JPH10136386A - 符号化ビデオ信号処理方式 - Google Patents

符号化ビデオ信号処理方式

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JPH10136386A
JPH10136386A JP9277393A JP27739397A JPH10136386A JP H10136386 A JPH10136386 A JP H10136386A JP 9277393 A JP9277393 A JP 9277393A JP 27739397 A JP27739397 A JP 27739397A JP H10136386 A JPH10136386 A JP H10136386A
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signal
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JP9277393A
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James Hedley Wilkinson
ヘドリー ウィルキンソン ジェームズ
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Sony Europe BV United Kingdom Branch
Original Assignee
Sony United Kingdom Ltd
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/40—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using video transcoding, i.e. partial or full decoding of a coded input stream followed by re-encoding of the decoded output stream
    • G—PHYSICS
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    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B27/00—Editing; Indexing; Addressing; Timing or synchronising; Monitoring; Measuring tape travel
    • G11B27/02—Editing, e.g. varying the order of information signals recorded on, or reproduced from, record carriers
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    • H—ELECTRICITY
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    • H04N5/00—Details of television systems
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    • H04N5/91—Television signal processing therefor
    • H04N5/92—Transformation of the television signal for recording, e.g. modulation, frequency changing; Inverse transformation for playback
    • H04N5/926—Transformation of the television signal for recording, e.g. modulation, frequency changing; Inverse transformation for playback by pulse code modulation
    • H04N5/9261—Transformation of the television signal for recording, e.g. modulation, frequency changing; Inverse transformation for playback by pulse code modulation involving data reduction
    • H04N5/9262—Transformation of the television signal for recording, e.g. modulation, frequency changing; Inverse transformation for playback by pulse code modulation involving data reduction using predictive coding

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信号を繰返し符号化し復号するとき、再構成
エラーを減少できる符号化器及び復号器を提供する。 【解決手段】 時間領域ビデオフレームＳｉをフレーム
再配列器４０を経て動きベクトル推定器４１、ＤＣＴ変
換器４３、量子化器４４に供給し、量子化／変換された
現フレームＳT ｉｑを作る。減算器４２が変換／量子化
された予測フレームＳT ｐｑをＳT ｉｑより減じ、イン
