JPH05211646A

JPH05211646A - 映像圧縮方法

Info

Publication number: JPH05211646A
Application number: JP4179027A
Authority: JP
Inventors: Jiee Kurainon Rejisu; レジス・ジェー・クライノン; Rusura Ajiyai; アジャイ・ルスラ; Emu Mei Piitaa; ピーター・エム・メイ; Shii Edowaazu Sutanree; スタンレー・シー・エドワーズ
Original assignee: Sony Tektronix Corp
Current assignee: Tektronix Japan Ltd
Priority date: 1991-06-14
Filing date: 1992-06-12
Publication date: 1993-08-20
Anticipated expiration: 2012-08-25
Also published as: US5228098A; EP0518464A2; EP0518464A3; JP2646169B2

Abstract

(57)【要約】【目的】映像圧縮をより効果的に行う。【構成】４分木構造のアルゴリズムを用いて、映像系
列の各フレームを輝度値の差異からそれぞれ単一輝度値
を有するブロックに分解するとともに、あるフレームか
ら次のフレームに映像データを移すときのフレーム間に
おける各ブロックの差異、つまり、時間的な差異がある
ブロックだけ次のフレームで輝度を更新することにより
映像を圧縮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、デジタル・データ系列
を圧縮及び伸張するアルゴリズムに関し、特に、エンコ
ーダ及び対応するデコーダによる時空間的な４分木構造
を用いてビデオ映像信号を圧縮及び伸張するのに適した
時空間的画像圧縮方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオ映像は、多くの場合、大部分の領
域は画像が均一で、わずかな領域が細かな画像で構成さ
れる。また、この細かい部分についても、局部的には均
一画像である。この画像をデジタルで表現するために、
画素又はピクセルとして知られる一定の時間的及び空間
的（時空間的）な間隔をおいて輝度及び色をサンプルす
るという２次元配列のサンプルを行う。各ピクセルの値
は、８ビットで量子化され、また、カラー映像について
は、赤、青及び緑の３つの値をそれぞれ８ビット、全体
で２４ビットで量子化される。サンプルしたカラー・ビ
デオ映像は、輝度（luminance）信号と輝度信号の半分
の帯域を有する２つの色（chrominance）信号で表現さ
れる。この場合、サンプルした色信号帯域の大きさがサ
ンプルした輝度信号帯域の大きさの半分になっている
が、これは、帯域を縮小し、輝度信号に８ビット、これ
に３種の色信号の内の問題のピクセルに関係する色信号
に８ビット割り当てて、１ピクセル当たり必要なのは１
６ビットだけとしたからである。

【０００３】このような映像データを伝送線で即時（リ
アルタイム）に送ることができるデータ伝送速度の能力
は、ＮＴＳＣビデオ信号で１６０メガ・ビット毎秒程度
まで、ＨＤＴＶ（高解像度テレビジョン）ビデオ信号で
２ギガ・ビット毎秒程度までである。ファクシミリの伝
送や通信会議を行うなどで通常の電話回線を使用した場
合、使用可能なデータ伝送速度は約２〜１０キロ・ビッ
ト毎秒程度である。ビデオ映像を蓄積したとしても、現
在の磁気ディスク技術ではデータ伝送速度は約８メガ・
ビット毎秒程度が限界である。従って、ファクシミリの
伝送や通信会議を行うときはもちろんのこと、リアルタ
イムでビデオ映像を送り、映像系列（映像を構成する何
枚かのフレームの連なり）の記録及び再生ができるよう
に、画像内容を減少することなくデータ量を減少させる
装置が必要である。

【０００４】ビデオ映像は、あるフレームとその次のフ
レームとではほぼ変化がないので、大部分の変化のない
領域を圧縮形式で表現し、フレーム間で異なる部分のみ
を最初のフレームを切り換えた後に伝送する技術が必要
とされる。このような技術を、ドイツ、ミュンヘンにあ
るシーメンス社のストロバッチ（Strobach）等は、音
響、スピーチ及び信号処理に関する国際会議の会報ＩＣ
ＡＳＳＰ−８８第２巻の第１０９６〜１０９９頁にある
「フレーム間の符号化に適した空間差異の規則分解４分
木構造（Space-variant Regular Decomposition Quadtr
ee in Adaptive Interframe Coding）」と題する項目の
なかで記述している。ストロバッチ等は、場面を適切に
符号（コード）化するコーダー（符号器）を記述してお
り、これは、スカラー量子化によりフレーム間で異なる
信号を補った映像の動きを４分木構造で分解すること、
及びサンプルの一部をワード長可変に符号化することが
基礎となっている。複号化（デコード）に必要なビット
数が最小となって得られた４分木構造の分解が最小にな
るときにベクトルの配置変更が決まる。これについて
は、異なるパルス・コード変調で構成される４分木構造
（ＱＳＤＰＣＭ）として言及している。

