有する。圧縮データストリーム25は、第1群のソースセグメント261と第2群のソースセグメント271とに分けられる。ソース圧縮データストリーム25は、圧縮された順序データ集合、例えば、MPEG圧縮画像データストリーム、MPEG圧縮音声データストリームなどである。例えば、図6パケットシーケンスは、幾つかのMPEG圧縮画像データストリームおよびMPEG圧縮音声データストリームを含むMPEG圧縮データストリームと見なすことができる。

0028

図7を参照されたい。ディスパッチユニット21はソース圧縮データストリーム25を第1群のソースセグメント261と第2群のソースセグメント271とに分割する。次いで、ディスパッチユニット21は、第1群のソースセグメント261および第2群のソースセグメント271を、それぞれ第1処理ユニット22および第2処理ユニット23に配信する。第1群のソースセグメント261はソース圧縮データストリーム25の一部であり、これらの部分には、割り当てられた作業の前に解凍操作を行う必要は無い。第2群のソースセグメント271はソース圧縮データストリーム25のその他の部分であり、これらの部分には、割り当てられた作業の前解に解凍操作を行う必要がある。さらに、第1処理ユニット22および第2処理ユニット23による処理の後、統合ユニット24が、得られた結果の両方を結合させてターゲット(目標の)圧縮データストリーム28を生成する。

0029

先に記載したように、第1処理ユニット22は、処理中に解凍される必要のない第1群のソースセグメント261を扱う。第1処理ユニット22が行うのは、第1群のソースセグメント261のステータスを選択的に修正することである。ステータスの例は、同期化のために用いられるタイムスタンプである。ステータスを修正した後、第1処理ユニット22は、図7に示されているように第1群のターゲットセグメント262を生成する。MPEGビデオストリームの例において、第1群のソースセグメント261は、ビデオに現れる時間を変えるだけのフレームであり得る。このような例において、我々は、パケットヘッダにおける対応するタイムスタンプを対応するフレームのために修正するだけでよく、これらのパケットを解凍する必要はない。マルチメディア圧縮データストリームに関して、用いられる圧縮方法はしばしば非常に複雑であり、圧縮および解凍の不必要な操作を回避すれば、操作時間を大幅に短縮できるであろう。さらに重要なことは、不可逆圧縮方法に関しては、高い質が、誤り伝播の回避による不必要な圧縮および解凍操作の回避により保証される。

0030

第2処理ユニット23は、解凍ユニット231、オペレーティングユニット232および再圧縮ユニット233を有する。最初に、第2群のソースセグメント271が解凍ユニット231により解凍されて、第2群の解凍ソースセグメント272を生成する。次いで、オペレーティングユニット232は、第2群の解凍ソースセグメント272に、第2群の圧縮されていないターゲットセグメント273を生成させるためのオペレーションを行う。次いで、再圧縮ユニット233は、第2群の圧縮されていないターゲットセグメント273を再圧縮して第2群のターゲットセグメント274をもたらす。

0031

オペレーティングユニット232の実施形態は、あるデータを第2群の解凍ソースセグメント272に加え、または、第2群の解凍ソースセグメント272の内容をルールに従って変更し得る。例えば、MPEG圧縮ビデオデータストリームにおいて、第2群の解凍ソースセグメント272は解凍フレームのデータである。したがって、オペレーティングユニット232は、特別な効果、例えば、色変更、部分的拡大または縮小をルールに従ってフレームに加え得る。さらに、オペレーティングユニット232は、あるデータをフレームに混合させることができ、例えば、標題、LOGOなどを追加し得る。

0032

オペレーティングユニット232の実施形態は、また、パラメータデータセグメントを参照することにより第2群の解凍ソースセグメント272を操作し得る。パラメータデータセグメントは、別の圧縮データストリームから解凍することにより得られる。例えば、MPEGビデオデータストリームにおいて、フレームの1つのセグメントにオペレーションを行うことによりフェードインアウトまたは変態効果が生じ、このオペレーションはフレームの別のセグメントを参照することにより行われる。

0033

図7を再度参照されたい。第1処理ユニット22および第2処理ユニット23がそれぞれ第1群のターゲットセグメント262および第2群のターゲットセグメント274を生成した後、統合ユニット24が第1群のターゲットセグメント262と第2群のターゲットセグメント274とを結合させて、圧縮されたターゲットデータストリーム28を生成する。

