JPH04235495A - デジタル化映像信号の圧縮方法とその装置及びシステム - Google Patents
デジタル化映像信号の圧縮方法とその装置及びシステムInfo
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
化、特に圧縮した形で伝送するためにデジタル化したイ
ンタ−レ−スビデオ信号を発生させる手段と、その装置
に関するものである。
に圧縮した形で伝送するためにデジタル化したインタ−
レ−スビデオ信号を発生させる手段と、その装置に関す
るものである。通常テレビジョン信号はその地域で採用
されている規格に基づいてアナログ型式で送信されてい
る。例えば、アメリタ合衆国ではNTSC規格が採用さ
れているが、ヨ−ロパ地域ではPAL又はSECAM規
格のいずれかが採用されている。
デジタル化することにより、アナログ方式で行うよりよ
り高品質のサ−ビスで配送することが可能となる。デジ
タル送信方式は、ケ−ブルテレビジョンと結び付けた衛
星放送および(または)家庭での衛星放送の直接受信の
場合特に有利となる。これは丁度オ−ディオ業界におい
てデジタルコンパクトディスクがアナログレコ−ドに大
部分とって代わったように、デジタルテレビジョンの送
信及び受信システムが現在のアナログシステムに置きか
わることが期待される。
ョンシステムでは伝送しなければならない。このことは
高精度テレビジョン(HDTV)の場合当てはまる。衛
星放送によるデジタルテレビジョンシステムでは、信号
はQPSK変調で伝送され、システムの加入者はレシ−
バ−/ディスクランブラ−で映像、音声及び加入者向け
のデ−タから成るQPSKデ−タ流を受信する。高周波
帯域を最も有効に活用するためには、送信するデ−タ量
を少なくするため、デジタルテレビジョン信号を圧縮す
ることが効果的である。
及びその他の応用面で使われたことがある。この様なシ
ステムでは大きな圧縮化が可能であるが、一般に解像度
が制限されまた動きの描写も貧弱であった。これはシス
テムのフレ−ムレ−トと水平及び垂直サンプリングレ−
トによる当初からの制約によるためである。映像フレ−
ムは映画の一場面のスナップにたとえることができる。 各フレ−ムは水平及び垂直方向でそこに含まれている画
の情報のすべてが得られるようにサンプル化されるので
ある。
ル送信及び将来の高精度テレビジョン信号の発展に伴い
進展していくであろう。この様なテレビジョン信号はテ
レビ会議の信号よりも明に複雑であり、また圧縮するこ
とは更に困難である。テレビジョンにおけるデジタル圧
縮システムの成果は、ほとんどがその場面に左右される
。これをうまく行うためには圧縮率を増加させる特定の
条件に対応でき、また観察する人が認められない程度に
エラ−をおおい隠す圧縮手順をとる必要がある。
おける高精度の動体描写が最大の問題点であろう。現在
最も強力な圧縮システムは(言い換えれば、テレビ画面
をはっきりさせるのに必要なデ−タ量を最も減少させる
ことに通じる)連続するフレ−ム間の時間の相互関係を
利用するために、フレ−ムの間を利用する方法である。 しかし、フレ−ムとフレ−ムの相互関係はそれが動画の
場合は小さいので、このため高精度を保つためにより複
雑な処理を必要とするのである。
越し走査を利用すると更に処理が複雑になる。画面の各
フレ−ムは多数の水平走査線(例えば標準NTSCテレ
ビジョン信号では525本)から成り、画面を形成して
いる。水平走査線は偶数及び奇数フィ−ルドに分かれて
おり、偶数走査線(走査線2,4,6,‥‥)は偶数フ
ィ−ルドを、また奇数走査線(走査線1,3,5,‥‥
)は奇数フィ−ルドを形成している。偶数及び奇数フィ
−ルドは偶数と奇数走査線が交互に挿入される様に走査
され、画面を形成する。飛越し走査を行う場合、以前の
テレビ会議への応用に比べ信号の圧縮は複雑であり、イ
ンタ−レ−ス信号があるときは圧縮は実行出来ない。
号はいろいろなフォ−マットに圧縮することが出来る。 一つのフォ−マット、ここでは“フィ−ルドフォ−マッ
ト”としておくが、各フレ−ムは別個の2個のフィ−ル
ドに分割される。“フレ−ムフォ−マット”とされるも
う一つのフォ−マットでは、相当する偶数及び奇数フィ
−ルドの走査線を挿入することにより、単独のフレ−ム
として2個のフィ−ルドを形成させる。どちらを選択し
ても映像圧縮に対して充分に満足は出来ない。画の動き
が少ないかまたは動きがない時、フィ−ルド処理よりも
フレ−ム処理法の方が優れている。各フレ−ムは元の画
像高に対するフィ−ルドよりも走査線またはサンプル数
が2倍量あるので、サンプル間の相互関係はより大きく
、そのため圧縮度も増加する。フレ−ム処理法と同等の
精度を得るためには、フィ−ルド処理ではより大きなビ
ット数が必要である。したがって同一ビット数ではフレ
−ム処理法の精度が高いのである。
理に比し水平方向の動きで水平ディテ−ルが少ないかま
たは垂直方向の動きで垂直ディテ−ルが少ない場合有利
である。どんな種類でもディテ−ルの小さな領域ではい
かに素早く場面の変化が起きようとも、フレ−ム処理の
方がフィ−ルド処理よりも好結果が得られる。動きの場
面の細部描写では、通常フォ−マット化フィ−ルドデ−
タを圧縮するのがより効果的である。このような場合、
フレ−ム処理は偶数及び奇数フィ−ルドの挿入により生
ずる“にせ”の高い垂直周波数の影響を受けることにな
る。このためライン間の相関と圧縮手順の効果が減少す
る。
と、動きのある所のディテ−ルにおけるフィ−ルド処理
の有利さを結び付けた圧縮システムを作ることは益する
所が多い。ビデオ信号を圧縮したのち、動きの描写に劣
化がないように再構成できるシステムを作ると更に有利
