JP3532470B2 - 符号化整合フィルタ装置を用いたビデオ通信のための技法 - Google Patents
符号化整合フィルタ装置を用いたビデオ通信のための技法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信システムおよ
び方法に関し、更に特定すれば、画像圧縮方式を実施す
るビデオ通信のためのシステムおよび方法に関する。
び方法に関し、更に特定すれば、画像圧縮方式を実施す
るビデオ通信のためのシステムおよび方法に関する。
【０００２】
【従来の技術、及び、発明が解決しようとする課題】ビ
デオ通信においては、画像圧縮方式に従って画像を符号
化し、画像を送信するために必要な帯域幅を小さくす
る。ＭＰＥＧ、ＭＰＥＧ−２、モーションＪＰＥＧおよ
びＪＰＥＧ規格のような周知の画像圧縮規格によれば、
画像符号化プロセスは、典型的に、送信対象の画像に対
して、ブロックを基本とする周波数変換、例えば離散コ
サイン変換（ＤＣＴ）を実行することを含む。結果とし
て得られるＤＣＴ係数を量子化するか、または別個の量
子化ステップにマップして、その近似表現を与える。送
信対象の画像の複雑度に対して、利用可能な送信帯域幅
が比較的狭い場合は、量子化ステップ・サイズは比較的
大きくなければならない。この場合、結果としてＤＣＴ
係数の量子化が粗くなり、送信する画像内に符号化アー
ティファクトを招く。このアーティファクトは、例え
ば、回復した画像内に現われるオブジェクトのエッジ付
近に、スペックル状の歪みを含む。
デオ通信においては、画像圧縮方式に従って画像を符号
化し、画像を送信するために必要な帯域幅を小さくす
る。ＭＰＥＧ、ＭＰＥＧ−２、モーションＪＰＥＧおよ
びＪＰＥＧ規格のような周知の画像圧縮規格によれば、
画像符号化プロセスは、典型的に、送信対象の画像に対
して、ブロックを基本とする周波数変換、例えば離散コ
サイン変換（ＤＣＴ）を実行することを含む。結果とし
て得られるＤＣＴ係数を量子化するか、または別個の量
子化ステップにマップして、その近似表現を与える。送
信対象の画像の複雑度に対して、利用可能な送信帯域幅
が比較的狭い場合は、量子化ステップ・サイズは比較的
大きくなければならない。この場合、結果としてＤＣＴ
係数の量子化が粗くなり、送信する画像内に符号化アー
ティファクトを招く。このアーティファクトは、例え
ば、回復した画像内に現われるオブジェクトのエッジ付
近に、スペックル状の歪みを含む。
【０００３】回復した画像を後処理することによって、
符号化アーティファクトの影響を小さくする試みが行わ
れている。アーティファクトは典型的に高周波数成分を
含むので、かかる試みは必ず、回復画像の当該成分を除
去するためのロー・パス・フィルタを含むポストプロセ
ッサの使用を伴う。しかしながら、かかるポストプロセ
ッサの設計は、通常、実験によってその場限りに決定さ
れる。このため、後処理した画像の品質は、実際に送信
する画像の種類および現場で用いる伝送レートが、実験
で用いたものといかに類似しているかに、大きく左右さ
れる。結果として、画像の品質を向上させるために従来
技術のポストプロセッサを用いても、それによって達成
される性能が現場の条件セット毎に大きく変動し得るの
で、最も良く見たところで、当てにはならない。
符号化アーティファクトの影響を小さくする試みが行わ
れている。アーティファクトは典型的に高周波数成分を
含むので、かかる試みは必ず、回復画像の当該成分を除
去するためのロー・パス・フィルタを含むポストプロセ
ッサの使用を伴う。しかしながら、かかるポストプロセ
ッサの設計は、通常、実験によってその場限りに決定さ
れる。このため、後処理した画像の品質は、実際に送信
する画像の種類および現場で用いる伝送レートが、実験
で用いたものといかに類似しているかに、大きく左右さ
れる。結果として、画像の品質を向上させるために従来
技術のポストプロセッサを用いても、それによって達成
される性能が現場の条件セット毎に大きく変動し得るの
で、最も良く見たところで、当てにはならない。
【０００４】従って、画像符号化プロセスを受ける画像
において、符号化アーティファクトの影響を効果的に低
減させるための信頼できる技法が要望されている。
において、符号化アーティファクトの影響を効果的に低
減させるための信頼できる技法が要望されている。
【０００５】送信する画像に関して、ブロックを基本と
する周波数変換係数、例えばＤＣＴ係数の量子化を伴う
上述の画像符号化プロセスを実施することにより、画像
の各非ゼロ周波数成分の振幅は、受信された場合、量子
化ステップ・サイズの関数である閾値よりも小さいこと
はあり得ないことがわかった。すなわち、閾値よりも小
さい振幅を有する非ゼロ周波数成分は全て、恐らく、ブ
ロック構造の変換係数が帯域制限されているチャネルを
横断することによって生じるエイリアシングによって、
誤って生成されたものに違いない。
する周波数変換係数、例えばＤＣＴ係数の量子化を伴う
上述の画像符号化プロセスを実施することにより、画像
の各非ゼロ周波数成分の振幅は、受信された場合、量子
化ステップ・サイズの関数である閾値よりも小さいこと
はあり得ないことがわかった。すなわち、閾値よりも小
さい振幅を有する非ゼロ周波数成分は全て、恐らく、ブ
ロック構造の変換係数が帯域制限されているチャネルを
横断することによって生じるエイリアシングによって、
誤って生成されたものに違いない。
【０００６】従って、本発明によれば、上述の量子化を
伴う画像の符号化に整合されたフィルタ装置を用いて、
受信した画像を、それを表す周波数成分セットに変換す
る。量子化において用いる量子化ステップ・サイズは、
周波数成分毎に変動し得る。これに対応する閾値未満の
値を有する各周波数成分を、セットから除去する。閾値
は、周波数成分に関連付けられた量子化ステップ・サイ
ズの関数である。有利な点として、残りの周波数成分に
よって形成され得られた画像は、受信画像よりも品質が
優れており、受信画像における符号化アーティファクト
