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TWI423171B - 呈時間上可標度連流形式的視訊內容之寫碼方法及裝置 - Google Patents

呈時間上可標度連流形式的視訊內容之寫碼方法及裝置 Download PDF

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TWI423171B
TWI423171B TW097117069A TW97117069A TWI423171B TW I423171 B TWI423171 B TW I423171B TW 097117069 A TW097117069 A TW 097117069A TW 97117069 A TW97117069 A TW 97117069A TW I423171 B TWI423171 B TW I423171B
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Edouard Francois
Vincent Bottreau
Christophe Chevance
Jerome Vieron
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Publication date
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Description

呈時間上可標度連流形式的視訊內容之寫碼方法及裝置
本發明係關於呈時間上可標度連流形式的視訊內容寫碼之一般界域。
本發明尤指呈時間上可標度連流形式的視訊內容之寫碼裝置和方法，該內容係利用第一圖場和第二圖場交織形成的第一組交織圖像，以及第二組級進圖像所展示。
已知多層寫碼方法，適於以所寫碼資料之可標度連流形式，把視訊內容加以寫碼。標度性代表把資訊標度之能力，使其可以解像度和/或時間頻率之若干位階加以解碼。以此類寫碼方法所發生的寫碼資料連流，一般分成若干層，尤其是基層，以及一或以上之增強層。此等寫碼程序使得視訊內容可以單一連流的形式寫碼，例如適應接收裝置之不同能力(就CPU、顯示裝置之特徵等而言)。第一接收裝置只能把相對於基層的部份連流解碼，而第二更有效裝置可把全部連流解碼。此等寫碼方法特別有益於呈單一連流形式的視訊內容寫碼，基層係相對於內容之第一版，例如HD 1080i 30 Hz版，而增強層係相對於同樣視訊內容之第二版，例如HD 1080p 60 Hz版。此等所寫碼資料連流可利用現時解碼平台有利解碼，能夠以HD 1080i 30 Hz格式重構內容。此同樣內容未來亦可利用未來解碼平台解碼，能夠以HD 1080p 60 Hz格式重構內容。現時平台只能把相對於基層的部份連流解碼，而未來平台則可把全部連流加以解碼。
此等寫碼方法適於利用以層間預計為名之工具，從基層之圖像部份，把增強層之圖像或部份圖像寫碼。此等工具在2007年1月出版的ISO/IEC MPEG的JVT-V201和ITU-T VCEG內界定，題目為〈SVC修正之聯合草案9〉。此文件說明有關標度性的MPEG-4 AVC之SVC延伸。更正確言之， 增強層的圖像之圖像資料段，以空間性(內型寫碼模態)或時間性(間型寫碼模態)預估。在此最後情況下，不是按照標準預估模態(例如雙向預估模態、直接預估模態、預先預估模態等)，從增強層的圖像段預估，便是按照層間預估模態，從基層之圖像段預估。在此最後情況下，運動資料(例如巨段之分隔成諸段、可能運動向量和參考圖像係數)，以及與增強層的圖像段關聯之可能圖像資料，分別從與基層圖像段關聯的圖像資料之運動資料推論或繼承。