ター符号化信号Δを作る。予測フレームＳT ｐｑとイン
ター符号化信号Δとの和を逆量子化（４６）／逆変換
（４７）し、これを動き補償器４９に加え時間領域予測
信号Ｓｐを作る。これを変換（５０）／量子化（５１）
してＳT ｐｑを作る。量子化器４４と５１は同じ量子化
レベルＱｖに制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、符号化されたビデ
オ信号の処理に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８―２に定めら
れたＭＰＥＧ２規格に従ってデジタル的に符号化された
信号は、公知である。ＭＰＥＧ２に従って符号化された
信号は、Ｉフレーム並びにＰ及び（又は）Ｂフレームよ
り成る。Ｉフレーム即ちイントラ（内）符号化フレーム
は、該フレームの復号に必要な全情報が該フレーム内に
保存されているフレームである。Ｐ及びＢフレームは、
インター（間）符号化フレームであって２フレーム間の
動き補償差を含む。実際には、その差は、或るフレーム
と、１又は２の他のフレームから予測されたフレームと
の差である。その差は、結局１又は２のＩフレームを基
準とする。Ｐフレームは、Ｉフレームか又はＰフレーム
かも知れないただ１つの先行する基準フレームから予測
されたものである。Ｂフレームは、最も近い先行するＩ
又はＰフレーム及び最も近い後続のＩ又はＰフレームか
ら双方向に補間されたものである。これら符号化された
フレームは、画像グループ即ちＧＯＰに編成される。Ｇ
ＯＰは、少なくとも１つのＩフレームを含み、１以上の
Ｂ及び（又は）Ｐフレームを含むことがある。
【０００３】図１０は従来例を示すもので、図１０のＡ
は代表的なＭＰＥＧ２信号符号化器を示すブロック図で
ある。かような符号化器の動作は周知であるから、本明
細書では簡単な説明にとどめる。図１０のＡの圧縮（符
号化）装置は、フレーム再配列器８０、動きベクトル推
定器８１、動き補償器８９、減算器８２、加算器８８、
ＤＣＴ変換ユニット８３、量子化器８４、エントロピ符
号化器８５、逆量子化器８６及び逆ＤＣＴ変換ユニット
８７を具える。
【０００４】ＭＰＥＧでは知られているように、変換さ
れたデータのブロックは編成されてマクロブロックにな
り、マクロブロックは集められてスライスとなり、スラ
イスが集められて画像となる。画像には、上述の如く
Ｉ，Ｐ及びＢの３種類がある。フレーム再配列器８０
は、入力ビデオデータを受け、連続するＧＯＰに作用し
て、ＧＯＰ内の各画像が依存している画像のあとで圧縮
されるように画像を並べ変える。例えば、Ｂ画像（双方
向に予測された画像）が次のＩ又はＰ画像に依存する場
合、Ｂ画像が該Ｉ又はＰ画像のあとで圧縮されるように
並べ換える。
【０００５】例えは、ＧＯＰが最初に次の４つのフレー
ム（表示される順序に）Ｉ0 Ｂ1 Ｂ2 Ｐ3 ‥‥を含む場
合、ただし、Ｐ画像が基準としてＩ画像を用い、２つの
Ｂ画像が基準として前後のＩ及びＰ画像を用いるとき、
フレーム再配列器８０は、Ｉ0 Ｐ3 Ｂ1 Ｂ2 ‥‥の順序
で圧縮されるようにＧＯＰを並べ換える。これらの画像
は、該Ｉ0 Ｐ3 Ｂ1 Ｂ2 ‥‥の順序で復号されるように
復号器に送られる。
【０００６】Ｉ画像は、画像内符号化されたもの、即ち
他の画像に基かないで符号化されたものである。したが
って、ＧＯＰ内のＩ画像は、フレーム再配列器８０から
ＤＣＴ変換ユニット８３、量子化器８４及びエントロピ
符号化器８５に送られ、当該Ｉ画像を表す出力圧縮デー
タが発生される。
【０００７】この圧縮されたＩ画像データはまた、量子
化器８４から、逆量子化器８６及び逆ＤＣＴ変換ユニッ
ト８７より成る圧縮解除（復号）回路に送られる。これ
により、復号器内に存在するＩ画像が再構成され、動き
予測器８９に送られる。
【０００８】該ＧＯＰ内の圧縮されるべき次の画像は、
これは一般にＩ画像を基準とするＰ画像であるが、フレ
ーム再配列器８０から動きベクトル推定器８１に送ら
れ、Ｉ及びＰ画像間の映像の動きを示す動きベクトルが
そこで発生される。動き補償器８９は、動きベクトルと
Ｉ画像の復号されたものとを用いて、Ｐ画像を予測した
ものを発生する。このＰ画像を予測したものは減算器８
２で実際の画像から減算され、これら２フレーム間の差
は、ＤＣＴ変換ユニット８３、量子化器８４及び符号化
器８５に送られて圧縮される。前と同様に、符号化（圧
縮）された差データは、量子化器８４から出力され次い
で復号回路８６，８７によって復号され、差データが再
発生される。
【０００９】加算器８８は、上記の差データをＩ画像の
前回復号されたものに加算してＰ画像を復号したものを
発生し、これらは動き補償器８９の中に記憶され、次の
画像の圧縮に使用される。この過程が続き、他の画像を
基準として用いた各画像は、入力画像と、基準画像の前
回圧縮され復号されたものから動きを予測して作った入
力画像を予測したものとの間の差データを符号化するこ
とにより、事実上圧縮される。復号回路８６，８７によ
って導出された予測画像を用いることにより、最後に表
示される画像において再構成エラーが低減される。これ
は、差データがこの場合、入力画像と入力画像を再構成
するため差データに加算される、復号回路で得られる画
像データとの間の「エラー」に外ならないからである。
【００１０】Ｉ，Ｂ，Ｐという画像の種類を識別する情
報及び量子化レベルや動きベクトルに関する情報は、例
えばマクロブロックに付いている見出し内のシンタクス
（構文）データとして伝えられる。対応する復号器を図
１０のＢに示す。これより、予測された画像Ｓｐを時間
領域において復号された差データΔに加算し、復号され
た画像Ｓｉを生成していることが直ぐ分かる。
