JP2001186477A - 画像データブロック系列を有するデジタルフォーマット - Google Patents

画像データブロック系列を有するデジタルフォーマット

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JP2001186477A
JP2001186477A JP2000344804A JP2000344804A JP2001186477A JP 2001186477 A JP2001186477 A JP 2001186477A JP 2000344804 A JP2000344804 A JP 2000344804A JP 2000344804 A JP2000344804 A JP 2000344804A JP 2001186477 A JP2001186477 A JP 2001186477A
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Van Der Mehl Jan
ヤン・ファン・デア・メール
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Koninklijke Philips Electronics NV
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  • Television Signal Processing For Recording (AREA)
  • Signal Processing For Digital Recording And Reproducing (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】供給されたデータパケットから選択を行い、所
定のパケットヘッダを持つ画像データパケットを後処理
のためにビデオ処理回路に供給されるようにして演算の
数を減らすこと。 【構成】 フルモーションビデオ映像の画像系列が多数
の副系列に分割きれ、これら副系列はインターリープき
れた場合に元の系列を表す.これら副系列には増加する
階級を順に割り当てる。副系列の各画像は画像データブ
ロックに変換きれ、この変換の際に低い方の1以上の階
級の画像が考慮される。当該画像に関連する副系列の階
級を示すパケットヘッダが各画像データブロックに付加
される。表示装置は所定のパケットヘッダを持つ画像デ
ータブロックを選択し、選択されたブロックにデコード
処理がなされる.異なるパケットヘッダの数が表示すべ
き映像の時間解像度を決める。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、デジタル形式のフル
モーションビデオ映像の一連の画像を、ある転送媒体を
介して転送する方法に関するもので、特に、前記転送媒
体がコンパクトディスク状の記録担体であるものに関す
る。
【0002】この発明は、前記の転送された画像を処理
し、かつ、表示画面上に表示するに適したものにする表
示装置、及び前記画像が記録される光学的に読み出し可
能な記録担体にも関する。
【0003】
【従来の技術】フィリップス社は15年以上も前にオー
ディオ信号のみならずアナログビデオ信号も記録された
光学的に読み出し可能な記録担体を販売した。この記録
担体はビデオロングプレイ(VLP)と呼ばれるもの
で、良く知られたオーディオロングプレイ(ALP)を
補完した。ビデオテープに比して上記のような光学的に
読み出し可能な記録担体は繰り返し使用によってもその
品質が劣化しないという利点を有している。しかしなが
ら、ビデオテープに比して上記記録担体は再記録を行う
ことができないという欠点を有している。
【0004】過去10年の間に、全く新しい傾向、即ち
CDオーディオ(コンパクトディスクオーディオ)なる
名前で知られる光学的に読み出し可能なオーディオ記録
担体が開発された。また、上記オーディオ記録担体が広
く受容されたことと、オーディオ及びビデオ装置を一体
化しようという要求の止むなき増加とにより、デジタル
化されたオーディオ信号とアナログビデオ信号とが存在
するコンパクトディスクビデオが創作された。この場合
のビデオ信号は数分の期間のフルモーションビデオ映像
に対応する。
【0005】上記期間を増大させるため、元のアナログ
