JPH07143478A - 可変長復号化装置及び方法 - Google Patents

可変長復号化装置及び方法

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JPH07143478A
JPH07143478A JP5178294A JP17829493A JPH07143478A JP H07143478 A JPH07143478 A JP H07143478A JP 5178294 A JP5178294 A JP 5178294A JP 17829493 A JP17829493 A JP 17829493A JP H07143478 A JPH07143478 A JP H07143478A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は表示用の複数のビデオデータを受信
する高解像テレビジョン(HDTV)受信器を提供する
ことを目的とする。 【構成】 HDTVは初めにビデオデータのそれぞれを
一定長データに復号化するVLDからなる。更にHDT
V受信器は一定長データを並列に蓄積する複数のデータ
メモリーバンク及びメモリーバンクからの一定長ビデオ
データを並列に処理する複数のランレングス復号器(R
LD)からなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は一般に符号化/復号化デ
ータ処理装置に係る。特に、本発明は可変長復号器、ラ
ンレングス復号器及びデータバッファが高処理スループ
ットレートを達成するよう特定の順に配置されるデータ
符号化/復号化装置のアーキテクチュアに係る。
【0002】
【従来の技術】可変長復号化処理のような実時間データ
処理のレートは全体データ処理装置のスループットを屡
々制限する。過去十年において、電子、コンピュータ及
びデータ通信でなされた進歩は、大量のデータを非常に
高レートで送信し、それらをメモリー蓄積装置に蓄積す
る大きな要求を生じた。これらの要求を満足する為、ビ
ットストリームにより表わされるデータ項目が先ず送信
及び蓄積前に圧縮される。より小さい数のビットを有す
る符号ワードが初めのビットストリームを符号化するの
に用いられ、それによりデータ送信時間は短縮化され
え、符号化されたデータはその元の形のビットストリー
ムにより表わされる如くデータにより必要とされるより
も小さいメモリー空間に蓄積されうる。
【0003】いくつかのデータ圧縮技術の中で、符号ワ
ードが可変数のビットを有することが許容される可変長
符号化はそれが一般的に一定長符号化方法より高い符号
化効率を達成しうるので頻繁に選ばれる。他方、データ
を受信する為、これらの符号化データ項目を受信するデ
ータ受信器は先ず正しく認識する為、復号化処理を実行
し、次にこれらのデータを用いなければならない。夫々
が可変長を有する複数の符号化データ項目の復号作用を
実行するのに、如何に多くの符号化ビットが復号化ビッ
トストリームを発生する為に処理されなければならない
かを決める為の従来の知識がないので、復号作用は一定
長符号化データに用いられた復号作用よりほとんどの場
合においてより多くの時間がかかる。
【0004】データ処理レートを増加する一般に用いら
れる他の技術は、データ処理作用が並列に独自に、同時
に実行されうるように複数の処理器を用い、これらの処
理器を構成することである。一定長復号化の為に、ビッ
トストリームは夫々が所定の長さを有する複数のサブス
トリームに容易に分割されえ;次に各サブストリームは
多重処理器復号化装置で並列に処理されうる。しかし、
並列処理技術は、ワードを復号化する為処理さるべき入
来ビットストリームのビットの数が分からなく;各入来
ビットが符号ワードが見つかるまで連続に処理されなけ
ればならないので可変長復号化に適用可能ではない。従
って、可変復号処理のレートが全体のシステムスループ
ットを制限する場合、並列処理の技術はこのシステム制
限を克服するのに利用出来ない。
【0005】可変長復号化がシステムスループットを制
限してよい1つの特定の例はディジタルHDTVであ
る。説明の為に、先ず、図1に示される如くディジタル
ビデオ符号器10により実行される圧縮処理を説明す