性は増す。また異なる圧縮法またはデ−タフォ−マット
を、異なる条件下でピ−クの成果が得られるように組み
合わせることにより、デジタルデ−タの圧縮を最適化す
る汎用的な圧縮手法を作ることは有用なことである。本
発明はこのような利点を伴う方法と装置を提供するもの
である。
クを最も効果的に発生させる装置に関するものである。 映像ブロックは第1デ−タ経路で圧縮され第1圧縮信号
を発生し、第2デ−タ経路で第2圧縮信号を発生する。 第1及び第2の圧縮信号中のエラ−は検出され、各ビデ
オブロック向けに最小のエラ−が混在した圧縮信号とし
て選抜される。次にこの選別された信号は圧縮デジタル
デ−タ流として結合される。
のデ−タ経路を表示するデ−タで符号化される。圧縮さ
れたデジタルデ−タ流を解読するための受信装置は、各
々の選定された信号から符号化されたデ−タを検知し、
第1又は第2のいずれのデ−タ経路で発生した信号かを
見きわめる手段から成っている。上記の検知手段に対応
して、第1デ−タ経路からの信号を圧縮状態から元に戻
す手段があり、同様に第2デ−タ経路からの信号を対応
する元の状態に戻す。第1及び第2のデ−タ経路は異な
った圧縮手順をとることができる。異なるフォ−マット
で経路中に生成したデ−タに対し、同一の圧縮手順を各
経路に交互に適用することができる。どちらの場合でも
第1と第2の圧縮解除経路は第1及び第2デ−タ経路各
々に対応する圧縮解除手順又はデ−タフォ−マットを適
用できる。
ンタ−レ−スされたデジタル化ビデオ信号を発生させ伝
送する装置と方法について述べる。送信された圧縮信号
は受信器で解読し、元のインタ−レ−スされたビデオ信
号に再構成される。デジタル化インタ−レ−スビデオ信
号は、送信器で画素デ−タのブロックに分割される。こ
のブロックはフィ−ルドフォ−マット中にフォ−マット
化され、第1の圧縮されたビデオ信号を生成させる。ま
た、同じくフレ−ムフォ−マット中にフォ−マット化さ
れ、第2の圧縮ビデオ信号も生成される。第1及び第2
の圧縮ビデオ信号中のエラ−はその量を求められ、エラ
−が最も小さくなった圧縮ビデオ信号が各ブロックとし
て選抜される。選定された信号はフィ−ルドフォ−マッ
ト化またはフレ−ムフォ−マット化信号として確認でき
るように符号化され、両方を結合して圧縮ビデオ信号デ
−タ流として送信される。
を行うと同時に、信号中に含まれる現在のビデオフレ−
ムの画素デ−タをその前の画素デ−タから予測する。予
測した画素デ−タを現在のフレ−ムに対する画素デ−タ
から減じ、第1と第2の圧縮ビデオ信号を発生させるの
に使われる約分した形の画素デ−タとする。選別された
信号は予測段階で生成された運動ベクトルで符号化され
る。
解読される。フィ−ルドフォ−マット化信号は、デコ−
ダの回路中でデ−タのフィ−ルド処理に適応できるよう
に処理され、フレ−ムフォ−マット化信号はフレ−ム処
理に適応するように処理される。各デ−タブロック向け
の特有な圧縮解除デ−タ(フィ−ルド処理またはフレ−
ム処理の)はそれから結合される。
レ−ムを表す符号化された信号から受信器で回収される
。それ以前のビデオフレ−ムを代表するデ−タは記憶し
ておく。回収された運動ベクトルデ−タ及び記憶蓄積さ
れたデ−タから予測される信号を計算する。この予測信
号を圧縮解除した信号に加え、元のデジタル化インタ−
レ−スビデオ信号に再構成するためにフォ−マット化す
る。
タはビデオフレ−ムの偶数及び奇数フィ−ルドに相当す
る画素デ−タの偶数及び奇数ブロック中にデジタル化イ
ンタ−レ−スビデオ信号を分割することで出来上がる。 そして偶数及び奇数ブロックは交互にフィ−ルドフォ−
マット化のため第1の圧縮工程に送られる。フレ−ムフ
ォ−マット化デ−タは相当する奇数/偶数ブロック対に
グル−プ化され、各対から交互に画素デ−タの奇数及び
偶数の走査線を操作する。連続したブロック対から得た
互い違いに挿入されたフレ−ムフォ−マット化デ−タは
第2の圧縮工程に送られる。
つはディスクリ−ト余弦変換法(DCT)であり、この
場合第1と第2の圧縮工程で処理され、画素デ−タに対
し夫夫第1と第2の変換係数のアレ−に量子化される。 誤り検知手段が各アレ−の量子化された変換係数と量子
化されていない変換係数間のエラ−を決める。量子化の
前後のアレ−中の各係数間の差からエラ−を計算し、第
1のアレ−中のすべての係数差の絶対値の合計と、第2
のアレ−中のそれとを比較してフィ−ルド処理とフレ−
ム処理とのいずれを行うか選定し、全体のエラ−が最も
少ないアレ−を選び送信する。
−タに復旧した第1及び第2アレ−を逆変換して交互に
動作させる。この場合、夫々のフィ−ルド及びフレ−ム
処理回路は各アレ−から復旧した画素デ−タを圧縮工程
に投入された元の画素デ−タと比較して決める。
単独のビデオフレ−ム10の説明図である。12で表し
たフィ−ルド1はビデオフレ−ムの奇数走査線から成っ
ており、14で表したフィ−ルド2は偶数走査線から構
成されている。従来技術のアナログテレビジョンシステ
ムでは、ビデオフレ−ムの各偶数及び奇数の走査線は映
像情報で変調されたアナログ信号として定義付けられて
いた。偶数及び奇数フィ−ルドからの連続した走査線は
、互い違いに挿入され明瞭な映像画面を成していた。
ム16を表したものである。偶数及び奇数の走査線は、
スクリ−ンに適切な画像を投影するためには、この様な
順序で互い違いに挿入されていなければならない。本発
明ではデジタル化した伝送デ−タにつき考察してみる。 デジタルテレビジョンシステムにおいては、ビデオフレ
−ムの各走査線は画素に関連する連続したデジタルデ−
タビットで表される。テレビジョン信号の各ビデオフレ
