JPH08242445A

JPH08242445A - 画像信号の符号化方法および伝送方法およびその復号化装置

Info

Publication number: JPH08242445A
Application number: JP4525695A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Hirano; 裕弘平野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-06
Filing date: 1995-03-06
Publication date: 1996-09-17

Abstract

(57)【要約】【構成】ＭＰＥＧビデオ符号化において、スライス層に
割り当てるマクロブロックの個数を、画像の静動に応じ
て制御し、静止領域ではＮＡ個、動き領域ではＮＢ個
（ＮＢ＜ＮＡ）で、符号化データストリームを構成す
る。受信部では、訂正不能なバースト誤りを含むスライ
ス層は、動き補償のテンポラル補間の信号で置換するエ
ラーコンシールメント処理を行う。【効果】ＡＴＭ網でのセル損失，録画系でのドロップア
ウト等のバースト誤りに対して、画質劣化の少ない復号
画像が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像信号の符号化装置に
係り、特に、画像符号化の国際標準規格のＭＰＥＧ(Mov
ing Picture Image Coding Exparts Group）ビデオ符号
化により高能率符号化した画像データを、ＡＴＭ（非同
期転送モード）網を介して伝送するに好適な、画像信号
の符号化方法およびその伝送方法およびその復号化装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】次世代広帯域ＩＳＤＮでは、ＡＴＭ網に
よる高速・大容量伝送の特長を生かし、高品質ディジタ
ル映像通信により様々な新サービスの検討が進められて
いる。ここでは、ディジタル化・高能率符号化された画
像データは、セルと呼ぶ固定長パケットに分割して多重
化伝送が行われる。

【０００３】ＡＴＭ網では輻輳時などにセル損失が発生
する。そして、１セルの損失は300ビットを越えるバー
スト的なビット誤りになる。一方、画像信号の高能率符
号化では、フレーム間予測を基本としているため、セル
損失により受信画像にエラーが生じると、セル損失が発
生した画面のみならず、それ以降の画面に大きな画質劣
化を与えるという問題がある。このため、ＡＴＭ網を介
した画像データの伝送ではセル損失の対策が必要にな
り、セルインタリーブ法，階層符号化法，リーク予測法
など、種々のセル損失の対策方法が考案されている。

【０００４】セルインタリーブ法は、ブロック符号（例
えば、ＢＣＨ符号，ＲＳ符号など）で誤り訂正符号化さ
れた信号を複数セルに、順次、分配し、セル損失による
バースト誤りを短ビット長の誤りに変換して訂正を行う
ものである。しかし、この方法では、インタリーブによ
る遅延時間が増加するという問題がある。

【０００５】階層符号化法は、符号化データを、画質上
重要な情報と、欠落があっても許容される情報に分け、
ＡＴＭ網では前者をセル損失率の少ない優先クラス，後
者をセル損失率の多い非優先クラスでそれぞれ伝送す
る。この方法では、オーバーヘッドの増加により符号化
効率が悪くなること、符号化・復号化のハードウェアが
複雑になるという問題を有する。

【０００６】リーク予測法は、予測符号化において予測
係数を非完全積分型とすることで、セル損失による画質
劣化が発生しても時間の経過とともに復号画質の回復を
図るものである。しかし、回復までにはある程度の時間
が必要なこと、符号化効率が悪くなることなどの問題が
ある。

【０００７】また、階層符号化法，リーク予測法のセル
損失対策は、画像符号化の国際標準規格のＭＰＥＧ符号
化に適用するには何らかのモディファイが必要になり、
両立性が損なわれてしまうという問題が生じる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＭＰ
ＥＧビデオ符号化をベースに、符号化効率および両立性
を損なうことなく、ＡＴＭ網でのセル損失による画質劣
化の局所化と抑圧とを実現するセル損失対策を備えた、
画像信号の符号化方法および装置を提供することにあ
る。

【０００９】また、伝送系や記録系で発生するバースト
誤りによる画質劣化を局所化，抑圧することが可能な、
テレビジョン信号のディジタル放送方式および装置，画
像信号のディジタル録画方式および装置を提供すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、ＭＰＥＧビデオ符号化で規定する符号
化ビデオシーケンスのスライス層に割り当てるマクロブ
ロックの個数を、画像の静止・動き領域で適応的に制御
する。そして、画像の動き領域には少数の個数，画像の
静止領域には多数の個数のマクロブロックをそれぞれ割
り当てて、スライス層のデータを構成する。

【００１１】また、ＡＴＭ網を介した伝送では、画像の
動き領域に対応するスライス層のデータに対しては、セ
ルのＡＴＭヘッダ部のＣＬＰ（Cell Loss Priority）ビ
ットがセル損失率の少ない優先クラス、あるいはセル損
失率の少ない優先チャネルを使用する。一方、画像の静
止領域に対応するスライス層のデータに対しては、セル
のＡＴＭヘッダ部のＣＬＰビットがセル損失率の多い非
優先クラス、あるいはセル損失率の多い非優先チャネル
を使用する。

【００１２】さらに、受信側の復号化処理では、セル損
失の発生したスライス層では、復号できないマクロブロ
ック領域を、動き補償のテンボラル補間で生成した修正
信号で置換するエラーコンシールメント処理を行う。

【００１３】

【作用】作用の説明に先だち、ＭＰＥＧビデオ符号化に
ついて、図６，図７をもとに概説する。

【００１４】図６は、ＭＰＥＧビデオ符号化における符
号化データ構造の概略図である。最上位層はビデオシー
ケンス層で、シーケンスヘッダ部（ＳＥＣＨＤ），複
数個数のＧＯＰ（Group of Picture），シーケンス終了
部（ＳＥＣＥＮＤ）から成る。

