JP2529808B2 - ディジタルvtrの映像信号帯域圧縮装置 - Google Patents
ディジタルvtrの映像信号帯域圧縮装置Info
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は高画質の民生用ディジタ
ルビデオテープレコーダ(以下、D−VTRという)の
映像信号帯域圧縮装置に関し、特にコンポーネント映像
信号を信号源とし、これをA/D変換した後、D−VT
Rの付加機能を高速再生するため、固定長単位で、人間
の視覚的特性および映像信号の統計的性質と周波数分布
に従って帯域圧縮する装置に関するものである。
ルビデオテープレコーダ(以下、D−VTRという)の
映像信号帯域圧縮装置に関し、特にコンポーネント映像
信号を信号源とし、これをA/D変換した後、D−VT
Rの付加機能を高速再生するため、固定長単位で、人間
の視覚的特性および映像信号の統計的性質と周波数分布
に従って帯域圧縮する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】信号のディジタル化に伴うデータ記憶技
術および通信技術は、コンピュータ、半導体、ディジタ
ル信号処理技術の近来の発展に伴って急速に向上してい
る。映像信号をディジタル方式で記憶または伝送する場
合、その情報量がアナログデータに比べて厖大なため記
憶媒体の容量および伝送チャンネルを効率的に用いるに
は映像情報を圧縮する必要がある。
術および通信技術は、コンピュータ、半導体、ディジタ
ル信号処理技術の近来の発展に伴って急速に向上してい
る。映像信号をディジタル方式で記憶または伝送する場
合、その情報量がアナログデータに比べて厖大なため記
憶媒体の容量および伝送チャンネルを効率的に用いるに
は映像情報を圧縮する必要がある。
【0003】従って、映像情報を所定量で圧縮し、元の
情報を忠実に表現しなければならない。記憶媒体におい
て発生するかも知れない誤差を最小限にすることができ
るようにし、また、ハードウェアの構成をより簡単にし
なければならない。
情報を忠実に表現しなければならない。記憶媒体におい
て発生するかも知れない誤差を最小限にすることができ
るようにし、また、ハードウェアの構成をより簡単にし
なければならない。
【0004】既存のディジタル映像信号の圧縮/伸長方
式には、DPCM(differential pulsecode modulation)方
式が代表的と言えるが、このような従来の方式は映像信
号をブロックした後、それをDCT(discrete cosine tran
formation)等の変換符号化によって可変長符号化する方
式に民生用D-VTR のための映像信号の帯域圧縮装置に広
く用いられている。
式には、DPCM(differential pulsecode modulation)方
式が代表的と言えるが、このような従来の方式は映像信
号をブロックした後、それをDCT(discrete cosine tran
formation)等の変換符号化によって可変長符号化する方
式に民生用D-VTR のための映像信号の帯域圧縮装置に広
く用いられている。
【0005】DCTを利用する映像符号化の特長は、変
換により映像信号のエネルギーが低周波部分に集中され
るが、この部分をより正確に符号化するので、少ない情
報量で元の情報を正確に表現することができる。
換により映像信号のエネルギーが低周波部分に集中され
るが、この部分をより正確に符号化するので、少ない情
報量で元の情報を正確に表現することができる。
【0006】また、可変長符号化技法は、映像情報の有
する確率密度を参照して所定の情報に対するコードワー
ドを可変的に割り当て、その可変長のコードワードを処
理する方法で処理しなければならない映像情報等が不均
一に分布している場合に対して適正な方法である。
する確率密度を参照して所定の情報に対するコードワー
ドを可変的に割り当て、その可変長のコードワードを処
理する方法で処理しなければならない映像情報等が不均
一に分布している場合に対して適正な方法である。
【0007】従って、不均一な映像情報等を正確に表現
するには、DCT符号化による可変長符号化技法が比較
的効果を奏する。
するには、DCT符号化による可変長符号化技法が比較
的効果を奏する。
【0008】映像画面を海辺の画面と仮定する。この映
像画面の内、画像データの解像力が低くなってもそのこ
とを人が感じない部分は、砂浜と水平線の部分である。
これらの部分を平坦部ということにする。また、砂浜と
海の境界部分、すなわち、波打ち際は、画像データの解
像力が少し低くなってもそのことを人が直ぐに感じる部
分である。この部分を変化部ということにする。映像信
号を固定長単位の目標情報量に圧縮して転送、格納する
従来の民生用のD-VTR では、画像が激しく劣化すること
があった。このように画質が劣化するのは、従来の方式
では、画像の局所的な性質のみを考慮しているからであ
る。よって、映像データの変動が激しい変化部と、変動
がない平坦部が混在している複雑な映像信号を処理する
時には、当該映像信号を構成する変化の少ない部分に対
する画像処理により発生する冗長情報を充分に用いるこ
とができず、平坦部と変化部が近接している場合には、
激しい画質劣化を生じる。
像画面の内、画像データの解像力が低くなってもそのこ
とを人が感じない部分は、砂浜と水平線の部分である。
