JPH04365286A - 多重処理装置を使用して圧縮映像信号を伝送するための方法とその装置 - Google Patents

多重処理装置を使用して圧縮映像信号を伝送するための方法とその装置

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JPH04365286A
JPH04365286A JP4054145A JP5414592A JPH04365286A JP H04365286 A JPH04365286 A JP H04365286A JP 4054145 A JP4054145 A JP 4054145A JP 5414592 A JP5414592 A JP 5414592A JP H04365286 A JPH04365286 A JP H04365286A
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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】
【発明の背景】本発明はデジタルデ−タの圧縮、特に圧
縮且つ動きの補正を行ったデジタル映像信号を伝送する
ための方法とその装置に関するものである。テレビ信号
は通常その国で採用されている規準にしたがってアナロ
グ型式で送信され、例えばアメリカ合衆国ではナショナ
ル・テレビジョン・システム委員会(NTSC)の、又
大部分のヨ−ロッパ諸国はPAL又はSECAM規準を
採用している。
【0002】テレビ信号をデジタル送信することにより
アナログ方式よりもより高品質の映像及び音声をサ−ビ
スすることが可能になってきた。そして本方式は特に放
送衛星を通じてのケ−ブルテレビ加入者の、および(ま
たは)直接一般家庭の衛星テレビ受信者への放送に有利
に働くのである。このデジタルテレビ送信及び受信シス
テムは、丁度オ−ディオ業界でコンパクトディスクがア
ナログレコ−ドを大きく駆逐した様に、現行のアナログ
システムに置きかわることが期待されるのである。
【0003】デジタルテレビシステムでは大量のデジタ
ルデ−タを送信せねばならず、このことは特に高品質デ
レビジョン(HDTV)の場合に要求される。デジタル
システムの場合、視聴者は受信機又はディスクランブラ
を通じて映像、音声及び加入者に対するデ−タを含むデ
ジタルデ−タ流を受信する。割り当て周波数帯を有効に
活用するためには、送信デ−タ量を少なくするべく信号
を圧縮することが有効に働くことになるのである。
【0004】テレビ信号の映像部分はビデオ影像の連続
場面(代表的にはフレ−ム)から構成されており、それ
で動きを伴う画面を作ることになり、デジタルシステム
では映像フレ−ムの各走査線は画素と呼ばれているデジ
タルデ−タのサンプルの連続により決定されることにな
るのである。テレビ信号の各映像フレ−ムを決めるのに
は大量のデ−タ量が必要で、例えばNTSCの1フレ−
ムを分解するのに7.4メガビットのデ−タが必要とな
るのである。これは赤、緑、青の各3原色の輝度に8ビ
ットを割り当て、480ラインにより各々640画素を
ディスプレイするとしてこの数字が必要になり、高品質
テレビジジョンでは更に多くのデ−タが必要となろう。 このデ−タ量に対処するため、特にHDTVの場合デ−
タは圧縮しなければならない。
【0005】映像圧縮技術により通常の伝送チャンネル
を通してデジタル映像信号を効率よく送れる様になった
。この技術では映像信号中の主要な情報のより効果的な
表現のための、近接する画素間の相関を利用する圧縮ア
ルゴリズムを利用している。最も有効な圧縮システムは
空間的な相関を利用するのみならず、更にデ−タを圧縮
するため近接フレ−ム間の類似性を利用するのである。
【0006】連続映像フレ−ム中の一時的冗長度を明ら
かにしてそれを減少させるためには動き補償が最も有効
な手段の一つとなり、この最も効果的な手法の一つに微
分コ−ド化手法を動き補償に適用する方法がある。この
場合2つの連続する影像(例えばフレ−ム)間の差異を
単純な動きとみなすことになる。信号エンコ−ダには2
つのフレ−ムを見比べてその動きを推測即ち定量化し、
受信機に圧縮映像デ−タと共に運動ベクトルデ−タとし
て送るための動き予測回路が含まれている。送られた映
像デ−タには現行フレ−ムとその前の予測デ−タ間の差
異が含まれており、受信機には受た情報を既知のその前
のフレ−ムに変換し、同じ手法で未だはっきりしていな
い現行フレ−ムの出現を効果的に予測するために使われ
る対応するデコ−ダが含まれている。
【0007】この手法により特に実際に遭遇するフレ−
ムからフレ−ムへの変化への動きの予測モデルが似通っ
ている場合、連続する映像を代表させるのに必要とする
情報量を大幅に減少させることが可能である。また予測
エラ−信号にいったん簡単なコ−ド化アルゴリズムを適
用すると送信に必要なデ−タ量も相当量減少させること
が出来る。このような動き補償映像圧縮システムの例は
エリクスン(Ericsson)によってIEEE通信
学会誌(IEEE  Transactionson 
 Communications),Vol.COM−
33,No.12,1985年12月,に“混成  予
測/変換コ−ド化向けの固定及び適応化予測器”として
記載されている。
【0008】微分コ−ド化に伴う問題点はエンコ−ダと
デコ−ダの両側から別々に導いた予測信号が何時も等し
いという保証がないということである。この差異は送信
エラ−又は両ユニットの1つが初期化されているときは
いつも発生し、このため例えばテレビのチャンネルを変
えた場合、新しい番組の信号の最初のフレ−ムに関して
はその前のフレ−ムデ−タは無意味ということになり、
この点に対処するのには何等かの周期的なリフレッシュ
即ち書き直し手段が必要となる。
【0009】影像リフレッシュの一法は微分コ−ド化(
DPCM)から非微分コ−ド化(PCM)に周期的に切