の影響が大幅に低減するという効果が得られる。更に、
本発明の技法の有効性は、画像を通信する現場の条件に
は依存しない。この開示全体を通じて、特に注記しない
限り、図面における同様のエレメント、構成要素、また
は部分は、同一の数字によって示す。
伴う画像の符号化に整合されたフィルタ装置を用いて、
受信した画像を、それを表す周波数成分セットに変換す
る。量子化において用いる量子化ステップ・サイズは、
周波数成分毎に変動し得る。これに対応する閾値未満の
値を有する各周波数成分を、セットから除去する。閾値
は、周波数成分に関連付けられた量子化ステップ・サイ
ズの関数である。有利な点として、残りの周波数成分に
よって形成され得られた画像は、受信画像よりも品質が
優れており、受信画像における符号化アーティファクト
の影響が大幅に低減するという効果が得られる。更に、
本発明の技法の有効性は、画像を通信する現場の条件に
は依存しない。この開示全体を通じて、特に注記しない
限り、図面における同様のエレメント、構成要素、また
は部分は、同一の数字によって示す。
【０００７】
【発明の実施の形態】図１は、ビデオ画像を通信するた
めの、本発明の原理を採用した通信システム１００を示
す。図１に示すように、システム１００は、ビデオ・ソ
ース１０５、ビデオ・エンコーダ１０３、送信電子回路
１３１、受信電子回路１５１およびビデオ・デコーダ１
５０を含む。これらは全て従来の設計である。システム
１００は、更に、本発明による符号化整合フィルタ装置
１８０を含む。
めの、本発明の原理を採用した通信システム１００を示
す。図１に示すように、システム１００は、ビデオ・ソ
ース１０５、ビデオ・エンコーダ１０３、送信電子回路
１３１、受信電子回路１５１およびビデオ・デコーダ１
５０を含む。これらは全て従来の設計である。システム
１００は、更に、本発明による符号化整合フィルタ装置
１８０を含む。
【０００８】従来通りのビデオ・ソース１０５は、フレ
ーム単位で、画像を表すビット・ストリームを供給す
る。各フレームは、Ｌ×Ｍ画素から成る。ＬおよびＭ
は、ゼロより大きい選択された整数である。例えば、こ
の例では、Ｌ＝７２０かつＭ＝４８０である。かかるビ
ット・ストリームに応答して、標準通りのモーション推
定器１０８は、ソース１０５からの現在の画像フレーム
と前回の画像フレームとの差を示すモーション・ベクト
ルを導出する。かかるモーション・ベクトル情報と、後
述する加算器１１０が供給する前回送信したフレームと
に基づいて、モーション補償器１１３は、送信対象の現
フレームの予測バージョンを発生する。この予測バージ
ョンを、加算器１１０および減算器１１５に供給する。
減算器１１５は、ソース１０５からの元のバージョンか
ら、現フレームの予測バージョンを減算し、これによっ
て予測誤差信号を形成する。
ーム単位で、画像を表すビット・ストリームを供給す
る。各フレームは、Ｌ×Ｍ画素から成る。ＬおよびＭ
は、ゼロより大きい選択された整数である。例えば、こ
の例では、Ｌ＝７２０かつＭ＝４８０である。かかるビ
ット・ストリームに応答して、標準通りのモーション推
定器１０８は、ソース１０５からの現在の画像フレーム
と前回の画像フレームとの差を示すモーション・ベクト
ルを導出する。かかるモーション・ベクトル情報と、後
述する加算器１１０が供給する前回送信したフレームと
に基づいて、モーション補償器１１３は、送信対象の現
フレームの予測バージョンを発生する。この予測バージ
ョンを、加算器１１０および減算器１１５に供給する。
減算器１１５は、ソース１０５からの元のバージョンか
ら、現フレームの予測バージョンを減算し、これによっ
て予測誤差信号を形成する。
【０００９】離散コサイン変換（ＤＣＴ）プロセッサ１
１９は、減算器１１５からの予測誤差信号に対し、ブロ
ックを基本とする周波数変換である周知のＤＣＴを実行
する。結果として得られるＤＣＴ係数は、ブロック単位
に二次元的に構成されている。これらのＤＣＴ係数を、
量子化器１２１によって量子化し、可変長エンコーダ１
２４によってエントロピ符号化し、更に、Ｄ．ＬｅＧａ
ｌｌの「ＭＰＥＧ，ａＶｉｄｅｏ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉ
ｏｎ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ａｐｐｌｉｃａｔ
ｉｏｎｓ（ＭＰＥＧ、マルチメディア用途のためのビデ
オ圧縮）」Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ＡＣＭ、ｖ
ｏｌ．３４、ｎｏ．４、１９９１年４月、４６〜５８ペ
ージに記載されている周知のＭＰＥＦ画像圧縮方式に従
って、圧縮フォーマッタ１２７によってフォーマットす
る。かかる画像圧縮方式を適正に実行するために、上述
のモーション・ベクトル情報も、推定器１０８によっ
て、圧縮フォーマッタ１２７に供給する。
１９は、減算器１１５からの予測誤差信号に対し、ブロ
ックを基本とする周波数変換である周知のＤＣＴを実行
する。結果として得られるＤＣＴ係数は、ブロック単位
に二次元的に構成されている。これらのＤＣＴ係数を、
量子化器１２１によって量子化し、可変長エンコーダ１
２４によってエントロピ符号化し、更に、Ｄ．ＬｅＧａ
ｌｌの「ＭＰＥＧ，ａＶｉｄｅｏ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉ
ｏｎ ｆｏｒ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ａｐｐｌｉｃａｔ
ｉｏｎｓ（ＭＰＥＧ、マルチメディア用途のためのビデ
オ圧縮）」Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ＡＣＭ、ｖ
ｏｌ．３４、ｎｏ．４、１９９１年４月、４６〜５８ペ
ージに記載されている周知のＭＰＥＦ画像圧縮方式に従
って、圧縮フォーマッタ１２７によってフォーマットす
