JP2542025B2 - 埋設コ―ドとしての送信を可能にする放送品質のテレビジョン信号を符号化する装置とその符号化信号を復号化する装置を含むシステム - Google Patents

埋設コ―ドとしての送信を可能にする放送品質のテレビジョン信号を符号化する装置とその符号化信号を復号化する装置を含むシステム

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JP2542025B2
JP2542025B2 JP62501247A JP50124787A JP2542025B2 JP 2542025 B2 JP2542025 B2 JP 2542025B2 JP 62501247 A JP62501247 A JP 62501247A JP 50124787 A JP50124787 A JP 50124787A JP 2542025 B2 JP2542025 B2 JP 2542025B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、テレビジョン信号符号化の分野に関するも
のである。特に、本発明は、埋設コードの形で放送品質
のテレビジョン信号の送信を可能にする符号化アルゴリ
ズム、符号化装置および復号装置に関するものである。
テレビジョンのスタジオの中には、アナログの複合画
像処理を別々の輝度および色成分のデジタル操作によっ
て置換する継続した傾向が存在する。これは冗長画像ブ
ランキングを表わす50Mbit/s以上を伴い、国際協定の16
6Mbit/sで実施される。しかしながら、完全なテレビジ
ョン“パッケージ”は、音響チャンネル、テレテキス
ト、ソース速度を更に上げる同期信号および制御信号を
含まなければならない。独立的なヨーロッパ電気通信網
のデジタル化は、140Mbit/sの幹線速度から単一の電話
会話の速度まで広がる２進階級に基づいて行われてい
る。もし放送者がスタジオ間で、あるいはラジオ送信機
や恐らく直接的に家庭へとこれらのリンクを用いて伝達
することを望むなら、通信多重階級中のレベルの１つに
一致させるため、ソース速度を変換するという問題に直
面する。特に、彼は適切な品質の再生を達成させる最も
経済的なレベルを用いることを望むだろう。
しかしながら、放送者は、コード化アルゴリズムから
必要とされる再生忠実度の２つの独特なレベルを確認す
ることができる。すなわち、これらは、スタジオ間伝送
用の“コントリビューション（contribution）”品質
と、家庭が終端の伝送用の“ディストリビューション
（distribution）”品質である。各々は、異なる基準に
対して最適化されたコード化アルゴリズムと、それぞれ
のアルゴリズムが全く異なる送信速度を有することを示
唆する。コントリビューション材料は、スタジオ解像度
であり、例えば標準変換によるポスト処理、クロマキ
ー、または同じコード化アルゴリズムによる符号化と復
号化に耐えうる、スタジオ解像度であり、そのような数
値的忠実度であるべきである。我々はこのため送信速度
68Mbit/sを目標とする。ディストリビューション材料
（及び恐らく遠隔位置からのニュースコントリビューシ
ョン）はポスト処理される必要はないが、代わりに視聴
者へ直接伝えられる。ここで我々は、連続コードが見出
だされることがないために、我々が画像中に存在する精
神視覚的冗長を自由に活用し、チャンネル速度34Mbit/s
を目的とすることができることを確信できる。この速度
は、ヨーロッパでの画像の提案された変換に対する一般
的な選択とされている。
２つの別々なレベルの圧縮を有することにより、かな
りの変換コード化能力（transcodability）、すなわち
最小の処理と最小の信号低下で、レベルの間の変換を行
う能力が必要となる。この変換の最低限の目標は、中間
再構成と記録操作を避けることである。34Mbit/sコード
化の最も最近の提案、例えばWesterkamp,D.による（“A
daptive Intra−/Interframe DPCM Coding for Transmi
ssion of Colour TV Signals with 34Mbit/s"、Proc.IE
EE Int.Zurich Seminer on Digital Comm.、March 198
4、39-45）は、符号化の前に、3/4または2/3だけ輝度信
号を除く。一般にコード化された記号を補間することが
できないので、コントリビューション基準への変換は、
復号化および記録を必要とする。これらの比率による補
間は不自然で、もし製造者がその他の放送基準と両立性
をもたそうと努めるなら、この補間は未来の家庭用受像
機において実施されなければならないかもしれない。上
述の欠点を克服し、改良された変換コード化能力を伴う
埋設コード処理手順を提供することが本発明の目的であ
る。
本発明の別の目的は、ディストリビューション圧縮が
コントリビューション化のサブセットであるように固化
された速度の埋設コードを提供することである。
本発明は、補間されるサンプル位置のそれぞれに対す
るパラメータを生成することによって、復号装置でテレ
ビジョン信号のサンプルの適応補間を可能にする符号化
アルゴリズムを提供し、このパターンは、そのサンプル
位置で利用可能な補間方法の最良のものを表わし、特徴
検出を可能にする。
本発明は更に、補間されるサンプル位置のそれぞれに
対するパラメータと予測されるサンプル位置のそれぞれ
に対する予測誤差信号を生成することによって、復号装
置において、テレビジョン信号サンプルの適応補間と適
応予測とを可能にする符号化アルゴリズムを提供し、こ
のパラメータは、そのサンプル位置で利用可能は補間方
法の最良のものを表わし、特定の予測されるサンプル位
置で用いられる予測器は、補間されるサンプルをとり囲
む位置に対するパラメータの値によって決定される。
本発明はまた更に、補間されるサンプル位置のそれぞ
れに対するパラメータと予測されるサンプル位置のそれ
ぞれに対する予測誤差信号を生成することによって、復
号装置でテレビジョン信号のサンプルの適応補間および
適応予測を可能にする符号化アルゴリズムを実行する符
号化装置を提供し、このパラメータは、そのサンプル位
置で利用可能な補間方法の最良のものを表わし、特定の
予測されたサンプル位置を用いられる予測器は、補間さ
れるサンプルをとり囲む位置に対するパラメータの値に
よって決定される。
本発明はまた更に、テレビジョン信号のサンプルの適
