JP2806957B2 - 2解像度レベルdpcmシステム - Google Patents

2解像度レベルdpcmシステム

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JP2806957B2
JP2806957B2 JP63503885A JP50388588A JP2806957B2 JP 2806957 B2 JP2806957 B2 JP 2806957B2 JP 63503885 A JP63503885 A JP 63503885A JP 50388588 A JP50388588 A JP 50388588A JP 2806957 B2 JP2806957 B2 JP 2806957B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は、DPCM(差動パルス・コード変調)システム
に関する。DPCMシステムは衛星を介したビデオ通信会議
のような用途に有益である。
衛星を使用して、ディジタル・データ伝送を使用した
信頼性のあるビデオ通信会議サービスを行うことは有益
である。しかしながら、衛星の電力および帯域幅制限の
ために、データ速度は許容可能な画像品質と調和してで
きるだけ小さくすることが重要である。1つの方法は、
例えばあるフレームの画素から次のフレームの対応する
画素に、またはあるラインの画素から同じラインの次に
続く画素にというように画像に変化が発生したときのみ
データを伝送するDPCMを使用することである。しかしな
がら、衛星通信チャンネルを使用する場合に特に重要な
ことであるが、使用する通信チャンネルに関わらず、す
なわち衛星または地上通信に関わらず、データ速度をで
きる限り低い値に低減することが常に望まれている。
DPCMシステムによる典型的な低いデータ速度において
さえも、画像中での動きが激しい場合には、送信機の出
力バッファは入力データによって過負荷になることがあ
る。このバッファは最大容量またはその近くにあること
を示す信号を発生することができ、この信号を使用し
て、量子化レベルの数および/またはサンプルの数を減
らすことによって入力データ速度を低減することができ
る。しかしながら、このようなシステムでは(動きが激
しいときには人間の目の解像度が低下するので画像解像
度の低下が許容される)動きのある画像領域において画
像解像度が低下するのみならず、(画像解像度の低下が
許容できない)静止している画像領域においても画像解
像度が低下する。
発明の概要 ディジタル・テレビジョン画像信号を伝送する装置
は、前記ディジタル・テレビジョン画像信号を発生する
出力手段を有するバッファと、該バッファに前記画像信
号の低域通過濾波された低解像度の画像信号を表す第1
のデータを供給する手段と、前記画像信号の高域通過濾
波された高解像度画像信号を表す第2の信号を前記バッ
ファがオーバーフローすることなく受け入れることがで
きるときのみ前記第2のデータを前記バッファに供給す
る手段とを有している。
ディジタル・テレビジョン画像信号を受信する装置
は、前記画像信号の低域通過濾波された低解像度画像信
号を表す第1のデータを受信する第1の逆ディジタル・
パルス・コード変調ループと、前記画像信号の高域通過
濾波された高解像度画像信号を表す第2のデータを受信
する第2の逆ディジタル・パルス・コード変調ループ
と、前記ループに結合される加算器とを有している。
図面の簡単な説明 第1図は本発明による送信機のブロック図である。
第2図は第1図に使用される低解像度DPCMループのブ
ロック図である。
第3図は第1図に使用される高解像度DPCMループのブ
ロック図である。
第4図は本発明による受信機のブロック図である。
第5図は第4図に使用される低解像度逆DPCMループの
ブロック図である。
第6図は第4図に使用される高解像度逆DPCMループの
ブロック図である。
好適実施例の詳細な説明 第1図において、入力10は典型的には約2MHzの帯域幅
を有する明度または色度成分(またはカラー画像あるい
は白黒画像を記述する他の信号成分)のようなアナログ
・ビデオ信号を受信する。このアナログ・ビデオ信号は
ディジタイザ(アナログ・ディジタル変換器が後に続い
ているサンプリング回路)12に供給され、このディジタ
イザ12はまた典型的には約4.4MHzのサンプリング信号fs
を受信する。ディジタイザ12からの出力信号は、受信機
における所期の解像度を有し、典型的には並列8ビット