り替えることである。例えば、毎秒30フレ−ムのシス
テムではDPCMの29フレ−ムのあとにPCMに1フ
レ−ムを挿入することで1秒間隔で画面は完全にリフレ
ッシュされることになる。この方法でチャンネル切り替
えと送信エラ−の修正は1秒以上遅れることはない様に
なる。ここでPCMコ−ド化への切り替えは再構成され
た映像の認められる品質に影響を及ぼさないとしている
が、これは入力及び出力デ−タ転送速度中の“ゆらぎ”
を緩衝する可変ビット速度コ−ド化システムを使う場合
にのみ可能である。
【0010】このシステムについてはチェン及びプラッ
ト(Chen  and  Pratt)によりIEE
E通信学会誌(IEEE  Transactions
  on  Communications),Vol
.COM−32,No.3,1984年3月に“シ−ン
に適応するコ−ダ”として記述されている。あいにく結
果としてあまり能率的でないPCMコ−ド化による多数
のビットはエンコ−ダ及びデコ−ダのバッファとして取
り扱うのが難しく、かつコントロ−ルするのに使った程
度によっては再構成された影像中に明らかな妨害像を作
ることになる。
【0011】この点を解決するには影像のセグメント又
はブロックを分配ベ−スで更新すればよく、各セグメン
トに異なるカウンタを割り当て、夫々に系統的又はラン
ダムに最初のカウントをセットすればビットの一定分配
に保っている間に同じリフレッシュ間隔を得ることがで
きる。カウンタ−を減らしその代わりに適当する確率分
布のもとで各セグメントをリフレッシュすることも可能
である。
【0012】しかし動き補償法それ自身が新規の問題点
を生じさせることになり、それは動き予測器が影像リフ
レッシュの行われた領域と行われてない領域間に重ね合
わさるのを防ぐ様にブロックを置き換えることに限らな
いのである。例えば、影像のある領域がフレ−ムの送信
間にリフレッシュされると、同じフレ−ム中に未だリフ
レッシュされていないが次のフレ−ム間にリフレッシュ
される近接した領域が存在することになり、明らかにこ
のリフレッシュされてない領域は少なくとも1つ以上の
エラ−を含んでいることになる。このリフレッシュされ
てない領域中の信頼性の少ないデ−タが続くフレ−ムの
いくつかのセグメントを表現するのに使われると、その
フレ−ムのこれらのセグメントはエラ−を受けることに
なる。
【0013】それ故今現在リフレッシュされている領域
は正確に1フレ−ムのみで止める必要がある。動き補償
システムでは未だリフレッシュされていない領域からリ
フレッシュされた領域に動きのある時は何時も、たとえ
リフレッシュ後に送信エラ−がなくても対応するエンコ
−ダセグメントから影像のリフレッシュセグメントを直
ちにはずそうとする結果を生じるのである。そして再び
送信エラ−による捕そく時間と妨害を阻止できなくなる
のである。
【0014】動き補償を行った連続映像フレ−ムのリフ
レッシュの方法で今迄の指摘で充分でない問題点は、米
国特許出願中の1990年11月16日付のNo.07
/614,939“動き補償連続ビデオ影像をリフレッ
シュする方法と装置”で明らかにしてある。その中で明
らかにしているリフレッシュの手法は、ビデオ映像を複
数の隣接する領域に分け、リフレッシュサイクル間に動
き補償を行っていない各連続影像中の異なる領域を伝送
することでリフレッシュするのである。この領域の集ま
りによる影像区域はリフレッシュサイクル間に動き非補
償で連続的にリフレッシュされる。動き補償プロセスは
今現在のリフレッシュサイクル間に、現在のリフレッシ
ュサイクル間にリフレッシュされた領域中に含まれてい
る改悪されたデ−タから未だリフレッシュされていない
領域に含まれているデ−タを守る様コントロ−ルする。
【0015】コスト効果的なHDTVシステムを設置す
るためには並行して動作する多重エンコ−ダを使って映
像デ−タを処理することが効果的である。この方式では
HDTV信号の様に大量の画素数を含む映像シ−ケンス
を低速度のエンコ−ダ及びデコ−ダで処理することがで
きる。本発明は動き補償と多重低速度プロセッサの両方
を備えた高品質テレビジョンシステムを設計するための
方法と装置を提供するものである。たがいのプロセッサ
同士は独立しているので、システムのパフォ−マンスを
危うくすることは殆どないといってよい。
【0016】
【発明の概要】本発明はデジタル映像信号を、圧縮し動
き補償を行った形で送信するため、コ−ド化するための
方法と装置を提供するものである。ビデオ影像フレ−ム
域はサブフレ−ムのセットに分割され、サブフレ−ムの
セットの位置は個々のサブフレ−ムが連続してビデオ影
像フレ−ム域を横断し巻き込む様に規則的に移動する。 別々のサブフレ−ムの各々により持ち込まれたビデオ影
像デ−タはフレ−ムのデ−タの冗長度を減らすため動き
補償により連続する映像フレ−ムを別個に圧縮する。動
き補償は同じサブフレ−ムにより前フレ−ムに持ち込ま
れた前映像フレ−ム域に現在の映像フレ−ムの各サブフ
レ−ムに対し制限される。実施例ではサブフレ−ムセッ
トは各連続映像フレ−ムに対し1回移動する。
【0017】ビデオ影像フレ−ム域をリフレッシュする
ため、各サブフレ−ムはリフレッシュ領域を含んでおり
、ビデオフレ−ム影像域はサブフレ−ムサイクルとして
連続的にリフレッシュされる。米国特許出願中の07/
614,939で明らかにしたリフレッシュ法が有効に
使用でき、現在のリフレッシュサイクルに既にリフレッ
シュされた域からの動き予測変位は、現在のリフレッシ
ュサイクル間に未だリフレッシュされてない前フレ−ム
デ−タ中に超えることは許容されない。図示例ではリフ
レッシュ領域は連続するサブフレ−ムの接合部に位置し
、垂直端に沿ってリフレッシュ領域を備えた隣接する垂
直の桁である。この方法では連続するサブフレ−ムはリ
フレッシュ領域で接合している。
【0018】サブフレ−ムは各連続映像フレ−ムに対し
