JPH04323989A - 高品位テレビ用符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高品位テレビに関する
。特に、ＨＤＴＶの映像信号を符号化および復号化する
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ある形式の高品位テレビ（ＨＤＴＶ）が
ＴＶ放送における次の主要な発展であると広く考えられ
ている。「高品位」とは、ここでは単に、像が現在のも
のよりもずっと高い解像度で伝送されることを意味する
。現在の考えでは、米国のＨＤＴＶは、現在伝送されて
いるものよりもフレームあたり約６倍の情報を提供する
。テレビ信号の形成方法に何の変更もなければ、もちろ
ん、ＨＤＴＶ信号の伝送に要するバンド幅は６倍に増加
する。地上波で放送されている従来のテレビ信号は、政
府指定の周波数チャネルを占有する。おそらく、隣接Ｔ
Ｖチャネル間に現在備えられている保護バンドを除いて
は、ＨＤＴＶの専用可能な本質的に未使用の周波数バン
ド幅が存在する。保護バンドは、隣接チャネルの信号間
で妨害を縮小するために、スペクトル割当方法に包含さ
れている。妨害は、送信機に指定されたバンド外の周波
数バンドへの不可避的送信や、受信機に指定されたバン
ド外からの信号の受信機による不当な受信によって発生
する。従って、ＨＤＴＶ設計者の課題は、ＨＤＴＶ信号
を圧縮し、利用可能なバンド幅内で圧縮された信号を受
信機へ通信し、過度の劣化なしに受信機内で信号を圧縮
解除して原型を復元することである。

【０００３】従来、ＴＶ像のバンド幅を縮小するための
多くの技術が提案されている。一般的にこれらの技術は
、映像信号を符号化し、符号化された信号の冗長度を識
別し、もとの信号が受信機によって再構成可能なように
冗長信号を抽出することによってバンド幅を縮小してい
る。冗長度を識別するさまざまな技術が従来使用されて
いる。あるものは静止像に適し、またあるものは動画像
に適する。動画像のバンド幅を縮小する１つの技術は一
般的に移動補償予測符号化法と呼ばれている。移動補償
予測符号化法を使用した、ＨＤＴＶ信号の地上波伝送の
ための装置の分かりやすい説明は、米国特許出願の「Ｈ
ＤＴＶ信号におけるノイズ耐性」（第０７／５３２，５
２６号、１９９０年６月１日提出）にある。以下は、上
記出願で使用されている原理の要約である。

【０００４】ＨＤＴＶカメラによって与えられる像はま
ず時間情報を使用して圧縮される。特に、現フレームと
直前のフレームを比較することによって導出される移動
ベクトル・フィールドに従って直前のフレーム内のブロ
ックを移動することによってなされる予測から各フレー
ムが減算される。現フレームと予測の差（「差フレーム
」）は、水平および垂直方向で信号を変換領域へ変換す
ることによって符号化される。変換ブロックに対応する
周波数領域信号は、クラスタにグループ化される。ベク
トル・パターンは、クラスタ内の前ブロックに対して保
持または削除される変換成分を表現する。各クラスタに
対する保持された成分の値がアナログ信号として伝送さ
れ、それらを保持された値のセットとして識別するベク
トル・パターンは、垂直リトレース間隔の間ディジタル
的に伝送される。ベクトル量子化技術は、これらの保持
／削除パターンを符号化するのに要するディジタル情報
の量を縮小するために使用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ディジタル信号の伝送
は、アナログ信号の伝送の際に遭遇する問題とは質的に
異なる問題を提示する。主な相違点は、信号対ノイズ比
（ＳＮＲ）における小さな変動へのディジタル伝送の高
い感受性にある。この現象（時に「しきい値効果」と呼
ばれる）は、テレビ放送局からそれぞれ５０および６３
マイルに位置する２つのテレビ受信機の場合を考えるこ
とによって例示することができる。放送信号の強度は大
体距離の逆２乗に従って変化するので、それらのテレビ
受信機によって受信される信号強度の差は約２ｄＢであ
ることが容易に確かめられる。ディジタル伝送方式が使
用される場合、送信機から５０マイル離れた受信機は１
０−６のビット誤り率を示す可能性がある。遠いほうの
テレビに対する２ｄＢの追加信号損失が、受信機の入力
でのＳＮＲの２ｄＢの減少となるならば、送信機から６
３マイル離れた受信機は約１０−４のビット誤り率で動
作することになる。このビット誤り率では、５０マイル
離れたテレビは非常に良好な受信をするが、６３マイル
離れたテレビの受信はおそらく非常に劣悪になる。短距
離にわたる性能のこの比較的急速な劣化は、放送産業で
は一般的に許容可能と見なされない。

【０００６】比較すると、現在使用されているアナログ
ＴＶ伝送方式の性能劣化はずっと小さい。受信機におけ
るノイズは、像上の「スノウ」となり、「スノウ」は受
信の質が低下するにつれて単純に増加するが、像自体は
本質的には影響を受けない。ノイズは単に信号に加わる
だけであり、信号を激しく変更することはない。しかし
、「スノウ」の量が増加すると、目がノイズの好ましく
ない影響を縮小しようとして信号を集積しようとするた
め、像の有効解像度が減少する。ノイズが真に好ましく
ないのは、ある種のノイズ源（例えばエコーによるノイ
ズ）で無関係の像が生成される場合のみである。ＴＶ信
号のアナログ伝送におけるノイズは一般的に比較的不快
でない状態で出現し、視聴者はそのような形の品質損失
にすでに慣れているため、本発明の目的は、劣悪な受信
による劣化が少なく、劣化の特性がアナログ信号の劣化
特性と類似するようなディジタル伝送のための装置を実
現することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】アナログ・システムで経
験される劣化に類似した微少品質劣化が、伝送信号の適
切な符号化によって実現される。本発明では、いくつか
のこのような符号化の方法が開示される。これらの符号
化方法は、例えば時間品質劣化、空間品質劣化、ダイナ
ミック・レンジ品質劣化のような、異なる像特性の制御
可能な劣化を通じて、信号の損失を扱うことが可能であ
る。本発明の原理に適合するこれらおよびその他の方法
では、像信号のどの側面、または部分がノイズの犠牲に
なるかに関して意識的な決定がなされる。本発明の時間
劣化の方法によれば、ノイズの導入によって運動の解像
度が劣化する。空間劣化の方法では、像の空間解像度が
犠牲になる。受信機ではあるピクセルが単に損失される
。レンジ劣化の方法では、信号のダイナミック・レンジ
が犠牲になる。すなわち、強度値および色相のレンジが
劣化する。本発明の原理によれば、受信される信号の少
ない劣化のためのシステムは、伝送される信号を複数の
部分（例えば部分Ａ、ＢおよびＣ）に分割する。部分Ａ
は最も強力な誤り訂正符号を与えられ、部分Ｂは「中間
の」誤り訂正符号を与えられ、部分Ｃは最も弱い誤り訂
正符号を与えられる（または全く与えられないこともあ
る）。巧妙な符号化装置は同じ効果を生じることが可能
である。高い信号対ノイズ比をもつ信号を受信する受信
機は、部分Ａ、ＢおよびＣを受信する。遠く離れていて
ノイズの多い信号を受信する受信機は、おそらく、部分
ＡおよびＢのみを正確に受信する。おそらく伝送範囲の
限界の受信機は、部分Ａのみを正確に受信する。もちろ
ん、部分Ａ、ＢおよびＣの信号は、階層的な方法で構成
されなければならない。すなわち、部分Ａは基本的な信
号情報を与え、部分Ｂはより良好な画像を生成するため
に基本情報を補強し、部分Ｃは最高解像度画像を生成す
るために部分Ａ＋Ｂを補強する。

【０００８】例えば、部分Ａ、ＢおよびＣが空間周波数
によって定義された場合、部分Ａは、音声および同期情
報と、従来のＴＶ信号とほぼ同等の空間周波数を含む。 部分Ｂは、部分Ａ＋部分Ｂの解像度が従来のＴＶ信号の
約３倍になるような、付加的な高い空間周波数を含む。 最後に、部分Ｃは、部分Ａ＋Ｂ＋Ｃに対応する受信信号
が完全なＨＤＴＶ解像度（従来のＴＶ信号の約６倍）に
なるような最高周波数を含む。ダシナミックレンジ品質
劣化の方法が選択された場合、部分Ａ、ＢおよびＣは、
画像を構成するのに使用されるグレイ・レベルおよび色
陰影の数に基づく。例えば、信号Ａは６個のグレイ明度
レベルおよび６４個の彩度レベルを表現し、信号Ｂは２
個の追加明度ビットおよび２個の追加彩度ビットからな
り、信号Ｃは１個の追加明度ビットおよび４個の追加彩
度ビットからなる。時間劣化の方法が選択された場合、
信号Ａは６０Ｈｚのフレーム速度の２：１サブサンプリ
ングを表現し、信号Ｂは信号Ａにおける損失フレームの
補間を補正する誤り信号を表現する。この例は２個のみ
の信号（ＡおよびＢ）を含む。これらの例で、ただ１つ
の分割基準（空間周波数、色およびグレイ・レベル解像
度、時間解像度）が使用される場合、Ａのデータの量は
ＢまたはＣよりも多いため、実際のシステムは、信号Ａ
のデータをさらに縮小するために、これらおよびその他
の信号分割基準の組合せを使用することが可能である。

【０００９】

【実施例】一般的に、デジタル信号のノイズ耐性は、エ
ラー修正コードにより得られる。このエラー修正コード
は、高価であり、余分のビットを必要とし、そのため、
チャネル容量の中で、実際のデータの占める割合が低下
する。また、このエラー修正コード自身は、微少な品質
劣化にとどまらない。それは、エラーがシステムで検知
できない場合、像への影響は、極めて重大だからである
。。デジタル伝送における微少な品質劣化に対するアプ
ローチは、受信信号の完全性の観点から、現在のアナロ
グＴＶ伝送信号の動きを模倣することである。アラログ
信号が劣化するという特性は、小さな信号は、信号の振
幅を大きくは変えない点である。デジタル伝送でノイズ
が受信信号の振幅を不当に変えないようにするために、
デジタル信号を符号化し、いずれの１ビット内のエラー
が復号化信号をある程度変化させることである。あるい
は、デジタル信号のより重要なビットがエラー修正コー
ドで保護されると、あまり重要でないビットが保護され
なくなる。別のアプローチは、アラログ伝送におけるエ
ラーの視覚効果を模倣することである。品質劣化した信
号の影響は、スノウ（画面の白斑点）であることを認識
する事により、また、信号が品質劣化した時、制御管理
されたスノウ効果が得られるように、デジタル信号をア
レンジすることにより、許容できる程度の微少な品質劣
化ですむ。多くのアプローチが、そのような信号のアレ
ンジに可能である。例えば、一時的品質劣化、部分的品
質劣化、ダイナミックレンジの品質劣化等がある。 本発明の原理沿って実施するこれらのアプローチの場合
、ノイズに対して犠牲にされるべきものは、像のどの部
分かどのような面かに付いて、意識的な決定をする必要
がある。以下に、本発明の原理をＨＤＴＶ符号化器と復
号化器に付いて説明する。簡単のため、ＨＤＴＶ伝送器
内の符号化器は、図１の前進推定部分と図２の符号化ル
ープとに分割する。

