JP4067579B2 - ビデオ信号符号化システム - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えばテレビジョン信号のようなビデオ信号を符号化する装置に関する。特に、本発明は分割されたデータを符号化するシステムのリセット機能を制御する装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
伝送用の高精細度ディジタルビデオデータを符号化する処理において、ビデオデータは圧縮され、符号化された層状符号化フォーマットで伝送される。層状フォーマットには、データの区切りを識別するヘッダデータが組み込まれており、伝送中にデータが失われると、受像機は受信したデータ・ストリーム内に適正な再エントリポイントを見つけることができる。符号化されたビデオデータをトランスポートブロックで構成することにより、受像機でサービスの中断または混乱の原因となるデータの喪失または劣化を特別に防ぐことができる。トランスポートブロックは、ビデオデータの比較的小さい部分を識別する付加的なヘッダデータを含んでいる。有利なことに、ヘッダデータはそれぞれのトランスポートブロック内の再エントリポイントを表示するポインタを含めることもできる。
【０００３】
ビデオデータは、ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ ＥｘｐｅｒｔＧｒｏｕｐ ｏｆ ｔｈｅ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｎａｌ ＳｔａｎｄａｒｄｓＯｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）フォーマットあるいはこれと類似のフォーマットのように、種々の方法で圧縮される。ＭＰＥＧは国際標準化機構（ＩＳＯ）により確立されている標準化された符号化フォーマットである。基準は、１９９１年１１月２３日に改訂された“ＩＳＯ／ＩＥＣ ＤＩＳ １１１７２ディジタル記憶メディアのための動画とそれに関連するオーディオの符号化”という文書に述べられており、この文書は一般的な符号フォーマットの説明の参考として本文中に取り入れられている。ＭＰＥＧと類似の処理、および関連するヘッダを備えたビデオデータトランスポートブロックを有利に使用して高精細度テレビジョン信号を処理するシステムは、“符号化ビデオ信号を伝送用に分割する装置”という名称の米国特許第５，１６８，３５６号に述べられている。この発明による装置では、トランスポート処理回路を使用して、データワードをデータパケットの形にし、データパケットはトランポートブロックを構成する。またトランポート処理回路は必要とされるヘッダを発生し、ヘッダを適当なトランスポートブロックと合成する。
【０００４】
【発明の概要】
トランポート処理回路および関連する信号処理装置をリセットする処理は慎重な考慮に価することがここに認識される。特に、システムが（全体的な）リセット処理を受けている間に外来信号がシステムを通過していることが認識される。この状態では、トランポートヘッダおよび合成されたトランポートヘッダ／トランスポートブロックの組み合わせの発生に支障を生じる危険が増大する。開示されたリセット装置の目的は、例えば、ヘッダが外来データと合成されず有効なデータワードと正しく合成される、換言すれば、データワードが外来のヘッダビットと合成されず、有効な関連ヘッダと正しく合成されるようにすることである。
【０００５】
この目的のために、本発明の原理に従って、分割された符号化ビデオデータを処理するシステムはリセット装置を含んでおり、該リセット装置により、信号処理要素は予め定められた非同時的シーケンスでそれぞれのリセット状態を呈するようになる。開示された好ましい実施例において、リセット装置は、システムのリセット状態の後に、リセットシステム構成要素を段階的に、あるいは時差をつけて、解放する。段階的なリセット解除動作は、ＭＰＥＧ符号化データのような有効データがデータラインを通過しているのを感知された時に開始される。
【０００６】
【実施例】
本発明に従うリセット装置は、“伝送のために符号化ビデオ信号を分割する装置”という名称の、エイ．エイ．アカンポラ（Ａｃａｍｐｏｒａ）氏外の米国特許第５，１６８，３５６号に述べられている。ＭＰＥＧと類似の原理を使用する高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）符号化システムに関連して説明される。このようなシステムのいくつかの特徴については、図４、図４のＡとＢ、図５および図６に関連して説明する。
【０００７】