【０００５】４分木構造は、２次元領域を記述するため
の階層データ構造であり、２値型（バイナリ）の画像を
蓄積する場合に多く用いられてきた。ストロバッチ等
は、隣接する４つの下層ブロックの所望の特性の類似性
を調査することにより下層から上層へと４分木構造を実
現する手法を用いている。もしこの調査が陽性なら、４
つの下層ブロックを直前のものの４倍の大きさを有する
新しい１つの下層ブロックに融合する。この手順を可能
な限り大きくなるまで一定に繰り返す。この調査及び融
合は、隣接する各下層ブロックのサンプルの平均値と、
融合した（より大きくなった）下層ブロックとを比較し
ながら行い、もし融合しようとする下層ブロックのサン
プルの平均値と隣接する各下層ブロックと間の差が所定
の画質しきい値を下回る場合には融合を行う。この技術
によれば、従来の動画補正変符号器よりもコンピュータ
処理の複雑さは減少するが、直接的動画補正予測（ＭＣ
Ｐ）誤差が生じる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ストロバッチ
等の試みは、フレーム毎にサンプル値の差を平均化した
ものを出力しているに過ぎない、つまり空間的な値の差
異を求めているに過ぎない。従って、ストロバッチ等に
よるデコーダは、加算器をさらに付加する必要がある。

【０００７】そこで本発明の目的は、簡素なデコーダを
製造するのに適し、各フレームの空間的な差異だけでな
くフレーム間の時間的な差異をも加味したアルゴリズム
に基づくビデオ映像信号用の映像圧縮方法を提供するこ
とである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、ビデオ映像信
号に適した時空間的な映像圧縮方法を提供するもので、
符号化したフレームをサンプルして値を平均化して得る
エンコーダの出力信号を供給する。エンコーダは、伸張
の際に４分木構造の各葉に時間次元の１ビット（付加ビ
ット）を付加するが、これによりフレーム間の輝度の差
異がおおよそ零かどうか判断する。もし輝度の差異が零
ならば、４分木構造の葉には赤、青及び緑の３つの輝度
値が含まれる。デコーダは伸張の際に４分木構造の頂点
から符号化規則を用いて、フレームを再生するのに必要
なＸ及びＹ座標、ブロックの大きさ及びＲＧＢ輝度値を
出力する。データの値をメモリに蓄積し、伝送先の画像
プロセッサがアドレスしてフレーム・バッファ（ＦＢ）
に様々な大きさのブロックを満たすことにより、伝送さ
れてきたビデオ映像をメモリから再構成する。

【０００９】

【実施例】図２は、大小の均一領域から成ることを特徴
とする簡素な映像のフレーム例を示している。大均一領
域は、この画像の大部分を構成するが、少数の微小領域
も存在し、これらの部分では局所的に画像が均一であ
る。この画像をデジタル的に表現するために、図の複数
の小型四角形で示すように画像をピクセルの２次元配列
として扱い、各ピクセルをサンプルして輝度値を求め、
通常、８ビットで量子化してグレイ・スケールで表現す
る。カラー画像については、各ピクセルが３つの値、
赤、青及び緑の各原色につきそれぞれ８ビット、合計で
２４ビットを有する。このように格子状にサンプルした
通常のピクセルでは、多くのピクセルが同じ輝度値を保
持するので、映像のデジタル表現では相当量が冗長であ
る。適当なサンプル方法としては、大均一領域では、サ
ンプル周波数を低くする一方で、画像の微小領域ではサ
ンプル周波数を高くしたままに保つのが効果的で、図に
１〜１６個とピクセル数に幅をもつブロックで示したよ
うに、最終的に映像をブロック化する。より大きな画像
に対しては、ブロックの大きさが、そのピクセル数で１
個から２のｎ乗個まで幅がある。ここで、ｎは整数で、
このブロックの大きさの幅は、画像中の冗長部分の量に
よる。ブロックの上限の大きさは、四角い全画像領域で
あり、これより小さいブロックは、各ブロックを繰り返
し４つに割っていけば得られる。最小のブロックは、１
ピクセル値又は副ピクセル値でもよい。