【００１０】図１では、入力信号がライン１０に送られ
る。これは、像フレームの列として到着するディジタル
化映像信号である。この入力信号が、フレーム平均プロ
セッサ１１、バッファ１２、および移動ベクトル生成器
１３に送られる。フレーム平均プロセッサ１１は、各入
力フレームの平均値を生成する。この値はバッファ２４
および２５で遅延され、以下で説明されるように図１の
いくつかの要素に送られる。この値はまた、バッファ５
２を通して図２の符号化ループにも送られる。

【００１１】移動ベクトル生成器１３は、移動ベクトル
・セレクタ／符号器１４に送られた移動ベクトルを生成
し、その後そこから、バッファ１５および３２を通って
、符号化された移動ベクトルは図２の符号化ループへ送
られる。移動ベクトルセレクタ／符号器１４の非符号化
出力は、移動補償器１６と、バッファ１７およびそれに
続くバッファ５０にも送られ、バッファ５０から、非符
号化移動ベクトルが図２の符号化ループに送られる。

【００１２】バッファ１２の出力は、バッファ１８に送
られたあと、バッファ１９および５１に送られ、バッフ
ァ５１からその出力は図２の符号化ループに送られる。 バッファ１８の出力はバッファ２２およびリーク因子プ
ロセッサ２０に送られ、バッファ１９の出力は移動補償
器回路１６に送られる。移動補償器１６の出力はバッフ
ァ２１およびリーク因子プロセッサ２０に送られる。

【００１３】バッファ２５のフレーム平均信号は、減算
器２６でバッファ２１の出力から、また、減算器２７で
バッファ２２の出力からそれぞれ減算される。減算器２
６およびリーク・プロセッサ２０の出力は乗算器２３に
送られ、乗算器２３の出力は減算器２８に送られる。リ
ーク・プロセッサ２０の出力はバッファ３１を通って図
２の符号化ループにも送られる。要素２８は、減算器２
７の出力から乗算器２３の出力を減算し、その結果をＤ
ＣＴ変換回路３０に送る。変換回路３０の出力はプロセ
ッサ５３に送られる。プロセッサ５３は、スケール因子
Ｓｉｊおよび信号標準偏差σを計算し、その結果を図２
に送る。減算器２７の出力はＤＣＴ変換回路２９に送ら
れ、ＤＣＴ回路２９の出力は図２に符号化ループに送ら
れる。

【００１４】図１のさまざまな要素間のタイミング関係
を理解するためには、例えばライン１０の入力がフレー
ムｔの像信号に対応する（すなわち、ライン１０の入力
信号がフレームＩ（ｔ）である）と決めることによって
、ある基準点を設定することが有用である。図１の全バ
ッファは１フレーム分のデータを格納し遅延する。従っ
て、バッファ１２の出力はＩ（ｔ−１）、バッファ１８
の出力はＩ（ｔ−２）、バッファ１９の出力はＩ（ｔ−
３）、バッファ５１の出力はＩ（ｔ−４）である。

【００１５】移動ベクトル生成器１３は、（符号器回路
および復号器回路内のどこか他の場所で）フレームＩ（
ｔ−１）の情報に基づいてフレームＩ（ｔ）の近似を生
成するのを補助する移動ベクトルＭ（ｔ）を生成する。 移動ベクトルが生成されるには少し時間がかかる（生成
器１３内の遅延が１フレームの遅延に等しくなるように
内部遅延が含められる）。従って、生成器１３の出力（
遅延処理後）は、移動ベクトルＭＶ（ｔ−１）のセット
に対応する。

【００１６】移動ベクトル生成器１３で生成された移動
ベクトルのすべてが実際に使用されるわけではないため
、生成器１３の出力は移動ベクトルセレクタ／符号器１
４に送られ、そこで選択処理がなされる。選択処理もま
た時間がかかるため、セレクタ／符号器１４の出力はＭ
Ｖ（ｔ−２）およびＣＯＤＥＤ　　ＭＶ（ｔ−２）信号
となり、これらは、フレームＩ（ｔ−３）の情報に基づ
いてフレームＩ（ｔ−２）の近似を生成するのを補助す
る移動ベクトルおよびその符号化表現である。

【００１７】このようなＩ（ｔ−２）信号は実際に移動
補償器１６で生成される。移動補償器１６は、バッファ
１９のＩ（ｔ−３）信号およびセレクタ／符号器１４の
移動ベクトルから、信号Ｉ（ｔ−２）を近似する変位フ
レーム信号ＤＦ（ｔ−２）を生成する。バッファ１７お
よび５０はＭＶ（ｔ−４）信号を生成し、バッファ１５
および３２はＣＯＤＥＤ　　ＭＶ（ｔ−４）信号を生成
する。

【００１８】上記のように、プロセッサ１１はフレーム
平均信号を生成する。平均信号はフレームが終了するま
で知ることができないため、プロセッサ１１の出力はフ
レームｔ−１に関するものである。換言すれば、プロセ
ッサ１１の出力はＭ（ｔ−１）であり、バッファ２５の
出力はＭ（ｔ−３）である。

【００１９】リーク因子プロセッサ２０は信号Ｉ（ｔ−
２）およびＤＦ（ｔ−２）を受信する。このプロセッサ
の機能を実行する（そして、正確に１フレームの遅延を
有することを保証するように内部遅延が含められる）の
にも時間がかかるため、プロセッサ２０の出力信号はフ
レーム（ｔ−３）のリーク因子に対応する。従って、プ
ロセッサ２０の出力はＬ（ｔ−３）と表される。その出
力はバッファ３１で遅延され、それによってＬ（ｔ−４
）が符号化ループに送られる。

【００２０】最後に、要素２６〜３０内の処理は比較的
速いため、要素２９および３０の変換された像（バーＩ
Ｔ）および変位フレーム差（ＤＦＤＴ）出力はそれぞれ
フレームＩＴ（ｔ−３）およびＤＦＤＴ（ｔ−３）に対
応し、プロセッサ５３の出力はＳｉｊ（ｔ−４）および
σ（ｔ−４）に対応する。

【００２１】図２は、図１の前進推定セクションで生成
された信号を利用する符号化ループの図である。ループ
自体は、要素３６，３７，３８，３９，４０，４１，５
４，４２，４３，４４および４５からなる。減算器３５
でフレーム平均信号Ｍ（ｔ−４）が像信号Ｉ（ｔ−４）
から減算された後、像信号Ｉ（ｔ−４）は減算器３６に
送られる。減算器３６によって生成される信号は、像Ｉ
（ｔ−４）と、（減算器４４によって除外された前フレ
ームのフレーム平均と、乗算器４５で導入されるリーク
因子とともに）符号化ループに含まれる前フレームのデ
ータから得られる像Ｉ（ｔ−４）の最良推定値の差であ
る。

【００２２】このフレーム差はＤＣＴ変換回路３７に送
られ、この回路は減算器３６のフレーム差信号に関する
２次元変換領域情報を生成する。この情報は、量子化器
およびベクトル・セレクタ（ＱＶＳ）３８内でベクトル
に符号化され、符号器４６および４７へ送られる。ＱＶ
Ｓ３８および符号器４７に送られて実行される符号化は
、逆量子化器３９内で可能な限り反転され、逆ＤＣＴ回
路４０に送られる。

【００２３】逆ＤＣＴ回路４０の出力は減算器３６の出
力を近似する。しかし、符号化信号の一部のみが要素３
９に送られ、かつそれは要素３８の符号化処理における
情報損失によって破損しているため、逆ＤＣＴ回路４０
の出力は減算器３６の信号と完全には一致しない。要素
３７、３８、３９、４０を通過する際にも遅延が存在す
る。この遅延がバッファ４８による遅延と整合された後
、バッファ４８と逆ＤＣＴ変換回路４０の出力が加算器
４１で結合されて加算器５４に送られる。加算器５４は
フレーム平均信号Ｍ（ｔ−４）を加算し、その結果をバ
ッファ４２に送る。バッファ４２は、要素４３、４４、
４５における遅延のうちバッファ４８による遅延よりも
少ない分を補い（完全な１フレームの遅延を形成し）、
出力を移動補償器４３に送る。

【００２４】移動補償器４３は、移動ベクトルＭＶ（ｔ
−４）に応答する。移動補償器４３は、バッファ４２に
よって提供されるＩ（ｔ−５）の近似に基づいて、像信
号Ｉ（ｔ−４）の推定値を生成する。上記のように、こ
の近似は、減算器４４の作用によって、前フレームのフ
レーム平均Ｍ（ｔ−５）を減じられる。前フレームのフ
レーム平均は、Ｍ（ｔ−４）を与えられたバッファ５５
から導出される。減算器４４の結果は乗算器４５に送ら
れる。乗算器４５は、減算器４４の出力にリーク因子Ｌ
（ｔ−４）を乗算する。この乗算結果は、減算器３６の
負入力への信号を形成する。

【００２５】ちなみに、移動補償器４３の作用は線形で
ある。従って、バッファ４２の作用もまた線形である（
これは、入力信号の切り捨てがないことを意味する）場
合、加算器５４および減算器４４（およびバッファ５５
）はまったく余分である。これらは、バッファ４２が必
要な記憶装置にセーブするために入力信号を切り捨てる
場合にのみ使用される。

【００２６】バッファ４２に関して、もう１つの改善が
可能である。要素３６、３７、３８、３９、４０内の処
理と、バッファ４８の対応する遅延が、垂直フレーム・
リトレース時間よりも小さい場合、バッファ４２の出力
はその入力と同期することが可能である。すなわち、あ
るフレームのピクセルがバッファを出るのと同時に、前
フレームの対応するピクセルがバッファを出ることが可
能である。

【００２７】この場合、バッファ４２を、図１７のバッ
ファ回路４２に置き換えることによって一時フィルタリ
ングが実現される。バッファ回路４２では、入力ピクセ
ルが出力ピクセルと比較される。それらの差があるしき
い値よりも大きい場合、回路４２内の記憶要素にそれら
２個の比較されたピクセルの平均がロードされ、それ以
外の場合は、バッファ４２内の記憶要素には入力ピクセ
ルのみがロードされる。

【００２８】また、ＱＶＳ３８は知覚符号器４９および
Ｓｉｊ（ｔ−４）に応答する。この符号器は信号バーＩ
Ｔ（ｔ−４）およびσ（ｔ−４）に応答する。信号Ｓｉ
ｊ（ｔ−４）は、逆量子化回路３９およびバッファ・フ
ルネスおよびフォーマッタ（ＢＦＦ）５６にも送られる
。 ＢＦＦブロック５６は、符号器４６ならびに４７からの
情報、リーク信号Ｌ（ｔ−４）および図１のバッファ３
２からのＣＯＤＥＤ　　ＭＶ（ｔ−４）情報も受信する
。 ＢＦＦブロック５６は、知覚符号器４９にフルネス情報
を送り、受信した全情報を後段の回路に送る。後段の回
路では、信号は増幅され、適切に変調されて、地上波伝
送の場合、送信アンテナに送られる。

【００２９】ＢＦＦブロック５６は２つの密接に関連し
た機能を果たす。ＢＦＦブロック５６は、適切な誤り訂
正符号を加えることによって、符号器で生成された情報
をパックし、また、知覚符号器４９に情報を送って、出
力バッファ・フルネスのレベルについて知らせる。後者
の情報は知覚符号器４９でＱＶＳ３８および逆量子化器
３９を制御するため、従って、次フレームのビット速度
を制御するために使用される。

【００３０】上記の一般的な説明は、ＨＤＴＶ送信機内
の符号器のかなり詳細な説明である。以下で、図１およ
び図２に含まれるさまざまな回路のそれぞれについて詳
細に説明する。