ビデオ信号はデジタル化された。この場合、フルモーシ
ョンビデオ映像は例えば毎秒50回又は60回発生する
有限級数の画像であると見做される。そのような画像
は、例えば、行当たり352画素で288本の画像行を
有している。ある賢明に選択された符号化(エンコー
ド)アルゴリズムによれば、各画像が、該画像の各画素
を他の画像データブロックからの情報を含めることによ
り再生することができるのに充分な量のデジタル情報を
有するような、画像データブロックに変換される。上記
符号化アルゴリズムは、連続する画像データブロックが
最小量の冗長情報しか含まないように選択される。各画
像データブロックの長さ(即ち、当該画像データブロッ
ク内のビット数)はこのように非常に限定されるので、
非常に多数の前記のような画像データブロックを前記の
ような記録担体上に記録させることができる。
【0006】
【発明の目的及び概要】本発明の目的は、上述したよう
な新規な開発に貢献して上記表示装置を消費者市場にお
いて広く公衆に価格的に手の届くようなものにすること
にある。
【0007】本発明によれば、一連の画像には階層構造
的な符号化処理が施され、この処理においては画像の元
の系列は増大するような階級を持つ多数のインターリー
ブされた副系列であるとみなされ、ある副系列の画像を
エンコードする場合には低い階級の副系列からの画像が
考慮に入れられる。この方法によって、各画像は画像デ
ータブロックに変換され、各画像データブロックには当
該画像が関連する副系列の階級を示すパケットヘッダが
付加される。
【0008】表示装置は上記の全ての画像データブロッ
クを受信するが所定のパケットヘッダを持つブロックの
みを選択するように構成される。ビデオ処理回路におい
ては、このようにして選択された画像データブロックの
みに階層構造的デコード処理を施し表示画面(例えば表
示管)上に画像を表示するのに適した信号を発生させ
る。
【0009】本発明は以下のような点を考慮すると理解
されるであろう。即ち、ビデオ処理回路の価格は毎秒行
うことができる演算(加算、減算等)の数につれて指数
関数的に増加する。もし元画像系列における画像の率
(速度)が50Hzに等しいとすると、このことは上記
ビデオ処理回路が転送された情報から毎秒約5・106画
素について3つの色信号R、G及びBを決定するだけの
能力がなけらばならないということを意味する。かくし
て、なすべき演算の数は、非常に強力な従って高価なビ
デオ処理回路のみでしか実現することができない程多い
ので、表示装置は限定された消費者にしか価格的に手が
届かない。
【0010】本発明によれば、表示装置は供給された画
像データパケットから選択を行い、所定のパケットヘッ
ダを持つ画像データパケットのみが後処理のためにビデ
オ処理回路に供給されるようにする。このことは、ビデ
オ処理回路は全ての利用可能な画像データパケットの内
の一部、例えばそれらの半分、だけを処理すればよいと
いうことを意味する。上記が画質を代償とすることは事
実であるが、実際には上記画質が充分に高いレベルに維
持されることが判った。このことは、前記ビデオ処理回
路があまり強力でなくてもよいため、その価格が、従っ
て前記表示装置の価格が非常に好ましいものになること
をも意味している。
【0011】
【実施例】図1の(A)には、コンパクトディスク状記
録担体上のトラックの一部が概念的に示されている。こ
の場合、パケットは点a、b、c、d、e、…の連続す
る2つの点間に各々存在する。このようなパケットの構
造が図1の(B)に概念的に示されている。このパケッ
トは例えば2352個のバイトを有し、24バイトを有
するパケットヘッダHと2328バイトを有するデータ
フィールドDとに分割されている。
【0012】上記パケットヘッダHは、更に、12バイ
トの同期フィールドSNCと、4バイトの連番フィール
ドRFと、8バイトのサービスフィールドSFとに分割
されている。上記同期フィールドSNCはパケットの開
始を示し、専ら「0」のビットからなる1バイトと、そ
れに続く専ら「1」のビットからなる10バイトと、最
後の専ら「0」のビットからなる1バイトとを有してい
る。前記連番フィールドRF内のバイトは、前記トラッ
クにおける当該パケットの連続番号を示している。ま
た、前記サービスフィールドSFは、当該パケットがビ