定まった水平間隔を移動し、この間隔は都合よくリフレ
ッシュ領域の幅に等しい。動きの補償は、少なくともサ
ブフレ−ムに隣接する区域で、定まった水平間隔を超え
ない水平方向範囲に制限される。この方法で現在の映像
フレ−ムの各サブフレ−ムに対する動きの補償は、前フ
レ−ム中の同じサブフレ−ムにより持ち込まれた前映像
フレ−ムの区域に制限されるのである。動きの補償は更
に、現在のリフレッシュサイクル間に未だリフレッシュ
されていない映像フレ−ムの領域に含まれているデ−タ
を、現在のリフレッシュサイクル間にリフレッシュされ
た領域に含まれている改悪されたデ−タから守るために
コントロ−ルされる。
【0019】本発明の装置として、動き補償を使ってビ
デオ影像デ−タを圧縮するため多重エンコ−ダを使用し
ている。ビデオフレ−ム影像域は別々のエンコ−ダの1
個に対する複数のサブフレ−ムに分割される。分割手段
に対応する手段がサブフレ−ムに対し対応するエンコ−
ダに各サブフレ−ムにより持ち込まれたビデオ影像デ−
タを入力する。サブフレ−ムの位置はビデオ影像フレ−
ム域内で一群となって規則正しく移動するので、個々の
サブフレ−ムは連続して繰り返し影像フレ−ム域を巻き
込む様に横切る。
【0020】動き予測範囲をサブフレ−ムの移動と同程
度にするため各エンコ−ダと動作的に協調する手段が備
えられている。この手法で各エンコ−ダによって行われ
る動き補償はそのエンコ−ダに適合したビデオ影像デ−
タに限られるのである。図示例ではサブフレ−ムは連続
映像フレ−ムに対し水平方向に定まった間隔を移動する
。各サブフレ−ムに対する水平方向の動き予測範囲を同
程度に保つ手段が、前サブフレ−ムとの接合で定まった
移動間隔を超えない前サブフレ−ムの方向に限定するの
である。
【0021】複数のエンコ−ダはビデオ影像デ−タの輝
度成分を処理するのにも使われ、この場合は映像フレ−
ム全部のクロミナンス成分を処理するため別個にクロミ
ナンスエンコ−ダが備えられることになる。各エンコ−
ダから出力された圧縮ビデオ影像デ−タは送信のためデ
ジタル出力流に結合される。
【0022】圧縮され、動き補償を行われたデジタル映
像信号を処理するための受信装置も提供されている。受
信したデジタルデ−タ流はパケットに分割され、各々に
は映像フレ−ムの相異なるサブフレ−ム域で持ち込まれ
た圧縮ビデオ影像デ−タが含まれている。受信したデ−
タ流に対応する手段が連続映像フレ−ム中のサブフレ−
ム域の移動に対し補償をし、そこでは連続映像フレ−ム
のための異なるパケットが相当するサブフレ−ム域によ
り引き続きデ−タを運び続ける。
【0023】パケットに含まれているビデオ影像デ−タ
の圧縮を解除するため、各々が異なるサブフレ−ム域の
夫々に対応する複数のデコ−ダが備えられている。デコ
−ダと動作的に協調する手段が、パケットの対応するサ
ブフレ−ム域に応じて選択的に各パケットをデコ−ダに
入力させる。各デコ−ダの出力に接続された手段が、デ
コ−ダからの圧縮を解除されたビデオ影像デ−タを映像
出力信号に結合させる。図示例では複数のデコ−ダの各
々がビデオ影像デ−タの輝度成分を処理する。クロミナ
ンス成分の解読には別個のクロミナンスデコ−ダが備え
られている。
【0024】
【発明の実施例】本発明は放送局から一般視聴者への高
品位テレビ信号の配信に関するものである。送信網の末
端の送信機即ちエンコ−ダでテレビ画面の連続フレ−ム
からなるデジタル映像信号をマルチプロセッサで処理し
てサブフレ−ムに分解する。各々のプロセッサにはエン
コ−ダが含まれており、決まったサブフレ−ムからの信
号のコ−ド化を行う。各サブフレ−ムにはリフレッシュ
された部分が含まれており、例えば各連続ビデオフレ−
ムごとに連続的なサイクルで移動しビデオ影像フレ−ム
区域に含み込まれる。各サブフレ−ムにはリフレッシュ
された区域が含まれているので、ビデオ影像フレ−ム区
域はサブフレ−ムサイクル間にリフレッシュされる。
【0025】図1にビデオ影像フレ−ム域を10として
表してある。全フレ−ム域は各々N画素からなるM水平
走査線で取り囲まれており、例えば単独のHDTVフレ
−ムは各々が1,408画素からなる960ラインで構
成されている。本発明ではビデオ影像域を図2に示した
12,16,20,24の様に複数のサブフレ−ムに分
割する。図示例では各サブフレ−ムはライン当たり35
2画素を持った960ラインのディメンションから成っ
ている。ここで異なる数字のサブフレ−ムはビデオ影像
フレ−ム域を埋めるのに対応するディメンションを備え
ていると理解してもらいたい。又図で判る様にサブフレ
−ムには垂直の桁が示されていないが、この様な構造が
後で判る様に有利なのである。
【0026】各サブフレ−ムにはリフレッシュ領域が含
まれており、そこではPCMコ−ド化(即ち動き補償な
し)が以下で詳述する様に完全にビデオ影像フレ−ム域
を連続的にリフレッシュする。例えばサブフレ−ム12
にはリフレッシュ領域14が、サブフレ−ム16にはリ
フレッシュ領域18が、サブフレ−ム20にはリフレッ
シュ領域22が、又サブフレ−ム24にはリフレッシュ
領域26が含まれている。
【0027】ビデオ影像フレ−ムの全領域を連続的にリ
フレッシュするため、サブフレ−ムのセットが移動し(
例えば右方に)、常時新規のビデオフレ−ムが処理を受
けることになる。実施例では4サブフレ−ム12,16
,20,24が右方に各新規フレ−ム当たり32画素分
移動する。32画素というディメンションは固定されて
おり、これはデ−タ圧縮処理に使われる1ス−パ−ブロ
ックの幅に対応しており、リフレッシュ領域14,18
,22,26のリフレッシュ領域の各々も又32画素の
幅である。
【0028】それ故約5フレ−ム後には図2のフレ−ム
10aに図示した区分はフレ−ム10bに示した位置に
移り、11フレ−ム後にはフレ−ム10cに示す位置に
移る。10aと10bを比べて見れは判る様に、サブフ
