JP2609734B2 - コード化されたカラービデオデータを圧縮解除するための方法及びシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 産業上の利用分野 本発明は一般に情報信号処理特にビデオ情報通信シス
テムにおいて、カラービデオデータを圧縮解除する方法
及びシステムに関する。本発明のさらに限定的な用途
は、データが電話回線で送受信されるビデオ遠隔通信シ
ステムにおいてカラービデオデータを圧縮解除するため
の方法及びシステムに関係するものである。

従来の技術 デジタルテレビ信号のコード化は通常約200Mビット／
秒の伝送速度を必要とする。コード化システムにおける
最近の開発により、伝送速度を2Mビット／秒未満までカ
ットすることが可能となった。ビデオピクチャーフレー
ムのブロック指向解析及び従来のハイブリッドのブロッ
ク指向解析及び従来のハイブリッド離散的コサイン変換
（DCT）係数による処理を用いたコード化システムによ
ると、64Kビット／秒から384Kビット／秒の速度での伝
送が可能である。このようなシステムは、IEEE Journal
on Sclected Areas in Communications（選択された通
信分野に関するIEEE学会誌）SAC−５巻第７号、1987年
８月の「介在ラスター上の漸進形DPCMとハイブリッドDC
T技法を組合せた低ビット速度イメージシーケンスコー
ダ」（Gerken及びSchille著）に記されている。かかるD
CT処理に適用された適応コード化技術は、Chen及びSmit
h著の「単色及びカラーイメージの適応コード化」IEEE
Transaction on Communications（通信に関するIEEE会
報）、COM−25巻、第11号、1977年11月19日に記されて
いるように、１画素あたり１〜２ビットという低い速度
でのビデオデータ伝送を可能にした。しかしながら、こ
のような低いデータ速度で伝達された情報は、１秒あた
りに充分な数のフレームを再構築してヴューアにとって
実時間ビクチャーが受諾可能なものとするようにする能
力に重大な影響を与える。最高1.544Mビット／秒の速度
で伝送する大容量の電話回線も利用可能であるが、この
ような回線は専用使用速度できわめて高くつき、計画的
使用速度でもなお高くつく。最高56Kビット／秒及び64K
ビット／秒の速度での伝送を可能にする比較的低い容量
の電話回線も利用できる。比較的高価なビデオデジタル
・コード化装置は市販されており、これは一秒あたり56
000ビットでビデオ信号を伝送する。そのため、１秒あ
たり約１フレームよりもはるかに速いフレーム指示速度
を可能にするためにはこのタイプの装置を大容量の1544
Mビット／秒の電話回線と組合せて用いることが必要で
ある。通常の電話回線の現在の伝送速度限界は、１秒あ
たり18000ビットに近づいており、従って、通常の電話
回線を用いてのビデオピクチャの実時間順序づけの伝送
は、先行技術において実現不可能なものとみなされてき
た。

デジタルビデオ記号の形で伝送されるべき情報の冗長
の量を軽減するためさまざまなスキーマが用いられてき
た。１つの技法は、低走査カメラを用いることにある。
又もう１つの技法は、各フレームについてｎ番目の走査
線を全て伝送することにある。又、ピクチャーフレーム
を標準的には３×３又は４×４の画素グループである数
多くのセグメント又はブロックに分割しそれらのブロッ
クの内容を解析することにより、重要とみなされている
又はいくつかの有意な方法で変化したとみなされている
ピクチャーフレームの一部分だけを送信することが関与
している技法もある。これらの技術は同様に、ビデオピ
クチャーの解像度を低下させる傾向をもつ。

送信されたピクチャの解像度を低下させないもう１つ
の伝送時間短縮技法は、ランレングスコード化である。
ランレングスコード化においては、１つのピクチャーフ
レームの走査線は、一連の画素の色内容の値及びこの値
又は値の範囲をもつ一連の画素の長さとしてコード化さ
れる。値は、ビデオ信号の振幅の測数値であってもよい
し、輝度又はクロミナンスといったビデオ信号のその他
の特性であってもよい。ビデオ信号の振幅のランレング
スコード化を用いているシステムの一例を挙げると、そ
れは、米国特許第3,609,244号（Mounts）である。この
システムにおいては、フレームメモリーは、フレーム対
フレームの差をも見極め、従って１つのフレームとその
次のフレームの差のみが伝送されるようになっている。
同様にデータ表示に必要なビット数を減らすため頻出値
の統計的コード化を用いる圧縮されたランレングスとし
てビデオ信号を伝送するための方法のもう１つの例は、
米国特許第4,420,771号（Pirsch）である。

理想的には、１秒あたり最高15フレームの速度そして
１秒あたり11500ビットという低いビット速度でのピク
チャーフレームの実時間順序づけを可能にするようなカ
ラービデオ情報の圧縮が、通常の電話回線上でのカラー
ビデオデータの通信を可能にするために望ましいことで
あると思われる。又現在利用可能なものよりもコストが
低くしかもより効率の良い装置を伴うより高品質の電話
回線を用いたシステムと同等のデータ伝送速度を達成で
きるビデオデータ圧縮システムも望まれている。

発明の要約 本発明は、複数のデジタル信号から成るカラービデオ
データを圧縮解除するための方法であり、前記各デジタ
ル信号が、ランレングス部分及び色部分から成り、前記
ランレングス部分が、各々複数のビデオピクチャーフレ
ームの走査線の一つに沿った一連の画素の数であるラン
レングスを表し、前記ランレングスが、前記ランレング
スの各画素の対して同じ３つのデジタル色成分信号を有
すると定義されており、前記色部分が、前記ランレング
スに対して圧縮された形態で前記３つのデジタル色成分
信号を表しており、前記デジタル信号の各々が、第１の
デジタルワードサイズを有しており、前記デジタル信号
の各々の前記ランレングス部分が第２のデジタルワード
サイズを有しており、前記デジタル信号の各々の前記色
部分が第３のデジタルワードサイズを有しており、前記
方法が、 ａ） 前記デジタル信号の各々の前記色成分を、それぞ
れ第４、第５、第６のデジタルワードサイズの３つのデ
ジタル色成分信号に圧縮解除する第１の圧縮解除する段
階であり、前記第４、第５、第６のデジタルワードサイ
ズの和が前記第３のデジタルワードサイズよりも大きい
前記第１の圧縮解除する段階、 ｂ） 前記ランレングス部分及び前記第１の圧縮解除す
る段階によって圧縮解除され且つ前記ランレングス部分
に関連する前記デジタル色成分信号を、前記ビデオピク
チャーフレーム内の前記複数の走査ライン内の前記画素
を表す一つのアレイとして、メモリー手段（58、60）内
に記憶する段階、そして ｃ） 前記ランレングス部分及び前記第１の圧縮解除す
る段階によって圧縮解除された前記関連するデジタル色
成分信号から、前記各画素に対するカラービデオ表示信
号を生成することを含む第２の圧縮解除する段階、 を含んでいることを特徴とする。