る。アナログ赤、緑及び青(R,G,B)入力は、それ
らがディジタル化される前に3つの低域通過フィルタ
(LPF)12-1,12-2及び12-3により処理され
る。エイリアシング成分及び他の偽信号の適切な除去を
行なうよう低域通過フィルタ12-1,12-2及び12-3
が用いられる。次に、アナログディジタル変換器(A/
D)14-1,14-2及び14-3は、RGB信号がSMP
TE240M測色法に一致するRGB乃至YUMマトリ
ックス16を用いることでYUV色空間にディジタル的
に変換される前に信号をディジタル化した。
【0006】色データの解像度は感知される画像品質に
大きく影響しないで輝度解像度に対して減少されうる。
U及びV色成分は、4の係数により水平に、2×2のデ
シメータ18-1及び18-2の係数により垂直にデシメー
トされる。輝度信号(Y)は色プリプロセッサをバイパ
スし、それにより全解像度が維持される。次に色成分は
マルチプレクサ20で輝度成分と一度に1ブロック多重
化される。
【0007】一般に水平な8つの画素及び垂直な8つの
画素からなる画素の各ブロックは次にDCT変換器22
により新ブロックの離散的余弦変換(DCT)係数に変
換される。変換の効率はブロック寸法が8×8より大き
い時屡々より大きい回路の複雑度を必要とする大なるブ
ロック寸法で実質的に改善されないので8×8のブロッ
ク寸法が選択される。変換は全体画像が変換されるまで
各ブロックに適用される。
【0008】符号化効率を改善する為、小さい調整は初
めにDCTの係数のそれぞれを重み付けし、復号器へ送
信する8ビット重み係数を選択することで画像データの
それぞれになされる。一度選択されれば、重み係数は変
わらないままである。このタスクは8×8重み付けマト
リックスを用いる係数量子化器24により実行され、こ
こで各マトリックス素子は目盛係数である。画像データ
の圧縮率は変換係数の振幅が減少される量子化処理を経
て改善される。次に統計的符号化技術はこれらの画像デ
ータを圧縮するのに用いられる。ホフマン符号化は可変
長符号器28により用いられる。ホフマン符号化を行な
う為に8×8DCT係数は64及び「振幅/ランレング
ス」符号の順序に直列化される。64の順序を走査する
と、毎回係数が零に等しくない振幅になる動作が生じる
ことが明らかになる。次に、係数の振幅及びそれに先行
する零の数、即ちランレングスを示す符号ワードが割当
てられる。
【0009】前述の圧縮は空間的処理である。空間的相
関に加えて、画像データはビデオ信号を更に圧縮するの
に用いられうるインターフレーム時間的相関を有する。
1つのフレームから次のフレームへの小さい動作がある
時はいつでも時間的高相関度が存在する。動きがあると
しても、時間的高相関度は1フレームから次のフレーム
への画像の特定の特徴及び変化に依存して存在してよ
い。インターフレーム時間的相関を定量化する為に、量
子化器24からの量子化されたデータは正規化処理器3
2により正規化され、次に逆DCT変換器34により逆
変換される。フレーム遅延処理器36によるフレーム遅
延が考慮される。如何に次のフレームが現われるかの予
想は移動推定器38によりなされ、移動補償成分は移動
補償器40により計算される。時間的微分符号化(DP
CM)は水平次元の4つのDCTブロック及び垂直次元
の2つのDCTブロックを有する大規模ブロックの移動
ベクトルを発生するのに用いられる。従って、単一色D
CTブロックを置換えるよう同じ移動ベクトルが用いら
れるのを可能にする寸法は色成分の4倍水平サブサンプ
リング及び2倍垂直サブサンプリングと適合する。
【0010】従って、移動補償方式は図1に示す如く全
システム設計に統合され、そこで初めに画像の推定は移
動補償を用いて発生される。次に、この推定及び実際の
画像間の差は符号変換され、次に変換係数は正規化さ
れ、ホフマン符号化処理を行うことにより統計的に符号
化される。先入れ先出し(FIFO)バッファ44は一
定のチャネル送信を維持するようホフマン符号化データ
の可変レートを一定出力レートに整合するレートバッフ
ァーとして実施される。FIFOバッファは入力データ
レート変化を収容するよう十分な蓄積空間を有する。F
IFOバッファの状況は連続的にモニターされ、バッフ