応補間および適応予測用復号装置を提供し、この復号装
置は、補間されるサンプル位置のそれぞれに対するパラ
メータと予測されるサンプル位置のそれぞれに対する予
測誤差を受信し、特定の予測されるサンプル位置に対し
て復号装置によって使用される予測器は、補間されるサ
ンプルをとり囲む位置に対するパラメータの値によって
決定され、特定の補間されるサンプル位置において復号
装置によって使用される補間方法は、その補間されるサ
ンプル位置に対するパラメータの値によって決定され
る。
本発明の好ましい実施例は、ディストリビューション
信号を部分的に送り、第２の輝度エラー信号のような付
加的な特徴、増加された色帯域幅、あるいはおそらくは
クロマキーキーイング信号のようなスタジオ特性情報を
部分的に送る68Mbit/s容量のチャンネルが幹線多重中に
含まれているようなシステム中で動作するよう構成され
ている。コントリビューションとディストリビューショ
ン間で変換するためには、１つの34Mbit/sデータ流をデ
マルチプレクスすることが必要なだけであり、コントリ
ビューションへの変換のためには、ディストリビューシ
ョンコードが既に両立性を有しているので、努力は必要
とされない。任意の遠隔地におけるネットワーク制御下
で速度変換を実行できるので、埋設を行う方法は、スタ
ジオにおいて１つのコードのみ必要とし、ネットワーク
中のルート指定において大きな柔軟性をとることを可能
とする。
埋設コードのディストリビューションレベルを34Mbit
/sに適合するために、コード化アルゴリズムに必要なも
のを考察する。めんどうな係数による多数回の間引／補
間を避けるため、スタジオ速度におけるサンプル位置に
正確に対応したサンプル位置をもつようなサンプル速度
を選択しなければならない。すなわち、1,1/2,1/3…が
許される。色成分に対して、スタジオサンプリングは、
目の要求を十分に越える帯域幅を生じ、1/2または1/4の
縮小が容認される。しかしながら、輝度に対しては、1/
2の縮小は、受け入れられない“ソフトな”、すなわ
ち、かなり動きが損われた画像を生じる結果となるの
で、完全に位置を維持する場合のみが許される。
送信エラーに対するコード化されたフォーマットの強
さは、多くの経路を通ってディストリビューションへ向
けられる信号において重要である。順方向エラー修正を
加えることができるが、もしこのエラーが互いに関係が
あるなら、アルゴリズムを保護する当てにはならず、長
期にわたる壊変をすることになる。例えば、しばしばエ
ッジ領域において先に受信されたペル（pel）に従っ
て、局所画像統計をより良く活用するために、予測コー
ド化装置の予測器を使用することは一般的である。エラ
ーの無い状態下でコード化利得が達成されても、エラー
の存在は、破滅的な失敗となるコード化装置および復号
装置における予測器選択の誤りとなる場合がある。もし
これが、固定されたフィールド内予測器を用いて周期的
に更新することによって阻止されても、視聴者は時間的
な妨害画像損失に気付くだろう。オーバーヘッドとして
送られる制御データに従った予測器を適応使用すること
は、エラーによる全体の破壊を妨げ、Buley,H.およびSt
enger,L.（1985）（“Inter/Intraframe Coding of Col
our TV Signals for Trancemission at the Third Leve
l of the Digital Hierarchy"、Proc.IEEE、73、４、76
5-772）に採用されている方法である。我々のディスト
リビューションアルゴリズムに対しては、エラーからの
迅速な復元を必要とし、それはまた、利用可能な先に受
信されたpelsがないスイッチオンの後、受信機における
迅速な整定をも含む。
ある種の損失を知覚する人間の目の無能さを活用する
ことによって得られるコード化の利点は、低速のディス
トリビューション圧縮アルゴリズムにおいて無視できな
い。
ディストリビューション状態においては、符号化装置
に対する復号装置の比率は高くなり、復号装置は恐らく
消費者によって支払われる。符号化装置に対する復号装
置の複雑性の比率はそれ故低くなるべきである。
本発明の特徴および利点は以下の添付図面を参照し
て、例として与えられた以下の好ましい実施例の記述か
ら明らかとなる。
第１図は、本発明を使用する好ましい符号化アルゴリ
ズムに従った適応補間を示す。その中で、 第１（ａ）図は、好ましい符号化アルゴリズムに従っ
て予測されるべきサンプルの組の構造を示す。
第１（ｂ）図、第１（ｃ）図および第１（ｄ）図は、
示された反復中心の周囲をモザイクのように区切る領域
へフィールド内補間を用いて、アリアシング（aliassin
g）から保護され得る帯域幅を制限する２次元反復スペ
クトルを示し、影を付けられた領域は、可能な固定され
た補間と水平および垂直の切換えられる補間を用いて保
護され得る最大帯域幅を表わす。
第１（ｅ）図は、切換えられる水平および垂直補間を
有効に用いて連結された帯域幅を示す。
第１（ｆ）図は、実際の十字形前置フィルタの特性を
示す。
第２図は、水平および垂直原型（プロトタイプ）の係
数Ｎ＝２、Ｍ＝１（ｈn,vm）についての好ましい符号化
アルゴリズムの適応補間において用いられるのに適切で
ある、簡単な十字形フィルタの構造を示す。
第３図は、好ましい符号化アルゴリズムの活動を説明
するため用いられたボートの画像を示す。
第４図は、（時間的補間状態が抑制される）好ましい
符号化アルゴリズムに従って第３図のボートの画像につ
いて生成された２つのラプラス記述子のパターンを示
す。
第５図は、好ましい符号化アルゴリズムに従った適応
予測を説明し、論理関数（９）が垂直に方向づけられた
予測器の選択へ導くような第３図のボート画像における
点を示す。
第６図は、好ましい符号化アルゴリズムに従って補間
コード化において用いるのに適切な視覚的モデルの一般
化された形を示す。
第７図は、好ましい符号化アルゴリズムを実行するの
に適切な輝度符号化装置のブロック図を示す。
第８図は、好ましい符号化アルゴリズムに従って符号
化された信号を復号するのに適切な輝度復号装置のブロ
ック図を示す。
本発明の好ましい実施例において、符号化アルゴリズ
ムはDPCM形式で送信されるテレビジョン信号に適用され
る。DPCMは技術的によく知られており、例えば上述され
たWesterkampの論文に記述されている。
本発明に従った好ましい符号化アルゴリズムを詳細に
説明する前に、まず要約を説明する。