また、本発明は、複数のデジタル信号から成るカラー
ビデオデータを圧縮解除するためのシステムであり、前
記各デジタル信号が、ランレングス部分及び色部分から
成り、前記ランレングス部分が、各々複数のビデオピク
チャーフレームの走査線の一つに沿った一連の画素の数
であるランレングスを表し、前記ランレングスが、前記
ランレングスの各画素に対して同じ３つのデジタル色成
分信号を有すると定義されており、前記色部分が、前記
ランレングスに対して圧縮された形態で前記３つのデジ
タル色成分信号を表しており、前記デジタル信号の各々
が、第１のデジタルワードサイズを有しており、前記デ
ジタル信号の各々の前記ランレングス部分が第２のデジ
タルワードサイズを有しており、前記デジタル信号の各
々の前記色部分が第３のデジタルワードサイズを有して
おり、前記システムが、 ａ） 前記デジタル信号の各々の前記色成分を、それぞ
れ第４、第５、第６のデジタルワードサイズの３つのデ
ジタル色成分信号に圧縮解除する第１の圧縮解除を達成
するための手段（56）であり、前記第４、第５、第５の
デジタルワードサイズの和が前記第３のデジタルワード
サイズよりも大きい前記手段（56）、 ｂ） 前記ランレングス部分及び前記第１の圧縮解除に
よって圧縮解除され且つ前記ランレングス部分に関連す
る前記デジタル色成分信号を、前記ビデオピクチャーフ
レーム内の前記複数の走査ライン内の前記画素を表す一
つのアレイとして、メモリー手段（58、60）内に記憶す
る手段（54）、そして ｃ） 前記ランレングス部分及び前記第１の圧縮解除に
よって圧縮解除された前記関連するデジタル色成分信号
から、前記各画素に対するカラービデオ表示信号を生成
することからなる第２の圧縮解除を達成するための手段
（61）、 を含んでいることを特徴とする。

本発明の一実施形態にはさらに、本発明のカラービデ
オデータを圧縮解除するためのシステムを含む、ビデオ
情報通信システムで使用するためのモニターが含まれて
いる。

本発明の実際好ましい一実施態様においては、本発明
に基づくシステム及び方法は、ピクチャーフレームの各
画素についてのデジタル色成分を表わす、表示バッファ
メモリー手段内でのピクチャーフレームの走査線に対す
る３つの色成分のランレングス部分の記憶を提供してい
る。ランレングス及び色成分の形で表わされている画素
は、そのランレングスに対する開始画素からそのランレ
ングスの終了画素まで、マッピングされるべきピクチャ
ーフレーム内の各走査線でのこの部分の終りに至るま
で、製図機構により製図される。好ましい一実施態様に
おいて、デジタル化信号の色部分は、各々１つの６ピッ
トから成るワードサイズをもつ３つのデジタル色成分に
変換される。

最も好ましい実施態様においては、ランレングス及び
それに結びつけられた色部分は、そのバッファメモリー
内のピクチャーフレームが完成されるまでこの第１のバ
ッファメモリ内に交互に記憶される。次にこのフレーム
は、標準NTSC書式に変換され表示され、この間システム
は順次的に、第２のバッファメモリー内のピクチャーフ
レームが完成するまで第２のバッファメモリー内に次の
ピクチャーフレームのランレグス及び結びつけられた色
成分を記憶する。完成時点で表示装置は、第２のバッフ
ァ内の情報に切り換わる。第１及び第２のバッファメモ
リーへのマッピングは、その後に続くピクチャーフレー
ムについて反復される。デジタル化信号のランレングス
部分が連結されている場合、本発明に基づく方法及びシ
ステムには、ランレングス及び色成分情報のマッピング
が起こる前に、連結されたランレングス及び色成分の組
合せをより小さく連結されていないランレングス及びデ
ジタル色成分の組合せに分割することも含まれてくる。
さらに表示システムは、各フレームに対する離散的な色
情報を、１つの離散的な色から次の色へと均一の又は整
形された速度について変化する遷移色へと変換する。こ
のプロセスによって、受けとったままの離散的な色のみ
を用いた場合に発生しうる色の輪郭どりが削除される。

本発明のその他の態様及び利点は、本発明の特徴を一
例として示す添付の図面及び以下の詳細説明から明らか
になることだろう。

図面の簡単な説明 第１図は、ビデオ通信システム内でカラービデオデー
タを圧縮するためのシステム及び方法の概要図である。

第２図は、ビデオピクチャ内の１本の走査線を横断す
る輝度プロットである。

第３図は１本のビデオ走査線内の特徴のランレングス
表示を示している。

第４図は、１本のビデオ走査線の勾配決定点のまわり
の遷移のランレングス表示を示している。

第５図は、表示用の再構成されたビデオ走査線の表示
を示している。

第６図は、ラン間の遷移でランレングスデータを表示
データに変換する方法を表わしている。

第７図は、カラービデオデータを圧縮解除するための
方法及びシステムの概要図である。

発明の詳細な説明 図面に示されているように、本発明の好ましい実施態
様においては、ビデオ通信システムは、各々インターレ
ースモードでピクチャの半分を表わす１秒あたり標準60
のフィールドでアナログRGB信号を生成するRGBビデオカ
メラを用いて、カラービデオピクチャを生成することが
できる。カメラ（10）により生成されたビデオピクチャ
フレームのための信号は、アナログ−デジタル変換器
（12）が受けとり、この変換器は緑と青（RGB）のアナ
ログ成分をデジタルRGB成分に変換し、これらの成分の
各々は、18ビットのカラービデオピクチャーの各々の画
素のためのRGB成分のためのビットパケットを形成する
６ビットのデジタルワードとしてデジタル化される。