図１において、リセット装置１１０は開始状態装置１１１を含んでおり、装置１１１は複数の入力信号に応答して、出力ＲＥＳＥＴ ＲＬＳ（リセット解除）信号をＤ型フリップフロップ１１２に供給し、フリップフロップ１１２はシフトレジスタ１１４の入力（ＩＮ）に信号を供給する。システムリセット信号ＳＹＳＲＥＳＥＴが現れると、システム全体のリセットシーケンスが開始される。この信号は、状態装置１１１を初期設定し、フリップフロップ１１２とシフトレジスタ１１４をクリアする。クリアされたシフトレジスタ１１４はその４個のＱ出力ＱＤ，ＱＥ，ＱＪ，ＱＫにおいて論理“低”の信号を発生する。これらは信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４として供給され、図３に見られるように、システム構成要素の入力をリセットする。最初、これらの論理“低”の信号は、それぞれ結合されているシステム構成要素をリセットする。フリップフロップ１１２はこのリセット状態を維持し、状態装置１１１に供給される複数の入力信号の或る特性に応答して状態装置１１１がリセット解除出力信号ＲＥＳＥＴ ＲＬＳを発生するまで、シフトレジスタ１１４のＱ出力は論理“低”（リセット）状態に留まっている。
【０００８】
特に状態装置１１１はビットの長さがＬＥＮＧＴＨ信号により表示される信号ＰＳＣ，ＴＲＥＦ，ＰＣＴ，ＢＦ，および初期設定された後に入力信号ＬＥＮＧＴＨ，ＰＳＩ，ＨＬＩ，ＢＩＴ３０から成る定められたシーケンスに応答するようブログラムされる。これらの信号はＭＰＥＧ符号化手順に従って発生され、１つはＭＰＥＧビデオ信号圧縮ハードウェアにより発生される。ＬＥＮＧＴＨ信号は可変長の符号ワードと一致する並列ワードであり、それらの符号ワードのビットの長さを表す。ＰＳＩ（Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｓｔａｒｔ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ：画像開始表示）信号は１ビットの論理“高”のフラグであり、ＰＳＣ（Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｓｔａｒｔ Ｃｏｄｅｗｏｒｄ：画像開始符号ワード）信号が（図５に見られるように、例えばＩフレーム、ＰフレームまたはＢフレームに対し）可変長符号ワード母線上に存在している１クロック期間中有効である。ＨＬＩ信号は高／低の優先順位表示信号であり、論理“高”の持続期間中、高い優先順位処理回路により処理される符号ワードストリーム中の高い優先順位データの存在を表示する。換言すれば、ＨＬＩ信号の論理“低”は、論理“低”の持続期間中、低い優先順位処理回路により処理される低い優先順位データの存在を表示する。本明細書では、低い優先順位と標準の優先順位は同じ意味である。３２ビットＭＰＥＧ可変長符号化データワード中のＢＩＴ３０はＩフレームの開始を識別するために使用される。Ｉフレームは、１グループの画像を開始するので重要である。ＴＲＥＦ信号はＭＰＥＧの時間的基準であり、表示順に入力画像に割り当てられた、符号のない整数であり、これによってデコーダは画像のフィールド／フレームを伝送の順序から元の順序に配列し直す（すなわち、図４のＢのフィールド／フレーム型式を本来の図４のＡの型式に順序を配列し直す）ことができる。ＰＳＣ（Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｓｔａｒｔ Ｃｏｄｅ）はＭＰＥＧ画像開始符号であり、続いて来るデータは画像フレームを含んでいることをデコーダに伝える。ＰＣＴ（Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｃｏｄｉｎｇ Ｔｙｐｅ）は画像符号化型式であり、これによってデコーダは、画像が、内部符号化画像（Ｉ）であるか、予測符号化画像
（Ｐ）であるか、あるいは２方向に予測符号化画像（Ｂ）であるか識別する。ＢＦ（Ｂｕｆｆｅｒ Ｆｕｌｌｎｅｓｓ）はＭＰＥＧバッファ充満（ＢｕｆｆｅｒＦｕｌｌｎｅｓｓ）符号ワード（現代用語：ｖｉｒｔｕａｌ ｂｕｆｆｅｒ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｄｅｌａｙと同じ意味）であり、バッファがオーバフローしたりアンダフローしたりしないようにするために、復号の開始時にデコーダのバッファの最初の占有を設定するのに使用される。
【０００９】
状態装置１１１からのリセット解除出力信号は、状態装置１１１が図２のａに示す信号シーケンスを４クロックサイクルに亘って検出すると現れる。これらのクロックサイクルのうちの第１のサイクルの間、ＬＥＮＧＴＨ信号は３２ビットの画像開始符号（ＰＳＣ）の存在を表示する。これと同時に、画像開始符号表示（ＰＳＩ）信号、高い優先順位表示（“高”論理レベルＨＬＩ）信号、および任意のＢＩＴ３０論理値が現れる。第２のクロックサイクルの間、ＬＥＮＧＴＨ信号は１０ビットの時間的基準（ＴＲ）信号の存在を表示し、そのあとに高い優先順位表示（“高”論理レベルＨＬＩ）信号および任意ＢＩＴ３０論理値が続く。次のクロックサイクルでは、ＬＥＮＧＴＨ信号は３ビットの画像符号型式（ＰＣＴ）信号の存在を表示する。この信号のあとに、高い優先順位表示信号およびＢＩＴ３０“低”論理値が続く。第４の、またこのシーケンスの最後のクロックサイクルではＬＥＮＧＴＨ信号は１６ビットのバッファ充満（ＢＦ）信号の存在を表示し、このあとに高い優先順位表示信号および任意のＢＩＴ３０論理レベルが続く。４個の信号から成るこのシーケンスが感知されると、状態装置１１１によりＲＥＳＥＴ ＲＬＳ信号が発生され、それによって、フリップフロップ１１２の出力は、論理“高”状態に置かれる。この論理“高”状態のため、シフトレジスタ１１４のＱ出力は、先に存在している論理“低”のリセット状態から論理