【００１５】ＧＯＰ層は、ＧＯＰヘッダ部（ＧＯＰＨ
Ｄ）と複数個数のピクチャで構成する。図７（ａ）に１
ＧＯＰの構造例を示す。ＧＯＰには三種類の符号化フレ
ーム（Ｉ，Ｐ，Ｂピクチャ）があり、Ｉピクチャはフレ
ーム内符号化、Ｐピクチャは実線矢印で示す前方予測の
フレーム間符号化、Ｂピクチャは点線矢印で示す双方向
予測のフレーム間符号化を行う。そして、画像フレーム
の時系列とは異なり、ＧＯＰでのピクチャの配列は、
，，，，，，，の順で構成する。

【００１６】図６にもどり、ピクチャ層は、ピクチャヘ
ッダ部（ＰｉｃＨＤ）と、複数個数のスライスで構成
する。又、スライス層は、スライスヘッダ部（ＳｌＨ
Ｄ）と、複数個数のマクロブロック（ＭＢ）で構成す
る。そして、マクロブロック層はマクロブロックタイプ
（ＭＢＴｙｐｅ），動きベクトル情報（ＭＶ）、およ
び６個のブロックで構成する。最下層のブロック層は、
ＤＣＴ(Discrete CosineTransform)係数およびＥＯＢコ
ードで構成する。図７（ｂ）に１ピクチャの構成例を示
す。各マクロブロック（１６×１６画素のサイズ）は、
４個の輝度ブロック（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４）と２個
の色差ブロックＣ_B，Ｃ_Rから成り、そのブロックサイ
ズは８×８画素である。

【００１７】なお、図６の＊印で示すビデオシーケンス
層，ＧＯＰ層，ピクチャ層，スライス層の各ヘッダ部に
は、符号化の各種パラメータ情報およびスタートコード
が付加される。そして、セル損失などの障害を考慮し
て、これらスタートコードにはユニークワードが採用さ
れている。

【００１８】このように、ＭＰＥＧビデオ符号化の符号
化データストリームでは、ＡＴＭ網におけるセル損失に
対してもある程度の考慮は払われている。そこで、例え
ば、スライスヘッダ部のユニークワードの検出を行うこ
とで、セル損失の障害をセル損失の発生したスライス層
に限定する復号化処理を行うことが可能になる。この場
合には、セル損失が発生したスライス層のマクロブロッ
クの領域は、相関の高い修正信号、例えば、動き補償の
テンポラル補間の信号などで置換して画質劣化を視覚的
に目立ちにくくする、エラーコンシールメントの処理が
必要である。

【００１９】さて、エラーコンシールメント処理により
得られる復号画像の画質と、修正信号で置換されるマク
ロブロック領域との間には、図８に示す定性的な関係が
成立する。図中の横軸は修正信号で置換されるマクロブ
ロックの個数、縦軸は画像品質である。なお、エラーコ
ンシールメントの処理に用いる修正信号は、画質劣化が
最も目立ちにくいと考えられている動き補償のテンポラ
ル補間で生成した信号である。

【００２０】画像の静止領域（静止〜きわめてゆっくり
した動き）では、修正領域が多くなっても、画質劣化の
度合は少なく、常に許容限界以上の画質が維持できる。
一方画像の動き領域（動きのある画像）では、修正領域
が多くなるに従って、画質劣化の度合も大きくなり、例
えば、マクロブロックの個数がＮＢ以上では、許容限界
以下の画質になる。

【００２１】この理由は、符号化で用いる動きベクトル
は、予測誤差が最小のものを選択するために画像の本来
の動きとは必ずしも一致しないこと、また、動きベクト
ルの精度の制約などで、動き補償のテンポラル補間で生
成する修正信号には限界があるためである。なお、従来
のＭＰＥＧビデオ符号化では、スライス層に割り当てる
マクロブロックの個数は、多くの場合、ＮＢよりはるか
に大きい一定の数値Ｎに設定する。したがって、この場
合は、セル損失が発生したスライス層のマクロブロック
領域をエラーコンシールメント処理するセル損失対策で
は、画像品質の面で問題がある。

【００２２】この問題を回避するため、本発明では、画
像の静止領域と動き領域とで、スライス層に割り当てる
マクロブロックの個数を適応的に制御する技術的手段を
採用する。

【００２３】図９は、スライス層に割り当てるマクロブ
ロックの個数の概略図で、（ａ）は通常の従来技術の場
合、（ｂ)(ｃ）は本発明の場合を示す。同図（ａ）の従
来技術では、画像の動きとは無関係に、静止領域，動き
領域のいずれの領域でも、常にＮ個（Ｎ＞ＮＢ）のマク
ロブロックでスライス層を構成する。一方、同図(ｂ)
（ｃ）の本発明では、画像の動きに応じて、（ｂ）の二
値制御では、動きがＭ１未満の静止領域はＮＡ個（ＮＡ
＞Ｎ）、動きがＭ１以上の動き領域はＮＢ個（ＮＢ＞
Ｎ）のマクロブロックでスライス層を構成する。また、
（ｃ）の多値制御のように、画像の動きに応じて、動き
がＭ０未満のＮＡ個から動きがＭ３以上のＮＢ個まで、
個数を段階的に減少したマクロブロックでスライス層を
構成する。なお、この制御に必要な画像の動きは、符号
化フレームのフレーム間の差分信号成分の大小、あるい
はフレーム当りの動きベクトルの大小によって、極めて
容易に検出することができる。

【００２４】図１０は、セル損失で発生する復号画像の
修正領域の概略図である。同図(ａ)は上述の従来技術に
よりスライス層を構成した場合である。静止領域，動き
領域ともにＮ個のマクロブロックが修正領域になり、動
き領域での画質は、図８に示したように、許容限界以下
となって復号画像には大きな画質劣化が発生する。