【００１０】図３に示すように、４分木構造を用いて表
現すると、上述の結果得られるサンプルの構造は、たい
へん簡単な形態に符号化される。簡単のために図では、
ピクセルが４対４のブロックを示しているが、より大き
な映像に対しても同様の方法を適用すれば良い。「１」
が中間節点を表す一方で、「０」は木構造のいわゆる葉
（子のない点）を表している。木構造中のすべての葉
に、赤、青及び緑の輝度値の組が帰属している。この方
法は、ビデオ映像系列の連続する２つのフレーム間で、
異なるフィールドをサンプルするのに使用してもよい。
多くの場合、画像内容の大部分はあるフレームから他の
フレームに移るときにも繰り返され、大均一領域はほと
んど差異ないまま変換される。これら均一領域は、４分
木構造表現において大きなブロックになる。あるフレー
ムから他のフレームに移るときに映像の物体がわずかに
移動するために異なるフィールドでエッジ（縁）が生じ
るが、これらのエッジは、上述のストロバッチの引用で
示したように最高サンプル速度でサンプルされる。

【００１１】フレームで異なる値のほとんどは零である
ため、時間の次元を図３の４分木構造表現に付加する。
木構造のすべての葉に対して、輝度の差異が零かどうか
示すための時間次元の付加ビットを付加する。もし輝度
のフレーム間の差異（時間的な差異）が零なら付加ビッ
トは「１」である。もし輝度の差異が零でないなら付加
ビットは「０」であり、その葉に対してその時点の輝度
値を付加する。図１は、新たに得られた時空間的４分木
構造によるサンプル構造の符号化を示している。４対４
ピクセルの小型ブロックを再び示しており、「１」はこ
の場合も中間節点を示し、葉は「０１」又は「００」で
表現される。「００」の葉はその時点の輝度値に従う。
デコーダの従う形式は、図６に示す１対の規則で決ま
る。

【００１２】第１符号化規則は、映像データを包括する
ためのものである。つまり、木構造の任意の親の中間節
点「１」を与えると、輝度値に従った木構造中の４つの
子「１」、「０１」又は「００」がＺパターンに従って
左上部角から発する線上を左から右へと送られる、つま
り４つのブロックを上部左角、上部右角、下部左角そし
て下部右角の順番でスキャンする。これら子の１つが中
間節点「１」であるときは常に、第２符号化規則に従っ
て通常のＺパターンのスキャンを停止し、ブロックの大
きさが半分の次の下層レベルでさらにブロックをＺ型に
フォーマットする。ブロックの大きさが最大の木構造の
頂点からブロックの大きさが最小、つまり１ピクセルの
木構造の底辺に下るまでこれら２つの規則を繰り返し適
用すれば、結果として伸張回路の入力に圧縮データ列を
供給できる。

【００１３】図５は本発明のエンコーダの一実施例を示
している。これは、通信会議等の帯域制限のあるデジタ
ル信号伝送経路に連続的にデータを流すことができるよ
う設計されている。このエンコーダは、その出力端でビ
ット伝送速度を平均化するように設計されているため、
信号伝送経路の容量と出力ビット伝送速度が良く調和す
る。エンコーダはビデオ映像信号入力を受け、通信回線
で伝送するための圧縮出力信号を生成する。アナログ・
デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２でビデオ映像信号入力を
量子化し、第１フレーム・バッファ（ＦＢ）１４に入力
する。第２及び第３フレーム・バッファ１６及び１８
は、２つ前のフレームのビデオ映像データを保持し、そ
れらはデコーダ（伸張器）の出力端に現れる。第２フレ
ーム・バッファ１６の内容を第３フレーム・バッファ１
８に移すとともにビデオ映像データの新しい各フレーム
を第１フレーム・バッファ１４が受ける。