【００３１】フレーム平均回路１１。フレーム内の平均
信号は、フレーム内の全ピクセルの値を単に加算し、そ
の和を一定数で除算する単純な累算器によって得られる
。２の累乗個のピクセルの加算によって最も容易な除算
が実現されるが、他の個数による除算もまた非常に単純
な従来のハードウェア（例えば、参照テーブル）によっ
て可能である。この単純さのため、回路１１に関しては
これ以上ここでは説明しない。

【００３２】移動ベクトル生成器１３。移動ベクトル生
成器は、２個の連続する像Ｉ（ｔ）およびＩ（ｔ−１）
を比較する。この比較は、先行する像フレームＩ（ｔ−
１）内の領域すなわちブロックと良く一致する領域すな
わちブロックを現在の像フレームＩ（ｔ）内で検出する
ことを目的とする。目標は、変位情報および先行する像
フレームの組合せから、現在の像フレームの近似の生成
を可能にする相対変位情報の生成である。

【００３３】特に、現フレームはｎ×ｎのピクセル・ブ
ロックに分割され、現フレーム・ブロックにできるだけ
良く一致するｎ×ｎブロックを前フレーム内で発見する
ように、現フレームの各ブロックに対して探索が行われ
る。

【００３４】Ｋ×Ｋピクセル配列の近傍でｎ×ｎピクセ
ル・ブロックの最良変位の完全な探索を実行したい場合
、（Ｋ−ｎ）×（Ｋ−ｎ）個の可能な変位すべてをテス
トしなければならない。これらの各変位に対して、現フ
レームのｎ×ｎピクセル配列と、選択された変位に対応
する前フレームのＫ×Ｋピクセル配列のｎ×ｎ部分との
差（例えば、絶対値、ＲＭＳ、または平方の意味で）の
大きさを決定しなければならない。最小の差に対応する
変位が所望される変位であり、これは移動ベクトルと呼
ばれる。

【００３５】上記の探索プロセスのハードウェア実現に
関する１つの重要な点は、絶対的に最適な移動ベクトル
を発見するために実行される必要がある計算量である。 例えば、像が８×８ピクセルのブロックにサブ分割され
、像が１０２４×１０２４ピクセルからなる場合、照合
の必要なブロックの総数は２１４個になる。最良の一致
を決定するために像全体にわたる完全な探索が実行され
るとすれば、各ブロックに対する探索回数は約２２０で
ある。従って（全ブロックに対する）総探索回数は約２
３４となる。この「天文学的な」回数はあまりに多すぎ
る探索回数である。

【００３６】必要な探索回数を制限する１つの方法は、
移動ベクトルが探索されるブロックの近傍を制限するこ
とである。行われなければならない探索回数の直接の減
少に加えて、この方法は次のような付加的利点を有する
。すなわち、近傍がより制限されると、移動ベクトルを
表現するのに必要なビット数が限定され（小さい範囲に
なる）、これは伝送負担を軽減する。これらの理由を考
慮して、探索近傍を水平および垂直方向でともに±３２
地点に制限する。これは、例えば、３２×１６ピクセル
・ブロックを考えた場合、探索近傍は８０×８０ピクセ
ルで、各ブロックに対する探索回数は（２２０と比較し
て）２１２であることを意味する。

【００３７】上記のように、予測誤りは差の平方の和に
基づくことが可能であるが、差の絶対値を扱うほうがず
っと簡単である。従って、ここでの移動ベクトル生成器
は、ブロックにわたるピクセル間の差の絶対値の和に対
応する予測誤り信号を形成することによって、現フレー
ム内のピクセルのブロックを前フレームのものと比較す
る。

【００３８】探索の複雑さおよび量をさらに縮小するた
め、２段階の階層的移動推定方法が使用される。第１段
階では、移動は粗く推定され、第２段階では粗推定が精
細化される。第１段階の粗い方法での照合は、像の解像
度を水平および垂直の両方向で２分の１にすることによ
って実現される。これによって、探索領域は４分の１に
なり、１０２４×１０２４の像配列では２１２ブロック
だけになる。第１段階で生成された移動ベクトルは第２
段階に送られ、第１段階で発見された粗変位の近傍で探
索が実行される。

【００３９】図３は、移動ベクトル生成器の第１（粗）
段階の構造を図示している。図３では、入力信号は２次
元８ピクセル×８ピクセルの低域フィルタ６１に送られ
る。フィルタ６１は、入力データのサンプリング速度の
半分よりも高い周波数を除去する。サブサンプラ６２が
フィルタ６１の次に続く。これは、入力信号を２：１の
比率でサブサンプリングする。フィルタ６１は、サブサ
ンプラに対するナイキスト比率よりも大きい信号を除去
するため、フィルタ６１の作用は、要素６２のサブサン
プリング作用からの副作用がないことを保証する。サブ
サンプラ６２の出力は、像の各ラインの半数のピクセル
と、像の半数のラインからなる像信号である。これは、
上記のような解像度の４分の１縮小に対応する。

【００４０】図１では、移動ベクトル生成器１３は、入
力ライン１０のＩ（ｔ）信号およびバッファ１２の出力
のＩ（ｔ−１）信号に応答するように図示されている。 これは説明のためにこうしただけであって、図１の説明
の文脈で移動ベクトル１３の動作を明確に理解可能にす
るためのものである。実際には、図１の接続に関する限
り、移動ベクトル生成器１３はＩ（ｔ）のみに応答し、
バッファ１２の遅延は移動ベクトル生成器１３の回路内
に集積されるほうが都合が良い。

【００４１】この考えに従って、図３は、サブサンプラ
６２の出力に応答するフレーム・メモリ６３を含む。フ
レーム・メモリ６３の入力でサブサンプリングされたＩ
（ｔ）信号およびフレーム・メモリ６３の出力でサブサ
ンプリングされたＩ（ｔ−１）信号は移動推定器６４に
送られる。

【００４２】メモリ６３の制御はかなり単純である。デ
ータは、１回に１ラインずつ、順に移動推定器ブロック
６４に入る。１６ラインの前方オフセットを除いて、サ
ブサンプリングされたＩ（ｔ）の全１６ラインとともに
、メモリ６３は移動推定器ブロック６４にサブサンプリ
ングされたＩ（ｔ−１）の１６ラインを供給しなければ
ならない。ブロック６４によって必要とされるサブサン
プリングされたＩ（ｔ−１）の３２本の他の（先行する
）ラインは、移動推定器ブロック６４に送られた、サブ
サンプリングされたＩ（ｔ）の先行する２セットの１６
ラインからすでにブロック６４内にある。

【００４３】移動推定器６４は、像の各ブロックに対し
て複数の予測誤り信号を生成する。この複数の予測誤り
信号は、最小の予測誤り信号を識別する最良一致計算器
６５に送られる。この予測誤り信号に対応する変位がそ
のブロックの移動ベクトルとして選択される。

【００４４】より数学的な言葉で表現すれば、現フレー
ム・ブロック内の幅ｗおよび高さｈのブロックをｂ（ｘ
，ｙ，ｔ）と表す場合（ただしｔは現フレーム、ｘおよ
びｙはブロックの左上隅の座標）、予測誤りはピクセル
値の差の絶対値の和として定義される。

【数１】 ただし、ｒおよびｓはそれぞれｘおよびｙ方向の変位で
ある。

【００４５】最良一致を与える移動ベクトルは、最小予
測誤りを与える変位（ｒ，ｓ）である。

【００４６】移動ベクトルの選択は計算器６５で実行さ
れる。等しい最小誤りを有するいくつかのベクトルが存
在する場合、計算器６５は最小の大きさをもつ移動ベク
トル（変位）を選択する。この選択のために、大きさは
計算器６５では水平および垂直変位の大きさの和（すな
わち、｜ｒ｜＋｜ｓ｜）として定義される。

【００４７】移動ベクトル生成器１３の第２段階では、
第１段階で選択された変位の近傍で選択される最良の変
位値について、精細な決定がなされる。第２段階は３つ
の点で第１段階と相違する。第１に、第２段階は個々の
近傍に向けられた探索を実行する。第２に、第２段階は
８×８ブロックおよび、８×８ブロックの４×２配列（
結果として３２×１６ブロック）に対する予測誤り値を
評価する。第３に、第２段階は最終結果を１／２ピクセ
ルの精度で補間する。

【００４８】図４は、生成器１３の第２段階の一般的な
ブロック図である。図３と同様に、入力信号はフレーム
・メモリ６６に送られる。メモリ６６の入力および出力
は移動推定器６７に送られ、移動推定器６７の出力は最
良一致計算器６８に送られる。推定器６７は、生成器１
３の第１段階で生成された粗移動ベクトル推定値にも応
答することによって、推定器は、生成器１３の第１段階
で選択された移動ベクトルの近傍での移動を推定する。

【００４９】計算器６８は、セットあたり１０個の信号
を有する出力セットを生成する。計算器６８は、８個の
８×８ブロック移動ベクトルと、この８個の８×８ブロ
ックによって覆われる像領域を包含する１個の３２×１
６移動ベクトルと、３２×１６移動ベクトルの代わりに
それに対応する８個の８×８移動ベクトルを使用するこ
とによって得られる、移動仕様における改善（すなわち
、低い予測誤り）の測度を生成する。改善の測度はいろ
いろな方法で生成可能であるが、１つの単純な方法は、
８×８ブロックの予測誤りを保持し、それらの予測誤り
の和を生成し、生成された和を３２×１６移動ベクトル
の予測誤りから減算することである。

【００５０】図４で、計算器６８の移動ベクトル出力は
半ピクセル推定器６９に送られる。半ピクセル移動は、
最小誤りの領域の周りの予測誤りの変化から導出される
。推定器６９で使用される単純な方法は、最小値の周り
の３点に放物線を当てはめ、放物線の方程式を解き、放
物線の最小値の位置を見つけることによって、ｘおよび
ｙ方向で独立に半ピクセル移動を導出するというもので
ある。

【００５１】必要なのは１／２ピクセルの精度であるた
め、このプロセスは次の比較を実行することに単純化さ
れる。

【数２】 および

【数３】 ただし、ｐｘはｘでの予測誤り、ｘ’は導出された半ピ
クセル移動ベクトルである。

【００５２】移動ベクトル生成器１３の両段階における
探索は、フレームに入ってくる対象の予測を改善するた
め、像の縁に拡張することが可能である。像の外側のピ
クセルの値は、最近接の知られているピクセルの値に等
しく設定されるべきである。

【００５３】ここまで、移動ベクトル生成器１３の構造
を説明した。すべての計算プロセスは従来のプロセッサ
で実行可能である。専用プロセッサから最も利益を受け
るプロセスは、要素６４および６７の移動推定プロセス
である（単に要求される演算回数のため）。しかし、こ
れらのプロセスは、映像移動推定プロセッサ（Ｌ６４７
２０）を提供しているＬＳＩロジック社（ＬＳＩ　Ｌｏ
ｇｉｃ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）の専用チップで実現
可能である。これらのうちのいくつかは結合されて、任
意の大きさの領域にわたる任意の大きさのブロックに対
する移動推定値を生成することが可能である。Ｌ６４７
２０チップのこの結合法は、「ＬＧ７２０（ＭＥＰ）映
像移動推定プロセッサ」と題するＬＳＩロジック社のア
プリケーション・ノートに説明されている。