で構成されるが、この出力信号は減算器14に供給される
とともに、また2つのシフトレジスタ(各次元用に1つ
ずつ設けられ、各々加重タップを有する)のような二次
元有限インパルス応答ローパス・フィルタ(LPF)16に
も供給されて、デシメーション(decimation)時のエイ
リアシングを防止するようになっている(後述する)。
LPF16からの出力信号はサブサンプリング回路18に供給
され、このサブサンプリング回路18はfs/2のサンプリン
グ信号を受信し(他のサンプリング速度でも可能)、各
方向に2:1でサブサンプリングし、4倍デシメーテッド
信号を発生する。この結果は低空間解像度信号であり、
この信号は補間器20および適応性予想器を有する低解像
度DPCMループ22に供給される(以下に詳述する)。この
適応性DPCMループ22は画像中に実質的な動きがあるか否
かを示すライン23上の動き表示信号を高解像度DPCMルー
プ24(以下に詳述する)に供給するとともに、低解像度
ビデオ信号をハフマン(Huffman)およびランレングス
(run−length)エンコーダ26に供給する。このエンコ
ーダ26は読出し専用メモリ(ROM)ルックアップ・テー
ブルの形式で構成することができる。エンコーダ26は低
域通過濾波された低解像度ビデオ信号を表す表1のデー
タをバッファ28に供給する。このバッファ28はメモリ形
式のものであってよい。
補間器20からの出力信号は入力信号として4倍の画素
数を有し(各方向に2倍)、オーバーサンプリングされ
た低解像度信号すなわち低域通過濾波された信号であ
る。この信号を減算器14において元の高解像度信号から
減算して、高域通過濾波された高解像度信号を発生し、
この信号はDPCMループ24に供給される。DPCMループ24か
らの出力信号は前記エンコーダ26と同じハフマンおよび
ランレングス・エンコーダ30に供給され、このエンコー
ダ30は通常高域通過濾波された画像を表す第2のデータ
信号をバッファ28に供給する。
また、バッファ28は多数のフレームの圧縮されたディ
ジタル・ビデオ、典型的には1/4ないし1/2秒に相当する
圧縮されたディジタル・ビデオを記憶し、ライン32上に
一定データ速度の出力信号を発生する。この出力信号は
通常無線周波(RF)搬送波信号を変調するために使用さ
れたり、またはベースバンド・データ・チャンネルに供
給される。バッファ・フィードバック信号がライン34を
介してDPCMループ24およびエンコーダ30に供給される。
このフィードバック信号はバッファ28の3つの占有状
態、即ち高レベル、中レベルおよび低レベルの3つの状
態を表し、バッファ28内に設けられている満量ポインタ
(図示せず)および空ポインタ(図示せず)の間の差を
引き出すことによって形成される。バッファ28が占有状
態を変更するときには、この特定の新しい状態に対応す
る独特のコード・ワードを典型的には走査線の始めにお
いて伝送することによってこの変更がライン32上に信号
として送出される。更に、ライン32上には本技術分野に
おいて全て周知であるマルチプレクサ手段によって同期
および音声信号が現れる。
動作においては、バッファ28の占有状態が低レベルで
ある場合、DPCMレープ24は動き表示信号に関わらず通常
モードで動作し、バッファ28はエンコーダ26からの低域
通過濾波された低解像度信号およびエンコーダ30からの
高域通過濾波された高解像度信号を受信して送信する。
バッファ28の占有状態が高レベル、例えばほとんど満
量である場合、エンコーダ30からの出力信号はバッファ
28によって無視され、エンコーダ26からの低解像度出力
信号がバッファ28に供給される。この信号は高解像度信
号の画素数の4分1のみを含んでいるので、バッファ28
はオーバーフロー状態を避けることができる。
バッファ28の占有状態が前記高レベル占有状態および
低レベル占有状態の中間すなわち中レベルにあり、ライ
ン23上の動き表示信号が画像にほとんど又は全く動きの
ないこと、すなわち実質的な動きのないことを示してい
るとき、DPCMループ24はエンコーダ30に高域通過濾波さ
れた高解像度信号を供給する。エンコーダ30はこのよう
な信号を符号化してバッファ28に供給する。このデータ
負荷は非常に低いものである。エンコーダ26からの信号
もバッファ28に供給される。
バッファ28の占有状態が中レベルにあり、ライン23上
の動き表示信号が実質的な動きのあることを示している