【００１４】第１及び第３フレーム・バッファ１４及び
１８からのデータは、合算器２０に入力され、新たに入
って来たビデオ映像データのフレームと直前に表示した
ビデオ映像データのフレームとの間の時間的な差異を表
す信号を発生する。第１フレーム・バッファ１４及び合
算器２０からのビデオ映像データを符号化回路２２に入
力し、ここで上述の２つの符号化規則を適用する。符号
化回路２２は、対応する復号化アルゴリズムの出力信号
を再生し、その結果を第２フレーム・バッファ１６にダ
ンプ（dump）するので、最後に圧縮及び符号化したビデ
オ映像フレームの復号化（伸張）版のコピーを第２フレ
ーム・バッファが最終的に保持することになる。空間及
び時間しきい値回路２４及び２６から空間及び時間的な
画質しきい値を符号化回路２２に入力する。これらしき
い値は、符号化回路２２が新たなビデオ映像フレームが
生み出す新しい映像情報の量を算出するのに役立つ。

【００１５】操作者は、インタフェース（Ｉ／Ｆ）回路
２８を介して空間及び時間しきい値回路２４及び２６並
びにデータ伝送速度制御回路３０に媒介変数を入力す
る。データ伝送速度制御回路は、符号化回路２２からの
過去の情報を用いて、空間及び時間画質しきい値の変更
により次の圧縮したフレームが採用するビット数を最大
限に設定する。符号化及び復号化時間制御回路３４によ
りタイミングを制御されたデータ・フォーマット及びエ
ラー修正回路３２に符号化回路２２からの符号化したデ
ータを入力する。データ・フォーマット及びエラー修正
回路３２の出力信号は、伝送回線で伝送したり、デジタ
ル・テープ・レコーダのような記憶媒体に蓄積したりす
るのに適する圧縮したビデオ映像データである。

【００１６】図６は本発明のエンコーダの他の実施例を
示している。このエンコーダは、例えば、特定のアニメ
ーションの映像系列を圧縮するなど、比較的短いビデオ
映像系列、又は映像系列中の限られた数のフレームを圧
縮するように設計されている。入力されたビデオ映像信
号の各フレームを上述と同じ空間及び時間画質しきい値
を用いて符号化回路２２で符号化する。符号化回路２２
からの圧縮したフレームが最も長くなったもの、つまり
最も細かい映像のフレームを供給すると、最大フレーム
速度回路３６は、デコーダが対応し得る最高フレーム速
度を発生し、このフレーム速度値を一旦圧縮した映像系
列が伝送されたデコーダに送る。圧縮係数回路３８は、
データ・フォーマット及びエラー修正回路３２のタイミ
ングの制御はもちろんのこと、空間及び時間しきい値回
路２４及び２６を必要に応じて加減するために用いられ
る。図５及び図６の両方のエンコーダの構成において、
データ・フォーマット及びエラー修正回路３２は、デコ
ーダの要求に沿ったフォーマットに圧縮データ（ビッ
ト）列をフォーマットし、エラーに修正を加えて伝送の
信頼性をより高いものにする。

【００１７】図７及び図８は、本発明に好適なデコーダ
が実行する伸張アルゴリズムのフローチャートを示して
いる。最初に、ブロック値（大きさ）ＢＬＫを映像の最
大ブロック値、つまり４分木構造型階層構造の最高段階
（レベル）に設定する。この例では、１０２４対１０２
４ピクセルの映像を想定している。ＸＹ座標（０，０）
を画面上部左角に設定し、また、４分木構造型階層構造
の段階を示す指数ｉを１に設定する。圧縮データ列の第
１ビットを抽出して調べて、データが中間節点「１」で
あるかどうか決定する。もし第１ビットが零ならば全映
像領域の輝度値が単一な葉であり、続いてその次のビッ
トを抽出して調べ、フレームを切換えたときに全映像領
域の輝度の変更を意味する「００」か、又は変更なしの
「０１」かを決定する。もし全映像が変更される葉「０
０」ならば、その次に続く３２ビット（２４ビットがＲ
ＧＢの色の輝度値、８ビットが付加的なチャンネル値）
が抽出されて、フレームのＸＹ座標（ＸＣ、ＹＣ＝０、
０）、ブロックの大きさＢＬＫ＝１０２４、並びに輝度
値及びチャンネル値の３２ビットの情報が提供される。