る。かかる画像圧縮方式を適正に実行するために、上述
のモーション・ベクトル情報も、推定器１０８によっ
て、圧縮フォーマッタ１２７に供給する。
【００１０】なお、量子化器１２１は線形量子化器であ
るが、ここで用いる量子化ステップ・サイズは、ブロッ
ク内の各ＤＣＴ係数の位置と共に変動し、それが表す周
波数成分を損なう量子化誤差を制御することを、ここで
注記しておく。従って、ここで量子化ステップ・サイズ
は、一般的にＱijで表され、ｉおよびｊは、ブロック内
でこれらに相当するＤＣＴ係数の行および列のインデッ
クスを表す。また、各Ｑijは、ブロック毎に変動し、従
って時間と共に変動することも注記しておく。
るが、ここで用いる量子化ステップ・サイズは、ブロッ
ク内の各ＤＣＴ係数の位置と共に変動し、それが表す周
波数成分を損なう量子化誤差を制御することを、ここで
注記しておく。従って、ここで量子化ステップ・サイズ
は、一般的にＱijで表され、ｉおよびｊは、ブロック内
でこれらに相当するＤＣＴ係数の行および列のインデッ
クスを表す。また、各Ｑijは、ブロック毎に変動し、従
って時間と共に変動することも注記しておく。
【００１１】具体的には、量子化器１２１に入力する各
ＤＣＴ係数の値を、対応するＱijによって除算すること
によって、ゼロであり得る商ｑｔと、ゼロであり得る余
りＲとが得られる。次いで、Ｒを、この例ではＱij／２
である「量子化閾値」と比較する。Ｒ≧ Ｑij／２であ
る場合、この信号は、符号化の目的のために、（ｑｔ＋
１）Ｑijのレベルを呈する。またな、Ｒ＜ Ｑij／２で
ある場合、この信号は、（ｑｔ）Ｑijのレベルを呈す
る。
ＤＣＴ係数の値を、対応するＱijによって除算すること
によって、ゼロであり得る商ｑｔと、ゼロであり得る余
りＲとが得られる。次いで、Ｒを、この例ではＱij／２
である「量子化閾値」と比較する。Ｒ≧ Ｑij／２であ
る場合、この信号は、符号化の目的のために、（ｑｔ＋
１）Ｑijのレベルを呈する。またな、Ｒ＜ Ｑij／２で
ある場合、この信号は、（ｑｔ）Ｑijのレベルを呈す
る。
【００１２】量子化ステップ・サイズＱijに関する情報
も、可変長エンコーダ１２４に供給し、ビデオ・デコー
ダ１５０に送信する。圧縮フォーマッタ１２７の出力
は、１Ｍｂ／ｓから２０Ｍｂ／ｓまでの範囲に及ぶ場合
があり、通信チャネルを介して送信電子回路によって送
信する。
も、可変長エンコーダ１２４に供給し、ビデオ・デコー
ダ１５０に送信する。圧縮フォーマッタ１２７の出力
は、１Ｍｂ／ｓから２０Ｍｂ／ｓまでの範囲に及ぶ場合
があり、通信チャネルを介して送信電子回路によって送
信する。
【００１３】量子化器１２１からの量子化ＤＣＴ係数
を、逆量子化器１３３にフィード・バックして、最終的
にデコーダ１５０で回復する送信フレームを再構築す
る。このために、逆量子化器１３３は、量子化ＤＣＴ係
数を逆量子化し、これによって、元のＤＣＴ係数の近似
バージョンを供給する。かかる近似バージョンに基づい
て、逆ＤＣＴ（ＩＤＣＴ）プロセッサ１３５は、予測誤
差信号を回復させる。加算器１１０は、回復した予測誤
差信号を、補償器１１３からの上述の送信フレームの予
測バージョンに加算することにより、送信フレームを再
構築する。これを補償器１１３が用いて、前述のよう
に、次の送信フレームを予測する。
を、逆量子化器１３３にフィード・バックして、最終的
にデコーダ１５０で回復する送信フレームを再構築す
る。このために、逆量子化器１３３は、量子化ＤＣＴ係
数を逆量子化し、これによって、元のＤＣＴ係数の近似
バージョンを供給する。かかる近似バージョンに基づい
て、逆ＤＣＴ（ＩＤＣＴ）プロセッサ１３５は、予測誤
差信号を回復させる。加算器１１０は、回復した予測誤
差信号を、補償器１１３からの上述の送信フレームの予
測バージョンに加算することにより、送信フレームを再
構築する。これを補償器１１３が用いて、前述のよう
に、次の送信フレームを予測する。
【００１４】受信電子回路１５１は、上述の通信チャネ
ルを介して、送信電子回路１３１から送信画像フレーム
を表す信号を受信する。この受信信号を、ビデオ・デコ
ーダ１５０内の圧縮デフォーマッタ１５３によって処理
する。デフォーマッタ１５３は、前述の圧縮フォーマッ
タ１２７の逆の機能を実行する。とりわけ、デフォーマ
ッタ１５３は、上述のモーション・ベクトル情報を回復
させ、これをモーション補償器１６３に供給する。残り
の出力を、更に可変長デコーダ１５７によって処理す
る。可変長デコーダ１５７は、前述の可変長エンコーダ
１２４の逆の機能を実行する。デコーダ１５７の出力
は、量子化ステップ・サイズ情報および量子化ＤＣＴ係
数から成り、逆量子化器１６７に供給される。ビデオ・
エンコーダ１０３が送信フレームに関するフィールド／
フレーム情報も供給する例では、デコーダ１５７の出力
は、かかる情報も含む。量子化ステップ・サイズ情報
は、あらゆるフィールド／フレーム情報と共に、以下で
述べる符号化整合フィルタ装置１８０に供給される。
ルを介して、送信電子回路１３１から送信画像フレーム
を表す信号を受信する。この受信信号を、ビデオ・デコ
ーダ１５０内の圧縮デフォーマッタ１５３によって処理
する。デフォーマッタ１５３は、前述の圧縮フォーマッ
タ１２７の逆の機能を実行する。とりわけ、デフォーマ
ッタ１５３は、上述のモーション・ベクトル情報を回復
させ、これをモーション補償器１６３に供給する。残り
の出力を、更に可変長デコーダ１５７によって処理す
る。可変長デコーダ１５７は、前述の可変長エンコーダ
１２４の逆の機能を実行する。デコーダ１５７の出力
は、量子化ステップ・サイズ情報および量子化ＤＣＴ係
数から成り、逆量子化器１６７に供給される。ビデオ・
エンコーダ１０３が送信フレームに関するフィールド／
フレーム情報も供給する例では、デコーダ１５７の出力
は、かかる情報も含む。量子化ステップ・サイズ情報
は、あらゆるフィールド／フレーム情報と共に、以下で
述べる符号化整合フィルタ装置１８０に供給される。