【００５４】移動ベクトル・セレクタ／符号器。３２×
１６ブロックを生成する理由は、８×８ブロックに対す
る移動ベクトルの全セットが、移動ベクトルに割り当て
られたビット・バジェットで符号化できないであろうと
いう予想に基づく。他方、３２×１６ブロック移動ベク
トルだけを送ることは、２８，６７２ビットを要する。 これは、移動ベクトルあたり１４ビット（水平変位に７
ビット、垂直変位に７ビット）に、水平方向に３２ブロ
ックおよび垂直方向に６４ブロックを乗じた結果である
。換言すれば、移動ベクトルの最終セットは、８×８ブ
ロック移動ベクトルと、３２×１６ブロック移動ベクト
ルの混合であると考えられる。

【００５５】従って、最終的にＨＤＴＶ送信機によって
送信される移動ベクトルの最後の混合に関して選択が行
われる必要があり、この選択は事前割当のビット・バジ
ェット内に適合しなければならない。移動ベクトルを定
義するビット数は、その移動ベクトルに適用される圧縮
符号化法の効力に依存するため、移動ベクトルの選択お
よび選択された移動ベクトルの圧縮は密接に関連するこ
とになる。

【００５６】セレクタ／符号器１４で実行される符号化
プロセスにおける基本的原理は、できるだけ詳細な情報
でビット・バジェットを満たすことである。すなわち、
目標は、できるだけ多くの８×８移動ベクトルを使用す
ることである。我々の方法は、３２×１６ブロック移動
ベクトルのセットから開始し、この移動ベクトルの列を
圧縮し、事前割当のビット・バジェットで残されたビッ
ト数の測度を生成し、この残余ビットを割り当てる反復
プロセスに入ることである。プロセスを単純化するため
、３２×１６移動ベクトルはセットにグループ化され、
各セットが１単位として符号化される。ここで使用する
このセットすなわちスライスは図５に示すような２×３
配列（全部で６個の３２×１６移動ベクトル）である。

【００５７】符号化プロセスは符号器１４（図１）から
開始される。符号器１４は、第１の上記の６個の３２×
１６移動ベクトルに対する符号を生成し、それらの符号
を可変長符号（例えば、ハフマン符号）で圧縮する。グ
ループの第１符号はスライス内の第１の３２×１６移動
ベクトルを絶対的な意味で指定する。その後、残りの５
個の移動ベクトルが、それらのベクトルと第１ベクトル
の差によって指定される。スライスの３２×１６移動ベ
クトルの後に、スライス内のいずれかの３２×１６ブロ
ックが８×８移動ベクトルの精細情報によっても指定さ
れているかどうかを示すための１ビットが含められる。 実際にその場合には、どのブロックが精細に指定されて
いるかを指定する符号が与えられ、その後、６×８すな
わち４８個までの符号が、包含されている８×８移動ベ
クトルを指定する。

【００５８】従って、スライスの符号化フォーマット（
図５参照）は表１のパケットを形成する。

【００５９】図６はセレクタ／符号器１４のブロック図
である。セレクタ／符号器１４は、半ピクセル推定器６
９から受信する各３２×１６移動ベクトルとともに、付
随する８×８移動ベクトルおよび改善情報も受信する。 入力３２×１６移動ベクトルはハフマン符号器７０に送
られ、８×８移動ベクトルはメモリ７１に送られ、改善
情報はソータ７２に送られる。ソータ７２には、改善の
大きさによってソートされた順序に改善信号に関連する
情報を格納するメモリ７３が付随する。この関連情報は
、改善値に付随した３２×１６ブロックの識別子である
。

【００６０】ハフマン符号器７０は、スライス・パケッ
トの第１の６フィールドに対する符号を生成し、その情
報をメモリ７４に格納する。同時にハフマン符号器７０
は、累算器７５で、符号化プロセスで生成されたビット
を累算する。累算器７５で生成されるビット数は、しき
い値検出器７６で事前割当のビット・バジェット（固定
数）と比較される。このバジェットを超過しない限り、
しきい値検出器７６は、ソートされたキューのトップの
識別子にアクセス（し、それをキューから削除）するよ
うにメモリ７３に要求する信号を送る。

【００６１】

【００６２】メモリ７３によって与えられた識別子はメ
モリ７１に送られ、この識別子はメモリ７１に、３２×
１６ブロックに付随する８個の８×８移動ベクトルを出
力させる。メモリ７１によって出力された移動ベクトル
はハフマン符号器７０に送られ、ハフマン符号器７０は
その情報を圧縮し、その圧縮された情報を（メモリ７３
の出力信号の制御下で）メモリ７４に加え、圧縮された
ビットを累算器７５で累算する。これで１回の反復が完
了する。

【００６３】しきい値回路７６の動作および全反復ステ
ップは、ビット・バジェットが超過するまで繰り返され
る。その時点で、メモリ７４は、図１のバッファ１５に
送られる符号化移動ベクトルの適切な混合を含む。図６
のように、ハフマン回路７０に送られた非符号化移動ベ
クトルはメモリ７７にも送られる。これらのベクトルは
図１の移動補償回路１６およびバッファ１７に送られる
。

【００６４】移動補償回路。出力信号を生成するために
は、移動補償回路１６（図１）は単に、移動ベクトル・
セレクタ／符号器１４によって選択された移動ベクトル
の制御下でバッファ１９内のデータにアクセスする必要
があるだけである。これは、バッファ１９を、多重化制
御されたランダム・アクセス・メモリに置くことによっ
て容易に実現される。移動補償器１６に向かう出力信号
は移動ベクトルの制御下にあり、バッファ５１に向かう
出力信号は逐次カウンタの制御下にある。

【００６５】移動補償回路４３（図２）は移動補償回路
１６と同一である。

【００６６】リーク回路。リーク回路は、リーク・プロ
セッサ２０および乗算器２３からなる。乗算器２３は、
移動補償回路１６の信号を、減算器２８に送る前に修正
する。減算器２６は、ＤＣＴ変換回路２９および３０で
考慮される信号のダイナミック・レンジを縮小するため
に、平均信号を考慮から除外する。

【００６７】もちろん要素２０内の処理には時間がかか
るため、図１はバッファ２１および２２を含む。バッフ
ァ２２は減算器２８に送られた像信号を遅延し、バッフ
ァ２１は移動補償回路１６によって送られた移動ベクト
ル信号を遅延する。

【００６８】リーク・プロセッサ２０について説明する
。リーク回路のとらえ方の１つは、減算器２８の出力で
生成されたＤＦＤ（変位フレーム差）を縮小するための
機構としてである。従って、良好な移動ベクトルを生成
するためのすべての労力は、減算器２８からのＤＦＤを
縮小することである。リーク回路がＤＦＤをよりよく縮
小できるほど、その使用は有利である。

【００６９】ＤＦＤを縮小する１方法は、リーク変数α
の関数としてＤＦＤを最小化することである。すなわち
、必要なことは、次式を満たすαを決定することである
。

【数４】 ただし、Ｉはバッファ１８の像フレーム信号、ＤＦは移
動補償回路１６の変位フレーム信号、αは乗法的リーク
値、およびＥ｛Ｘ｝はＸの期待値である。この方程式の
解は次式で与えられる。

【数５】

【００７０】従って、プロセッサ２０の１実施例は、信
号Ｉ（ｔ−２）およびＤＦ（ｔ−２）に応じて数５に従
って単にαを計算する。プロセッサ２０で実行される計
算は、この場合、単純な乗算および平均（加算および除
算）であるため、ここでこれ以上詳細に説明しない。プ
ロセッサ２０は従来の算術プロセッサ（例えば、ＤＳＰ
集積回路）が可能であることを述べておけば十分である
。

【００７１】プロセッサ２０で実行される計算は直接的
なものであるが、（移動ベクトルの選択に要する計算ほ
どは多くはないにせよ）まだかなり多量である。次の観
察によって、やや単純な計算作業をプロセッサ２０に割
り当てることが可能である。

【００７２】リーク因子が従うべき制限を考慮すると、
例えば、リーク因子が１．０に達してそこにとどまるこ
とは許容されないことは明らかである。実際の像には何
らかのリークが常に存在しなければならない。そうでな
い場合、新たに送信機に同調した受信機は像信号を構成
することができない。その理由は、この受信機はまった
く履歴情報を欠いている、すなわち、移動ベクトルが首
尾よく適用される正しい「前フレーム」情報をまったく
有しないためである。また、受信機によって受信される
ノイズも決して消失することはない。従って、リーク因
子の長期値には最大レベル（例えば、１５／１６）が設
定されなければならない。

【００７３】同じく明らかなことだが、場面変化があっ
た場合、リーク因子は０が最良である。その理由は、こ
れによって旧場面は完全に捨て去られ、新場面の構成を
開始するためである。場面変化は、民間放送のＴＶ番組
では比較的頻繁である。αを０に設定することは、新た
に同調した受信機やノイズのために破損した履歴情報を
もつ受信機が必要な履歴情報を獲得する際にも有用であ
る。もちろん、重い伝送負担を生じるため、αの値は長
く０に保持されるべきではない。

【００７４】以上を考慮して、単純な形式では、プロセ
ッサ２０によって実行されるプロセスは、場面変化の発
生を判断し、この発生のたびにαを０に設定することだ
けを必要とする。その後αは、ｍフレーム後にαの値が
αｍａｘ（例えば１５／１６）に達するように、事前選
択された割合でフレームごとに増加される。もちろん、
このｍフレーム内に再び場面変化があった場合は、αは
再び０にリセットされ、増加が再開される。

【００７５】αを生成するこの単純な方法は、場面変化
判断回路および累算器で簡単に実現可能である。場面変
化判断回路は、単に変位フレーム差信号の大きさを加算
（すなわち、Σ｜Ｉｔ−２−ＤＦｔ−２｜）する回路で
ある。 これによって、しきい値と比較して場面変化が起きたか
どうかを判断する測度が与えられる。これは図７に図示
されている。要素３４は差信号Σ｜Ｉｔ−２−ＤＦｔ−
２｜を生成し、この信号をしきい値回路５８に送る。回
路５８の出力は加算器５９の無効リード線に送られ、加
算器５９はしきい値レジスタ６０内の値をレジスタ５７
内の値に加算する。レジスタ５７の出力がリーク因子α
である。

【００７６】さらにもう１つの方法は、乗算器２３への
入力で固定リークを使用し、その後で２レベルのリーク
因子を生成することである。（ＤＣＴ変換器３０の出力
にあるプロセッサ５３に加えて）ＤＣＴ変換器２９の出
力にプロセッサ５３を配置することによって、２個のσ
（ｔ−４）信号が生成される。

【００７７】図２の符号化ループに送られるリーク因子
は、生成された２個のσ（ｔ−４）信号に基づいて選択
される。場面変化があった場合、２個のσ信号はあまり
相違しない。その理由は、フレームの予測が悪く、ＤＦ
Ｄ標準偏差が高い値になるためである。実際、ＤＦＤの
偏差はもとのフレームの標準偏差よりもずっと高いこと
がある。このような場合（すなわち、２個のσ信号が、
選択されているしきい値よりも大きく異なる場合）、リ
ーク値１（予測無し）が選択され、従ってリーク因子α
＝０が図２に送られるべきであることは明らかである。 ２個のσ信号が、選択されているしきい値よりも実際に
大きく異なる場合は、固定リーク因子（例えばα＝１５
／１６）が図２に送られる。