レ−ムは右端に移動した後ビデオ影像フレ−ムの左側を
包み込んでいる。移動処理を続けることで個々のサブフ
レ−ムの各々は連続的にサイクルを重ねビデオ影像フレ
−ム域を包み込むことを繰り返すのである。
【0029】別々のプロセッサが各サブフレ−ムに割り
当てられ、デジタルデ−タを圧縮し連続するビデオフレ
−ム中のサブフレ−ムに保持される。今現在と一つ又は
それ以前のビデオフレ−ム間の冗長度は動き予測又は補
償手法を使って減少出来る。複数のプロセッサを通して
ビデオ影像フレ−ム域を処理し配信するにあたり、HD
TVの伝送はNTSC信号の伝送に使われるものと同じ
エンコ−ダで充当できる。NTSC信号はHDTV信号
よりもデ−タ量ははるかに少ないので、NTSC信号は
単独のエンコ−ダで処理出来るが、一方HDTV信号処
理は複数のプロセッサを使って処理できるのである。マ
ルチプロセッサでHDTV信号を処理配信する場合、個
々のプロセッサが持っている低速のデ−タ速度でよい。
【0030】図3は本発明によるHDTVシステムのマ
ルチプロセッサ装置を図示したものである。処理すべき
映像信号は端子30からアナログ・デジタルコンバ−タ
32に入力する。入力信号の各フレ−ムは複数の先入先
出(FIFO)バッファで異なる時刻毎にデ−タを受け
動作することで、複数のサブフレ−ムに分割する。FI
FOの動作は以下に詳述する様にタイムコントロ−ル信
号I1−eからI4−eで行われる。FIFOはサブフ
レ−ムデ−タを対応する複数のエンコ−ダ42,44,
46,48に出力し、各エンコ−ダは特定のサブフレ−
ムに保持されているビデオ影像の処理にあたる。エンコ
−ダはビデオ影像フレ−ム域を横切り移動する様に同じ
サブフレ−ムを処理し続ける。
【0031】サブフレ−ム域内で動作の予測を行うため
、各エンコ−ダには今現在のフレ−ムと先行フレ−ムに
対するメモリ−を備えている。各エンコ−ダはまたサブ
フレ−ムに組み込まれている影像域の部分を更新即ち書
き直しを行うことになる。エンコ−ダからの処理された
サブフレ−ムデ−タは変調するために変調器50に接続
され、送信回路(例えばテレビジョン放送衛星)を経て
一般視聴者に送信される。エンコ−ダからの適当なオ−
ダ−にあるコ−ド化サブフレ−ムデ−タの出力は以下に
詳述するエンコ−ダ出力コントロ−ル信号01−eから
04−eでコントロ−ルされている。
【0032】エンコ−ダ42,44,46,48は輝度
及びクロミナンスの両デ−タを処理する。クロミナンス
はファクタ4で水平方向で2次標本抽出を行うと、各成
分のデ−タ速度はu及びv成分デ−タが適当するエンコ
−ダの今現在のフレ−ムメモリ−に直接クロックし、ク
ロミナンス成分に対する同じFIFO段階の必要性を取
り除く様に減らせる。同一のデ−タラインがu及びv成
分を共有し、各ビデオフレ−ムの偶数フィ−ルドの時は
u成分を奇数フィ−ルドの間をv成分を選択するか又は
同一のデ−タラインで各フレ−ムの偶数ラインの間をu
成分を、奇数ラインの間はv成分を選んで順次走査を行
う様にして共有する。
【0033】点線で示した別の実施例ではクロミナンス
エンコ−ダ52がクロミナンス成分のコ−ド化を行う。 この実施例はuデ−タの1フィ−ルドとvデ−タの1フ
ィ−ルドから成るクロミナンスフレ−ムが各輝度サブフ
レ−ムと大きさが同じであるため装置の点で有利である
。かかる場合はクロミナンス成分を輝度情報と別個に処
理される。
【0034】本発明のデコ−ダの装置を図4に図示して
ある。図3のエンコ−ダ装置からの受信信号は端子60
から復調器62に入力する。復調信号はデコ−ダ入力コ
ントロ−ル信号I1−dからI4−dに応じて対応する
サブフレ−ムで持ち込まれたビデオ影像デ−タを処理す
るデコ−ダ64,66,68及び70に分配される。言
葉を変えるとデコ−ダ64はエンコ−ダ42でコ−ド化
されたサブフレ−ムデ−タを処理し、同じくデコ−ダ6
6,68,70は夫々エンコ−ダ44,46,48で処
理されたサブフレ−ムの影像デ−タを処理する。
【0035】デコ−ダ64,66,68,70から出力
された解読デ−タは対応するFIFOバッファ72,7
4,76,78に夫々入力する。そしてデ−タはバッフ
ァからコントロ−ル信号O1−dからO4−dに従って
デジタル・アナログコンバ−タ80に出力し、テレビセ
ットに再生したビデオ出力信号を出力する。オプショナ
ルのクロスミンデコ−ダ82が同じくオプショナルなエ
ンコ−ダ52でコ−ド化されたクロミナンス成分を処理
するために備えられている。
【0036】エンコ−ダでビデオ影像フレ−ム域をサブ
フレ−ムに分割し、デコ−ダでフレ−ムを再構築するの
に使われるコントロ−ル信号は図5及び図6の回路で発
生させる。前に説明した様に、図3のエンコ−ダに入力
する映像信号はデジタル化されており、4個のFIFO
34,36,38,40の1個に入力する。実施例では
各FIFOは4個のプロセッサの1個のデ−タを記憶し
、352×8ビットのように小さい。コントロ−ル信号
I1−eからI4−eは適当するFIFOの使用を可能
ならしめ、左から右へサブフレ−ムを移動するための演
算を行うのである。これらの信号は図5の回路で発生さ
せるのである。
【0037】図5で画素クロック信号が端子90で11
ビットカウンタ94に入力する、画素クロックは連続し
て働いているが、ビデオフレ−ム域中に処理されるべき
アクティブビデオデ−タがある時のみカウンタ94に接
続される。カウンタ94は水平走査線の終りごとに、標
準水平同期信号から導かれたリセットパルスを端子92
から入力してゼロにリセットする。
【0038】本実施例ではビデオ影像フレ−ム域は各走
査線当たり1408画素であるので、カウンタ94は夫
々ゼロから1408までカウントする。コンパレ−タ1
02,104,106,108が各々352画素の幅で
4サブフレ−ムにカウントを分ける。新規フレ−ムが始
まるとコンパレ−タ102は第1サブフレ−ムに対する