原始カラービデオピクチャを生成するのに用いられる
装置のタイプは、本発明にとって重大なことではない。
これは、RGBデジタル出力に変換される標準NTSC複合信
号を生成するカメラは、60フィールド／秒と異なるフィ
ールド速度と同様、適当であるからである。カメラの出
力も又厳密にRGBである必要はない。これは、他の３成
分グループもカラービデオピクチャを作り伝送するのに
用いることができるからである。例えば、３つのデジタ
ル色成分信号は、緑青色、紫紅色及び黄色；色相、彩度
及び明暗度；又は２つの異なる色ともう１つは全ビデオ
信号に基づくパラメータ例えば最初のアナログビデオ信
号の色相、彩度又は明暗度であってもよく、こうして、
カメラにより生成された色情報の自動的重み付けが幾分
得られることになる。

３つの色成分が回数のビットで表わされるということ
も重要ではない。これは、テレビ業界において、或る種
の色範囲が人間の目により容易に知覚されないというこ
とが知られているからである。このような情報の重み付
けには、例えばRGBスキーマ（系）内の赤色成分のため
に用いられるビット数の削減が関与していてもよく、こ
うして、現在知覚可能なその他の色情報のより多くのグ
ラデーション（階調）を伝送することが可能になる。

さらに、圧縮されるべきカラービデオピクチャーの供
給源は、本発明のカラービデオデータ圧縮システム内へ
導入するためカラービデオ情報をそこから処理できるよ
うなビデオディスク、コンピュータファイル記憶媒体、
ビデオテープその他のものであってよい。

デジタル化されたRGB信号は、好ましくは集積回路手
段及び結びつけられた記憶手段を含む入力捕捉機構（1
6）の遷移機構部分（14）により受けとられる。入力捕
捉機構の第１の主要部分は、システムのアナログフロン
トエンドにより生成された一連のビデオピクチャーフレ
ーム内の各々の走査線の各ピクチャーエレメントつまり
画素についての３つの色成分ビデオ信号に基づき輝度関
数を決定するための回路を含む遷移機構である。好まし
い態様においては、輝度変換器（18）は、輝度（又は明
暗度）値を得るためビデオピクチャーフレームの走査線
内の各々の画素について３つのデジタル色成分の各々か
らのビットを合計し、得られたデータをさらに処理す
る。本発明に基づくシステムにおいて、各走査線は好ま
しくは、カメラの解像度に符号し先行技術において標準
的に入手できるものよりもすぐれた解像度を提供するよ
うな480の画素を含んでおり、その中で１本の走査線に
つき256の画素だけが用いられる。３つの色成分の輝度
は重み付けされて１色又は２色により大きい有意度を与
え輝度関数を提供してもよいし、又最初の原始アナログ
ビデオ信号に一部分基づいていてもよい。しかし好まし
くは、輝度関数は部分的に３つのデジタル色成分の合計
に基づいている。従って３つの６ビット色成分の合計か
ら導き出された輝度関数は、８ビットのデジタルワード
サイズを有する。各画素に対するこの輝度関数は、それ
を中心にして単数又は複数の決定パラメータが予じめ定
められた１組の閾値から変化している決定点として作用
するような画素の決定のため輝度関数に基づく単数又は
複数の決定パラメータを評価する目的で、入力捕捉機構
内で用いられる。

輝度関数は、ピクチャー内の色変化又はピクチャ内の
物体（目的）の動きの優れた標識である。入力捕捉機構
においては、ライン毎の差及びフレームからフレームに
動いていると見極められうる物体（目的）の縁部を規定
する異なる画素順序の決定のための基礎として、輝度関
数に基づく単数又は複数の決定パラメータを用いること
もできる。一般に、輝度又は輝度関数を含む色成分のそ
の他の組合せは、ピクチャの特性に変化がある場合著し
い変化を受ける。

カメラは、ピクチャにとって何の恩恵ももたらさない
のに伝送すべきデータ量を削減させるべく理想的には削
除されるべきであるような、色サンプリング解像度内の
ノイズを原因とするビデオピクチャー内の異常又は人為
的構造も導入する。60分の１秒毎に新しいフィールドを
１つ伴ってピクチャーが表示されると、かかる異常の効
果は人間の目で平均される。近づいて観察した時点で平
滑な外観を有し実際上の細部とほとんどもっていない部
域は、「クローリング」するように思われる。この外観
は又「モスキート効果」としても知られている。ピクチ
ャが凍結されただ１つのフィールド又はピクチャーフレ
ームが検査されるようになっている場合、ピクチャー
は、粒子の粗いスペックル（斑）入りの外観をとる。輝
度データに対するノイズの影響は、計算された輝度の中
のわずかな変動という形をとる。ピクチャがデジタル化
される場合、デジタル化プロセスは又、これらの人為構
造の全てを、たとえそれらが実際ピクチャの細部を表わ
していない場合でも、デジタル表示に変換する。入力捕
捉機構内の輝度の処理は、このような無意味な細部を削
除するように作用する。

輝度データ内のノイズによりひきおこされる重要でな
い細部を削除する１つの好ましい方法は、単数又は複数
の決定パラメータの差を相応する適応閾値と比較するこ
とにより、走査線内の画素について、輝度関数に一部基
づき変化点を決定することにある。これは、特徴のコー
ド化と呼ばれる。決定パラメータは好ましくは、ｎを輝
度変化について検査中の画素の、走査線上の位置を表わ
すものとして、ｎ＋1 n＋２さらにはそれ以上の距離離
れた１本の走査線内の近接画素間で測定された画素間の
輝度関数の差（Diff−１）、隣接する第１の差の間の差
（Diff−２）そして個々の差異関数Diff−１、Diff−２
等々の合計である累積パラメータ（Cum−diff）で構成
されている。各々の決定パラメータは、オペレータの設
定値に応えてこのシステムにより変更されることになる
省略時の値をもつ、独自の相応する適応閾値を有してい
る。この適応閾値は好ましくは、解像度についてのオペ
レータ又はプロセッサの選択に応えて入力捕捉機構によ
り調整されうる省略時の値を有している。特徴又は遷移
決定点のいずれかを決定するための閾値パラメータの選
択は、きわめて主観的である。パラメータの選択によ
り、ピクチャを規定するのに必要なデータ点の数が定め
られ、又、ピクチャの全体的な知覚的品質が定められ
る。

