JP2744783B2 - 情報信号を伝達するための伝達方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の属する技術分野］ この発明は、情報信号、特にテレビジョン信号を伝達
するための伝達方法に関する。 ［従来技術］ 一般に、テレビジョン信号は、媒体を介して信号源か
ら受信機に伝えられる。この媒体は、伝送媒体（例えば
地上若しくは衛星無線、有線）又は記憶媒体（例えばビ
デオカセット、光デスク）である。スタジオカメラ、携
帯カメラ、テレシネ装置、などを含む多くの異なった信
号源が現在利用可能である。種々の方式において帯域幅
及び信号対雑音特性を一致させるためだけに標準を作
り、標準が急増する傾向がある。そのような傾向は明ら
かに望ましくない。 所与の方式に適切である帯域幅又は信号対雑音特性を
特定することがしばしば不可能であるという問題が生じ
る。これらは、変動する伝送媒体特性、衛星無線伝送の
場合の受信アンテナの寸法、送信機電力の変化、などに
依存して変化することがあるからである。実際上信号対
雑音特性がしばしば決定要因であるけれども、説明を簡
単にするために、あとの説明は単に帯域幅について説明
する。 ［発明が解決しようとする課題］ この発明は、多くの異なった信号源が利用可能となる
標準を新たに作る必要がなく、種々の帯域幅、信号対雑
音特性に簡単に対応することができる情報信号の伝達方
法を提供することを目的とする。 ［課題を解決するための手段］ この発明によれば、送信機から受信機に媒体を介して
情報信号を伝達するための伝達方法は、 送信機から受信機に媒体を介して情報信号を伝達する
ための伝達方法であって、 送信のために、情報信号は、視覚的有効性の徐々に減
少する情報、即ち解像度の徐々に高くなる情報に対応す
る順位付けられた一連の成分信号に分割されて、対応す
る複数のチャンネルに供給される１組の成分信号をそれ
ぞれ形成するステップと、 順位付けられた一連の成分信号のそれぞれの振幅を、
各成分信号がその先の順位の成分信号より低い振幅を有
するように設定するステップと、 媒体による伝達のために、複数のチャンネルからの振
幅の設定された成分信号を可逆性のある組合せにより合
成信号を形成するステップと、 媒体によって受信機に伝達された成分信号から、複数
の成分信号を回復させ、回復された成分信号が情報信号
を形成するステップと、 からなる情報信号を伝達するための伝達方法からなる。 ここで解像度の徐々に高くなる情報に対応する複数の
成分信号とは、信号源の情報信号に関して解像度が徐々
に向上する階層ごとの複数の成分信号を意味している。 それは、最大帯域幅の主要標準と、最小帯域幅の基本
標準を含んで、最小帯域幅から順次大きくなる帯域幅を
もつその他の標準とからなる、階層的標準の形態で実現
される。 最大帯域幅の主要標準が必要である場合には、すべて
のチャンネルの成分信号が使用され、最大帯域幅から順
次小さい帯域幅が適切である場合には、必要とされるそ
の他の標準のチャンネルの数は、標準に対応して視覚的
有効性の小さい成分信号のチャンネルから始まって順次
低減される。 媒体を介して伝達される信号は、標準に従って使用さ
れるチャンネルの数を受信機に知らせる標識（ラベル）
を含むことがある。 受信機は、伝達された合成（組合せ）信号に含まれた
成分信号のすべてを回復することができる。しかしなが
ら、例えば媒体から何らかの理由のために（フリンジエ
リア受信、小さい受信アンテナなど）雑音が多い場合
に、受信機は、合成信号からすべての成分信号を回復す
る必要はなく、少なくとも伝達された信号に含まれた最
も視覚的有効性の小さい成分信号を無視することができ
る。これは、表示雑音（ノイズ）を除外することによっ
て受信された画像を明瞭にするが、もちろん画像の細部
描写を低減してしまうことになる。 ［実施例］ 共通の受信方法がすべての標準に対して許容されるた
めに、広い方の帯域幅の標準は、先行する狭い帯域幅の
標準のすべての部分的な集合である。特に空間領域にお
いては、各標準は、先行の標準よりもより細かい標本化
格子であって先行の標準の標本化点を含んでいる標本化