【００７８】符号器の前進推定セクションのブロック図
（図１）は、このリーク方法を採用することによってや
や単純化される。これは図１６に図示されている。プロ
セッサ２０が、いくつかのバッファとともに除去されて
いる。他方、もう１つのプロセッサ５３、減算器、しき
い値デバイス、および、スケール因子ならびに標準偏差
測度の２つのセットのうちの１つと、０または１５／１
６のいずれかのリーク因子を選択するセレクタが加えら
れなければならない。

【００７９】ＤＣＴ変換回路。変換回路２９ならびに３
０（図１）および３７ならびに４０（図２）は２次元変
換を生成する。回路２９、３０および３７は、時間領域
情報を周波数領域情報に変換し、回路４０はその逆を実
行する。２次元変換を生成するハードウェアは、米国特
許第４，８２９，４６５号「高速コサイン変換」（１９
８９年５月９日発行）の説明に従うことが可能である。

【００８０】プロセッサ５３。プロセッサ５３は、フレ
ームに対するスケール因子信号Ｓｉｊおよび標準偏差信
号σを計算する。８×８ＤＣＴ変換では、６４個のスケ
ール因子信号が存在する。スケール因子信号は次式を評
価することによって生成される。

【数６】 ただし、ｓｉｊはＤＣＴ要素３０によって生成される周
波数ｉｊ成分であり、Ｋ１はフレーム内の８×８ブロッ
クの数である。

【００８１】標準偏差σはフレームに対して１個の値で
あり、次式で表される。

【数７】 ただしＫ２はフレーム内のピクセル数である。もちろん
、これらの計算は、平方、加算および平方根しか必要と
しないため、従来のプロセッサで非常に容易に実行可能
である。なお、フレーム全体が処理される前には答は確
かめられないため、プロセッサ５３の出力はＳｉｊ（ｔ
−４）およびσ（ｔ−４）と表されている。

【００８２】量子化器およびベクトル・セレクタ（ＱＶ
Ｓ）３８。ＤＣＴ変換回路３７は８×８の周波数領域成
分のセットを生成する。回路３７に続くＱＶＳ３８での
符号化を単純化するためには、これらのセットをグルー
プ化することが最良である。そのような可能なグループ
化の１つは２×２配列である。これは図８に例示されて
おり、８×８セットの成分の２×２配列（図の左側）が
、６４セルのスーパーブロック・ベクトル（図の右側）
を形成するように組み合わされる。この各セルは４要素
を含む。

【００８３】第１レベルの単純化は、各セル内の成分は
１つの量子化器でのみ量子化されるという制限を課すこ
とによって導入される。高度化の程度は、相異なる量子
化器が相異なるセルを量子化するために使用されること
を可能にすることによって導入される。ハードウェアを
縮小し符号化を簡単にするため、相異なる量子化器の数
は事前選択の数（例えば４）に制限される。選択を識別
する情報であるこの（面）情報は受信機に送信されなけ
ればならない。可能な選択（パターンすなわちベクトル
）の数は６４４である。２進形式でこの選択範囲を定義
するには１２８ビットの情報を要し、これは使用に望ま
しいものよりずっと多いビット数である。

【００８４】従って、第２レベルの単純化は、スーパー
ブロック・ベクトルを表現する制限された数のパターン
を使用することだけを任意に決定することである。この
数は、例えば２０４８であり、これは符号化に１１ビッ
トしか必要としない。可変長符号化によってさらにこの
量は縮小されることがある。２０４８個の選択されたパ
ターンがベクトル・コードブックに格納される。

【００８５】コードブック・ベクトル（すなわち、量子
化パターン）を選択する作業を少し数学的な言葉で言え
ば、量子化される各変換成分に対し、量子化誤りは次式
で定義される。 ｑ＝｜ｘ−Ｑ（ｘ）｜　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　（８）ただし、Ｑ（ｘ）はセル要素ｘの量子化
値（まずｘを符号化した後ｘを復号することによって得
られる値）である。像にわたっての誤りの等しい可視性
のために、この量子化誤りは、知覚符号器４９から得ら
れるある目標歪みレベルｄに等しいことが望ましい。

【００８６】もちろん、コードブック・ベクトルの使用
によって、常にこの目標歪みレベルになるわけではない
ことが予想される。このため、選択歪み誤りを次式で定
義する。 ｅ＝｜ｑ−ｄ｜　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　（９）あるセルに対する合計選択誤りは
、セル要素の２×２配列にわたる上式の個々の選択誤り
の和である。スーパーブロック・ベクトルに対する全選
択誤りは、６４個のセルの合計選択誤りの和である。

【００８７】適切なコードブック・ベクトルを選択する
プロセスは、各コードブック・ベクトルを考慮し、最低
の全選択誤りを与えるコードブック・ベクトルを選択す
る。２個の相異なるコードブック・ベクトルが等しいま
たはほとんど等しい全選択誤りを与える場合、選択され
るベクトルは、スーパーブロックが量子化される際によ
り少ないビット数を生じるほうのベクトルである。

【００８８】ＱＶＳ３８のブロック図の詳細な説明に進
む前に、ＱＶＳ３８内で選択誤りを評価する要素につい
てまず説明するのが都合がよい。この要素は図９に図示
されている。

【００８９】図９は、システムに対して選択された３個
の自明でない量子化器（「セル削除」は第４の「量子化
器」であるが、これは自明な量子化方式を表す）のそれ
ぞれに対応する３本の並列のパスを含む。これらのパス
は同一である。

【００９０】図１の前進推定セクションで導出されたス
ケール因子が、標準的な量子化器のセットを効率的にデ
ータと整合させるために使用される。これは、除算器９
０において入力信号をスケール因子でまず除算すること
によって実行される。スケールされた信号は次に（量子
化器）８１および減算器８３への各パスに送られる。符
号器８１の量子化された出力データは量子化復号器８２
で復号され、乗算器７８でスケール因子を乗じられる。 その結果は信号プラス量子化ノイズである。量子化ノイ
ズは、除算器９０に送られたもとの信号から乗算器７８
の出力を減算することによって分離される。減算は減算
器８３で実行される。もちろん、図９の各符号器および
復号器の対は、相異なる量子化器を使用する。

【００９１】各減算器８３の出力は、使用された量子化
レベルに対する量子化誤り信号｜ｑ｜である。大域的目
標歪みレベルｄが減算器８４で｜ｑ｜から減算され、そ
の結果は累算器８５で加算される。式８および９によれ
ば、減算器８３および８４は差の大きさを生成する符号
絶対値減算器である。各累算器８５の出力は、量子化器
８１の入力で受信されたセルに対する選択誤りを、対応
する量子化器８１の量子化レベルに基づいて与える。

【００９２】量子化器８１の量子化信号は、パスのもう
１つの出力を形成し、量子化器８１が使用する最良量子
化器として選択された場合に入力セルの信号を記述する
のに必要なビット数の測度を生成する比率計算器８６に
も送られる。要約すれば、図９の各要素８０はセル情報
を受信し、システムの可能な量子化レベルのそれぞれに
対する量子化信号、選択誤り信号および比率情報を生成
する。

【００９３】第４のパス（図９には図示せず）は「０量
子化器」を使用したものである。このパスは量子化信号
を出力せず、この量子化信号の比率は０であり、入力信
号に等しい誤り信号を出力する。目標歪みはこの出力か
ら減算され、絶対値は他の量子化器と同様に累算される
。

【００９４】図１０はＱＶＳ３８の実施例である。ＤＣ
Ｔ変換要素３７（図２）からの入力は最初にバッファ１
７８に送られ、スーパーブロック・ベクトル（図８の右
側に図示されたセルの配置）を生成する。スーパーブロ
ック・ベクトルの６４個のセルはそれぞれ、６４個のブ
ロック８０のうちの相異なる１つに送られる。図９に関
して説明されたように、各ブロック８０はいくつかの出
力３要素を生成し、各３要素は、量子化信号、与えられ
た量子化レベルに応じたセルの選択誤りの測度、および
その与えられた量子化レベルのセルを符号化するための
結果のビット数からなる。６４個のブロック８０の出力
はそれぞれ６４個のセレクタ・ブロック７９に送られる
。

【００９５】６４個のセレクタ・ブロック７９は、ブロ
ック８０、およびコードブック・ベクトル・ブロック８
７にも応答する。ブロック８７はコードブック・ベクト
ルのセットを含み、これは上記の量子化選択パターンで
ある。動作中は、ブロック８７はコードブック・ベクト
ルを巡回し、それらをそれぞれ並列に６４個のセレクタ
・ブロックに送る。特に、ベクトル・コードブックの６
４個の要素はそれぞれ６４個のブロック７９の相異なる
ものに送られる。

【００９６】送られたコードブック・ベクトル信号の制
御下で、各選択ブロック７９は、対応するブロック８０
によって生成された出力３要素のうちの適当な１つを選
択し、選択された３要素を結合器回路８８に送る。結合
器回路８８の出力は、コードブック・ブロック８７で順
に生成された相異なるコードブック・ベクトルに対する
、量子化スーパーブロック信号と付随する全誤りおよび
比率信号の列である。これらの全３要素信号はしきい値
回路８９に送られる。

【００９７】しきい値回路８９はコードブック・ブロッ
ク８７にも応答する。しきい値回路８９は、最低の全選
択誤りレベルを生成したコードブック・ベクトルの識別
子、このコードブック・ベクトルがスーパーブロック・
ベクトルを量子化するのに要するビット数、および、も
ちろん、量子化スーパーブロック・ベクトル自体に関す
る情報を保持する。上記のように、２個のコードブック
・ベクトルが非常に近い全選択誤りレベルを生じた場合
、選択されるベクトルは、スーパーブロック・ベクトル
を量子化するためにより少ないビット数を要するほうの
ベクトルである。

【００９８】しきい値回路８９のプロセスは２個のハー
ドウェア・セクション内で容易に実行可能である。第１
セクションでは、現在の最低全選択誤りと、しきい値回
路８９に送られた全選択誤りの間で比較が行われる。高
いほうの全選択誤りには、ある最大比率が任意に仮定さ
れる。送られた全選択誤りが現在の最低全選択誤りと等
しいかまたはほとんど等しい場合、最大比率への設定が
無効とされる。

【００９９】第２セクションでは、比率の間で比較が行
われ、低いほうの比率をもつ全選択誤りが新たに現在の
最低全選択誤りとして選択される。コードブック・ベク
トルのすべてが考慮された後、しきい値回路８９はある
（最適）コードブック・ベクトルの識別子およびバッフ
ァ１７８によって送られたスーパーブロック・ベクトル
に対するその値を出力する。続いてプロセスは、次のス
ーパーブロックに対して繰り返される。

【０１００】しきい値回路８９から、コードブック・ベ
クトル識別子およびスーパーブロック・ベクトル・セル
の量子化値が劣化判定回路１１５に送られる。上記のよ
うに、地上波伝送で通信することを目標とするディジタ
ルＨＤＴＶでは、少ない劣化を実現することが重要であ
る。特に、現在のアナログＴＶ伝送は実際にこのような
少ない劣化を実現している。

【０１０１】少ない劣化は、生成された情報をソートし
、異なる情報に異なる処理を指定することによって達成
される。所望される相異なる処理の数は設計者が選択で
きる。図２のシステムでは、この数は２（符号器４６お
よび４７）である。区別の判断基準は、空間解像度、時
間解像度、または、例えばダイナミック・レンジに関係
する。

