JPH06189281A - 適応的フレーム/フィールドフォーマット圧縮を用いた映像信号符号化装置 - Google Patents

適応的フレーム/フィールドフォーマット圧縮を用いた映像信号符号化装置

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JPH06189281A
JPH06189281A JP22373893A JP22373893A JPH06189281A JP H06189281 A JPH06189281 A JP H06189281A JP 22373893 A JP22373893 A JP 22373893A JP 22373893 A JP22373893 A JP 22373893A JP H06189281 A JPH06189281 A JP H06189281A
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video signal
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field
compression
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JP22373893A
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Jong-Tae Lim
鍾泰 林
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Daiu Denshi Kk
WiniaDaewoo Co Ltd
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Daiu Denshi Kk
Daewoo Electronics Co Ltd
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N19/85Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using pre-processing or post-processing specially adapted for video compression
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    • H04N19/134Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the element, parameter or criterion affecting or controlling the adaptive coding
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    • H04N19/112Selection of coding mode or of prediction mode according to a given display mode, e.g. for interlaced or progressive display mode

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フレームおよびフィールドフォーマットでデ
ィジタルデータを圧縮して最適の圧縮率を有するフレー
ムまたはフィールドフォーマット圧縮信号を選択して伝
送する映像信号符号化装置を提供する。 【構成】 映像信号符号化装置は、フィールドフォーマ
ットで提供される一連の画素データを圧縮して、フィー
ルドフォーマット圧縮映像信号を提供する手段と、ま
た、一連の画素データをフレームフォーマットで圧縮し
て、フレームフォーマット圧縮映像信号を提供する手段
と、フィールドおよびフレーム圧縮映像信号とビット数
を計数して、ビット数が少なく発生される圧縮映像信号
を選択する手段とを含む。 【効果】 伝送される信号の画質を改善させ、映像信号
符号化装置の構造的な複雑性と製造原価を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、映像信号符号化装置に
関するもので、さらに詳しくは、結合されたフレーム/
フィールドフォーマット圧縮技法を通じて、映像信号を
圧縮して伝送しうる改善された映像信号符号化装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】通常、高画質テレビジョン(“HDT
V”)および映像電話機システムのような種々の電子/
電気装置では、映像信号をディジタル形で伝送すること
がある。映像信号は、一般に映像“フレーム”から構成
されるが、これをディジタル形で表示するときは、映像
フレームの各々のラインが“画素”という一連のディジ
タルデータで規定されるので、相当な量のディジタルデ
ータが発生する。しかし、従来の伝送チャネルの使用可
能の周波数帯域幅は限られいるので、かかるチャネルを
通じて相当な量のディジタルデータを伝送するために