デ−タを受け、エンコ−ダ42にデ−タを出力すること
を可能ならしめる信号をFIFO34に出す。これは信
号I1−eがFIFOを作動させるためである。デコ−
ダにおいても同様な回路が信号O1−dを供給し、FI
FO72(図4)を作動させ第1サブフレ−ムのデ−タ
をデジタル・アナログコンバ−タ80に出力する。
【0039】第1サブフレ−ムの352画素が処理され
ると、第2サブフレ−ムが始まりこの時点でコンパレ−
タ104はI2−e信号をFIFO36(エンコ−ダ回
路)に又はO2−d信号をFIFO74(デコ−ダ回路
)に供給する。同様なプロセスが続きコンパレ−タ10
6が第3サブフレ−ムに対するコントロ−ル信号を、又
コンパレ−タ108が第4サブフレ−ムに対するコント
ロ−ル信号を供給する。
【0040】第1ビデオフレ−ムに対する4サブフレ−
ムが全部処理された後、次のビデオフレ−ムが届きビデ
オ影像フレ−ム域に関するサブフレ−ムセットの位置は
32画素分移行する。これは一般的なシフトレジスタ又
は掛算回路98で行われ、端子96で入力するフレ−ム
カウントをファクタ−32として乗じるのである。この
演算結果を減算回路100でカウンタ94によるカウン
タ出力から減じる。96におけるフレ−ムカウント入力
は対象とするフレ−ム中の映像デ−タを全部処理した後
はリセットされる。
【0041】この実施例では各水平走査線当たり140
8画素で、各々の幅が32画素で高さが16走査線の大
きさのス−パ−ブロック中のデ−タが処理されるので、
全部で44(1408÷32)フレ−ムが完結したサイ
クルをカバ−するためには処理されねばならない。その
間にサブフレ−ムはビデオ影像フレ−ム域をすっかり移
動し最初の位置に戻ることになる。ゼロから43までの
フレ−ムカウントを32倍して、この結果を画素クロッ
クビットカウンタ出力から差し引くことで、サブフレ−
ムは各連続するフレ−ムに32ビット毎移動し続けるの
である。
【0042】図6にエンコ−ダ出力コントロ−ル信号及
びデコ−ダ入力コントロ−ル信号の発生させる方法を図
示してある。本実施例ではマイクロブロックとして8ス
−パ−ブロックをパケットと決めて伝送のパッケ−ジと
している。エンコ−ダではFIFO34,36,38,
40からのデ−タビット出力は端子110でビットカウ
ント112に入力し、デ−タビットをカウントしクロッ
クシ−ケンスの終りを探索する。
【0043】ビットカウンタ112は今現在のサブフレ
−ムに対するデ−タ流の終りの信号を検知し“ブロック
の終り(EOB)”を2ビットカウンタ114に出力す
る。カウント114ではEOB検知信号を受ける毎に0
から4まで増加し、デマルプレクサ116で4個のエン
コ−ダの各々にエンコ−ダ出力コントロ−ル信号O1−
e,O2−e,O3−e,O4−eを発生させる。デコ
−ダでは同じ回路がFIFO72,74,76,78に
入力するデ−タをカウントしてデコ−ダ入力許可信号I
1−d,I2−dI3−d及びI4−dを供給する。
【0044】別々のサブフレ−ムプロセッサ間を完全に
独立させておくために、動き予測処理は各エンコ−ダに
よって特定のエンコ−ダと協調する前フレ−ムのメモリ
−の範囲を超えるメモリ−アクセスを必要としない様処
理されることが肝要である。さもなくば各プロセッサに
ある程度のメモリ−が重複して必要になるか、又は多数
のランダムアクサスの可能な共有メモリ−が必要となり
、システムの設計はそのため相当複雑になろう。前フレ
−ムのメモリ−の範囲を超えないことを保証する方法の
一つは動き補償器に特別の制限を負わすことである。 しかしこの解決法ではコ−ド化の効率を損なう他更にエ
ンコ−ダ設計を複雑にする。
【0045】本発明のシステムでは各々のサブフレ−ム
が各ビデオフレ−ムの後から移動(例えば右方へ)する
ので別々のプロセッサ間の独立を保つことが容易である
。このことは図2を参照すれば確認出来ることで、例え
ばビデオ影像フレ−ム域10aと関連して図示した4個
のプロセッサの一つと協調する最も左側の桁について考
察してみる。
【0046】ビデオ影像内での移動が左から右方向の時
は、左方にプロセッサのみにある前フレ−ムメモリ−の
部分に突き合わせが示唆されるので問題が生ずるかもし
れない。しかし本発明において現在のフレ−ムを前フレ
−ムに関して右方に移動することにより、32画素まで
の左方への動き予測の変位が許されるのである。動き予
測器の水平方向範囲を超えている限りは、特定のサブフ
レ−ムプロセッサと協調していないので、前フレ−ムの
メモリ−にアクセスする必要がないのである。
【0047】次に4個のサブフレ−ムの一つの右端から
ス−パ−ブロックの最後の桁に2番目について考察して
みる。今現在のビデオフレ−ム中のサブフレ−ムは前の
ビデオフレ−ム中のサブフレ−ムの右に32画素移動す
るので、もしもビデオ影像の動きが右から左とすると前
フレ−ムメモリ−中にはデ−タが不足していることにな
る。しかし本実施例では各サブフレ−ム中のス−パ−ブ
ロックの最も右方の桁は今現在リフレッシュされた領域
である。
【0048】前記のとおりリフレッシュプロセスは今現
在のリフレッシュサイクル間に未だリフレッシュされて
いない前フレ−ムデ−タ中に延長した今現在のリフレッ
シュサイクル(例えば各サブフレ−ムの右端からス−パ
−ブロックの最後の桁の2番目)中に既にリフレッシュ
された域からの変化を禁止して遂行されるのである。も
しそうでなければ前サブフレ−ム中のリフレッシュされ
たス−パ−ブロックの桁はリフレッシュされていない前
フレ−ムデ−タによってすぐに改悪されてしまう。リフ
レッシュプロセスはリフレッシュされてない域への変位
を禁止しているので、右から左へのビデオ影像の動きは
いずれかのサブフレ−ムの右端から最後のス−パ−ブロ
ックの桁2番目で予測出来ない。
【0049】最後に利用出来ない前フレ−ムメモリ−へ
の特定のプロセッサによるアクセスは各サブフレ−ムの