此外，已知寫碼方法適於按照層系GOP(圖像組)結構，把每GOP之視訊內容寫碼，正如第1圖為級進圖像所示。在此圖中，GOP是按照二元圖像間之時間性依賴結構寫碼(見M. Flierl和B. Girod〈概括化B圖像和草案JVT/H.264視訊壓縮標準〉，IEEE Trans. on Circuits and Systems for Video Technology，第13卷，587-597頁，2003年7月)。圖像間之時間性依賴，如虛線所示。圖像2在時間上依賴圖像0和4，即圖像2或部份圖像2，可利用時間性預估，參考圖像0和4加以寫碼。按照此等結構，圖像是以若干時間性位階寫碼，指定時間性位階之圖像只能參見較低或同等時間性位階之圖像寫碼，其本身已先行寫碼。此結構稱為二元式，使賦予時間性位階的圖像在頻率F的程度，若增加次一時間性位階的圖像，可得頻率為先前二倍的序列，即2F。此等結構的益處是，提供高壓縮率，即可發生時間上可標度之資料連流。誠然，忽視較高時間性位階，即不將與此等位階相關的所寫碼資料連流部份加以解碼，視訊之時間性頻率即相對於把全部所寫碼資料流加以解碼所重構的視訊之時間性頻率降低。為達成此舉，在連流內插入時間性位階資訊項目。此項資訊特別以解碼方法用來識別與指定時間性位階相關的寫碼資料封包，因此識別寫碼資料封包，忽略以指定頻率重構視訊內容。按照SVC標準，此時間性位階資訊，寫碼在各 NAL(網路適應層)型封包之頭標。
以交織視訊情況而言，各圖像是由第一圖場與第二圖場交織所形成。當交織視訊以圖像模態寫碼時，圖像之二圖場是同時寫碼。當交織視訊以圖場模態寫碼時，圖像之二圖場，則接續寫碼，即第二圖場是緊接在第一圖場之後寫碼。此種寫碼有益於減少解碼器的記憶體空間要求。誠然，若同樣圖像之二圖場不接續寫碼，在解碼器側，必須把第一重構場儲存於記憶體內，直至此第二圖場本身重構為止，以便恢復全圖像。此種措施需要更多的記憶體空間。
若第一圖場稱為上或TOP圖場，則第二圖場為下或BOTTOM圖場，反之亦然。第1圖所示應用級進式視訊之層系GOP結構，在交織視訊以圖場模態寫碼情況下，以相反之二圖場取代圖像，正如第2圖所示。在此圖中，實線表示TOP圖場，虛線表示BOTTOM圖場。在第2圖裡，指數k的交織圖像是由TOP圖場kT和BOTTOM圖場kB組成。在此圖中，圖像2之二圖場2T和2B係接續寫碼，即圖像2之第二圖場緊接在圖像2之後寫碼。如此可能不會隨時引進，供圖像2寫碼，因而供該圖像之未來寫碼。在如此圖中，全部或部份圖場2T，可參照先前寫碼圖場0T,0B,4T,4B寫碼。須知此圖場亦可完全或部份以內型模態寫碼，即獨立於序列之任何其他圖像。對圖場2B而言，可完全或部份參照先前寫碼圖場0T,0B,4T,4B，而且參照圖場2T寫碼。此結構兼具交織情況和級進情況優點(即高壓縮率和時間性標度)。