は、映像信号符号化装置を用いて映像信号を圧縮する必
要がある。
【0003】映像信号の圧縮は、元映像の画質に大きい
影響を与えなく行われるが、その理由は、フレーム内の
画素の間に存在する相関性および隣接するフレームなど
の間に存在する相関性を用いるからである。かかる相関
は、映像信号を圧縮するという点から冗長性と見なす。
【0004】したがって、従来の大部分の映像信号符号
化装置は、冗長性を用いるか減らす概念の種々の圧縮技
法(またはコーディング方法)を用いる。この圧縮技法
は三つに分類される。
【0005】第1の圧縮技法は、予測方法、またはフレ
ーム間符号化として知られているが、隣接フレーム間の
冗長性を減らす概念に基づく。予測方法では、伝送され
る現在フレームの画素の輝度値が以前に伝送された以前
フレームの対応画素値と予測されたのち、現在フレーム
の画素の輝度値と予測値との差が圧縮され、圧縮された
データが伝送される。
【0006】最近の予測方法によると、動き推定および
補償方法を用いる。この方法は、たとえば、スタファン
エリクソン(Staffan Ericsson)の
「フィクスド アンド アダプティブ プリディクタズ
フォア ハイブリッド プリディクティブ/トランス
フォーム コーディング(Fixed and Ada
ptive Predictors for Hybr
id Predictive/Transform C
oding)」、アイ イー イー イー トランザク
ションズ オン コミュニケーションズ(IEEE T
ransactions on communicat
ions)、COM−33、No.12(1985年、
12月);およびニノミヤおよびオオツカ(Ninom
iyaおよびOhtsuka)の「ア モーション−コ
ンペンセイテッド インターフレーム コーディング
スキーム フォア テレビジョン ピクチュアズ(A
Motion−compensated Interf
rame CodingScheme for Tel
evision Pictures)」、アイイー イ
ー イー トランザクションズ オン コミュニケーシ
ョンズ(IEEE Transactions on
Communications)、COM−30、N
o.1(1982年、1月)に記述されている。この方
法では、一つの映像フレームが複数の細部映像(または
ブロック)に分けて処理される。細部映像の大きさの範
囲は、8 x 8から32 x 32画素までである。
動き推定により、現在フレームと以前フレーム間の物体
の動きが決定され、この動きほど以前フレームを補償す
ることによって現在フレームが予測される。
【0007】第2のコーディング方法は、フレーム内に
存在する冗長性を用いる変換技法である。空間的な相関
だけを用いるこの符号化技法は、フレーム内符号化とも
いう。かかる変換技法中の一つが2次元DCT(Dis
crete CosineTransform)であ
る。この技法は、チェンおよびプラット(Chenおよ
びPratt)の「シーン アダプティブ コーダ(S
cene Adaptive Coder)」、アイ
イー イー イー トランザクションズ オンコミュニ
ケーションズ(IEEE Transactions
on Communications)、COM−3
2、No.3(1984年、3月)に記述されており、
これは本発明で参考とされる。2次元DCTによりディ
ジタル映像信号のブロック、例えば、8 x 8ブロッ
クが一連の変換係数データに変換される。変換係数はハ
フマン(Huffman)コーディングのような可変長
さコーディング(VLC:Variable Leng
th Coding)で処理すると、伝送されるデータ
の量を効果的に圧縮しうる。
【0008】第3の圧縮技法は、ハイブリッドコーディ
ングであって、第1および第2の技法を組み合わせたも
のである。
【0009】現在の映像信号符号化装置は、主にハイブ
リッドコーディングを用い、また、映像信号の圧縮を高
めるために、特定条件に適応し得る付加的な圧縮アルゴ
リズムを用いることもできる。
【0010】通常、テレビジョン画像は、飛越し走査を
用いて規定する。すなわち、テレビジョンの各フレーム
は、多数の水平ライン(たとえば、標準NTSCテレビ
ジョンシステムにおいては、525個のライン)を有
し、水平ラインは奇数および偶数ラインに分けられる。
ここで、偶数ライン(ライン2、4、6…)は偶数フィ
ールドを形成し、奇数走査線(ライン1,3,5…)は
奇数フィールドを形成する。偶数および奇数フィールド
は交番的に走査されて、偶数および奇数ラインをインタ
リーブして、所定の画像情報を提供する。
【0011】ディジタル飛越しテレビジョン信号の圧縮
は、種々のフォーマットからなる。本発明において、
“フィールドフォーマット”と呼ばれるフォーマットは
各々のフレームが二つのフィールド、すなわち、偶数お
よび奇数フィールドに分けられて、個別的に処理され
る。他のフォーマットとして、“フレームフォーマッ
ト”は、偶数および奇数フィールドの対応ラインを順に
インタリーブして、二つのフィールドを一つのフレーム
で処理する。
【0012】一般に、公知の事実であって、映像の動き