これらの部分を平坦部ということにする。また、砂浜と
海の境界部分、すなわち、波打ち際は、画像データの解
像力が少し低くなってもそのことを人が直ぐに感じる部
分である。この部分を変化部ということにする。映像信
号を固定長単位の目標情報量に圧縮して転送、格納する
従来の民生用のD-VTR では、画像が激しく劣化すること
があった。このように画質が劣化するのは、従来の方式
では、画像の局所的な性質のみを考慮しているからであ
る。よって、映像データの変動が激しい変化部と、変動
がない平坦部が混在している複雑な映像信号を処理する
時には、当該映像信号を構成する変化の少ない部分に対
する画像処理により発生する冗長情報を充分に用いるこ
とができず、平坦部と変化部が近接している場合には、
激しい画質劣化を生じる。
【0009】また、映像情報等は可変長符号化を行う
時、情報等を記憶したり転送するには、単位時間当りの
情報量が一定でなければならないので、バッファを設置
し、前方制御または後方制御方式で、ステップサイズを
調節する算出情報量を調整しなければならない。
時、情報等を記憶したり転送するには、単位時間当りの
情報量が一定でなければならないので、バッファを設置
し、前方制御または後方制御方式で、ステップサイズを
調節する算出情報量を調整しなければならない。
【0010】従来の前方バッファ制御は、記憶媒体によ
り、誤差が所定の固定長単位で伝播されるという長所が
ある反面、発生する情報量を固定長単位で所望の情報量
と正確に一致させるのが難しいという欠点がある。一
方、後方バッファ制御の場合には、バッファの状態を一
定周期で確認し、バッファの充満度に従ってステップサ
イズを決定するため、記憶または転送された情報量を比
較的所望のデータ量と一致させることができるという長
所がある反面、変化部と変化のない部分が隣接している
場合、量子化誤差によりブロック効果(block e
ffect)が発生し易い。
り、誤差が所定の固定長単位で伝播されるという長所が
ある反面、発生する情報量を固定長単位で所望の情報量
と正確に一致させるのが難しいという欠点がある。一
方、後方バッファ制御の場合には、バッファの状態を一
定周期で確認し、バッファの充満度に従ってステップサ
イズを決定するため、記憶または転送された情報量を比
較的所望のデータ量と一致させることができるという長
所がある反面、変化部と変化のない部分が隣接している
場合、量子化誤差によりブロック効果(block e
ffect)が発生し易い。
【0011】従って、本発明の目的は、このような従来
の問題点を解決し、人間の視覚的特性と映像信号の統計
的性質および周波数分布により、映像信号を帯域圧縮
し、民生用D−VTRの画質を改善することができる映
像信号帯域圧縮装置を提供することにある。
の問題点を解決し、人間の視覚的特性と映像信号の統計
的性質および周波数分布により、映像信号を帯域圧縮
し、民生用D−VTRの画質を改善することができる映
像信号帯域圧縮装置を提供することにある。
【0012】
【0013】
【実施例】以下、添付した図面を参照して本発明の実施
例を詳細に説明する。
例を詳細に説明する。
【0014】図1ないし図3は本発明で使用する映像信
号の入力データフォーマットおよび信号処理単位の例を
示す。
号の入力データフォーマットおよび信号処理単位の例を
示す。
【0015】図1はフレームコンポーネント映像信号デ
ータが、ディジタルデータに変化した直後のデータ形態
を示す。図から分かるように、コンポーネント映像信号
は輝度(Y) 信号と、色差(Cr,Cb) をそれぞれ13.5MHz お
よび6.7MHzの標本化周波数でA/D 変換され、1フレーム
について、Y信号では720 pel ×480 lineを、Cr信号で
は360 pel ×480 lineを、Cb信号では360 pel ×480 li
neを有効データとして処理する。図1に示すデータ、す
なわち、1フレーム当たりの映像有効データは、再び、
色差信号に対して、垂直部表面化(subsample) のライン
順次で、Cr信号の場合は360 pel ×240 lineに変換し、
Cb信号の場合は360 pel ×240 lineに変換し、この映像
データを帯域圧縮部の入力信号とする。その例を図2に
示す。図3は図1および図2に示すMACRO ブロックの形
態を示し、図4は本発明を含む映像信号の映像データを
圧縮するD-VTR の映像帯域圧縮システムの全体構成を示
す。
ータが、ディジタルデータに変化した直後のデータ形態
を示す。図から分かるように、コンポーネント映像信号
は輝度(Y) 信号と、色差(Cr,Cb) をそれぞれ13.5MHz お
よび6.7MHzの標本化周波数でA/D 変換され、1フレーム
について、Y信号では720 pel ×480 lineを、Cr信号で
は360 pel ×480 lineを、Cb信号では360 pel ×480 li
neを有効データとして処理する。図1に示すデータ、す
なわち、1フレーム当たりの映像有効データは、再び、
色差信号に対して、垂直部表面化(subsample) のライン
順次で、Cr信号の場合は360 pel ×240 lineに変換し、
Cb信号の場合は360 pel ×240 lineに変換し、この映像
データを帯域圧縮部の入力信号とする。その例を図2に
示す。図3は図1および図2に示すMACRO ブロックの形