【００２５】一方、同図（ｂ）は、本発明技術の二値制
御でスライス層を構成する（方式Ａと略称）場合であ
る。従来技術と比較して、静止領域での修正領域は拡大
し、動き領域での修正領域は逆に縮小している。そし
て、これらの修正領域は、図８より明らかな様に、いず
れも許容限界以上の画質であり、画質劣化の目立たない
復号画像が得られる。

【００２６】また、同図（ｃ）は、方式Ａにおいて、静
止領域のスライス層はＡＴＭヘッダ部のＣＬＰビットを
セル損失率の多い非優先クラス，動き領域のスライス層
はセル損失率の少ない優先クラスを使用する（方式Ｂと
略称）場合である。方式Ａと比較して、動き領域のセル
損失が低減されるため、動き領域での修正領域の部分は
方式Ａより減少し、さらに画質劣化の目立ちにくい復号
画像を得ることができる。

【００２７】一方、同図（ｄ）は、方式Ａにおいて、静
止領域のスライス層はＡＴＭ網のセル損失率の多い非優
先チャネル，動き領域のスライス層はセル損失率の少な
い優先チャネルを使用する（方式Ｃと略称）場合であ
る。優先チャネルによる伝送で、動き領域のセル損失が
ほぼなくなり、画質劣化のほとんどない復号画像が得ら
れる。

【００２８】この様に、本発明の方式Ａによるスライス
層へのマクロブロックの割り当て、および、方式Ｂ，方
式Ｃによる優先クラスと非優先クラスへのデータの配分
により、従来技術と比較して、セル損失に伴う画質劣化
を大幅に改善することが可能になる。

【００２９】さて、各スライス層では前述のようにユニ
ークワードを含むスライスヘッダ部を付加するため、各
ピクチャに含まれるスライス層の個数の多少によって、
符号化効率には若干の差異が生じる。例えば、ピクチャ
当りのスライス層の個数を、従来技術ではＳ、本発明で
は静止領域でＳＡ，動き領域でＳＢと仮定すれば、Ｎ・
Ｓ＝ＮＡ・ＳＡ＋ＮＢ・ＳＢの関係がある。したがっ
て、両者におけるピクチャ当りのスライス層の比率η
は、η＝(ＳＡ＋ＳＢ)／Ｓ＝Ｎ・(ＳＡ＋ＳＢ)／(ＮＡ
・ＳＡ＋ＮＢ・ＳＢ)になる。よって、この比率ηは、
画像によってＮ／ＮＡ（全て静止領域の時で１より小）
からＮ／ＮＢ（全て動き領域の時で１より大）まで変化
する。ここで、符号化効率は、η＜１の場合には本発
明、η＞１の場合には従来技術のものが優れている。た
だ、通常の画像では静止領域と動き領域との混在したも
のがほとんどであるため、平均的にはη≒１近傍の値に
なる。したがって、符号化効率の面では、本発明は従来
技術と同等の特性を達成することができる。

【００３０】この様に、本発明によれば、ＭＰＥＧビデ
オ符号化をベースに、符号化効率ならびに両立性を損な
うことなく、かつ、セル損失などのバースト誤りに対し
て画質劣化の局所化および抑圧の機能を備えた画像信号
の符号化方法を実現することが可能になる。

【００３１】

【実施例】図１は、本発明の第一の実施例における送信
部の全体ブロック図で、前記方式Ａを実現するに好適な
ものである。

【００３２】同図の１は前処理部、２は減算部、３はＤ
ＣＴ部、４は量子化処理を行うＱ部、５は逆量子化を行
うＩＱ部、６はＤＣＴ逆演算を行うＩＤＣＴ部、７は加
算部、８はメモリ部、９は動き補償の予測信号を生成す
るＭＣＰＳ部、１０は動きベクトルを検出するＭＶ検出
部、１１はエントロピ符号化を行うＶＬＣ部、１２はバ
ッファ部、１３は符号化データストリームを生成するＢ
Ｓ生成部、１４はスライス層のマクロブロック個数を設
定はＳＬＭ設定部、１５はセル化を行うチャネル符号化
部である。

【００３３】入力画像信号Ｓ１は前処理部１に入力し、
ＭＰＥＧビデオ符号化の信号フォーマットへの画像変換
の信号処理を行い、符号化画像信号Ｓ２を生成する。減
算部２は、符号化モードがＰ，Ｂピクチャの時には、符
号化画像信号Ｓ２からMCPS部９で生成した予測信号ＰＳ
を減算する演算を行い、予測誤差信号を信号Ｓ３に出力
する。なお、符号化モードがＩピクチャの時は、符号化
画像信号Ｓ２をそのまま信号Ｓ３に出力する。

【００３４】ＤＣＴ部３は、信号Ｓ３の８×８画素から
なるブロックを単位にＤＣＴ変換の行列演算を行い、そ
の変換係数を信号Ｓ４に出力する。信号Ｓ４は、Ｑ部４
で量子化処理を行い、量子化変換係数Ｓ５を生成する。
なお、量子化の特性は、バッファ部１２のバッファ容量
の情報ＢＩで制御する。量子化変換係数Ｓ５の一方は、
ＶＬＣ部１１で可変長符号化，ランレングス符号化など
のエントロピ符号化処理を行う。一方、ＩＱ部５で、逆
量子化の処理を行って変換係数に復号した信号は、ＩＤ
ＣＴ部６でＤＣＴ逆変換の行列演算を行い、Ｐ，Ｂピク
チャの時には予測誤差信号、Ｉピクチャの時には符号化
画像信号に相当した信号Ｓ６を復号する。加算部７は、
Ｐ，Ｂピクチャ時には予測信号ＰＳを加算した信号、Ｉ
ピクチャの時には信号Ｓ６を、それぞれ出力する。この
出力信号は、メモリ部８に記憶する。