標準的には、特徴のランレングスの決定のためには、
２つの閾値が用いられる。その１つは、最後の決定点以
降の輝度の累積変化（Cumdiff）である。Cumdiffは、決
定点が６より大きく、最後の決定点以降の画素数が５よ
り大きい場合、決定点をトリガする。もう１つの決定パ
ラメータは、２つの隣接する差の値の合計（Diff2）で
ある。これは、２つの画素分、離れたものである輝度値
の間の差と同じである）。Diff2が標準的に32より大き
いものとして計算された場合、論理はそのラインがエッ
ジに入りかけておりこれは１つの決定点を識別している
ことを示し、Diff2値が20以下に下がるまでエッジ特性
にとどまることになる。エッジモードが励磁されると、
次の画素の色は、開始エッジ決定が行なわれた画素まで
完全に戻される。又、Diff2が正頁符号を変えた場合、
これは新しい決定点を表わす。Cumdiff閾値の値を変更
すると、ピクチャーの品質及びデータ複雑性に大きく影
響が及ぼされることになる。

決定点（アペックス）の勾配決定においては、３つの
一般的な条件が用いられる。初期勾配は決定点において
決定され、全ての測定はこの勾配に基づいている。初期
勾配INITSは、NDIFF2と呼ばれる以下の関数を計算する
ことにより決定される： NDIFF2＝（輝度_(i+2)−輝度_(i)）/2 INITSは、決定点の直後のNDIFF2の値である。

勾配ケースにおけるCUDIFFは、以下のような方法で決
定される： CUMDIFF_(i)＝CUMDIFF_(i+1)＋NDIFF2_(i) CUMDIFFの絶対値が標準的に20より大きくランレング
ス内のピクセル数が標準的に10より大きい場合、決定点
がトリガーされることになる。同様に、NDIFF2の絶対値
が標準的に４以下でありランレングスが標準的に５より
大きい場合、決定点は、最後の決定点もこの方法でトリ
ガーされたのでないかぎり、トリガーされる。第３の決
定パラメータも又NDIFF2に基づいている。

TRIGVAL_(i)＝NDIFF2_(i)−INITS TRIGVALに対する閾値は通常４〜10の範囲内で設定さ
れ、絶対値がこの設定値に達するか又は越えるかランレ
ングスが２画素以上である場合いつでも決定点をトリガ
ーする。その他の技術を用いることもできるが、これら
は、受諾できる数のデータ点で優れた品質のピクチャを
与えるものと思われる。

ビデオピクチャのラインを横切った標準的な輝度プロ
ットの図形表示は、第２図に示されている。走査線（3
6）が交差する画素の輝度関数はライン（38）で図形表
示されている。第３図に示されているように、主として
Diff−１及びCum−diffを用いた特徴コード化技法にお
ける相応する適応差異閾値との決定パラメータの１つの
比較に基づく決定点のグラフは、段の付いたライン（4
0）つまり輝度パターンを横切る一連の水平な直線とい
う結果をもたらす。各々の水平ラインは、特定の１つの
色の別々の長さを表わしている。

重要でない細部を削除するのに用いることのできる第
２のアプローチは、本発明の好ましい技法であり第４図
に示されている遷移又は勾配コード化技法である。

この技法においては、画素の間の決定パラメータの差
の変化速度が決定され、これらの差の変化速度が予じめ
記憶された適応性の変化速度差閾値と比較され、決定点
又はアペックス点を決定する。これらの変化点つまり決
定点は、ライン（39）上にＸとして示されている。これ
らは次のアペックスの場所を示している。「ランレング
ス」は、特徴コード化及び勾配コード化のいずれの技法
についても、決定点間の画素距離として定義づけされ
る。遷移又は勾配コード化技法に従うと、輝度データ
は、一連のアペックスは勾配決定点を表わすライン（4
2）を結果としてもたらし、これは、決定点間の色セグ
メントを制御するために用いることができる。製図機構
は、コード化された情報が検索されなくてはならない場
合に、決定点間のランレングスについて色の値の平滑な
遷移を生成することができる。この技法においては、各
々の走査線について１つの初期色が伝送され、その後ピ
クチャーフレームの内容を表わすのに必要なだけの数の
ランレングス及び色の値のシーケンスが続く。いずれの
実地態様においても情報は一連の勾配として表示され
る。ランレングスコード化データについては、第５図に
示されているように表示ライン内に人口的色勾配が挿入
される。この場合、勾配は、第５図に示されているよう
に、ラン間の輝度移動及び隣接するランの長さの一関数
として生成する。

第１図のイメージ捕獲機構において、決定点を決定す
るための決定点検出器（26）は、ピクチャ内の画素の色
で決定点を定着させるためにこれらの方法のいずれか一
方を選択的に用いることができる。これは各々の方法が
それぞれの短所と長所をもっているからである。特徴コ
ード化技法は標準的に、明確に区別のつくエッジ又はラ
インをもつ物体（目的）が複雑なピクチャーに、より適
している。一方勾配コード化技法は、シェーディング又
は漸進的な色変化における漸進的遷移をコード化するの
に最も適しているが、多くのエッジ及びラインをもつイ
メージで複雑なピクチャを表わすのに付加的なコード化
が必要となる可能性がある。勾配コード化技法の好まし
い実施態様においては、一連の閾値が決定パラメータと
比較され、決定点の識別という報いを受けるのに充分有
意である累積輝度変化という結果をなおもたらすことに
なるこれらの緩慢で漸進的な輝度変化速度を説明すべ
く、決定点の決定に際し累積パラメータ（cum−diff）
及び適応累積閾値も同様に用いられる。