格子を使用する。 この発明は、下の表に記載された階層的な標準の形態
により説明する。 表の左半分は、順次細分化された標本化格子による、
ｎ＝０ないしｎ＝５によって示された六つの異なった空
間的標本化レベルに対するスクリーン当りの画素数を示
している。 表の右半分はｍ＝１ないしｍ＝４で示された四つの異
なった時間的標本化レベルに対する結果として生じる画
素レートを示している。 第１図は画素構造を示している。「十」字形は最高の
解像度、すなわち上の例において、ｎ＝５のときの画素
を表している。順次大きくなる「円」は、解像度が順次
低くなる場合のスクリーンにおける画素を示している。
第１図は画素の寸法示すものではない。 第２図は、全体が、最低の解像度（ｎ＝０）としての
一つの画素Ｐを示しており、これは次の解像度において
四つの画素P₁ないしP₄に分割され、そしてこれらP₁ない
しP₄の各画素はさらに四つの画素P₁₁ないしP₁₄、P₂₁な
いしP₂₄、などに分割されている。説明を簡単にするた
めに、更なる画素の分割は図示されていない。 記号Ｐ、P₁ないしP₄、P₁₁ないしP₁₄、P₂₁ないしP₂₄、
・・・が画素の情報内容（例えばディジタルＲ、Ｇ及び
Ｂ又はＹ、Ｕ又はＶ値）を表示するように選ばれている
場合には、ｎ＝０のときの１フレームは、8.2k個のＰ値
の集合によって画像が完全に規定できる。ｎ＝１のとき
の１フレームは、この「8.2kのＰ値」に、「33kに対す
る差分値（33k−8.2k）」を加算することによって画像
が完全に規定できる。すなわち、各画素Ｐに対して四つ
の分割された画素P₁ないしP₄について、ｎ＝１のときの
１フレームは33k＝8.2k＋（33k−8.2k）によって定義さ
れ、この場合、P₁ないしP₄に対する四つの差分値DP₁な
いしDP₄は次の通りである。 DP₁＝P₁−Ｐ DP₂＝P₂−Ｐ DP₃＝P₃−Ｐ DP₄＝P₄−Ｐ この手順は次の階層に更に継続されて DP₁₁＝P₁₁−P₁ DP₁₂＝P₁₂−P₁ などが得られる。 この階層的構造は、第１チャンネルCH1がＰ情報を運
ぶために使用され、第２チャンネルCH2が差分値DP
_１〜４情報を運ぶために使用され、第３チャンネルCH3
が差分値DP_11〜44情報を運ぶために使用されて、以下同
様であり、その際の合成信号のパワーが順次減少したも
のになっているという、この発明による有利な伝送方法
を可能にする。 これに対して、時間的解像度に関しては、フレームが
公称上100/秒で発生している場合には、常に発生する各
フレームはｍ＝４に対応し、２番目ごとのフレームはｍ
＝３に対応し、４番目ごとのフレームはｍ＝２に対応
し、且つ８番目ごとのフレームはｍ＝１に対応して使用
される。空間領域に関係して前述した階層的方法は、こ
のように時間領域に拡張することができる。 P₀（T₁）がｎ＝０及びｍ＝１の場合の８番目ごとのフ
レームに対する画素値の基本的集合を表示しているもの
としよう。ｎ＝０及びｍ＝２のときの介在するフレーム
に対する画素値の集合はP₀（T₂）であって、これは次の
ように表される。 P₀（T₂）＝P₀（T₁）＋DP₀（T₂） すなわち、介在するフレームに対する画素値の集合P₀
（T₂）は、基本フレームに対する値P₀（T₁）に差分値DP
₀（T₂）を加算することによって与えられ、基本フレー
ムに対する値のチャンネルと、差分値が割り当てられチ
ャンネルにおいて伝送される。 上の表におけるすべての画素レートを考察したなら
ば、ｎ＝０、ｍ＝１情報を運ぶ基本チャンネルと、順次
高くなる空間的及び時間的解像度に関する差分値データ
を運ぶ19の異なったチャンネルと、を使用することによ
って20までの異なった帯域幅を確立できることがわか
る。第３図はそのように分離した情報の送信及び受信に
使用され得る装置を例示している。 第３図は、選択された最高の画素レート、例えば上の
表の最高のレートで動作するアナログ−デイジタル変換
器12にビデオ信号を供給する信号源10を示している。こ
のデイジタル値はビデオ信号源符号器14に供給される
が、このビデオ信号源符号器は、多フレームデイジタル