0034

結論として、MPEGビデオストリームの処理の例として、第1に、MPEGビデオストリームを2つの群のセグメントに分ける。次いで、第1群のセグメントのステータスを選択的に修正し、第2群のセグメントを、解凍し、操作し、そして再圧縮する。最後に、第1群のセグメントと第2群のセグメントとを統合して新しいMPEGビデオストリームを生成する。

0035

図8は、本発明の概念をフローチャート方式で説明する。圧縮データストリームを処理するために、第1のステップは、ソース圧縮データストリームを入力することである(ステップ291)。次のステップは、第1群のソースセグメントを第2群のソースセグメントから識別することである(ステップ292)。次のステップは、第1群のセグメントを第2群のセグメントから分離することである(ステップ293)。

0036

第1群のソースセグメントに関し、必要なステップは、ソースセグメントのステータスを選択的に修正し、第1群のターゲットセグメントを生成することである(ステップ294)。ステータスは、パラメータデータ、例えばタイムスタンプを含み得る。第2群のソースセグメントに関し、一連のステップが実行される(ステップ295)。これらのステップは、第2群のソースセグメントを解凍して第2群の解凍ソースセグメントを生成すること(ステップ2951)、第2群の解凍ソースセグメントにオペレーションを実行して第2群の圧縮されていないターゲットセグメントを生成すること(ステップ2952)、および、第2群の圧縮されていないターゲットセグメントを再圧縮して第2群のターゲットセグメントを生成することを含む。ステップ2952におけるオペレーションは、第2群の解凍されたソースセグメントをルールに従って変更し、パラメータデータセグメントを参照し、そして、解凍されたセグメントをあるデータと混合することなどを含む。

0037

次いで、第1群のターゲットセグメントおよび第2群のターゲットセグメントが得られたならば、これら2つの群のターゲットセグメントを結合して(ステップ296)ターゲット圧縮データストリームを生成する(ステップ297)。

0038

第1実施形態の典型的なハードウェア環境図9に示されている。これは、標準的なコンピュータハードウェアの構造を示す。この構造は、マイクロプロセッサなどの中央処理装置310および他のユニットを有し、これらのユニットは、システムバス312を用いて互いに連結されている。さらに、ハードウェアは、また、ランダムアクセスメモリ(RAM)314、読出し専用メモリ(ROM)316と、ディスク記憶装置310などの周辺装置バス312に連結する入力/出力アダプタ318と、キーボード324、マウス326、スピーカ328、マイクロフォン332および/またはタッチスクリーン(図示せず)などの他のユーザインタフェース装置をバス312に連結するユーザインタフェースアダプタ322と、コンピュータをコミュニケーションネットワーク(例えばデータ処理ネットワーク)に連結するコミュニケーションアダプタと334と、バス312をディスプレイ装置338に連結するモニタアダプタ336とを有する。

0039

ハードウェアには、通常、オペレーティングシステム(OS)がインストールされており、これらのOSは、例えば、マイクロソフトウィンドウNT/95オペレーティングシステム、IBM・OS/2オペレーティングシステム、MACOS、UNIX(登録商標)、Linuxオペレーティングシステムなどである。新技術の急速な出現と共に、パーソナルコンピュータおよびワークステーションだけでなく、ノートブック移動体通信装置(例えば携帯電話)、パーソナルデジタルアシスタント個人向け情報端末)(PDA)または他の電気処理プラットフォームを本発明の実施形態のハードウェアプラットフォームにすることができる。

0040

第1実施形態の典型的なソフトウェア環境図10に示されている。下層は種々のハードウェアのためのドライバ341であり、中間層は、オペレーティングシステム342であり、上層はマルチメディアアプリケーション343である。ユーザは、マルチメディアデータを取り扱うときに上層のマルチメディアアプリケーション343を用いて相互作用を行い、マルチメディアアプリケーション343は、オペレーティングシステム342を呼び出して、対応するファイルオペレーション、データストリームオペレーション、ビデオ出力などをもたらすために用いられる。オペレーティングシステム342はアプリケーションからのジョブを達成するためにドライバ341を介してハードウェアと連通している。

