JPH08205142A - ディジタルビデオ信号への符号化／復号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 特定のエンコーダ／デコーダに関連づけら
れた以前フレームメモリの境界を越すメモリアクセス又
は多重ランダムアクセスを行うことなく並列処理するビ
デオ符号化／復号化装置を提供する。 【構成】 入力ディジタルビデオ信号を圧縮符号化す
るために、ビデオフレームデータのピクチャーラインの
個数をカウントする制御装置と、このビデオフレームデ
ータを複数の副フレームに分割する切り替えスイッチブ
ロックと、分割されたビデオフレームデータを格納する
複数のFIFOバッファと、ビデオフレームデータを圧縮す
る複数のエンコーダと、その圧縮されたビデオフレーム
データをカップリングするフレーム形成器とを含む。本
発明は、同様の原理に基づく、符号化されたビットスト
リーム形態における符号化されたディジタルビデオ信号
を復号化する新規の復号化装置も提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はビデオ映像システムに関
し、とくに、並列処理が可能な改善されたビデオ映像符
号化／復号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高精細度テレビジョンおよびビ
デオ電話システムのような多様な電子／電気的応用分野
において、映像信号はディジタル形態で伝送される必要
がある。この映像信号がディジタル形態で表現されると
き、相当量のディジタルデータが発生される。しかし、
通常の伝送チャネルの利用可能な周波数帯は限定される
ので、映像信号を通常の伝送チャネルを通じて伝送する
ためには、相当量のディジタルデータを圧縮する映像信
号符号化装置が必要である。

【０００３】したがって、大部分の映像信号符号化装置
は、入力ディジタル信号における空間的および／または
時間的冗長性を用いるか或いは減らす概念に基づいた多
様な圧縮技法(または符号化技法)を用いる。

【０００４】かかる多様なビデオ圧縮技法のうち、統計
的符号化技法と共に時間的および空間的圧縮技法を組み
合わせた、いわゆるハイブリッド符号化技法がもっと効
果的であることが知られている。

【０００５】大部分のハイブリッド符号化技法は、動き
補償DPCM(差分パルス符号変調)、２次元DCT(離散的コサ
イン変換)、DCT係数の量子化およびVLC(可変長さ符号
化)を採用する。動き補償DPCMは現在フレームとその以
前フレームとのあいだの物体の動きを判別し、また該物
体の動きによって現在フレームを予測して、現在フレー
ムと予測されたフレームとのあいだの差を表す差分信号
を生成する。このような方法は、例えば、Staffan Eric
ssonの「Fixed and Adaptive Predictors for Hybrid P
redictive/Transform Coding」,IEEE Transactions on
Communications,COM-33,No.12(1985年12月)とNinomiya
and Ohtsuka,「A Motion Compensated interframe Codi
ng scheme for Television Pictures」,IEEE Transacti
ons on Communications,COM-30,No.1(1982年1月)に開示
されている。

【０００６】２次元DCTは、動き補償されたDPCMデータ
のような映像データ間の空間的冗長性を減らすか除去
し、ディジタル映像データのブロック（例えば、8×8画
素などのブロック）を変換係数データのセットに変え
る。かかる技法は、ChenおよびPrattの「Scene Adaptiv
e Coder」,IEEE transactions on Communications,COM-
32,No.3(1984年3月)に開示されている。かかる変換係数
データを量子化器、ジグザグスキャナ(zigzag scanner)
およびVLCで処理することによって、伝送されるデータ
の量を効果的に減らし得る。

【０００７】とくに、動き補償DPCMにおいて、現在フレ
ームデータは現在フレームと以前フレームとのあいだの
動き推定に基づいた以前フレームデータから予測され
る。このような推定された動きは、以前フレームと現在
フレームとのあいだの画素などの変位を表す２次元動き
ベクトルの関係で説明し得る。

【０００８】映像信号を前述した技法により圧縮するた
めには、高速でデータを処理し得るプロセッサが必要で
あり、これは通常並列処理技法を用いて行われる。一般
に、並列処理可能な映像信号符号化／復号化装置におい
ては、一つのビデオ映像フレーム領域が多数の副フレー
ムに分割され、ビデオ映像フレーム領域内の映像データ
は副フレーム単位で処理される。