此外，已知多層寫碼方法，其中基層和增強層是按照層系GOP結構寫碼，如第1和2圖所示。此種二層式層系GOP結構，即交織基層和級進增強層，如第3圖所示。在此圖中，增強層之級進圖像以其指數k參照。時戳與增強層之各圖像和基層之各圖場關聯。在第3圖裡，增強層之圖像和基層之圖場具有同樣時戳，垂直相符。增強層之圖像參照相 對應圖場寫碼，即具有同樣時戳，在基層內使用層間預估工具，或參照增強層之一或以上先前寫碼圖像，或甚至獨立於序列之其他圖像(內型寫碼)。例如，增強層之圖像2，可利用層間預估方法，完全或部份以基層的圖場1T資料加以寫碼。惟當SVC標準文脈內使用如此結構時，增強層有些圖像不會使用層間預估。此情況為時間性位階3之圖像。誠然，SVC標準只容許相同時間性位階的圖像間之層間預估。惟圖像1在時間性位階3，而同樣時戳的圖場，即圖場0B，是在時間性位階0。再者，SVC標準透過側描的界定，限制適於儲存參照圖像之記憶體尺寸。由於記憶體尺寸有些限制，在增強層的圖像1寫碼之際，圖像0B不再呈現於該參照圖像記憶體內。誠然，圖像和圖幅是按照下列順序寫碼：0T,0B,0,4B,4T, 8, 2T, 2B, 4, 1T, 1B, 2, 3T, 3B, 6, 1, 3, 5, 7, 9。因此，假設參照圖像記憶體有儲存4個參照圖像之能力，在圖像1寫碼之際，圖像0T,0B,0即不再能用做參照。為使圖像1和相對應圖場0B間進行層間預估位階，則記憶體內必須儲存15個參照圖像。不能夠利用層間預估把增強層的若干圖像加以寫碼之事實，對寫碼效能會有負面效果。
本發明之目的，在於補正先前技術之至少一缺點。
本發明係關於呈時間上可標度連流形式的視訊內容之寫碼方法。此內容是以第一圖場與第二圖場交織形成的第一組交織圖像，以及第二組級進圖像所展示，第二組之各圖像與第一組圖場相符。此法包括如下步驟：一按照第一預定寫碼順序，把第一組圖場寫碼在M時間性位階上，M為確實大於1之整數，使交織圖場之第二圖場可緊接在交織圖像的第一圖場之後寫碼；以及一以第二預定寫碼順序，把第二組圖像寫碼在M時間性位階上。
按照本發明之基本特徵，第二寫碼順序等於第一寫碼順序。
有益的是，此方法利用層間預估，使增強層之各圖像完全或部份參照基層寫碼。
按照另一要旨，第一組圖像之第二圖場，是在確實比圖像之第一圖場寫碼時的時間性位階更高的時間性位階寫碼，而與第二圖場符合的第一組圖像，是在確實比與第一圖場符合的第二組圖像寫碼時的時間性位階更高的時間性位階寫碼。
按照本發明特別之特徵，在指定時間性位階寫碼的圖場，是完全或部份參照先前在位階低於或等於指定時間性位階所寫碼圖場，加以寫碼。
本發明又關係到呈時間上可標度連流形式的視訊內容之寫碼裝置。此內容是以第一圖場與第二圖場交織形成的第一組交織圖像，和第二組級進圖像所展示，第二組各圖像與第一組圖場相符。此裝置包括：一第一寫碼機構，按照第一預定寫碼順序，把第一組圖場寫碼在M時間性位階，M為確實大於1的整數，使交織圖像之第二圖場緊接在此交織圖像的第一圖場之後寫碼：以及一第二寫碼機構，以第二預定寫碼順序，把第二組的圖像寫碼在M時間性位階。
按照本發明基本特徵，第二寫碼順序等於第一寫碼順序。
茲參照附圖所示具體例和實施方式，即可更為明瞭本發明，惟本發明不限於此。
本發明係關於呈時間上可標度連流形式的視訊內容之寫碼方法和裝置。視訊內容是以第一圖場與第二圖場交織形成 的第一組交織圖像，以及第二組級進圖像所展示，第二組之各圖像在時間上與第一組之圖場相符，即具有同樣時戳。第一組圖像稱為基層圖像，是以基層形式寫碼，而第二組圖像稱為增強層圖像，則以增強層形式寫碼。