【００３５】メモリ部８の出力信号Ｓ７(符号化フレー
ムの１フレーム相当遅延させた信号)は、ＭＣＰＳ部９
と，ＭＶ検出部１０に入力する。ＭＣＰＳ部９は、動き
ベクトル信号ＭＶをもとに動き補償の信号処理を行い、
動き補償の予測信号ＰＳを生成する。また、ＭＶ検出部
１０は、ブロックマッチングの手法によって、動きベク
トル信号ＭＶを検出する。この動きベクトル信号ＭＶ
は、ＶＬＣ部１１で所定の符号化を行う。

【００３６】ＶＬＣ部１１でエントロピ符号化した符号
化データ信号Ｓ８は、バッファ部１２に入力し、その出
力信号Ｓ９は、ＢＳ生成部１３に入力する。

【００３７】一方、ＳＬＭ設定部１４は、符号化画像信
号Ｓ２に対して、例えばマクロブロックを単位に、フレ
ーム間差分信号の大小あるいは動きベクトルの大小など
の動き情報をもとに画像の静止領域と動き領域との判別
を行う。そして、本発明における静止領域と動き領域と
でスライス層に割り当てるマクロブロックの個数の制御
を行うに必要な制御信号ＳＬＭを生成する。

【００３８】ＢＳ生成部１３は、制御信号ＳＬＭに応じ
て、静止領域ではＮＡ個のマクロブロック、動き領域で
はＮＢ個のマクロブロックでそれぞれスライス層のデー
タを構成し、図６に示したＭＰＥＧビデオ符号化データ
構造の符号化データストリーム信号Ｓ１０を生成する。
なお、ＭＰＥＧビデオ符号化では、伝送形態に応じてプ
ログラムストリームとトランスポートストリームの二種
類が用意されているが、伝送路でのランダム符号誤りを
考慮すると、トランスポートストリームの形態で構成す
ることが望ましい。

【００３９】チャネル符号化部１５は、符号化データス
トリーム信号Ｓ１０をＡＴＭ網で伝送するためのセル化
の処理を行う。すなわち、信号Ｓ１０をセルと呼ぶ固定
長パケットのデータに分割し、各セルのＡＴＭヘッダ，
ＡＡＬ（ＡＴＭ AdaptationLayer）ヘッダに所定の情報
を付加し、伝送データ信号Ｓ１１を生成する。

【００４０】本発明の第二の実施例における送信部の全
体ブロック図を図２に示す。本実施例は、前記方式Ｂを
実現するに好適なものであり、第一の実施例との相違
は、チャネル符号化部１６でＡＴＭヘッダ部のＣＬＰビ
ットを利用したセル損失の優先クラスと非優先クラスの
割り当てを行うことである。

【００４１】すなわち、前処理部１からＳＬＭ設定部１
４の各ブロックは、第一の実施例と同じ信号処理を行
い、入力画像信号Ｓ１をＭＰＥＧビデオ符号化した符号
化データストリーム信号Ｓ１０を生成する。

【００４２】チャネル符号化部１６は、信号Ｓ１０をセ
ルと呼ぶ固定長パケットのデータに分割し、各セルのＡ
ＴＭヘッダ，ＡＡＬヘッダに所定の情報を付加する。こ
の際、制御信号ＳＬＭに応じて、静止領域のスライス層
に対しては、ＡＴＭヘッダのＣＬＰビットをセル損失率
の多い非優先クラス，動き領域のスライス層に対しては
セル損失率の少ない優先クラスにそれぞれ設定する。そ
して、セル損失に対して優先クラス，非優先クラスの順
位づけをした伝送データ信号Ｓ１２を生成する。

【００４３】つぎに、図３に、本発明の第一および第二
の実施例の受信部の全体ブロック図を示す。

【００４４】同図において、１７はチャネル復号化部、
１８はＢＳ復号化部、１９はバッファ部、２０はＩＶＬ
Ｃ部、２１はＭＣＣＳ部、２２はスイッチ部、２３は後
処理部である。

【００４５】受信データ信号Ｓ２０（セル化した固定長
パケットの多重化伝送信号）はチャネル復号化部１７に
入力し、固定長パケットに分割されたデータを統合し
て、符号化データストリーム信号Ｓ２１を復号する。な
お、各セルのＡＡＬヘッダ部のシーケンス情報でセル損
失の有無を検出し、セル損失の発生した領域にはダミー
データ（例えばオール零）を付加する。画像復号化部で
は、このダミーデータによって、セル損失の領域が検出
できる。

【００４６】ＢＳ復号化部１８は、各層のヘッダ部のス
タートコード（ユニークワード）の検出を行い、ヘッダ
部の符号化パラメータ等の情報、および符号化データの
信号Ｓ２２を復号し、バッファ部１９に入力する。

【００４７】ＩＶＬＣ部２０は、バッファ部１９より読
み出した信号Ｓ２３の可変長符号化データをもとの固定
長符号に復号する処理を行い、量子化変換係数の信号Ｓ
２４と、動きベクトル信号ＭＶを復号する。また、ダミ
ーデータの検出でセル損失の発生したスライス層の位置
を抽出し、エラーコンシールメント処理の制御信号ＣＳ
Ｍを生成する。

【００４８】ＩＱ部５は、量子化変換係数の信号Ｓ２４
を逆量子化処理して、変換係数の信号Ｓ２５を復号す
る。そして、ＩＤＣＴ部６ではＤＣＴ逆変換の行列演算
処理を行い、Ｉピクチャ時には符号化画像信号、Ｐ，Ｂ
ピクチャ時には予測誤差信号の信号Ｓ２６を復号する。
加算部７は、Ｐ，Ｂピクチャ時にはＭＣＰＳ部９で生成
する予測信号ＰＳを加算し、その出力に符号化画像信号
Ｓ２７を得る。