【００１８】しかし、実際のビデオ映像データでは全領
域に対応する第１ビットは、通常、中間節点「１」を示
す。従って、ブロックの大きさを２つに割って次の下層
段階の大きさのブロックにし、新たな初期座標値（ｘ
ｘ，ｙｙ＝０，０）を設定する。その次のビットを調べ
て新しいブロックが中間節点「１」か又は葉「０」か決
定する。もし中間節点「１」ならば（ｘｘ，ｙｙ）の位
置を（保存ｘ（ｉ），保存ｙ（ｉ））として保存し、Ｘ
及びＹをそれぞれｘｘ及びｙｙの値だけ増した後Ｘ及び
Ｙの値を２倍にし、指数ｉを１増やす。この処理を繰り
返して次の下層段階に達するようにブロックの大きさを
２つに割る。

【００１９】もしブロックの大きさが葉「０」を示した
ら、次段階のビットを調べて次のフレームの映像に変更
のある「００」か、又は変更のない「０１」か決定す
る。もし変更のある「００」ならば、次に続く輝度値の
３２ビットを抽出し、ブロックの開始位置ＸＣ及びＹＣ
を（Ｘ＋ｘｘ）・ＢＬＫ及び（Ｙ＋ｙｙ）・ＢＬＫに設
定し、ブロックの大きさ及び開始位置の値を出力する。
そして、ｙｙの値を１増やしてＺパターンで次の隣接す
るブロックに移動するようにする。もし１増やした後の
ｙｙが２ならば、これは第１及び第２の葉のブロックを
調べたことを示し、ｙｙを零に再設定するとともにｘｘ
を１つ増やす。もしｙｙ及びｘｘがいずれも２になった
ことがあれば、このブロックの段階の葉ついては終了し
たことを示し、次に指数ｉを調べる。

【００２０】もし指数ｉがブロックの大きさが最大（ｉ
＝１）を示すなら、次のフレームに移ってすべての処理
を再び開始する。しかし、もし指数ｉが１でなければ、
次に段階が１つ上のブロック戻るためにブロックの大き
さを２倍にして入り、そのＸ及びＹの位置を２で割り、
そのときの指数ｉにおいてｘｘ及びｙｙの値に保存ｘ
（ｉ）及び保存ｙ（ｉ）を取り入れた後に指数ｉを１減
らす。このようにして伸張アルゴリズムは、符号化アル
ゴリズムと同じ規則に従って画面上部左角を最初に復号
し、木構造上で上下の跳躍を繰り返して、上述で定めた
Ｚパターンに従って映像を復号化する。こうして各ブロ
ックの大きさ、開始位置及び輝度値からなる一連のブロ
ック情報を出力する。

【００２１】ブロックの座標、ブロックの大きさ及び輝
度値をデータを伝送した先の画像プロセッサを用いて、
対応する表示メモリ上の位置をアドレスするとともにリ
フレッシュする。１組のブロックの座標、ブロックの大
きさ及び輝度値を与えれば、この画像プロセッサはブロ
ック中のすべての個々のピクセルをアドレスし、メモリ
の内容を新しいＲＧＢの輝度値に更新し、この処理を繰
り返してすべてのブロックについてを更新する。画像プ
ロセッサの出力端は２つのバッファに接続され、一方の
内容が表示されている間に他方はデータを補充する。こ
の第２バッファにデータを補充し終えると、装置は第１
バッファの内容を表示し終えるまで待って第２バッファ
の内容に切換えて表示し、第１バッファにデータを補充
する。

【００２２】フレーム速度は、各フレームの表示時間の
長さがどのくらいかを定める所定数値である。フレーム
中のすべてのピクセルを確実にＮ回スキャンするため
に、フレーム速度は１秒当たり３０／Ｎに設定する。こ
こでＮは、Ｎ＝１、２、３、４、・・・の整数である。
よって、フレーム速度は、３０、１５、１０、７．５、
・・・フレーム毎秒である。フレーム速度は、１フレー
ムを表示するのに必要な時間が映像系列中の任意のフレ
ームを伸張するのに要する時間より長くなるように設定
する。フレーム速度の値は、図６に示すように使用者又
はエンコーダに従って定めても良い。もし使用者がＮを
選択した場合には、エンコーダはフレームの伸張に要す
る時間がＮ／３０を越えないようにする。これを確実に
行うためにエンコーダは、すべてのフレームにおいてそ
のフレームを満すブロック数を監視している。もしフレ
ームを満たすのにあまりにも多くのブロックが必要な
ら、エンコーダはその圧縮したフレーム中の空間的な細
かさの量を減す、つまり空間画質しきい値を下げて更新
するブロック数を減らす。これはフレームの伸張時間を
低減する。逆に、もしフレームの伸張に要する時間がＮ
／３０をかなり下回るようなら、木構造中の葉の数を増
やしても良い。従って、画質はフレーム毎に異なっても
良い。