ときには、DPCMループ24はゼロをエンコーダ30に供給す
る。従って、バッファ28はエンコーダ26から低解像度信
号を受信し、エンコーダ30から少ない量のデータを受信
し、これによりバッファ28はオーバーフローすることが
防止できるようになっている。これは中レベルの占有状
態で実質的な動きのない状態とは異なるものであること
を受信機において判断される(後述する)。
要約すると、高域通過濾波された高解像度画像を有す
る第2のデータはバッファ28が受け入れることができる
ときのみバッファ28に供給される。すなわち、第2のデ
ータはバッファ28のオーバーフローを生じさせない。
典型的な走査線上に中レベルの占有状態がある場合に
は、実質的な動きのないことを示す長い画素列があり、
この後に実質的な動きのあることを示す長い画素列が続
くことがある。DPCMループ24は差信号が本質的にゼロで
あるので第1の画素列に対しては長いゼロの列を出力
し、この後に、実質的な動きがあるので通常第2の画素
列に対してほとんど長いゼロの列を続ける。動きがある
場合と動きがない場合の走査線の画素列間の境界には少
数の画素のみがゼロでない値に符号化される。これはエ
ンコーダ30による非常に効率のよい符号化を可能にす
る。
第2図は適応性予想器付き低解像度DPCMループ22の詳
細を示す図である。同図において減算器43は第1図のサ
ブサンプリング回路18からの信号を受信するとともに、
スイッチ36から予想信号を受信し、出力からは、データ
速度を低減するために、その結果の差信号をROMルック
アップ・テーブルのような粗量子化器38に供給するとと
もに、また制御回路40にも供給する。量子化器38の出力
は第1図のエンコーダ26および加算器42に供給される。
加算器42はまたスイッチ36からの予想信号を受信する。
この結果の加算信号はフレーム記憶装置44に供給され
る。フレーム記憶装置44は1画素遅延出力46および48を
スイッチ36および制御回路40にそれぞれ供給するととも
に、1フレーム遅延出力50および52をそれぞれ制御回路
40およびスイッチ36に供給する。したがって、予想信号
は前のフレームにおける対応する画素の値かまたは同じ
線の直前の画素の値のいずれかである。制御回路40は減
算器34から供給される処理された最後の画素に基づいて
どの予想信号を使用するか選択する。各画素に対して、
両予想信号値、減算器(図示せず)を使用した予想信号
と最後の信号との差の値、入力が減算器の出力に接続さ
れたディジタル比較器(図示せず)を使用してどの予想
信号が最も低いエラーを発生したかを検査し、スイッチ
36を適当に設定することによってその予想信号を次の画
素用に使用する。従って、予想状態は動きが大きい場合
には2進の1であるか(走査線上の前の画素が使用され
る)、または動きがないかまたは少ない場合には2進の
ゼロである(最後のフレームの画素が使用される)。ま
た、動き表示信号は制御回路40によってライン23を介し
て第1図のDPCMループ24に供給される。「動きがほとん
どない」場合のゼロは比較器の出力に接続されたしきい
値回路(図示せず)を使用して得ることができる。
第3図は第1図のDPCMループ24の詳細を示す図であ
る。第1図の減算器14からの高域通過濾波された高解像
度信号は減算器54に供給され、この減算器54にはまたフ
レーム記憶装置56から予想信号が供給される。この結果
の差信号はゲート58および粗量子化器60に供給される。
量子化器60からの出力信号は第1図のエンコーダ30およ
び加算器62に供給される。また、加算器62はフレーム記
憶装置56からの予想信号を受信し、この結果の加算信号
はゲート64に供給される。このゲート64は信号をフレー
ム記憶装置56に供給する。制御回路66は第2図の制御回
路40から信号を受信するとともに、第1図のバッファ28
からライン34を介してバッファ・フィードバック信号を
受信する。
ゲート58および64は各々例えば多重ビット禁止ゲート
(図示せず)を有し、制御回路66からの出力信号が高レ
ベルすなわち1である場合、ゲート64および58はゼロの
出力信号を発生し、制御回路66からの出力信号が低レベ
ルすなわち0である場合、ゲート64および58は入力信号
を通過させる。制御回路66はバッファ28の占有状態が低
レベルである場合には1を発生し、高レベルである場合
には0を発生する。更に、占有状態が中レベルである場
合、制御回路66は動き表示信号が高レベルであるとき0