【０１０２】例えば、厳密に時間的な解像度の方法では
、ブロック１１５の作業は非常に単純である。考え方は
、単に、すべての奇数フレームが、良いほうの処理に指
定された情報の全部または大部分を有し、すべての偶数
フレームが、悪いほうの処理に指定された情報の大部分
または全部を有するようにすることである。この方法に
よれば、劣化判定回路１１５は、フレームが偶数または
奇数のいずれであるかのみを知ることのみを要し、割合
を割り当てることができる必要がある。奇数フレームの
間は、ほとんどの信号が良いほうの処理のための可変長
符号器４７に転送され、偶数フレームの間は、ほとんど
の信号が悪いほうの処理のための可変長符号器４６に転
送される。

【０１０３】異なる処理に対する空間解像度の方法では
、所望されることは、像内の低周波成分に対して像内の
高周波成分よりも良い処理を与えることである。これは
、図２のシステムでは２つの方法のうちの１つによって
容易に実現可能である。実験的に、ブロック８７のコー
ドブック・ベクトルは、ベクトルに含まれる高周波成分
の数によって順序づけられるベクトルの集合を形成する
と判定されている。これに基づいて、劣化判定回路１１
５は、どのコードブック・ベクトルが現在送られている
か（その情報はしきい値回路８９から利用可能）を知り
、それに従ってその入力情報を符号器４７または４６に
送ることだけが必要である。または、全ベクトルの低周
波セルが良いほうの処理に指定され、符号器４７に送ら
れる。

【０１０４】ちなみに、どの情報が符号器４７に送られ
どの情報が符号器４６に送られるかに関する上記の説明
は、スーパーブロック・ベクトルの量子化信号に関係し
、コードブック・ベクトル自体の識別子には関係しない
。少なくとも全スーパーブロック・ベクトルの低周波成
分が符号器４７に送られる場合は、コードブック・ベク
トルの識別子はすべて符号器４７に送られなければなら
ない。

【０１０５】可変長符号器４６および４７。可変長符号
器４６および４７は、ハフマン符号器のような従来の符
号器でよい。２個使用される理由は、符号器４７に送ら
れた情報が、符号化信号の誤り無し受信の機会が多いこ
とを保証するような方法で符号化される必要があるため
である。従って、符号器４７の符号化法は符号器４６の
符号化法とは異なることがある。

【０１０６】もちろん、符号器４７で符号化された信号
の誤り無し受信の機会を多くするのに、この符号化法だ
けで本質的に十分であるとは考えられない。従って、付
加的な符号化がＢＦＦブロック５６、またはブロック５
６の外でも実行されることがある。

【０１０７】逆量子化器３９。逆量子化器３９はスケー
ル因子Ｓｊｉに応答するが、量子化スーパーブロック信
号に関しては、逆量子化器３９は、可変長符号器４７に
送られたＱＶＳ３８の出力のみに応答する。換言すれば
、逆量子化器３９は、符号器４６からの信号が到達しな
いような非常に悪い受信状態であるかのように動作する
。図１１を参照すると、逆量子化器３９は、コードブッ
ク８７と同一のベクトル・コードブック１０２および量
子化復号器１０３からなる。コードブック１０２を直接
利用して、復号器１０３はＱＶＳ３８の量子化結果を元
に戻す。

【０１０８】もちろん、ＱＶＳ３８の量子化符号器によ
って導入された量子化ノイズは元に戻らないが、初期信
号の少なくとも一般的なレベルは回復される。例えば、
ＱＶＳ３８内の量子化ステップが、０〜８の全レベルを
「０」に、８〜１６の全レベルを「１」に、１６〜２４
の全レベルを「２」に、および２４〜３２までの全レベ
ルを「３」に変換したとする。このような配置に対し、
逆量子化器３９は例えば「０」を４に、「１」を１２に
、「２」を２０に、および「３」を２８に変換する。 ２２という入力はＱＶＳ３８によって「３」に量子化さ
れ、量子化された「３」は回路３９で２０へと逆量子化
される。この場合の量子化誤りレベルは２となる。

【０１０９】ブロック３９内の逆量子化ステップの後に
は補正ステップがなければならない。量子化前にＱＶＳ
３８内で入力信号がスケールされていたことを想起する
と、反対の操作がブロック３９で実行されなければなら
ないため、復号器１０３の出力がスケール因子Ｓｉｊに
応答する乗算器１０４に送られる。乗算器１０４の出力
が逆量子化器３９の出力を形成する。

【０１１０】知覚符号器４９。知覚符号器４９の詳細な
説明に進む前に指摘されるべきことだが、図１の前進推
定ブロックやＢＦＦブロック５６には何の機能が含まれ
、知覚符号器には何の機能が含まれるかの選択には多少
任意性がある。以下の説明から明らかになるように、い
くつかの機能は前進推定ブロックやＢＦＦブロック５６
に容易に含められることが可能である。

【０１１１】知覚符号器４９の主な仕事は、ＱＶＳ３８
が、入力像フレームを取得し、フレームごとに割り当て
られたビット数を使用してできるだけ良くその入力像フ
レームを表現するのを補助することである。要素３７（
図２）の出力での変換された変位フレーム差を生成する
プロセスは、より少ない変換領域統計冗長度を有する表
現を生成するように設計される。その点では、もとの入
力像を再構成するのに必要な全情報がまだ存在する。 この情報は、原物よりも表現に要するビット数が少ない
表現へと変換されただけである。使用可能なビット数が
十分存在する場合、ビットごとに原物と等価な「符号化
」像を生成することも可能である。

【０１１２】最も自明な入力を除いては、その信号をそ
の忠実度で表現するのに使用可能なビットは十分には存
在しない。従って、解決されなければならない問題は、
使用可能なビットを使用して、出力が人間の観察者によ
って見られるという制約に従って、できる限り原物に近
い符号化像を生成することである。この制約は、知覚符
号器４９がＱＶＳ３８に送る目標歪み信号によって導入
するものである。すなわち、２つの制約が課される：１
）結果はＢＦＦ５６の出力で本質的に一定ビット速度で
なければならず、２）誤りは、人間によって知覚されて
最小化されなければならない。

【０１１３】ビット割当を実行する１方法は、線形シス
テムを仮定し、原像と符号化像の間の平均２乗誤りを最
小化することである。これは多くの像符号器で取られて
いる方法である。この方法の問題点は、人間の視覚シス
テム（ＨＶＳ）が、線形システムではなく、平均２乗誤
り計量を使用していないことである。従って、知覚符号
器４９の目的は、人間の視覚システムの性質に基づいて
ビット割り当てを実行するための知覚しきい値を与える
ことである。また、これらのしきい値は図９および図１
０の目標歪みレベルを形成する。

【０１１４】知覚しきい値は、符号化像に存在する歪み
が、人間の観察者にとって、一様に分布して現れるよう
にビット割当を実行する手段を提供する。すなわち、知
覚しきい値の使用によって、存在する符号化産物はすべ
ておよそ等しい可視性を有する。システムのビット速度
が減少すると、明白な（すなわち、局所化された）符号
化誤りの生成がなければ符号化像の知覚品質は一般的に
低下する。

【０１１５】図１２は、図１の前進推定ブロックからの
バーＩＴ（ｔ−４）信号に応答する知覚しきい値生成器
９３、ＢＦＦブロック５６内の出力バッファからのバッ
ファ・フルネス信号に応答する速度プロセッサ９１、お
よび、生成器９３とプロセッサ９１の出力信号に応答す
る目標歪み信号を生成する乗算器９２からなる。

【０１１６】知覚しきい値生成器９３の出力は、要素３
８（図２）によって受信される各周波数領域要素に対す
るしきい値のセットであり、これが、その空間的地点で
のその周波数バンドに対する符号化歪みの相対的可視性
の推定値を与える。以下で詳細に説明するように、これ
らのしきい値は原像の場面内容に依存するため、ビット
割当は入力の変化に適応する。

【０１１７】生成器９３で考慮される像特性の１つは周
波数感度である。（この説明の文脈では、通常「周波数
」と考えられているものではなく、像の変化の速さに関
係する変換領域成分を扱う。しかし、以下の数段落では
、「周波数」に関して起きることを説明するのが有用で
あろう。）周波数感度は、視覚システム変調変換関数（
ＭＴＦ）が平坦でないという事実を利用する。相対的可
視性は、周波数の関数として、適度に良好なレベルでス
タートし、周波数とともにある周波数におけるピークま
で増大し、その後に、低周波での相対的可視性以下まで
周波数とともに減少する。

【０１１８】ＭＴＦ関数は、低周波よりも高周波でのほ
うが多くの量子化誤りが挿入される可能性があることを
意味する。従って、高周波サブバンドに対する知覚しき
い値は、低周波サブバンドのものよりも高くなる。ピー
ク可視性が起こる絶対周波数はスクリーンの大きさおよ
び視距離に依存する。しかし、およそ、ピーク可視性は
、ＱＶＳ３８に送られる周波数要素のうち２番目に低い
ものの上端付近で起こる。また、ＨＶＳは低周波のちら
つきに敏感なため、ＤＣしきい値が、ＭＴＦによって厳
密に要求されるものよりもかなり低い値に設定される。

【０１１９】知覚しきい値を色調入力に拡張するには、
色調の定義が必要となる。「色調」は与えられた地点で
のＡＣエネルギーに、そのエネルギーの可視性で重みづ
けられた量としてとらえられる。しかし、実際には、Ｈ
ＶＳは、縁に沿った歪みには非常に敏感であるが、縁を
横切る歪みにはそれほど敏感ではない。これは、方向性
の概念を導入することによって考慮される。全周波数に
わたって単一の色調推定値を計算する代わりに、水平、
対角線、および垂直成分（ＲａｗＨｏｒｉｚ，ＲａｗＤ
ｉａｇおよびＲａｗＶｅｒｔ成分）水平色調（Ｈｏｒｉ
ｚＴｅｘ）、対角線色調（ＤｉａｇＴｅｘ）および垂直
色調（ＶｅｒｔＴｅｘ）信号が次の３つの式に従って生
成される。

【０１２０】 ＨｏｒｉｚＴｅｘ＝ＲａｗＨｏｒｉｚ＋０．５０×Ｒａ
ｗＤｉａｇ　　（１０）ＤｉａｇＴｅｘ＝０．２５×Ｒ
ａｗＨｏｒｉｚ＋ＲａｗＤｉａｇ　　　　　　　　　　
　　　　　　＋０．２５×ＲａｗＶｅｒｔ　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　（１１）ＶｅｒｔＴｅｘ
＝０．５×ＲａｗＤｉａｇ＋ＲａｗＶｅｒｔ　　　　　
　　　（１２）ただし、

【数８】 これは８×８ウィンドウの最上行のみにわたる和である
；

【数９】 これは８×８ウィンドウの一番左の列のみにわたる和で
ある；

【数１０】 これはウィンドウの残りの周波数要素にわたる和である
。実際には、和は最低周波数象限に制限される。その理
由は、それらの成分が一般的な８×８ウィンドウ内のエ
ネルギーの９０パーセント以上を含むためである。

【０１２１】生成器９３の最終要素は、時間マスキング
を考慮する。場面内の決まった地点で、２個のフレーム
の間で像内容に大きな変化があった場合、ＨＶＳは現フ
レームのその地点での高周波の詳細にはあまり敏感では
ない。大きな時間的な差の発生を検出することによって
、こうした地点での知覚しきい値は現フレームに対して
増加されることが可能である。これによって、これらの
地点における高周波の詳細に割り当てられることになっ
ていたビットが像の他の部分の利用されることが可能と
なる。