態を示し、図4は本発明を含む映像信号の映像データを
圧縮するD-VTR の映像帯域圧縮システムの全体構成を示
す。
【0016】図4において、参照番号10はプレフィル
タ(pre−filter)を示し、20はモード切換
処理部、30はスクランブリング部、40は離散コサイ
ン変換部、50はヒューマンビジュアルシステム部、6
0はアクティビティ計算部、70と110は量子化部、
80と120は適応走査部、90と130は可変長符号
化部、140は比較部、150は係数除去およびスタッ
フィングビット付加部をそれぞれ示す。
タ(pre−filter)を示し、20はモード切換
処理部、30はスクランブリング部、40は離散コサイ
ン変換部、50はヒューマンビジュアルシステム部、6
0はアクティビティ計算部、70と110は量子化部、
80と120は適応走査部、90と130は可変長符号
化部、140は比較部、150は係数除去およびスタッ
フィングビット付加部をそれぞれ示す。
【0017】説明しないが、参照番号200はローカル
デコーディング部により復号化されたデータを解読する
手段であり、300は動き予測(motion exp
ectation)部、400は動き補償(motio
n compensation)部、500はモード決
定部、ECCはエラー訂正符号化(Error Cor
rection Coding)部を示し、これらは本
発明の範囲外の部分である。詳細な説明を省略する。
デコーディング部により復号化されたデータを解読する
手段であり、300は動き予測(motion exp
ectation)部、400は動き補償(motio
n compensation)部、500はモード決
定部、ECCはエラー訂正符号化(Error Cor
rection Coding)部を示し、これらは本
発明の範囲外の部分である。詳細な説明を省略する。
【0018】本発明の映像信号帯域圧縮方式は、2次元
DCT変換符号化を行うとともに可変長符号化する方式
で、現在のフレーム映像データをそのまま圧縮するイン
トラフレーム処理と、現在のフレームと前のフレームと
を比較して動き情報を推定し、得られた対象物の動き情
報を利用して、現在のフレームを予測して動き補償した
映像データと現在のフレームデータとの差情報を圧縮す
るインタフレーム処理とを交互に行う3次元動き補償技
法では、イントラフレーム対インタフレームの転送ビッ
トレートは固定長単位で4:1で割り当てられる。
DCT変換符号化を行うとともに可変長符号化する方式
で、現在のフレーム映像データをそのまま圧縮するイン
トラフレーム処理と、現在のフレームと前のフレームと
を比較して動き情報を推定し、得られた対象物の動き情
報を利用して、現在のフレームを予測して動き補償した
映像データと現在のフレームデータとの差情報を圧縮す
るインタフレーム処理とを交互に行う3次元動き補償技
法では、イントラフレーム対インタフレームの転送ビッ
トレートは固定長単位で4:1で割り当てられる。
【0019】この時、固定長単位は図2に示すように、
イントラフレームの場合は、8pel×8ラインよりな
るブロック12個(Y信号:8ブロック,Cr信号:2
ブロック,Cb信号:2ブロック)により構成し、イン
タフレームの場合は、Y信号:4ブロック(16pel
×16ライン),Cr信号:1ブロック,Cb信号:1
ブロックにより構成されたマクロブロック(Macro
block:以下MBという)4個により構成してい
る。
イントラフレームの場合は、8pel×8ラインよりな
るブロック12個(Y信号:8ブロック,Cr信号:2
ブロック,Cb信号:2ブロック)により構成し、イン
タフレームの場合は、Y信号:4ブロック(16pel
×16ライン),Cr信号:1ブロック,Cb信号:1
ブロックにより構成されたマクロブロック(Macro
block:以下MBという)4個により構成してい
る。
【0020】従って、インタフレームの場合は、モード
(イントラモード,インタモード)に応じて、固定長内
でそれぞれブロックまたはMBのいずれかに処理単位を
切り換える。これを各処理モード別に詳細に説明すると
次の通りである。
(イントラモード,インタモード)に応じて、固定長内
でそれぞれブロックまたはMBのいずれかに処理単位を
切り換える。これを各処理モード別に詳細に説明すると
次の通りである。
【0021】1)イントラフレーム処理モード 入力された映像信号はフレーム内でブロック単位でスク
ランブリング部30により再び構成され、ブロック単位
で2次元DCT変換される。DCT変換係数はブロック
当り1個のDC成分と63個のAC成分により構成さ
れ、この内、輝度(Y)信号のAC成分と色差(C)信
号のAC成分は、それぞれ、人間の視覚的特性を考慮
し、高周波成分と低周波成分の加重係数(Weight
ing factor)が異なるようにするHVS(H
uman Visual System)を通して第1
および第2量子化部70,110およびアクティビティ
計算部60に入力される。
ランブリング部30により再び構成され、ブロック単位
で2次元DCT変換される。DCT変換係数はブロック
当り1個のDC成分と63個のAC成分により構成さ
れ、この内、輝度(Y)信号のAC成分と色差(C)信
号のAC成分は、それぞれ、人間の視覚的特性を考慮
し、高周波成分と低周波成分の加重係数(Weight