を発生し、低レベルであるとき、1を発生する。
動作においては、バッファ・フィードバック信号によ
ってバッファ28の占有状態が低レベルであることが示さ
れた場合、制御回路66からの出力信号は動き表示信号の
状態に関わらず低レベルである。これはゲート58および
64がディジタル信号を通過させ、そしてDPCMループ24は
高域通過濾波された高解像度信号をエンコーダ30に供給
する。バッファ28の占有状態が高レベルである場合、フ
レーム記憶装置56および量子化器60はそれぞれゲート64
および58からゼロを受信する。しかしながら、量子化器
60からエンコーダ30に供給され、そこからバッファ28に
供給されるデータは無視される。これは高解像度情報を
送らないということを示す独特なコード・ワードが受信
機に送られたからである。バッファ28の占有状態が前記
高レベル状態と低レベル状態の中間であり、動き表示信
号が低レベルである場合には、制御回路66からの出力信
号は低レベルになり、ループ24は通常通り動作する、す
なわち高解像度信号を発生する。バッファ28が中レベル
の占有状態を有し、動き表示信号が高レベルである場
合、制御回路66の出力信号は高レベルになり、ゲート58
および64はゼロを発生する。また、ループ24はゼロを発
生する。
第4図、第5図および第6図においては、第1図、第
2図および第3図のブロックにそれぞれ対応するブロッ
クが同じ数字にダッシュを付加して示されている。
第4図において、第1図のライン32上のデータ信号
は、必要に応じて受信され復調された後、ライン32′上
に現れ、バッファ28′に供給される。低域通過濾波され
た低解像度データ信号はROMのようなハフマンおよびラ
ンレングス・デコーダ26′に供給され、それから適応性
低解像度逆DPCMループ22′に供給される。ループ22′か
らの出力信号は各次元における画素数を倍にして、オー
バーサンプリングされた低解像度信号に変換する回路の
ような補間器20′に供給され、それから加算器68に供給
される。高域通過濾波された高解像度データ信号はハフ
マンおよびランレングス・デコーダ30′に供給され、そ
れから高解像度逆DPCMループ24′に供給される。また、
このループ24′はライン34′を介してバッファ28′から
バッファ・フィードバック信号を受信するとともに、ラ
イン23′を介してループ22′から動き表示信号を受信す
る。ループ24′からの出力信号は加算器68に供給され
る。この加算器68はその出力信号を典型的には2MHzのカ
ットオフ周波数を有するLPFを含むディジタル・アナロ
グ変換器70に供給する。
第5図において、デコーダ26′からのデータはスイッ
チ36′からの予想信号とともに加算器42′に供給され
る。加算器42′からの出力信号は制御回路40′、フレー
ム記憶装置44′および第4図の補間器20′に供給され
る。このフレーム記憶装置44′は1画素遅延信号をライ
ン48′を介して制御回路40′に供給するとともに、ライ
ン46′を介してスイッチ36′に供給し、1フレーム遅延
信号をライン50′を介して制御回路40′に供給するとと
もに、ライン52′を介してスイッチ36′に供給する。
第6図において、第4図のデコーダ30′からのデータ
信号は加算器62′に供給され、この加算器62′にはフレ
ーム記憶装置56′から予想信号が供給される。加算器6
2′からの出力信号はゲート64′および58′(第3図の
ゲート64および58に同じ)に供給される。ライン23′上
に動き表示信号およびライン34′上のバッファ・フィー
ドバック信号は制御回路66′(制御回路66に同じ)に供
給され、この制御回路66′の出力信号はゲート58′およ
び64′に供給される。ゲート64′からの出力信号はフレ
ーム記憶装置56′に供給され、ゲート58′からの出力信
号は第4図の加算器68に供給される。バッファ・フィー
ドバック信号はコード・ワードを受信し解読することに
よって送信機バッファ28の状態を示していることに注意
されたい。
受信機の動作は送信機の逆であり、詳細には説明しな
い。簡単に説明すると、送信機バッファ28が低レベル占
有状態を有している場合、これは独特なコード・ワード
によって信号として通知され、受信機バッファ28′はそ
こに配設されたデコーダを使用してこれを解読し、両ル
ープ22′および24′が動作するようにその状態に設定す
る。この結果、高解像度合成ディジタル画像を表す信号
