JP6536841B2 - 符号化機構を備えた通信システム及びその動作方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に通信システムに関し、具体的には、通信データに可変長符号化を適用するシステムに関する。

ビデオ圧縮規格は、様々な技術を用いてビデオデータを圧縮する。これらの技術は、非可逆圧縮及び可逆圧縮を含む。非可逆圧縮は、ビデオデータの空間冗長性及び時間冗長性を活用する。利用可能な多くの圧縮技術は、大幅な圧縮レベルを提供するが、ビデオ信号の品質を劣化させてしまう。通常、圧縮情報の転送技術では、圧縮情報を固定ビットレートで転送する必要がある。

所望のビデオ信号品質レベルを維持しながら大幅な圧縮レベルを提供できる１つの圧縮技術は、符号化された離散コサイン変換（ＤＣＴ）係数データの適応的サイズのブロック及びサブブロックを利用する。ＤＣＴ符号化では、良好な圧縮を行うことはできるが、動いている物体のビデオストリームにエッジ効果が生じてしまう。

可逆圧縮は、指数ゴロム符号を含む可変長符号化を含む。復号時には、上述した圧縮の逆が行われる。可変長符号を復号する部分は、符号無しの指数ゴロム符号を符号付きのゴロム符号に変換することを含む。ビデオデータの復号は、リアルタイムで行われることが好ましい。このため、短時間に多くの計算を行う必要がある。

従って、マーカーの手動位置決めによって引き起こされる位置誤差を伴わずに位置登録を行うことができる通信システムが依然として必要とされている。高精細度ビデオ及びオーディオ通信の人気上昇を考えると、これらの問題の解決策を見つけることがますます重要になっている。増大する商業的競争圧力、消費者期待の高まり、及び市場における有意義な製品差別化の機会減少に照らしても、これらの問題の解決策を見つけることが重要である。また、コストを節約し、効率性及び性能を改善して競争圧力に対応する必要性により、これらの問題の解決策を見つけるという重要な必要性にかつてない程の緊急性も加わっている。

これらの課題の解決策は長年にわたって探し求められてきたが、これまでの進展では何らの解決策も教示又は示唆されておらず、従って当業者は、長年にわたってこれらの課題の解決策を達成できていない。

本発明は、通信システムの動作方法であって、ブロックサイズユニットが入力デジタルデータストリームを受け取るステップと、入力デジタルデータストリームからプログレッシブゴロムコードワードを符号化するステップと、プログレッシブゴロムコードワードを出力装置に転送するステップとを含む方法を提供する。

本発明は、通信システムであって、入力デジタルデータストリームを受け取るブロックサイズユニットと、入力デジタルデータストリームからプログレッシブゴロムコードワードを符号化する、ブロックサイズユニットに結合されたプログレッシブゴロムエンコーダと、プログレッシブゴロムコードワードを出力装置に転送する、プログレッシブゴロムエンコーダに結合された送信機ユニットとを含むシステムを提供する。

本発明のいくつかの実施形態は、上述したものに加えて、又はこれらの代わりに他のステップ又は要素を有する。添付図面を参照しながら以下の詳細な説明を読めば、当業者にはこれらのステップ又は要素が明らかになるであろう。

本発明の実施形態における符号化機構を備えた通信システムの機能ブロック図である。 本発明の実施形態におけるプログレッシブゴロムエンコーダの機能ブロック図である。 入力デジタルストリームの一例の線グラフである。 本発明のさらなる実施形態における通信システムの動作方法のフローチャートである。

以下の実施形態については、当業者が本発明を実施して使用できるように十分に詳細に説明する。本開示に基づいて他の実施形態が明らかになることもあり、本発明の範囲から逸脱することなく、システム、プロセス又は機構を変更することもできると理解されたい。

以下の説明では、本発明を完全に理解できるように数多くの具体的な詳細を示す。しかしながら、これらの具体的な詳細を伴わずに本発明を実施できることが明らかになるであろう。本発明を曖昧にしないように、周知の回路、システム構成及び工程については詳細に説明していないものもある。