【００４９】スイッチ部２２は、制御信号ＣＳＭに応じ
て、セル損失のないスライス層の領域は信号Ｓ２７、セ
ル損失が発生したスライス層の領域は修正信号ＣＳを選
択し、エラーコンシールメント処理を行った符号化画像
信号Ｓ２８を出力する。この信号Ｓ２８の一方はメモリ
部８に入力し、その出力信号Ｓ２９（符号化フレームの
１フレーム相当遅延された信号）を、ＭＣＰＳ部９とＭ
ＣＣＳ部２１とに入力する。

【００５０】ＭＣＰＳ部９は、動きベクトル信号ＭＶを
もとに、動き補償処理した予測信号ＰＳを生成する。ま
た、ＭＣＣＳ部２１は、動きベクトル信号ＶＭをもとに
エラーコンシールメント処理を行うマクロブロックの動
きベクトル情報を生成し、信号Ｓ２９に対してこの動き
ベクトル情報で動き補償処理を行い、動は補償のテンポ
ラル補間の修正信号ＣＳを生成する。

【００５１】一方、後処理部２３では、符号化画像信号
に対して信号フォーマットの変換処理を行い、もとの画
像フォーマットに復号した画像信号Ｓ３０を生成する。

【００５２】図４に本発明の第三の実施例における送信
部のブロック図を示す。本実施例は、本発明の前記方式
Ｃに好適なものであり、第一の実施例との相違は、ＢＳ
生成部２４で符号化データストリーム信号を二分し、Ａ
ＴＭ網のセル損失の優先チャネルと非優先チャネルを用
いて伝送する点である。

【００５３】すなわち、前処理部１からバッファ部１２
の各ブロックでは、前述の第一の実施例と同じ信号処理
を行い、入力画像信号Ｓ１をＭＰＥＧビデオ符号化した
符号化データ信号Ｓ９を生成する。

【００５４】また、ＳＬＭ設定部１４は、マクロブロッ
クを単位に、フレーム間の差分信号の大小、あるいは動
きベクトルの大小などの動き情報を使用して、画像の静
止領域と動き領域を判別する。そして、静止領域と動き
領域とでの信号処理を制御する制御信号ＳＬＭを生成す
る。

【００５５】ＢＳ生成部２４は、制御信号ＳＬＭに応じ
て、静止領域の符号化データと動き領域の符号化データ
に二分する。そして、前者ではスライス層のマクロブロ
ックの個数がＮＡ、後者ではスライス層のマクロブロッ
クの個数がＮＢからなる、図６に示したレイヤ構造の符
号化データストリーム信号Ｓ１３，Ｓ１４をそれぞれ生
成する。

【００５６】チャネル符号化部２５，２６は、ＡＴＭ網
で信号Ｓ１３，Ｓ１４を伝送するためのセル化処理を行
う。すなわち、信号Ｓ１３，Ｓ１４をセルと呼ぶ固定長
パケットのデータに分割し、各セルのＡＴＭヘッダ，Ａ
ＡＬヘッダに所定の情報を付加し、伝送データ信号Ｓ１
５，Ｓ１６を生成する。そして、伝送データ信号Ｓ15
は、セル損失率の多い非優先チャネル、Ｓ１６はセル損
失率の少ない優先チャネルを用いて伝送する。

【００５７】つぎに、本発明の第三の実施例の受信部の
ブロック図を図５に示す。

【００５８】優先チャネルで伝送された受信データ信号
Ｓ３１、および非優先チャネルで伝送された受信データ
信号Ｓ３２は、チャネル復号化部２７，２８でそれぞれ
符号化データストリーム信号Ｓ３３，Ｓ３４への復号処
理を行う。すなわち、セル化処理で固定長パケットに分
割して多重化伝送された各セルのデータを統合して、符
号化データストリーム信号を復号する。なお、各セルの
ＡＡＬヘッダ部のシーケンス情報でセル損失の有無を検
出し、セル損失の発生した領域にはダミーデータ（例え
ばオール零）を付加し、画像復号化部では、このダミー
データによってセル損失の領域の検出を行う。

【００５９】ＢＳ復号化部２９は、符号化データストリ
ーム信号Ｓ３３，Ｓ３４に対して、それぞれレイヤ構造
の各層ヘッダ部のスタートコード（ユニークワード）を
検出し、ヘッダ部の符号化パラメータ等の情報、および
符号化データを復号する。そして、優先チャネルと非優
先チャネルで伝送された二系列の信号を統合して符号化
データ信号Ｓ２２を生成し、バッファ部１９に入力す
る。

【００６０】バッファ部１９より読み出した信号Ｓ２３
は、図３の実施例と同じ信号処理を行い、画像信号Ｓ３
０を復号する。すなわち、ＩＶＬＣ部２０で量子化変換
係数の信号Ｓ２４，動きベクトル信号ＭＶ、および、エ
ラーコンシールメント処理の制御信号ＣＳＭを生成す
る。

【００６１】量子化変換係数の信号Ｓ２４は、ＩＱ部
５，ＩＤＣＴ部６，加算部７，スイッチ部２２，メモリ
部８，ＭＣＰＳ部９，ＭＣＣＳ部２１からなる各ブロッ
クの信号処理で、符号化画像信号Ｓ２８を復号し、後処
理部２３で信号フォーマットの変換処理を行い、画像信
号Ｓ３０を復号する。