【００１１】同じビデオ信号を１度以上ＭＰＥＧ２符号
化して復号する場合、及びデータレート（量子化レベ
ル）が世代間で変化する場合、再構成される信号におけ
るエラー（即ち、原ビデオ信号と、符号化及び復号の１
以上の世代のあとで生成される信号との差）は、各世代
と共に増加する。
【００１２】このような数世代にわたる符号化、復号及
び再符号化、再復号は、例えば、各世代で異なる符号化
データレートを用いる編集システムで行われることがあ
る。かような符号化信号は、フレームを精確に編集する
ため時間領域で復号され、そして再符号化される。かか
る復号及び再符号化の繰返しは、他の状況においても行
われる可能性がある。
【００１３】１９９６年１０月９日出願の英国特許出願
９６２１０６７：９は、イントラ（内）符号化フレーム
と、量子化レベル及び動きベクトルが夫々付随するイン
ター（間）符号化フレームとより成るデジタル符号化信
号の処理方法を提案している。その方法は、インター符
号化フレームを夫々の量子化レベルを不変に保持しなが
らイントラ符号化フレームに変換するステップを含む。
夫々の量子化レベルを不変に保持することにより、イン
トラ符号化フレームの再構成エラーが復号及び再符号化
の多世代にわたって極めて小さくなることが、これまで
に判明した。これを図８に示す。同図において、線Ｙｏ
及びＣｏは、Ｉフレームに関する輝度及び色度の再構成
エラーを表す。多世代にわたってエラーが若干増加する
が、それは小さい。この図は、Ｉ及びＢの２フレームＧ
ＯＰを符号化し復号するコーデック「Ａ」の次に、単一
フレームのＧＯＰ（Ｉフレームのみ）を符号化し復号す
るコーデック「Ｂ」を使用した場合の結果を示す。図８
の結果は、Ａ，Ｂコーデックを連続して、即ちＡ，Ｂ，
Ａ，Ｂ，Ａ‥‥のように縦続（カスケード）接続した場
合の状況を示す。図８において、線Ｙ1 及びＣ1 は、Ｂ
フレームに関するエラーを表す。Ｙ1 ，Ｃ1 で示す如
く、エラーは、Ｂコーデックを使用するとき増加する
が、次のコーデック「Ａ」の第３世代で第１世代の結果
に近く回復する。
【００１４】図８は、再構成エラーを雑音対信号比（ｄ
Ｂ）として表すので、減少するＳ／Ｎ比は増加する再構
成エラーを表す。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、信号を繰返
し符号化し復号するとき、再構成エラーを減少できる信
号符号化器及び復号器を提供しようとするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】本発明は、一面におい
て、一連の画像を含む入力ビデオ信号からインター符号
化画像及びイントラ符号化画像を生成するビデオ信号符
号化方法及び装置であって、各インター符号化画像が ａ）上記入力信号の変換され量子化された画像と、 ｂ）上記入力信号から別個に変換され量子化されて導出
された対応する予測画像との間の差を作ることによって
生成され、上記入力信号の変換された画像と上記の変換
された予測画像とに施される量子化が同じである上記方
法及び装置を提供する。
【００１７】本発明は、他面において、上記一面におけ
る方法に従って符号化されたビデオ信号を復号する方法
及び装置であって、各インター符号化画像が ａ）上記変換され量子化されたインター符号化画像と、 ｂ）別個に変換され量子化された予測画像との和を作
り、その和を逆量子化及び逆変換してその復号画像を生
成することによって復号され、上記変換された予測画像
の量子化及び上記和の逆量子化に適用される量子化が、
上記インター符号化画像の量子化と類似か又は同じであ
る上記方法及び装置を提供する。
【００１８】本発明はまた、別の面において、上記の一
面における方法に従い信号を符号化して符号化された信
号を生成するステップと、該符号化された信号を伝送チ
ャンネル、記憶デバイス又は利用手段に加え、該符号化
された信号をそれから受けるステップと、その受けた符
号化信号を上記他面における方法に従い復号して復号さ
れた画像信号を生成するステップとを含む入力ビデオ信
号処理方法又は装置を提供する。
【００１９】入力ビデオ信号は、そのビットレートが伝
送チャンネル、記憶デバイス又は利用手段のビットレー
トに適合するように符号化され、それから受信するとき
に復号される。量子化レベルは、符号化の際に変更して
所望のビットレートを達成するか又は一定に保持しても
よい。上述した各面における発明は、別個に変換され量
子化され、その変換領域にあり同じ量子化を受けた実効
的なＩ画像からインター符号化画像を作ることにより、
再構成エラーを低減するものである。
【００２０】本発明は、更に他の面において、少なくと
も幾つかのインター符号化画像に変換し、再びイントラ
符号化画像に戻すビデオ信号処理方法であって、上記変
換され再変換される画像の量子化レベルを一定に維持す
る上記の方法を提供する。
【００２１】本発明は、更に別の面において、Ｉ画像を
Ｐ及び（又は）Ｂ画像に変換し再びＩに戻すとき、量子
化レベルを一定に維持することにより、再構成エラーを
減らすものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を具
体的に説明する。図１は、第１ビデオサーバから第２ビ
デオサーバにチャンネルを介して符号化画像データを転
送するシステムに本発明を適用した例を示す概略ブロッ
ク図である。図１のシステムは、デジタル符号化画像デ
ータを第１ビデオサーバ１から第２ビデオサーバ２へチ
ャンネル３を介して転送するものである。チャンネル３
は、信号伝送チャンネル及び（又は）ビデオテープ記録
再生器の如き信号記憶デバイスであり、或いはコンピュ