【０００９】しかし、現在フレーム内における探索ブロ
ックへの動きベクトルを判別するためには、現在フレー
ムの探索ブロックと、探索ブロックと同一の大きさを有
する多数の各候補ブロックのあいだで、類似計算(simil
arity calculation)が行われる。この候補ブロックは以
前フレーム内の探索領域に含まれ、探索領域の大きさは
探索ブロックより大きい。ここで探索ブロックの大きさ
は典型的に8×8および32×32画素間の範囲を有する。よ
って、任意の副フレームの境界部分を含む探索領域は隣
接する副フレームの境界部分も含む。したがって、各々
のエンコーダにより行われる動き推定は、特定のエンコ
ーダに関連づけられた以前フレームメモリの境界を越す
メモリアクセスが必要であるか、多重ランダムアクセス
し得る共有メモリシステムが必要である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
主な目的は、特定のエンコーダ／デコーダに関連づけら
れた以前フレームメモリの境界を越すメモリアクセスま
たは多重ランダムアクセスし得る共有メモリシステムを
用いることなく、並列処理し得る改善されたビデオ符号
化／復号化装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の一観点によれば、伝送のために入力ディジ
タルビデオ信号を圧縮した形態で符号化するためのもの
であって、この入力ディジタルビデオ信号は多数のビデ
オフレームデータを有し、各々のビデオフレームデータ
は多数のピクチャーラインを有し、ビデオフレーム映像
領域を占める符号化装置において、前記多数のビデオフ
レームデータの各々におけるピクチャーラインの個数を
カウントし、カウントされた前記ピクチャーラインの個
数に応答して制御信号を発生させる制御手段と、前記ビ
デオフレームデータを前記制御信号に応答して、複数の
副フレームに分割する手段と、前記分割されたビデオフ
レームデータを格納するための複数の先入先出(FIFO)バ
ッファと、各々が前記複数の各副フレームの各々を圧縮
し、前記ビデオフレームデータを圧縮するための複数の
エンコーダと、圧縮されたビデオフレームデータをカッ
プリングする手段とを含む符号化装置が提供される。ま
た、本発明の他の観点によれば、もとのビデオ映像信号
を再生するために符号化されたビットストリーム形態に
おける符号化されたディジタルビデオ信号を復号化する
ためのものであって、この符号化されたディジタルビデ
オ信号は多数のビデオフレームデータを含み、各々の多
数のビデオフレームデータは可変長さ符号化された変換
係数などのセット、動きベクトルおよび各スライスの始
まりを表す複数のスライススタートコードを有する復号
化装置において、前記符号化されたディジタルビデオ信
号からスライススタートコードを検知してスライススタ
ート検知信号を発生させる手段と、前記スライススター
ト検知信号に応答して前記符号化されたビットストリー
ムの前記スライススタートコードの個数をカウントし、
カウントされた前記スライススタートコードの個数に応
答して制御信号を発生させる制御手段と、前記ビデオフ
レームデータを前記制御信号に応答して複数の副フレー
ムに分割する手段と、前記分割されたビデオフレームデ
ータを格納するための複数のFIFOバッファと、各々が前
記複数の各副フレームを再生し、前記もとのビデオ映像
信号を再生するための複数のデコーダと、前記再生され
たもとのビデオ映像信号をカップリングする手段とを含
む復号化装置が提供される。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の符号化／復号化装置について
図面を参照しながらより詳しく説明する。

【００１３】本発明は送信装置から加入者の受信機への
高精細度テレビジョン(HDTV)信号の通信のための装置を
提供する。データリンクのエンコーダ端側の送信機にお
いて、テレビジョン画像の連続フレームに対するディジ
タル映像信号は、多重プロセッサで処理するための副フ
レームなどに分けられる。各々のプロセッサは特定の副
フレームからのビデオデータを符号化する目的に割り当
てられたエンコーダを含む。

【００１４】図１Aにはビデオ映像フレーム領域10が示
されている。総合フレーム領域はM個の水平ピクチャー
ラインを含み、各々のピクチャーラインはN個の画素を
含む。例えば、単一のHDTVフレームは960個のピクチャ
ーラインを含み、各々のピクチャーラインは1408個の画
素を含む。言い替えれば、単一のHDTVフレームは60個の
スライスを含み、各々のスライスは16個の水平ピクチャ
ーラインを含む。本実施例によれば、ビデオ映像フレー
ム領域は多数のフレームなど、例えば、図１Bに示され
たような副フレーム12,14,16,18に分割される。