が加算器68によって形成され、変換器70によってアナロ
グ信号に変換される。バッファ28が高レベル占有状態を
有している場合には、この状態を示す別の独特なコード
・ワードによって制御回路66′はループ24′にゼロを発
生させ、低解像度画像のみが加算器68の出力に得られ
る。更に、フレーム記憶装置56および56′の両方はゼロ
を格納しているので、低レベル占有モードが再び始まっ
たときには、同じ値から開始する。送信機バッファ28が
中レベルの占有状態を有している場合、これを表わす信
号を第3の独特なコード・ワードを使用して受信機に送
り、この信号は解読される。この結果、制御回路66′は
DPCMループ24′が画像の静止部分、すなわち実質的な動
きのない部分に対して通常通り作用することを可能に
し、送信機の動作に適切に合った実質的に動きのある領
域にゼロの演算値を供給する。中レベルの占有状態にお
けるその結果の画像は画像の静止部分に対して高解像度
であり、画像の動きのある部分に対して低解像度であっ
て、まさに要望した通りのものである。
更に、画像の大部分であるが、全てではない部分に動
きを有する画像のデータ速度について考察する。低レベ
ル占有状態においては、ループ24′は非常に高いデータ
速度を有する。中レベルの占有状態においては、静止領
域において長いゼロのランレングスが生じ、また動きの
ある領域において長いゼロのランレングスが生じるの
で、データ速度はかなり低くなる。高レベル占有状態に
おいては、データ速度は低解像度データのみが送信され
るので同様に低くなる。
本発明の精神および範囲内に入る他の多くの実施例が
可能であることを理解されたい。特に、ループ24および
24′は特に中レベルの占有状態におけるデータ速度を更
に低減するためにループ22および22′のように適応性予
想を使用することができる。また、動き表示信号を処理
し、ループ24および24′に遅延を設けて、更に良好な動
きの表示を行うことができる。更に、ループ24および2
4′は高解像度および低解像度チャンネル間を時間的に
マルチプレクキシングした単一のループで構成すること
もできる。また更に、受信機はバッファ占有状態信号を
使用することなく高解像度および低解像度信号を処理す
る2つの逆DPCMループで構成することができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−260492(JP,A) IEEE TRANSACTIONS ON ACOUSTICS,SPEE CH,AND SIGNAL PROC ESSING,ASSP−34[5] (1986−10) P.1278−1288 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 7/24 - 7/68 H04N 1/41 - 1/419

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ディジタル・テレビジョン信号を送信する
    ための送信装置において、 ディジタル・テレビジョン信号源と、 前記ディジタル・テレビジョン信号源に結合されてい
    て、前記ディジタル・テレビジョン信号の内の相対的に
    低い周波数成分および相対的に高い周波数成分をそれぞ
    れ表す第1および第2のディジタル・テレビジョン信号
    を発生するフィルタ回路と、 前記第1のディジタル・テレビジョン信号を受け取るよ
    うに接続されていて、圧縮された第1のディジタル・テ
    レビジョン信号を発生する第1の圧縮回路と、 前記第2のディジタル・テレビジョン信号を受け取るよ
    うに接続されていて、圧縮された第2のディジタル・テ
    レビジョン信号を発生する第2の圧縮回路であって、補
    正信号に応答して、当該第2の圧縮回路によって発生さ
    れる該圧縮された第2のディジタル・テレビジョン信号
    の量を選択的に低減させる制御器を含んでいる第2の圧
    縮回路と、 前記圧縮された第1のディジタル・テレビジョン信号お
    よび前記圧縮された第2のディジタル・テレビジョン信
    号を受け取るように接続されていて、前記圧縮された第
    1のディジタル・テレビジョン信号および前記圧縮され
    た第2のディジタル・テレビジョン信号の両方を含む単
    一の出力信号を発生するバッファ記憶回路であって、更
    に当該バッファ記憶回路の占有状態を示す制御信号を発