ータの如き他の利用手段であってもよい。
【００２３】本例では、ビデオサーバ１及び２は、Ｉフ
レームとして符号化されたビデオのみを記憶する。こう
すると、例えば、符号化されたビデオのフレームを精確
に編集することができる。チャンネル３の帯域幅、即ち
データレートは小さすぎて、正規のビデオフレームレー
トでＩフレームをサーバ１からサーバ２に転送すること
ができない。
【００２４】本システムはまた、Ｉフレームを時間領域
に、即ちデジタル・ベースバンドに復号するＩ復号器
４、該フレームをチャンネル３に適合するビットレート
で再び符号化する本発明による予測符号化器５、該フレ
ームを再び時間領域に復号する予測復号器６、及び元の
Ｉフレームを再構成して第２サーバ２に記憶させるＩ符
号化器７を具える。
【００２５】Ｉ復号器４の例を図２に示す。該復号器
は、第１サーバ１からＩフレームを受ける入力端２０、
エントロピ復号器２１、逆量子化器２２、逆ＤＣＴ変換
器２３及び出力端２４を含み、該出力端にデジタル・ベ
ースバンド・ビデオ信号を供給する。図３の対応するＩ
符号化器７は、デジタル・ベースバンド信号を受ける入
力端３４、ＤＣＴ変換器３３、量子化器３２、エントロ
ピ符号化器３１及びＩフレームが生成される出力端３０
を含む。これら復号器４及び符号化器７の動作は、従来
と同様であるので説明を省略する。
【００２６】図４は、本発明による予測符号化器を示
す。この符号化器は、ＭＰＥＧ２とは一致しないが、そ
の動作の多くはＭＰＥＧ２符号化器と同じか又は類似で
あって、ＭＰＥＧ符号器により復号できる符号化信号を
生成する。予測符号化器は、復号器４から復号されたＩ
フレームを受ける入力端２４、該フレームを並べ換える
フレーム再配列器４０、動きベクトル推定器４１、ＤＣ
Ｔ変換器４３、量子化器４４、減算器４２及びエントロ
ピ符号化器４５を有する。減算器４２は、変換され量子
化された現在のフレームＳT ｉｑと変換され量子化され
た予測フレームＳT ｐｑとの差Δ＝（ＳT ｉｑ−ＳT ｐ
ｑ）を作り、エントロピ符号化器４５は、その差Δをエ
ントロピ符号化して所望の符号化出力信号を生成する。
予測フレームＳT ｐｑは、該フレームＳT ｐｑを差フレ
ームΔに加える加算器４８、逆量子化器４６及び逆ＤＣ
Ｔ変換器４７を含む復号回路並びに動きベクトル補償器
４９、ＤＣＴ変換器５０及び量子化器５１によって生成
される。本発明のこの例では、量子化器４４及び５１
は、同じＱV 値に合せて量子化を行う。
【００２７】時間領域において差フレームΔを作る図１
０のＭＰＥＧ２符号化器とは異なり、図４の符号化器は
差フレームΔを変換領域において作る点に注目された
い。また、逆量子化器及び逆ＤＣＴ変換器が変換された
差フレームΔに対して作用する図１０のＭＰＥＧ２符号
化器と異なり、図４の符号化器では、逆量子化器４６及
び逆ＤＣＴ変換器４７が変換された現フレームＳT ｉｑ
に対して作用する点にも注目されたい。
【００２８】動作時、入力端２４で受けた復号信号Ｓｉ
を、１つのＩフレームと１以上のＰ及び（又は）Ｂフレ
ームとより成るＧＯＰに再配列する。そのフレーム、Ｇ
ＯＰの長さ、ＧＯＰ内のＰ及びＢフレームの数に適用す
る量子化値ＱV は、チャンネル３に適合するビットレー
トを達成するように選ぶ。そのビットレートを該チャン
ネルのビットレートより小さく選び、公知のビット調整
技法を用いて追加のビットをビットストリームの中に挿
入し、ビットレートをチャンネル３に適合させるように
してもよい。このビット調整は、エントロピ符号化器４
５のあとの従来のデータ・パッカー４５１で行われる。
【００２９】量子化値ＱV 及び動きベクトルＭV は、Ｍ
ＰＥＧ２符号化信号と同様に符号化ビットストリーム内
に含まれるシンクタス・データの中に含まれる。図５の
対応する復号器は、予測符号化器５からチャンネル３を
経て符号化信号を受ける入力端５１、エントロピ復号器
５５、加算器５２、逆量子化器５４、逆ＤＣＴ変換器５
３、動きベクトル補償器５９、ＤＣＴ変換器６０、量子
化器６１及び復号信号Ｓｉが生成される出力端３４を有
する。
【００３０】動作時、入力信号Δは、エントロピ復号さ
れたのち加算器５２で変換され量子化された予測信号Ｓ
T ｐｑに加算され、変換され量子化された信号ＳT ｉｑ
を生成する。この信号は、逆量子化器５４で逆量子化さ
れ、逆ＤＣＴ変換器５３で逆変換され、所望の出力信号
である時間領域復号信号Ｓｉを生成する。予測信号ＳT
ｐｑは、動きベクトルＭV を動き補償器５９で復号信号
Ｓｉに適用し、ＤＣＴ変換（６０）し、その結果を量子
化（６１）することによって生成する。量子化器６１及
び逆量子化器５４に適用される量子化値ＱV は同じであ
り、この値ＱＶは符号化器で変換された差信号Δに適用
され、シンタクス・データとして復号器に送られる。
【００３１】予測信号Ｓｐが時間領域信号であって逆量
子化された時間領域差信号Δに加算される図１０のＢの
ＭＰＥＧ２復号器と異なり、図５の復号器では、差信号
Δ及び予測信号ＳＴ ｐｑが共に変換領域にあり、その
変換領域で一緒に加算されている。各要素４３，４４，
４５及び４７内の信号はイントラ（内）フレーム符号化
されているので、確実に良好な縦続接続の結果を得るた
めに重要な鍵となるのは、この点である。即ち、図５の
復号器では、逆量子化器５４は、変換されたイントラ符
号化フレームＳT ｉｑに作用し、図１０のＢのＭＰＥＧ
２復号器の場合のように変換された差信号Δに作用して
いない。
【００３２】図４及び５の符号化器及び復号器を用いる
図１のシステムは、２つのモードで動作する。第１のモ
ードでは、最初のＩフレームの量子化レベルは、符号化
及び復号を通じて一定に維持される。この場合は図６に