デオパケットか、オーディオパケットか、又はコンピュ
ータ用データパケットであるかを示している。
【0013】前記データフィールドDはデータスロット
DSに分割されている。オーディオパケットのこれらデ
ータスロットは、デジタルオーディオ信号の16ビット
のオーディオワードが各スロット内で転送されるように
選択されている。ビデオパケットのデータスロットは、
デジタル化されたビデオ信号の8ビットのビデオワード
が各スロット内に収容されるように選択されている。ま
た、これらのデータスロットは、コンピュータ用のデー
タパケットの場合は1バイトの長さを持つ。
【0014】先にも既に述べたように、各画像は288
x352の画素P(i, k)のマトリクスであると見做され
る。この場合、i(= 1, 2, 3, …288)は行の連続番号で
あり、また、k(= 1, 2, 3, …352)はこの行上の画素
(又は、列)の連続番号である。このような画素の色
は、対応する輝度値Y(i, k)と2つの色差値U(i, k)及
びV(i, k)とにより完全に決定される。各画素のこれら
の3つの値が8ビットの精度で符号化される場合は、1
つの画像に関しては約130ビデオパケットが必要とな
るであろう。しかしながら、この数は何の画像品質の劣
化を伴うことなく、即ち2本の画像行の内の1本におけ
る4個の色差信号の内の1個のみを転送することによっ
て、54ビデオパケットまで減少させることができる。
かくしてこの場合、一つの画像は288x352の輝度
マトリクスY(i, k)と、144x88の色差マトリクス
U(r, s)と、144x88の色差マトリクスV(r, s)と
により完全に規定される(但し、r=1, 2, …144 及び
s=1, 2, …88である)。
【0015】一つの画像を表すのに要するビットの数
を、従って各画像に対して要求されるビデオパケット数
を更に減少させる多くの符号化方法がある。例として、
そのような方法の一つを図2を参照して詳細に説明す
る。この図2において、符号S0はフルモーション映像
の連続する一連の画像B1 、B2 、…B12を示し
ている。画像Bn (n = 1, 2, …) に対応する輝度マ
トリクスはYn (i, k)により示され、色差マトリクス
は各々Un (r, s)及びVn (r, s)により示される。
各画像Bn に関して予測マトリクスY'n (i, k)、U'
n (r, s)及びV'n (r, s)を有する予測画像B'n が
決定される。そして、これらのマトリクスから始まっ
て、画像Bn と予測画像B'n との差分を形成するこ
とにより、差分マトリクスDYn (i, k)、DUn (r, s)
及びDVn (r, s)を有する差分画像DBn が得られる。こ
れを数学的に表すと、 DBn = Bn - B'n 即ち、 DYn (i, k) =Yn (i, k) - Y'n (i, k) DUn (r, s) =Un (r, s) - U'n (r, s) DVn (r, s) =Vn (r, s) - V'n (r, s) となる。上記予測画像B'n は、前の画像Bn−1 に関
する動きベクトルQn−1,n の系を決定し、この画
像Bn−1 の個々の画素を対応する動きベクトルに応
じてシフトすることにより求めることができる。
【0016】前記差分マトリクスの輝度値及び色差値の
ダイナミックレンジは元のマトリクスのそれよりも大幅
に小さいので、これらの値は例えば元の8ビットの代わ
りに4ビットというように大幅に少ないビットにより表
すことができる。表示装置において元の画像を正確に再
生するには前記差分画像DBn に加えて計算された動きベ
クトルQn の系を転送しなければならないが、この方
法は大幅なビットの節約になる。このように、一方にお
いては多数の画像を記録担体上に記録することができ、
他方においては記録担体から一つの画像に関する全ての
情報を読み出すに要する時間が大幅に短くなる。
【0017】この既知の符号化方法においては、各差分
画像は前の画像に依存する。従って、表示装置において
は一連の画像の各々を再生しなければならない。このこ
とは、表示装置により表示すべき映像の時間解像度が、
撮影された映像の時間解像度に等しいことを意味する。
既に言及したように、このことは上記表示装置が非常に