ソース輝度サンプルは、ラインおよびフレームオフセ
ットによって交互のサンプルを分ける２フレーム（第１
図参照）による格子に従って、２つのグループへ分離さ
れる。一方のグループは補間された組を形成するが、
（許容される）固定された補間より高い空間的−時間的
解像度を得るため、３状態補間選択信号が各位置で保持
される。冗長さがこの選択信号から取除かれ、受信機へ
送られる。この３状態セレクタの値は、予測されるべき
サンプルを取巻く位置で記述子として働き（他方のグル
ープ）、また静止領域の完全な時間的なものから動領域
の輪郭適用なものまでの範囲における１組の３次元予測
関数のうちから１つを選択するように制御を行う。
予測器の選択が記述子によって明確に定められるの
で、チャンネルエラーからの復元は確実になされる。予
測誤差は送信のために、量子化され、コード化される。
コード化の第３の段階は、受信機で再生された補間さ
れたサンプルの品質をチェックするため用いられる。こ
れはコード化装置で送信された信号を局所的に復号する
ことと、補間コード化処理の方法で視覚的モデルへエラ
ー信号を供給することによってなされる。このモデル
は、それらの周囲の状況において、主観的に十分復元さ
れなかった補間されたサンプルを位置付けることを試み
る。これらは、モデルの忠実度規範が受信機で見られる
ことを確実にするのに十分なエラー信号の送信によって
調整される。主観的規範を活用することを試みる大抵の
コード化装置を用いるとき、複雑性のバイアスは非常に
多く符号化装置に向けられる。
好ましいコード化アルゴリズム 適応補間 第１（ａ）図は、予測されるべきサンプルの組の構造
を示し、便宜上、インターレースフィールドあるいは正
しい垂直サンプル間隔で示されていない。サンプルの補
間された組が、示されているサンプルの間に存在する。
画像の静止領域において、完全なソース解像度が時間的
な補間によって復元され得る。
この補間をこのような静止領域に対して確実に選択す
るため、ソースにおいて、どのサンプルが動領域に属
し、どのサンプルが静止領域に属しているかの信頼性を
決定する必要がある。しかしながら、この区分けは、２
つの要因により難かしいものとなっている。その一つ
は、これらの決定が非常に局所的に制限された基礎（即
ち補間されるサンプル位置ごと）に基づいて成されなけ
ればならないというものであり、もう一つは、ソースビ
デオ中に存在する雑音が、静止領域におけるフレームと
フレームの差の広い確率密度関数を生じることである。
このため、フレーム差をしきい値で分けることによって
区分する試みは容認できない解決法である。より良いア
プローチは、雑音による確率密度関数の変化を減少する
ために、局所的に多くのこのような差異の係数を平均す
ることである。そうすると、しきい値による区分は、更
に信頼性の高いものとなる。このコード化技術の状況に
おいては、一方は現在符号化されているものの前のもの
で、他方は後のものである、２つのフレームがソースに
おける動き検出に利用可能である。使用される方法は、
これら２つのフレームにわたって定められる動き表示値
μおよび空間的隣接Ａをしきい値で分けることを含む。
例えば、もし補間されるべきサンプルがＳ10であるな
ら、場所Ａ＝｛20,10,00,11,1−１｝で、 ここで、 μがあるしきい値より大きいとき、簡単な時間的補間
の適用は、雑音のあるソース題材の静止領域において、
顕著な雑音減少を生じ得る。
動領域では、この補間は容認できるものでなく、フィ
ールド内補間を実施しなければならない。第１（ｂ）図
は、２次元アリアススペクトルが、示された中心をモザ
イクのように区切る領域へフィールド内補間を用いて保
護されるべき帯域幅を制限することを示す。恐らく得ら
れる最高のものは、図中で影をつけられたバンドである
が、この範囲に対して予めフィルタされた画像は容認で
きないくらい品質が落とされ、そのため静止解像度と動
解像度の間の差が乱されている。アリアス中心をモザイ
クのように区切る（ｃ）と（ｄ）におけるバンドを考え
ると、それぞれではソース帯域幅の半分を保存するが、
いっしょになるとスイッチングによりソーススペクトル
の3/4を復元できるものが局所ベースで実施されてい
る。典型的な画像の２次元フーリエスペクトルおよびそ
れらのエッジオリエンテーションヒストグラムの研究
は、その結果生じた十字形（ｅ）が、垂直および水平あ
るいはそれに近い大多数のスペクトル成分を保存するこ
とを示唆する。また、目の解像度が同様に異方性である
というある証拠がある。勿論十字自身は、アリアス中心
をモザイクのように区切らず、それが非線形から得られ
るので、このような図では無意味に示される。しかしな
がら一点はこれから生じ、そのことは十字形前置フィル
タリングの必要性である。もし十字型フィルタが適用さ
れないなら、コーナーのスペクトル成分は、低周波数象
限へ折り返し、視覚のテクスチャーにモアレパターンや
ぎざぎざの対角線エッジを生じて不愉快な結果となる。
十字形前置フィルタは以下の方法で原型垂直および水平
ローパスフィルタから都合良く設計され得る。
（ｉ） 原型用 （ii） 分離できる2Dローパスフィルタを形成する Ｆ（ｚh,zv） ＝Ｈ（ｚh）・ｖ（ｚv） （４） （iii） 2D Nyquist間隔のコーナーへの“変調”パス
バンド （iv） パスバンドがストップバンドになるための逆フ
ィルタ Ｆ″（ｚh,zv） ＝１−Ｆ′（ｚh,zv） （ｖ） これがほぼ別々の構造を有することを述べる。
付加的な“1"は個別に数えられ、フィルタは本質的に
分離できる構造を有する（第２図）。このことは重要で
あり、実際のフィルタは大きいので、分離不可能な構造
では非常に多くの量のハードウェアが必要とされる。明
瞭化のため、第２図はフィルタ対称の活用は示されてい
ないが、これは更にハードウェアを簡潔化する。フィル
タは画像の動領域中に適合されるのみであるので、それ
は文献（E.Dubds“The Sampling and Reconstruction o
f Time-Varying Imagery with Application in Video S
ystem"、Proc.IEEE、73、４、502-522、1985）において
論説された方法で使用される。十字フィルタの使用は、
μが低く時間的補間が適用される低い動きの画像または
画像領域に対しては、十字フィルタリングが使用され
ず、動きの増加にしたがって、μがしきい値または一連
のしきい値以上に増加すると、十字フィルタリングがよ