記憶装置と、チャンネルCH1に基本的画素情報P₀（T₁）
を形成し且つチャンネルCH2などに（簡単のためにただ
四つのチャンネルCH1ないしチャンネルCH4が示されてい
る）より高い時間的及び空間的解像度に関する差分情報
を形成する、差分値形成のハードウエア／ソフトウエア
装置とを含んでいる。 各チャンネルは対応する符号器16にそれぞれ接続さ
れ、この符号器は、適切なパルス符号に符号化する。デ
イジタルテレビジョン信号を送信するための適切なパル
ス符号はそれ自体既知である。符号器16は順次小さくな
る利得（A1ないしA4）を持った増幅器17に接続される。
各増幅器の出力は、隣接する波形で図示されているよう
に、順次小さくなる振幅レベルを有しており、次いで加
算回路網18でチャンネルが組み合わされて伝送されるべ
き合成信号を形成する。例として、第３図は、送信機2
0、衛星22、及び受信用の放物面アンテナ26を備えた受
信機24を経由しての通信方法を示している。受信機雑音
の混入は雑音源28及び混合器30によって図示している。 受信信号はチャンネルCH1のための復号器32に加えら
れるが、このチャンネルのレベルは、増幅器34によっ
て、復号器32がDCH1で示された最上位のチャンネルのた
めのデータだけを抽出するように設定されている。従っ
て、増幅器34は1/A1である利得を持っている。 復号化信号DCH1データは、符号器16のそれぞれと同じ
である符号器36によって再符号化され、そしてこの符号
器36の出力は、混合器38において増幅器34の出力から差
し引かれてチャンネルCH2、３、４の差分情報だけを含
む信号を発生する。この信号は、復号器42が復号化され
たチャンネルCH2のデータDCH2を抽出できるように、増
幅器40によって適当なレベルに増幅される。回路構成
は、第３図に見られるように、復号化信号DCH3及びDCH4
を抽出するために繰り返されている。 復号化信号DCH1〜４はビデオ信号源復号器44に加えら
れ、このビデオ信号源復号器は、ビデオ信号源符号器14
を補完し且つ連続的補間プロセスによってビデオ信号を
再発生する。例えば、「DP₁＝P₁−Ｐ」はDP₁を形成する
ために使用された方程式であるので、受信時にはP₁は方
程式「P₁＝Ｐ＋DP₁」を用いて回復させることができ
る。 任意の実施において、可能なすべての解像度（帯域
幅）を考慮した高解像度の標準を構成し得るけれども、
所望の帯域幅を適合した量のハードウエアだけを使用す
ることが明らかに実用的である。より小さい帯域幅を望
む場合には、減少した数のチャンネル符号器16が使用さ
れる。伝達される信号のデータ・フォーマットには、標
準に従って使用されるチャンネルCH1、CH2などの数を受
信機に知らせる標識（ラベル）を含ませることが望まし
い。この技術については、それ自体周知であるので、こ
こでは説明を必要としないであろう。 受信側には、符号器16と同数の復号器32、42などがあ
れば望ましいが、多くの受信機雑音がある場合には、一
つ以上の最下位の復号器を省略することができる。あま
りにも多くの復号器が動作している場合には、最下位の
方の復号器は雑音源28からの雑音に影響されて可視雑音
を発生するであろう。 受信機において使用されるチャンネルの数は、意図さ
れた受信機のアプリケーションに従って設計される事項
であり、例えば、受信機を設置する特定の場所に適合す
るように事前に設定することができ、あるいは、オペレ
ータによって適宜選択することができる。また、表示装
置及び表示処理によって解像度が限定されてしまうこと
を許容できれば、すべての階層レベルで発生された画像
をすべて表示することができる多標準機能の受信機を設
計することもできる。 階層の種々のレベル間の互換性は、各レベルがこれの
下にそれらのレベルからのすべてのデータを含んでいる
ような、標本化構造及ぶ符号化の適当な選択によって達
成することができる。すなわち、高い方のレベルはより
細かい標本化格子であり、既に説明された例におけるよ
り、より低いレベルの標本化点をも含んでいるものを使
用することができる。 また、標本化構造は、現在の画像の発生に適応させ