【００１５】多数の副フレームを処理するために、プロ
セッサは、ビデオフレームにおける副フレームにより仕
切られたディジタルデータを圧縮するために各々の副フ
レームに割り当てられる。現在ビデオフレームと一つま
たは二つ以上の以前ビデオフレーム間のデータ冗長性
は、動き推定／補償技法を用いて減少される。多数のプ
ロセッサ中のビデオ映像フレーム領域を分散して処理す
ることによって、HDTV信号の伝送は通常のテレビジョン
信号、例えば、NTSC式信号伝送に用いられるのとと実質
的に同一のエンコーダを用いて行われる。

【００１６】図２には、本発明によるビデオ映像信号を
並列に符号化するための装置の好ましい実施例が示され
ている。

【００１７】図２に示されたように、処理される入力デ
ィジタル映像信号は、ターミナル20を介して制御装置30
と切り替えスイッチブロック40に入力される。この入力
ディジタル映像信号は入力メモリ(図示せず)からブロッ
ク単位で読取られるが、映像信号の各フレームはブロッ
ク単位で処理するために、画素データの連続的なブロッ
クとして格納される。入力ディジタル映像信号のブロッ
クの大きさは、典型的に、8×8画素から32×32画素の範
囲を有する。入力ディジタル映像信号は多数のビデオフ
レームデータを含み、各々のビデオフレームデータは、
多数のピクチャーラインを有し、またビデオ映像フレー
ム領域を占める。制御装置30はビデオフレームデータに
おけるピクチャーラインの個数をカウントし、カウント
されたピクチャーラインの個数に応答して制御信号を切
り替えスイッチブロック40に向けて発生させる。カウン
トされたピクチャーラインの個数が、予め定められた
値、即ち、240になるまで制御装置30は前記入力ディジ
タル映像信号をI1,I2,I3,I4の中で切り替えるための制
御信号を発生させ、これにより入力されるディジタル映
像信号の各フレームは多数の副フレームに分割されて、
先入先出(first-in-first-out:FIFO)バッファ52,54,56,
58に格納する。これらFIFOバッファは、実質的に互いに
同一であり、その相応する多数のエンコーダ62,64,66,6
8へ副フレームデータなどを出力する。各々のエンコー
ダは特定の副フレームにより仕切られたビデオ映像デー
タを処理する目的に割り当てられている。エンコーダに
対しては、図３でより詳しく説明する。各々のエンコー
ダ62,64,66,68により処理された副フレームデータは、
フレーム形成器(frame formatter)70へ提供され、符号
化されたフレームデータを形成するために結合される。
符号化されたフレームデータは伝送のために送信機(図
示せず)へ提供される。

【００１８】図３には、図２に示された同一のエンコー
ダのうちの一つ、例えば、エンコーダ62の詳細ブロック
図が示されている。FIFOバッファ52からの副フレームデ
ータは減算器202及び動き推定器210に、現在副フレーム
データとして提供される。動き補償器222からの予測さ
れた副フレームデータ203のブロックは、減算器202で現
在副フレームデータの探索ブロックから減算され、減算
されたデータ、即ち、差分画素データは、離散的コサイ
ン変換(DCT)回路205へ提供される。この差分画素データ
のブロックは変換係数のセットに符号化される。これら
変換係数は量子化器206で量子化されたDCT係数のセット
に量子化される。そののち、量子化されたDCT係数は２
つの信号伝送経路を通じて伝送される。一つの経路は、
スキャナ207を経て、可変長さ符号化(VLC)回路208に、
量子化されたDCT係数を伝送し、ここで、例えば、ラン
レングス(run-length)および可変長さ符号化を組み合わ
せて、前記量子化されたDCT係数を符号化し、VLC符号化
された副フレームデータをマルチプレクサ回路230へ提
供する。もう一つの経路は、逆量子化器(IQ)213を経
て、逆離散的コサイン変換(IDCT)回路214に量子化され
たDCT係数などを伝送するものからなり、ここで、逆量
子化および逆変換により、前記量子化されたDCT係数を
再び変換して差分画素データを再構成する。再構成され
た差分画素データと動き補償器222からの予測データ
は、現在副フレームデータを再構成するように加算器21
5で組み合わせられてフレームメモリ221に書き込まれ
る。

【００１９】現在副フレームデータとフレームメモリ22
1からの再構成された以前副フレームデータ218は、動き
ベクトルを判別するために、動き推定器210で処理され
る。動きベクトル219は動き補償器222に印加され、予測
されたデータ、即ち、動きベクトル219に相応する候補
ブロックデータは、フレームメモリ221からブロック単
位で検索されて、次の処理のために減算器202および加
算器215へ提供される。動きベクトル219は、またVLC回
路208へ提供されてVLCにより符号化される。VLC符号化
された副フレームデータとVLC回路208からの動きベクト
ルは、マルチプレクサ回路230へ提供されて、図２に示
されたフレーム形成器70へ伝送される。