り大きな範囲へ適用され、非線形様式において、高いμ
に対してまで、即ち空間的に切換えられる水平および垂
直フィルタリングが適用され、十字フィルタが完全に動
作的であるように、構成される。切換えられる水平およ
び垂直補間の最も簡単な形式は以下の通りである。
これらSabatler,J.等（1982、“Coding System for 3
4Mbit/s Digital Transmission of Colour Televisio
n:、Communication ＆ Transmission、１、69-82）およ
びG.ReitmeierとR.Dischert“A Multiplexed Nyquist R
egion Approach for High Quality 2:1:1 Digital Vide
o"、Proc.13th Int.TV Symp.、Montreux、1983、400-40
8）によって用いられ、どちらも前置フィルタリングを
用いなかった（後者の場合、付加的な補間によるアリア
スの減少が示唆されている）が、両著者は良い結果を報
告している。われわれは、より高次の古典的ニュートン
の中間点補間がこれらの補間より優れていることを発見
したが、われわれの目的のために以下の議論において補
間（７）が用いられる。いずれの補間が動領域中でより
良いかを決定するために、 のそれぞれの適用から生じる誤差を計算し、低い方を選
択する。この情報をコード化するため、各選択のための
２進状態を単に割合てることができる。しかしながら、
同じ情報は、より良い補間が、 より高いか低いかを信号化することによって伝達され得
る。サンプルをとり囲むものが受信機（ある量子化誤差
によるアルベイト）で利用可能であるので、高いまたは
低い出力を生ずる補間が選択され得る。言替えれば、補
間（７）に対して以下のサインを維持する。
（Ｓi-1j＋Ｓi+1j＋Ｓij-1＋Ｓij+1）−4Sij これは離散ラプラス演算子のよく知られた形である。
多くの低い動きの画像範囲において、一方の補間とも
う一方との間に顕著な差はなく、それで同様の選択のラ
ンレングスを増加する１つを自由に選択できる。補間誤
差のある関数を最小にするために、これらの“ドーント
ケア”のランの端部が、最適位置を選択するようにアル
ゴリズムが開発されている。これは、各画像ラインの単
一の順方向パスおよび逆方向パスによって実施され、実
時間で実施可能である。
３状態記述子区分におけるランの端部の最適位置付けの
ためのアルゴリズム ランレングスが最大にされ、エントロピーが最小にさ
れるように、走査線に沿ったサンプルに対して、３つの
補間関数の最も良いものを適用することを望み、任意の
選択の領域において最も良い関数を選択することを望む
状況を考える。
（ｉ） 各サンプルにおいて、各補間ＩH、ＩV、ＩTの
適用から生じる誤差のある関数を計算する（ここではた
とえばｆ（Ｅ）＝Ｅ2）。
ｆ（ＥH）＝（Ｓ−ＩH）2 ｆ（ＥV）＝（Ｓ−ＩV）2 ｆ（ＥT）＝（Ｓ−ＩT）2 （ii） 一つの補間は他のいずれの補間よりも十分に良
いか？ 即ち、差があるしきい値Ｔより大きいか？ もし“イエス”なら、このサンプルを最も良い補間関
数によって置き換えなければならない。もし“ノー”な
ら、各関数に対して先の十分に良いとした選択に適用す
る際におけるペナルティを計算し、この食い違いを蓄積
する。
（iii） 各関数に対してΣの最小値を決定する。この
例においては、これはもし十分に良いＩV補間が定義さ
れない選択のランに従うことが発見されるなら、最適な
区切はサンプル22と23の間であり、もし十分に良いＩT
補間が続くなら、最適な区切はサンプルの間である。こ
の線の２つのパス、即ち一方は順方向でもう一方は逆方
向であるような２つのパスにおいて、このアルゴリズム
を実行すると、都合が良い。
（iv） 一般にこのアルゴリズムは任意の関数ｆ、任意
の数の補間および可変値Ｔ（いわゆるマスキング関数に
よって決定される）をカバーするため拡張され得る。
得られた３状態信号は、送信のためランレングスコー
ド化される。第４図の例は、２ラプラス状態を示す。簡
単な直接補間スイッチングからの変換の値は、重要な画
像エッジについての情報を伝達するラプラスゼロクロッ
シングの能力を有することが明らかである。これとマー
ル（Marr）の人間の視覚（Marr and Hildreth“Theory
of Edge Detection"、Proc.R.Soc.Lond.B、1980、207、
187-217）の中の“プライマルスケッチ（Primal sketc
h）”との間の類似性に注目することは興味深い。特徴
検出器としてのこの新しい補間スイッチング信号の値
は、時間的補間が完全に不要にされるような符号化シス
テムを可能にする。画像品質における任意の損失は、フ
レームメモリを不要にすることによってなされる節約に
よって補われる。このような符号化システムの例は、ス
タジオ品質TVの68Mbit/s送信用の、またはHDTV送信のた
めのより高い速度における２状態論理記述子を用いる、
２次元フィールド内コード化装置を用いることができ
る。
適応予測 ３状態記述子は、予測されるべきサンプルを取り囲む
ものに先立って復号装置へ送信され、これは、静止領域
を記述とする局地性の概略と動領域中のエッジを提供す
る。この記述は、予測コード化処理の適合を制御でき、
記述子が未来および過去について利用可能であることを
知らせる。Ｓ00：（Ｐij：先に予測され復元されたペ
ル、Ｄij:3状態記述子の値）のコード化の直前に偶然隣
合った要素を考察する。
記述子が３状態のみを有するので、３状態変数におけ
る論理関数で任意の局地性を表わし、多数の予測器の１
つを選択するためこの関数を用いることができる。例え
ば、もしＳ00を囲む補間が全て時間的なら、完全に時間
的な予測を適用する。空間予測の例として以下の論理表
現を考える。
（Ｄ12＝Ｄ01＝Ｄ10＝Ｄ0-1≠Ｄ-12＝Ｄ-21＝Ｄ-10＝Ｄ
-2-1） または、 （Ｄ12＝Ｄ21＝Ｄ10＝Ｄ2-1≠Ｄ-12＝Ｄ01＝Ｄ-10＝Ｄ
0-1） これは垂直エッジを決定し、第５図で示された点で適
用される。ランレングスの人為的な延長のため、この処
理による予測がラプラス記述子における条線によって駄
目になることが一見して明らかである。このことは、ラ
ンが低い動領域においてのみ拡張されるだけであるの
で、そうではない。水平条線によって示唆された先のサ
ンプル予測は、これらの領域のその他のものと同じよう
に良好（もしそれより良くなくても）である。チャンネ