“高”のリセット解除状態に状態を変える。リセット解除状態は、システム構成要素間のクロック遅延のような、システムの特性および要求に応じて、段階的または時差的にシフトレジスタ１１４のＱ出力において順次に現れるようにタイミングを調節されている。信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４が呈するリセット解除状態の間隔はシフトレジスタの出力タップＱの間隔により決定される。ここで述べたリセット／リセット解除処理は、時刻Ｔ０で起こるＳＹＳ ＲＥＳＥＴパルス
（図２のａ）の最初の（下降する）エッジに対応して開始される。このリセット／解除処理は、画像グループのシーケンスが始まるまでは開始されない。信号ＰＳＣ，ＴＲＥＴ，ＰＣＴおよびＢＦは、ＰＣＴが内部符号化フレームを特に表示する場合、各画像グループと共に再び発生する。
【００１０】
図２のａに示す信号シーケンスは、画像グループ内の１フレームの存在を表示しているので重要である。１フレームは、図４のＡ、Ｂおよび図５により理解されるように、１グループの画像フレームの初めに、符号化された実際の（予測されたものでない）画像を表わしている。従って、Ｉフレームデータの存在は、リセット解除処理を開始するのに使用する代表的有効データとして選択される。Ｉフレームの始まりは、３２ビットのＭＰＥＧ可変長符号化（ＶＬＣ）データワードのＢＩＴ３０により、はっきりと表示される。このようなＭＰＥＧ符号化データワードの第２９，３０および３１ビットは、Ｉ，ＰまたはＢフレームを表示する画像符号型式データを形成する。Ｉ，ＰおよびＢフレームに対し、これらのビットはそれぞれ２進値１００，０１０および１１０を表わす。
【００１１】
この例では、図２のａにおける可変長符号化データワードＰＳＣ，ＴＲＥＦ，ＰＣＴおよびＢＦのシーケンスは連続的であり、例えば、これらのワード間に介在するゼロの長さはない。しかしながら、これは重要なことではない。介在するゼロの長さは許容されるからである。例えば、与えられた例において、状態装置は画像開始符号ワードの獲得と共に始まるリセット動作に対し探索シーケンスを開始する。ＭＰＥＧ画像グループ開始符号ワードで探索シーケンスを開始することにより、より強さが達成される。
【００１２】
リセット／リセット解除動作のタイミングを図２のｂの波形で示す。シフトレジスタ１１４がＳＹＳ ＲＥＳＥＴ信号に応答してクリアされると、リセット制御信号Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は時刻Ｔ０において論理“低”のリセット状態を同時に呈する。その結果、時刻Ｔ１において、状態装置１１１はＲＥＳＥＴ ＲＬＳ信号を発生する（下降エッジ遷移）。その後、信号Ｒ１−Ｒ４は時刻Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５においてそれぞれ論理“高”のリセット解除状態を順次に呈する。このため、関連する信号処理要素は正しい順序で動作を開始し、図３により理解できるように、トランスポートブロックを正しく発生する。
【００１３】
この例では、時刻Ｔ１でＲＥＳＥＴ ＲＬＳ制御信号が現れてから５クロックサイクル後に、時刻Ｔ２で第１のリセット解除（Ｒ１）が起こる。この遅延により、状態装置１１１により感知されるすべての信号成分はそれぞれのデータ母線内にあって処理されるのを待っている。リセット解除Ｒ２はリセット解除Ｒ１に対して１クロックサイクル遅延しており（Ｔ３−Ｔ２）、リセット解除Ｒ３はリセット解除Ｒ２に対して５クロックサイクル遅延しており（Ｔ４−Ｔ３）、リセット解除Ｒ４はリセット解除Ｒ３に対して１クロックサイクル遅延している（Ｔ５−Ｔ４）。
【００１４】
図３は、可変長符号化ＨＤＴＶビデオデータを処理するためのトランスポート処理回路３００（例えば、図４における装置４１２）の部分、図１に関して述べたリセット制御装置１１０および、長さ分離／復号化装置３１０を示す。装置３１０は図４のシステムでは順位選択器４１１の中に含められる。ＩＮＰＵＴデータは、ＭＰＥＧ可変長符号ワード、またとりわけ、図２のａに関して述べた信号のような、複数のデータ成分を含んでいる。可変長符号ワード（ＶＬＣ）を含む装置３１０からの出力データはデータパッカー３１６に供給される。装置３１０からデータ制御器３１２に供給される別のグループの出力データには、高い優先順位（ＨＰ）および標準の優先順位（ＳＰ）可変長符号ワードに関するデータ、およびそれぞれの高い優先順位および標準の優先順位データの始まりを表示するデータが含まれている。装置３１０からトランスポートヘッダ発生器３１４に供給される更に別のグループのデータには、フレーム型識別情報、動きベクトル、画像開始、記録ヘッダおよびマクロブロック表示データが含まれている。