【００２３】これは最も多くある事例だが、もし使用者
がすべてのビデオ映像系列を通して一定の画質を望んだ
場合、エンコーダはデコーダ中の伸張器が常にフレーム
を復号するのに充分な時間を得るようにフレーム速度を
選択する。このときエンコーダは最も伸張時間を要する
フレームを映像系列中から識別し、それに応じて図６に
関して上述したようにしてＮを選択する。このようにす
れば、すべての映像系列を通して画質が一定に保たれる
が、フレーム速度はデコーダ中の伸張システムの処理能
力により定まる。いずれの場合でもＮの値は、デコーダ
の伸張アルゴリズムに送られる。伸張時間に３０分の１
秒より短い時間必要なフレームは、表示される前に少な
くとも（Ｎ−１）／３０秒は待たせる必要があり、伸張
に３０分の２秒より短い時間必要なフレームは、表示さ
れる前に少なくとも（Ｎ−２）／３０秒は待たせる必要
があり、他も同様である。蓄積システムにおいて、Ｎの
値又は３０／Ｎフレーム毎秒のフレーム速度は、圧縮し
た映像系列の頭に付加するか又は分離したファイル中に
納める。これは、エンコーダがすべての映像系列を圧縮
した後でないとＮの値を伝送できないためである。

【００２４】図９は、本発明のデコーダの実施例であ
る。エンコーダが出力する圧縮データ列は、３２ビット
のデジタル信号の並列データ形式でデコーダに入力され
る。データを第１シフト・レジスタ４０に入力し、ステ
ートマシン４２の制御に基づいて第１シフト・レジスタ
４０がデータを直列データに変換する。第１シフト・レ
ジスタ４０からの直列データをステートマシン４２及び
第２シフト・レジスタ４４の両方に入力する。ステート
マシン４２の制御に基づいて、第２シフト・レジスタ４
４はランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）のようなメ
モリ４６に蓄積するピクセルのデータを出力する。メモ
リ４６は２つのメモリ領域を有し、１つが表示中に読み
出されているとき他方はデコーダによりデータが補充さ
れる。ブロック・カウンタ４８は、ブロックの大きさＢ
ＬＫを指定する指数ｉの増減を計数し、このブロックの
大きさについてもピクセルのデータとともにメモリ４６
に送られる。

【００２５】ビット・カウンタ５０は、ステートマシン
４２が３２ビットの各輝度値及びチャンネル値データ・
ワード中のビットを計数するために使用される。これに
よって、新たな輝度値を有する葉を識別する。子カウン
タ５２は、ステートマシン４２の制御の基に、上部左、
上部右、下部左及び下部右の４つの子の内の１つである
４分木構造の葉の各子を計数する。マスク・レジスタ５
４は、ステートマシン４２の制御の基にアドレス・オフ
セットを供給する。マスク・レジスタ５４からのアドレ
ス・オフセット、子カウンタ５２からの子計数値、及び
ステートマシン４２からの制御信号は、プログラマブル
論理素子（ＰＬＤ）５６に入力され、これがブロックの
開始アドレスＸＣ及びＹＣを生成してこれによってピク
セル・データが出力される。この開始アドレスは、ＲＡ
Ｍ４６にも供給される。制御装置５８は、ステートマシ
ン４２のタイミングを制御するとともに、ピクセル・デ
ータ、ブロックの大きさ及び開始アドレスをメモリ４６
の適切なバッファに振り分ける。