ル誤差に対する技術の強さは、予測器が特定の論理関数
によって明確に選択され、先に受信された予測のサンプ
ルに繰返し依存しないことから生じる。記述子情報また
は予測情報のいずれかの低下からの復元は保証される。
特定の論理関数に対して適用された予測関数は、論理
関数が画像シーケンスの１組にわたって適用される隣接
している先のサンプルによって予測されたサンプル位置
の共分散を評価することによって設計される。原則とし
て任意の大きさの周囲が用いられ、論理関数はROM中に
蓄積され得るか、または最小化されPLAへプログラム化
される。
また原則として、その他のフレームからの記述子の論
理関数を含むことは可能であり、これは動き補償予測を
可能にする。動き補償予測は、もし記述子信号が実時間
でフレーム毎に追跡されるなら可能である。エラーから
復元するためのシステムの強さは維持される。これは公
表された帰納的適応動き補償方法においてのケースでは
ない。とり得る予測値の完全な組を含むために必要なRO
Mのサイズは、しかしながら非実用的であるかも知れな
い。
排他的ノア関数に対応する（９）中の論理“＝”は、
Marr（上記参照）の人間のエッジ方向づけ検出（彼の第
９図）のアンドゲートモデルと同じ方向付けを実際に実
行する。
補間コード化 補間誤差のヒストグラムは、２次元補間のみによって
さえ、オープンループ処理がこれまで用いられたという
事実にもかかわらずゼロについて著しく高い集中を示
す。本発明による補間は第２の差異に応じないので、存
在するほとんどの補間誤差は、位置付けられたサンプル
が２次元中のそれらの傾斜を同時に変化している場合に
起こる。これらはまた、視覚的マスキングが動作してい
るような領域である傾向がある。
本発明の適応補間はそれ故、補間受信機モデルコード
化方法（J.Limb“Picture Coding:The Use of a Viewer
Model in Source Encoding"、BSTJ、52、８、1271-130
2、1973）に対して非常に適切な基礎を形成することが
できる。これを実現するため、我々は符号化装置で受信
された画像を復元するために、送信された信号を局所的
に復号し、補間された成分および予測された成分の両方
によるコード化誤差を計算する。補間されたペルでのこ
の誤差は、見えうる画像損失を検出することを試みる視
覚的モデルによって、背景画像それ自身の状況において
“観察”される。もし損傷する補間が発見されるなら、
受信機中のそのペルの主観的な再生を改良するため、異
なる期間が生成され、コード化される。この改良された
補間はまた、その品質が未来の補間誤差の可視度に関係
を有しているので、視覚的モデルへと逆に組込まれる。
コード化損失を検出するための視覚的モデルは、視覚
の３つの主な状況を一般に説明する。即ち、空間的−時
間的フィルタリング、輝度強度しきい値、およびマスキ
ングである。第６図はこのようなモデルを示し、そこで
は視覚フィルタは、背景の輝度中の変化の原因となる非
線形性を含むものと考えられる。しかしながら一般的モ
デルは、特定のコード化アルゴリズムによる歪みを特徴
付けるために不必要に複雑である。ここでの第１の試み
は、視覚モデルが簡単な線形ローパスフィルタであるLi
mb（上記参照）によってなされ、線形の仮定の利点は、
第６図の２つのフィルタを１つへ減少することができ、
コード化誤差のみを処理することである。
Limbの提案した“フリーラン”補間コード化方法は、
実時間で実行はしないものであるが、同じ主観的な品質
に対して先の要素DPCMにわたってある20％のコード化の
エントロピーを節約する。彼はしかしながら、彼の“格
子”アルゴリズムと同様の性能を報告し、そこではサン
プルは交互に予測的にコード化され、１次元で補完され
る。この後者のアプローチは、前者において固有に存在
するいくつかの実行可能性の問題を克服する。Netraval
i（A.Netravali“Interpolative Picture Ueing a Subj
ective Criterion"、1977、IEEE Trans.Comm.、25、
５、503-508）は、より良い補間を用いて、および視覚
的モデルへマスキングを組込むことによって、そして彼
のマスキング関数により広げられた視覚フィルタを適合
することによって、“フリーラン”アプローチに対して
重要な改良を成した。これは、彼のテスト画像と主観的
に等しいDPCMに対してほぼ40％コード化エントロピーの
減少となった。視覚フィルタを適用することについての
根拠は、もし背景のスペクトルバンドと誤差が互いに接
近しているなら、誤差の可視度がより低いことが示され
たということである。言替えれば、低い動き領域におけ
る高周波数エラー雑音は、フィルタが小さな広がりを有
するべきであり、逆に言えば高い動き領域用あるという
ことを更に視覚的に示唆するだろう。エラー上で動作す
る単独のフィルタの使用の結果は、マスキング効果が背
景から直接決定されなければならず、第６図のようでは
ないということである。Netravaliのマスキング関数は
しかしながら、視覚フィルタへの近似のように考えられ
る３×３隣接における信号傾斜の重み付けを与えられた
広がりを組み入れている。
この論文のコード化の視覚モデルの詳細は、書込みの
ときに決定される必要があるが、補間が３次元で以前に
用いられたものより顕著に良好であるということが留意
されるべきであり、視覚フィルタのより容易な実施をな
す“格子”構造が用いられ、先のフレームソースサンプ
ルが利用可能であるので、マスキング効果は空間的と同
程度に時間的に活用され得る。広い広がり（Netravali
の最も良く用いられた3,5,7,11要素）を含むために、
（１次元）視覚フィルタを適用することは、未来の補間
誤差の可視度に応じて補間されたペルを調整する影響を
考える必要性があるため、ある実行の困難さを引起こ
す。調整を必要とする補間された要素の数に対する真の
最小値は、実行不可能な、全走査線の相互解析によって
発見されるのみである。この問題を説明するため、以下
の７つのエラー項を含む１次元フィルタを考える。
ε（Ｐ30）ε（Ｉ20）ε（Ｐ10）ε（Ｉ00）ε
（Ｐ-10）ε（Ｉ-20）ε（Ｐ-30） フィルタが広がり３（低い動領域）を有するように適
用されるなら、“格子”アルゴリズムの利点が関知さ
れ、ε（Ｐ10）、ε（Ｉ00）およびε（Ｐ-10）の状況
において、Ｉ00の調整を考慮する必要があるのみであ
る。