て、種々の標準、例えばPAL、NTSC、フィルム、NHK−HD
TV、を表示するように選択することができる。 この発明によれば多くの異なった情報源の信号形式
を、単一の表示装置で且つ共通のインタフェースで使用
することができる。対照的に、現在のPAL環境内では既
に、基底帯域（ベースバンド）又はUHF複合信号、YUV又
はRGB信号、の選択がある。多くの計算機及びワークス
テーションはそれら自体の個別の標準を使用している。
この発明により、階層的原理が確立されたので、現在の
機器との互換性の問題を伴うことなく又は更なる標準の
承認に時間を費やすことなく、改良された方式を採用す
ることができる。 放送サービスの数が増大し、且つ技術の進歩がより高
い精細度の画像源及び表示を生じさせるので、利用可能
なRFスペクトルについての要求が増大しそうである。そ
の結果、将来のテレビジョン方式の受信画像の品質にお
ける制限は多分放送チャンネルによって課せられるであ
ろう。それゆえ、将来の放送送信符号は利用可能なチャ
ンネル容量を有効に利用することが重要である。 種々の進歩したデイジタル符号化方式が既に衛星の利
用のために提案されている。しかしながら、これらは十
分に定義されて、チャンネルについて固定したデータレ
ートを与えている。放送での使用のための諸要件は種々
である。チャンネルの特性は、受信機ごとに（異なった
放物面アンテナ寸法及び地理的位置のために）且つ時と
共に変化するであろう。衛星送信は特に進行と共に多分
電力が増大するであろう。 直接デイジタル送信の欠点の一つは、最悪の信号受信
によって課せられる制限である。簡単はPCMリンクがそ
の最大データ容量（この場合これはガウス雑音によって
制限される）を運んでいる場合、搬送波対雑音比におけ
る小さい変化が誤り率に大きい変化を引き起こす。更に
進歩した符号化技術（これはチャンネルの情報の限界を
更に厳しいものとする）が使用されると、満足な受信と
不満足な受信との間の限界領域はなお一層狭くなる。従
って、送信方式におけるデータ容量は最悪の場合の条件
下で達成される容量に制限され、従って大多数の受信加
入者を不利な立場におく。対照的に、アナログ伝送リン
クは一般の条件下で最大の利用可能な情報容量を与え
る。例えば、改良されたテレビジョン搬送波対雑音比は
改良された画像の信号対雑音比を生じることになる。し
かしながら、利用者はそのような改良されたチャンネル
容量を十分に利用できる立場にないかもしれない。その
代わりに利用者は、もし利用可能であるならば、よりよ
い解像度又は動画を選ぶかもしれない。可変容量チャン
ネルの使用についてのこの種の総合的な最適化は、アナ
ログ変調技術で達成することは困難であるが、デイジタ
ル信号を用いて達成することができる。 それゆえ、第３図に関して説明された装置は、改良さ
れたチャンネル信号対雑音比で、改良されたデータレー
トを与える変調過程を使用している。そのようにして得
られた余分のデータビットは、微細部描写に当てるため
に、画素当りより多くのビットを与えるために、又は秒
当りより多くのフレームを与えるために、使用される。
この余分のデータビットは、より重要なデータの復号化
を妨げないように、より低いパワーで送信される。視覚
的有効性が減少する幾つかの層があって、この層の数は
チャンネルに対して予期される最良の信号対雑音によっ
て制限される。 この技術は衛星によるテレビジョンの直接放送に適用
することができる。この場合、チャンネル容量は、主と
して受信用放物面アンテナの寸法、地理的位置、及び衛
星の送信電力によって決定される。例としてWARC衛星チ
ャンネルをとれば、14dB s/n（0.5m放物面アンテナ、最
悪受信状態）における、20MHzチャンネルに対する理論
的な最大データ容量は94Mビット/sである。第４図は信
号対雑音比に対して最大のデータ容量をプロットしたも
のである。最大容量の0.6倍の容量が実際上使用可能で
あれば、上記のデータ容量は56Mビット/sになるであろ
う。これに基づいて、受信信号の電力が受信用放物面ア
ンテナの面積に比例するものと仮定すれば、携帯用の0.