【００１５】なお、受信機１５０内のモーション補償器
１６３、逆量子化器１６７、ＩＤＣＴプロセッサ１７３
および加算器１７０は、送信機１０３内のモーション補
償器１１３、逆量子化器１３３、ＩＤＣＴプロセッサ１
３５および加算器１１０と同様に動作して送信フレーム
を再構築することを、ここで注記しておく。このため、
受信したモーション・ベクトル情報に基づいて、補償器
１１３と同様に、補償器１６３は、送信フレームの予測
バージョンを加算器１７０に供給する。量子化ＤＣＴ係
数および受信した量子化ステップ・サイズに基づいて、
逆量子化器１３３と同様に、逆量子化器１６７は、係数
の逆量子化近似バージョンを供給する。かかる近似バー
ジョンに基づいて、ＩＤＣＴプロセッサ１３５と同様
に、ＩＤＣＴプロセッサ１７３は、予測誤差信号を回復
させる。加算器１７０は、予測誤差信号を、補償器１６
３からの送信フレームの予測バージョンに加算して、送
信フレームを回復させる。回復フレームを補償器１６３
にフィードバックして、次の送信フレームの予測バージ
ョンを供給する。
１６３、逆量子化器１６７、ＩＤＣＴプロセッサ１７３
および加算器１７０は、送信機１０３内のモーション補
償器１１３、逆量子化器１３３、ＩＤＣＴプロセッサ１
３５および加算器１１０と同様に動作して送信フレーム
を再構築することを、ここで注記しておく。このため、
受信したモーション・ベクトル情報に基づいて、補償器
１１３と同様に、補償器１６３は、送信フレームの予測
バージョンを加算器１７０に供給する。量子化ＤＣＴ係
数および受信した量子化ステップ・サイズに基づいて、
逆量子化器１３３と同様に、逆量子化器１６７は、係数
の逆量子化近似バージョンを供給する。かかる近似バー
ジョンに基づいて、ＩＤＣＴプロセッサ１３５と同様
に、ＩＤＣＴプロセッサ１７３は、予測誤差信号を回復
させる。加算器１７０は、予測誤差信号を、補償器１６
３からの送信フレームの予測バージョンに加算して、送
信フレームを回復させる。回復フレームを補償器１６３
にフィードバックして、次の送信フレームの予測バージ
ョンを供給する。
【００１６】しかしながら、加算器１７０からの回復画
像フレームは、ビデオ・エンコーダ１０３で用いるＭＰ
ＥＦ符号化方式によって生じた符号化アーティファクト
によって損なわれている。これらのアーティファクト
は、かかる方式において、ＤＣＴを行い、続いて量子化
を行うことに起因する。具体的には、送信機１０３にお
いて、減算器１１５からの予測誤差信号をプロセッサ１
１９によってＤＣＴ変換し、次いで量子化器１２１によ
って量子化する。プロセッサ１１９からのＤＣＴ係数の
値が比較的小さく、量子化ステップ・サイズが比較的大
きく、送信レートを実際上低下させる場合、係数は全て
ゼロに量子化され得る。これにより、ゼロの予測誤差信
号が受信機１５０に送信される。結果として、受信機１
５０のモーション補償器１６３からの送信フレームの予
測バージョンは補正されず、これによって、「予測符号
化」アーティファクトが生じる。加えて、ブロックを基
本とする周波数変換であるＤＣＴを用いるために、回復
画像フレームには、周知の「ブロック」アーティファク
トも発生する。
像フレームは、ビデオ・エンコーダ１０３で用いるＭＰ
ＥＦ符号化方式によって生じた符号化アーティファクト
によって損なわれている。これらのアーティファクト
は、かかる方式において、ＤＣＴを行い、続いて量子化
を行うことに起因する。具体的には、送信機１０３にお
いて、減算器１１５からの予測誤差信号をプロセッサ１
１９によってＤＣＴ変換し、次いで量子化器１２１によ
って量子化する。プロセッサ１１９からのＤＣＴ係数の
値が比較的小さく、量子化ステップ・サイズが比較的大
きく、送信レートを実際上低下させる場合、係数は全て
ゼロに量子化され得る。これにより、ゼロの予測誤差信
号が受信機１５０に送信される。結果として、受信機１
５０のモーション補償器１６３からの送信フレームの予
測バージョンは補正されず、これによって、「予測符号
化」アーティファクトが生じる。加えて、ブロックを基
本とする周波数変換であるＤＣＴを用いるために、回復
画像フレームには、周知の「ブロック」アーティファク
トも発生する。
【００１７】本発明によれば、加算器１７０からの回復
画像フレームを、符号化整合フィルタ装置１８０によっ
て更に処理し、上述のアーティファクトの影響を低減さ
せる。フィルタ装置１８０は、用いる符号化方式に基づ
いて設計される。この例では、ＤＣＴおよび量子化を伴
う上述のＭＰＥＦ方式に整合されている。具体的には、
加算器１７０からの回復画像フレームを、装置１８０内
のＤＣＴプロセッサ１８３によって処理する。この例で
は、プロセッサ１８３は、回復画像フレームに対し、周
知の８×８ＤＣＴを実行する。しかしながら、当業者
は、好適性は劣るものの、ウオルシュ・アダマール変換
または一次元変換のような他の変換を代わりに実行する
ことを選択し得ることを認めよう。
画像フレームを、符号化整合フィルタ装置１８０によっ
て更に処理し、上述のアーティファクトの影響を低減さ
せる。フィルタ装置１８０は、用いる符号化方式に基づ
いて設計される。この例では、ＤＣＴおよび量子化を伴
う上述のＭＰＥＦ方式に整合されている。具体的には、
加算器１７０からの回復画像フレームを、装置１８０内
のＤＣＴプロセッサ１８３によって処理する。この例で
は、プロセッサ１８３は、回復画像フレームに対し、周
知の８×８ＤＣＴを実行する。しかしながら、当業者
は、好適性は劣るものの、ウオルシュ・アダマール変換
または一次元変換のような他の変換を代わりに実行する
ことを選択し得ることを認めよう。
【００１８】８×８ＤＣＴを実行する際、プロセッサ１
８３は、最初に、回復画像フレームを８画素×８画素の
ブロックに分割する。各ブロックは、フレーム内の１つ
以上の画素に関連付けられている。図２は、かかる１つ
のブロックを２０５で示し、これは、画素Ａ１、Ｂ
１、．．．、およびＨ８を含み、画素Ｄ４とのみ関連付
けられている。プロセッサ１８３は、次いで、ＤＣＴに