ing factor)が異なるようにするHVS(H
uman Visual System)を通して第1
および第2量子化部70,110およびアクティビティ
計算部60に入力される。
【0022】DC成分は8ビット固定長でそのまま転送
され、AC成分のDCT係数はg=2×QP(QP:1
〜31)のステップサイズに量子化される。
され、AC成分のDCT係数はg=2×QP(QP:1
〜31)のステップサイズに量子化される。
【0023】この時、第1量子化部70のステップサイ
ズは、アクティビティ計算部60の固定長単位に計算さ
れたDCT係数の絶対値の合計の平均値とブロック内の
DCT係数の絶対値により算術的な調整により決定さ
れ、ブロック単位でステップサイズを更新する。
ズは、アクティビティ計算部60の固定長単位に計算さ
れたDCT係数の絶対値の合計の平均値とブロック内の
DCT係数の絶対値により算術的な調整により決定さ
れ、ブロック単位でステップサイズを更新する。
【0024】第1量子化部70により量子化されたDCT
係数は、単位ブロック別に第1適応走査部80に入力さ
れる。第1適応部80は第1量子化部70により単位ブ
ロック別に入力されるDCT 係数等を、アクティビティ計
算部60により選択された走査方法(垂直走査、水平走
査、ジグザク走査のうちのいずれか)で出力する。第1
可変長符号化部90は第1適応部80での特定走査方式
で出力されるDCT数等から、連続0と量子化レベルの2
次元可変長符号を発生するとともに、固定長単位の目標
情報量から、固定長単位で累積された付加情報量が含ま
れた発生情報量(DC成分を含む)の差を求め、その差
を比較部140に転送する。
係数は、単位ブロック別に第1適応走査部80に入力さ
れる。第1適応部80は第1量子化部70により単位ブ
ロック別に入力されるDCT 係数等を、アクティビティ計
算部60により選択された走査方法(垂直走査、水平走
査、ジグザク走査のうちのいずれか)で出力する。第1
可変長符号化部90は第1適応部80での特定走査方式
で出力されるDCT数等から、連続0と量子化レベルの2
次元可変長符号を発生するとともに、固定長単位の目標
情報量から、固定長単位で累積された付加情報量が含ま
れた発生情報量(DC成分を含む)の差を求め、その差
を比較部140に転送する。
【0025】他方、第2量子化部110は、第1量子化
部70のステップサイズ決定要素と共に第1可変長符号
化部90により発生される目標情報量と発生情報量との
差を利用してステップサイズを決定し(ブロック単位の
更新)、DCT係数を量子化する。この量子化された係
数は、第1適応走査部80および第1可変長符号化部9
0と同一の論理で構成された第2適応走査部120およ
び第2可変長符号化部130により決定された走査方法
で可変長符号化され、また、固定長単位の目標情報量と
発生情報量との差が求められ、比較部140に入力され
る。
部70のステップサイズ決定要素と共に第1可変長符号
化部90により発生される目標情報量と発生情報量との
差を利用してステップサイズを決定し(ブロック単位の
更新)、DCT係数を量子化する。この量子化された係
数は、第1適応走査部80および第1可変長符号化部9
0と同一の論理で構成された第2適応走査部120およ
び第2可変長符号化部130により決定された走査方法
で可変長符号化され、また、固定長単位の目標情報量と
発生情報量との差が求められ、比較部140に入力され
る。
【0026】比較部140では、第1および第2可変長
符号化部90,130により出力された目標情報量と発
生情報量の差の値を比較し、最小の値を有する量子化値
と、適応走査方法に対するデータと、可変長符号化され
た値を、係数除去/スタッフイングビット付加部150
に転送する。係数除去/スタッフイングビット付加部1
50では、固定長単位に、発生情報量が目標情報量を超
えた(overflow)場合、すなわち、 オーバフロー(overflow)ビット = 発生情報量 − 目標情報量 である場合、1つのブロックに偏重しないで、固定長を
構成する各ブロックに対して、1係数のコードを除去す
ることにより、画質を均等にする。そのとき、係数除去
の優先順位は視覚的特性が比較的、別に重要しない色差
信号や画面の枠部のブロックから逆順に行われる。な
お、発生情報量が目標情報量未満(underflow) である場
合、近接係数を基準として、信号重要度が低い順に関係
する係数を使用して、overflow時と同一の動作原理によ
りスタッフイングビットを付加する。
符号化部90,130により出力された目標情報量と発
生情報量の差の値を比較し、最小の値を有する量子化値
と、適応走査方法に対するデータと、可変長符号化され
た値を、係数除去/スタッフイングビット付加部150
に転送する。係数除去/スタッフイングビット付加部1
50では、固定長単位に、発生情報量が目標情報量を超
えた(overflow)場合、すなわち、 オーバフロー(overflow)ビット = 発生情報量 − 目標情報量 である場合、1つのブロックに偏重しないで、固定長を
構成する各ブロックに対して、1係数のコードを除去す
ることにより、画質を均等にする。そのとき、係数除去
の優先順位は視覚的特性が比較的、別に重要しない色差
信号や画面の枠部のブロックから逆順に行われる。な
お、発生情報量が目標情報量未満(underflow) である場