これらの３つの構成色コードは又、色成分についての
６つのビット値から２つの最下位ビットを落とし、好ま
しいモードでの色成分の各々を４ビットのデジタルワー
ドにまとめるため、ランレングスプロセッサ（28）内で
処理される。代替的には、遷移機構は、ｎビットコード
が特定の１つの色の組合せに相当する形で、３成分色の
予じめ定められたカラーマップ表示をも含んでいてよ
い。この場合、イメージの色はカラーマップ内の色とで
きるかぎり近くなるよう突合せされる。もう１つの変形
態様としては、色コードを丸めることもできる。これら
の切り捨てつまり、まとめられたデジタル色成分は次
に、ランレングスプロセッサ（28）の中で決定点の間の
ランレングスと共にコード化される。まとめられた色成
分についての好ましいビットサイズは４ビットである
が、ちょうどアナログフロントエンドからの色成分につ
いての入力デジタルワードサイズが情報内容を変えるべ
く異なるサイズでありうるのと同様に、まとめられたデ
ジタル色成分も異なるサイズのものであってよい。色成
分のためのデジタルワードサイズの特定の組合せでは、
赤色成分に対するまとめられたサイズが含まれていても
よい。これは、この成分の知覚可能性が低いことを業界
が認識しているからである。

これらのコード化技法は、各々のピクチャーフレーム
について最低数のビットをコード化する目的で、初期ピ
クチャーフレームそしてその後のピクチャーフレーム内
の変化を表わすために可変的な数のビットを用いること
ができるようにする。このことは、１つのブロック内の
情報を圧縮するため４×４又は３×３の画素ブロックを
標準的に解析し、そのためセグメントの外側に変化があ
ったか否かに関わらずつねにピクチャ内の情報内容を表
わすのに同数のビットが用いられる結果となるような先
行技術に比べ、著しい改良を表わしている。

イメージ捕獲機構の第２の主要部分は、捕獲バッファ
メモリ（CMB）（29）である。これは、ピクチャフレー
ムからの約200のデータラインを表わすコード化された
ランレングスと減少された色成分を受けとる。代替的に
は、所要データ速度がピクチャを望ましい速度で送るに
は高すぎるものとなった場合、150又は100本といったよ
り少ない数の走査線を記憶させることができる。捕獲バ
ッファメモリ内のランレングス及び色成分の情報は次に
ビデオデータプロセッサ（30）へと伝送され、このプロ
セッサは、アクセス制御装置（35）により捕獲バッファ
メモリ内のランレングス及び色データとアクセスし、
（33）でビデオデータをさらに圧縮するための手段を含
んでいる可能性もある電話（34）に接続されたモデム
（32）による伝送のために適した書式にビデオ情報を変
形し伝送するインターフェイスとして作動する。ビデオ
データは、古いピクチャーメモリー（31）内に記憶され
た前のピクチャーフレームと比較されてもよい。

ビデオデータプロセッサ（30）の単純化プロセッサ
（33）においては、まとめられた色成分コードを提供す
るための色成分が切り捨てされた後画素の色値間の差を
さらに解析し、一定の閾値以下で変化するこのようにま
とめられた色成分コードのランレングスを連結するか、
或いは又、相応する閾値との関係において単数又は複数
の決定パラメータの差異に基づいてまとめられた色コー
ドのランレングスをさらに連結することが可能である。
ランレングスコードは、16ビットのランレングス及び色
コードの組合せと相容れるよう標準的に最高４ビットの
ものであるが、現実施態様中の16ビットのコンピュータ
母線では、各ランレングスに対する一連の画素の連結
は、１ランレングスあたり最高16画素までのコード化を
可能にするものと予想される。しかしながら現実施態様
では、０と１のランレングスが意味のないものであるた
め、２〜17画素のランレングスを表わすのに０から15ま
での値が用いられる。代替的には、４ビット以上のラン
レングス及び16ビット以上のランレングス・色コード組
合せを可能にするよう、異なる容量のコンピュータ母線
と相容性をもつように比較的長いランレングスを当初決
定しておくことも可能である。

前述のように、遠隔通信におけるビデオピクチャの実
時間順序づけに際し情報を適切に平滑化するのに必要と
される圧縮限界は、従来の電話回線を用いた伝送につい
て１秒あたり約５フレームであると予想される。１秒あ
たり1200ビット（bps）でモデムを用いることも可能で
あるが、これは通信システム内で可能な１秒あたりのフ
レーム数を著しく緩慢にしてしまう。理想的には、シス
テムは半２重モード用に構成され、全二重の構成モード
は２本の電話回線を必要とすると予想される。理想的に
は、使用されるべきモデムは、できるかぎり広い帯域を
用いるものであり、従来の2400bps又は9600bpsのモデム
であってもよく又これ以上のビット速度を提供する特殊
モデムを用いることもできる。

本発明は電話会議システムという脈絡の中で記述され
てきたものの、コンピュータシステムを介してデータを
記憶し通信するのに用いることのできる磁気フロッピー
ディスク、イメージ記憶又は短編ビデオムービーシーケ
ンスのための磁気ハードディスクといった磁気媒体上又
はフルレングスムービーの形で情報を伝送できるビデオ
ディスクプレイヤのためのビデオディスク上でカラービ
デオデータを圧縮するのに用いるよう適合させることも
可能である。

第７図を参照すると、好ましい実施態様においては、
電話（43）は、通常の電話回線上で送信機モデムからの
送信信号を受けとり、受信機モデム（44）はこれらの信
号をビデオデータプロセッサ（46）が受けとることので
きるものとなるよう電子的にデジタル化された書式に変
換する。次にビデオデータプロセッサは、製図機構（6
2）が受入れできるような書式に対し、コード化された
ランレングス及び色情報を表わすデジタル化された信号
を適合させる。再構成機構（48）の製図機構は、ランレ
ングスデータを勾配形状に変換し、それを画素毎にデジ
タル−アナログ変換器に提示し、モニターが使用できる
ようにする。代替的には、ハードディスク又は大容量フ
ロッピーディスクといった磁気媒体から情報を検索する
コンピュータシステム（66）から、又はビデオムービー
用といった形ではるかに大きい長さの一連のビデオピク
チャークレームを表示するためのビデオディスクプレイ
ヤからの圧縮されたカラービデオデータを受けとるよう
に、ビデオプロセッサインターフェイスを適合させるこ
とも可能である、ビデオデータプロセッサには好ましく
は、さまざまな機能を実行するようにプログラミングさ
れたマイクロプロセッサ手段とそれに付随するメモリー
手段（図示せず）が含まれている。好ましい機能は、最
後のピクチャーフレームのデータの古いピクチャーメモ
リー（52）からのランレングス及び色コードの形での全
ピクチャーフレームデータの表示ならびに、最後のピク
チャーフレームから変更されたランレングス及び色コー
ドのアレイを再構成することである。この差異再構成機
能（関数）（45）は、ランレングス及び色データ内に埋
込まれた制御信号を用いて、ランレングス再構成（50）
及び色コード再構成（56）のためのピクチャーフレーム
データを準備する。