【０１２２】図１３で、変換された像情報（平均を除去
したもの）バーＩＴ（ｔ−４）が、加算器１０１、バッ
ファ９４、減算器９５、現色調プロセッサ９６、および
基本しきい値参照テーブル１１１に送られる。加算器１
０１は、バーＩＴ（ｔ−４）の（０，０）成分をその平
均信号Ｍ（ｔ−４）と加算して局所明度推定値を生成し
、その結果を明度補正切り捨て回路９７に送る。続いて
回路９７は、その（０，０）変換成分を、明度補正参照
テーブル１１０に送られる局所明度補正制御信号に変換
する。

【０１２３】他の６３個のサブバンドは２つのデータ流
に分割される。一方はフレーム・バッファ９４および減
算器９５へ行き、そこで時間フレーム差が生成される。 この差は、この時間フレーム差を色調プロセッサ９８に
送ることによって時間マスキング補正を計算するために
使用される。他方のパスは直接色調プロセッサ９６に送
られる。色調プロセッサ９６および９８はそれぞれ式１
０および数１０を実行する。

【０１２４】図１４に図示されるように、色調プロセッ
サは、フレームｔ−４の像信号バーＩＴ（ｘ，ｙ）を受
信する参照テーブル（ＬＵＴ）１１４からなり、数８、
数９、および数１０のためにフレームの因子ＭＴＦ（Ｘ
，Ｙ）・バーＩＴ２（ｉ，ｊ）を生成する。セレクタ１
０５は、各因子をＲａｗＨｏｒｉｚ累算器１０６、Ｒａ
ｗＶｅｒｔ累算器１０７またはＲａｗＤｉａｇ累算器１
０８のいずれかに転送する。生成された生の色調推定値
は、式１０、１１および１２に従って結合器１０９で適
切に加算され、射影された方向の色調推定値を生成する
。

【０１２５】図１３の説明を続けると、プロセッサ９６
および９８で生成された射影方向色調推定値の２つのセ
ットは結合器９９を通り、結合器９９は次式に従ってＣ
ｏｍｂｉｎｅｄＴｅｘｔｕｒｅ（結合された色調）信号
を生成する。 ＣｏｍｂｉｎｅｄＴｅｘｔｕｒｅ＝Ｔ０・（９６の出力
）＋Ｔ１・（９８の出力）ただし、Ｔ０およびＴ１は一
定の重み定数であり、一般的には０．５である。

【０１２６】結合された色調推定値はマッピングＬＵＴ
１００に送られ、マッピングＬＵＴ１００は次式に従っ
て色調補正（ｔｅｘｔｕｒｅ　ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）
因子を生成する。 ＴｅｘｔｕｒｅＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＝　　１＋Ｋ１ｌ
ｏｇ（１＋Ｋ２ＣｏｍｂｉｎｅｄＴｅｘｔｕｒｅ）ただ
し、Ｋ１は一般的に０．５と２の間の定数、Ｋ２は一般
的に１／１０００と１／１００００の間の定数である。 このＬＵＴは方向パワー領域色調推定値を振幅領域しき
い値補正に変換する。

【０１２７】ＬＵＴ１００の出力は明度補正参照テーブ
ル１１０に送られる。これはブロック９７の明度補正信
号にも応答する。このテーブルは、振幅領域色調しきい
値補正に適切な明度補正因子を乗ずる。参照テーブル１
１０の出力は最後に基本しきい値参照テーブル１１１に
送られる。これは像信号をテーブル１１０の出力で変調
し、それによってフレーム信号バーＩＴ（ｔ−４）の各
ブロックの各周波数要素に対する知覚しきい値を生成す
る。基本しきい値ＬＵＴは適切な方向色調や明度補正因
子を取り、周波数依存の基本しきい値を生成する。すな
わち、このＬＵＴは信号ＰＴｉｊ（ｔ−４）を生成し、
この信号は、各フレームに対する６４個の信号であって
、ＤＣＴ回路３７によってＱＶＳ３８に供給された各周
波数成分ごとに１つ存在する。

【０１２８】上記のように、知覚符号器４９の目標の１
つは、ＱＶＳ３８によって（ＢＦＦ５６を通して）後段
の回路に送られるビットの速度が本質的に一定であるこ
とを保証することである。これは、ＢＦＦ５６内のバッ
ファのフルネスが適切に制御されることを確実にするこ
とによって実現される。

【０１２９】図２の符号器内のバッファ制御は、ＱＶＳ
３８内のフレーム幅目標歪みを修正することに基づく。 バッファがある基準レベルよりも高い点まで満たされた
場合、バッファがその占有レベルを低下させることがで
きるように、より高い目標歪みが設定される。他方、バ
ッファ・フルネスがその基準レベルよりも低い場合、よ
り低い目標歪みが設定される。

【０１３０】あるバッファ・フルネスＢｔが与えられる
と、次フレームに対して所望されるバッファ・フルネス
は次式で定式化される。 Ｂｐ＋１＝Ｂｒｅｆ＋（Ｂｐ−Ｂｒｅｆ）×ｋ０ただし
、Ｂｒｅｆはバッファ・フルネスの所望されるレベル、
Ｂｐはフレームｐのバッファ・フルネス、およびｋ０は
一定のバッファ制御パラメータで、０＜ｋ０＜１である
。しかし、 Ｂｐ＋１＝Ｂｐ＋Ｒｐ＋１−ＲＣＨ である。ただし、Ｒｐ＋１はフレームｐ＋１でバッファ
に入るビット数であり、ＲＣＨは各フレームでバッファ
を出るビット数（チャネル容量）である。

【０１３１】我々は、選択された歪みレベルＤに対する
１つの良い目標速度ＲＴ（Ｄ）（Ｔは「目標」を表す）
は、数１１に従って（図２のｔ−４フレームを参照して
）計算される。

【数１１】 ただし、標準偏差σはプロセッサ５３（図１）で計算さ
れ、パラメータａおよびｂは２個の先行するフレームか
ら次式で計算される。

【数１２】

【数１３】 数１２の最小化演算は、単に分母の小さい値に対する不
安定性を避けるために含められている。

【０１３２】数１１、数１２および数１３を使用して、
目標歪みは次式で与えられる。

【数１４】 数１４中の速度ＲＴにバッファ・フルネス測度を代入す
ると（数１０を援用して）次式が得られる。

【数１５】

【０１３３】数１５の計算はプロセッサ９１で実行され
る。これは、定数ｋ０、定数Ｂｒｅｆ、現フレームのσ
値（σｔ−４）、前フレームのＤ値、σ値およびＢ値（
Ｄ（ｔ−５）、σ（ｔ−５）、およびＢ（ｔ−５））、
およびそれ以前のＢ値（すなわち、Ｂ（ｔ−６））を必
要とする。σ値はプロセッサ５３（図１）から与えられ
、Ｂ値はＢＦＦブロック５６から与えられる。もちろん
、Ｂおよびσのさまざまな遅延された像はプロセッサ９
１内の適当なレジスタで取得される。数１５によって要
求される指数およびその他の計算は、計算可能または参
照テーブルから導出可能である。

【０１３４】プロセッサ９１によって生成されるＤ値は
、ブロック９３で生成される知覚しきい値を変更するた
めに、乗算器９２に送られる。変更された知覚しきい値
信号は、上記のように、図１０のセレクタ７９に送られ
る。

【０１３５】バッファ・フルネスおよびフォーマッタ５
６。上記のように、バッファ・フルネス回路５６は、知
覚符号器４９に、バッファ・フルネスに関する情報を提
供する必要がある。もちろんこれは、ブロック５６が、
満たされるバッファを含むことを意味する。いまの場合
、実際にそうである。ＢＦＦブロック５６は、送信され
なければならないデータのさまざまなセグメントを累算
し、そのデータを、変調回路、パワー増幅回路、および
送信アンテナに送る。

【０１３６】要約すれば、ブロック５６は以下の信号を
受信する。 １．符号化移動ベクトルＣＯＤＥＤ　　ＭＶ（ｔ−４）
。 これは、ハフマン符号化パケットの集合であり、各パケ
ットは、図５および図６に関して詳細に説明されたよう
に、スライスの移動ベクトルを記述する。 ２．リーク因子信号Ｌ（ｔ−４）。 ３．スケール因子Ｓｉｊ。 ４．符号器４７からの符号化情報。これは、コードブッ
ク８７から選択されたコードブック・ベクトルの識別子
と、量子化されたスーパーブロック・ベクトルである。 ５．符号器４６からの符号化情報（符号器４７からの情
報とほとんど同様）。

【０１３７】上記のように、符号器４７の符号化情報は
符号器４６の符号化情報よりも重要であると見なされる
ため、符号器４７の符号化情報が受信され、ブロック５
６のバッファに空きが残っている場合にのみ、符号器４
６の情報の流入が考慮される。しかし、符号器４７の情
報に関しても、ブロック５６のバッファはより重要な情
報でまず満たされる。ＢＦＦ５６におけるバッファ・ア
ンダーフローは、チャネルへの一定ビット速度を維持す
るために、後段の回路にダミー・データを送ることによ
って処理される。このほとんど起こり得ない事象は、単
にバッファの０アドレスのデータを再送信することによ
って容易に処理される。

【０１３８】バッファ・オーバーフローは、バッファに
入らないデータを単に送信しないことによって処理され
る。この場合、最も重要でないデータをまず落とすのが
望ましい。「落とす」という言葉は、バッファ内のいく
つかのデータを送信せずに次フレームのデータのために
バッファを空にし、重要度の低い新データをバッファに
ロードしないという意味である。もちろん、バッファ・
フルネス測度は知覚しきい値と知覚ブロック４９で結合
され、大域的目標歪みレベルを形成する。これは、ブロ
ック５６の出力バッファが、生成された全データ（符号
器４６のデータを含む）で満たされることを可能にする
。符号器４６内の符号化の主な結果は、符号器４７のデ
ータにおける符号化を精密化し、それらの信号の受信可
能性を高めることである。

【０１３９】符号器４６以外のソースから受信された情
報は、正確に受信されるような方法で送信される必要が
ある。すなわち、ブロック５６のフォーマッタ・セクシ
ョンはそのことを保証するような方法で情報を符号化し
なければならない。これは、誤り訂正符号を実現する従
来の符号器手段によって実現可能である。符号器４６以
外から導出された信号は強力な誤り訂正符号で符号化さ
れ、符号器４６から受信された信号はそれほど強力でな
い誤り訂正符号で（あるいは誤り訂正符号無しで）符号
化される。

【０１４０】同時出願第０７／６１１，２２５号では、
符号配置の概念を使用して信号を符号化するシステムが
開示されている。符号配置は、配置内のある符号の他の
全符号からのハミング距離が大きく、配置内のその他の
符号の他の符号からのハミング距離が小さいように形成
されることが可能である。この符号化の原理は、少ない
劣化の目標を達成するために、ブロック５６のフォーマ
ッタ・セクション内で、またはブロック５６以外の回路
で都合良く実現可能である。

【０１４１】ＨＤＴＶ受信機の復号器。図１５は、上記
のＨＤＴＶ送信機の符号器に適合するＨＤＴＶ受信機の
ブロック図である。これは信号を、例えばアンテナから
受信し、ブロック２１１でそれを復号して、送信機内の
ＢＦＦブロック５６にロードされた信号を生成する。こ
の信号は、コードブック・ベクトル識別子、量子化スー
パーブロック・ベクトル信号、リーク因子、スケール因
子、フレーム平均、および移動ベクトルである。これら
の信号の受信、結合された受信信号からの分離、誤り符
号確認、および可変長符号の復号はすべてブロック２１
１で実行される。