示す如く、最初Ｉフレームとして符号化されたフレーム
を表す線Ｙ0 及びＣ0 は、数世代にわたり時間領域に復
号し再びＩに符号化する場合、ただし、１世代が、例え
ばＩを時間領域に復号しＩに再符号化する１周期である
とき、再構成エラーの増加は極めて小さい（〜０ｄＢ）
ことを示す。線Ｙ1 及びＣ1 は、同じモードの場合、Ｂ
フレームを数世代にわたって同様に復号し再符号化する
とき、再構成エラー変化はＩフレームと殆ど同じである
ことを示す。
【００３３】第２モードでは、符号化器５（図１）によ
り生成される信号の量子化レベルを変える（サーバ１か
ら供給される最初のＩフレームの量子化レベルに比べ
て）。例えば、上記チャンネルに適合するビットレート
を生成するように変える。図７は、Ｉ及びＢフレームを
数世代にわたり復号して再符号化し、各世代で量子化レ
ベルを交替させるとき、再構成エラーは、Ｂ及びＩフレ
ームについて殆ど同じであり世代数と共にエラーが増加
するものの１つおき（奇数番）の世代がその間（偶数
番）の世代よりエラーが減少する傾向にあることを示
す。
【００３４】図７と図８とを比べると、従来のＭＰＥＧ
の符号化及び復号の場合より上記エラーがずっと少ない
ことが分かる。図９を用いて図６，７及び８の結果の基
本原理を次に述べる。図９は、Ｉフレームの復号と符号
化の繰返しを、簡単のため動きベクトルの処理を省略し
て模式的に示すものである。図９において、Ｉ及びεは
変換されたデータを表し、Ｉ′及びε′は復号されたデ
ータを表す。次の説明は図９〜図１について行うが、図
９は、一般的に符号化と復号の数世代を要約して説明す
るものである。
【００３５】図４及び５の実施形態では、量子化される
フレームはＩフレームであることを承知されたい。予測
フレームＳT ｐｑは、符号化器において繰返し符号化、
復号及び再符号化を受けるＩフレームである。ＳT ｉ信
号（これもＩフレームである。）に変換される最初のＩ
フレームは、サーバ１からサーバ２に送られるに従い、
繰返し符号化、復号及び再符号化を受ける。
【００３６】符号化の第１段階では、例えばサーバ１に
Ｉフレームを記憶させる前のビデオ処理に対応して、Ｉ
フレームの各ピクセルは量子化処理を受けるが、この処
理は±ε／２までの量子化エラーを引起こす。図９で
は、これを初めの２世代につきε1 及びε2 として示
す。第１世代は、例えば、符号化してサーバ１に記憶さ
せるイントラ・フレームを生成し、図１の復号器４でこ
れを復号することに対応している。第２世代は、例え
ば、図１の符号化器５で符号化し、復号器６で復号する
ことに対応する。動き予測値が世代間で変わらず、ＤＣ
Ｔ変換及び逆ＤＣＴ変換が十分に精確でほぼ完全な再構
成が確保される限り、第２世代の量子化器に入力される
エラーは、第１世代で引起こされたエラー（ε1 ）と同
じである。第２世代の量子化器は、新しい一連のエラー
ε2 を引起こす。世代２の量子化器の出力は、原ソース
Ｉに別々のエラー成分ε1 及びε2 を加えたものとして
表される。エラーを別々の成分にしておく理由は、第３
世代で明らかになる。第３世代は、例えば、図１の符号
化器７及び後続の表示のための復号に対応する。第３世
代の終わりに出力される信号は、第１世代へソースとし
て供給されたものと殆ど同一である。したがって、変換
及び動きベクトル補償処理に十分な精度が与えられるな
らば、第３世代の量子化器への入力は、第１世代の変換
されたＩフレームに第１及び第２世代で引起こされたエ
ラーを加えたものとなるであろう。ところで、成分
（Ｉ′＋ε1 ′）は量子化器の出力に状態の変化を強制
するために少なくとも±ε／２の付加信号を必要とする
丸められた数である。
【００３７】図６において、量子化レベルを動作の第１
モードで数世代にわたって一定に保持するので、第２世
代の量子化器により引起こされるエラーε2 はゼロであ
る。というのは、量子化されるレベルＩ＋ε1 が丁度第
２世代量子化器のレベルになるからである（即ち、ε2
＝ε3 ＝０）。同様に、第３世代量子化器により引起こ
されるどんなエラーも打消される。よって、第１世代の
損失のあとは、完全な再構成が保証される。
【００３８】図７において、量子化値は、予測符号化器
５（図１）又は量子化における変化に対応して、チャン
ネル３のビットレートに適合するように第２世代で変更
される。したがって、第２世代の量子化器は新しい一連
のエラーε2 を引起こし、量子化された信号はＩ＋ε1
＋ε2 となり、再構成された信号Ｉ′＋ε1 ′＋ε2′
は減少した雑音対信号比を示す。第３世代では、復号器
６における復号及び符号化器７におけるＩへの再符号化
に対応して、量子化は第１世代の量子化と同じに調整さ
れる。第３世代への入力信号は、Ｉ′＋ε1 ′＋ε2 ′
である。第３世代で第１世代と同じ量子化レベルで信号
を量子化するならば、第３世代からの再構成信号はＩ′
＋ε1 ′＋ε2 ′＋ε3 ′となるように思われるかも知
れない。しかし、ε3 ′＝ε1 ′でありＩ′＋ε1 ′は
量子化される値であるから、ε3′はゼロである。した
がって、第３量子化器からの出力はＩ／ｑ1 ＋ε1 ／ｑ
1＋ε2 ／ｑ1 となる。
【００３９】Ｉ／ｑ1 ＋ε1 ／ｑ1 は整数値である。多
くの場合、ε2 ＜ε1 であるのでε2 ／ｑ1 はゼロであ
る。したがって、第３コーデックからの出力信号は、第
１コーデックの出力に、ε2 がε1 を越える場合、小さ
な付加的エラーε2 を加えたものに等しい。この効果は
第３世代におけるＳ／Ｎ比の回復であるが、入力信号
Ｉ′と第１及び第２コーデックの量子化器間の関係とに
応じて第１世代で僅かな損失がある。
【００４０】本発明では、差データΔを変換され量子化
されたデータを減算して（ＳT ｉｑ−ＳT ｐｑ）生成す