0041

上記の要素、例えば、ディスパッチユニット21、第1処理ユニット22、第2処理ユニット23、および統合ユニット24を含む本発明のシステムは、本発明の目的を達成するためマルチメディアアプリケーション343、オペレーティングシステム342およびドライバ341に埋め込まれて上記ハードウェアと協働することができる。あるいは、本発明は、ドライバ341の層において一部が実行されることができ、ビデオアクセラレータボードなどの外部ハードウェアにおいて一部が実行されることができる。本発明は、また、ライブラリモジュール、オブジェクト、デーモンを形成するようにコードで書かれることができ、またはパッケージに統合されることができる。本発明は、コンピュータの読み取り可能な媒体、例えばハードディスクフレキシブルディスクCD−ROM、種々のメモリに記憶されることができ、上記のソフトウェアおよびハードウェア環境内にロード(読込み)されて、所望のオペレーションを実行することができる。また、本発明のシステムを、ハードウェア実装の一部として論理回路に実装することも可能である。

0042

実施形態のオペレーションを以下に明確に記載するために、MPEGデータエディタを例として用いる。図11を参照されたい。ユーザ411は、上記のハードウェアおよびソフトウェア環境と、例えばコンピュータ414と、入力装置、例えば入力装置412、413を介して通信してMPEGデータを取り扱う。ユーザが上記の操作を、ネットワークを通じてまたはバッチ方式でも実行できることが留意されよう。

0043

図12を参照されたい。これは、ユーザがマルチメディアデータを、モニタを介して操作する例である。ユーザは、データストリーム421,422を指定して閲覧し、ターゲットデータストリーム423の処理結果を閲覧し、ソースデータストリームにおける処理されるセグメント424、425を指定し、および/または、他のオペレーション426,427を割り当てる。このタイプのインタフェースを介して、ユーザはMPEGデータを双方向的に編集することができる。

0044

MPEGビデオストリームにおける作業は、遷移タイトルおよびカットアンドマージ併合)のオペレーションを含む。図13(A)、図13(B)および図13(C)は、それぞれこれらのオペレーションを説明している。

0045

図13(A)の遷移オペレーションを参照されたい。この例は、ソースデータストリームS1,S2のフレームのセグメントを重ねてターゲットデータストリームTを生成する様子を示す。S1のフレームa4〜a6はS2のフレームb1〜b3と重ねられている。詳細には、フェードイン/フェードアウトオペレーションが、重なった部分において実行される。フェードイン/フェードアウト処理は、S1のフレームの内容を連続的に減少させ、同時に、S2のフレームの内容を連続的に増大させ、重なったフレームを再計算して「遷移」効果を達成することを含む。S1のフレームa1〜a3およびS2のフレームb4〜b6は、タイムスタンプのパラメータが修正されるだけである。この例において、ソースデータストリームa4〜a6、b1〜b3は解凍を必要とし、上記の第2群のソースセグメントに属し、a1〜a3、b4〜b6は第1群のソースセグメントに属する。

0046

図13(B)に示した「タイトル」オペレーションを参照されたい。ソースデータストリームS1のa4〜a6のフレームの内容は、ターゲットデータストリームTを生成するために修正される。ソースデータストリームS1のa1〜a3、a7〜a9は解凍が不必要であるので第1群のソースセグメントに属する。これと反対に、S1のa4〜a6は、対応する新しいフレームデータa4’〜a6’を生成するために最初に解凍を必要とするので、a4〜a6は第2群のソースセグメントに属する。

0047

「カットアンドマージ」のための図13(C)を参照されたい。ソースデータストリームS1のa4〜a5、a6〜a9のフレームおよびソースデータストリームS2のb7〜b9のフレームがカットおよび併合されて予め決められた順番のターゲットデータストリームTとなっている。この例において、a4〜a5、a6〜a9およびb7〜b9は解凍を必要とせず、タイムスタンプが修正されることを必要とするだけである。したがって、a4〜a5、a7〜a9、b7〜b9は第1群のソースセグメントに属する。

0048

次いで、図13および14を用いて、ユーザがどのようにして圧縮データストリームを操作し、どのようにしてこれらの上記の3つの基本オペレーションを組み合わせて作業を形成するかを説明する。さらに、図15におけるフローチャートは、図14のオペレーションに関するステップを示す。

0049

図14(A)を参照されたい。圧縮データストリームS1は3つのセグメントP1,P2,P3から構成されている。今、セグメントP2が消されてP1とP3が再結合されている。図14(A)における編集は、上記の幾つかの「カットアンドマージ」オペレーションにより実現される。簡略化のために、我々はここで共通のオブジェクト指向言語を用いてプロセスを説明する。Tはターゲットデータストリームのオブジェクトであり、「Add」はTの方法であり、「Add」の第1パラメータはソースセグメントであり、第2パラメータはタイムスタンプであり、タイムスタンプは、ソースセグメントが加えられる開始参照時間を示す。したがって、図14(A)におけるオペレーションは、基本的オペレーションの組み合わせである「T.Add(S1.P3,t1)」,「T.Add(S1.P1,t2)」に変換されることができる。先に記載したように、この例は、タイムスタンプを適切に変更することのみを必要とし、解凍または再圧縮操作は必要でない。