【００１５】
データ制御器３１２は、３２ビットのデータワードの完成、並びに９６０ビットのデータパケット（１データパケットにつき３０ワード）の完成を確かめるために、ワード長データの蓄積を追跡する。データパッカー３１６に供給されるＶＬＣの適正な連結を確実にするために、ワードアドレスはデータパッカー３１６に送られる。また制御器３１２は、高い優先順位および標準の優先順位パケットの完成を追跡する。ビットおよびワード計数処理は、画像グループ開始の表示データの出現により初期設定され、表示データは、制御器３１２およびパッカー３１６における蓄積器をリセットする。また制御器３１２は、高い優先順位および標準の優先順位制御データをヘッダ発生器３１４に供給する。このデータには、制御器３１２に供給される高い優先順位および標準の優先順位表示データに応答して、最初に現れる高い優先順位および標準の優先順位データのパケット内のビット位置に関する情報が含まれている。このデータは、ヘッダとトランスポートブロックの、パックされたデータを整合させるために、エントリポイントとしてヘッダ発生器３１４に供給される。
【００１６】
３２ビット母線上で装置３１０からデータパッカー３１６に供給される可変長符号ワードは、制御器３１２からの制御信号の監督の下に、パッカー３１６により処理されてそれぞれ３２ビットの高い優先順位ワードおよび標準の優先順位ワードになる。最終的ＭＰＥＧ直列伝送順序に適応するように連結がなされ、パッカー３１６からのパックされたデータは、パックされたデータ／ヘッダ合成器３２０に可変ワード速度で送られる。入力信号中にグループ開始の表示データが存在するとデータパケットが始まる。その後のパケットは画像グループ内のデータから分割される。典型的にはこのようなパケットはすべて、パックされた３０のワードが伝送されてしまうと、完成する。
【００１７】
トランポートヘッダ発生器３１４は、制御器３１２内の蓄積器をリセットするグループ開始表示データの出現により初期設定されるビット蓄積処理を通して、高い優先順位および標準の優先順位パケットの完成を監視する。トランスポートヘッダを形成するには、スライスの計数に使用される記録ヘッダ表示データ、マクロブロックの計数に使用されるマクロブロックアドレス増分表示データ、またフレームの計数に使用される画像開始表示データの知識、およびパケット形成の間に決定される高い優先順位および標準の優先順位データのエントリポイントについての知識が必要である。画像スライス、マクロブロックおよびフレームについては図５に関して述べる。データパケットに対しエントリポイントが確立されると、高い優先順位および標準の優先順位データのためのトランポートヘッダデータが合成器３２０に送られる。
【００１８】
パックされたデータワードは、ワードが得られる時はいつでも、パッカー３１６から合成器３２０内のＦＩＦ０蓄積装置に送られる。同様に、トランポートヘッダは、ヘッダが得られる時はいつでも、ヘッダ発生器３１４から合成器３２０内のＦＩＦ０蓄積装置に送られる。典型的な３０ワードデータパケットの場合、３０個のデータワードが送られた後に、最終ワード信号により、合成器３２０は関連するヘッダを獲得する。トランスポートヘッダは、ヘッダで説明されるデータパケットより先にレートバッファ（図４のバッファ装置４１３および４１４）に送られる。合成器３２０内のＨＰ（高い優先順位）およびＳＰ（標準の優先順位）処理回路はそれぞれデータＦ１Ｆ０蓄積装置、ヘッダＦＩＦ０蓄積装置および関連するタイムマルチプレクサ（ＭＵＸ）を含んでいる。ＭＵＸはヘッダＦＩＦ０蓄積装置からヘッダを選び、ヘッダをバッファに送ってから、関連するデータはデータＦＩＦ０蓄積装置から選ばれてバッファに送られる。
【００１９】
図３に示す装置のリセット状態は、リセット制御装置１１０からの出力信号Ｒ１−Ｒ４により制御される。これについては図１および図２に関して述べた。リセット装置１１０に供給されるＳＹＳ ＲＥＳＥＴ入力信号は、手動状態に応じて、またはシステムが最初に起動される時あるいは誤りが検出される時には自動的に発生される。制御信号Ｒ１−Ｒ４で可能とされるリセット／解除動作の中には以下のものがある。装置３１０に供給されるリセット制御信号Ｒ１により、フリップフロップのようなリセット可能な要素は所望の初期状態を呈する。ヘッダ発生器３１４に供給される制御信号Ｒ１は、フレーム、スライスおよびマクロブロックカウンタを初期設定し、回路を解放して、ヘッダデータの書込みと読出しを可能にする。データパッカー３１６に供給される制御信号Ｒ２は、データワードを正しい順序でパックするのに使用され、またパックされたデータの書込みを許す回路を解放するのに使用されるバレルシフタアドレス回路をリセットする。合成器３２０に供給される制御信号Ｒ３は、関連するトランスポートヘッダＦＩＦ０蓄積装置を、解放されて動作するまで、クリアされた状態に保つ。制御信号Ｒ４は合成器３２０内のデータＦＩＦ０蓄積装置に関して同じ様な機能を行う。図２のｂから分るように、ヘッダＦＩＦ０蓄積装置が信号Ｒ３により解放されてから、データＦＩＦ０蓄積装置が信号Ｒ４により解放される。制御信号Ｒ１−Ｒ４により実行されるリセット解除シーケンスにより、ヘッダが識別するパックされたデータとヘッダは正しく関連づけられる。特に、トランスポートヘッダ発生器は初期設定され、ヘッダは書き込まれ、データアドレスはリセットされ、データは正しい順序でパックされ、パックされたデータは書き込まれ、ヘッダＦＩＦ０蓄積装置が解放された後に、パックされたデータＦＩＦ０蓄積装置は解放されて、ヘッダはあとに続くデータに対して標準が整う。従って、リセット／リセット解除操作で、所望の信号処理シーケンスを可能にし、トランポートブロックのヘッダ／データが形成される。