右端のス−パ−ブロックの最後の桁中においてであるこ
とを必要としない。これはこの桁がいつもリフレッシュ
されていることによるのである。リフレッシュがPCM
コ−ド化で行われるので、前フレ−ムメモリ−へのアク
セスは必要なく、それ故並列したサブフレ−ムプロセッ
サの各々の独立性はあらゆる状況下でも保証される。
【0050】図7に各エンコ−ダによる動き予測プロセ
スを示してある。デジタルビデオデ−タは端子120で
現在フレ−ムのメモリ−122に入力する。遅延回路1
24による1ス−パ−ブロック(32画素)の遅れが挿
入され、この遅延現在フレ−ムデ−タは動き予測器12
6に入力する。この予測器は通常のものでライン130
に水平及び垂直運動ベクトルVx,Vyを出力し、前フ
レ−ムメモリ−132中のビデオデ−タに関して動き補
償を行う。
【0051】運動ベクトルVx,Vyはまた通常のデ−
タパケタイザ139に入力し、ハフマンエンコ−ダ13
6からのコ−ド化されたビデオデ−タと及び端子128
で入力した種々の付加デ−タ(例えば同期、量子化レベ
ル、フレ−ム数、PCM/DPCMコ−ド化識別子)と
共にパケット化される。この方法により運動ベクトルは
デコ−ダに送信され、デコ−ダの前フレ−ムメモリ−を
アドレッシングするのに使われる。ディスクリ−ト・コ
サイン・トランスホ−ム回路134,逆ディスクリ−ト
・コサイン・トランスホ−ム回路138及びハフマンエ
ンコ−ダ136はすべて周知の信号圧縮構成部である。
【0052】図8は本発明のエンコ−ダでのPCM及び
DPCMコ−ド化のコントロ−ルを図示したものである
。ブロック140でル−チンが始まり、ブロック142
でビデオフレ−ムnからサブフレ−ムデ−タを受け取る
。例をあげると、図3のエンコ−ダ42がシステムが動
作を始めた時に第1ビデオフレ−ムからサブフレ−ム1
2を受けるのである。本実施例でのビデオデ−タの処理
はブロックからブロックのベ−スで処理される。ボック
ス144でエンコ−ダは第1ブロックiからのデ−タを
受け取る。
【0053】ボックス146では、処理されるべき今現
在のデ−タブロックがリフレッシュ領域(例えばサブフ
レ−ム12にリフレッシュ領域14)であるかどうかの
決定が行われる。もしそうであるなら動き非補償PCM
デ−タがボックス156で図示した様にエンコ−ダから
変調及び送信のために出力され、PCMデ−タはビデオ
影像フレ−ム域の部分をリフレッシュする役目を果たす
【0054】もし現在のデ−タブロックがリフレッシュ
領域でない時は、ボックス148でこのデ−タブロック
はそのサブフレ−ムのリフレッシュ領域の隣りにあるか
どうかを決め、そうであるならば未だリフレッシュされ
てない領域への全ての運動ベクトルがボックス158で
消去される。これは今現在のリフレッシュサイクル中に
未だリフレッシュされていない前フレ−ムデ−タにより
前フレ−ム中のリフレッシュされたデ−タが改悪される
のを防止するためである。
【0055】ボックス150では、処理されている現在
のデ−タブロックが他のサブフレ−ムに隣接してないか
どうかを決める。これは例えば図示例の任意のサブフレ
−ムの左端にあるデ−タの最初の桁のケ−スである。も
し現在のデ−タブロックが他のサブフレ−ムに隣接して
いれば、動き予測器の水平方向範囲は、エンコ−ダが後
に立たない前フレ−ムデ−タにアクセスしない様に、サ
ブフレ−ムの移動間隔以上にならない様制限される(ボ
ックス160)。
【0056】ボックス146,148及び150で決め
られた様に現在ブロックの位置に必要な制限が行われた
後、動き予測器はボックス152の様に許容範囲内の動
作を行う。そしてボックス154で予測プロセスの結果
のDPCMデ−タを変調及び送信のために出力する。
【0057】各デ−タブロックの処理後、ボックス16
2でエンコ−ダは現在のビデオフレ−ム中のエンコ−ダ
に対応するサブフレ−ムによって持ち込まれた最後の未
処理デ−タブロックであるかどうかを決める。そうでな
い時は引き続きサブフレ−ムを処理し、ボックス168
でブロックカウンタのiは増加し、ボックス144で次
のデ−タブロックの処理が始まる。エンコ−ダの最終サ
ブフレ−ムブロックが現在のビデオフレ−ムに対し丁度
処理された際、現在のリフレッシュサイクルが完結した
かどうかボックス164で決め、サブフレ−ムが図2の
ビデオ影像フレ−ム域10aに図示している様に一列に
並んでいる時はリフレッシュサイクルが始まる。
【0058】図示の例ではサブフレ−ムが図2のビデオ
フレ−ム影像域10cに示した様に並んでいる時は、リ
フレッシュサイクルは11フレ−ム後に完結する。全体
のビデオ影像フレ−ム域を横切ってサブフレ−ムの各サ
イクルが終わると、4リフレッシュサイクルが全部完了
したことになる。もしボックス164が現在のリフレッ
シュサイクルが完了したと決定すると、ボックス166
のカウンタがリセットされる。このため動き予測器が現
在のリフレッシュサイクル間にリフレッシュされた領域
の跡をたどることができ、リフレッシュされてない領域
に含まれているデ−タが動き予測プロセスに会うことを
避けることができ、そのため現在のリフレッシュサイク
ル中にリフレッシュされる領域に含まれるデ−タの改悪
を防ぐことが出来るのである。
【0059】現在のビデオフレ−ムの最終のサブフレ−
ムブロックが処理され、リフレッシュカウンタが必要な
らばリセットされ、サブフレ−ムカウンタnがボックス
170で増え、ボックス172でサブフレ−ムが移動し
(例えば水平方向に32ビット分)、ル−チンはシステ
ムが作動中は続く。
【0060】本発明が圧縮され、動きを補償された形で
コ−ド化されたデジタル映像信号を送信するための方法
と装置を提供するものであることがはっきりしたことと
思う。ビデオ影像フレ−ム域のリフレッシュとビデオ影
像の動き予測はビデオ影像フレ−ム域を満した複数のサ