るが、これらのデータは別々に同じ量子化を受けたもの
である。従来のＭＰＥＧ符号化器では、差データを、入
力及び予測データを減算し（Ｓｉ−Ｓｐ）それから変換
し量子化して（Ｓｉ−Ｓｐ）T ｑを作ることにより生成
している。ＳT ｉｑ−ＳT ｐｑを作ると、（Ｓｉ−Ｓ
ｑ）T ｑを作る場合に比べ僅かにエントロピを増加させ
る。
【００４１】本発明の応用例を更に図１１及び１２に示
す。例として、夫々Ｉフレーム及びＢフレームより成る
２画像のＧＯＰを有する２つの符号化されたビデオ・ビ
ットストリームＣ及びＤを考える。このようなビットス
トリームは、ＳＯＮＹ ＳＸ（商標）ビデオレコーダに
使用されている。例えば、境界Ｔ１（図１２）における
単純なカットにより、１フレームの精度で上記ビットス
トリームを編集してビットストリームＥを生成したいと
仮定する。その場合、少なくともＢフレーム１２Ｄは先
行するそれの基準フレームから離れる。更に、編集され
たビットストリームは、もはやＩ―Ｂ ＧＯＰの連続シ
ーケンスでなくなり、カット個所Ｔ１で隣接するＢフレ
ームが出来る。
【００４２】本発明のこのような応用例を示す図１１に
おいて、例えばカメラ１１１により生成されたデジタル
・ビットストリームを、図４に示した如き本発明による
符号化器１１２を用いて符号化し、２のＩ―Ｂ ＧＯＰ
を有する符号化ビットストリームを生成する。このビッ
トストリームを例えばＳＸ ＶＴＲ １１３における如
く記録するか、さもなければ伝送もしくは利用してか
ら、編集のため編集器１１５に送る。図１２に示した如
く２つのビットストリームＣ及びＤを編集するために、
各ビットストリームＣ及びＤを図５に示した如き復号器
１１４を用いてベースバンドに復号し、ベースバンド
（即ち、未符号化デジタルビデオ）で編集を行なう。そ
れから、編集されたベースバンド・ビデオを図４に示し
た如き符号化１１６を用いて再符号化し、Ｉ―Ｂ ＧＯ
Ｐの正確なシーケンスを有する図１２に示す如きビット
ストリームＦを生成する。
【００４３】本発明のこの好適な応用例に従えば、最初
に符号化されたフレームの量子化レベルが復号及び再符
号化の間じゅう一定に維持される。また、最初にＢとし
て符号化されたフレームは、それらに付随した動きベク
トルを有する。それらの動きベクトルは、少なくとも最
初にＢとして符号化され、あとで再びＢとして符号化さ
れるフレームにも（コンシールメント・ベクトルとし
て）保持される。この好適な例は、上述した第１モード
に相当する。この好適な例によれば、ＩからＢ及びＢか
らＩへの変換を伴うＩ及びＢフレームの復号及び再符号
化において、殆ど損失をなくすことができる。
【００４４】図１１及び１２は編集の場合を示したが、
かような復号及び再符号化は、あとで復号及び再符号化
を伴うネットワークを通じての送信の場合の復号及び再
符号化のような他の状況においても、行われることがあ
る。本発明の応用例を２のＩ―Ｂ ＧＯＰについて説明
したが、これは、２に等しいか又は２より大きいどんな
長さのＧＯＰにも適用でき、また、そのＧＯＰにＰ及び
（又は）Ｂフレームが含まれていてもよい。どんなＩ，
Ｐ及び（又は）Ｂフレームでも、異なるＩ，Ｐ及び（又
は）Ｂフレームに殆ど無損失で復号して再符号化するこ
とができる。
【００４５】また、ビットストリームＣをベースバンド
に復号したが、原則としてＩフレームに復号することが
でき、そうすると、やはりフレームの精確な編集が可能
になる。第１モードにおける如く量子化レベルを一定に
維持するのがよいが、上述した第２モードにおける如
く、量子化レベルを符号化の世代間で変更してもよい。
ただし、数世代にわたると次第に劣化する。
【００４６】これまで本発明にＤＣＴ変換を使用した例
を述べてきたが、本発明の原理は、業界で周知のウェー
ブレット変換、サブバンド変換及びピラミッド変換の如
き他の変換にも同様に適用できるものである。
【００４７】図４の符号化器は、ＭＰＥＧ２規格と一致
しないが、ＭＰＥＧ復号器により復号できる符号化信号
を生成する。ただし、ＭＰＥＧ復号器では、本発明によ
って提供される縦続接続作用による再構成エラーの減少
という利益は得られない。
【００４８】本発明においてフレームに施される量子化
は、線形でも非線形でもよい。本発明をフレームに関し
て説明してきたが、本発明はフィールドにも適用でき
る。本明細書及び特許請求の範囲において、「画像」と
いう用語は、フィールド及びフレームを総称したもので
ある。インター符号化画像を生成する際、動きベクトル
がこれに付随する。これらの動きベクトルは、「コンシ
ールメント」ベクトルとしてビットストリーム内のシン
タクス・データの形で伝えられ、あとで復号及び符号化
を行う場合の再計算が回避される。また、あとのインタ
ー・フレーム符号化の精度を向上させる。
【００４９】
【発明の効果】本発明の効果については、既に繰返し述
べたので、重複記載を省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を用いたシステムの例を示す概略ブロッ
ク図である。
【図２】図１のシステムのＩフレーム復号器４を示す概
略ブロック図である。
【図３】図１のシステムのＩフレーム符号化器７を示す
概略ブロック図である。
【図４】図１のシステム予測符号化器５を示す概略ブロ
ック図である。
【図５】図１のシステムの予測復号器６を示す概略ブロ
ック図である。
【図６】「花畑」として知られる画像シーケンスに第１
の条件下で本発明の符号化器／復号器を用いた場合の再
構成エラーを示す線図である。
【図７】「花畑」として知られる画像シーケンスに第２
の条件下で本発明の符号化器／復号器を用いた場合の再
構成エラーを示す線図である。