【００２６】図１０及び図１１は、デコーダのステート
マシン４２をより詳細に示し、図１２は、関係する伸張
回路を示している。ステートマシン４２は、１対のマス
ター素子６２及び６４並びに１対のスレーブ素子６６及
び６８を有し、これらは制御装置５８が供給するクロッ
ク（ＣＬＫ）信号に従って動作する。制御装置５８から
のリセット（ＲＥＳＥＴ）信号は、スレーブ素子６６及
び６８を所定状態にリセットし、また、メモリ４６が次
のフレームのピクセル・データを補充する準備を整えた
ときに、制御装置５８からのＦＩＦＯＲＤＹ（補充準備
完了）信号がマスター素子６２及び６４に割り当てられ
る。第１マスター素子６２は、第１シフト・レジスタ４
０に入力するシフト・レジスタ・クロック（ＳＲＣＬ
Ｋ）及びシフト・レジスタ・モード（ＳＲＭＯＤＥ）信
号を供給し、第１シフト・レジスタ４０は入ってくるデ
ータを直列データ（ＳＤＡＴＡ）に変換する。第１シフ
ト・レジスタ４０からの直列データ（ＳＤＡＴＡ）は、
マスター素子６２及び６４に入力される。このときのア
ルゴリズムは、図７及び図８で示した通りである。

【００２７】ブロックに関する３２ビットの輝度値及び
チャンネル値をステートマシン４２が抽出すると、第１
マスター素子６２はデータ・クロック（ＤＡＴＡＣＬ
Ｋ）及びモード選択１（ＤＡＴＡＳ１）信号を第２シフ
ト・レジスタ４４に供給することにより輝度値の２４ビ
ットをクロックして並列ピクセル・データ・ワードをメ
モリ４６に入力する。３２ビットのデータ・ワードから
ピクセル輝度値の２４ビットがクロックされて、第１ス
レーブ素子６２からのデータ・クロック（ＤＡＴＡＣＬ
Ｋ）信号が終了したときに、ピクセル・カウンタ７０及
び出力ノア・ゲート７２は、ピクセル・クロック（ＰＩ
ＸＣＬＫ）及び第２スレーブ素子６８からのピクセル
・ロード（ＰＩＸＬＯＡＤ）信号に応答してピクセル
実行（ＰＩＸＥＬＤＯＮＥ）信号を第１及び第２マス
ター素子６２及び６４並びに第２スレーブ素子６８に供
給する。ビット・クロック（ＢＩＴＣＬＫ）及びビット
・ロード（ＢＩＴＬＯＡＤ）信号はビット・カウンタ５
０に入力され、これはデータ・ワードの全３２ビットが
処理されたときに信号を供給する。

【００２８】図１３は、ＰＬＤ５６をより詳細に示して
いる。ＰＬＤ５６は、複数の論理ゲート及び１ビットの
ラッチを有している。マスク・レジスタ５４からのマス
ク・データを複数のアンド・ゲート７４：１〜７４：１
０の１つの入力端に入力する。マスク・データは、復号
化した下層ブロックのブロック段階に従ってアンド・ゲ
ート７４の内の選択したものをイネーブル（動作可能
に）する、つまりアドレス・オフセットを決定するのに
利用される。アンド・ゲート７４の他の入力として、ス
テートマシンからのＤ子クロック（ＤＣＨＩＬＤＣＬ
Ｋ）信号がある。アンド・ゲート７４の出力端は、各ラ
ッチ７６：１〜７６：１０及び７８：１〜７８：１０の
クロック入力端に接続され、例えば、アンド・ゲート７
４：１の出力信号は、７６：１、７８：１のラッチのク
ロック入力端に印加される。子カウンタ５２からの子計
数値の１ビットは、１組のラッチ７６のＤ入力端に印加
され、子計数値の他のビットはもう１組のラッチ７８の
Ｄ入力端に印加される。１組のラッチ７６の出力信号
は、メモリ４６用のＸＣアドレス・ワードを構成し、も
う１組のラッチ７８の出力信号は、メモリ４６用のＹＣ
アドレス・ワードを構成する。マスク信号で適切にアン
ド・ゲート７４をイネーブルすれば、Ｄ子クロック（Ｄ
ＣＨＩＬＤＣＬＫ）信号は適切なラッチをクロックし
て子計数値をそのラッチが取込み、その時点の下層ブロ
ック用のアドレスを供給する。

【００２９】ハード・ウエアを簡素化するため、上述で
はすべて同じ大きさを有するＲＧＢフィールドに限定し
て説明したので、各フィールドに対して同じ４分木構造
を使用できた。しかし、輝度信号と２つの色信号で表現
するカラー・ビデオ映像に対しては、各信号フィールド
について別々に上述の圧縮アルゴリズムを適用する。こ
れによれば、各信号に対して独立したチャンネルが必要
であり、圧縮した色信号と対応する圧縮した輝度信号を
データ・フォーマット及びエラー修正回路３２で当業者
には周知の技術でインタレースする必要がある。