合、近接係数を基準として、信号重要度が低い順に関係
する係数を使用して、overflow時と同一の動作原理によ
りスタッフイングビットを付加する。
【0027】2)インタフレーム処理モード インタフレームは現在のフレームと前の局所符号化され
たフレームを比較して、対象物の動き情報を推定し、こ
の情報を利用して現在フレームの差情報をDCT変換
し、この変換係数を可変長符号化して映像信号を圧縮す
る。
たフレームを比較して、対象物の動き情報を推定し、こ
の情報を利用して現在フレームの差情報をDCT変換
し、この変換係数を可変長符号化して映像信号を圧縮す
る。
【0028】動き予測および補償は前方向(forwa
rd)方式でMB単位で16×16フルサーチ(ful
l search)(解像度1pel)で実行し、動き
量によってイントラまたはインタの2つのモードに分け
て処理する。
rd)方式でMB単位で16×16フルサーチ(ful
l search)(解像度1pel)で実行し、動き
量によってイントラまたはインタの2つのモードに分け
て処理する。
【0029】インタフレーム処理モードでのデータは、
スクランブリング部30とヒューマンビジュアルシステ
ム部50では処理しないで、ジグザグ方式の走査だけが
行われる。それ以外のデータ処理はイントラフレームと
同様にして処理される。ただし、ステップサイズはイン
トラモードの場合にはブロック単位で処理し、インタモ
ードの場合はMB単位で処理する。
スクランブリング部30とヒューマンビジュアルシステ
ム部50では処理しないで、ジグザグ方式の走査だけが
行われる。それ以外のデータ処理はイントラフレームと
同様にして処理される。ただし、ステップサイズはイン
トラモードの場合にはブロック単位で処理し、インタモ
ードの場合はMB単位で処理する。
【0030】このように動作する、本発明に係る映像信
号帯域圧縮装置のスクランブリング部30の動作原理
を、図5ないし図8を参照して説明する。図5ないし図
8に示す、数字を付したbox は単位ブロックであり、図
5ないし図8には、原理を簡単に説明するため、1フレ
ームのデータのうちの一部分のみを図示している。ただ
し、スクランブリングのためには、1フレームのメモリ
が必要である。図5ないし図8に示す各box 内のシンボ
ル、例えば、トランプのハート、ダイヤ、クローバ等は
1ブロックを表し、各box 内の数字、例えば、1,2,
3等は固定長の要素を表すものとする。シンボルは、図
8に示すように、同一の数字を有するシンボルどうしを
集めるとともに、画面中心部から外側に向かって並べ、
固定長ブロックを構成する。このように画面中心部から
外側に向かって固定長ブロックを構成する様子を図9に
示す。図9の実線の矢印は1フレーム内で1ブロック単
位にフレームメモリ・アドレスが順次増加することを示
す。また、破線の矢印は1つの固定長を構成するブロッ
クの順番を示す。図から分かるように、1つの固定長は
画面中心部から外側に向かって順次構成される。符号化
装置はコンポーネント映像信号を処理するので、実際の
固定長を構成する時は、Y:Cr:Cb の比は4:1:1 になる。
号帯域圧縮装置のスクランブリング部30の動作原理
を、図5ないし図8を参照して説明する。図5ないし図
8に示す、数字を付したbox は単位ブロックであり、図
5ないし図8には、原理を簡単に説明するため、1フレ
ームのデータのうちの一部分のみを図示している。ただ
し、スクランブリングのためには、1フレームのメモリ
が必要である。図5ないし図8に示す各box 内のシンボ
ル、例えば、トランプのハート、ダイヤ、クローバ等は
1ブロックを表し、各box 内の数字、例えば、1,2,
3等は固定長の要素を表すものとする。シンボルは、図
8に示すように、同一の数字を有するシンボルどうしを
集めるとともに、画面中心部から外側に向かって並べ、
固定長ブロックを構成する。このように画面中心部から
外側に向かって固定長ブロックを構成する様子を図9に
示す。図9の実線の矢印は1フレーム内で1ブロック単
位にフレームメモリ・アドレスが順次増加することを示
す。また、破線の矢印は1つの固定長を構成するブロッ
クの順番を示す。図から分かるように、1つの固定長は
画面中心部から外側に向かって順次構成される。符号化
装置はコンポーネント映像信号を処理するので、実際の
固定長を構成する時は、Y:Cr:Cb の比は4:1:1 になる。
【0031】一般的に、画面内の変化部は画面中央に多
く分布し、変化の少ない部分は画面周縁部に多く分布す
る。また、人間の視覚特性は画面中央部の劣化に敏感で
ある。従って、映像の変化部と変化の少ない部分を均等
に分布させ、変化の少ない部分の冗長情報を変化部に供
給し、画質劣化部分を画面の周縁部に集中するように、
付加情報なく規則的に画像を再び構成するようにスクラ
ンブリング処理を行う。
く分布し、変化の少ない部分は画面周縁部に多く分布す
る。また、人間の視覚特性は画面中央部の劣化に敏感で
ある。従って、映像の変化部と変化の少ない部分を均等
に分布させ、変化の少ない部分の冗長情報を変化部に供
給し、画質劣化部分を画面の周縁部に集中するように、
付加情報なく規則的に画像を再び構成するようにスクラ
ンブリング処理を行う。
【0032】スクランブリング処理はイントラフレーム
モードのみでブロック単位で行う。図5〜図8に示すよ