システムの実施形態を示す図面は、半概略的であって縮尺通りではなく、特に図面の図における寸法は表示を明確にするためのものであって誇張して示しているものもある。同様に、説明を容易にするために、一般に図面の視点は同様の配向を示しているが、この図の描写は大部分が任意である。一般に、本発明はあらゆる配向で実施することができる。

いくつかの特徴が共通する複数の実施形態を開示して説明する場合には、一般に図、説明及びその理解を明確かつ容易にするために、互いに類似する同様の特徴については同様の参照符号を用いて説明する。

本明細書で言及する「モジュール」という用語は、この用語を使用する文脈に従って、本発明の実施形態におけるソフトウェア、ハードウェア、又はこれらの組み合わせを含むことができる。例えば、ソフトウェアは、機械コード、ファームウェア、埋め込みコード及びアプリケーションソフトウェアとすることができる。また、例えば、ハードウェアは、回路、プロセッサ、コンピュータ、集積回路、集積回路コア、圧力センサ、慣性センサ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）、受動装置、又はこれらの組み合わせとすることができる。

本明細書で言及する「ユニット」という用語は、特定用途向け集積回路、組み合わせロジック、コアロジック又は専用プロセッサなどのハードウェア装置を意味する。

図１は、本発明の実施形態における符号化機構を備えた通信システム１００の機能ブロック図である。この通信システム１００の機能ブロック図には、ブロックサイズユニット１０４に結合された、画素ストリーム、ビデオデータストリーム、オーディオストリーム又はこれらの組み合わせなどの入力デジタルデータストリーム１０２を示している。ブロックサイズユニット１０４は、入力デジタルデータストリーム１０２の現在のセグメントのブロックサイズを決定するために、入力デジタルデータストリーム１０２をモニタすることができる。ブロックサイズユニット１０４は、入力デジタルデータストリーム１０２を分析し、入力デジタルデータストリーム１０２内に存在する０の前の１の個数、又は１の前の０の個数を検出することによってブロック境界１０５を決定することができる。

ブロックサイズユニット１０４は、ビットストリーム及びブロックインジケータを、入力デジタルデータストリーム１０２を符号化して圧縮する、ハードウェア数学アレイなどのプログレッシブゴロムエンコーダ１０６に渡すことができる。プログレッシブゴロムエンコーダ１０６は、プログレッシブゴロムコードワード１０７の平均値のビット長を最小化することができる。例えば、プログレッシブゴロムエンコーダ１０６のグループサイズは、入力デジタルデータストリーム１０２の分布に適合するようにパラメータ化できるので、プログレッシブゴロムエンコーダ１０６は、ゴロムライス符号化を使用できる先行技術の解決策よりも高帯域幅をサポートすることができる。プログレッシブゴロムエンコーダ１０６は、グループサイズが２の累乗（１、２、４、８、１６、３２、６４など）であることを必要とするゴロムライス符号化とは異なり、他のグループサイズを有することもできる。

プログレッシブゴロムコードワード１０７は、プログレッシブゴロムコードワード１０７を出力装置１１０に転送できる送信機ユニット１０８に結合することができる。出力装置１１０は、有線又は無線送信チャネルなどのハードウェアとすることも、或いはコンパクトディスク、デジタルビデオディスク又は不揮発性メモリデバイスなどのハード媒体とすることもできる。

プログレッシブゴロムコードワード１０７は、出力装置１１０をコードワード１０７に逆変換することができる受信機モジュール１１２に出力装置１１０を通じて搬送することができる。受信機モジュール１１２は、ハードウェア数学アレイなどのプログレッシブゴロムデコーダ１１４に結合されて、プログレッシブゴロムコードワード１０７を搬送することができる。プログレッシブゴロムデコーダ１１４は、入力デジタルデータストリーム１０２からの品質を全く劣化させることなくプログレッシブゴロムエンコーダ１０６の動作を反転させたものとすることができる。

プログレッシブゴロムデコーダ１１４は、ブロック境界１０５を再構成して配信デジタルデータストリーム１１８を構築するブロック再構成モジュール１１６に結合することができる。信号品質の損失を伴うことなく、入力デジタルデータストリーム１０２から配信デジタルデータストリーム１１８への完全な転送が行われる。