【００２０】特に、動き推定器210においては、現在副
フレームにおける探索ブロックに対する動きベクトルを
判別するために、現在副フレームの探索ブロックと以前
副フレーム内の、一般に探索ブロックより大きい探索領
域に含まれて、その前記探索ブロックと同一の大きさを
有する多数の各候補ブロックのあいだで類似計算が行わ
れる。本発明によれば、動きベクトル219は、分割され
た各々の副フレーム内の探索領域でだけ動き推定するこ
とによって判別される。

【００２１】図４には、本発明による可変長さ符号化さ
れたビデオ映像信号を並列復号の処理するための装置の
好ましい実施例が示されている。図２の符号化装置から
入来した符号化されたディジタルビデオ信号は、ターミ
ナル400を通じてスライススタートコード(SSC)検知器80
へ入力される。符号化されたディジタルビデオ信号は、
多数のビデオフレームデータを含み、ビデオ映像フレー
ム領域を占める各々の前記ビデオフレームデータは、可
変長さ符号化された変換係数などのセット、動きベクト
ルおよび多数のスライススタートコード(slice start c
ode:SSC)を含む。ここでスライススタートコード(SSC)
はスライスの“始まり”を表す符号化されたビットスト
リームにおけるヘッド情報である。SSC検知器80は、符
号化されたディジタルビデオ信号からスライススタート
ヘッドを検知して、スイッチングブロック100およびマ
ルチプレクサ回路120を制御するように作動する制御装
置90へスライススタート検知信号を発生させる。制御装
置90は、SSC検知器80から提供されたスライス始まり信
号に応答してSSCの個数をカウントする。カウントされ
たSSCの個数が予め定められた値、例えば、15になるご
とに、制御装置90はSSC検知器80からの符号化されたデ
ィジタルビデオ信号をD1,D2,D3,D4のあいだで切り替え
るために第１制御信号を発生させ、これにより、入力さ
れる符号化された映像信号の各フレームは多数のフレー
ムに分割されて、多数のFIFOバッファ102,104,106,108
に格納される。FIFOバッファは前記副フレームデータを
その相応する多数のデコーダ112,114,116,118へ出力す
る。各々のデコーダは互いに同一であって、各々の相応
する副フレームにより仕切られたビデオ映像データを処
理する。即ち、デコーダ112は図２に示されたエンコー
ダ62により符号化された副フレームデータを処理する。
同様に、デコーダ114,116,118はエンコーダ64,66,68に
より各々処理された副フレームにより仕切られたビデオ
映像データを処理する。デコーダに対するより詳細な説
明は、以下図５について説明する。各々のデコーダは特
定の副フレームにより仕切られたビデオ映像データを処
理する目的に割り当てられている。デコーダからの復号
化された副フレームデータは、フレーム形成器120に印
加され、ディスプレー装置(図示せず)上に表示されるべ
きもとのビデオ映像信号を表す単一のデータストリーム
を形成するために結合される。

【００２２】図５には、図４に示された同一のデコーダ
のうちの一つ、例えば、デコーダ112の詳細ブロック図
が示されている。図４のデコーダ112,114,116,118は同
一の構成要素からなり、各構成要素は同一に作動する。

【００２３】図５に示されたように、特定の副フレーム
により仕切られたビデオ映像データは、FIFOバッファ10
2(図４参照)から可変長さ復号化(VLD)回路301へ提供さ
れる。VLD回路301は、可変長さ符号化された変換係数の
セットおよび動きベクトルを復号化して、変換係数デー
タおよび動きベクトルデータを逆ジグザグスキャナ303
および動き補償器302へ伝送する。VLD回路301は基本的
にルックアップテーブル(look-up table)からなるもの
であってよい。即ち、VLD回路301では多数のコードセッ
トが提供されて可変長さコードとランレングスコードま
たは動きベクトルのあいだの関係を規定する。