“フリーラン”アルゴリズムにおいて、予測されたペ
ルの規則的な構造はなく、フィルタ中のいくつかのまた
は全ての項を調整することを考える必要がある。本発明
のフィルタが上述の７つの項を含むために適合されてい
ると仮定すると、Ｉ20を調節するか否かが決定され、Ｉ
00についての決定が必要とされる。これは、２つの状態
がかなり明らかであるＩ-20のポテンシャル調整のいく
つかの平行な考察を含む。
Ａ もしＩ00での補間誤差が補間されたＩ-20によって
容認されるなら:I00を調整しない。
Ｂ もしＩ-20が調整されてさえＩ00での補間誤差が容
認されないなら、Ｉ00を調整する。
困難な問題はケースＣをいかに処理するかである。
Ｃ Ｉ-20が調整される場合のみ、Ｉ00での補間誤差が
容認される。
ε（Ｉ-20）の可視度がε（Ｉ-40）に依存するので、
ケースＣのために、ほぼ最適な決定を創案することが必
要とされ、最も簡単で最も完全なものがＩ00を調整する
ため選択される。
実用性の制約は、７項に視覚フィルタを制限するか、
または調整決定のための規範を簡単化するかのいずれか
である。フィルタはε（Ｉ）項に関して１次元であるべ
きだが、２次元隣接中にε（Ｐ）項を容易に含み得る。
更に、量子化された調整エラー信号のコード化に関する
本発明の３状態記述子信号の活用がある。調整を必要と
する補間された点で、本発明では既に３つの利用可能な
関数の中の恐らく最高のものを復元しており、しかしな
がら劣った補間は、どの方向に調整を適用することを示
すポインタとして機能することは非常にありがちであ
る。これは量子化装置状態の可能性のディストリビュー
ションにかなり影響を及ぼすので、これらの状態へのエ
ントロピーコードの割当てにおいて用いられる。
概要：コード化アルゴリズム コード化アルゴリズムは、68Mbit/sで数字的により高
い忠実度を与えるために、埋設コードの基礎を形成し得
る34Mbit/sでのディストリビューション品質放送テレビ
ジョンの送信について記述された。この技術は、３状態
記述子信号によって明確に制御され、交互のソースサン
プルの代わりに送信される、補間コード化および予測コ
ード化の両方の複合である。これはチャンネルエラーの
影響からの迅速な回復を確実にする。この記述子に費や
されるチャンネル容量は、３つの、即ち第１は省略され
たサンプルの適応補間を定義し、第２はフレーム間／フ
レーム内−輪郭の適応予測を制御し、第３は主観的に不
適当に補間されたペルを調整するために用いられる量子
化されたエラーに対するエントロピーコードの割当てを
制御するため用いられるような、３つの中でそれを活用
することによって正しいとされる。アルゴリズムの重要
な面は、チャンネル容量が最も高い品質再生を伝達する
のに不十分なときに、人間の視覚システムのモデルが、
最小の主観的な歪みのために、利用可能な容量を分割す
るために用いられることである。
コード化の任意の形式が、記述子、予測誤差、または
補間誤差に適用される。
補間誤差を送信する有効な形式は、予測誤差にそれを
インターリーブすることである。量子化装置における予
備のステータスは、この信号化へ割当てられる。
静止領域である“凍った”エラーを壊滅するために、
PCMワードの時折の送信のため成されるための構成が設
けられる。
色コード化は、減少した密度のサンプルパターンに対
する間引動作によって実施され、処理を制御するために
輝度記述子を使用する真の予測コード化または補間コー
ド化のいずれかを用いてコード化される。
システムを68Mbit/sまたは任意の高い速度にするため
に、増強データの任意の形式の付加が許容される。これ
は、このコードが設計されるための埋設構造に対して基
本的なものである。
好ましい符号化装置 好ましい符号化アルゴリズムを実行する輝度コード化
装置が、第７図に示されている（Ｆはフレーム遅延を示
す）。しかしながら、復号装置は制御関数−これはディ
ストリビューション適用にとって重要である−の明確な
性質のため、ほとんどの適応DPCM復号装置より簡単であ
る。構成はまた、予測ループおよびフレーム遅延が入力
サンプルの半分で動作しているのみであるので容易であ
る。
この後者の特徴は、本発明に従った符号化システムを
高い鮮明度のテレビジョン信号を符号化する方法として
特に魅力的なものである。
好ましい符号化装置において、出力バッファの充足レ
ベルが、十字フィルタ適合を部分的に制御するため用い
られる。これは画像に動き部分がわずかしかないとき、
完全な分解能がこれらの領域内で維持されることを確実
にする。速度−バッファがオーバーフローするのを阻止
するための緊急制御は、またより粗雑な構造を有するた
めに、コード化装置および復号装置において適応量子化
装置を変えることによって与えられる。これもまた速度
バッファの充足レベルによって制御される。
復号装置 好ましい符号化アルゴリズムとともに用いられるのに
適切な輝度復号装置が、第８図に示されている。特定の
送信速度およびサンプル化構造に対して記述されている
が、この符号化アルゴリズムは、切換えられる補間の使
用を許容する任意のものによって用いられ得る。任意の
補間関数が用いられる。事実、簡単な２項平均以上に特
性を改良するために、古典的なニュートンの中間点補間
が示されている。これらは以下の一般的な形である。
▽nＳ1/2＝０ 線形補間のためのこれは次のようになる。（ｎ＝２） Ｉi＝（Ｓi-1＋Ｓi+1）/2 （記述されたように） そしてより高次に対しては（例えばｎ＝４） Ｉi＝（−Ｓi-3＋9Si-1＋9Si+1−Ｓi+3） このシステムは、全てのソースサンプリング位置の維
持を許容し（間引なし）、それ故、ディストリビューシ
ョン品質信号を、高速かつより高い数字的忠実度を有す
るコントリビューション品質信号中に埋設できるように
なる。
上述されたシステムは、以下に挙げられた多数の特徴
を有する。特徴の各々は新しく、全ての結合およびサブ
結合はまた、テレビジョン画像を表わすデジタル信号の
送信および／または受信に関して新規なものである。
（ａ） 切換えられる補間とフィルタリングを伴う非静
止ラインの５点形サブサンプリング構造の結合。
（ｂ） 切換えられる補間とともにこの十字形のフィル
タリングの使用。
（ｃ） 特徴検出器（ここではラプラスエッジ検出器）
として、任意の補間スイッチング信号の使用を許容する
変換。
（ｄ） 強化された方法で予測を制御するために、オー
バーヘッドとして送信される、このエッジ検出信号の使
用。
（ｅ） この予測適合（この構造自体コード化速度がき