0050

図14(B)を参照されたい。この例において、2つのソースデータストリームS1,S2が選択的に集められる。この例も第1の例と同様に、セグメントP3,P5,P1はタイムスタンプの調節のみを必要とし、解凍および再圧縮は必要でない。したがって、図14(B)におけるオペレーションは、「T.Add(S1.P3,t1)」,「T.Add(S2.P5,t2)」および「T.Add(S1.P1,t3)」に変換されることができる。

0051

図14(C)を参照されたい。この例においては、オペレーションf1がソースデータストリームS1のセグメントP1に実行され、その後、その結果がTに加えられる。オペレーションf1が行われるため、P1は解凍および再圧縮を必要とする。しかし、セグメントP3はタイムスタンプの修正を必要とするだけである。図14(C)におけるオペレーションは、「T.Add(S1.P3,t1)」,「T.Add(f1(S1.P1),t2)」に変換される。

0052

図14(D)を参照されたい。この例において、ソースデータストリームS1,S2のP3およびP5は、Tデータストリームに加えられる前に参照オペレーションf2により作業される。参照オペレーションf2は、図13(A)に記載した「遷移」のオペレーションであり得る。f2の別のパラメータt3は、セグメントP3の最終部、すなわち、P3[tp3−t3:tp3]と、セグメントP5の最前部、すなわちP5[ 0:tp5] とが「遷移」により実行されることを示す。P3[ 0:tp3- t3] およびP5[ t3:tp5] は、タイムスタンプの修正を必要とするだけであり、解凍および再圧縮されることを必要としない。図14(D)における編集は、「T.Add(S1.P1,t1)」,「T.Add(f2( S1.P3,t3) ,t2)」に変換される。

0053

ここで、図15のフローチャートを用いてオペレーションをより明確に説明する。第1に、ユーザは、図12に示されているようなユーザインタフェースを介してオペレーションコマンドを設定する(ステップ71)。次いで、アプリケーションがユーザのオペレーションコマンドを、一連の基本オペレーション、例えば、図14(A)から図14(D)に示された「Add」、「f1」、「f2」に解釈変換する(ステップ72)。次いで、アプリケーションは、これらの基本オペレーションを処理するために複数のスレッドが必要かどうかをテストする(ステップ73)。基本オペレーションが「Add」だけであれば、タイムスタンプが選択的に修正され(ステップ7311)、修正されたセグメントがターゲットデータストリームに加えられる(ステップ7312)。

0054

基本オペレーションが「f1(P,t)」のタイプに属する場合には、Pセグメントが解凍され(ステップ7321)、f1により操作され(ステップ7322)、次いで再圧縮される(ステップ7323)。その後、ステップ7311,7312および7313が連続的に実行される。

0055

基本オペレーションが「f2(P1,p2,ts)」のタイプに属する場合には、P1およびP2がそれぞれ、解凍が必要な部分および解凍を必要としない部分を有するため、ステップ7331がセグメントをサブセグメントに分割する。言い換えれば、セグメントP1の最終部、すなわちP1[ tp1- ts:tp1] およびセグメントP2の最前部、すなわちP2[ 0:ts] は、「遷移」を行うために解凍されることを必要とする。これと対照的に、P1[ 0:tp1- ts] およびP2[ ts:tp2] に必要なのはタイムスタンプの修正だけであり、解凍および再圧縮操作は必要でない。このように、異なるニーズに対して、異なるセグメントに対する異なる望ましいプロセスが実行される(ステップ7332)。

0056

次いで、P1[ 0:tp1- ts] およびP2[ ts:tp2] のタイムスタンプの修正が行われる(ステップ7333、ステップ7336)。これと対照的に、P1の最終部、すなわちP1[ tp1- ts:tp1] およびセグメントP2の最前部、すなわちP2[ 0:ts] はそれぞれ解凍される(ステップ7334,ステップ7335)。次いで、解凍されたセグメントが「遷移」オペレーションにより作業され(ステップ7337)、その結果が再圧縮される(ステップ7338)。次いで、ステップ7333,7338,および7336の結果が結合される(ステップ7339)。次いで、ステップ7311,7312および7313が連続して実行される。もちろん、ステップ7313において行われる必要のある他のオペレーションが存在すれば、ステップ73が実行される。上記のオペレーションが完了した後、ターゲット圧縮データストリームが効率的に得られる(ステップ7314)。