従って各ブロックを変換する。例えば、ブロック２０５
の変換バージョンは、例示的にブロック２０７として示
され、ブロック２０５に対応するＤＣＴ係数ａ１、ｂ
１、．．．、およびｈ８を含む。
８３は、最初に、回復画像フレームを８画素×８画素の
ブロックに分割する。各ブロックは、フレーム内の１つ
以上の画素に関連付けられている。図２は、かかる１つ
のブロックを２０５で示し、これは、画素Ａ１、Ｂ
１、．．．、およびＨ８を含み、画素Ｄ４とのみ関連付
けられている。プロセッサ１８３は、次いで、ＤＣＴに
従って各ブロックを変換する。例えば、ブロック２０５
の変換バージョンは、例示的にブロック２０７として示
され、ブロック２０５に対応するＤＣＴ係数ａ１、ｂ
１、．．．、およびｈ８を含む。
【００１９】エンコーダ１０３において量子化ＤＣＴ変
換を伴う上述の符号化方式を実行するので、ブロック２
０７内の非ゼロＤＣＴ係数の最小値は、対応する量子化
閾値Ｑij／２よりも小さいことはあり得ないことがわか
った。対応するＱij／２よりも小さい絶対値を有するブ
ロック２０７の非ゼロＤＣＴ係数は全て、恐らく、ＤＣ
Ｔプロセッサ１１９からのブロック構造のＤＣＴ係数が
帯域制限されている上述の通信チャネルを横断すること
によって生じるエイリアシングによって、誤って生成さ
れたものに違いない。
換を伴う上述の符号化方式を実行するので、ブロック２
０７内の非ゼロＤＣＴ係数の最小値は、対応する量子化
閾値Ｑij／２よりも小さいことはあり得ないことがわか
った。対応するＱij／２よりも小さい絶対値を有するブ
ロック２０７の非ゼロＤＣＴ係数は全て、恐らく、ＤＣ
Ｔプロセッサ１１９からのブロック構造のＤＣＴ係数が
帯域制限されている上述の通信チャネルを横断すること
によって生じるエイリアシングによって、誤って生成さ
れたものに違いない。
【００２０】このため、本発明によれば、ビデオ・デコ
ータ１５０からの上述のＱijに関する情報に応答して、
閾値コントローラ１８５は、絶対値が対応するＱij／２
未満である全てのＤＣＴ係数を切り捨ててゼロにし、送
信情報は何ら失われない。少数の係数を除いたブロック
２０７内の全てのＤＣＴ係数、すなわち、ａ１、ｂ１、
ｃ１、ｄ１、ｅ１、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２、ａ３、ｂ
３、およびａ４を除いた全係数が、各々、対応するＱij
／２よりも小さい絶対値を有すると仮定すると、コント
ローラ１８５は、少数の係数を除いた全ＤＣＴ係数をゼ
ロに置換し、これによって、ブロック２０９を生成す
る。次いで、ＩＤＣＴプロセッサ１８７は、ブロック２
０９に対し逆ＤＣＴを実行し、この結果、画素Ａ１’お
よびＢ１’．．．、およびＨ８’から成るブロック２１
１が得られる。しかしながら、この例では、プロセッサ
１８７の出力は、ブロック２０５に関連した画素Ｄ４に
対応するブロック２１１内の画素Ｄ４’から成る。この
出力が、デコーダ１５０からの回復フレームの画素Ｄ４
を置換する。図２のプロセスを、プロセッサ１８３が分
割したブロックに対して同様に繰り返して、それに関連
した画素を置換する。結果として得られる置換画素を含
むフレームは、回復フレームよりも品質が優れていると
いう利点があり、上述の符号化アーティファクトの影響
が大幅に低下するという効果が得られる。
ータ１５０からの上述のＱijに関する情報に応答して、
閾値コントローラ１８５は、絶対値が対応するＱij／２
未満である全てのＤＣＴ係数を切り捨ててゼロにし、送
信情報は何ら失われない。少数の係数を除いたブロック
２０７内の全てのＤＣＴ係数、すなわち、ａ１、ｂ１、
ｃ１、ｄ１、ｅ１、ａ２、ｂ２、ｃ２、ｄ２、ａ３、ｂ
３、およびａ４を除いた全係数が、各々、対応するＱij
／２よりも小さい絶対値を有すると仮定すると、コント
ローラ１８５は、少数の係数を除いた全ＤＣＴ係数をゼ
ロに置換し、これによって、ブロック２０９を生成す
る。次いで、ＩＤＣＴプロセッサ１８７は、ブロック２
０９に対し逆ＤＣＴを実行し、この結果、画素Ａ１’お
よびＢ１’．．．、およびＨ８’から成るブロック２１
１が得られる。しかしながら、この例では、プロセッサ
１８７の出力は、ブロック２０５に関連した画素Ｄ４に
対応するブロック２１１内の画素Ｄ４’から成る。この
出力が、デコーダ１５０からの回復フレームの画素Ｄ４
を置換する。図２のプロセスを、プロセッサ１８３が分
割したブロックに対して同様に繰り返して、それに関連
した画素を置換する。結果として得られる置換画素を含
むフレームは、回復フレームよりも品質が優れていると
いう利点があり、上述の符号化アーティファクトの影響
が大幅に低下するという効果が得られる。
【００２１】前述の説明は、本発明の原理を例示するに
過ぎない。従って、本明細書中で明示的に図示または記
載されていなくとも、当業者は、本発明の原理を採用
し、従って本発明の精神および範囲内にある多数の構成
を考案することができることが認められよう。
過ぎない。従って、本明細書中で明示的に図示または記
載されていなくとも、当業者は、本発明の原理を採用
し、従って本発明の精神および範囲内にある多数の構成
を考案することができることが認められよう。
【００２２】例えば、開示した実施形態では、本発明に
よる符号化整合フィルタ装置１８０は、通信システム１
００のポストプロセッサとして用いる。しかしながら、
本発明の装置は、システムのプリプロセッサとしても用
い得ることは認められよう。図３は、かかる１つのシス
テムを図示する。装置１８０と同様の符号化整合フィル
タ装置３８０は、ビデオ・エンコーダ１０３の前に、ビ
デオ・ソース１０５からの画像フレームを表すビット・
ストリームを処理する。このシステムでは、装置３８０
の閾値コントローラは、対応するＱij／２閾値よりも振
幅が小さい各画像フレームの全周波数成分を効果的に除
去する。なお、かかる小さい振幅を有する画像フレーム
の周波数成分の大部分は、高周波数のものであることを