−ムには大量のデ−タが必要となり、例えばNTSC方
式の一つのビデオフレ−ムを作るのに7.4メガビット
のデ−タを必要とする。このことから基本色の赤、緑及
び青の各色につき、8ビットで640画素と480走査
線が使われることになると推算できる。
に実に大量のデ−タを必要とする。このデ−タ量を処理
するため、特にHDTVの場合、デ−タを圧縮しなけれ
ばならない。上記のように異なるデ−タのフォ−マット
化および(または)圧縮手法は、デジタルデ−タ流の伝
送中何時も他よりはより効果がある。例えば図1に示し
たように、フォ−マット中のビデオデ−タのフィ−ルド
処理を行うと、通常動き部分のディテ−ルがよくなると
思われる。図2のフォ−マットで示すように、フレ−ム
処理は動きが少ないか又は動きのない時は、フィ−ルド
処理よりも結果は良い。本発明ではフィ−ルド処理とフ
レ−ム処理を適宜切り換えて、デジタルテレビジョンデ
−タの圧縮を最適にするシステムを提供する。
テレビジョン信号が、図3に示すデ−タ圧縮装置の端子
30に入力する。デジタル化ビデオ信号の処理法は周知
の手法によっている。ビデオ信号の輝度とか色度とかの
ような複数の分離したデジタル信号を構成成分毎に生成
させる。本発明が多数の輝度及び色度成分と関連して使
用される時は、ビデオ信号中の輝度部分に適応化フィ−
ルド及びフレ−ム処理を利用するのが最も大切である。
ている影像は、第1の走査コンバ−タ32でデ−タ圧縮
のため、適当な大きさのブロックに分離される。周知手
法によるいろいろなデ−タ圧縮技術が本発明においても
使用できる。最も一般的な圧縮手法は、ディスクリ−ト
余弦変換(DCT)法として知られている方法である。 この方法はChenとPrattにより“Scene
AdaptiveCoder”としてIEEE T
ransactions on Commu− n
ications, Vol.COM−32,No.
3,March 1984,に述べられており、参考
としてここにあげておく。以下の説明はDCT圧縮技術
を8×8画素ブロックに用いた場合である。本発明の圧
縮とその後の圧縮解除装置の複雑さとメモリ−必要量を
最小にするため、走査コンバ−タ32は各ビデオフレ−
ムの偶数及び奇数フィ−ルドから、そしてその他のフィ
−ルドからというように交互に出力する。この機能は図
4の構成図に示した回路で実施される。
−スビデオ信号は、奇数フィ−ルド(フィ−ルド1)か
らのすべての走査線を、つづいて偶数フィ−ルド(フィ
−ルド2)からのすべての走査線がフォ−マット化され
る。これは図5にフィ−ルド1(160)とつづいてフ
ィ−ルド2(162)として説明してある。走査コンバ
−タは複数の相当するブロック中のフィ−ルド1及び2
を分ける機能を行う。各ブロックはM画素幅とNが素高
である。このような各フィ−ルドの絵の幅をカバ−する
のにはjブロックを、また高さをカバ−するのにiブロ
ックが必要である。このフォ−マット化が終わってから
、走査コンバ−タ32は図8に図示したように、交互に
奇数/偶数の順にブロックを出力する。
タのブロックに影像が分解された後の図5の奇数及び偶
数フィ−ルド160,162をもう少し詳細に表したも
のである。フィ−ルド1は画素デ−タの奇数ブロックか
ら、又フィ−ルド2は偶数ブロックから成っており、本
発明例では各8×8ブロックが64の画素から成ってい
る。各フィ−ルド対に対し、走査コンバ−タ32から出
力されたデ−タの最初のブロックはブロック164で次
にブロック200が出力され、つづいて165,201
,166,202‥‥と出力する。ブロック231が出
力された後は次の2フィ−ルド(次のビデオフレ−ムを
表す)が形成され、同様に読み取られる。上記のように
走査コンバ−タ32によるデ−タのフォ−マット化は、
ここではフィ−ルドフォ−マット化デ−タとされる。
るため、走査コンバ−タ32は双方向入力RAM70を
含んでいる。端子30から入力したデジタル化インタ−
レ−スビデオ信号中のデ−タは、受けた順にRAM70
に送られる。フィ−ルドフォ−マット中にRAM70の
デ−タを読み取ることが出来るように、読出しアドレス
が発生される。端子72で入力した画素クロック信号は
、0からM−1の範囲でデジタル信号を出力する画素カ
ウンタ−に接続される。このカウントはRAM読出しア
ドレスの最小有意ビットlog2 Mを形成する。
がoからj−1までの範囲の信号を発生し、次の読出し
アドレスのlog2 jビットを作る。割算器80とラ
インカウンタ−82がOからN−1の範囲を出力し、読
出しアドレスのlog2 Nビットを作る。割算器84
と垂直ブロックカウンタ−86がoからi−1の範囲を
出力し、log2 iビットを作る。終りに割算器88
が各ビデオフレ−ムのフィ−ルド1とフィ−ルド2をつ
なぐために、RAMドレスの最大有意ビットを作る。R
AM70に入力する複合アドレス信号は、1+log2
M+log2 j+log2 N+log2 iビッ
トを必要とする。8×8ブロックサイズには、画素及び
ラインカウンタ−の各々に3ビットを必要とし、水平及
び垂直ブロックカウンタ−に必要とするビット数はィ−
ルドの大きさによって決まる。
レスはフィ−ルドフォ−マット中にビデオデ−タを出力
し増加する。再び図3において、走査コンバ−タ32か
ら出力されたフィ−ルドフォ−マット化デ−タは、DC
T変換コ−ダ36と量子化器38から成る第1圧縮回路
に入力する。これらは前に参照したChenとPrat
tの記述にあるDCT圧縮に使われる通常の機器である
。同様に、フィ−ルドフォ−マット化デ−タは、第2の
走査コンバ−タ42と変換コ−ダ44と量子化器46か