うに、イントラフレーム処理モードでの固定長単位は、
Y信号:8ブロック,Cr信号:2ブロック,Cb信
号:2ブロックである。スクランブリングにより画面の
中央部分で周縁部の方向に固定長が構成されるようにす
る。一般的に画面中央部に集中する変化部に、画面周縁
部に分布している変化の少ない部分の冗長情報を供給す
るので、固定長単位で画質の均等化が行われ、画質劣化
を最小限にすることができる。
モードのみでブロック単位で行う。図5〜図8に示すよ
うに、イントラフレーム処理モードでの固定長単位は、
Y信号:8ブロック,Cr信号:2ブロック,Cb信
号:2ブロックである。スクランブリングにより画面の
中央部分で周縁部の方向に固定長が構成されるようにす
る。一般的に画面中央部に集中する変化部に、画面周縁
部に分布している変化の少ない部分の冗長情報を供給す
るので、固定長単位で画質の均等化が行われ、画質劣化
を最小限にすることができる。
【0033】図10は本発明の適応走査部80,120
により行われる適用走査過程を説明するための説明図で
ある。
により行われる適用走査過程を説明するための説明図で
ある。
【0034】適応走査方法とは、走査されたデータ前方
に可及的0でない量子化データを整列させ、他方、走査
されたデータ後方に可及的0に量子化されたデータを整
列させる走査方式を決定することである。
に可及的0でない量子化データを整列させ、他方、走査
されたデータ後方に可及的0に量子化されたデータを整
列させる走査方式を決定することである。
【0035】図10に示すように、8pel×8ライン
のうちの1ブロックが4pel×4ラインの第1領域と
第2領域のDCT係数の絶対値のアクティビティを比較
して、第1領域アクティビティ/第2領域アクティビテ
ィ>K1の場合は水平走査を、第1領域アクティビティ
/第2領域アクティビティ<K2の場合はジグザグ走査
を走査方式として決定する。
のうちの1ブロックが4pel×4ラインの第1領域と
第2領域のDCT係数の絶対値のアクティビティを比較
して、第1領域アクティビティ/第2領域アクティビテ
ィ>K1の場合は水平走査を、第1領域アクティビティ
/第2領域アクティビティ<K2の場合はジグザグ走査
を走査方式として決定する。
【0036】この方式は、1ブロック中の4pel×4
ライン単位だけを比較するので、ハードウェアが簡単に
なり、よって、イントラフレームのみに適用される。
ライン単位だけを比較するので、ハードウェアが簡単に
なり、よって、イントラフレームのみに適用される。
【0037】図11は2重量子化部70,110および
可変長符号化部90,130の原理を詳細に説明するた
めの説明図である。
可変長符号化部90,130の原理を詳細に説明するた
めの説明図である。
【0038】固定長単位内のブロック(イントラモー
ド)またはMB(インタモード)のアクティビティおよ
びアクティビティ平均でステップサイズを決定するの
で、画像の大局的性質および局所的性質を考慮する固定
長単位の画質を均等にすることができ、2重量子化およ
び可変長符号化を行うので前方バッファ制御の発生情報
量を目標情報量に正確に一致させることが難しいという
問題点を解決することができる。
ド)またはMB(インタモード)のアクティビティおよ
びアクティビティ平均でステップサイズを決定するの
で、画像の大局的性質および局所的性質を考慮する固定
長単位の画質を均等にすることができ、2重量子化およ
び可変長符号化を行うので前方バッファ制御の発生情報
量を目標情報量に正確に一致させることが難しいという
問題点を解決することができる。
【0039】動作原理は次の通りである。
【0040】1)ステップサイズ決定 アクティビティ計算部60は、ブロック単位のDCT係
数の絶対値のアクティビティを発生させ、他方、固定長
単位でアクティビティの平均値を発生させ、第1および
第2量子化部70,110に転送する。
数の絶対値のアクティビティを発生させ、他方、固定長
単位でアクティビティの平均値を発生させ、第1および
第2量子化部70,110に転送する。
【0041】この時、第1量子化部70のステップサイ
ズは、
ズは、
【0042】
【数1】qs1 =(α×アクティヒ゛ティ )/アクティヒ゛ティ 平均 ここで、αは固定長単位のアクティビティの累積演算値
により決定されたパラメータである。
により決定されたパラメータである。
【0043】qs1はイントラモードの場合はブロック
単位で更新され、インタモードの場合はMB単位で更新
される。
単位で更新され、インタモードの場合はMB単位で更新
される。
【0044】また、第2量子化部110のステップサイ
ズは、第1量子化部70および第1適応走査部80によ
り0の連続と量子化レベルににより2次元可変長符号化
を行った後、これを固定長単位に累積演算して得られた
累積値から、目標情報量を減算した結果β(β=ΣVL
C1−目標情報量)とqs1、アクティビティおよびア
クティビティ平均値、そして目標情報量により次のよう
に求められる。
ズは、第1量子化部70および第1適応走査部80によ
り0の連続と量子化レベルににより2次元可変長符号化
を行った後、これを固定長単位に累積演算して得られた
累積値から、目標情報量を減算した結果β(β=ΣVL
C1−目標情報量)とqs1、アクティビティおよびア
クティビティ平均値、そして目標情報量により次のよう
に求められる。
【0045】