【０１４２】復号器での処理は、コードブック・ベクト
ル識別子をコードブック・ベクトル２０１に送り、量子
化ベクトル信号およびスケール因子を量子化復号器２０
２に送ることから始まる。ブロック２０１および２０２
はそれぞれ図１１のブロック１０２および１０３に対応
し、合わせて図２の要素３９に類似した逆量子化要素を
形成する。図２と同様に、逆量子化要素の出力は逆ＤＣ
Ｔ変換回路（図１５では回路２０３）に送られる。さら
にその出力は、加算器２０４で、すでに復号器に格納さ
れている信号と加算される。

【０１４３】フレームの量子化ベクトル信号は、フレー
ム平均が削除された像信号から生成されているため、加
算器２０４の出力にはフレーム平均が欠如している。こ
れは、フレーム平均を加算する加算器２０５で補正され
る。加算器２０５の出力信号は、ＨＤＴＶ受信機の復号
器のフレーム出力を形成する。この出力は増幅器および
表示回路２１２と、フレーム・バッファ回路２０６に送
られ、フレーム・バッファ回路２０６には１フレーム分
の情報が格納される。バッファ回路２０６に格納された
各フレームに対し、バッファ回路２０６は前フレームを
出力する。

【０１４４】前フレーム信号は移動補償ブロック２０７
に送られ、送られてきた移動信号に応答して、現フレー
ムの推定値を形成する。移動補償ブロック２０７は図２
の移動補償ブロック４３と同一である。フレーム平均は
、減算器２０９で、移動補償ブロック２０７の出力から
、前フレームの平均を減算することによって減算される
。前フレームの平均はバッファ２０８から得られ、そこ
に現フレームの平均が挿入される。最後に、減算器２０
９の出力は乗算器２１０に送られ、乗算器２１０はその
信号にリーク因子信号を乗ずる。乗算器２１０の出力は
、上記の加算器２０４で使用される信号である。

【０１４５】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、線
形ではない人間の知覚に適合した像の符号化を行うＨＤ
ＴＶ受信機が実現される。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＨＤＴＶディジタル符号器の前進推定セクショ
ンのブロック図である。

【図２】図１の前進推定セクションと相互作用するＨＤ
ＴＶ符号器の符号化ループ・セクションのブロック図で
ある。

【図３】粗移動ベクトル検出器のハードウェア構成図で
ある。

【図４】粗移動ベクトル検出器の出力を考慮する精細移
動ベクトル検出器のハードウェア構成図である。

【図５】像データの「スライス」と考えられるものの空
間関係の説明図である。

【図６】与えられたビット・バジェット以内に適合する
移動ベクトルの混合を選択する１方法の図である。

【図７】リーク因子αを評価する１実施例の図である。

【図８】図２のＱＶＳ３８ブロックで量子化されたスー
パーブロックの配置図である。

【図９】選択誤り信号のセットがコードブック・ベクト
ル選択のために計算される方法を示す図である。

【図１０】ＱＶＳブロック３８のブロック図である。

【図１１】逆量子化ブロック３９のブロック図である。

【図１２】知覚符号器４９の構造を示す図である。

【図１３】知覚プロセッサ９３の構造を示す図である。

【図１４】色調プロセッサ９６および９８のブロック図
である。

【図１５】ディジタルＨＤＴＶ受信機のブロック図であ
る。

【図１６】２個の固定リーク因子のセットから１個のリ
ーク因子を選択する、修正された前進推定ブロックの図
である。

【図１７】一時フィルタリングの測度を含むフレーム・
バッファ回路の図である。

【符号の説明】

１１　　フレーム平均プロセッサ １２　　バッファ １３　　移動ベクトル生成器 １４　　移動ベクトル・セレクタ／符号器１５　　バッ
ファ １６　　移動補償器 １７　　バッファ １８　　バッファ １９　　バッファ ２０　　リーク因子プロセッサ ２１　　バッファ ２２　　バッファ ２３　　乗算器 ２４　　バッファ ２５　　バッファ ２６　　減算器 ２７　　減算器 ２８　　減算器 ２９　　ＤＣＴ変換回路 ３０　　ＤＣＴ変換回路 ３１　　バッファ ３２　　バッファ ３５　　減算器 ３６　　減算器 ３７　　ＤＣＴ変換回路 ３８　　量子化器およびベクトル・セレクタ３９　　逆
量子化器 ４０　　逆ＤＣＴ回路 ４１　　加算器 ４２　　フレーム・バッファ ４３　　移動補償器 ４４　　減算器 ４５　　乗算器 ４６　　可変長符号器 ４７　　可変長符号器 ４８　　バッファ ４９　　知覚符号器 ５０　　バッファ ５１　　バッファ ５２　　バッファ ５３　　プロセッサ ５４　　加算器 ５６　　バッファ・フルネスおよびフォーマッタ５７　
　レジスタ ５８　　しきい値回路 ５９　　加算器 ６０　　しきい値レジスタ ６１　　８×８低域フィルタ ６２　　サブサンプラ ６３　　フレーム・メモリ ６４　　移動推定器 ６５　　最良一致計算器 ６６　　フレーム・メモリ ６７　　移動推定器 ６８　　最良一致計算器 ６９　　半ピクセル推定器 ７０　　ハフマン符号器 ７１　　メモリ ７２　　ソータ ７３　　メモリ ７４　　メモリ ７５　　累算器 ７６　　しきい値検出器 ７７　　メモリ ７８　　乗算器 ７９　　セレクタ ８０　　差誤り計算器 ８１　　量子化器 ８２　　量子化復号器 ８３　　減算器 ８４　　減算器 ８５　　累算器 ８６　　比率計算器 ８７　　ベクトル・コードブック ８８　　結合器回路 ８９　　しきい値回路 ９０　　除算器 ９１　　速度プロセッサ ９２　　乗算器 ９３　　知覚しきい値生成器 ９４　　バッファ ９５　　減算器 ９６　　現色調プロセッサ ９７　　明度補正切り捨て回路 ９８　　色調プロセッサ ９９　　結合器 １００　　マッピングＬＵＴ １０１　　加算器 １０２　　ベクトル・コードブック １０３　　量子化復号器 １０４　　乗算器 １０５　　セレクタ １０６　　ＲａｗＨｏｒｉｚ累算器 １０７　　ＲａｗＶｅｒｔ累算器 １０８　　ＲａｗＤｉａｇ累算器 １０９　　結合器 １１０　　明度補正参照テーブル １１１　　基本しきい値参照テーブル １１４　　参照テーブル １１５　　劣化判定回路 １７８　　バッファ ２０１　　ベクトル・コードブック ２０２　　量子化復号器 ２０３　　逆ＤＣＴ変換回路 ２０４　　加算器 ２０５　　加算器 ２０６　　フレーム・バッファ回路 ２０７　　移動補償器 ２０８　　バッファ ２０９　　減算器 ２１０　　乗算器 ２１２　　増幅器および表示回路

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　受信装置への伝送に適合した方法で像
   のピクセルを符号化する手段と、少なくとも２個のピク
   セル情報セットを識別する手段（前記識別は、前記受信
   装置による前記ピクセル情報の正確な受信に付随する重
   要性の測度に適合する）と、前記受信装置による前記ピ
   クセル情報の正確な受信に付随する重要性の測度に関係
   する方法で各セットのピクセル情報を符号化する手段と
   からなることを特徴とする高品位テレビ用符号化装置。
2. 【請求項２】　　第１セットのピクセル情報が、該情報
   が前記受信装置によって正確に受信される確度の第１レ
   ベルを生じるように符号化され、第２セットのピクセル
   情報が、該情報が前記受信装置によって正確に受信され
   る確度の第２レベルを生じるように符号化され、前記第
   １レベルが前記第２レベルよりも高いことを特徴とする
   請求項１の装置。
3. 【請求項３】　　符号化に使用される符号が、符号のセ
   ットからなり、前記セット内の前記符号のあるものは、
   前記セット内の前記符号の他のものよりもノイズに対す
   る感度が低いことによって特徴づけられ、低いほうの感
   度の符号が前記第１セットのピクセル情報の符号化に使
   用されることを特徴とする請求項２の装置。
4. 【請求項４】　　低いほうの感度によって特徴づけられ
   る前記符号が、前記符号の前記他のものよりも大きいハ
   ミング距離を有する符号であることを特徴とする請求項
   ３の装置。
5. 【請求項５】　　前記第１セット内の情報を符号化する
   のに使用される符号が、ある形式の誤り訂正符号を含み
   、前記第２セット内の情報を符号化するのに使用される
   符号が他の形式の誤り訂正符号を含み、後者の形式が前
   者の形式よりも誤りを訂正する能力が低いことを特徴と
   する請求項２の装置。
6. 【請求項６】　　前記第１セットに識別された情報が、
   ピクセルの空間周波数内容に関係することを特徴とする
   請求項２の装置。
7. 【請求項７】　　前記第１セットに識別された情報が、
   先行する像からの像の時間変化に関係することを特徴と
   する請求項２の装置。
8. 【請求項８】　　前記第１セットに識別された情報が、
   ピクセルの色に関係することを特徴とする請求項２の装
   置。
9. 【請求項９】　　像のピクセルを符号化する手段と、前
   記像のピクセルを、複数のピクセルのグループにグルー
   プ化する手段と、前記グループが属する少なくとも２個
   のセットを識別する手段（前記識別は、グループの正確
   な受信に付随する重要性の測度に適合する）と、グルー
   プの正確な受信に付随する重要性の測度に関係する方法
   で各セットのグループを符号化する手段とからなること
   を特徴とする高品位テレビ用符号化装置。
10. 【請求項１０】　　前記符号化手段が、像ピクセルをグ
    ループ化する手段と、前記ピクセルのグループを変換す
    る手段と、ピクセルの各グループの変換を、コードブッ
    ク・ベクトル識別子と、相異なる周波数成分を表現する
    セルを有する量子化された情報パケットで表現する手段
    からなり、前記識別手段が、前記第１セットに対する事
    前選択されたしきい値よりも低い周波数成分を選択する
    ことを特徴とする請求項２の装置。
11. 【請求項１１】　　前記符号化手段が、像ピクセルをグ
    ループ化する手段と、前記ピクセルのグループを変換す
    る手段と、ピクセルの各グループの変換を、コードブッ
    ク・ベクトル識別子と、相異なる周波数成分を表現する
    セルを有する量子化された情報パケットで表現する手段
    とからなり、前記識別手段が、事前選択されたしきい値
    よりも低い周波数成分が前記第１セットに対して支配的
    であるような量子化された情報パケットを選択すること
    を特徴とする請求項２の装置。
12. 【請求項１２】　　像信号符号器ループにおいて、少な
    くとも２個のピクセル情報セットを識別および符号化す
    る第１手段（前記識別は、前記受信装置による前記ピク
    セル情報の正確な受信に付随する重要性の測度に適合す
    る）と、前記セットの一部を復号する第２手段と、前記
    第２手段の復号された出力信号に関係する信号を格納す
    る第３手段と、前記第３手段に格納された信号に関係す
    る信号を、送られた入力信号から減算し、その結果を前
    記第１手段に送る第４手段とからなることを特徴とする
    高品位テレビ用符号化装置。