【００２０】
リセット／解除のシーケンスは、図７のトランスポートブロックを簡単に調べて更に説明する。特に、トランポートヘッダは、エントリの識別用に指定された部分と、トランスポートパケット内のパックされた特定の符号ワードのポインタ用に指定された部分を備えている。エントリの識別は、トランスポートセル内のデータの時間的および空間的な面に関する。特定の符号ワードがパックされようとする時はいつでも、ポインタが形成さける。従って、そのような特定の符号ワードはトランスポートセルの初めにパックされるが、最初の３２ビットデータワードを満たすには長さが不十分であることがある。従って、ヘッダは、データワードより先に作られて、最初に記録されなければならない。もし１つまたはそれ以上のデータワードが発せられた後にその特定の符号ワードが生じて、ヘッダよりも先にデータワードが備えられるならば、そのようなワードは、ヘッダが形成されるまで、データワードＦＩＦ０蓄積装置でバッファされる。しかしながら、前述の事態を防止するために、ヘッダ回路は最初に解放されなければならない。さらに、符号ワードがデータパッカに現れるとエントリポインタが形成されるので、ヘッダは最初に放出されなければならない。
【００２１】
本発明を使用する例示的ＨＤＴＶ信号処理システムは、毎秒５９．９４フレームで１０５０本のラインの２対１インタレース信号を処理する。公称有効画像は各１４４０ピクセルから成る９６０ラインを有し、アスペクト比は１６×９である。この信号は、６ＭＨｚ伝送帯域内で周波数多重化される３２−ＱＡＭ（直交振幅変調）された搬送波を使用して伝送される。映像、音声および補助データを含む、公称総ビットレートは２６−２９Ｍｂｐｓである。
【００２２】
ビデオ信号は、ＭＰＥＧと類似のフォーマットに従って最初に圧縮される。その後、ＭＰＥＧタイプの信号の符号ワードが、それぞれの符号ワードのタイプの相対的な重要性に応じて、２つのビット・ストリームに分解される。この２つのビット・ストリームは独立に処理されて、誤り訂正付加ビットを加え、次いで、それぞれの搬送波はＱＡＭ変調され、伝送用に合成される。重要性が相対的に高いビット・ストリームは、高い優先順位（ＨＰ）チャネルと称され、重要性が相対的に低いビット・ストリームは、より低い標準の優先順位（ＳＰ）チャネルと称される。高い優先順位チャネルは、標準の優先順位チャネルの約２倍の電力で伝送される。高い優先順位と標準の優先順位の情報比はほぼ１対４である。
【００２３】
図４は、本発明に従う装置を使用する例示的ＨＤＴＶ符号化／復号化システムを示す。図４に示すシステムは１つのビデオ入力信号を処理しているが、ルミナンス成分とクロミナンス成分は別々に処理され、ルミナンスの動きベクトルは圧縮されたクロミナンス成分を発生するのに使用されることを理解すべきである。圧縮されたルミナンス成分とクロミナンス成分はインタリープされて、符号ワード順位分析前に、マクロブロックを形成する。
【００２４】
図４のＡに示す画像フィールド／フレームのシーケンスは回路４０５に加えられ、回路４０５はこのフィールド／フレームのシーケンスを図４のＢに従って再配列する。再配列されたシーケンスは圧縮器４１０に加えられ、圧縮器４１０はＭＰＥＧと類似したフォーマットに従って符号化されるフレームの圧縮されたシーケンスを発生する。このフォーマットは階層的であり、図６に省略した形で示されている。
【００２５】
ＭＰＥＧ階層フォーマットは複数の層を含んでおり、各層はそれぞれのヘッダ情報を有する。通常、各ヘッダは開始符号、それぞれの層に関連するデータ、およびヘッダを拡張する手段を含んでいる。ヘッダ情報の多くは（参照されたＭＰＥＧ書類に示されているように）、ＭＰＥＧシステム環境内で同期をとるために必要とされる。ディジタルＨＤＴＶ同時放送システム用の圧縮されたビデオ信号を供給するために、説明的なヘッダ情報のみが必要とされる。符号化されたビデオ信号のそれぞれの層を図５に示す。
【００２６】