強力なビデオ処理回路を持たなければならないというこ
とを意味する。
【0018】時間解像度は、従ってビデオ処理回路に課
せられる要件は、例えばヨーロッパ特許出願第340843号
に詳細に述べられているように、一連の画像に階層構造
的な符号化処理を施すことにより、影響され得る。説明
を完全にするため、この方法の一例を図3を参照しなが
ら詳細に説明する。図3において、フルモーション映像
の連続した画像B1 、B2 、…B12の系列がS0
に再び示されている。この系列は複数の(この場合は
S1 、S2 、S3 及びS4 で示される4つの)
副系列に分割される。この場合、副系列S1 は画像B
1 、B5 、B9 、…を有し、副系列S2 は画像
B3 、B7 、B11、…を有し、副系列S3 は画
像B2 、B6 、B10、…を有し、副系列S4 は
画像B4、B8 、B12、…を有してなっている。副
系列S1 の各画像は、図2を参照して前述したのと同
様の方法により差分画像DB1 、DB5 、DB9 、…に
各々変換される。説明を完全にするため図4に示したよ
うに、動きベクトルの系はこの副系列S1 の各画像に
関してより特定的に決定される。すなわち、画像B1
に対しては系Q1,5 、画像B5 に対しては系Q
5,9 、画像B9に対しては系Q9,13等々であ
る。これらのベクトルの助けにより、予測画像B'1 、
B'5 、B'9 、…が算出され、系列DS1 に関し元の
画像Bm ( m= 1, 5, 9, 13, …) とそれらに対応する
予測画像B'm との差分形成により差分画像DBm が得られ
る。
【0019】既に述べたように、あるベクトル、例えば
系Q1,5 は画像B1 のある画素又は一群の画素が
画像B5 の当該画素又は当該画素群の位置に到達する
ために変位されるべき方向及び距離を示している。副系
列S2 、S3 及びS4における画像の符号化に関し
ては、説明を簡単にするために、上記のような変位は線
型であると仮定する。このことは、画像B1 の前記画
素は、画像B2 に関しては前記全変位の4分の1の変
位を受け、画像B3 に関しては前記全変位の半分の変
位を受け、画像B4 に関しては前記全変位の4分の3
の変位を受けることを意味する。副系列S2 の画像を
符号化する場合には、図5に示したような方法で行うで
あろう。即ち画像B1 と、各々が系Q1,5 内の動
きベクトルと同一の方向及び半分の長さを持つ動きベク
トルの系 (1/2)Q1,5 とから始めて、予測画像B
1,3 が決定される。また、画像B5 と、各々が系
Q1,5 内の動きベクトルと反対の方向及び半分の長
さを持つ動きベクトルの系-(1/2)Q1,5 とから始め
て、予測画像B5,3 が決定される。そして、上記2
つの予測画像B1,3 とB5,3 との平均値が、こ
れら2つの予測画像を加算すると共に2で除算すること
により求められる。その結果は所望の予測画像B'3 で
ある。この予測画像と元の画像B3 との間の差分形成
により、系列DS2 の差分画像DB3 が得られる。
【0020】図6に示すように、予測画像B'2 も画像
B1 とB3 とから始めて同様な方法で決定され、こ
の予測画像はB2 との差分形成により系列DS3 の差
分画像DB2 となる。最後に、図7は画像B3 、B4
及びB5 から始めて系列DS4 の差分画像DB4 が
どのようにして得られるかを示している。
【0021】このようにして得られた差分画像の系列を
転送するために、各差分画像に関する情報が直列化され
て各差分画像に関する画像データブロックが得られる。
差分画像DBn に関連する画像データブロックはDBn
S で示される。このようにして求められた画像データ
ブロックは次いで、例えば図8に示すような順序で転送
される(即ち、ディスク上に記録される)。これを詳述
すると、系列DS1 からの差分画像に関連する画像デー
タブロック(例えば、DB5 S )が最初に転送され、
次いで系列DS2 に関連する直前の差分画像の画像デー
タブロック(DB3 S )が転送され、次に系列DS3
に関連する直前の差分画像の画像データブロック(DB2
S )が転送され、最後に系列DS4 に関連する直前
の差分画像の画像データブロック(DB4 S )が転送
される。ここで、B1 が映像の最初の画像であるとみ
なされていることに注意されたい。