注記しておく。高周波数情報は、多くの場合、例えば鋭
いオブジェクト境界を表し、これを除去しても、画像フ
レームに視覚的に大きな影響を与えない。なぜなら、人
の眼は、いずれにせよ画像内のエッジおよび境界に向か
う特定の視覚感度を生来有するからである。装置３８０
によって前処理した画像フレームの送信は、未処理のも
のよりも必要な帯域幅が小さくて済むという利点があ
り、これによって、エンコーダ１０３において用いる量
子化が精密となり、符号化アーティファクトの影響を更
に低減させることができる。量子化ステップ・サイズ・
コントローラ３０３は、利用可能な送信帯域幅によって
可能となるビット・レートに応じて、装置３８０内の閾
値コントローラおよびエンコーダ１０３内の量子化器に
対する値Ｑijを決定する。Ｑijは、かかるビット・レー
トに反比例する。
よる符号化整合フィルタ装置１８０は、通信システム１
００のポストプロセッサとして用いる。しかしながら、
本発明の装置は、システムのプリプロセッサとしても用
い得ることは認められよう。図３は、かかる１つのシス
テムを図示する。装置１８０と同様の符号化整合フィル
タ装置３８０は、ビデオ・エンコーダ１０３の前に、ビ
デオ・ソース１０５からの画像フレームを表すビット・
ストリームを処理する。このシステムでは、装置３８０
の閾値コントローラは、対応するＱij／２閾値よりも振
幅が小さい各画像フレームの全周波数成分を効果的に除
去する。なお、かかる小さい振幅を有する画像フレーム
の周波数成分の大部分は、高周波数のものであることを
注記しておく。高周波数情報は、多くの場合、例えば鋭
いオブジェクト境界を表し、これを除去しても、画像フ
レームに視覚的に大きな影響を与えない。なぜなら、人
の眼は、いずれにせよ画像内のエッジおよび境界に向か
う特定の視覚感度を生来有するからである。装置３８０
によって前処理した画像フレームの送信は、未処理のも
のよりも必要な帯域幅が小さくて済むという利点があ
り、これによって、エンコーダ１０３において用いる量
子化が精密となり、符号化アーティファクトの影響を更
に低減させることができる。量子化ステップ・サイズ・
コントローラ３０３は、利用可能な送信帯域幅によって
可能となるビット・レートに応じて、装置３８０内の閾
値コントローラおよびエンコーダ１０３内の量子化器に
対する値Ｑijを決定する。Ｑijは、かかるビット・レー
トに反比例する。
【００２３】加えて、開示した実施形態では、本発明の
符号化整合フィルタ装置をＭＰＥＧ符号化方式と共に用
いたが、この装置は、ＭＰＥＧ−２方式、モーションＪ
ＰＥＧ方式、ＪＰＥＧ方式等、他の画像符号化方式に整
合させ、これと共に用いることも可能である。
符号化整合フィルタ装置をＭＰＥＧ符号化方式と共に用
いたが、この装置は、ＭＰＥＧ−２方式、モーションＪ
ＰＥＧ方式、ＪＰＥＧ方式等、他の画像符号化方式に整
合させ、これと共に用いることも可能である。
【００２４】最後に、本明細書中では、通信システム１
００は、様々な送信機の機能を別個の機能ブロックによ
って実行する形態として開示した。しかしながら、これ
らの機能のいずれか１つ以上は、それらのブロックのい
ずれか１つ以上の機能、または実際にはそれらの全ての
機能を、例えば１つ以上の適切にプログラムしたプロセ
ッサによって実現する装置において、等しく具現化する
ことができる。
００は、様々な送信機の機能を別個の機能ブロックによ
って実行する形態として開示した。しかしながら、これ
らの機能のいずれか１つ以上は、それらのブロックのい
ずれか１つ以上の機能、または実際にはそれらの全ての
機能を、例えば１つ以上の適切にプログラムしたプロセ
ッサによって実現する装置において、等しく具現化する
ことができる。
【図１】ビデオ画像を通信するための、本発明による通
信システムのブロック図である。
信システムのブロック図である。
【図２】図１のシステムにおいて、回復した画像の品質
を改善するための、本発明による符号化整合フィルタ装
置が実行する後プロセスを示す。
を改善するための、本発明による符号化整合フィルタ装
置が実行する後プロセスを示す。
【図３】本発明による符号化整合フィルタ装置をプリプ
ロセッサとして用いるビデオ・エンコーダを示す。
ロセッサとして用いるビデオ・エンコーダを示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 エリサ ピー． マシューズ
アメリカ合衆国 07060 ニュージャー
シィ，ウォッチュング，エッジモント
ロード 54
(56)参考文献 特開 平６−22288（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H04N 7/24 - 7/68
Claims (38)
- 【請求項１】 符号化プロセスにより以前に符号化され
た復号化画像をフィルタリングするための装置であっ
て、該符号化プロセスが１つもしくは２つ以上の量子化
ステップ・サイズに従って、画像に関する情報を量子化
する処理を含むような装置において、 該画像をそれを表わす複数成分のセットに変換するプロ
セッサであって、該１つもしくは２つ以上の量子化ステ
ップ・サイズが該成分のそれぞれのものと関連づけられ
ているプロセッサと、 該プロセッサに作動的に結合され、該符号化プロセスに
整合した量子化情報を受信し、該複数成分のセットから
１つもしくは２つ以上の選択された成分をとり除くよう
動作するコントローラであって、各選択された成分がそ
れに対応するしきい値を下まわる絶対値を有し、該しき
い値が該選択された成分と関連する量子化情報の関数と
して調節されるようになっているコントローラとを備
え、 該プロセッサと該コントローラは、互いに合同して動作
して、該復号された画像のフィルタリングを実行してそ
の画像品質を改善するようになっていることを特徴とす
る装置。 - 【請求項２】 請求項１の装置において、前記画像がＭ
ＰＥＧ方式に従って符号化される装置。 - 【請求項３】 請求項１の装置において、前記画像が、