【数2】qs2 =qs1 +〔(qs1×β×アクティヒ゛ティ )/(目
標情報量×アクティヒ゛ティ 平均)〕 qs2は同様にしてイントラモードの場合はブロック単
位で更新され、インタモードの場合はMB単位で更新さ
れる。
標情報量×アクティヒ゛ティ 平均)〕 qs2は同様にしてイントラモードの場合はブロック単
位で更新され、インタモードの場合はMB単位で更新さ
れる。
【0046】qs2のステップサイスで量子化されたD
CT係数は、2次元可変長符号化され、βと同じ論理で
γ(γ=ΣVLS2−目標情報量)を求める。
CT係数は、2次元可変長符号化され、βと同じ論理で
γ(γ=ΣVLS2−目標情報量)を求める。
【0047】比較部140は次の論理でステップサイズ
および適応走査方式、可変長符号を最終的に決定し、係
数除去/スタッフィングビット付加部150に映像デー
タを転送する。
および適応走査方式、可変長符号を最終的に決定し、係
数除去/スタッフィングビット付加部150に映像デー
タを転送する。
【0048】
【数3】 TH=|β−γ|<0 (VLC1の出力選択) |β−γ|>0 (VLC2の出力選択) 係数除去/スタッフィングビット付加部150は比較部
140から出力された固定長単位の発生情報量と目標情
報量との差を基準とし、オーバフロー発生時には係数除
去を行い、アンダフロー発生時にはスタッフィングビッ
ト付加を行う。
140から出力された固定長単位の発生情報量と目標情
報量との差を基準とし、オーバフロー発生時には係数除
去を行い、アンダフロー発生時にはスタッフィングビッ
ト付加を行う。
【0049】係数除去およびスタッフィングビット付加
はブロック単位で行われ、その原理を図12に示す。
はブロック単位で行われ、その原理を図12に示す。
【0050】すなわち、イントラフレームを例に挙げれ
ば、係数除去およびスタッフィングビット付加は発生情
報量が目標情報量に一致するまで、固定長構成のブロッ
クの逆順でブロック値1ビットずつ、走査順序の逆順で (Cb→Cb→Cr→Cr→Y→Y→Y→Y→Y→Y→Y→Y→
Cb…) 行う。
ば、係数除去およびスタッフィングビット付加は発生情
報量が目標情報量に一致するまで、固定長構成のブロッ
クの逆順でブロック値1ビットずつ、走査順序の逆順で (Cb→Cb→Cr→Cr→Y→Y→Y→Y→Y→Y→Y→Y→
Cb…) 行う。
【0051】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、上記のように構成したので、次の(1)〜(5)の
ような効果がある。
ば、上記のように構成したので、次の(1)〜(5)の
ような効果がある。
【0052】(1)イントラフレームおよびインタフレ
ム処理を交互に行うので符号化効率を向上させることが
できる。
ム処理を交互に行うので符号化効率を向上させることが
できる。
【0053】(2)スクランブリング処理により、映像
信号の変化部と無変化部を固定長単位に付加情報なしに
効果的に再び構成するので、無変化部の余剰情報を変化
部に供給し、画質劣化の部分を画面の縁部に配置するの
で、画質を均等にでき、画質劣化を最小限にすることが
できる。
信号の変化部と無変化部を固定長単位に付加情報なしに
効果的に再び構成するので、無変化部の余剰情報を変化
部に供給し、画質劣化の部分を画面の縁部に配置するの
で、画質を均等にでき、画質劣化を最小限にすることが
できる。
【0054】(3)適応走査により、より多い0の連続
を発生させるようにしたので符号化効率を向上させるこ
とができる。
を発生させるようにしたので符号化効率を向上させるこ
とができる。
【0055】(4)2重量子化、可変長符号化、および
比較を行って、効果的な量子化および前方バッファ制御
の欠点である発生情報量を目標情報量に一致させるとい
う問題点を解決することができる。
比較を行って、効果的な量子化および前方バッファ制御
の欠点である発生情報量を目標情報量に一致させるとい
う問題点を解決することができる。
【0056】(5)係数除去とスタッフィングビット付
加を固定長単位のブロック逆順(信号重要度の逆順)に
ブロック当り1ビットずつ行うので、固定長単位の画質
均等化を達成することができる。
加を固定長単位のブロック逆順(信号重要度の逆順)に
ブロック当り1ビットずつ行うので、固定長単位の画質
均等化を達成することができる。
【図1】1フレームのコンポーネント映像信号データが
ディジタルデータに変換された直後のデータフォーマッ
トを示す図である。
ディジタルデータに変換された直後のデータフォーマッ
トを示す図である。
【図2】図1に図示したデータをプレフィルタによりフ
ィルタリングした後のデータフォーマットを示す図であ
る。
ィルタリングした後のデータフォーマットを示す図であ
る。
【図3】マクロブロックの構造を示す図である。
【図4】本発明を含む映像信号圧縮システムを示すブロ
ック図である。
ック図である。
【図5】輝度信号に対する本発明によるスクランブリン
グ原理を説明するための説明図である。
グ原理を説明するための説明図である。
【図6】赤色差信号に対する本発明によるスクランブリ
ング原理を説明するための説明図である。
ング原理を説明するための説明図である。
【図7】青色差信号に対する本発明によるスクランブリ
ング原理を説明するための説明図である。
ング原理を説明するための説明図である。