【0022】j ≠ i の場合、系列DSi ( i = 1, 2,
3, 4 )における差分画像の画像データブロックを系列DS
j ( j = 1, 2, 3, 4 )における差分画像のそれらから
識別することができるように、対応する差分画像に関連
する系列を示すパケットヘッダが各画像データブロック
に付加される。図8においては、これらパケットヘッダ
がDS1 、DS2 、DS3 及びDS4 で示されている。
【0023】図9は、図8に例示したようなフォーマッ
トのコンパクトディスク状転送媒体を用いて転送された
デジタル化された画像を入力する表示装置の一実施例を
概念的に示している。この表示装置には読取装置1が設
けられ、コンパクトディスク状記録担体2上に記録され
た情報はこの読取装置により読み取られ、かつ、電気信
号に変換されてデマルチプレクサ3に供給される。上記
ディスク上のパケットのサービスフィールドSFにおけ
る情報から始めて、上記デマルチプレクサ3はコンピュ
ータ用データパケットをその出力端子3(1)に、オー
ディオパケットを出力端子3(2)に、またビデオパケ
ットを出力端子3(3)に供給する。
【0024】本発明の範囲においては前記ビデオパケッ
トの処理のみが役割を果たすから、オーディオパケット
及びコンピュータ用データパケットの処理はこれ以上取
り扱わない。上記ビデオパケットは選択回路4に供給さ
れ、該選択回路はこれらビデオパケットからパケットヘ
ッダを取り除く一方、所定のパケットヘッダがついてい
る残りの画像データブロックから、例えばパケットヘッ
ダDS1 がついている画像データブロックのみ、又はパ
ケットヘッダDS1 がついている画像データブロック及
びパケットヘッダDS2 がついている画像データブロッ
クの両方、等々、を選択する。このようにして選択され
た画像データブロックはビデオ処理回路5に供給され、
該処理回路は表示されるべき各画像に関し輝度マトリク
スY(i,k)と、これに関連する色差マトリクスU(r, s)
及びV(r, s)とを出力する。図示した実施例において
は、輝度マトリクスY(i, k)は輝度メモリ6(1)に記
憶され、色差マトリクスU(r, s)はUメモリ6(2)に
記憶され、色差マトリクスV(r, s)はVメモリ6(3)
に記憶される。これらのメモリ6(・)はアドレス発生
器7が発生するアドレスADD及び読出/書込エネーブ
ル信号R/W(・)により従来の方法でアドレスされ
る。読出/書込エネーブル信号R/W(・)が論理値
「1」になるやいなや情報は対応するメモリに書き込ま
れる。また、この信号が論理値「0」を有する場合は、
メモリの内容が読み出される。メモリ6(・)から読み
出された情報はD/A変換器8(・)においてアナログ
信号に変換される。このようにして得られたアナログ輝
度信号Y(t) 及び2つのアナログ色差信号U(t) 及びV
(t) はデマトリクス回路9において原色信号R、G及び
Bに変換され、表示管10に供給される。
【0025】前記ビデオ処理回路5をより強力なもの
(結果としてより高価なもの)にすると、選択回路4に
よりより多くの差分画像の系列(異なるパケットヘッダ
の数)を選択することができ、従って時間解像度はより
高くなる。
【0026】図3においては、元の系列において画像が
発生する割合が50Hzに等しいと暗黙の内に仮定され
ている。しかしながら、この発明はいわゆる50Hzの
フィールド周波数国と60Hzのフィールド周波数国と
の間での差に関係するかつて繰り返し発生していた問題
を取り除くことができる。ここで、図10に示した画像
が60Hzで発生するものと仮定する。そこで、この系
列は5個の副系列S1、S2 、S3 、S4 及びS
5 に分割される。上記副系列S1 の画像は図4に示
したのと同様の方法により差分画像の系列DS1 に変換
される{動きベクトルの系は、Q1,6 、Q6,1
1、Q11, 16、…}。副系列S2の画像は図5に
示したのと同様の方法により差分画像の系列DS2 に変
換される{動きベクトルの系は、 (2/5)Q1,6 、-
(3/5)Q1,6 、…}。副系列S3 の画像は図6に
示したのと同様の方法により差分画像の系列DS3 に変
換される{動きベクトルの系は、 (1/5)Q1,6 、-
(1/5)Q1,6 、 (1/5)Q6,11、-(1/5)Q6,1