ランレングス及び色情報は再構成機構（48）のビデオ
データプロセッサ（46）により受けとられた状態で、デ
ジタル化された信号のデジタルワードサイズは標準的に
16ビットである。この数は使用する統計的コード化のタ
イプに応じて異なる可能性がある。代替的には、より少
ない数のビットを送るだけですむようにマップ又はパレ
ットから特定の色を選択するのに色コード（その長さは
４ビットから８ビットと考えられる）を用いてもよい。
前述のように入力構成機構から圧縮されコード化された
状態の現在処理中のランレングス部分のデジタルワード
サイズは標準的に４ビットであり、色コード部分のデジ
タルワードサイズは12ビットとなる。前述のように、３
つの色成分コードのビットサイズの好ましい割当ては、
各々のデジタル色コード成分が４ビットのデジタルワー
ドサイズのものとなるようなものである。しかしながら
変わらなかったランレングスを飛び越すための適切な制
御データが伝送された情報内に埋込まれている状態で、
実際変わったピクチャの小さな部分のみが実際にコード
化される可能性がある。ビデオデータプロセッサのラン
レングス再構成又はデューダ機能は、デジタル化された
信号からランレングス部分を分離するよう動作し、色コ
ードを復号（デュード）するためのビデオデータプロセ
ッサの色コード再構成機能は、デジタル色成分を入デジ
タル化信号から分離することができる。しかしながら、
データの先進の信号処理及び圧縮作業には、８ビット又
は９ビットのデジタルワードサイズにランレングスを連
結することが含まれている。従って、この場合ランレン
グスデューダ機能は又８ビット又は９ビットのデジタル
ワードサイズを４ビットのデジタルワード部分に分離す
るように作動することになる。ランレングスコードが８
ビット又は９ビットのデジタルワードサイズに連結され
た場合、カラーコード部分も、各々４つのビットから成
る３つのデジタル色コードを８ビットのデジタルワード
サイズをもつ１つの組合わされた色コード部分にまとめ
るため、先進のデータ圧縮技法に付されていることにな
る。このとき色再構成機能は、８ビットのデジタル色コ
ードを４ビットのデジタルワードサイズの３つのデジタ
ル色コードに変換するよう作用する。

再構成機構のランレングスデューダ及び色コードセク
ションから、ランレングス及びカラーコード情報が、製
図機構（62）内のアクセス・タイミング制御回路（54）
を介してビデオデータプロセッサから、理想的には複式
メモリーバッファ、ピンポンＡ（58）及びピンポンＢ
（60）を含んでいる製図機構表示バッファメモリ（57）
まで伝送される。アクセス・タイミング制御装置（54）
はビデオプロセッサの指示の下で、１つの個別ピクチャ
ーフレームに対する情報が完成するまでピンポンバッフ
ァメモリー部分のうちの１つの中に記憶すべく再構成さ
れたランレングス及び色情報を送る。この時点でこのピ
クチャは表示され、一方システムが受けとった次の順次
ピクチャ情報は同様にして表示バッファメモリーの第２
の部分に送られ記憶される。表示バッファメモリの各ブ
ロックは、ランレングス及びカラーコード情報によるメ
モリーのあふれを避けるため充分な容量をもっている必
要があり、ピクチャの再構成のためには、32Kの16ビッ
トのデジタルワードの容量をもつランダムアクセスメモ
リーが適切であることがわかっている。

製図機構（62）には、モニター（64）上での表示を目
的として個々のピンポンメモリー内に記憶されたランレ
ングス及び色コードを個々の点に変換するための画素ジ
ェネレータ（61）が含まれている。製図機構のアクセス
・タイミング制御装置（54）は、画素ジェネレータのた
めの全ての表示のタイミング及び制御を担当している。
製図機構は、表示のためデジタルからアナログに変換さ
れるべき一連の点に色情報のランを書き込むため書込み
ストローブを生成する。

特徴がコード化されたランレングスデータからの画素
生成のための一実施態様においては、特定の色の組合せ
の１ランレングスの各端部は基本的にテーパーがつけら
れており、ランレングス毎に平滑に色が遷移できるよう
になっている。結果として得られる平滑化された再構成
ビデオライン（41）は、第６図に描かれている。ランレ
ングスが短かい場合、これは色レベルが急速に変化して
いることを表わしている。ランレングスが長い場合、こ
れは普通色レベルがゆっくりと変化していることを表わ
している。決定パラメータのうちの１つにより与えられ
る輝度関数の変化が大きい場合、これは普通、ピクチャ
ー内のエッジの確率が高いことを示し、一方変化が小さ
い場合これはシェーディング効果を表わしている可能性
が高い。ランレングス及び単数又は複数のパラメータに
基づき、画素ジェネレータは、中間決定点を置くべき場
所を決定し、１つの中間決定点から次の点までのRGB色
成分の各々についての平滑な色遷移を補間する。各走査
線の端部は、それが他の色と接触したとき同様に遷移
し、こうして１本の走査線の開始及び終了はこの端部に
隣接する単一の中間決定点をもちピクチャーのエッジか
ら隣接する色まで比較的鋭い遷移を構成することができ
るようになる。この補間は好ましくは線形的に実行され
るが、代替的には、より忠実に曲面を描くように成形さ
れていてもよい。