【００２４】逆ジグザグスキャナ303においては、量子
化されたDCT係数は再構成され、量子化されたDCT係数の
もとのブロックを提供する。量子化されたDCT係数のブ
ロックは、逆量子化器(IQ)304でDCT係数のセットに変換
され、逆離散的コサイン変換(IDCT)回路305へ提供さ
れ、このIDCT回路305は前記DCT係数のセットを現在副フ
レームのブロック及びそれに相応する以前副フレームの
ブロック間の差分データのセットに変換する。しかるの
ち、IDCT回路305からの差分データは加算器306へ伝送さ
れる。

【００２５】一方、VLD回路301からの可変長さ復号化さ
れた動きベクトルは動き補償器302へ提供される。この
動き補償器302は動きベクトルに基づいてフレームメモ
リ307に格納されている以前副フレームから相応する画
素データを取り出し、その取り出された画素データを加
算器306に印加する。動き補償器302から出力した相応す
る画素データとIDCT回路305からの画素差分データは、
現在副フレームの提供されたブロックの映像データを構
成するように加算器306で合算されてフレームメモリ307
上に書き込まれ、図４に示されたフレーム形成器120へ
伝送される。

【００２６】

【発明の効果】したがって、本発明によれば、ディジタ
ル映像データの圧縮の際、動き推定を分割された副フレ
ーム内でだけ行うので、特定のエンコーダ／デコーダに
関連づけられた以前フレームメモリの境界を越すメモリ
アクセスまたは多重ランレングスアクセスし得る共有メ
モリシステムを用いることなく並列処理ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａ及びＢからなり、Ａはビデオ映像フレーム領
域を概略的に示すダイヤグラム図であり、Ｂは分割され
たビデオ映像フレーム領域を概略的に示すダイヤグラム
図である。

【図２】多数のエンコーダからなる本発明の符号化装置
のブロック図である。

【図３】図２に示したエンコーダを詳細に示したブロッ
ク図である。

【図４】多数のデコーダからなる本発明の復号化装置の
ブロック図である。

【図５】図４に示したデコーダを詳細に示したブロック
図である。

【符号の説明】

３０、９０ 制御装置 ４０、１００ 切り替えスイッチブロック ５２、５４、５６、５８、１０２、１０４、１０６、１
０８ FIFOバッファ ６２、６４、６６、６８ エンコーダ ７０、１２０ フレーム形成器 ８０ ＳＳＣ検知器 １１２、１１４、１１６、１１８ デコーダ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 伝送のために入力ディジタルビデオ信
   号を圧縮した形態で符号化するためのものであって、こ
   の入力ディジタルビデオ信号は多数のビデオフレームデ
   ータを有し、各々のビデオフレームデータは多数のピク
   チャーラインを有する符号化装置において、 前記多数のビデオフレームデータの各々におけるピクチ
   ャーラインの個数をカウントし、カウントされた前記ピ
   クチャーラインの個数に応答して制御信号を発生させる
   制御手段と、 前記ビデオフレームデータを前記制御信号に応答して、
   複数の副フレームに分割する手段と、 前記分割されたビデオフレームデータを格納するための
   複数の先入先出(FIFO)バッファと、 各々が前記複数の各副フレームを圧縮し、前記ビデオフ
   レームデータを圧縮するための複数のエンコーダと、 圧縮されたビデオフレームデータをカップリングする手
   段とを含むことを特徴とする符号化装置。
2. 【請求項２】 もとのビデオ映像信号を再生するため
   に符号化されたビットストリーム形態における符号化さ
   れたディジタルビデオ信号を復号化するためのものであ
   って、この符号化されたディジタルビデオ信号は多数の
   ビデオフレームデータを含み、各々の多数のビデオフレ
   ームデータは可変長さ符号化された変換係数などのセッ
   ト、動きベクトルおよび各スライスの始まりを表す複数
   のスライススタートコードを有する復号化装置におい
   て、 前記符号化されたディジタルビデオ信号からスライスス
   タートコードを検知してスライススタート検知信号を発
   生する手段と、 前記スライススタート検知信号に応答して、前記符号化
   されたビットストリームの前記スライススタートコード
   の個数をカウントし、カウントされた前記スライススタ
   ートコードの個数に応答して制御信号を発生させる制御
   手段と、 前記ビデオフレームデータを前記制御信号に応答して複
   数の副フレームに分割する手段と、 前記分割されたビデオフレームデータを格納するための
   複数のFIFOバッファと、 各々が前記複数の各副フレームを再生し、前記もとのビ
   デオ映像信号を再生するための複数のデコーダと、 前記再生されたもとのビデオ映像信号をカップリングす
   る手段とを含むことを特徴とする復号化装置。