參見第4和6圖，本發明第一具體例係就第一組M/2交織圖像，即M圖場，和第二組M級進圖像(M為正整數)，加以說明。在第4和6圖中，M=10。10個圖像或圖場，按照層系GOP的二元結構，寫碼在3個時間性位階。本發明包括以基層交織圖像的圖場模態之寫碼步驟10。基層之圖像係例如按照ISO/IEC文件14496-10:2005內界定之標準MPEG-4AVC，進行寫碼，時間依賴性係參照第2圖界定之GOP結構決定。基層之圖幅係按照預定寫碼順序寫碼。在此實施例中，位階0之圖場是在較高位階的圖場之前寫碼，其順序如下：0T,0B,4T,4B。位階1的圖場再按如下順序寫碼：2T和2B，可能參照位階0的圖場。圖場2B亦可完全或部份參照圖場2T寫碼。然後，位階2的圖場按如下順序寫碼：1T,1B,3T,3B。圖場1T是完全或部份參照先前寫碼的較低層圖幅寫碼，在其寫碼時刻，仍然儲存在記憶體內。同此，圖場1B,3T和3B係參照較低位階的圖場或參照同樣先前寫碼的時間性位階圖場寫碼。本發明步驟10與參照第2圖所述先前技術方法的基層寫碼步驟相同。
按照本發明基本特徵，在步驟20，增強層的圖像是按照先前技術界定的標準層系GOP，參照第1和3圖寫碼。為此目的，第3圖所示GOP結構修飾方式是，使增強層的圖像按照基層圖場之同樣寫順序寫碼。在時間上與基層同樣圖像之二圖場相符的增強層二圖像，係接續寫碼，第二圖像係緊接在第一圖像之後寫碼，與標準結構的情況不同。例如，以標準的層系GOP結構，圖像1並不緊接圖像0之後寫碼。誠然，圖像8,4,2,6是在二者之間寫碼。
新的層系GOP結構使增強層的圖像，可按基層圖場之同樣寫碼順序，成對寫碼，即與基層圖像的第二圖場相同時戳之增強層圖像，是緊接在與該基層圖像的第一圖場相同時戳的增強層圖像之後寫碼。在此具體例中，圖像和圖幅按如下順序寫碼：0T,0B,0,1,4T,4B,8,9,2T,2B,4,5,1T,1B,2,3,3T,3B,6,7。基層之圖像即按如下順序寫碼：0,1,8,9,4,5,2,3,6,7，與基層圖場的寫碼順序相同，即0T,0B,4T,4B,2T,2B,1T,1B,3T,3B。因此，假設參照圖像記憶體有儲存4個參照圖像的容量，則在圖像1的寫碼過程中，圖像0T,0B和0即可用於參照，與參照第3圖所界定二元GOP結構情況不同。須知在後一情況下，必須儲存15個參照圖像，故圖像1可從層間預估受益。因此，指數2k的增強層圖像，從層間預估由kTOP圖場受益，而圖像2k+1從層間預估由kBOTTOM圖場受益。由於圖像2k和2k+1接續寫碼，即寫碼順序和基層圖場相同，不再引起kBOTTOM圖場不可行問題。具有奇數指數之全部圖像即從層間預估由其相對應BOTTOM圖場受益(如第4圖中灰色三角形所示)，可以提高視訊內容之寫碼效率。此等GOP結構對增強層之全部圖像而言，優先於層間預估。
惟雖然捨棄較高時間性位階之圖像，可得時間性標度，但此時間性標度不如以參照第3圖界定的GOP結構所得標度精細，因為二接續圖像，即圖像2和3，以及圖像6和7，必須除去。
按照本發明另一要旨，參照第5圖所述，與圖像和圖場相關時間性位階，係相對於與第4圖圖像和圖場相關的位階修飾。須知在SVC標準之架構內，時間性位階是在各NAL單位的頭標內寫碼，已如上述。按照本發明，對基層之各圖像而言，時間性位階與同樣圖像之第二圖場，即BOTTOM圖場相關，確實比與該圖像之第一圖場，即TOP圖場相關為高。例如，時間性位階0與圖場0T相關，而時間性位階3與 圖場0B相關，時間性位階1與圖場2T相關，而時間性位階4與圖場2B相關。同理，對增強層之各對圖像而言，時間性位階與基層圖像第二圖場(即第5圖內之BOTTOM圖場)相符的該對相關，確實比與基層圖像第一圖場(即第5圖中之TOP圖場)相符的該對圖像相關之時間性位階為高。更一般言之，分別比基層TOP圖場和增強層偶數指數的圖像為高之時間性位階，係指派給基層之全部BOTTOM圖場，以及增強層奇數指數之全部圖像。