ァがオーバフロー又はアンダーフローするのを防ぐよう
制御される。
【0011】図2はディジタルHDTV用のディジタル
ビデオ復号器50のブロック系統図を示す。復号器50
の作用のシーケンスは図1に示す如く符号器10とは全
く逆の順序である。初めにビデオデータはFIFOレー
トバッファにより受容され、次に可変長復号器54によ
り復号化される。次に復号化データは、移動補償成分用
調整が減ぜられる(段階60及び62)前に逆正規化さ
れ(段階56)、逆DCT変換(段階58)される。ビ
デオ信号は、YUV信号がYUV乃至RGBマトリック
ス70を介してRGB空間に変換される前にU及びV成
分が2つの補間器66及び68により補間されるYUV
成分にデマルチプレクサ64によりデマルチプレクスさ
れる。ディジタルアナログ変換はDAC72により実行
され、アナログRGB信号が表示される前に3つの低域
通過フィルタ、即ちLPF74,76及び78により更
に処理される。
【0012】FIFOバッファ52により受容されたビ
デオデータが圧縮されたデータであり、ビデオデータが
一定のビットレートチャネルを介して送信されるので、
復号化装置50で実施される如くFIFOバッファ52
は、バッファ50のメモリー空間が比較的低レベルに維
持されうる利点を有する。更に、現在のJPEG,MP
EG,OR H.261標準下で、輝度及び色画素レー
トは10MHzより小さい。かかる画素レートは、20
乃至25MHzの復号化レートを有する可変長復号器が
VLDチップで市販されているので復号化装置50によ
り満足されうる。復号化装置50のスループットは現在
の画像圧縮装置を支持するのに充分である。
【0013】ディジタルHDTV装置において、より高
画素レートが必要とされる。960垂直画素×1440
水平画素の標準解像度は1秒当たり30フレームのレー
トで表示される。色のレートは輝度画素のレートの略半
分である。1秒当たり6千万画素以上の画素レートが必
要である。システムクロックレートは画素レートを処理
し、適切な制御信号を復号化し送信する追加オーバヘッ
ドを管理する為、略70MHzでなければならない。復
号化装置50のような復号化装置は現在のVLDにより
達成可能である最も高処理レートがまだ30MHz以下
であるのでこの要求を満たすことはできない。従って可
変長復号器54の処理レートは復号化装置50のスルー
プットを制限する。
【0014】図3はディジタルHDTV装置のビットレ
ート要求を示す。入来ビデオデータは20Mビット/秒
の一定レートでデータ用バッファにより受容される。次
にビデオデータはVLD54及びランレングス復号器
(RLD)55により処理される。しかし、VLD処理
のレートは、長い期間平均される時、5MHzである画
像画素要求により駆動され、画像表示に対する画素レー
トを満足する為70MHzのバーストがある。従ってV
LD54のレートは全復号化装置の性能を制限する障害
になる。
【0015】従ってより遅い、可変長復号化処理が含ま
れる時スループット制限を克服するのに従来技術には更
なる要求が存在し、それにより全符号化/復号化装置の
性能が改善されうる。特に、ディジタルHDTVの技術
において、可変長復号化のレートにより起こされた困難
性は設計されたレート及び解像度で表示さるべき高品質
HDTV画像の為に解決されなければならない。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は可変長復号化処理のレートにより制限されずにスルー
プットのより高レートを達成することが出来る復号化装
置を提供することである。本発明の他の目的は異常な高
性能を必要なく、現在入手出来る可変長復号器及び非常
に高価な可変長復号器を用いる高スループット復号化装
置を提供することである。
【0017】本発明の他の目的は本装置の順序を単に再
配置し、それによりシステム性能が最小の再設計努力及
びコストで改善されうる高スループット復号化装置を提
供することである。本発明の他の目的は、可変長符号化
データが初めに続く平行処理の為、一定長データに復号
化され、それにより高価な高性能装置を使う必要なくシ
ステム性能が改善されうる高スループット復号化装置を
提供することである。