1、…}。副系列S4 の画像は図7に示したのと同様
の方法により差分画像の系列DS4 に変換される{動き
ベクトルの系は、 (1/5)Q1,6 、-(2/5)Q1,6
、 (1/5)Q6,11、-(2/5)Q6,11、…}。そし
て、副系列S5 の画像は系列S1 及びS4 の画像
から始めて図7に示したのと同様の方法により差分画像
の系列DS5 に変換される。上記は、全て図10に概念
的に示されている。即ち、各矢印は当該矢印の頭で終端
する位置の画像に関する予測画像を算出するのに用いる
画像から始まり、その際動きベクトルの正しい系を考慮
に入れている。このようにして求められた差分画像系列
の内、例えば系列DS1 、DS2 、DS3 及びDS4 の
差分画像のみを選択し、これらを互いに等間隔で表示す
ることにより、50Hzの画像順列が得られる。図9の
表示装置に選択回路4を設け、ディスク上にビデオ画像
を配列すると共に図10に示したような方法で記録する
ことにより、これらディスクは所謂50Hzの国と同様
に60Hzの国においても使用することができ、又表示
装置をこれらの異なる国において使用するに適したもの
に簡単にすることができる。
【0027】なお、上記においては画像中の動きは線型
であると仮定したことに注意されたい。結果として、副
系列S1 内の画像に関する“主”動きベクトルの系を
計算すれば充分である。したがって、他の副系列におけ
る画像の動きベクトルはこれらの主動きベクトルの比例
部分をとるだけで得ることができる。しかしながら、他
の例として主動きベクトルの比例部分をとる代わりに各
画像につき実際の動きベクトルを計算することも可能で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、トラックを有するコンパクトディス
ク状の記録担体及びそのトラックがパケットに分割され
ている状況を示す概念図、
【図2】 図2は、符号化処理の一例を説明するための
説明図、
【図3】 図3は、階層構造の符号化処理を説明するた
めの第1の説明図、
【図4】 図4は、階層構造の符号化処理を説明するた
めの第2の説明図、
【図5】 図5は、階層構造の符号化処理を説明するた
めの第3の説明図、
【図6】 図6は、階層構造の符号化処理を説明するた
めの第4の説明図、
【図7】 図7は、階層構造の符号化処理を説明するた
めの第5の説明図、
【図8】 図8は、異なるパケットヘッダを持つ画像デ
ータブロックが転送される順序を示す図、
【図9】 図9は、本発明による表示装置の一実施例の
構成を示すブロック図、
【図10】 図10は、他の階層構造の符号化処理を説
明するための説明図である。
【符号の説明】
1:読取装置 2:コンパクトディスク状記録担体 4:選択回路 5:ビデオ処理回路 6(・):メモリ 10:表示管 B:画像 S:画像の副系列
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 590000248 Groenewoudseweg 1, 5621 BA Eindhoven, Th e Netherlands

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フルモーションビデオ映像の画像系列の
    一画像の各ピクセルを再生するデジタル情報を有する画
    像データブロック系列を有するデジタルフォーマットに
    おいて、 前記系列の前記画像には階層構造の符号化処理が施さ
    れ、該処理においては、前記系列の前記画像が、増大す
    る階級を持つインターリーブされた多数の副系列に配置
    され、かつより低い階級を持つ1以上の副系列からの画
    像が、ある副系列の画像を符号化するために使用され、
    そして各画像データブロックが、さらに、前記対応する
    画像が関連する前記副系列の前記階級を示すパケットヘ
    ッダを有する、ことを特徴とするデジタルフォーマッ
    ト。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のデジタルフォーマット
    が格納されている光学的に読み取り可能なディスク。
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