一般而言，時間性位階即與圖像和圖幅有關，其方式如下：對i=0至N=1，其中N為所界定正整數，其方式為2N +2=M，即N=log(M-2)/log2就基層而言，對任何k，使k*2N-i 位於0和2N -1之間：一位階i與指數k*2N-i 之TOP圖場有關一位階i+N指派給指數k*2N-i 之BOTTOM圖場就增強層而言，對任何k，使k*2N+1-i 位於0和2N+1 -1之間：一位階i與指數k*2N+1-i 之圖像有關一位階1-k與指數1+k*2N+1-i 之圖像有關此外，為符合SVC寫碼標準賦予之侷限，指定時間性位階之圖場或圖像，不能參照確實較高位階之圖像或先前未寫碼的圖像，進行寫碼。例如，按照本發明，時間性位階可相關的圖像1，不能用做時間性位階2相關的圖像2用之時間性參照。有益的是，即可不將相當於最高時間性位階(即時間性位階3,4,5)之NAL單位解碼，而得第3圖所界定二元GOP結構所得之同樣時間性標度。因此，令時間性位階與圖像和圖場相關，則使用層間預估，即可從基層的相對應圖場，把增強層的全部圖像加以寫碼，同時維持精細粒度之時間性標度。
參見第7圖，本發明係關於寫碼裝置6。此圖只顯示本發明之基本元件。凡精於視訊寫碼器之士公知之元件，圖上不顯示，例如運動估計模組、運動補正模組等。圖示模組係功能性單元，不拘是否相當於物理上可分辨之單元。例如，此等模組或其中部份可一起群組在單一組件內，或構成同樣軟體之功能。反之，有些模組可由分開的物理實體組成。包括第一輸入60、第二輸入62、第一寫碼模組64、第一記憶體66、第二記憶體67、第二寫碼模組68、多工化模組70，和輸出72。
第一輸入60適於接收代表視訊內容的第一組ℓ1交織圖像，稱為基層圖像。第二輸入62適於接收代表同樣視訊內容之第二組ℓ2級進圖像，稱為增強層圖像。第一寫碼模組64適於從第一輸入60，接收基層之交織圖像，並以圖場模態把該圖像寫碼，呈第一連流S1形式。基層圖像例如以視訊寫碼標準MPEG-4 AVC寫碼，圖場間之時間性依賴，係利用參照第2圖界定之層系GOP結構決定。為此目的，圖場即按照預定寫碼順序寫碼。圖場可能完全或部份參照另一先前寫碼的圖場寫碼，並在第一記憶體66內重構和儲存。一旦寫碼和重構後，圖場即可能儲存於第一記憶體66和第二記憶體67內。第一寫碼模組實施本發明方法之步驟10。
按照本發明基本特徵，第二寫碼模組68適於從第二輸入62，接收增強層之級進圖像，並按照基層圖場之同樣寫碼順序，對該圖像寫碼，呈第二連流S2形式。在時間上與基層同樣圖像的二圖場相符的增強層二圖像，係接續寫碼，第二圖像緊接第一圖像之後寫碼，標準結構無此情況。例如，以標準層系GOP結構而言，圖像1不緊接圖像0之後寫碼。當然，圖像8,4,2,6是在二者之間寫碼。一旦寫碼和重構後，圖像即儲存在第二記憶體66內。第二寫碼模組實施本發明方法之步驟20。
多工化模組70分別接收第一寫碼模組64和第二寫碼模組68之連流S1和S2，把S1和S2多工化成單一連流S，送至輸出72。
按照第8圖所示變化例，寫碼裝置7包括單一輸出80，適於接收第二組圖像。寫碼裝置7又包括處理模組82，適於從第一組圖像發生第二組圖像ℓ2。
按照本發明另一要旨，寫碼裝置6適於按照上述方法，令時間性位階與基層圖場以及增強層圖像關聯。