通信システム１００は、プログレッシブゴロムコードワード１０７の平均ビット長を最小化するために、符号化構造のグループサイズをパラメータ化できることが判明した。通信システム１００は、ビデオ又はオーディオストリームを等しい効率で圧縮することができる。グループサイズは、アプリケーション毎に予め選択して固定することも、或いは入力データストリームに適合するように動的に調整することもできる。

図２は、本発明の実施形態におけるプログレッシブゴロムエンコーダ１０６の機能ブロック図である。このプログレッシブゴロムエンコーダ１０６の機能ブロック図には、グループ検出器モジュール２０４に入力される入力デジタルデータストリーム２０２を示している。グループ検出器モジュール２０４は、入力デジタルデータストリーム２０２をスキャンして、どのグループが入力デジタルデータストリーム２０２の符号化を行うかを決定することができる。グループサイズパラメータモジュール２０６は、入力デジタルデータストリーム２０２の特性に適合するようにグループサイズパラメータ２０７を提供することができる。グループサイズパラメータ２０７は、固定境界、又はゴロムライス符号化に必要な１、２、４、８、１６などの２の累乗の境界に基づく必要がない動的に調整可能なグループサイズ、のいずれかを提供することができる。

一例として、グループ検出器モジュール２０４の実施形態は、グループ検出器モジュール２０４によって提供される、３、４、１２及び無限大のサイズを有する４つのグループのうちの１つを識別することができる。３のサイズを有する第１のグループは、除数をｍ＝１とするユーナリ符号化を使用することができる。４のサイズを有する第２のグループは、除数をｍ＝２とするゴロム−２符号を実装することができる。１２のサイズを有する第３のグループは、除数をｍ＝４とするゴロム−４符号を実装することができる。無限大のサイズを有する第４のグループは、除数をｍ＝８とするゴロム−８符号を実装することができる。３、４、１２及び無限大のサイズを有する４つのグループの選択は、１つのピーク値を含むガウス分布を有する入力デジタルストリーム２０２に合わせて最適化することができる。入力デジタルストリーム２０２の他の分布は、異なるグループサイズによって表すことができる。

グループ検出器モジュール２０４は、グループ検出器モジュール２０４によって識別されたグループに関連するｍの値で入力デジタルデータストリーム２０２を除算することによって商部分２１０を生成する商生成器モジュール２０８に結合することができる。グループ検出器モジュール２０４と商生成器モジュール２０８との間の通信は、グループ識別子及びデジタルストリームを含むことができる。グループサイズパラメータモジュール２０６は、グループサイズパラメータモジュール２０６内に動的調整プロセスを実装した際に商部分２１０の生成を支援する商生成器モジュール２０８に結合することができる。

表１：プログレッシブゴロム符号化の例

商生成器モジュール２０８は、商部分２１０を除去した後の入力デジタルデータストリーム２０２から残差ユーナリカウント（ｒｅｓｉｄｕａｌ ｕｎａｒｙ ｃｏｕｎｔ）を求める剰余生成器モジュール２１２に結合することができる。剰余生成器モジュール２１２は、剰余部分２１４を計算することができる。商部分２１０及び剰余部分２１４は、いずれもシリアライザモジュール２１６に結合される。シリアライザモジュール２１６は、商部分２１０と剰余部分２１４とを結合して、最小ビット長ユーナリストリングなどのプログレッシブゴロムコードワード１０７を形成することができる。

表１から分かるように、グループサイズは、２の累乗に限定することなくいずれかの正の整数とすることができる。表１の例では、明確化のみを目的として商部分２１０と剰余部分２１４とをハイフンで分離している。結果として得られるプログレッシブゴロムコードワード１０７は、ゴロムライス符号化方法又はゴロム−Ｍ符号化方法などの他の可変長符号化法よりも短いビット長のユーナリストリングを有することができる。

図３に、入力デジタルストリーム２０２の例の線グラフ３０１を示す。この入力デジタルストリーム２０２の例の線グラフには、入力デジタルストリーム２０２の値Ｘを表す横軸３０２と、入力デジタルストリーム２０２に関連するＦ（Ｘ）の値を表す縦軸３０４とを示している。横軸３０２上に位置するＣは、最頻平均値３０６を示すことができる。