0057

上記の説明により、当業者は本発明を実行することができる。本文中に記載したMPEGビデオデータストリームおよび音声データストリームだけでなく、任意の圧縮データストリームに本発明を用いて圧縮データストリームの処理の効率を高め、かつ、不可逆圧縮方法によりもたらされる誤り伝搬を減らすことができることに留意されたい。

0058

図16は、本発明がMPEGビデオデータストリームにどのように用いられるかを示す。先に記載したように、MPEGビデオデータストリームの圧縮方法はフレーム内圧縮だけでなくフレーム間圧縮も含む。換言すれば、図5に示したように、MPEGフレーム間に関係が存在する。

0059

フレームのセグメントを圧縮データストリームから検索したいとき、また、セグメントの1つのフレームが以前のまたは次のフレームを参照することにより圧縮されるとき、我々は、このフレームを処理する前に、対応する参照フレームを解凍しなければならない。本発明に従えば、処理されるフレームは、図16に示したように2つの群に分けられる。第1群のフレーム81は他のフレームの参照フレームではなく、したがって、第1群のフレーム81は解凍される必要がない。第2群のフレーム82は他のフレームの参照フレームであり、したがって、第2群のフレーム82は解凍される必要がある。このようにして、不必要な解凍が回避され、時間が短縮される。さらに、不可逆圧縮の不必要な誤り伝搬が減らされる。

0060

上記の実施形態が本発明の例を説明するために用いられたに過ぎないことに留意されたい。簡潔化のために、先行技術に属する、本発明のシステムにおける機能または演算要素に関しては、本件には詳細に記載していない。さらに、本件の図面に記載されたリンクラインは、機能の関係および/または物理的連結を示すために用いられている。

0061

本発明が異なる形態で用いられ得ることに留意されたい。当業者は、ユーザが、キーボード、マウス、ライトペンなどの入力装置を介して本発明のシステムと相互作用を生じることができることを知るであろう。同様に、本発明は、パーソナルコンピュータ、パーソナルデジタルアシスタント、パームノートブックコンピュータモバイルフォンデジタルカメラなどと連結することができる。これらの電子装置は任意のオペレーティングシステム、例えば、ウィンドウズ(登録商標)、パームOS、MacOS、OS/2、BeOS、Linux、UNIXなどの任意のバージョンで用いることができる。

0062

したがって、上記の開示を限定するものは特許請求の範囲のみであると解釈されるべきである。

発明の効果

0063

以上に記載したように、本発明に従えば、不必要な解凍および再圧縮をせずに圧縮データストリームをより正確に効率よく処理するためのシステムおよび方法が提供される。

図面の簡単な説明

0064

図11つのマルチメディアデータを示す図である。
図2MPEGのフレーム内圧縮を説明するフローチャートである。
図3ジグザグ方向のマッピングを示す図である。
図4MPEGのフレーム間圧縮の参照図である。
図5MPEGビデオストリームにおける一連のフレームを示す。
図6MPEGストリームを一連のパケットとして示す。
図7第1の実施形態のシステムを示す図である。
図8第1の実施形態の方法を示すフローチャートを示す。
図9基本的なハードウェア環境を示す図である。
図10基本的なソフトウェア環境を示す図である。
図11ユーザとアプリケーションとの相互作用を示す図である。
図12ユーザインタフェースの例を示す図である。
図13図13(A)は、第1の基本オペレーションの例を示す図であり、図13(B)は、第2の基本オペレーションの例を示す図であり、図13(C)は、第3の基本オペレーションの例を示す図である。
図14図14(A)は、例示的な編集オペレーションを示す図であり、図14(B)は、別の例示的な編集オペレーションを示す図であり、図14(C)は、別の例示的な編集オペレーションを示す図であり、図14(D)は、別の例示的な編集オペレーションを示す図である。
図15編集オペレーション処理を示すフローチャートである。
図16MPEGビデオデータストリームを示す図である。

--

0065

21・・・ディスパッチユニット、22、23・・・ 第1処理ユニット、24・・・統合ユニット、232・・・オペレーティングユニット、233・・・再圧縮ユニット、261、271・・・ソースセグメント、262・・・ターゲットセグメント。

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