25m放物面アンテナは34Mビット/sを、又大形の2m放物面
アンテナは100Mビット/sを受信することができるはずで
ある。 このようにして、高精細度放送を受信することを望ん
でいる視聴者は、大形の放物面アンテナに投資するであ
ろうし、又は小形の携帯用受信機では、現在のPAL方式
程度の画像品質の情報を提供することができるであろ
う。受信機の技術が進歩し且つ衛星放送が一層強力にな
るに従って、画像品質は容易に且つ自由に改善できるで
あろう。 ［発明の効果］ 以上説明したように、この発明の情報信号を伝達する
ための伝達方法は、送信のために、情報信号を、解像度
の徐々に高くなる情報に対応する順位付けられた一連の
成分信号に分割し、これらの成分信号のそれぞれの振幅
を階層における位置に依存するレベルに設定し、受信に
おいて複数の成分信号を回復させるので、多くの異なっ
た情報源の信号形式を単一の表示装置で且つ共通のイン
ターフェースで使用することができる。 この発明は、階層的原理で行うので、多くの計算機及
びワークステーションは、それら自体の個別の標準を使
用することが許容され、現存の機器との互換性の制約を
伴う更なる標準を作り且つその標準の承認のために時間
を費やすことがなく、改良された方式を自由に採用する
ことができる。 また、より大きい容量のチャンネルを持った放送者
は、低い品質の画像方式を持つ者を考慮せずに、より高
い品質の画像送信を維持することができる。逆に、高品
質の画像を必要としない放送、例えば局地的な共同体の
テレビジョン放送、はより低い品質の画像方式をそのま
ま実施することができる。視聴者が、すべての階層レベ
ルで発生された画像をすべて表示できる多標準機能の受
信機を持っている場合には、低品質の画像も高品質の画
像も簡単に受信し、表示することができる。より低き解
像度を望む場合には、減少した数のチャンネルの復号器
が使用され、所望の解像度に適合した量のハードウエア
だけを使用することができ、実用的である。 更に、受信機及び情報信号源装置の製造業者は、他の
装置との互換性のある信号形式の装置に変更する必要が
なく、彼らが選んだ標準を維持することができ、個々の
部品を進歩する技術によって自由に改善することができ
る。 また、この発明によれば、受信において階層状の複数
の成分信号を必要に応じて回復させることができるの
で、混入するノイズのレベルに応じて、最下位の方の復
号器を使用せず、チャンネル数を適宜選択して、有効な
成分信号のみを回復させて極めて容易にノイズの影響を
除去することができる。 また、前記順位付けられた一連の成分信号のそれぞれ
の振幅を、各成分信号がその先の順位の成分信号より低
い振幅を有するように設定するので、より解像度の高い
データが、解像度が低いがより重要度の高いデータの復
号化を妨げることがない。 ［図面の簡単な説明］ 第１図は、種々の画像解像度がテレビジョンフレーム
において使用される様子を示した線図であり、 第２図は、最も粗い解像度の画素が順次細分化される
様子を示した線図であり、 第３図は、この発明を具体化した装置の構成図であ
り、 第４図は、衛星による直接放送の際の受信機の動作を
説明するのに使用される図表である。 （符号の説明） 10:信号源、28:雑音源 12:アナログ−ディジタル変換器、30:混合器 14:ビデオ信号源符号器、32:復号器 16:符号器、34:増幅器 17:増幅器、36:符号器 18:加算回路網、38:混合器 20:送信機、40:増幅器 24:衛星、42:復号器 26:放物面アンテナ、44:ビデオ信号源復号器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−66286（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−55318（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．送信機から受信機に媒体を介して情報信号を伝達す