一例として、図２のグループ検出器モジュール２０４は、以下の方程式を用いて、どのグループを用いてサンプルを符号化すべきかを決定することができる。選択されるグループサイズは、上記の例（３、４、１２及び無限大）と同じものである。
｜Ｘ−Ｃ｜≦１の場合には、グループ１（ユーナリ符号）を選択し、
｜Ｘ−Ｃ｜≦３の場合には、グループ２（ゴロム−２符号）を選択し、
｜Ｘ−Ｃ｜≦９の場合には、グループ３（ゴロム−４符号）を選択し、
それ以外の場合には、グループ４（ゴロム−８符号）を選択する。（式１）

表１のデータから分かるように、この符号化スキームは、負の非ゼロの値がリスト内の先頭にくるので負バイアスを有する。このバイアスは、図１のプログレッシブゴロムコードワード１０７のビット長を最小化して入力デジタルストリーム２０２の特性に適合させるために、図２のグループサイズパラメータモジュール２０６によってパラメータ化することもできる。

図４には、本発明のさらなる実施形態における通信システム１００の動作方法４００のフローチャートを示す。方法４００は、ブロック４０２において、ブロックサイズユニットが入力デジタルデータストリームを受け取るステップと、ブロック４０４において、入力デジタルデータストリームからプログレッシブゴロムコードワードを符号化するステップと、ブロック４０６において、プログレッシブゴロムコードワードを出力装置に転送するステップとを含む。

結果として得られる方法、プロセス、装置、機器、製品及び／又はシステムは、直接的であり、コスト効率が高く、単純であり、汎用性が高く、正確であり、高感度であり、効果的であり、既知の構成要素を準備の整った効率的かつ経済的な製造、応用及び利用に適合させることによって実装することができる。

本発明の別の重要な側面は、経費の削減、システムの単純化、性能の向上という歴史的傾向を有益に支援して提供する点である。

従って、本発明のこれらの及びその他の有益な側面は、先端技術を少なくとも次の水準に押し進める。

特定の最良の形態に関連して本発明を説明したが、当業者には、上述の説明に照らして多くの代替例、変更例及び変形例が明らかになると理解されたい。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲に含まれる全てのこのような代替例、変更例及び変形例を含むことが意図されている。本明細書で上述した、又は添付図面に示す全ての事項は、例示的かつ非限定的な意味で解釈すべきである。

１０６ プログレッシブゴロムエンコーダ
１０７ プログレッシブゴロムコードワード
２０２ 入力デジタルデータストリーム
２０４ グループ検出器モジュール
２０６ グループサイズパラメータモジュール
２０７ グループサイズパラメータ
２０８ 商生成器モジュール
２１０ 商部分
２１２ 剰余生成器モジュール
２１４ 剰余部分
２１６ シリアライザモジュール

Claims (18)