當然，本發明不限於上述具體實施例。尤其是，精於此道之士可應用上述具體例之任何變化，並加以組合，得其各種優點之利。顯著的是，本發明在SVC視訊寫碼標準內所述，毫無限於該標準之意。本發明所述具有二層，即一交織圖像之基層和一級進圖像之增強層，可延伸至若干增強層。此外，本發明所述架構為把基層圖像寫碼成TOP圖像在BOTTOM圖像之前寫碼(「先TOP圖場」模態)的圖場模態，可以同樣方式應用於把基層圖像寫碼成BOTTOM圖像在TOP圖像之前寫碼(「先BOTTOM圖場」模態)之情況。
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9‧‧‧基層之圖像
0T,0B,1T,1B,2T,2B,3T,3B,4T,4B‧‧‧基層之圖場
10‧‧‧對基層圖像加以寫碼之步驟
20‧‧‧對改進層圖像加以寫碼之步驟
6,7‧‧‧寫碼裝置
60‧‧‧第一輸入
62‧‧‧第二輸入
64‧‧‧第一寫碼模組
66‧‧‧第一記憶體
67‧‧‧第二記憶體
68‧‧‧第二寫碼模組
70‧‧‧多工化模組
72‧‧‧輸出
80‧‧‧單一輸出
82‧‧‧處理模組
ℓ1‧‧‧第一組圖像
ℓ2‧‧‧第二組圖像
S‧‧‧單一連流
S1‧‧‧第一連流
S2‧‧‧第二連流
第1圖表示先前技術的一組級進圖像之層系結構； 第2圖表示先前技術的一組交織圖像之層系結構； 第3圖表示先前技術的一組圖像之多層結構； 第4圖表示本發明一組圖像之多層結構； 第5圖表示本發明第二具體例之一組圖像多層結構； 第6圖表示本發明之寫碼方法； 第7圖表示本發明之寫碼裝置； 第8圖表示本發明變化例之寫碼裝置。
0,1,2,3,4,5,6,7,8,9‧‧‧基層之圖像
0T,0B,1T,1B,2T,2B,3T,3B,4T,4B‧‧‧基層之圖場

Claims (4)

  1. 一種呈時間上可標度連流形式的視訊內容之寫碼方法，內容包括基層和增強層，該內容是以第一圖場與第二圖場交織形成的第一組交織圖像，以及第二組級進圖像所展示，第二組之各圖像與第一組圖場相符，此法包括如下步驟：-按照第一預定寫碼順序，把第一組圖場寫碼在M時間性位階(10)上，M為確實大於1之整數，使交織圖場之第二圖場可緊接在交織圖像的第一圖場之後寫碼；以及-以第二預定寫碼順序，把第二組圖像寫碼在M時間性位階(20)上；本發明之特徵為，第二寫碼順序等於第一寫碼順序者。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該第一組圖像之第二圖場，寫碼在比該圖像第一圖場寫的時間性位階更高之時間性位階，又其中與該第二圖場相符的該第二組圖像，是寫碼在比與該第一圖場相符之該第二組圖像的時間性位階更高之時間性位階者。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之方法，其中在指定時間性位階寫碼的圖場，係完全或部份參照在低於或等於該指定時間性位階的位階先前寫碼之圖場，進行寫碼者。
  4. 一種呈時間上可標度連流形式的視訊內容之寫碼裝置，內容包括基層和增強層，該內容係由第一圖場與第二圖場交織形成之第一組交織圖像，和第二組級進圖像所展示，第二組各圖像與第一組圖場相符，此裝置包括：-第一寫碼機構(64)，按照第一預定寫碼順序，把第一組圖場寫碼在M時間性位階，M為確實大於1的整數，使交織圖像之第二圖場緊接在此交織圖像的第一圖場之後寫碼；以及-第二寫碼機構(68)，以第二預定寫碼順序，把第二組的圖像寫碼在M時間性位階；本裝置之特徵為，第二寫碼順序等於第一寫碼順序者。
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