ら成る第2圧縮回路に入力する。変換コ−ダ44と量子
化器46は、第1圧縮回路のそれと同一のものである。 フォ−マット化デ−タが第1及び第2圧縮回路に入力す
る前に、オプションとしての動き補正のための予測信号
が使われ、減算回路34でこの部分を減算する。本発明
の動き補正の詳細は後述する。
2からのフィ−ルドフォ−マット化デ−タをフレ−ムフ
ォ−マットに変換する役目を行う。このフォ−マットで
は、偶数及び奇数フィ−ルドからの相当するブロックの
ペア−がライン間基準にて交互に挿入される。この動作
を行わせる回路は図6に示してあり、図7にフレ−ムフ
ォ−マットを図示してある。ここでは奇数ブロック16
4を含む垂直方向に近接するブロック250と相当する
偶数ブロックのペア−を示している。これらは図8のフ
ィ−ルドフォ−マットに示したものと同じブロックであ
る。ブロック164はビデオフレ−ム中に含まれている
奇数走査線の部分を表す64の奇数画素252を含んで
いる。ブロック200はビデオフレ−ムの偶数走査線の
部分に相当する64の偶数画素254を含んでいる。
/偶数線の順に交互に走査して、交互に織り込んだフレ
−ムフォ−マット化デ−タを作る。フィ−ルドフォ−マ
ット化デ−タは端子90から入力し、RAM92に受け
た順に記憶される。端子72で入力した画素クロック信
号は、画素カウンタ−94をスロ−ブしてOからM−1
の範囲で出力信号を出し、RAMアドレス最小有意ビッ
トLog2 Mを作る。画素クロック信号は割算器96
においてMで割られ、もう一つの割算器98に入力し2
で割られ、ラインカウンタ100に入力する。ラインカ
ウンタは0からN−1の範囲のデジタル信号を出力し、
RAMアドレスのLog2 Nビットを形成する。回路
96でMで割られた出力はまた、RAM92の読出しア
ドレスとして最大有意ビットとされる。結果として読出
しアドレス信号は1+log2 N+log2 Mビッ
トからなり、RAM92に記憶されているデ−タをフレ
−ムフォ−マット中に読み出す。
縮フィ−ルドフォ−マット化デ−タは量子化器38から
スイッチ39に出力される。第2圧縮回路中のフレ−ム
フォ−マット化デ−タは、量子化器46からスイッチ3
9に入力される。本発明では2つの異なった圧縮回路か
らの圧縮デ−タ中のエラ−は評定され、各奇数/偶数ブ
ロック対のエラ−の最小のものが選定され、伝送される
。動きが少ないかまたは動きのないビデオフレ−ムが圧
縮されると、フレ−ムフォ−マットで処理された画素デ
−タが選定されるのが望ましい。評価されるビデオフレ
−ムの部分が動きのある部分の細部の場合には、フィ−
ルドフォ−マットで圧縮されたデ−タが多分選定される
。
のエラ−評定及び選定は、通常51で示した結果論理回
路で行われる。エラ−は量子化された変換係数を元の量
子化されていない変換係数と夫々の回路で比較して決め
る。量子化器38への入力の未量子化係数を出力係数か
ら48で差し引く。同じく量子化器46の入力を同じ出
力から50で差し引き、この結果をエラ−評価及び選別
回路52に入力して、2つの回路のエラ−を比較する。 エラ−の評価と選別はソフトウエアで交互に行われるよ
うにする。
差の絶対値の和によった。しかしこの他の測定法、例え
ばエラ−の平方の平均値で求めてもよい。いずれの場合
でも平均エラ−が2ブロック領域について評価される。 これは図7に示すように、フレ−ムフォ−マット化デ−
タが奇数/偶数ブロックペア−からの交互に織り込まれ
たデ−タから成っているための必要性によっている。こ
のため、フィ−ルドフォ−マット化デ−タのフレ−ムフ
ォ−マット化デ−タに対する比較が、2ブロック領域に
ついて行わなければならない。
詳細を示してある。フレ−ムフォ−マット圧縮回路から
の量子化(Q)及び非量子化(q)デ−タは夫々端子1
04及び102で減算回路106に入力する。これらの
信号間の差の絶対値は、通常手段108で決められ、1
10で蓄積される。同様にフィ−ルドフォ−マット圧縮
回路からの量子化及び非量子化係数は、端子114,1
12で夫々減算回路116に入力し、差の絶対値が11
8で計算され、120に蓄積される。夫々フレ−ム及び
フィ−ルドフォ−マット化回路からの貯えられたエラ−
は比較器122で比較され、端子124で特定の画素デ
−タブロックのペア−のためのエラ−が最小の出力信号
となる。
スイッチ39(図3)を動作させ、以下の回路に最小の
エラ−の信号を供給する。以下の回路中には可変長コ−
ダ56が含まれており、量子化変換係数の選別されたセ
ットを代表する可変符号語を割り当てる役目を行う。こ
のような可変長コ−ダの例は、前記のChenとPra
ttの文献に述べられている。
に入力し、デ−タ経路68からの制御デ−タを伴った圧
縮デ−タと結合される。制御デ−タはフィ−ルドフォ−
マット化かまたはフレ−ムフォ−マット化信号かを確認
するのに、選別圧縮信号に1ビットの符号化を行ってい
る。これはスイッチ39を動作させるのに用いられるも
のと同一ビットが使用でき、圧縮回路の一つを“1”と
して表したならば他の圧縮回路は“0”として表される
。
符号化システムは、圧縮効率を上げるためにオプション
として動き、補償回路を設けることもできる。動き補償
技術は周知のもので、例えはStaffan Eri
cssonの“ Fixedand Adapti
ve Predictors for Hybr
idPredictive/Transform C
oding ”,IEEE Transactio
ns on Communications,Vo
l.COM−33,No.12,Decemeber
1985,及びNinomiyaとOhtsukaに