1. 通信システムの動作方法であって、
   ブロックサイズユニットが、入力デジタルデータストリームを受け取るステップと、
   前記入力デジタルデータストリームを符号化してプログレッシブゴロムコードワードを生成するステップと、
   前記プログレッシブゴロムコードワードを出力装置に転送するステップと、
   を含み、
   前記入力デジタルデータストリームを符号化してプログレッシブゴロムコードワードを生成するステップは、
   前記入力デジタルデータストリームの分布に適合するように複数のグループサイズをパラメータ化するステップと、
   パラメータ化された複数の前記グループサイズから、前記入力デジタルデータストリームの値に応じたグループサイズを選択するステップと、
   選択された前記グループサイズに関連する除数に基づいて、前記入力デジタルデータストリームをゴロム符号化して、プログレッシブゴロムコードワードを生成するステップと、
   を含み、
   前記入力デジタルデータストリームの分布は、ガウス分布であり、
   前記複数のグループサイズは、３、４、１２、無限大の４つグループサイズであり、
   前記グループサイズに関連する除数は、グループサイズ３に対して１、グループサイズ４に対して２、グループサイズ１２に対して４、グループサイズ無限大に対して８である、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記入力デジタルデータストリームを受け取るステップは、ビデオデータストリームを受け取るステップを含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記入力デジタルデータストリームからブロックサイズを決定するステップをさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
4. 前記プログレッシブゴロムコードワードを復号することによって配信デジタルデータストリームを構築するステップをさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
5. 前記出力装置に転送するステップは、送信チャネル上で転送するステップを含む、
   請求項１に記載の方法。
6. 前記入力デジタルデータストリームを受け取るステップは、ビデオデータストリーム、オーディオデータストリーム又はこれらの組み合わせを受け取るステップを含む、
   請求項１に記載の方法。
7. 前記入力デジタルデータストリームを分析することによってブロック境界を決定するステップを含めて、前記入力デジタルデータストリームからブロックサイズを決定するステップをさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
8. 前記プログレッシブゴロムコードワードからブロック境界を再構成するステップを含めて、前記プログレッシブゴロムコードワードを復号することによって配信デジタルデータストリームを構築するステップをさらに含む、
   請求項１に記載の方法。
9. 前記出力装置に転送するステップは、有線又は無線送信チャネル、コンパクトディスク、或いはデジタルビデオディスク上で転送するステップを含む、
   請求項１に記載の方法。
10. 通信システムであって、
    入力デジタルデータストリームを受け取るブロックサイズユニットと、
    前記入力デジタルデータストリームを符号化してプログレッシブゴロムコードワードを生成する、前記ブロックサイズユニットに結合されたプログレッシブゴロムエンコーダと、
    前記プログレッシブゴロムコードワードを出力装置に転送する、前記プログレッシブゴロムエンコーダに結合された送信機ユニットと、
    を備え、
    前記プログレッシブゴロムエンコーダは、
    前記入力デジタルデータストリームの分布に適合するように複数のグループサイズをパラメータ化し、
    パラメータ化された複数の前記グループサイズから、前記入力デジタルデータストリームの値に応じたグループサイズを選択し、
    選択された前記グループサイズに関連する除数に基づいて、前記入力デジタルデータストリームをゴロム符号化して、ゴロムコードワードを生成し、
    前記入力デジタルデータストリームの分布は、ガウス分布であり、
    前記複数のグループサイズは、３、４、１２、無限大の４つグループサイズであり、
    前記グループサイズに関連する除数は、グループサイズ３に対して１、グループサイズ４に対して２、グループサイズ１２に対して４、グループサイズ無限大に対して８である、
    ことを特徴とするシステム。
11. 前記入力デジタルデータストリームを受け取る前記ブロックサイズユニットは、デジタルビデオストリームに結合された前記ブロックサイズユニットを含む、
    請求項１０に記載のシステム。
12. 前記ブロックサイズユニットは、前記プログレッシブゴロムエンコーダに結合されたブロック境界を生成するように構成される、
    請求項１０に記載のシステム。
13. 前記プログレッシブゴロムコードワードから配信デジタルデータストリームを構築するように構成されたブロック再構成モジュールをさらに備える、
    請求項１０に記載のシステム。
14. 前記送信機ユニットに結合された出力媒体をさらに備える、
    請求項１０に記載のシステム。
15. 前記入力デジタルデータストリームを受け取る前記ブロックサイズユニットは、デジタルビデオストリーム、オーディオストリーム又はこれらの組み合わせに結合された前記ブロックサイズユニットを含む、
    請求項１０に記載のシステム。
16. 前記ブロックサイズユニットは、前記プログレッシブゴロムエンコーダに結合されたブロック境界を生成するように構成される、
    請求項１０に記載のシステム。
17. 前記プログレッシブゴロムコードワードから配信デジタルデータストリームを構築するように構成されたブロック再構成モジュールをさらに備え、該ブロック再構成モジュールは、該ブロック再構成モジュールに結合されたプログレッシブゴロムデコーダを含む、
    請求項１０に記載のシステム。
18. 前記送信機ユニットに結合された、有線又は無線送信チャネル、コンパクトディスク、或いはデジタルビデオディスクを含む出力媒体をさらに備える、
    請求項１０に記載のシステム。

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