    生するバッファ記憶回路と、 前記制御信号を前記補正信号として前記第2の圧縮回路
    に供給する手段と を有していることを特徴とする送信装置。
  2. 【請求項2】更に、前記ディジタル・テレビジョン信号
    源に結合されていて、前記ディジタル・テレビジョン信
    号が動いている物体を表している時にそれを判定して、
    動き信号を発生する動き検出手段と、前記制御信号およ
    び前記動き信号を組み合わせて、その組合せ信号を前記
    補正信号として前記第2の圧縮回路に供給する回路とを
    含んでいる請求の範囲第1項記載の送信装置。
  3. 【請求項3】前記第1および第2の圧縮回路の各々が、
    DPCM並びにハフマンおよびランレングス・エンコーダを
    含んでいる請求の範囲第1項記載の送信装置。
  4. 【請求項4】請求の範囲第1項または第2項記載の送信
    装置から供給される形式の信号を受信するための受信装
    置において、 相対的に低い周波数成分および相対的に高い周波数成分
    をそれぞれ表す圧縮された第1および第2のディジタル
    ・テレビジョン信号の組合せ信号を受け取るように結合
    されていて、前記組合せ信号を前記圧縮された第1のデ
    ィジタル・テレビジョン信号と前記圧縮された第2のデ
    ィジタル・テレビジョン信号とに分離するバッファ記憶
    回路であって、更に、当該バッファ記憶回路の占有状態
    を示す制御信号を発生するバッファ記憶回路と、 前記圧縮された第1のディジタル・テレビジョン信号を
    受け取るように接続されていて、圧縮解除された第1の
    ディジタル・テレビジョン信号を発生する第1の圧縮解
    除回路と、 前記圧縮された第2のディジタル・テレビジョン信号を
    受け取るように接続されていて、圧縮解除された第2の
    ディジタル・テレビジョン信号を発生する第2の圧縮解
    除回路であって、更に、補正信号に応答して、当該第2
    の圧縮解除回路を選択的にリセットする制御器を含んで
    いる第2の圧縮解除回路と、 前記制御信号を前記補正信号として前記第2の圧縮解除
    回路に供給する手段と、 前記圧縮解除された第1および第2のディジタル・テレ
    ビジョン信号を組み合わせる加算回路と を有していることを特徴とする受信装置。
  5. 【請求項5】請求の範囲第1項または第2項記載の送信
    装置から供給される形式の信号を受信するための受信装
    置において、 相対的に低い周波数成分および相対的に高い周波数成分
    をそれぞれ表す圧縮された第1および第2のディジタル
    ・テレビジョン信号の組合せ信号を受け取るように結合
    されていて、前記組合せ信号を前記圧縮された第1のデ
    ィジタル・テレビジョン信号と前記圧縮された第2のデ
    ィジタル・テレビジョン信号とに分離するバッファ記憶
    回路と、 前記圧縮された第1のディジタル・テレビジョン信号を
    受け取るように接続されていて、圧縮解除された第1の
    ディジタル・テレビジョン信号を発生する第1の圧縮解
    除回路と、 前記圧縮された第2のディジタル・テレビジョン信号を
    受け取るように接続されていて、圧縮解除された第2の
    ディジタル・テレビジョン信号を発生する第2の圧縮解
    除回路であって、更に、補正信号に応答して、所定の値
    を与えるように当該第2の圧縮解除回路を選択的に調整
    する制御器を含んでいる第2の圧縮解除回路と、 前記圧縮解除されたディジタル・テレビジョン信号に応
    答して、該テレビジョン信号中の画像物体の動きを表す
    動き信号を発生する動き検出手段と、 前記動き信号を前記補正信号として前記第2の圧縮解除
    回路に供給する手段と、 前記圧縮解除された第1および第2のディジタル・テレ
    ビジョン信号を組み合わせる加算回路と を有していることを特徴とする受信装置。
  6. 【請求項6】前記バッファ記憶回路が当該バッファ記憶
    回路の占有状態を示す制御信号を発生する手段を含んで
    おり、更に、前記受信装置が更に、前記制御信号および
    前記動き信号を組み合わせて前記補正信号を構成する手
    段を含んでいる請求の範囲第5項記載の受信装置。
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