【００６２】図１１は、送信部のＳＬＭ設定部１４の説
明図であり、同図（ａ）はフレーム間の差分信号、
（ｂ）は動きベクトル信号により、画像の静止領域と動
き領域の判別を行うものである。

【００６３】同図（ａ）では、符号化画像信号Ｓ２はフ
レーム間差分信号抽出部３０に入力し、１フレーム期間
遅延させた信号との減算演算でフレーム間の差分信号成
分を検出し、画像に含まれる雑音成分（振幅レベルの小
さな信号）を検出する特性で絶対値量子化の処理を行
い、信号ＦＤＳを出力する。静動判定部３１は、マクロ
ブロックを単位に、閾値Ｔｈを越える信号ＦＤＳの個数
を計測し、その個数が設定値Ｋ未満は静止、Ｋ以上は動
きと判定し、二値の静動信号ＳＭＣ（Ｌ：静止，Ｈ：動
き）を生成する。モード設定部３２は、一定区間（例え
ばマクロブロック数がＮＡ個の区間）における静動信号
ＳＭＣのＨレベル信号の個数をもとに、画像の静止領域
と動き領域との設定を行い、制御信号ＳＬＭ（Ｌ：静止
領域，Ｈ：動き領域）を生成する。

【００６４】同図（ｂ）では、図１（図２，図４）のＭ
Ｖ検出部１０で検出した動きベクトル信号ＭＶを、静動
判定部３３に入力し、動きベクトルの大きさが閾値ＴＭ
未満は静止、以上は動きと判定し、マクロブロック毎に
二値の静動信号ＳＭＣ（Ｌ：静止）を生成する。モード
設定部３２は、上述した動作で画像の静止領域と動き領
域との設定を行い、制御信号ＳＬＭを生成する。

【００６５】図１２は、送信部のチャネル符号化部１５
（１６，２５，２６）の一構成例で、同図（ａ）は構
成、（ｂ）はセル化部での動作の説明図である。

【００６６】符号化データストリーム信号Ｓ１０は、Ｆ
ＥＣ部３４に入力し、所定の固定長パケットのセルデー
タに分割し、各セルデータに対してＡＴＭ網で発生する
ランダム誤りの訂正を行うための誤り訂正符号ＦＥＣを
付加する。なお、符号化データストリーム信号が既に誤
り訂正符号の付加されたトランスポートストリームの形
態のものでは、ＦＥＣを付加する機能は省略することも
できる。

【００６７】セル化部３５は、セル化データＰＬＤに対
して、同図（ｂ）に示す様にＡＴＭヘッダ，ＡＡＬヘッ
ダに所定の情報を付加して、セル長が５３バイトで構成
する伝送データ信号Ｓ１１を生成する。すなわち、方式
Ａでは、ＡＴＭヘッダ（５バイト）にＶＰＩ／ＶＣＩ，
ＰＴ，ＨＥＣの情報を割り当てる。又、ＡＡＬヘッダ
（例えば１バイト）には、セル損失を検出するためのシ
ーケンス情報を割り当てる。一方、方式Ｂでは、ＡＴＭ
ヘッダのＣＬＰビットに、制御信号ＳＬＭがＬの静止領
域のデータに対しては非優先クラスを示す０、動き領域
のデータに対しては優先クラスを示す１のビット情報を
更に付加する。

【００６８】図１３は、受信部のＭＣＣＳ部２１の説明
図である。修正用ＭＶ生成部３６は、動きベクトル信号
ＭＶをもとに、動き補償のテンポラル補間に必要な補間
動きベクトル信号ＭＶＣを生成する。すなわち、エラー
コンシールメント処理を行うマクロブロックの動きベク
トル信号が存在する場合は、この動きベクトル信号で補
間動きベクトル信号ＭＶＣを生成する。一方、セル損失
等で動きベクトル信号が失なわれた場合は、マクロブロ
ックの周辺のマクロブロックの動きベクトル信号をもと
に補間動きベクトル信号ＭＶＣを生成する。ＭＣテンポ
ラル補間部３７は、前フレームの符号化画像信号Ｓ２９
に対して補間動きベクトル信号ＭＶＣによる動き補償の
信号処理を行い、動き補償のテンポラル補間の修正信号
ＣＳを生成する。

【００６９】なお、動き補償のテンポラル補間の処理
と、動き補償の予測信号の生成の処理は、類似な信号処
理であるため、両者の機能を備えた形態で構成すること
も可能である。この一構成例を図１４に示す。

【００７０】修正用ＭＶ生成部３６は、動きベクトル信
号ＭＶをもとに補間動きベクトル信号ＭＶＣを生成す
る。スイッチ部３８は、エラーコンシールメント処理の
制御信号ＣＳＭに応じて、修正処理を行うマクロブロッ
クの領域では補間動きベクトル信号ＭＶＣ、それ以外の
マクロブロックの領域では動きベクトル信号ＭＶを選択
し、動き補償ベクトル信号ＣＭＶを出力する。ＭＣ処理
部３９は、前フレームの符号化画像信号Ｓ２９に対し
て、動き補償ベクトル信号ＣＭＶによる動き補償の信号
処理を行う。そして、この出力から、エラーコンシール
メント処理を行うマクロブロックでは動き補償のテンポ
ラル補間の信号ＣＳ、それ以外のマクロブロックでは動
き補償で生成した予測信号ＰＳを得ることができる。

【００７１】このように、本発明の第一ないし第三の実
施例によれば、ＡＴＭ網で発生するセル損失に伴う復号
画像の画質劣化を局所化、かつ、大幅に低減し、かつ、
符号化効率ならびに両立性を損なうことなく、ＭＰＥＧ
ビデオ符号化を行う画像信号の符号化装置が実現でき
る。そして、次世代広帯域ＩＳＤＮにおける高品質ディ
ジタル映像通信において、高品質な画像サービスの提供
に顕著な効果を得ることができる。