このシステムにより発生されるＭＰＥＧに類似した信号に言及する際に意図することは、（ａ）ビデオ信号の連続的な画像フィールド／フレームがＩ，Ｐ，Ｂ符号化シーケンスに従って符号化されること、および（ｂ）画像レベルの符号化されたデータが、ＭＰＥＧと類似のスライスまたはブロックのグループで符号化されることである。この場合、１フィールド／フレーム当りのスライスの数は異なり、また１スライス当りのマクロブロックの数も異なる、Ｉ符号化フレームはフレーム内圧縮されており、画像を再生するのに、Ｉフレームの圧縮されたデータのみが必要とされる。Ｐ符号化フレームは、フォーワード動き補正予測法に従って符号化される。すなわち、Ｐフレーム符号化データは、現フレームおよび現フレームの前に起こるＩまたはＰフレームから発生される。Ｂ符号化フレームは２方向に動き補正される予測法に従って符号化される。Ｂ符号化フレームデータは、現フレームおよび現フレームの前と後に起こるＩおよびＰフレームから発生される。
【００２７】
このシステムの符号化された出力信号は、フィールド／フレームのグループ、あるいはボックス列Ｌ１で示す画像グループ（Ｇｒｏｕｐ ｏｆ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ：ＧＯＰ）に分割される（図６参照）。各ＧＯＰ（Ｌ２）はヘッダを含んでおり、そのあとに分割された画像データが続く。ＧＯＰヘッダは、水平／垂直画像サイズに関するデータ、アスペクト比、フィールド／フレームレート、ビットレートなどを含んでいる。
【００２８】
画像データ（Ｌ３）は、それぞれの画像フィールド／フレームに対応し、画像ヘッダを含んでおり、そのあとにスライスデータ（Ｌ４）が続く。画像ヘッダはフィールド／フレーム番号および画像符号のタイプを含んでいる。各スライス
（Ｌ４）は、スライスヘッダと、それに続いて、複数のデータブロックＭＢｉを含んでいる。スライスヘッダはグループ番号と量子化パラメータを含んでいる。
【００２９】
各ブロックＭＢｉ（Ｌ５）はマクロブロックを表わし、ヘッダと、それに続いて、動きベクトルおよび符号化された係数を含んでいる。ＭＢｉヘッダはマクロブロックアドレス、マクロブロックのタイプおよび量子化パラメータを含んでいる。符号化された係数は層Ｌ６に示されている。各マクロブロックは６個のブロック（４個のルミナンスブロック、１個のＵクロミナンスブロック、１個のＶクロミナンスブロック）を含んでいる（図５を参照）。１つのブロックはピクセルのマトリクス、例えば８×８を表わし、これに関して、離散余弦変換（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：ＤＣＴ）が行われる。４個のルミナンスブロックは、例えば１６×１６ピクセルマトリクスを表わす、隣接するルミナンスブロックの２×２マトリクスである。クロミナンス（ＵおよびＶ）ブロックは４個のルミナンスブロックと同じ総面積を表わす。すなわち、圧縮の前にクロミナンス信号は、ルミナンス信号に対して水平および垂直に比率２でサブサンプリングされる。１スライスのデータは、連続的マクロブロックのグループで表わされる面積に対応する画像の矩形部分を表わすデータに相当する。１フレームは３６０個のスライス（垂直方向に６０個のスライス、水平方向に６個のスライス）から成るラスター走査を含んでいる。
【００３０】
ブロック係数は、ＤＣＴ（離散余弦変換）で１度に１ブロック備えられる。最初にＤＣ係数が起こりそのあとに、相対的重要性の順にそれぞれのＤＣＴ ＡＣ係数が続く。連続的に起こる各データブロックの終りに、ブロックの終了符号ＥＯＢ（Ｅｎｄ ｏｆ Ｂｌｏｃｋ）が添えられている。
【００３１】
圧縮器４１０から供給されるデータの量は、レート制御器４１８により決定される。よく知られているように、圧縮されたビデオデータが起こる割合は変化するので、チャネルを能率的に使用するために、チャネルの容量に相当する一定の割合でデータを伝送することが望ましい。レートバッファ４１３および４１４は可変データレートから一定のデータレートに変換する。また圧縮器から供給されるデータの量を、バッファの占有レベルに応じて調節することも知られている。従って、バッファ４１３と４１４はそれぞれの占有レベルを表示する回路を含んでいる。これらの表示は、圧縮器４１０から供給される平均データレートを調節するために、レート制御器４１８に供給される。この調節は典型的には、ＤＣＴ係数に行われる量子化を調節することにより達成される。量子化レベルはフレーム圧縮のタイプが異なると異なる。
【００３２】
図６に示すように階層的にフォーマットされる、圧縮されたビデオデータは優先順位選択器４１１に結合される。選択器４１１は、高い優先順位チャネルＨＰと標準の優先順位チャネルＳＰの間で、符号化されたデータを分析する手段（例えば、図３の装置３１０）を含んでいる。高い優先順位情報は、それが失われたり劣化したりすると再生画像に最大の劣化を生じる情報である。換言すると、それは、１つの画像（完全な画像よりも劣るが）を作り出すのに必要とされる最少限度のデータである。標準の優先順位情報はその他の情報である。高い優先順位情報に含まれるのは、異なる階層レベルの中に含まれるほとんどすべてのヘッダ情報と、それぞれのブロックのＤＣ係数およびそれぞれのブロックのＡＣ係数
（図６のレベル６）である。
【００３３】