よる“A Motion−Compensated
In− terframe Coding Sc
heme for Televi−sion P
ictures,”IEEE Transactio
ns on Communications,Vo
l.COM−30No.1,Janu− ary 1
982,に記述されているので参考にあげておく。
−62に記憶されている直前のビデオフレ−ムの画素デ
−タから、動き補正回路64と動き推定回路66によっ
て、現在のビデオフレ−ムに対する画素デ−タを予測す
ることによっている。予測された画素デ−タは現在のビ
デオフレ−ムに対する実際の画素デ−タから減算器34
で差し引き、予測エラ−を表す画素デ−タのセットを作
る。予測エラ−の画素デ−タは前記のように、圧縮及び
選別のため第1及び第2の圧縮回路に導かれる。
、エラ−評価及び選別回路により選別された流れへの逆
変換が算出されなければならない。逆変換は回路40で
行われ、また第2走査コンバ−タの逆変換は回路54で
行われる。スイッチ41はエラ−評価及び選別回路52
に動き補正回路に適当量フォ−マット化デ−タを結合し
た出力によって動作させられる。逆変換デ−タの適当量
を、加算器60で最初に入力したビデオから差し引いた
予測信号に加え戻す。この結果はフレ−ムメモリ−62
(例えばシフトレジスタまたはRAM)に記憶され、次
のフレ−ムに対する予測に使用されるまで止めておかれ
る。
現在の画素デ−タのブロックに最も適合する直前のブロ
ックの位置は、相当する運動ベクトルデ−タ(X,Y)
を動き補償回路64に入力する動き推測回路66によっ
て決まる。運動ベクトルデ−タはまた、動き推測回路6
6から経路68を経て多重化装置58に入力する。多重
化装置58は受信器で同じ予測信号を引き出すために、
符号化された映像信号に運動ベクトルデ−タを付加する
。
分での圧縮作業を改善するためであるので、フレ−ムの
代わりにフィ−ルドを使用するブロック置換及び補償で
推測するとより効果がある。それ故、望むフィ−ルドの
各ブロックの置換は。直前のフレ−ムの同じフィ−ルド
に関して決定される。対象フィ−ルドのすぐ先のフィ−
ルドを対象として選んだ時は良い結果が得られる。この
場合偶数フィ−ルドは奇数フィ−ルドと合致し、また奇
数フィ−ルドは偶数フィ−ルドと合致する。しかしこの
ような用法は完遂するには困難があり、また垂直置換が
ゼロの時は効果がない。
又はフレ−ム処理のいずれを選んでも同じ方法で処理で
きる。予測した置換ベクトルを利用して、対象フィ−ル
ドの各ブロックに対し直前のフレ−ムの同一フィ−ルド
中に合致するブロックを確認することで予知ができる。 符号化にフレ−ム処理を選んだ場合は、異なる二つのフ
ィ−ルドからの予想エラ−は最後には第2走査コンバ−
タ42により互いの挿入される。
ら送信機(図示してない)に出力される。伝送信号はデ
ジタルテレビジョン受信器で受信され、信号は図10に
示すようなデコ−ダで解読される。受信されたデジタル
信号は端子130で多重化解除装置132に入力し、ビ
デオデコ−ダ信号から符号化された制御信号を分離する
。可変長デコ−ダ134が量子化変換係数を復旧し、フ
ィ−ルド処理ブロックに対し逆変換コ−ダ136及びス
イッチ142から成る第1圧縮解除回路で圧縮を戻す。 フレ−ム処理ブロックに対する復旧した係数は、逆変換
コ−ダ136,逆走査コンバ−タ140及びスイッチ1
42から成る第2圧縮解除装置で圧縮を元に戻す。 逆走査コンバ−タ140は第2走査コンバ−タ42で符
号器を使用してできた画素の順番を元の走査順に戻す役
目をするメモリ−である。
されたか各画素デ−タブロックを確認する制御デ−タビ
ットは、経路152を経てスイッチ142を動作させ、
第1圧縮解除回路または第2圧縮解除回路から逆走査コ
ンバ−タ150に適切な圧縮解除デ−タを与える。この
逆走査コンバ−タは第1走査コンバ−タ32を使用した
結果の画素配置を元のラスタ−走査順に復旧するメモリ
−回路である。逆走査コンバ−タ150の出力はエンコ
−ダに最初入力した復旧され再構成されたデジタルイン
タ−レ−スビデオ信号で、プログラムをディスプレイす
るためのモニタ−に接続される。
46と動き補償回路148で行われる。エンコ−ダで画
素デ−タブロックに付加された運動ベクトルは、受信器
のデマルチプレキサ132で取り出される。このベクト
ルデ−タは経路152を経て動き補正回路148に入力
し、フレ−ムメモリ−146に記憶されている直前のビ
デオフレ−ムを表すデ−タと共に、元の予測信号を再計
算する。再計算された信号は加算器144で、今の時点
でのビデオフレ−ムのための圧縮を解除された画素デ−
タブロックに加えられる。エンコ−ダにおける動き予測
回路66で計算された運動ベクトルデ−タが画素デ−タ
ブロックに付加されているので、デコ−ダにおいては動
き補正回路が不用となり、結果としてデコ−ダのシステ
ムは簡単となる。
ルインタ−レ−ステレビジョン信号の伝送に用いられる
改善されたデ−タ圧縮技術であることが認識されたであ
ろう。また、本発明はHDTV信号の送信に有利に使用
でき、明瞭なHDTVテレビジョン画面を送信するデ−
タ量を相当量減少させる方法として提供できる。本発明
に関してエラ−を最小にするためフレ−ム処理とフィ−
ルド処理のいずれにするかの選別を行うことは、デジタ
ル圧縮テレビジョン信号の画質を向上させるのに非常に
効果的であることがわかった。静止またはスロ−動作画
面は、フィ−ルド処理システムで可能な程度よりはるか
に精密さが得られる。動きの描写はフレ−ム処理システ
ムで可能な程度より良好な結果が得られる。選別は場面