【００７２】つぎに、本発明の画像符号化方法を用いた
テレビジョン信号のディジタル放送方式の一実施例につ
いて、図１５のブロック図で説明する。

【００７３】同図（ａ）は送信部、（ｂ）は受信部の構
成である。また、４０は画像符号化部，４１はＦＥＣエ
ンコーダ部、４２はインタリーブ部、４３はトレリス符
号化部、４４は変調部、４５はＵＰコンバート部、４６
はチューナ部、４７は復調部、４８はトレリス復号化
部、４９はデインタリーブ部、５０はＦＥＣデコーダ
部、５１は画像復号化部である。

【００７４】同図（ａ）の送信部では、画像信号Ｓ４０
は画像符号化部４０で、ＭＰＥＧビデオ符号化をベース
とした本発明の第一の実施例と同様の符号化を行い、符
号化データストリーム信号Ｓ４１を生成する。

【００７５】ＦＥＣエンコーダ部４１は、伝送系で発生
する符号誤りを訂正するための誤り訂正符号を付加す
る。例えば、誤り訂正符号としてＲＳ符号（２０８，１
８８，１０）を用い、信号Ｓ４１の１８８バイトのデー
タに対して２０バイトの検査ビットを付加し、符号長が
２０８バイトの信号系列Ｓ４２を生成する。このＲＳ符
号では１０バイトまでの符号誤りが訂正できるが、バー
スト誤りに対しても訂正が可能な様に、インタリーブ部
４２で信号系列Ｓ４２を複数セグメントに、順次、分配
する信号処理を行う。そして、各セグメントの先頭に同
期コードを割り当て、図１６に示すフレームデータ構造
の信号系列Ｓ４３を生成する。すなわち、フィールドＳ
ＹＮＣ１，２およびデータ＋ＦＥＣ（３１２セグメン
ト）でフレームを構成し、各セグメントは４バイトのセ
グメントＳＹＮＣ（同期コード）と８３２バイトのデー
タ情報からなる信号系列を生成する。

【００７６】トレリス符号化部４３は、変復調処理にお
ける符号化利得の向上を図るために、例えば、２／３ト
レリス符号による符号化処理を行い、信号系列Ｓ４４を
生成する。そして、変調部４４は、伝送媒体に適したデ
ィジタル変調、例えば、QPSK，ＯＦＤＭ，ＱＡＭ，多値
ＶＳＢなどの所定の変調処理を行い、変調信号Ｓ４５を
生成する。ＵＰコンバータ部４５は、変調信号Ｓ４５を
所定の伝送チャネルの周波数帯の信号に変換し、衛星波
あるいは地上波の伝送信号Ｓ４６を生成する。

【００７７】同図（ｂ）の受信部では、伝送信号Ｓ４６
はチューナ部４６でもとの周波数帯の信号に変換し、変
調信号Ｓ４７を復調する。復調部４７とトレリス復号化
部４８では、波形等化，ビタビ復号化，トレリス復号化
の信号処理を行い、フレームデータ構造の信号系列Ｓ４
９を復号する。デインタリーブ部４９は、セグメントＳ
ＹＮＣをもとに、複数セグメントに分配されているデー
タ情報の再配列処理を行い、ＲＳ符号の信号系列Ｓ５０
を復号する。この信号処理により、伝送系で発生するバ
ースト誤りはＲＳ符号では短ビットの符号誤りに変換さ
れる。ＦＥＣデコーダ部５０は、ＲＳ符号に含まれる符
号誤りの訂正を行い、符号化データストリーム信号Ｓ４
１を復号する。そして、画像復号化部５１は、本発明の
第一の実施例と同様の復号化処理を行い、画像信号Ｓ４
０を復号する。なお、ＦＥＣデコーダ部５０で符号誤り
の訂正が不能な領域は、第一の実施例におけるセル損失
の発生した領域とみなす復号処理が行われるため、バー
スト誤りに伴う画質劣化は大幅に低減できる。

【００７８】このように、本実施例によれば、伝送系で
発生するバースト誤り等の符号誤りの影響が少なく、耐
エラー特性の優れたテレビジョン信号のディジタル放送
方式および装置が実現できる。

【００７９】つぎに、本発明の画像符号化方法を用いた
画像信号のディジタル録画方式の一実施例について、図
１７のブロック図で説明する。同図（ａ）は記録部、
（ｂ）は再生部の構成である。また、４０は画像符号化
部、５２はＦＥＣエンコーダ部、５３はインタリーブ
部、５４は記録変調部、５５は再生復調部、５６はデイ
ンタリーブ部、５７はＦＥＣデコーダ部、５１は画像復
号化部である。

【００８０】同図（ａ）の記録部では、画像信号Ｓ４０
は画像符号化部４０で、ＭＰＥＧビデオ符号化をベース
とした本発明の第一の実施例と同様の符号化を行い、符
号化データストリーム信号Ｓ４１を生成する。

【００８１】ＦＥＣエンコーダ部５２は、録画系で発生
する符号誤りを訂正するための誤り訂正符号を付加す
る。誤り訂正符号にはバイト単位で訂正を行うＲＳ符号
などを使用し、検査ビットを付加した信号系列Ｓ６０を
生成する。インタリーブ部５３は、再生時のドロップア
ウト等で発生するバースト誤りも訂正可能な様に、イン
タリーブの信号処理を行い、同期コードやＩＤコード等
を付加し、図１６と類似なデータ構造の記録データ信号
系列Ｓ６１を生成する。記録変調部５４は、録画時の直
流遮断の影響を回避するために直流平衡のとれた信号系
列への変換処理（例えばｎ−ｍ変換など）、および記録
に適した波形信号処理などを行う。そして、この出力の
記録信号Ｓ６２で、蓄積媒体（例えばテープ，ハードデ
ィスク，ＣＤ−ＲＯＭ等）に信号を記録する。