【図８】「花畑」として知られる画像シーケンスにＭＰ
ＥＧ符号化／復号を施した場合の再構成エラーを示す線
図である。
【図９】図６，７及び８の結果を説明するための模式図
である。
【図１０】従来技術を示すもので、Ａは公知のＭＰＥＧ
２符号化器を、Ｂはそれに対応する復号器を示す概略ブ
ロック図である。
【図１１】本発明の他の応用例を示すブロック図であ
る。
【図１２】図１１の例の動作を説明するための模式波形
図である。
【符号の説明】
Ｓｉ…入力信号、４３…変換ユニット、４４…量子化
器、４６…逆量子化手段、４７…逆変換手段、４９…予
測画像生成手段（動き補償器）、５０…予測画像変換手
段、５１…変換された予測画像を量子化する手段、４２
…減算器、４５…エントロピ符号化器、４８…加算器、
１１５…編集手段

Claims (34)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一連の画像を含む入力ビデオ信号からイ
    ンター符号化画像及びイントラ符号化画像を生成するビ
    デオ信号符号化方法であって、各インター符号化画像が ａ）上記入力信号の変換され量子化された画像と、 ｂ）上記入力信号から別個に変換され量子化されて導出
    された対応する予測画像との間の差を作ることによって
    生成され、 上記入力信号の変換された画像と上記の変換された予測
    画像とに施される量子化が同じである上記の方法。
  2. 【請求項２】 上記予測画像は、少なくとも部分的に、
    上記の第１に掲げた上記入力信号の変換され量子化され
    た画像に先行する変換され量子化された画像から生成さ
    れ、上記の先行する画像は、逆量子化され逆変換される
    請求項１の方法。
  3. 【請求項３】 上記予測画像は双方向に補間された画像
    である請求項２の方法。
  4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１つの方法に従
    って符号化されたビデオ信号を復号する方法であって、
    各インター符号化画像が ａ）上記変換され量子化されたインター符号化画像と、 ｂ）別個に変換され量子化された予測画像との和を作
    り、その和を逆量子化及び逆変換してその復号画像を生
    成することによって生成され、 上記の変換された予測画像の量子化と上記和の逆量子化
    とに適用される量子化が同じである上記の方法。
  5. 【請求項５】 上記予測画像は、少なくとも部分的に、
    上記の最初に掲げた和に先行する逆量子化され逆変換さ
    れた和から生成される請求項４の方法。
  6. 【請求項６】 上記予測画像は双方向に補間された画像
    である請求項５の方法。
  7. 【請求項７】 上記画像が離散コサイン変換を用いて変
    換される請求項１〜６のいずれか１項の方法。
  8. 【請求項８】 上記画像がウェーブレット変換、サブバ
    ンド変換又はピラミッド変換を用いて変換される請求項
    １〜６のいずれか１項の方法。
  9. 【請求項９】 請求項１〜３、７又は８のいずれか１項
    の方法に従って上記入力ビデオ信号を符号化し、符号化
    された信号を生成するステップと、この符号化された信
    号を伝送チャンネル、記憶デバイス又は利用手段に加
    え、その符号化された信号をそれから受取るステップ
    と、その受取った符号化信号を請求項４〜６、７又は８
    のいずれか１項の方法に従って復号し、復号された画像
    信号を生成するステップとを含む入力ビデオ信号処理方
    法。
  10. 【請求項１０】 上記入力ビデオ信号は、変換され量子
    化されたイントラ符号化信号の逆量子化及び逆変換によ
    って生成される請求項９の方法。
  11. 【請求項１１】 上記復号された画像信号は、変換され
    量子化されたイントラ符号化画像信号として再符号化さ
    れる請求項９又は１０の方法。
  12. 【請求項１２】 復号され符号化される符号化信号の量
    子化レベルが一定に維持される請求項１０又は１１の方
    法。
  13. 【請求項１３】 請求項１〜３、７又は８のいずれか１
    項の方法に従い上記入力ビデオ信号を符号化して、符号
    化された信号を生成するステップと、 上記符号化された信号を選択的に伝送チャンネル、記憶
    デバイス又は利用手段に加え、該信号をそれから受取る
    ステップと、 上記符号化された信号を請求項４〜６、７又は８のいず
    れか１項の方法に従い復号して、復号された信号を生成
    するステップと、 上記復号された信号を処理するステップと、 上記処理された復号信号を請求項１〜３、７又は８のい
    ずれか１項の方法に従って再符号化するステップとを含
    む入力ビデオ信号処理方法。
  14. 【請求項１４】 上記復号された信号の処理には編集が
    含まれる請求項１３の方法。
  15. 【請求項１５】 復号され再符号化される上記符号化さ
    れた信号の量子化レベルは一定に維持される請求項１３
    又は１４の方法。
  16. 【請求項１６】 少なくとも幾つかのイントラ符号化画
    像をインター符号化画像に変換し、それから再びイント
    ラ符号化画像に戻すビデオ信号処理方法であって、これ
    らの変換され再変換される画像の量子化レベルを一定に
    維持する上記の方法。
  17. 【請求項１７】 上記イントラ符号化画像を請求項１〜
    ３のいずれか１項の方法に従ってインター符号化画像に
    変換し、この変換された画像を請求項４〜６のいずれか