がほとんどないばあいには、フレーム処理がフィールド
処理より優れる。なぜならば、一定の高さでフレームが
フィールドに比べて、二倍のラインまたは画素を有する
ので、画素間にはより高い相関性および冗長性が存在す
ることがあるので、より向上された圧縮がえられる。フ
レーム処理のような正確度をフィールド処理としてえよ
うとするばあい、フィールド処理のビット率は高くなる
だろう。したがって、同一のビット率に対しては、フレ
ーム処理として、より高い正確度をうる。
【0013】しかし、映像信号の動きが多いばあいに
は、フィールドフォーマットでデータを圧縮することが
より効果的である。かかる映像をフレームフォーマット
で処理するばあいには、以前および現在フィールド間の
冗長性または相関が劣って、圧縮アルゴリズムの効果が
劣ることになる。
【0014】前記した如く、各々のフォーマット処理技
法は、各々の利点を有している。したがって、適応的フ
ィールド/フレームフォーマット圧縮技法を用いて、映
像信号を圧縮することが望ましい。
【0015】かかる適応的フィールド/フレーム圧縮を
用いた従来の映像信号符号化装置中の一つがエドワード
エイ クラウズ(Edward A.Krause)
らに許可された米国特許第5,091,782号に開示
されている。クラウズ技法によると、ディジタルデータ
はブロック単位として、相異なるデータフォーマットに
圧縮される。フィールドフォーマットとして提供される
一連の画素データは、フィールドフォーマット圧縮経路
に圧縮されて、フィールドフォーマット圧縮映像信号を
提供する。また、一連の画素データは、フレームフォー
マットとして提供されてフレームフォーマット圧縮経路
で圧縮され、フレームフォーマット圧縮信号を提供す
る。また、フィールドおよびフレーム圧縮経路で各々の
圧縮差が計算され、少ない差を有する圧縮映像信号が選
択される。
【0016】前記した従来の適応的フレーム/フィール
ドフォーマット圧縮を用いた映像信号符号化装置は、フ
レームおよびフィールド処理の利点を結合した圧縮シス
テムをある程度提供するが、より効果的な圧縮フォーマ
ットを客観的に選択しうるフレーム/フィールド圧縮手
段を必要とする。詳しく説明すれば、従来のフレーム/
フィールドフォーマット選択手段はエラー、たとえば、
各々の経路で量子化された変換係数と量子化されなかっ
た変換係数とのエラーを決定するエラー計算装置を用い
る。しかし、従来のフレーム/フィールドフォーマット
選択手段は、フィールドまたはフレームフォーマット圧
縮過程から発生することもできる映像信号の歪曲程度を
計算するから(本発明においては、圧縮率で選択す
る)、より高い冗長性またはより大きい圧縮効果を有す
る圧縮された映像信号を選択しえない。また、従来のエ
ラー計算装置は、減算器、絶対値計算器、累算器および
比較器を用いるから、映像信号符号化装置が複雑化さ
れ、製造原価を増加させることもできる。
【0017】
【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、適応的フレーム/フィールドフォーマット圧縮
技法を用いて映像信号を圧縮しうる改善された映像信号
符号化装置を提供することにある。
【0018】本発明の他の目的は、より効果的な圧縮フ
ォーマットを容易に選択しうる改善された映像信号符号
化装置を提供することにある。
【0019】本発明のさらに他の目的は、映像信号符号
化装置の構造的な複雑性を簡素化することによって、製
造原価を減らしうる改善された映像信号符号化装置を提
供することにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】本発明による映像信号符
号化装置は、ディジタル映像信号を圧縮された形態で伝
送するためのもので、前記ディジタル映像信号をフィー
ルドフォーマットで圧縮して、第1圧縮映像信号を提供
する第1手段と、前記ディジタル映像信号をフレームフ
ォーマットで圧縮して、第2圧縮映像信号を提供する第
2手段と、前記第1圧縮映像信号が有しているビットの
数と前記第2圧縮映像信号が有しているビットの数を比
較して、より少ないビットの数を有する圧縮映像信号が
選択されるようにする比較器とを含む。
【0021】
【実施例】図1Aは、二つのフィールドに分離されてい
る一つの映像フレーム10を示す。参照番号12で表示
されたフィールド1は、映像フレームの奇数ラインなど
から構成される。参照番号14で表示されたフィールド
2は、映像フレームの偶数ラインなどから構成される。
従来のアナログテレビジョンシステムにおいて、映像フ
レームの偶数および奇数ラインなどの各々は、アナログ
信号と規定される。偶数および奇数フィールドラインを
順にインタリーブすると、いずれかの画像が提供され
る。
【0022】図1Bは、飛越し映像フレーム16を示
す。フィールド1の奇数ライン18などは、フィールド
2の偶数ライン20などとインタリーブされる。偶数お
よび奇数ラインなどは、かかる方式によりインタリーブ
しなければテレビジョン画面上に適切な画像を表すこと
ができる。
【0023】図1Aに示した如く、映像データのフィー