【００８２】同図（ｂ）の再生部では、蓄積媒体から読
み出した再生信号Ｓ６３は再生復調部５５で最尤復号化
の復調処理を行い、記録データ信号系列Ｓ６４を復号す
る。デインタリーブ部５６は、同期コード，ＩＤコード
を検出し、これを起点にデインタリーブ処理を行い、Ｒ
Ｓ符号の信号系列Ｓ６５を復号する。そして、ＦＥＣデ
コーダ部５７は、ＲＳ符号に含まれる符号誤りの訂正処
理を行い、符号化データストリーム信号Ｓ４１を復号す
る。画像復号化部５１は、本発明の第一の実施例と同様
の復号化処理を行い、画像信号Ｓ４０を復号する。な
お、ＦＥＣデコーダ部５７で訂正不能な符号誤りの領域
は、第一の実施例におけるセル損失の発生した領域とみ
なす復号処理が行われるため、バースト誤りに伴う画質
劣化は大幅に低減できる。

【００８３】このように、本実施例によれば、録画系で
発生するバースト誤り等の符号誤りの影響が少なく、耐
エラー特性の優れた画像信号のディジタル録画方式およ
び装置が実現できる。

【００８４】

【発明の効果】本発明によれば、ＡＴＭ網におけるセル
損失や、録画系・伝送系におけるバースト誤りに伴う画
質劣化を局所化、かつ大幅に低減する耐エラー特性に優
れ、かつ、国際標準規格のＭＰＥＧビデオ符号化方式と
の両立性を損うことなく、符号化効率の優れた画像信号
の符号化方法および装置が実現できる。

【００８５】このため、次世代広帯域ＩＳＤＮによる高
品質ディジタル映像通信，次世代ディジタルＴＶ放送，
蓄積メディアへのディジタル録画などの分野において、
画像サービスの高品質化に顕著な効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の送信部のブロック図。

【図２】本発明の第二の実施例の送信部のブロック図。

【図３】本発明の第一，第二の実施例の受信部のブロッ
ク図。

【図４】本発明の第三の実施例の送信部のブロック図。

【図５】本発明の第三の実施例の受信部のブロック図。

【図６】ＭＰＥＧビデオ符号化の符号化データの説明
図。

【図７】ＭＰＥＧビデオ符号化の符号化フレームの説明
図。

【図８】修正領域と復号画像の画質との関係の説明図。

【図９】スライス層に割り当てるマクロブロックの個数
設定の説明図。

【図１０】セル損失に伴う復号画像の修正領域の説明
図。

【図１１】ＳＬＭ設定部の一構成例の説明図。

【図１２】チャネル符号化部の一構成例の説明図。

【図１３】ＭＣＣＳ部の一構成例のブロック図。

【図１４】ＭＣＰＳ機能を備えたＭＣＣＳ部の一構成例
のブロック図。

【図１５】本発明を用いたディジタルＴＶ放送方式の一
実施例のブロック図。

【図１６】フレームデータの一構成例の説明図。

【図１７】本発明を用いたディジタル録画方式の一実施
例のブロック図。

【符号の説明】

１…前処理部、２…減算部、３…ＤＣＴ部、４…Ｑ部、
５…ＩＱ部、６…IDCT部、７…加算部、８…メモリ部、
９…ＭＣＰＳ部、１０…ＭＶ検出部、１１…ＶＬＣ部、
１２…バッファ部、１３…ＢＳ生成部、１４…ＳＬＭ設
定部、１５…チャネル符号化部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＭＰＥＧビデオ符号化で情報量の圧縮を行
う画像信号の符号化方法において、上記ＭＰＥＧビデオ
符号化で規定する符号化ビデオシーケンスのスライス層
のマクロブロックの個数を、画像の動き領域と静止領域
とで適応的に変化させ、画像の動き領域では少数の個数
のマクロブロック，画像の静止領域では多数の個数のマ
クロブロックによって、上記スライス層の符号化データ
の構成を行うことを特徴とする画像信号の符号化方法。
【請求項２】請求項１記載の符号化された画像信号のＡ
ＴＭ伝送において、前記少数個数のマクロブロックで構
成されるスライス層の符号化データに対してはＡＴＭヘ
ッダ部のＣＬＰ（Cell Loss Priority）ビットをセル損
失率の少ない優先クラスとし、前記多数個数のマクロブ
ロックで構成されるスライス層の符号化データに対して
はＣＬＰビットをセル損失率の多い非優先クラスに、そ
れぞれ設定することを特徴とする画像信号の伝送方法。
【請求項３】ＡＴＭ網による画像データの伝送に複数チ
ャネルを用い、請求項１に記載の画像の動き領域に対応
した少数個数のマクロブロックで構成されるスライス層
の符号化データに対して、セル損失率の少ない優先チャ
ネルを用いることを特徴とする画像信号の伝送方法。
【請求項４】請求項１の符号化信号または請求項２また
は３の伝送信号を復号化する装置であって、上記画像符
号化データのうち、訂正不能な符号誤りを有するスライ
ス層のマクロブロック領域は、動き補償のテンポラル補
間により生成した修正信号で置換するエラーコンシール
メント処理を行うことを特徴とする画像信号の復号化装
置。
【請求項５】請求項１に記載の画像信号の符号化方法に
よって画像データの情報量の圧縮を行うテレビジョン信
号のディジタル放送方法。
【請求項６】請求項１に記載の画像信号の符号化方法に
よって画像データの情報量の圧縮を行うことを特徴とす
る画像信号のディジタル録画方法。