基準で行われるので、システムは動作及び非動作の両者
を含む場面に適応できる。
求範囲の真意及び範囲から逸脱することなく、いろいろ
な改善及び応用がなされることが認識できよう。例えば
フレ−ム及びフィ−ルド処理デ−タ間の選択では、ブロ
ックエラ−が画素定義域中で評定することが可能である
。この場合変換係数を比較する代わりに、各デ−タブロ
ックを逆変換して元の画素ブロックと比較するのである
。
のような効果を得る。システムの加入者はレシ−バ−/
ディスクランブラ−で映像、音声及び加入者向けのデ−
タから成るQPSKデ−タ流を受信する。高周波帯域を
最も有効に活用するためには、送信するデ−タ量を少な
くするため、デジタルテレビジョン信号を圧縮すること
が効果的である。
及びその他の応用面で使われたことがある。この様なシ
ステムでは大きな圧縮化が可能であるが、一般に解像度
が制限されまた動きの描写も貧弱であった。これはシス
テムのフレ−ムレ−トと水平及び垂直サンプリングレ−
トによる当初からの制約によるためである。映像フレ−
ムは映画の一場面のスナップにたとえることができる。 各フレ−ムは水平及び垂直方向でそこに含まれている画
の情報のすべてが得られるようにサンプル化されるので
ある。
トを、異なる条件下でピ−クの成果が得られるように組
み合わせることにより、デジタルデ−タの圧縮を最適化
する汎用的な圧縮手法を作ることは有用なことである。 本発明はこのような利点を伴う方法と装置を提供するも
のである。
数フィ−ルドに分離したビデオフレ−ムを表した説明図
である。
数走査線が挿入されたビデオフレ−ムの説明図である。
成図である。
に用いられる回路の構成図である。
ブロックのフォ−マットの説明図である。
に用いられる回路の構成図である。
ブロックの奇数/偶数対のフォ−マットの説明図である
。
−タブロックの配列の説明図である。
選別回路の構成図である。
、デジタルインタ−レ−スビデオ信号に再構成するのに
使用されるデコ−ダの構成図である。
Claims (33)
- 【請求項1】 圧縮形で伝送するためのデジタルイン
タ−レ−ス映像信号の処理装置で、第1の圧縮映像信号
を供給するため、フィ−ルドフォ−マットで与えられた
画素デ−タセットを圧縮する第1の手段と、第2の圧縮
映像信号を供給するため、フレ−ムフォ−マットで与え
られた画素デ−タセットを圧縮する第2の手段と、第1
の圧縮映像信号中のエラ−評定のため前記の第1の手段
に接続され、また第2の映像信号中のエラ−評定のため
前記の第2の手段に接続された手段と、エラ−が最小の
圧縮映像信号を選別するための手段で、前記エラ−評定
手段に対応する手段を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項2】 特許請求項1において、連続する画素
デ−タセットを逐次圧縮及び評定し、前記選別手段が各
特定セットに対しエラ−が最小の圧縮映像信号を選別す
ることを特徴とする装置。 - 【請求項3】 特許請求項1又は2において更に、選
別された信号がフィ−ルドフォ−マット化か又はフレ−
ムフォ−マット化記号かを確認するための符号化の手段
を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項4】 特許請求項3において更に、伝送のた
めの圧縮映像信号デ−タ流を供給するため符号化された
選別信号に接続するための手段を含むことを特徴とする
装置。 - 【請求項5】 特許請求項1から4のいずれの項にお
いても更に、デジタルインタ−レ−ス映像信号をビデオ
フレ−ムの偶数及び奇数フィ−ルドに対応する偶数及び
奇数画素デ−タブロックに分割する手段と、前記第1圧
縮手段に、前記フィ−ルドフォ−マットを明にする交互
の順番で前記偶数及び奇数ブロックを生成させる手段を
含むことを特徴とする装置。 - 【請求項6】 特許請求項5において更に、前記ブロ
ックを相当する奇数/偶数ブロック対にグル−プ化し、
各対の奇数及び偶数走査線を画素デ−タの互に織り込ま
れた走査線になるよう交互に走査する手段と、連続する
ブロック対から前記第2圧縮手段に画素デ−タの互に織
り込まれた走査線を生成するための手段を含むことを特
徴とする装置。 - 【請求項7】 特許請求項1から6のいずれの項にお
いても、前記各セットはビデオフレ−ムから2つの垂直
方向に隣接する画素デ−タブロックを含むことを特徴と
する装置。 - 【請求項8】 特許請求項1において、前記第1及び
第2圧縮手段が画素デ−タセットのため、第1及び第2
の各々の変換係数の配列を生成し量子化する手段と、前
記エラ−評定手段が各配列の量子化変換係数と未量子化
変換係数間のエラ−を決めることを特徴とする装置。 - 【請求項9】 特許請求項8において、前記エラ−評
定手段が量子化前後の配列中で各係数間の差を計算する
ことで前記エラ−を決め、前記選別手段が全体のエラ−
が最小の配列を確認するため、前記第1配列中の全係数
の差の平均エラ−を前記第2配列中の全係数差の平均エ
ラ−と比較することを特徴とする装置。 - 【請求項10】 特許請求項1において、前記第1圧
縮手段は前記画素デ−タセットに対し第1変換係数配列
を発生し、前記第2圧縮手段は前記画素デ−タセットに
対し第2変換係数配列を発生し、前記エラ−評定手段は
、前記第1及び第2配列を画素デ−タを復旧するために
逆変換する手段と、各配列から復旧した画素デ−タと第
1及び第2圧縮手段に与えられた元の画素デ−タ間のエ
ラ−を決める手段を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項11】 特許請求項1において更に、明確な