ブロックを基本とする周波数変換に従って変換される装
置。 - 【請求項４】 請求項３の装置において、前記ブロック
を基本とする周波数変換が離散コサイン変換（ＤＣＴ）
を含む装置。 - 【請求項５】 請求項１の装置において、前記少なくと
も１つの量子化ステップ・サイズが時間と共に変化する
装置。 - 【請求項６】 請求項１の装置において、前記しきい値
が、前記関連した量子化ステップ・サイズの半分に等し
い装置。 - 【請求項７】 請求項１の装置において、前記プロセッ
サが前記コントローラを含む装置。 - 【請求項８】 選択されたセットの周波数成分により表
わされる少なくとも１つの送信用の画像を処理するため
の装置であって、 該画像を符号化する前に該画像を修正するプロセッサで
あって、修正された画像が第２のセットの周波数成分に
より表わされ、該第２のセット中の各周波数成分が該選
択されたセットに包含されているようなプロセッサと、 該プロセッサに作動的に結合され、該画像を符号化する
ための後続の符号化プロセスに整合する量子化情報を受
信し、および１つもしくは２つ以上の量子化ステップ・
サイズに従って該修正された画像に関する選択された情
報を量子化する量子化器であって、該１つもしくは２つ
以上の量子化ステップ・サイズのうちの１つが該第２の
セット中の周波数成分のそれぞれのものと関連づけら
れ、該第２のセット中の各非ゼロ周波数成分がそれに対
応する少なくともしきい値に等しい絶対値を有し、該し
きい値が該非ゼロ周波数成分と関連づけられた量子化情
報の関数として調節されるようになっている量子化器と
を備え、 該プロセッサと該量子化器は、互いに合同して動作し、
該修正された画像を発生するに際して該画像のフィルタ
リングを実行するようになっていることを特徴とする装
置。 - 【請求項９】 請求項８の装置において、前記選択され
た情報が、前記修正された画像とその予測バージョンと
の差を示す予測誤差情報を含む装置。 - 【請求項１０】 請求項９の装置において、前記予測誤
差情報が、これを表すＤＣＴ係数を含む装置。 - 【請求項１１】 請求項８の装置において、前記量子化
器が線形量子化器である装置。 - 【請求項１２】 請求項８の装置において、前記少なく
とも１つの量子化ステップ・サイズが時間と共に変化す
る装置。 - 【請求項１３】 請求項８の装置において、前記しきい
値が、前記関連した量子化ステップ・サイズの半分に等
しい装置。 - 【請求項１４】 符号化プロセスにより符号化された少
なくとも１つの画像に関する情報を受信するための装置
であって、 １つもしくは２つ以上の量子化ステップ・サイズに従っ
て、該受信情報の少なくとも一部を逆量子化する逆量子
化器を含む、該画像を復元するための受信機と、 該受信機に作動的に結合され、該符号化プロセスに整合
する量子化情報を受信し、および該復元された画像から
その画像の選択された周波数成分をとり除くことにより
該復元された画像をフィルタリングするコントローラで
あって、各選択された周波数成分が該１つもしくは２つ
以上の量子化ステップ・サイズのそれぞれのものと関連
づけられ、各選択された周波数成分がそれに対応するし
きい値を下まわる絶対値を有し、該しきい値が該選択さ
れた周波数成分と関連づけられた量子化情報の関数とし
て調節されるようになっているコントローラと、を備え
ることを特徴とする装置。 - 【請求項１５】 請求項１４の装置において、前記受信
された情報の前記少なくとも一部が、前記画像とその予
測バージョンとの差を示す予測誤差情報を含む装置。 - 【請求項１６】 請求項１４の装置において、前記選択
された周波数成分が、ＤＣＴ係数によって表される装
置。 - 【請求項１７】 請求項１４の装置において、前記復元
された画像が複数の画素を含み、前記コントローラが、
前記復元された画像を複数のブロックに分割するプロセ
ッサを含み、各ブロックが所定数の画素を含む装置。 - 【請求項１８】 請求項１７の装置において、各ブロッ
クが、前記ブロック内の１つ以上の前記画素に関連付け
られている装置。 - 【請求項１９】 請求項１８の装置において、前記プロ
セッサが各ブロックを処理し、１つ以上の画素を発生し
て、前記ブロックに関連付けられた前記１つ以上の画素
をそれぞれ置換する装置。 - 【請求項２０】 請求項１９の装置において、前記発生
された１つ以上の画素が、前記修正され復元された画像
を構成する装置。 - 【請求項２１】 符号化プロセスにより以前に符号化さ
れた復号化画像をフィルタリングする方法であって、該
符号化プロセスが１つもしくは２つ以上の量子化ステッ
プ・サイズに従って該画像に関する情報を量子化する処
理を含むような方法において、 該画像を、それを表わす複数の成分のセットに変換する
ステップであって、該１つもしくは２つ以上の量子化ス
テップ・サイズのうちの１つが、該成分のそれぞれのも
のと関連づけられているステップと、 該符号化プロセスに整合する量子化情報であって、該成
分の各々と関連づけられた量子化ステップ・サイズを含
む量子化情報を受信するステップと、 複数成分のセットから１つもしくは２つ以上の選択され
た成分をとり除くステップであって、各選択された成分
が、それに対応するしきい値を下まわる絶対値を有し、
該しきい値が該選択された成分と関連する量子化情報の
関数として調節され、これにより改善された画像品質を
有するフィルタリングされた復号化画像が形成されるス
テップと、を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２２】 請求項２１の方法において、前記画像
がＭＰＥＧ方式に従って符号化される方法。 - 【請求項２３】 請求項２１の方法において、前記画像
がブロックを基本とする周波数変換に従って変換される
方法。 - 【請求項２４】 請求項２３の方法において、前記ブロ
ックを基本とする周波数変換がＤＣＴを含む方法。 - 【請求項２５】 請求項２１の方法において、前記少な
くとも１つの量子化ステップ・サイズが時間と共に変化