送信機におけるＨＰ（高い優先順位）データとＳＰ（標準の優先順位）データの比率は１：４である。トランスポート処理回路において、伝送される信号に補助データが追加される。この補助データには、例えば、ディジタルオーディオデータおよび文字放送データが含まれる。ＨＰチャネルに含まれている補助データの平均量は計算されて、圧縮されたビデオ情報の予期される統計的平均値と比較される。これにより、高い優先順位と標準の優先順位の圧縮されたビデオ情報の比率が計算される。優先順位選択器４１１は、この比率に従って圧縮器４１０に供給されるデータを分析する。
【００３４】
圧縮されたＨＰおよびＳＰビデオデータは、図３の装置３００のような装置を含むトランスポート処理回路４１２に結合される。トランポート処理回路４１２は、（ａ）ＨＰおよびＳＰデータ・ストリームをトランスポートブロックに分割し、（ｂ）各トランスポートブロックごとにパリティチェックまたは巡回冗長度チェックを行ってパリティチェックビットをそれに付加し、（ｃ）補助データをＨＰまたはＳＰビデオデータと多重化する。同期ヘッダ情報と共に誤りを分離するために、また受信したデータ内に訂正できないビット誤りがある場合に誤り修整を行うために、パリティチェックビットは受像機で利用される。各トランスポートブロックにはヘッダが含まれており、ヘッダには、そのブロック内に含まれている情報のタイプ（例えば、映像、音声および連続的な類似するデータの開始点の指標）を表示する情報が入っている。先に述べたように、リセット制御装置１１０はリセット制御信号をトランスポート処理回路４１２に供給する。
【００３５】
トランスポート処理回路４１２からのＨＰおよびＳＰデータ・ストリームはそれぞれのレートバッファ４１３および４１４に供給され、バッファは、処理回路４１２からの圧縮された可変レートのビデオデータを、ほぼ一定のレートで生じるデータに変換する。レートを調節されたＨＰおよびＳＰデータは、フォワードエラー符号化（ＦＥＣ）要素４１５および４１６に結合される。ＦＥＣ要素は、（ａ）それぞれのデータ・ストリームに対し独立してリード ソロモン（ＲＥＥＤ ＳＯＬＯＭＯＮ）フォワードエラー訂正符号化を行う；（ｂ）データのブロックをインタリーブして、大きなエラーの突発が再生画像の大きな隣接領域を劣化させないようにする；（ｃ）受像機でデータ・ストリームを同期させるために符号、例えばバーカー（Ｂａｒｋｅｒ）符号をデータに付加する。その後、信号は伝送モデム４１７に結合され、そこでＨＰチャネルデータは第１のキャリアを直交振幅変調し、ＳＰチャネルデータは、第１の搬送波から約２．８８ＭＨｚだけ移動された第２の搬送波を直交振幅変調する。変調された第１および第２の搬送波の６ｄＢ帯域幅はそれぞれ約０．９６ＭＨｚおよび３．８４ＭＨｚである。変調された第１の搬送波は、変調された第２の搬送波よりも約９ｄＢ大きい電力で送信される。ＨＰ情報はより大きな電力で送信されるので、伝送路で劣化を受ける傾向がずっと少ない。ＨＰ搬送波は、例えば標準ＮＴＳＣＴＶ信号の残留側波帯が通常占有しているＮＴＳＣ方式ＴＶ伝送チャネルの周波数スペクトルの部分に位置している。信号チャネルのこの部分は標準受像機のナイキストフィルタにより通常は著しく減衰されるので、この伝送フォーマットを有するＨＤＴＶ信号は同一チャネル干渉を生じない。
【００３６】
受像機のデコーダ（図示せず）において、伝送された信号はモデムにより検波され、モデムはＨＰおよびＳＰチャネル信号に対応する２つの信号を発生する。これら２つの信号はそれぞれリード ソロモン誤り訂正デコーダに供給される。誤り訂正された信号はレートバッファに結合される。レートバッファは、その後の復元回路の要件に従って可変レートでデータを受け取る。この可変レートのＨＰおよびＳＰデータはトランスポート処理回路に供給される。この処理回路は、エンコーダにおいて処理回路４１２が行う動作と逆の動作を行う。またトランスポート処理回路は、それぞれのトランスポートブロック内に含まれているパリティチェックビットに応じる誤り検出度を達成する。トランスポート処理回路は、分離された補助データ、ＨＰデータ、ＳＰデータおよび誤り信号を発生する。この３つの信号は、優先順位非選択処理回路に結合される。この処理回路はＨＰデータとＳＰデータを再フォーマットして、１つの階層的信号にする。この信号は復元器に供給され、復元器はエンコーダにおける圧縮器の機能とは逆の機能を遂行する。図４の圧縮器４１０、優先順位選択器４１１およびトランスポート処理回路４１２に使用される装置に関する詳細は前述した米国特許第５，１６８，３５６号に見られる。
【００３７】
図７は簡略化した例示的トランスポートブロックの詳細を示す。トランスポートブロックは、伝送されている映像、音声または他のデータを識別するためのサービスタイプ（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｔｙｐｅ：ＳＴ）ブロック（例えば３ビット）で始まる。このサービスブロックのあとに、トランポートヘッダ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｈｅａｄｅｒ：ＴＨ）およびＭＰＥＧトランスポートパックデータが続く。記録ヘッダＲＨ（Ｒｅｃｏｒｄ Ｈｅａｄｅｒ）はこのブロック内に生じることもあり生じないこともある。各トランスポートブロックは、１６ビットのフレームチェックシーケンス（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ：ＦＣＳ）で終結される。ＦＣＳはトランスポートブロック内のすべてのビットにわたり計算される。ＦＣＳは巡回冗長符号を使用して発生される。