   るための伝達方法であって、 送信のために、前記情報信号は解像度の徐々に高くなる
   情報に対応する順位付けられた一連の成分信号に分割さ
   れて、対応する複数のチャンネルに供給される１組の成
   分信号をそれぞれ形成するステップと、 前記順位付けられた一連の成分信号のそれぞれの振幅
   を、各成分信号がその先の順位の成分信号より低い振幅
   を有するように設定するステップと、 前記媒体による伝達のために、前記複数のチャンネルか
   らの振幅の設定された前記成分信号を可逆性のある組合
   せにより合成信号を形成するステップと、 前記媒体によって前記受信機の伝達された前記成分信号
   から、前記複数の成分信号を回復させ、回復された成分
   信号から情報信号を形成するステップと、 からなる情報信号を伝達するための伝達方法。 ２．前記回復さた成分信号の数が前記チャンネルの数よ
   り少ない、請求項１に記載の伝達方法。 ３．前記回復された成分信号の数が、前記媒体の帯域幅
   及び信号対雑音性能又はそのいずれかと、受信の帯域幅
   及び信号対雑音性能又はそのいずれかと、受信の解像度
   と、からの少なくとも１つに依存して決定される、請求
   項２に記載の伝達方法。 ４．前記チャンネルの数が可変であり、且つ前記合成信
   号が伝達された信号におけるチャンネルの数を示す標識
   を含んでいる、請求項１乃至３のいずれかに記載の伝達
   方法。 ５．受信のために、前記標識によって示された成分信号
   の数が決定され、且つ回復された信号の数がその数より
   多くならないように制限される、請求項４に記載の伝達
   方法。 ６．前記複数のチャンネルが、高くなる空間的及び時間
   的解像度、又はそのいずれかの解像度の階層の連続する
   レベルに対応する請求項１乃至５のいずれかに記載の伝
   達方法。 ７．前記成分信号がそれぞれのチャンネルによってディ
   ジタル符号化の形式で発生され、受信のために、回復さ
   れた成分信号が対応してディジタル的に復号化される、
   請求項１乃至６のいずれかに記載の伝達方法。 ８．送信のために、前記成分信号のそれぞれが個々に符
   号化される、請求項７に記載の伝達方法。 ９．前記情報信号がビデオ信号である、請求項１乃至８
   のいずれかに記載の伝達方法。 １０．前記複数のチャンネルが複数の標準に対応し、各
   標準が、先行の標準よりも細かい標本化格子であって前
   記先行の標準の標本化点を含んでいる前記格子を使用し
   ている、請求項９に記載の伝達方法。 １１．前記細かい標本化格子が、水平方向及び垂直方向
   又はそのいずれかの方向において、前記先行の標準の格
   子の２倍もの画素を有している、請求項10に記載の伝達
   方法。 １２．最も低い解像度のチャンネルが基本の最小帯域幅
   画像を規定する信号を搬送し、その他の各チャンネルが
   先行のチャンネルに関する差分を示す信号を搬送する、
   請求項９乃至11のいずれかに記載の伝達方法。 １３．受信のために、各チャンネルに対して順次、当該
   チャンネルに対する成分信号が決定され且つ前記合成信
   号から累積的に減算される、請求項１乃至12のいずれか
   に記載の伝達方法。