製図機構の画素ジェネレータは、ランレングスにより
指定されている点の対の間の色補間を実施するための必
要な全ての機能セクションを含んでおり、好ましくはRG
B成分の各々について１つの割合で３つの別々のチャン
ネル内で６又は８ビットの精度について、６又は８ビッ
トのデジタルワードに４ビットの色成分を変換する。ビ
ットサイズを増大すると、画素ジェネレータは異なる色
の画素間の色遷移のより平滑なグラデーション（階調）
を生成することができる。例えば、４ビットのデジタル
ワードサイズは赤・緑及び青の成分の最高4096の色の組
合せを可能にするが、色成分のいずれか１つについて最
高16のグラデーションしか可能でない。ビットサイズを
６まで増大すると、個々の成分について最高64のグラデ
ーションそして最高合計262144の組合せが可能である。
８ビットのデジタルワードサイズでは、個々の成分につ
いてさらに大きい範囲のグラデーションが可能である。
しかしながら前述のように、色成分についての全（最
大）デジタルワードサイズは等しいものである必要はな
く、実際には、その知覚可能性を備えさせるためのより
少ないデジタルワードサイズしか必要としない色成分の
うちの１つを犠牲にして色成分のうちの１つ又は２つに
対しより広い色範囲を可能にすべく配慮されている。従
って、画素ジェネレータは、画素毎のベースで表示され
るよう１つのピクチャーフレームの画素の完全なデジタ
ル表示を動的に生成し、この情報は、RGB3チャネルを通
して、画素ジェネレータから、モニター（64）上で表示
するためビデオ信号をアナログ形態に変換するデジタル
−アナログ変換器（63）へと伝送される。

これまでの記述において、カラービデオデータを圧縮
した圧縮解除するための方法及びシステムがビデオカメ
ラにより導入された外来性ノイズを著しく除去すること
ができ又、ビデオピクチャの実時間順序づけにおいてカ
ラービデオピクチャフレームを再構成するのに必要な最
小量の情報をコード化する上で著しい改善を結果として
もたらすことができるということが実証されてきた。

又このカラービデオデータ圧縮解除方法及びシステム
において意義深いのは、色コード情報がデジタル式に圧
縮された形をしている間にビデオピクチャー情報のマッ
ピングが完了しこうしてピクチャ情報はピンポンバッフ
ァメモリー内で急速に完成されることができ、これら
か、他のピンポンメモリー内で新しい完成したピクチャ
ー情報セットが受けとられる時点まで、完全な画素毎の
表示が表示製図機構内において形成されることになる、
という点にある。又、表示製図機構が、大量の複雑なピ
クチャ情報を最大限にコード化するためデータからの平
滑な色遷移を補間するということも意義深い点である。

フロントページの続き (72)発明者 トーマス ジェイムズ エル アメリカ合衆国 カリフォルニア州 92670 プラセンティア シャスタ ウ ェイ 1520 (56)参考文献 特開 平１−256287（ＪＰ，Ａ)