【００３０】本発明の映像圧縮方法の他の効果は、グラ
フィックやワイヤーフレームのような合成情報、及びマ
ルチメディア又は高解像度グラフィック（厳密にはテレ
ビジョンのビデオ映像の範疇に含まれないが）のシステ
ムに適合した他の高周波数映像データの両方について正
確に符号化できる。例えば、空間的アルゴリズムは、ピ
クセルの水準、さらには下層ピクセルの水準で単一ピク
セル幅の線の縁（エッジ）を検出するので、単一のカラ
ー・ピクセル幅の線が保存できる。ＪＰＥＧ（Joint Ph
otogaraphic Expert System）及びＭＰＥＧ（Motion Pi
cture Image Expert System）のようなＤＣＴ（離散コ
サイン変換）を用いた他の圧縮アルゴリズムでは、ＤＣ
Ｔを休止にして無損失（Lossless）モードにするか、ハ
フマンの「エトロピー」符号化法を２〜３：１で使用し
なければ、単一ピクセル幅のカラー線画像を保存するこ
とができない。

【００３１】上述のように、本発明は、エンコーダと対
応するデコーダによる時空間的４分木構造を用いてビデ
オ映像信号に適した時空間的映像圧縮方法を提供する。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、映像系列の各フレーム
を輝度値の差異からそれぞれ単一輝度値を有するブロッ
クに分解するとともに、あるフレームから次のフレーム
に映像データを移すときのフレーム間における各ブロッ
クの輝度値の差異、つまり、時間的な輝度値の差異があ
るブロックだけ次のフレームで輝度値を更新するように
したので、各フレームで必要なデータが大幅に減少し、
効率的に映像を圧縮することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って、映像を時空間的な４分木構造
を用いて表現した図である。

【図２】本発明のサンプル方法による大小の均一領域か
ら成る簡素な映像をサンプルした例を示す図である。

【図３】映像を空間的な４分木構造を用いて表現した図
である。

【図４】図１の時空間的分木構造に基づき映像を符号化
して圧縮データを生成する方法を示す図である。

【図５】本発明に好適なエンコーダの一実施例のブロッ
ク図である。

【図６】本発明に好適なエンコーダの他の実施例のブロ
ック図である。

【図７】本発明による伸張アルゴリズムのフローチャー
トである。

【図８】本発明による伸張アルゴリズムのフローチャー
トである。

【図９】本発明に好適なデコーダの一実施例のブロック
図である。

【図１０】図９のデコーダのステートマシンの概略図で
ある。

【図１１】図９のデコーダのステートマシンの概略図で
ある。

【図１２】図９のデコーダの伸張回路の概略図である。

【図１３】図９のデコーダのプロクラマブル論理素子
（ＰＬＤ）の概略図である。

【符号の説明】

１２アナログ・デジタル変換器１４第１フレーム・バッファ１６第２フレーム・バッファ１８第３フレーム・バッファ２０加算器２２符号化回路４２ステートマシン４６表示メモリ（ＲＡＭ）４８ブロック・カウンタ５０ビット・カウンタ５２子カウンタ５４マスク・カウンタ５６プログラマブル論理素子

フロントページの続き (72)発明者ピーター・エム・メイアメリカ合衆国カリフォルニア州94043 マウンテン・ビューセントラル・アベニュー 186 (72)発明者スタンレー・シー・エドワーズアメリカ合衆国オレゴン州97123 ヒルズボロロゴール・ドライブ 25805

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画素の配列で構成される映像を時空間的
に圧縮する方法であって、上記画素で構成されるブロックを４分木階層構造の中間
節点及び葉として定義し、すべての上記中間節点を上記
ブロックがそれぞれ有する単一輝度値に対応した上記葉
に上記４分木構造に従って分解し、上記映像の連続するフレーム間で上記輝度値の変化の有
無を指示する時間的ビットを上記葉に付加し、上記中間節点及び上記葉を上記映像を表現する圧縮デー
タ列に符号化したときに、上記圧縮データ列のビットの
値をそれぞれ上記中間節点及び上記葉に対応させ、上記
時間的付加ビットが上記輝度値の変化を指示した場合に
は上記葉の輝度値を更新することを特徴とする映像圧縮
方法。