ブフレ−ムの各々で独立して行われる。サブフレ−ムは
ビデオ影像フレ−ム域全般を連続的にリフレッシュして
規則正しく移動し、各サブフレ−ムプロセッサ内の動き
予測を前フレ−ム影像デ−タにアクセスする必要なしに
可能ならしめるのである。
【0061】本発明を図示した実施例につき説明してき
たが、技術に精通した方々は本発明の請求範囲の真意お
よび範囲から逸脱することなく種々の応用および改善を
行うことができると認められよう。
【0062】
【発明の効果】この発明によれば、以上説明した構成、
作用によりデジタルデ−タの圧縮、特に圧縮しかつ動き
の補正を行ったデジタル映像信号を適正に伝送すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ビデオ影像フレ−ム域を現わした模式図である
【図2】3面の異なるビデオフレ−ムを横切るサブフレ
−ムの移動を表わした図である。
【図3】本発明によるエンコ−ダ装置の構成図である。
【図4】本発明によるデコ−ダ装置の構成図である。
【図5】図3及び図4のエンコ−ダ及びデコ−ダで使わ
れるコントロ−ル信号の発生回路の構成図である。
【図6】エンコ−ダ出力及びデコ−ダ入力に設けられて
いる信号入出力回路の構成図である。
【図7】本発明で使用できるデ−タ圧縮及び動き予測回
路の構成図である。
【図8】本発明の動き予測プロセスを図示したフロ−チ
ャ−トである。

Claims (25)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  圧縮し、動き補償を行った形で送信す
    るため、デジタル映像信号をコ−ド化する方法で、ビデ
    オ影像フレ−ム域をサブフレ−ムのセットに分割し、こ
    のサブフレ−ムセットの位置を個々のサブフレ−ムを繰
    り返し横断し、ビデオ影像フレ−ム域を巻き込む様に規
    則正しく移動させ、フレ−ム間のデ−タの冗長度を減少
    させるため動き予測を行った連続映像フレ−ム中の異な
    るサブフレ−ムの各々により持ち込まれたビデオ影像デ
    −タを別々に圧縮し、前フレ−ムの同じサブフレ−ムに
    より持ち込まれた前映像フレ−ムの画面に現在の映像フ
    レ−ムの各サブフレ−ムに対する動き予測を制限する工
    程を含むことを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】  特許請求項1において、前記移動工程
    は各連続映像フレ−ムに対しサブフレ−ムセットを一回
    移動させることを特徴とする方法。
  3. 【請求項3】  特許請求項1または2において、各サ
    ブフレ−ムはリフレッシュ領域を含んでいることを特徴
    とする方法。
  4. 【請求項4】  特許請求項3において、前記リフレッ
    シュ領域は連続するサブフレ−ムの接続部に位置するこ
    とを特徴とする方法。
  5. 【請求項5】  特許請求の範囲の前記各項において、
    前記サブフレ−ムは隣接した垂直桁であることを特徴と
    する方法。
  6. 【請求項6】  特許請求項5において、各サブフレ−
    ムは垂直端に沿ってリフレッシュ領域を含み、連続サブ
    フレ−ムはリフレッシュ領域で接合していることを特徴
    とする方法。
  7. 【請求項7】  特許請求項6において、前記移動工程
    は各連続映像フレ−ムに対し定まった水平間隔でサブフ
    レ−ムのセットを移動させることを特徴とする方法。
  8. 【請求項8】  特許請求項7において、前記リフレッ
    シュ領域は等しい幅を持ち、前記定まった水平間隔はリ
    フレッシュ領域の幅と等しいことを特徴とする方法。
  9. 【請求項9】  特許請求項8において、前記の動き予
    測は前記定まった水平間隔を超えない水平方向範囲に制
    限されることを特徴とする方法。
  10. 【請求項10】  特許請求項9において更に、現在の
    リフレッシュサイクル間にリフレッシュされた前記映像
    フレ−ムのデ−タを、現在のリフレッシュサイクル間に
    リフレッシュされていない領域中に含まれる改悪された
    デ−タから保護するため前記の動き予測をコントロ−ル
    する工程を含むことを特徴とする方法。
  11. 【請求項11】  特許請求項1において更に、各サブ
    フレ−ムにより持ち込まれたビデオ影像デ−タの部分を
    リフレッシュし、このビデオ影像域はサブフレ−ムサイ
    クルとして連続的にリフレッシュされ、現在のリフレッ
    シュサイクル間にリフレッシュされた前記映像フレ−ム
    領域に含まれるデ−タを、現在のリフレッシュサイクル
    間にリフレッシュされてない領域に含まれる改悪デ−タ
    から守るため前記の動き予測をコントロ−ルする工程を
    含むことを特徴とする方法。
  12. 【請求項12】  圧縮され、動きを補償された形で送
    信するために、デジタル映像信号を処理するための装置
    で、動き補償法を使いビデオ影像デ−タを圧縮するため
    の複数のエンコ−ダと、ビデオフレ−ム影像域を占める
    映像フレ−ムデ−タを複数のサブフレ−ムに分割する手
    段で、各サブフレ−ムは前記エンコ−ダの異なる一つに
    対応し、サブフレ−ムのための対応するエンコ−ダに各
    サブフレ−ムによって持ち込まれたビデオ影像デ−タを
    入力するために、前記分割手段に対応する手段と、前記
    ビデオ影像フレ−ム域内にグル−プとしてサブフレ−ム
    の位置を規則正しく移動させるための前記分割手段と動
    作的に協調する手段で、個々のサブフレ−ムがビデオ影
    像フレ−ム域を繰り返し横断し、又巻き込み、そのエン
    コ−ダに有効なビデオ影像デ−タに各エンコ−ダにより
    実施される動き補償を制限するため、前記サブフレ−ム