【0018】簡潔に言えば、望ましい実施例において、
本発明は表示用の複数のビデオデータを受信する高解像
度テレビジョン(HDTV)受信器からなる。HDTV
受信器は初めにビデオデータの夫々を一定長データに復
号化するVLDからなる。HDTV受信器は更に一定長
データを並列に蓄積する複数のデータメモリーバンク及
びメモリーバンクからの一定長ビデオデータを平行に処
理する複数のランレングス復号器(RLD)からなる。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明の1つの利点は可
変長復号処理のレートにより制限されないでスループッ
トのより高レートを達成することが出来る復号化装置を
提供することである。本発明の他の利点は異常な高性能
を必要なく、現在入手出来る可変長復号器及び非常に高
価な可変長復号器を用いる高スループット復号化装置を
提供することである。
【0020】本発明の他の利点は本装置の順序を単に再
配置し、それによりシステム性能が最小の再設計努力及
びコストで改善されうる高スループット復号化装置を提
供することである。本発明の他の利点は、可変長符号化
データが初めに続く平行処理の為一定長データに復号化
され、それにより高価な高性能装置を使う必要なくシス
テム性能が改善されうる高スループット復号化装置を提
供することである。
【0021】本発明のこれら及び他の目的及び利点は種
々の図面に示される望ましい実施例の以下の詳細な説明
を読んだ後当業者に明らかになる。
【0022】
【実施例】図4は本発明による復号化装置の再配置され
た部分を示すブロック系統図である。可変長復号器(V
LD)54は直列方法で略20MHzクロックレートで
1クロック周期当たり1ビットの入来ビデオデータを直
接に受信するよう再配置される。VLD54のクロック
レートは市販である超大規模集積(VLSI)技術の達
成可能なレート内で十分である。VLD54はデータバ
ッファ52の入力用一定長符号化ワードを発生するホフ
マン復号処理を一般に行なう。ホフマン復号テーブルは
ルックアップテーブルに基づいたリードオンリーメモリ
ー(ROM)で容易に経済的に実行されうる二進ツリー
である。HDTVデータフォーマットが可変長符号化及
び一定長符号化を含むので、VLD54は一定長符号化
をデータバッファ52に直接に送信し、復号一定長ワー
ドがデータバッファ52に送信される前可変長ワードを
復号化することが出来るデータ流れ制御も有する。
【0023】データバッファ52は、バッファ52に蓄
積されたデータの量がオーバフローでもなく又アンダフ
ローでもないことを確実にするよう読取及び書込のレー
トが制御される読取ポート及び書込ポートを含む2ポー
トFIFOデータバッファである。データバッファ52
が復号化データを蓄積しなければならないので、バッフ
ァの寸法は従来に実行されたバッファより2から3倍大
きい。しかし、バッファ52が一定長データだけを蓄積
するのに用いられるので、メモリー空間はこれらのメモ
リーバンクの所定のレートを減じるよういくつかの一定
長メモリーバンクに分割されうる。例えば、4つの輝度
ブロック(8画素×8画素)及び2つの色ブロックから
なる16画素により16画素の超ブロックのデータを蓄
積する為、バッファは6バンクに分割される。この場合
のデータバンクの夫々に対する12MHzのデータレー
トは72MHzのシステムデータレートを満足する。1
2MHzのシステムデータレート要求を満足する為、コ
スト節約はより速く、より高価な静止RAM(SRA
M)の代わりに低コストダイナミックランダムアクセス
メモリー(DRAM)を用いることで達成されうる。
【0024】図5はデータバッファ52が複数の一定長
データバンク52-1,52-2及び52-3に分割され、次
に一定長データバンクの夫々が対応するランレングス復
号器(RLD)56-1,56-2及び56-3に接続される
他の望ましい実施例を示す。RLD56からの出力デー
タが更に逆正規化ユニットにより処理され、逆IDCT
が変換されるので、出力データレートは略70MHzで
あるシステムクロックで同期化されなければならない。
再び、本発明によるRLDのデータ処理レートは、RL
Dの夫々が処理を並列に独立に実行しうるので減じられ