ルド処理は、一般に激しい動きがある領域で望ましい。
図1Bのフォーマットで描写されうるフレーム処理は、
一般に動きがほとんどないとき、フィールド処理より効
果的である。本発明は、フィールドフォーマット処理と
フレームフォーマット処理を適切に選択することによっ
て、ディジタル映像データの圧縮を最適化するシステム
を提供する。
【0024】図2は、本発明による適応的フレーム/フ
ィールドフォーマット圧縮を用いる映像信号符号化装置
の一実施例を示す。図1Bに示した飛越し映像信号のよ
うな映像データが入力端子98を通じて、現在フレーム
メモリ99へ提供される。フレームメモリ99で、飛越
し映像信号により規定された映像データがデータ圧縮に
適する大きさのブロックに分割される。
【0025】ブロックのデータは、減算器100および
動き推定および補償ブロック138へ提供される。動き
推定および補償ブロック138では、以前フレームメモ
リ136に貯蔵されている以前映像フレームの映像デー
タに基づいて、現在フレームメモリ99の映像データが
予測される。減算器100では、動き推定および補償ブ
ロック138からの予測映像データが現在フレームの映
像データと減算されて、予測エラーを表す一連の映像デ
ータを提供する。予測エラーは、下記から記述されるフ
ィールドおよびフレームフォーマット圧縮および選択の
ために、各々の経路へ提供される。
【0026】飛越し映像データ、すなわち、フレームフ
ォーマットデータは、フォーマット変換器102、DC
Tブロック104、量子化器106および可変長さ符号
器(VLC:Variable Length Cod
er)108を含むフィールドフォーマット圧縮経路へ
提供される。同様に、フレームフォーマットデータは、
DCTブロック114、量子化器116およびVLC1
18を含むフレームフォーマット圧縮経路へ提供され
る。
【0027】フィールドフォーマット圧縮経路上のフォ
ーマット変換器102は、フレームフォーマットデータ
をフィールドフォーマットデータに変換する。フォーマ
ット変換器102は、前記した米国特許第5,091,
782号に記述され、これは本発明で参考とされる。
【0028】フィールドフォーマットデータは、DCT
ブロック104、量子化器106およびVLC108を
通じて圧縮されるが、かかる構成要素は、従来の映像信
号符号化装置で主に用いられる。DCTブロック104
は、フィールドフォーマットデータを一連のフィールド
変換係数に変換する。また、量子化器106は一連のフ
ィールド変換係数を量子化して、フィールド量子化信号
を提供する。VLC108はフィールド量子化信号を符
号化して圧縮映像信号を提供する。
【0029】同様に、フレームフォーマットデータは、
フレームフォーマット圧縮経路で、DCTブロック11
4、量子化器116およびVLC118を通じて圧縮さ
れる。DCTブロック114は、フレームフォーマット
データを一連のフレーム変換係数に変換する。量子化器
116は、一連のフレーム変換係数を量子化してフレー
ム量子化信号を提供する。VLC118はフレーム量子
化信号を符号化して圧縮映像信号を提供する。
【0030】フォーマット変換器102で、フレームフ
ォーマットデータから変換されたフィールドフォーマッ
トデータがフィールドフォーマット圧縮経路で圧縮さ
れ、フレームフォーマットデータがフレームフォーマッ
ト圧縮経路で圧縮されると、伝送に用いる圧縮されたデ
ータは、つぎのように選択される。選択は各々のフォー
マットで圧縮された信号に含まれているデータ量を計数
することによって行われる。本発明によると、ビット計
数器および比較器120が映像データの与えられたブロ
ックごとに圧縮経路を選択する。ビット計数器および比
較器120では、フィールドフォーマット圧縮経路から
発生された全体ビット数と、フレームフォーマット圧縮
経路から発生された全体ビット数をブロック単位で比較
し、より少ないビット数を発生させる圧縮経路が毎ブロ
ックで選択される。選択結果は、判断ビットとして規定
される。判断ビット(たとえば、フレームフォーマット
データが選択されるばあいには、“0”、フィールドフ
ォーマットデータが選択されるばあいには、“1”)
は、スイッチ122および126を作動させるのに用い
られる。ビット計数器および比較器120は、従来技術
のハードウェアとして比較器に結合されたビット計数器
を含む。反面、その機能は、本技術分野でよく知られて
いる技法を用いて、ソフトウェアとして具現しうる。
【0031】ビット計数器および比較器120から出力
された判断ビットが、たとえば、フィールドフォーマッ
ト圧縮経路が選択されたことを指示する場合、スイッチ
122は、フィールドフォーマットデータがマルチプレ
クサ(図示せず)へ伝送されるようにセットされる。判
断ビットがフレームフォーマット圧縮経路の選択を指示
するばあい、スイッチ122はフレームフォーマット圧
縮経路がマルチプレクサで接続されるように作動する。
圧縮データおよび判断ビットはマルチプレクサで多重化
されたのち、データ伝送のための従来の伝送器へ伝送さ
れる。
【0032】一方、つぎのフレームに対する予測信号を
うるために、逆量子化器128および129と逆DCT