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のデジタル信号から成るカラービデオ
   データを圧縮解除するための方法であり、前記各デジタ
   ル信号が、ランレングス部分及び色部分から成り、前記
   ランレングス部分が、各々複数のビデオピクチャーフレ
   ームの走査線の一つに沿った一連の画素の数であるラン
   レングスを表し、前記ランレングスが、前記ランレング
   スの各画素の対して同じ３つのデジタル色成分信号を有
   すると定義されており、前記色部分が、前記ランレング
   スに対して圧縮された形態で前記３つのデジタル色成分
   信号を表しており、前記デジタル信号の各々が、第１の
   デジタルワードサイズを有しており、前記デジタル信号
   の各々の前記ランレングス部分が第２のデジタルワード
   サイズを有しており、前記デジタル信号の各々の前記色
   部分が第３のデジタルワードサイズを有しており、前記
   方法が、 ａ） 前記デジタル信号の各々の前記色成分を、それぞ
   れ第４、第５、第６のデジタルワードサイズの３つのデ
   ジタル色成分信号に圧縮解除する第１の圧縮解除する段
   階であり、前記第４、第５、第６のデジタルワードサイ
   ズの和が前記第３のデジタルワードサイズよりも大きい
   前記第１の圧縮解除する段階、 ｂ） 前記ランレングス部分及び前記第１の圧縮解除す
   る段階によって圧縮解除され且つ前記ランレングス部分
   に関連する前記デジタル色成分信号を、前記ビデオピク
   チャーフレーム内の前記複数の走査ライン内の前記画素
   を表す一つのアレイとして、メモリー手段（58、60）内
   に記憶する段階、そして ｃ） 前記ランレングス部分及び前記第１の圧縮解除す
   る段階によって圧縮解除された前記関連するデジタル色
   成分信号から、前記各画素に対するカラービデオ表示信
   号を生成することを含む第２の圧縮解除する段階、 を含んでいることを特徴とするカラービデオデータを圧
   縮解除するための方法。
2. 【請求項２】カラービデオ表示信号を生成する前記段階
   が、前記関連するデジタル色成分信号に従って、各ラン
   レングスについての開始画素からそのランレングスにつ
   いての終了画素まで、前記ランレングスの各々に対する
   画素を生成し、そして所定の中間画素又は一つのランレ
   ングスの前記開始画素から、別の所定の中間画素又は隣
   接するランレングスの前記終了画素までの平滑な色遷移
   を補間することによって、隣接するランレングスの隣接
   する開始及び終了画素間の平滑な色遷移を提供する段階
   を更に含む請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】カラービデオ表示信号を生成する前記段階
   が、前記関連するデジタル色成分信号から各ランレング
   スに対する開始画素を発生し、前記関連するデジタル色
   成分信号から前記各ランレングスに対する終了画素を発
   生し、前記各ランレングスの開始画素から終了画素への
   平滑な色遷移を補間することにより前記各ランレングス
   内の残りの画素を発生する請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】前記ランレングス部分及び前記ランレング
   ス部分に関連するデジタル色成分信号を前記メモリー手
   段（58、60）に記憶する前記段階が、前記ランレングス
   部分及び前記関連するデジタル色成分信号の第１の組を
   第１のバッファメモリー（58）に記憶し、前記ランレン
   グス部分及び前記関連するデジタル色成分信号の第２の
   組を第２のバッファメモリー（60）内に交互に順次記憶
   し、そして、前記ランレングス部分及び前記関連するデ
   ジタル色成分信号の後続の組に対して、前記第１及び第
   ２のバッファメモリー（58、60）に記憶する前記段階を
   繰り返すことを更に含む請求項１、２又は３記載の方
   法。
5. 【請求項５】前記各メモリバッファー（58、60）内への
   前記各組の記憶が完了した後、前記第１のメモリバッフ
   ァー（58）及び前記第２のメモリバッファー（60）から
   画素ジェネレータ（61）に対して前記組を順次提供する
   段階を更に含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 【請求項６】前記デジタル信号の各々の前記ランレング
   ス部分が、前記第２のデジタルワードサイズよりも小さ
   い第７のデジタルワードサイズの連結されていないラン
   レングス部分の連結であり、連続されたランレングス部
   分を含む前記デジタル信号の各々を、連結されていない
   ランレングス部分を各々含む複数のデジタル信号に、分
   割する初期段階を更に含む請求項１乃至５何れか１項に
   記載の方法。
7. 【請求項７】前記メモリー手段（58、60）内に前記ピク
   チャーフレームの前記走査線の前記ランレングス部分及
   び前記関連するデジタル色成分信号を記憶する上で、飛
   び越すべき走査線内の前記ランレングス部分及び前記関
   連するデジタル色成分信号を表すスキップコードを受け
   とる段階を更に含み、こうして前のビデオデータに対し
   て、前記ピクチャーフレーム内で変化した前記ランレン
   グス部分及び前記関連するデジタル色成分信号のみが前
   記メモリー手段内（58、60）に記憶されるようにする請
   求項１乃至５何れか１項に記載の方法。
8. 【請求項８】複数のデジタル信号から成るカラービデオ
   データを圧縮解除するためのシステムであり、前記各デ
   ジタル信号が、ランレングス部分及び色部分から成り、
   前記ランレングス部分が、各々複数のビデオピクチャー
   フレームの走査線の一つに沿った一連の画素の数である
   ランレングスを表し、前記ランレングスが、前記ランレ
   ングスの各画素に対して同じ３つのデジタル色成分信号
   を有すると定義されており、前記色部分が、前記ランレ
   ングスに対して圧縮された形態で前記３つのデジタル色
   成分信号を表しており、前記デジタル信号の各々が、第
   １のデジタルワードサイズを有しており、前記デジタル
   信号の各々の前記ランレングス部分が第２のデジタルワ
   ードサイズを有しており、前記デジタル信号の各々の前
   記色部分が第３のデジタルワードサイズを有しており、
   前記システムが、 ａ） 前記デジタル信号の各々の前記色成分を、それぞ
   れ第４、第５、第６のデジタルワードサイズの３つのデ
   ジタル色成分信号に圧縮解除する第１の圧縮解除を達成
   するための手段（56）であり、前記第４、第５、第５の
   デジタルワードサイズの和が前記第３のデジタルワード
   サイズよりも大きい前記手段（56）、 ｂ） 前記ランレングス部分及び前記第１の圧縮解除に
   よって圧縮解除され且つ前記ランレングス部分に関連す
   る前記デジタル色成分信号を、前記ビデオピクチャーフ
   レーム内の前記複数の走査ライン内の前記画素を表す一
   つのアレイとして、メモリー手段（58、60）内に記憶す
   る手段（54）、そして ｃ） 前記ランレングス部分及び前記第１の圧縮解除に
   よって圧縮解除された前記関連するデジタル色成分信号
   から、前記各画素に対するカラービデオ表示信号を生成
   することからなる第２の圧縮解除を達成するための手段
   （61）、 を含んでいることを特徴とするカラービデオデータを圧
   縮解除するためのシステム。
9. 【請求項９】カラービデオ表示信号を生成するための前
   記手段（61）が、前記関連するデジタル色成分信号に従
   って、各ランレングスについての開始画素からそのラン
   レングスについての終了画素まで、前記ランレングスの
   各々に対する画素を生成する手段、及び所定の中間画素
   又は一つのランレングスの前記開始画素から、別の所定
   の中間画素又は隣接するランレングスの前記終了画素ま
   での平滑な色遷移を補間することによって、隣接するラ
   ンレングスの隣接する開始及び終了画素間の平滑な色遷
   移を提供する手段を更に含む請求項８記載のシステム。
10. 【請求項１０】カラービデオ表示信号を生成する前記手
    段（61）が、前記関連するデジタル色成分信号から各ラ
    ンレングスに対する開始画素を発生する手段、前記関連
    するデジタル信号色成分信号から前記各ランレングスに
    対する終了画素を発生する手段、前記各ランレングスの
    開始画素から終了画素への平滑な色遷移を補間すること
    により前記各ランレングス内の残りの画素を発生する手
    段から成る請求項８記載のシステム。
11. 【請求項１１】前記ランレングス部分及び前記ランレン
    グス部分に関連するデジタル色成分信号を前記メモリー
    手段（58、60）に記憶するための前記手段（54）が、前
    記ランレングス部分及び前記関連するデジタル色成分信
    号の第１の組を第１のバファメモリー（58）に記憶し、
    前記ランレングス部分及び前記関連するデジタル色成分
    信号の第２の組を第２のバッファメモリー（60）内に交
    互に順次記憶し、そして、前記ランレングス部分及び前
    記関連するデジタル色成分信号の後続の組に対して、前
    記第１及び第２のバッファメモリー（58、60）に記憶す
    る前記段階を繰り返す手段から成る請求項８、９又は10
    記載のシステム。
12. 【請求項１２】前記各メモリバッファー（58、60）内へ
    の前記各組の記憶が完了した後、前記第１のメモリバッ
    ファー（58）及び前記第２のメモリバッファー（60）か
    ら画素ジェネレータ（61）に対して前記組を順次提供す
    る手段を更に含むことを特徴とする請求項11記載のシス
    テム。
13. 【請求項１３】前記デジタル信号の各々の前記ランレン
    グス部分が、前記第２のデジタルワードサイズよりも小
    さい第７のデジタルワードサイズの連結されていないラ
    ンレングス部分の連結であり、連結されたランレングス
    部分を含む前記デジタル信号の各々を、連結されていな
    いランレングス部分を各々含む複数のデジタル信号に、
    分割するための手段（50）を更に含む請求項８乃至12何
    れか１項に記載のシステム。
14. 【請求項１４】前記メモリー手段（58、60）内に前記ピ
    クチャーフレームの前記走査線の前記ランレングス部分
    及び前記関連するデジタル色成分信号を記憶する上で、
    飛び越すべき走査線内の前記ランレングス部分及び前記
    関連するデジタル色成分信号を表すスキップコードを受
    けとる手段（45）を更に含み、これにより前のビデオデ
    ータに対して、前記ピクチャーフレーム内で変化した前
    記ランレングス部分及び前記関連するデジタル色成分信
    号のみが前記メモリー手段内（58、60）に記憶されるよ
    うにする請求項８乃至13何れか１項に記載のシステム。