【００３８】
高い優先順位（ＨＰ）および標準の優先順位（ＳＰ）トランスポートヘッダが図示されている。ＨＰヘッダは、スライスの開始を示す１０ビットのポインタ、２ビットのフレーム形式識別データ、５ビットのフレーム番号識別データ、および１フレーム内にあるスライスの番号を表示する１０ビットの部分を含んでいる（図５を参照）。最初の１０ビットの部分は、トランスポートデータ内のエントリポイントの最初のビットを指示する。フレーム形式ビットｂ１，ｂ０は２進値００，０１，１０および１１をとることができ、それぞれ、Ｉフレームのスライス零エントリポイント、スライス零エントリポイント以外のＩフレーム内のスライス、ＰフレームおよびＢフレームを指定する（図５を参照）。フレーム番号の部分はフレーム０〜３１を識別し、１０ビットのスライス番号の部分はスライス１〜３６０を指定する。スライス０は画像ヘッダである。
【００３９】
標準の優先順位（ＳＰ）ヘッダでは、最初の１０ビットの部分は、フレーム形式、フレーム番号およびマクロブロック番号で識別されるマクロブロックの最初のビットを指示する。後者は１３ビットの部分であり、一定のフレーム内のマクロブロックの番号、例えばマクロブロック０〜４６７９（縦６０ブロック×横７８ブロック）を表示する。
【００４０】
ＨＰトランスポートブロックには記録ヘッダ（ＲＨ）が含まれていないか、１つまたは１つ以上含まれている。記録ヘッダの位置はトランスポートブロック内で変わりやすく、記録ヘッダはマクロブロックデータの各スライスの初めに生じる。図に示すＨＰ記録ヘッダには、Ｐｒｉｏｒｉｔｙ Ｂｒｅａｋデータ、垂直位置データおよび量子化データが含まれている。Ｐｒｉｏｒｉｔｙ ＢｒｅａｋデータはＳＰ処理を開始する前に復号化しなければならない符号ワードの数を表示し、垂直位置データはＭＰＥＧスライス開始符号の一部分を形成し、量子化データはスライス量子化レベルを表示する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うリセット動作を実行するリセット装置のブロック図である。
【図２】本発明に従う装置の動作を説明する信号シーケンスのタイミング図を示す。
【図３】本発明の原理に従ってリセットされる、分割された符号化ビデオデータを処理するシステムの一部のブロック図である。
【図４】本発明に従って動作する装置を含んでいるＨＤＴＶ符号化システムのブロック図である。ＡとＢは図４に示すシステムの動作を理解するのに役立つ、符号化されたビデオ信号のフィールド／フレームのシーケンスを表わす。
【図５】図４のシステムで圧縮装置により発生されるデータブロックを表わす。
【図６】図４のシステムで圧縮装置により発生されるデータフォーマットを一般化して表わす。
【図７】トランポートデータブロックを一般化して表わす。
【符号の説明】
１１０ リセット装置
１１１ 開始状態装置
１１２ フリップフロップ
１１４ シフトレジスタ
３００ トランスポート処理回路
３１０ 長さ分離／復号化装置
３１２ データ制御器
３１４ トランスポートヘッダ発生器
３１６ データパッカー
３２０ パックデータ／ヘッダ合成器
４０５ フィールド／フレーム再配列回路
４１０ 圧縮器
４１１ 優先順位選択器
４１２ トランスポート処理回路
４１３ レートバッファ
４１４ レートバッファ
４１５ ＦＥＣ（フォワードエラー符号化）要素
４１６ ＦＥＣ（フォワードエラー符号化）要素
４１７ モデム
４１８ レート制御器
４１９ レートバッファ

Claims (1)

1. ビデオ信号に応答して、符号化されたビデオ信号データを発生する手段と、
   複数の信号処理要素を有する信号処理手段であって、該信号処理手段は、前記符号化されたビデオ信号データに応答して、前記符号化されたビデオ信号データのセグメント化されたトランスポートブロックを発生し、該セグメント化されたトランスポートブロックは、パック化されたデータのグループと、該グループのうちの関連するグループを識別するヘッダとを備えており、前記複数の信号処理要素は、リセット状態のときには通常の信号処理が禁止され、他方、該リセット状態が解除されているときには該通常の信号処理を行う、信号処理手段と、
   前記信号処理手段に結合されており、前記複数の信号処理要素のうちの複数の所定の要素が前記リセット状態を呈するようにするリセット手段とを含んでおり、
   前記リセット手段は、予め定められた非同時的なシーケンスに従って前記複数の所定の要素を前記リセット状態から解放し、これにより前記複数の所定の要素は、該予め定められた非同時的なシーケンスに従って、前記通常の信号処理の禁止が順次解除され、前記通常の信号処理が行われることを特徴とするビデオ信号符号化システム。

Images