(IDCT)ブロック130、131では、フレームお
よびフィールドフォーマット圧縮の逆過程を各々行う。
逆DCTブロック130の出力信号は、スイッチ126
へ提供される一方、逆DCTブロック131の出力信号
は、フィールドフォーマットをフレームフォーマットに
還元させるフォーマット変換器124を通じてスイッチ
126へ提供される。判断ビットによって作動されるス
イッチ126の出力データは、加算器132に加算され
て、加算器100で先に減算された予測映像データが発
生される。その結果は、次のフレームの予測のために用
いられるまで、以前フレームメモリ136(たとえば、
シフトレジスターまたはRAM)で記録される。
【0033】
【発明の効果】前記したように、本発明は適応的フレー
ム/フィールドフォーマット圧縮を用いて、ディジタル
データ、とくに、ディジタル飛越しテレビジョン信号の
伝送に用いるための改善された映像信号符号化装置を提
供する。本発明はフレームおよびフィールドフォーマッ
ト圧縮の利点を用いると共に、HDTVテレビジョン画
像を規定するために、伝送されるデータ量を相当量減ら
しうる効果的な手段として、HDTV信号のような映像
信号の伝送に効果的に用いられる。
【0034】本発明による圧縮フォーマットを選択的に
用いることによって、ディジタル伝送映像信号の画質が
非常に効果的に改善され、映像信号符号化装置のハード
ウェアの複雑性および製造原価が相当量減少されること
が分かる。
【0035】本発明は、特定の実施例を参照して、それ
を図示し記述したので、本技術分野における通常の知識
を持っている者であれば、特許請求範囲に規定された発
明の範囲の内で多様な変更および変形が行われることが
分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1Aは画素データのフィールド処理のため
に、映像フレームを奇数および偶数フィールドに分離し
て示したダイヤグラム、図1Bは画素データのフレーム
処理のために、インタリーブされた奇数および偶数ライ
ンを有する映像フレームを示したダイヤグラムである。
【図2】本発明による適応的フレーム/フィールドフォ
ーマット圧縮を用いた映像信号符号化装置のブロック図
である。
【符号の説明】
98 入力端子 99、136 フレームメモリ 100 減算器 102、124 フォーマット変換器 104、114 DCTブロック 106、116 量子化器 108、118 VLC 120 ビット計数器および比較器 122、126 スイッチ 128、129 逆量子化器 130、131 IDCTブロック 132 加算器 138 動き推定および補償ブロック

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ディジタル映像信号を圧縮された形で伝
    送するためのもので、前記ディジタル映像信号をフィー
    ルドフォーマットで圧縮して、第1圧縮映像信号を提供
    する第1手段と、前記ディジタル映像信号をフレームフ
    ォーマットで圧縮して、第2圧縮映像信号を提供する第
    2手段と、前記第1圧縮映像信号が有するビットの数
    と、前記第2圧縮映像信号が有するビットの数とを比較
    して、より少ないビットの数を有する圧縮映像信号が選
    択されるようにする比較器を含む映像信号符号化装置。
  2. 【請求項2】 前記ディジタル映像信号を前記フレーム
    フォーマットから前記フィールドフォーマットに変換す
    るフォーマット変換手段をさらに含む請求項1記載の装
    置。
  3. 【請求項3】 前記第1映像信号が有するビットの数
    と、前記第2圧縮映像信号が有するビットの数を計数す
    る手段をさらに含む請求項2記載の装置。
  4. 【請求項4】 前記第1手段が、前記フィールドフォー
    マットの前記ディジタル映像信号を一連のフィールド変
    換係数に変換するフィールド変換器と、前記一連のフィ
    ールド変換係数を量子化して、フィールド量子化信号を
    提供するフィールド量子化器と、前記フィールド量子化
    信号を符号化して、前記第1圧縮映像信号を提供するフ
    ィールド可変長さ符号器を含む請求項3記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記第2手段が、前記フレームフォーマ
    ットの前記ディジタル映像信号を一連のフレーム変換係
    数に変換するフレーム変換器と、前記一連のフレーム変
    換係数を量子化して、フレーム量子化信号を提供するフ
    レーム量子化器と、前記フレーム量子化信号を符号化し
    て、前記第2圧縮映像信号を提供するフレーム可変長さ
    符号器を含む請求項3記載の装置。
JP22373893A 1992-09-09 1993-09-08 適応的フレーム/フィールドフォーマット圧縮を用いた映像信号符号化装置 Pending JPH06189281A (ja)

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