【図8】固定長単位で再び構成された状態を示す図であ
る。
る。
【図9】固定長ブロックを構成する様子を説明するため
の説明図である。
の説明図である。
【図10】本発明の適応走査方式の原理を説明するため
の説明図である。
の説明図である。
【図11】本発明によるデータの量子化および可変長符
号化を説明するための説明図である。
号化を説明するための説明図である。
【図12】本発明による係数除去およびスタッフィング
ビット部の過程を説明するための説明図である。
ビット部の過程を説明するための説明図である。
10 プレフィルタ 20 モード切換処理部 30 スクランブリング 40 離散コサイン変換部 50 ヒューマンビジュアルシステム部 60 アクティビティ計算部 70 第1量子化部 80 第1適応走査部 90 第1可変長符号化部 100 バッファ 110 第2量子化部 120 第2適応走査部 130 第2可変長符号化部 140 比較部 150 係数除去およびスタッフィングビット付加部 200 ローカルデコーディング部 300 動き予測部 400 動き補償部 500 モード決定部
Claims (1)
- 【請求項1】 輝度(Y)信号と色差(Cr,Cb)信
号の比が4:2:2であるコンポーネント映像信号を線
順次で垂直方向サブサンプリングを行って4:2:0の
比に変換するディジタルVTRの映像信号帯域圧縮装置
において、 イントラフレーム(intra frame)処理モー
ドおよびインタフレーム(inter frame)処
理モードにそれぞれ対応して映像データをブロック単位
およびマクロブロック単位でそれぞれ処理するモード切
換処理部(20)と、 該モード切換処理部(20)から出力される映像情報の
変化が少ない部分の冗長情報を変化部に供給し、画質劣
化部分が前記映像の縁部に集中するように情報を付加す
ることなく映像を規則的に再び構成するスクランブリン
グ部(30)と、 該スクランブリング部(30)の出力を離散コサイン変
換(DCT)してDCT係数を得る離散コサイン変換部
(40)と、 前記離散コサイン変換部(40)の出力を人間の視覚的
特性に適合するように処理するヒューマンビジュアルシ
ステム部(50)と、 前記離散コサイン変換部(40)の出力を受け取り前記
イントラフレーム処理モードおよびインタフレーム処理
モードにそれぞれを対応するアクティビティおよびアク
ティビティ平均をそれぞれ求めるアクティビティ計算部
(60)と、 前記イントラフレーム処理モードおよびインタフレーム
処理モードにそれぞれ対応する前記アクティビティおよ
び前記アクティビティ平均により決定されるステップサ
イズで前記ヒューマンビジュアルシステム(50)の出
力を前記ブロック単位かあるいはマクロブロック単位に
それぞれ量子化処理する第1量子化部(70)と、該第1量子化部(70)により量子化され出力されるD
CT係数等を受けて 8pel×8ラインの1ブロックを
4pel×4ラインの4つの走査領域に分けそのうちの
2つの領域のアクティビティを相互に比較して水平走
査、垂直走査、およびジグザグ走査のうち1つの走査を
行う第1適応走査部(80)と、 該第1適応走査部(80)の出力を可変長符号化し、可
変長符号化された情報を固定長単位で累積演算される発
生情報量と目標情報量の差(β)を計算する第1可変長
符号化部(90)と、 該第1可変長符号化部(90)の出力を一時的に格納す
るバッファ(100)と、 前記第1可変長符号化部(90)により供給された前記
発生情報量と前記目標情報量との差(β)と、前記アク
ティビティ計算部(60)により提供された前記アクテ
ィビティおよび前記アクティビティ平均により決定され
たステップサイズとで、前記ヒューマンビジュアルシス
テム部(50)の出力を、前記ブロック単位または前記
マクロブロック単位に量子化処理する第2量子化部(1
10)と、 前記第2量子化部(110)の出力を受け取り、前記4
つの走査領域のうちの2つの領域の前記アクティビティ
を相互に比較し、前記水平走査、前記垂直走査、および
前記ジグザグ走査のうちの1つの走査を行う第2適応走
査部(120)と、 前記第2適応走査部(120)の出力を可変長符号化
し、可変長符号化された情報の前記発生情報量と前記目
標格納量との差(γ)を計算する第2可変長符号化器
(130)と、 前記第1可変長符号化部(90)の差(β)から前記第
2可変長符号化部(130)の差(γ)を減じた絶対値
(|β−γ|)がθより小さい場合、前記第1可変長符
号化部(90)の出力を選択し、θより小さくない場
合、前記第2可変長符号化部(130)の出力を選択す
る比較部(140)と、 該比較部(140)で供給された前記固定長単位に、前
記発生情報量と前記目標情報量の差(βまたはγ)を基
準として、オーバフロー発生時に前記固定長単位を超過
する部分の係数を除去し、アンダフロー発生時、固定長
単位のブロック逆順に各ブロック当り1ビットずつDC
T係数を付加する係数除去およびスタッフィングビット
付加部(150)とを含むことを特徴とするディジタル
VTRの映像信号帯域圧縮装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1992-3168 | 1992-02-28 | ||
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