連続映像フレ−ムを与えるための画素デ−タを含んだデ
ジタルインタ−レ−ス映像信号を受信する手段と、直前
の映像フレ−ムの画素デ−タから目下の映像フレ−ムに
対する画素デ−タを予知する手段と、目下の映像フレ−
ムに対する予測エラ−を表す画素デ−タセットを発生さ
せるために、実際の画素デ−タから予測した画素デ−タ
を差し引く手段と、予測エラ−画素デ−タをフィ−ルド
フォ−マット中の前記第1圧縮手段に与える手段と、予
測エラ−画素デ−タをフレ−ムフォ−マット中の前記第
2圧縮手段に与える手段とを含むことを特徴とする装置
。 - 【請求項12】 特許請求項11において更に、デジ
タルインタ−レ−ス映像信号の各映像フレ−ムを画素デ
−タの連続ブロックにブロック間基準で予測、減算及び
供給手段により処理するための分割手段を含むことを特
徴とする装置。 - 【請求項13】 特許請求項11又は12において更
に、選別された信号を前記予測手段で発生された運動ベ
クトルデ−タで符号化する手段を含むことを特徴とする
装置。 - 【請求項14】 特許請求項11から13のいずれに
おいても更に、選別された信号をフィ−ルドフォ−マッ
ト化か又はフレ−ムフォ−マット化記号であるかを確認
するために符号化する手段を含むことを特徴とする装置
。 - 【請求項15】 特許請求項14において更に、伝送
のため圧縮映像信号デ−タ流を供給するため、符号化選
別信号を結合する手段を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項16】 デジタルデ−タの連続ブロックの連
続ブロックの最も効果的な圧縮のために、第1デ−タ経
路に第1圧縮信号を与えるため、前記デ−タブロックを
圧縮する手段と、第2デ−タ経路に第2圧縮信号を与え
るため、前記デ−タブロックを圧縮する手段と、第1及
び第2圧縮信号中のエラ−を評定する手段と、各デ−タ
ブロックに対し最小のエラ−の圧縮信号を選別するため
の前記評定手段に対応する手段と、圧縮デジタルデ−タ
流を与えるため選別信号を結合する手段とを含むことを
特徴とする装置。 - 【請求項17】 特許請求項16において更に、選別
された各信号をその信号が生まれたデ−タ経路を表示す
るデ−タで符号化する手段を含むことを特徴とする装置
。 - 【請求項18】 特許請求項17の装置からの圧縮デ
ジタルデ−タ流を解読し、第1デ−タ経路又は第2デ−
タ経路のいずれで発生した信号であるかを確認するため
、各選別信号から符号化デ−タを検出する手段と、相当
する第1圧縮解除回路の第1デ−タ経路から選別信号を
処理するため、また相当する第2圧縮解除回路の第2デ
−タ経路から選別信号を処理するため、前記検出手段に
対応する手段を含むことを特徴とする受信器。 - 【請求項19】 特許請求項18において、前記第1
デ−タ経路及び第1圧縮解除回路は前記デ−タブロック
の圧縮及びその解除に第1のアルゴリズムを使用し、第
2デ−タ経路及び第2圧縮解除回路は前記デ−タブロッ
クの圧縮及びその解除に第2のアルゴリズムを使用する
ことを特徴とする装置。 - 【請求項20】 特許請求項16において、前記デ−
タブロックは第1フォ−マットに前記第1デ−タ経路を
、また第2フォ−マットに前記第2デ−タ経路を与える
ことを特徴とする装置。 - 【請求項21】 フレ−ム処理画素デ−タとフィ−ル
ド処理画素デ−タのブロックで送信された圧縮デジタル
映像信号を受信する手段で、受信信号中に含まれるデ−
タの特定ブロックが、フレ−ム処理であるか又はフィ−
ルド処理であるかを決定するための前記受信手段に接続
された手段と、受信されたフィ−ルド処理画素デ−タブ
ロックを解読するための第1の手段と、受信されたフレ
−ム処理画素デ−タブロックを解読するための第2の手
段と、前記第1及び第2手段から非圧縮状態の映像信号
を復旧するため、選択的に解読したブロックを結合する
ための前記決定手段に対応する手段を含むことを特徴と
するデコ−ダ装置。 - 【請求項22】 特許請求項21において更に、復旧
した信号をデジタルインタ−レ−ス映像信号に変換する
手段を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項23】 特許請求項21又は22において、
前記決定手段は前記ブロックに付加されたデ−タで、フ
ィ−ルド又はフレ−ム処理かを確認する読み取り手段を
含むことを特徴とする装置。 - 【請求項24】 特許請求項21より23のいずれの
項においても、前記ブロックは変換係数列から成り、第
1及び第2の手段は前記係数を逆変換する手段から成っ
ていることを特徴とする装置。 - 【請求項25】 特許請求項24において、逆変換手
段は前記第1及び第2手段により分配されることを特徴
とする装置。 - 【請求項26】 特許請求項21より25のいずれの
項においても更に、今現在の映像フレ−ムを表す画素デ
−タの受信したブロックに付加された運動ベクトルデ−
タを復旧する手段と、直前の映像フレ−ムを表すデ−タ
を記憶しておく手段と、復旧した運動ベクトルデ−タと
記憶デ−タから予測信号を計算する手段と、今現在の映
像フレ−ムに対し、受信したブロックに前記予測信号を
付加する手段を含むことを特徴とする装置。 - 【請求項27】 デジタルインタ−レ−ス映像信号か
ら得られた画素デ−タのフィ−ルドフォ−マット化ブロ
ックを圧縮するための第1デ−タ圧縮手段と、前記フィ
−ルドフォ−マット化ブロックに相当する画素デ−タの
フレ−ムフォ−マット化ブロックを圧縮するための第2
デ−タ圧縮手段と、前記第1及び第2デ−タ圧縮手段か
らの圧縮デ−タ中のエラ−を評定する手段と、エラ−最