わめて重要であるHDTV信号のコード化のため、この、お
よび同様のアルゴリズムの実施において重要な利点があ
る。）を実行するための読取り専用メモリの使用。
（ｆ） この補間コード化技術における視覚モデルの使
用、および速度バッファの満たされているレベルによる
その制御。
（ｇ） ３状態記述子区分の最適な位置づけのためのア
ルゴリズム。
（ｈ） このアルゴリズムは、記述された動き検出器を
用いて、静止画像領域を検出することができる。このよ
うな領域において、時間的補間を用いると雑音が減少す
る。
（ｉ） 記述子は、簡単な論理関数によって予測可能な
画像領域を認識するために用いられることが可能で、こ
れは強化された方法で異なるエントロピーコードワード
割当ての間の適合に用いられ得る。
上記（ｉ）中のエントロピーコード割当ては、アルゴ
リズムの補間コード部分におけるエントロピーコード割
当てと混同されるべきではなく、これは受信機での３つ
の可能性ある補間から得られた補間値に基づいている。
これは本文に記述されている。

Claims (22)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】符号化されるテレビジョン信号をサンプリ
    ングする手段と、 複数の補間方法の１つによって補間されるサンプルの位
    置を選択する手段と、 隣接するサンプルに適用されるどの補間方法がその補間
    されるサンプルに対して最も良い値を生じるかを評価す
    るために、補間される各サンプルに隣接するサンプルを
    処理する手段と、 空間的に補間される各サンプルのために、そのサンプル
    に対する最も良い空間的補間方法が、複数の空間的補間
    方法によって生成された値の平均より大きい値を生じる
    かあるいは小さい値を生じるかを示す記述子信号を生成
    するように構成されている記述子信号を生成する手段
    と、 記述子信号を送信する手段とを備えた送信されるテレビ
    ジョン信号を符号化するための装置と、 複数の記述子信号を含んでいる符号化されたテレビジョ
    ン信号を復号化するための装置とを具備するシステム。
  2. 【請求項２】複数の記述子信号を含んでいる符号化され
    たテレビジョン信号を復号化するための装置は、 各記述子信号が、復号化されたテレビジョン信号のサン
    プルと関連し、サンプルを実質的に再構成するためにサ
    ンプルに隣接するサンプルに適応される複数の補間方法
    の１つを示し、複数の記述子信号の少なくともいくつか
    が、複数の空間補間的補間方法を示し、各空間的補間方
    法を使用して再構成された時に、各サンプルに対する値
    が複数の空間的補間方法によって生成された値の平均よ
    り高いか低いかをそれぞれ示している、複数の記述子信
    号を含んでいる符号化されたテレビジョン信号を入力と
    して受信する入力手段と、 入力手段に接続され、符号化されたテレビジョン信号か
    ら記述子信号を得る抽出手段と、 抽出手段に接続され、関連する記述子信号によって示さ
    れる補間方法を適用することにより、復号化されたテレ
    ビジョン信号の各サンプルを、再構成された隣接するサ
    ンプルを表す信号に再構成する補間手段と、 補間手段に接続され、再構成されたサンプルを出力する
    出力手段とを備えたシステム。
  3. 【請求項３】複数の補間方法が、水平および垂直補間方
    法を含む請求の範囲第１項または第２項記載のシステ
    ム。
  4. 【請求項４】テレビジョン信号を符号化するための装置
    が、十字形前置フィルタをさらに含む請求の範囲第３項
    記載のシステム。
  5. 【請求項５】補間されるサンプルのための位置を選択す
    る手段が、ラインおよびフレームオフセット（HEX4）で
    その他のすべてのサンプルを選択するように構成されて
    いる請求の範囲第４項記載のシステム。
  6. 【請求項６】複数の補間方法がさらに時間的補間方法を
    含み、記述子信号を生成するための手段が、時間的に補
    間される各信号のために、時間的補間を示す記述子信号
    を生成するように構成されている請求の範囲第３項記載
    のシステム。
  7. 【請求項７】テレビジョン信号を符号化するための装置
    が、補間される各サンプルの回りの領域中のテレビジョ
    ン画像における動きを評価し、しきい値とこの評価され
    た動きとを比較するための動き検出器を備え、処理手段
    が、動き検出器によって評価された動きがしきい値より
    小さいとき、時間的補間が最も良いことを決定するよう
    に構成されている請求の範囲第６項記載のシステム。
  8. 【請求項８】動き検出器が、補間される各サンプルのま
    わりの領域Ａに対する動き表示値μを評価し、しきい値
    とμの値を比較し、 ここで、 である請求の範囲第７項記載のシステム。
  9. 【請求項９】テレビジョン信号を符号化するための装置
    が、十字形前置フィルタと前置フィルタ制御をさらに備
    え、動き検出器は、評価された動きを複数のしきい値と
    比較するように構成され、前置フィルタ制御は、動き検
    出器によって評価された動きが第１のしきい値以下であ
    るときは、前置フィルタの動作を禁止するように構成さ
    れ、動き検出器によって評価された動きが増加するにし
    たがって、非線形な形で前置フィルタの禁止を緩和する
    ように構成されている請求の範囲第８項記載のシステ
    ム。
  10. 【請求項１０】テレビジョン信号を符号化するための装
    置が、送信する前に記述子信号をランレングスコード化
    する手段をさらに備え、このランレングスコード化手段
    は、複数の補間方法の特定の１つが、評価される特定の
    サンプルの位置でその他の補間方法より著しく良いか否
    かを査定することによってランの終わりの最適位置を評
    価する手段を備えている請求の範囲第１項または第２項
    記載のシステム。
  11. 【請求項１１】選択手段は、複数の予測方法の１つによ
    って予測されるサンプルの位置をさらに選択するように
    構成され、予測されるサンプルの位置が補間されるサン
    プルの位置とは交互であり、 テレビジョン信号を符号化するための装置が、予測され
    る各サンプルに適用される予測方法を決定する適用予測