    の移動で動き予測範囲を調整するため各エンコ−ダと動
    作的に協調する手段とを含むことを特徴とする装置。
  13. 【請求項13】  特許請求項12において更に、エン
    コ−ダの対応するサブフレ−ムにより持ち込まれたビデ
    オ影像デ−タ部分をリフレッシュするため各エンコ−ダ
    と協調する手段で、このビデオフレ−ム影像域はサブフ
    レ−ムサイクルとして連続的にリフレッシュされること
    を含むことを特徴とする装置。
  14. 【請求項14】  特許請求項13において、各エンコ
    −ダによりリフレッシュされるデ−タ部分は対応するサ
    ブフレ−ムの接合部で隣接するサブフレ−ムに位置する
    ことを特徴とする装置。
  15. 【請求項15】  特許請求項12から14の各項にお
    いて、前記ビデオ影像デ−タは連続映像フレ−ムからの
    デ−タから成り、また前記移動手段は各連続映像フレ−
    ムに対し定まった間隔でサブフレ−ムを移動させること
    を特徴とする装置。
  16. 【請求項16】  特許請求項12から15の各項にお
    いて、前記サブフレ−ムは隣接する垂直の桁であること
    を特徴とする装置。
  17. 【請求項17】  特許請求項16において、各サブフ
    レ−ムに対するデ−タのリフレッシュ部分は、前記定ま
    った間隔に等しい幅を有するサブフレ−ム内の垂直の桁
    であることを特徴とする装置。
  18. 【請求項18】  特許請求項15から17の各項にお
    いて、前記調整する手段は各サブフレ−ムに対し先行サ
    ブフレ−ムの接合部において前記定まった間隔を超えな
    い先行サブフレ−ムの方向の距離に水平方向の動き予測
    範囲に制限されることを特徴とする装置。
  19. 【請求項19】  特許請求項13から18の各項にお
    いて更に、現在のリフレッシュサイクル間にリフレッシ
    ュされた前記映像フレ−ムの領域内に含まれるデ−タを
    、現在のリフレッシュサイクル間にリフレッシュされて
    ない領域に含まれている改悪デ−タから守るため、動き
    補償をコントロ−ルするための前記エンコ−ダと動作的
    に協調する手段を含むことを特徴とする装置。
  20. 【請求項20】  特許請求項12から19の各項にお
    いて、前記複数のエンコ−ダはビデオ影像デ−タの輝度
    成分を処理し、前記装置は映像フレ−ムのクロミナンス
    成分を別に処理するため少なくとも1基のクロミナンス
    エンコ−ダを更に含むことを特徴とする装置。
  21. 【請求項21】  特許請求項12から20の各項にお
    いて更に、前記エンコ−ダの各々から出力された圧縮ビ
    デオ影像デ−タを送信するために、デジタル出力流に結
    合するための手段を含むことを特徴とする装置。
  22. 【請求項22】  特許請求項21の装置から送信され
    たデジタル出力流を処理するための受信機で、受信した
    デジタル出力流をパケットに分割する手段で、各パケッ
    トは前記エンコ−ダの相異なる1個からの圧縮ビデオ影
    像デ−タを含み、複数のデコ−ダで、各々はパケット中
    に含まれているビデオ影像デ−タの圧縮を解除するため
    エンコ−ダの異なる1個に対応し、パケット中に含まれ
    ているビデオ影像デ−タを与えたエンコ−ダに対応する
    デコ−ダに選択的に各パケットを入力されせため、デコ
    −ダと動作的に協調する手段と、デコ−ダからの圧縮を
    解除されたビデオ影像デ−タをビデオ出力信号に結合さ
    せるため各デコ−ダの出力に接続された手段を含むこと
    を特徴とする受信機。
  23. 【請求項23】  特許請求項22において、前記複数
    のエンコ−ダ及びデコ−ダは各々、ビデオ影像デ−タの
    輝度成分を処理し、前記装置は更に、ビデオ影像のクロ
    ミナンス成分は別個にコ−ド化するための少なくとも1
    個のクロミナンスエンコ−ダと、クロミナンスエンコ−
    ダにより与えられたクロミナンス成分を別個に解読する
    ための少なくとも1個のクロミナンスデコ−ダを含むこ
    とを特徴とする装置。
  24. 【請求項24】  圧縮され、動き補償を行ったデジタ
    ル映像信号を処理するための受信装置で、受信したデジ
    タルデ−タ流をパケットに分割する手段で、各パケット
    には映像フレ−ムの異なるサブフレ−ム域により持ち込
    まれた圧縮ビデオ影像デ−タを含んでおり、連続映像フ
    レ−ム中のサブフレ−ム域の移動に対する補償に分割手
    段をコントロ−ルするため、受信したデ−タ流に対応す
    る手段で、連続映像フレ−ムのための相異なるパケット
    が個々のサブフレ−ム域によりデ−タを持ち込まれ続け
    、パケット中に含まれているビデオ影像デ−タを圧縮解
    除するためサブフレ−ム域の相異なるものに夫々対応す
    る複数のデコ−ダと、パケットの個々のサブフレ−ム域
    に対応するデコ−ダに各パケットを選択的に入力するた
    め、デコ−ダと動作的に協調する手段と、デコ−ダから
    の圧縮を解除されたビデオ影像デ−タを映像出力信号に
    結合するため、各デコ−ダの出力に接続された手段とを
    含むことを特徴とする受信装置。
  25. 【請求項25】  特許請求項24において、前記複数
    のデコ−ダの各々はビデオ影像デ−タの輝度成分を処理
    し、前記装置は更にビデオ影像デ−タのクロミナンス成
    分を別個に解読するための少なくとも1個のクロミナン
    スデコ−ダを含むことを特徴とする受信装置。
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