る。従って、入来符号化ビデオデータへの可変長復号化
を直接に実行することで、複数の一定長データはVLD
により発生される。FIFOFバッファの蓄積及びラン
レングス復号化を含む次の処理のレートはこれらの一定
長データが分散処理の為並列に容易に部分化されうるの
で大きく減じられる。
【0025】従って、70MHzのシステムスループッ
トは可変長符号化及びFIFOバッファ52間の動作の
順序を単に再配置することで達成される。本発明の基本
原理は、システムのスループットが以下の理由の為可変
長符号化のより低処理レートにより影響されないという
事実に基づく。しかし、ランレングス復号器56の所定
のスループットが70MHzであるにしても、DCT係
数の大部分の値が零であるという事実により、ほとんど
の時間、ランレングス復号器56で実行された処理は繰
返して零を輸送する。この為、VLD54の処理レート
がRLD56の処理レートにもはや直接に関連しないよ
う本発明のVLD54及びRLD56間にFIFOバッ
ファ52が位置する。VLD54の処理により可変長ワ
ードは一定長ワードに復号化される。VLD54への入
力データレートは1秒当たり約24万ビットであり、一
方、VLD54の出力スループットは約2から3倍のデ
ータ拡張を表わす1秒当たり約5百万ワードである。デ
ータに多くの零を加えることによって、10倍以上のデ
ータ拡張はRLD56の処理により得られる。VLD5
4が70MHzの高スループットレートでだけ時々VL
D54が実行するのを必要とするRLD56により直接
に駆動され、一方、本発明の時間の残りに対してアイド
ルのままであるとすると、VLD54がRLD56によ
り直接に駆動されない従来技術と異なり、可変長復号化
の処理は全体システムスループットに影響なしにより遅
いレートで連続的に実行されうる。毎秒2千万ビットの
データレートが受信され、一方毎秒7千万画素の画素レ
ートが発生される。本発明は圧縮解除及び即ち平均して
入来信号データの各ビットが復号化処理により3以上の
画素を発生するのに用いられる1つの本質の特性の利点
を有する。従って従来技術であった如く可変長復号器の
制限による低システムスループットの難点は本発明によ
り解決される。
【0026】本発明で説明された如くアーキテクチュア
はディジタルHDTV装置に適用可能であるばかりか、
種々のタイプの可変長符号(VLC)及びランレングス
符号(RLC)で符号化されたデータの復号化を含むか
かる復号化装置でも利用されうる。圧縮ビデオ、音声、
数値データの処理を含む多くのタイプの多媒体適用は本
発明による復号化装置を用いることで全て復号化されう
る。
【0027】本発明を現在望ましい実施例に関して説明
したが、かかる説明はこれに限るものと解釈さるべきも
のである。種々の変形例及び変更は上記説明を読んだ後
当業者に明らかである。従って、付加された特許請求が
本発明の真の精神及び範囲内になるよう全ての変形例及
び変更を含むよう解釈さるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】ディジタルHDTV送信器の符号化処理を示す
ブロック系統図である。
【図2】図1の送信器により送信された符号化データを
受信するディジタルHDTV受信器の復号化処理を示す
ブロック系統図である。
【図3】図2のディジタルHDTV受信器のバッファ、
VLD及びRLDのデータレート要求を示すブロック系
統図である。
【図4】本発明による復号化装置の再配置順序を示すブ
ロック系統図である。
【図5】並列処理技術がディジタルHDTV装置のデー
タバッファ及びRLDに対して実施される本発明の他の
望ましい実施例を示すブロック系統図である。
【符号の説明】
52 データバッファ 52-1,52-2,52-3 データバンク 54 可変長復号器 56,56-1,56-2,56-3 ランレングス復号器 RLC ランレングス符号 VLC 可変長符号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04N 7/015

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 他のデータ処理が実行される前に該符号