する方法。 - 【請求項２６】 請求項２１の方法において、前記しき
い値が、前記関連した量子化ステップ・サイズの半分に
等しい方法。 - 【請求項２７】 選択されたセットの周波数成分により
表わされる送信用の少なくとも１つの画像を処理するた
めの方法であって、 該画像を符号化する前に該画像を修正するステップであ
って、該修正された画像が第２のセットの周波数成分に
より表わされ、該第２セット中の各周波数成分が該選択
されたセットに包含されているようなステップと、 該画像を符号化するための後続の符号化プロセスに整合
する量子化情報であって、該周波数成分の各々と関連づ
けられる量子化ステップ・サイズを含む量子化情報を受
信するステップと、 １つもしくは２つ以上の量子化ステップ・サイズに従っ
て、該修正された画像に関する選択された情報を量子化
するステップであって、該１つもしくは２つ以上の量子
化ステップ・サイズが該第２のセット中の周波数成分の
それぞれのものと関連づけられ、該第２のセット中の各
非ゼロ周波数成分がそれに対応する少なくともしきい値
に等しい絶対値を有し、該しきい値が該非ゼロ周波数成
分と関連する量子化情報の関数として調節されるように
なっているステップと、を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項２８】 請求項２７の方法において、前記選択
された情報が、前記修正された画像とその予測バージョ
ンとの差を示す予測誤差情報を含む方法。 - 【請求項２９】 請求項２８の方法において、前記予測
誤差情報が、これを表わすＤＣＴ係数を含む方法。 - 【請求項３０】 請求項２７の方法において、前記少な
くとも１つの量子化ステップ・サイズが時間と共に変化
する方法。 - 【請求項３１】 請求項２７の方法において、前記しき
い値が、前記関連した量子化ステップ・サイズの半分に
等しい方法。 - 【請求項３２】 符号化プロセスにより符号化された、
複数成分のセットにより表わされる少なくとも１つの画
像に関する情報を受信するための方法であって、 該画像を復元するステップと、 １つもしくは２つ以上の量子化ステップ・サイズに従っ
て、該受信された情報の少なくとも一部を逆量子化する
ステップと、 該符号化プロセスに整合する量子化情報を受信するステ
ップであって、該量子化情報が該成分の各々と関連づけ
られた量子化ステップ・サイズを含むようなステップ
と、 該復元された画像から、その画像の１つもしくは２つ以
上の選択された周波数成分をとり除くことによって該復
元された画像をフィルタリングするステップであって、
各選択された周波数成分が該１つもしくは２つ以上の量
子化ステップ・サイズのそれぞれのものと関連づけら
れ、各選択された周波数成分がそれに対応するしきい値
を下まわる絶対値を有し、該しきい値が該選択された周
波数成分に関連した量子化情報の関数として調節される
ようになっているステップと、を含むことを特徴とする
方法。 - 【請求項３３】 請求項３２の方法において、前記受信
情報の前記少なくとも一部が、前記画像とその予測バー
ジョンとの差を示す予測誤差情報を含む方法。 - 【請求項３４】 請求項３２の方法において、前記選択
された周波数成分が、ＤＣＴ係数によって表される方
法。 - 【請求項３５】 請求項３２の方法において、前記復元
された画像が複数の画素を含み、前記方法が、更に、前
記復元された画像を複数のブロックに分割するステップ
を含み、各ブロックが所定数の画素を含む方法。 - 【請求項３６】 請求項３５の方法において、各ブロッ
クが、前記ブロック内の１つ以上の前記画素に関連付け
られている方法。 - 【請求項３７】 請求項３６の方法であって、更に、各
ブロックを処理し、１つ以上の画素を発生して、前記ブ
ロックに関連付けられた前記１つもしくは２つ以上の画
素をそれぞれ置換するステップを含む方法。 - 【請求項３８】 請求項３７の方法において、前記発生
された１つもしくは２つ以上の画素が、前記修正され復
元された画像を構成する方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/141,949 US6459731B1 (en) | 1998-08-28 | 1998-08-28 | Technique for video communications using a coding-matched filter arrangement |
| US09/141949 | 1998-08-28 |
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|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24067999A Expired - Fee Related JP3532470B2 (ja) | 1998-08-28 | 1999-08-27 | 符号化整合フィルタ装置を用いたビデオ通信のための技法 |
Country Status (6)
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|---|---|
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| EP (1) | EP0987901A3 (ja) |
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| KR (1) | KR20000017586A (ja) |
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Families Citing this family (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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