    １項の方法に従ってイントラ符号化画像に再変換する請
    求項１６の方法。
  18. 【請求項１８】 一連の画像を含む入力信号からインタ
    ー符号化画像を生成するビデオ信号符号化装置であっ
    て、 上記入力信号の画像を変換し量子化する手段と、 上記入力信号から別個に変換され量子化され予測された
    画像を導出する手段と、 上記変換され量子化され予測された画像と、上記入力信
    号の変換され量子化された画像との間の差を作ることに
    より、インター符号化画像を生成する手段とを含み、 上記入力信号の変換された各画像と上記の変換され予測
    された対応する画像とに施される量子化が同じである上
    記の装置。
  19. 【請求項１９】 上記入力信号の画像を変換する変換ユ
    ニットと、 上記変換された画像を量子化する量子化器と、 上記変換され量子化された入力画像を逆量子化する手段
    と、 上記逆量子化された画像を逆変換する手段と、 上記逆変換され逆量子化された画像から予測画像を生成
    する手段と、 上記予測画像を変換する手段と、 上記変換された予測画像を量子化する手段と、 上記変換され量子化された入力画像と、上記変換され量
    子化された予測画像との間の差を作る減算器と、 上記差を符号化するエントロピ符号化器とを含む請求項
    １８の装置。
  20. 【請求項２０】 更に、上記変換され量子化された予測
    画像を上記差に加算して、上記入力画像を再構成する加
    算器を含み、上記逆量子化手段は上記再構成された入力
    画像を逆量子化する請求項１９の装置。
  21. 【請求項２１】 上記の予測画像生成手段は動き補償器
    を含む請求項１９又は２０の装置。
  22. 【請求項２２】 上記変換手段は離散コサイン変換を行
    う請求項１８〜２１のいずれか１項の装置。
  23. 【請求項２３】 上記変換手段は、ウェーブレット変
    換、サブバンド変換又はピラミッド変換を行う請求項１
    ８〜２１のいずれか１項の装置。
  24. 【請求項２４】 請求項１８〜２３のいずれか１項の装
    置によって符号化されたビデオ信号を復号する装置であ
    って、 上記装置が受ける変換され量子化されインター符号化さ
    れた画像と、別個に変換され量子化された対応する予測
    画像との和を作る手段と、 上記和を逆量子化し逆変換して復号された画像を生成す
    る手段と、 上記和を作る手段に加えるための量子化され変換された
    予測画像を生成する手段とを含み、 上記各予測画像とこれに対応する和とに施される量子化
    が同じである上記の装置。
  25. 【請求項２５】 上記予測画像を生成する手段は、上記
    復号された画像を受けるように結合された動き補償器を
    含む請求項２４の装置。
  26. 【請求項２６】 入力ビデオ信号を処理するシステムで
    あって、 符号化画像を生成する、請求項１８〜２３のいずれか１
    項の符号化装置と、 上記符号化画像を受けるように結合された伝送チャンネ
    ル、記憶デバイス又は利用手段と、 上記伝送チャンネル、記憶デバイス又は利用手段から上
    記符号化画像を受けるように結合され、該符号化画像を
    復号して復号された画像の信号を生成する、請求項２４
    又は２５の復号装置とを含む上記のシステム。
  27. 【請求項２７】 更に、逆量子化及び逆変換によりイン
    トラ符号化画像を復号して上記入力ビデオ信号を生成す
    る手段を含む請求項２６のシステム。
  28. 【請求項２８】 更に、変換及び量子化により上記復号
    された画像の信号をイントラ符号化画像として再符号化
    する手段を含む請求項２７のシステム。
  29. 【請求項２９】 イントラ符号化画像として復号され再
    符号化されるインター符号化画像の量子化が一定に維持
    される請求項２７又は２８のシステム。
  30. 【請求項３０】 請求項１８〜２３のいずれか１項によ
    り入力ビデオ信号を符号化して符号化された信号を生成
    する手段と、 上記符号化された信号を選択的に加え、これをそれから
    取り戻す伝送チャンネル、記憶デバイス又は利用手段
    と、 上記符号化された信号を請求項２４又は２５の装置によ
    り復号して、復号信号を生成する手段と、 上記復号信号を処理する手段と、 上記処理された復号信号を請求項１８〜２３のいずれか
    １項により再符号化する手段とを含む入力ビデオ信号処
    理装置。
  31. 【請求項３１】 上記復号信号を処理する手段は編集手
    段を含む請求項３０の装置。
  32. 【請求項３２】 復号され再符号化される符号化信号の
    量子化レベルを一定に維持する請求項３０又は３１の装
    置。
  33. 【請求項３３】 少なくともイントラ符号化画像を含む
    ビデオ信号を処理する装置であって、 少なくとも幾つかのイントラ符号化画像をインター符号
    化画像に変換する手段と、 上記インター符号化画像をイントラ符号化画像に戻すた
    めに再変換する手段とを含み、 インター符号化画像に変換され、またイントラ符号化画
    像に戻される上記イントラ符号化画像の量子化レベルが
    一定に維持される上記の装置。
  34. 【請求項３４】 上記変換手段は請求項１８〜２３のい
    ずれか１項の符号化装置を含み、上記再変換手段は請求
    項２４又は２５の復号装置を含む請求項３３の装置。
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