    化データのそれぞれを一定長データに復号化する可変長
    復号器(VLD)からなる複数の符号化データを受信す
    る受信器。
  2. 【請求項2】 該一定長データを処理する処理手段から
    なる請求項1記載の受信器。
  3. 【請求項3】 該処理手段は該処理手段により更に処理
    さるべき該VLDからの該一定長データを蓄積するデー
    タバッファを更に有することを特徴とする請求項2記載
    の受信器。
  4. 【請求項4】 該処理手段は該一定長データを並列に処
    理する並列処理手段であることを特徴とする請求項2記
    載の受信器。
  5. 【請求項5】 該並列処理手段は該並列処理手段により
    更に処理さるべき該VLDからの該一定長データを蓄積
    するデータバッファからなることを特徴とする請求項4
    記載の受信器。
  6. 【請求項6】 該並列処理手段は該一定長データを並列
    に蓄積する複数のデータメモリーバンクを更に有し、該
    並列処理手段は該メモリーバンクからの該一定長データ
    を並列に処理する複数のランレングス復号器(RLD)
    を更に有することを特徴とする請求項4記載の受信器。
  7. 【請求項7】 該ビデオデータのそれぞれを一定長デー
    タに復号化するVLDと;該一定長データを蓄積するデ
    ータメモリーバンクと;該メモリーバンクからの該一定
    長ビデオデータを処理するランレングス復号器とからな
    る表示用の複数のビデオデータを受信する高解像度テレ
    ビジョン(HDTV)受信器。
  8. 【請求項8】 該ビデオデータのそれぞれを一定長デー
    タに復号化するVLDと;該一定長データを並列に蓄積
    する複数のデータメモリーバンクと;該メモリーバンク
    からの該一定長ビデオデータを並列に処理する複数のラ
    ンレングス復号器(RLD)とからなる表示用の複数の
    ビデオデータを受信する高解像度テレビジョン(HDT
    V)受信器。
  9. 【請求項9】 更なる復号化処理が実行される前に該符
    号化データのそれぞれを一定長データに復号化する可変
    長復号器を用いる段階からなる複数の符号化データを復
    号化する方法。
  10. 【請求項10】 該VLDからの該一定長データの更な
    る復号化処理を実行する段階を更に有する請求項9記載
    の複数の符号化データを復号化する方法。
  11. 【請求項11】 該VLDからの該一定長データの復号
    化処理を実行する該段階は該一定長をデータバッファに
    蓄積する段階を更に有することを特徴とする請求項10
    記載の複数の符号化データを復号化する方法。
  12. 【請求項12】 該一定長データをデータバッファに蓄
    積する該段階は該一定長データを複数のデータバッファ
    に並列に蓄積する段階からなることを特徴とする請求項
    11記載の複数の符号化データを復号化する方法。
  13. 【請求項13】 該VLDからの該一定長データの復号
    化処理を実行する該段階はランレングス復号化処理を実
    行する段階からなることを特徴とする請求項11記載の
    複数の符号化データを復号化する方法。
  14. 【請求項14】 該VLDからの該一定長データの復号
    化処理を実行する該段階は該データバッファのそれぞれ
    に蓄積された該一定長データのそれぞれに対するランレ
    ングス復号化処理を並列に実行する段階からなることを
    特徴とする請求項12記載の複数の符号化データを復号
    化する方法。
  15. 【請求項15】 該ビデオデータのそれぞれを一定長に
    復号化する可変長復号器を用い;該一定長をデータ用バ
    ッファに蓄積し;該データバッファから該一定長データ
    を取り出し、該一定長データのランレングス復号化処理
    を実行する段階からなる高解像度テレビジョン(HDT
    V)受信器により受信された複数のビデオデータを処理
    する方法。
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