小の各ブロックのために圧縮デ−タを選別するための前
記エラ−評定手段に対応する手段と、各ブロックに対し
フィ−ルド処理か又はフレ−ム処理デ−タかを確認する
ための選別デ−タを符号化する手段と、送信機で送信す
るため、フィ−ルド処理画素デ−タとフレ−ム処理画素
デ−タの互に交錯したブロックを含む圧縮映像デ−タ流
を作るため、符号化された選別デ−タを結合させる手段
を含むことを特徴とするデジタルテレビジョンシステム
。 - 【請求項28】 特許請求項27において更に、前記
送信機から圧縮映像デ−タ流を受信する受信器と、前記
デ−タ流中で、フィ−ルド処理ブロック及びフレ−ム処
理ブロックを確認するのに符号化されたデ−タを解読す
るための前記受信器と提携して作動する手段と、受信し
たフィ−ルド処理デ−タのブロックを処理する第1の手
段と、受信したフレ−ム処理デ−タのブロックを処理す
る第2の手段と、前記第1及び第2処理手段から非圧縮
デジタルインタ−レ−ス映像信号を回収するため、選択
的にブロックを結合させるための前記解読手段に対応す
る手段を含むことを特徴とするシステム。 - 【請求項29】 特許請求項28において、前記デジ
タルインタ−レ−ス映像信号は映像フレ−ムの画面を明
確にさせ更に、今現在の映像フレ−ムに対し、直前の映
像フレ−ムの画素デ−タから現在のデ−タを予測する手
段と、今現在の映像フレ−ムのために予測エラ−を表す
画素デ−タのセットを作り、実際の画素デ−タから予測
画素デ−タを差し引くための手段と、前記第1デ−タ圧
縮手段にフィ−ルドフォ−マット化ブロックとして予測
エラ−画素デ−タを与えるための手段と、前記第2デ−
タ圧縮手段にフレ−ムフォ−マット化ブロックとして予
測エラ−画素デ−タを与えるための手段と、今現在の映
像フレ−ムに対し、運動ベクトルデ−タを発生させるた
めの前記予測手段と連携して作動する手段と、運動ベク
トルデ−タに相当する各ブロックに対し、選別デ−タを
符号化するための前記発生手段と連携して作動する手段
と、今現在の映像フレ−ムの各ブロックから運動ベクト
ルデ−タを復旧するための前記受信手段と連携して作動
する手段と、直前の映像フレ−ムを表すデ−タを記憶す
るための前記受信器と連携して作動する手段と、復旧し
た運動ベクトルデ−タと記憶されているデ−タから予測
信号を計算する手段と、今現在の映像フレ−ムのため、
受信したブロックに前記予測信号を付加するための手段
とを含むことを特徴とするシステム。 - 【請求項30】 符号化テレビジョン信号をデジタル
伝送するため、デジタルインタ−レ−ス映像信号を画素
デ−タのブロックに分割し、前記ブロックをフィ−ルド
フォ−マットにフォ−マット化し、前記フィ−ルドフォ
−マット化ブロックを第1の圧縮映像信号を作るために
圧縮し、前記ブロックをフレ−ムフォ−マットにフォ−
マット化し、前記フレ−ムフォ−マット化ブロックを第
2の圧縮映像信号を作るために圧縮し、前記第1及び第
2圧縮映像信号中のエラ−を評定し、各ブロックに対し
エラ−が最小である圧縮映像信号を選別し、選別された
信号をフィ−ルドフォ−マット化か又はフレ−ムフォ−
マット化された信号かを確認するため符号化し、符号化
信号を結合するステップから成ることを特徴とするテレ
ビジョン信号を符号化する方法。 - 【請求項31】 特許請求項30において更に、前記
デジタルインタ−レ−ス信号中に含まれている今現在の
映像フレ−ムのため、画素デ−タを直前のフレ−ムの画
素デ−タから予測し、前記第1及び第2圧縮映像信号を
使うのに用いるため、画素デ−タの約分した形のセット
を与えるのに今現在のフレ−ムに対する実際の画素デ−
タから前記予測画素デ−タを差し引き、前記予測段階中
に発生した運動ベクトルデ−タで選別信号を符号化する
ステップから成ることを特徴とする方法。 - 【請求項32】 特許請求項31により発生された結
合した符号化信号を解読するため、フィ−ルド処理デ−
タに適合する圧縮解除回路でフィ−ルドフォ−マット化
信号の圧縮を解除し、フレ−ム処理デ−タに適合する圧
縮解除回路でフレ−ムフォ−マット化信号の圧縮を解除
し、今現在の映像フレ−ムを表す符号化された選別信号
から運動ベクトルデ−タを復旧し、直前の映像フレ−ム
を表すデ−タを記憶し、復旧した運動ベクトルデ−タと
記憶されたデ−タから予測信号を計算し、前記予測信号
を圧縮解除信号に付加し、デジタルインタ−レ−ス映像
信号を取り出すために圧縮解除信号を結合するステップ
から成ることを特徴とする方法。 - 【請求項33】 特許請求項30から32のいずれの
項による方法においても、生成された結合した符号化信
号の解読に対して、フィ−ルド処理デ−タに適合した圧
縮解除回路でフィ−ルドフォ−マット化信号の圧縮を解
除し、フレ−ム処理デ−タに適合した圧縮解除回路でフ
レ−ムフォ−マット化信号の圧縮を解除し、デジタルイ
ンタ−レ−ス映像信号を取り出すために圧縮解除信号を
結合するステップから成ることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US07/507,258 US5091782A (en) | 1990-04-09 | 1990-04-09 | Apparatus and method for adaptively compressing successive blocks of digital video |
US07/507,258 | 1990-04-09 | ||
US7/507,258 | 1990-04-09 |
Publications (2)
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