    器をさらに備え、適用予測器は予測されるそのサンプル
    に隣接した補間されるサンプルに対する記述子信号にし
    たがって、予測方法を選択するように構成され、 テレビジョン信号を符号化するための装置が、予測され
    る各サンプルで予測誤差を評価する手段および予測誤差
    を示す信号を送信する手段をさらに備えた請求の範囲の
    第１項乃至第10項のいずれか１項に記載のシステム。
  12. 【請求項１２】テレビジョン信号を符号化するための装
    置の適用予測器が複数の予測方法を記憶するROMを備
    え、このROMは入力記述子信号に応じて複数の予測方法
    の中の１つを出力するように構成されている請求の範囲
    第11項記載のシステム。
  13. 【請求項１３】テレビジョン信号を符号化するための装
    置が、記述子信号と予測誤差信号からテレビジョン信号
    を復元する手段と、補間されたサンプル中の誤差を検出
    するために視覚モデルを用いて元のテレビジョン信号と
    復元された信号とを比較する手段と、しきい値との比較
    によって検出された誤差の大きさを評価し、しきい値よ
    り大きい各検出された誤差に対して誤差修正信号を生成
    する手段と、誤差修正信号を送信するための手段とをさ
    らに備えている請求の範囲第11項または第12項記載のシ
    ステム。
  14. 【請求項１４】テレビジョン信号を符号化するための装
    置が、送信の前に信号を記憶するためのバッファをさら
    に備え、検出された誤差の大きさを評価する手段が、バ
    ッファの満されているレベルが高いとき、高いしきい値
    レベルを用いるように構成されている請求の範囲第13項
    記載のシステム。
  15. 【請求項１５】補間手段が、複数の記述子信号の少なく
    ともいくつかが関連している各サンプルに対して、複数
    の空間的補間方法によって生成された平均値を評価し、
    関連する記述子信号に一致する、平均に関連する値を生
    成する空間的補間を使用して各サンプルを再構成するよ
    うに構成されている請求の範囲第２項記載のシステム。
  16. 【請求項１６】複数の補間方法が、空間的補間方法をさ
    らに含む請求の範囲第３項記載のシステム。
  17. 【請求項１７】符号化されたテレビジョン信号が、ラン
    レングスコード化形態の予測器信号を含む請求の範囲第
    ２項、第15項または第16項のいずれか１項に記載のシス
    テム。
  18. 【請求項１８】符号化されたテレビジョン信号が予測誤
    差信号をさらに含み、各予測誤差信号が復号化されたテ
    レビジョン信号に関連し、復号化されたテレビジョン信
    号において、予測誤差信号に関連するサンプルが記述子
    信号に関連するサンプルと交互であり、 抽出手段が、符号化されたテレビジョン信号から予測誤
    差信号を得るように構成され、 テレビジョン信号を復号化するための装置が、抽出手段
    に接続され、複数の予測方法の１つを適応することによ
    って、予測誤差信号が関連する各サンプルを関連する再
    構成された隣接するサンプルに再構成し、関連する予測
    誤差信号の値によって決定された量だけその結果を調整
    する適用予測器をさらに含み、 テレビジョン信号を復号化するための装置の適用予測器
    は、隣接するサンプルに関連する記述子信号の値によっ
    て決定された予測方法を使用して各サンプルを再構成す
    るように構成され、 補間手段は、テレビジョン信号を復号化するための装置
    の適用予測器に接続され、適用予測器によって再構成さ
    れたサンプルと補間手段自身によって再構成されたサン
    プルとを表している信号に補間方法を適応するように構
    成され、 出力手段は、補間手段とテレビジョン信号を復号化する
    ための装置の適用予測器によって再構成されたサンプル
    を出力するように構成されている請求の範囲第２項、第
    15項乃至第17項のいずれか１項に記載のシステム。
  19. 【請求項１９】テレビジョン信号を復号化するための装
    置の適用予測器が複数の予測方法を記憶するROMを備
    え、このROMは入力記述子信号に応じて複数の予測方法
    の中の１つを出力するように構成されている請求の範囲
    第18項記載のシステム。
  20. 【請求項２０】符号化されたテレビジョン信号が誤差訂
    正信号をさらに含み、各誤差訂正信号が復号化されたテ
    レビジョン信号のサンプルに関連し、 テレビジョン信号を復号化するための装置が、補間手段
    の出力と出力手段の間に接続され、誤差訂正信号に関連
    する再構成されたサンプルの値を関連する誤差訂正信号
    の値に応じた量だけ調整する付加的手段をさらに含む請
    求の範囲第18項記載のシステム。
  21. 【請求項２１】符号化されるテレビジョン信号をサンプ
    リングし、 複数の空間的補間方法を含む複数の補間方法の１つによ
    って補間される位置を選択し、 補間される各サンプルに対して、隣接するサンプルに適
    用されるどの補間方法がその補間されるサンプルに対し
    て最も良い値を生じるかを評価するために、補間される
    サンプルに隣接するサンプルを処理し、 空間的に補間される各サンプルに対して、その補間され
    るサンプルに対する最も良い空間的補間方法が、複数の
    空間的補間方法によって生成された値の平均より高いか
    低いかを示す記述子信号を生成し、 その後、記述子信号を送信し、 記述子信号を受信し、 送信されたテレビジョン信号を復号化する、送信される
    テレビジョン信号を符号化し、送信されたテレビジョン
    信号を復号化する方法。
  22. 【請求項２２】補間される各サンプルに対して、そのサ
    ンプルを取り囲むテレビジョン画像の領域中の動きの量
    を評価し、評価された動きがしきい値の量より小さいと
    きは、時間的補間を示す記述子信号を生成し、補間され
    るそのサンプルのために生成されたもう１つの記述子信
    号よりはむしろ時間的補間を示す記述子信号を送信する
    過程を有する請求の範囲第21記載の方法。
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