JPH10210462A - タイリングによる高解像度のビデオ圧縮のためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、標準的な従来から使用されている
部品を使用してデジタルビデオ信号の高解像度の画像の
通信を行う方法およびシステムを提供することを目的と
する。 【解決手段】 本発明の方法は、複数の独立にテジタル
コード化された小画像で画像を表し(60)、この複数の独
立にテジタルコード化された小画像に対する複雑度を決
定し(70)、実質的に一定の直列ビット流速度によって特
徴付けられるデジタルビデオ信号を生成するために、複
数の独立にテジタルコード化された小画像を多重化する
(80)ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高解像度のデジタ
ルビデオ信号の通信システムおよび通信方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】効率的に娯楽な情報を放送することは長
い間、放送媒体全体、特に画像、テキスト、および関連
する音響を含む複合ビデオ情報の目標であった。テレビ
ジョン受信機は家庭および多くのオフィスにおいて広く
設置されるようになっている。放送会社は、種々の形式
の情報および娯楽に対する要求を満たすために一般的な
関心および特定的な関心の番組を展開し続けてきた。

【０００３】放送会社間におけるビデオ情報を視聴者に
販売する競争の結果、テレビジョン産業において３原色
のアナログ式送信基準が設定された。不都合なことに、
３つの基準は数多くの理由のために両立せず、したがっ
て特定の部分的応用に限定された。ナショナルテレビジ
ョンシステムズ委員会（ＮＴＳＣ）の基準は主として北
米、中米、南米、および日本で使用されている。ＮＴＳ
Ｃの基準はさらに、数多くの米国の属領および領地によ
って採用されている。

【０００４】ＮＴＳＣ基準は、幅対高さの比（アスペク
ト比）が４：３で５２５本の走査線を有する６０ヘルツ
（Ｈｚ）の公称走査速度を有する。しかしながら、この
基準は２：１の飛越し走査を使用しているので、実際の
ビデオフレーム速度は１秒当り３０フレームである。関
連した音響を含むビデオ信号は、約６ＭＨｚの帯域幅の
チャンネルにおいて放送される。

【０００５】例えばイギリスにおいて使用されている、
テレビジョン産業における別の設定されたアナログ送信
基準は、ＰＡＬ（各位相入換え回線）の基準である。Ｓ
ＥＣＡＭ（シーケンスのカラーおよびメモリ）のテレビ
ジョン送信基準は、主としてフランスおよび旧ソ連邦区
域の国々において使用されている。これらの基準は、５
０Ｈｚの共通の電源と両立する公称走査速度で６２５本
の走査線の解像度を有している。これらの信号は、６Ｍ
ＨｚのＮＴＳＣの信号帯域幅よりも僅かに大きい、約８
ＭＨｚの帯域幅を必要とする。

【０００６】さらに最近、通常のテレビジョン放送シス
テムにおいて利用されているものよりも一層高い解像度
または鮮明度を与えるために多数の基準が生成され、競
い合っている。日本で使用されているような幾つかのシ
ステムは、フレーム内の走査線の数を単純に２倍にし
て、１６：９の変更されたアスペクト比を提供する。し
かしながら、これは１秒当り３０フレームのフレーム速
度を維持するために増加された帯域幅を有する通信チャ
ンネルを必要とする。一層高い解像度を達成するため
に、特定の区域において利用できるチャンネルの数を最
大にする一方で、種々の信号圧縮方法が使用される。し
かしながら圧縮後でさえも、これらのシステムは典型的
に、もっと低い解像度の送信に比較して一層大きい帯域
幅を必要とする。

【０００７】マイクロプロセッサでは、画像および音響
品質を高めるためにデジタルビデオ信号の使用が促進さ
れ、一方で情報のコード化を向上させ、益々一層精巧に
なった。しかしながら、高解像度のデジタル画像は、従
来の低い解像度のアナログ信号と比較して著しく大きい
帯域幅を必要とする。したがって、アナログの高い鮮明
度のテレビジョン（ＨＤＴＶ）信号において、デジタル
信号もまた送信前に著しい圧縮を必要とする。事実、普
通の解像度のデジタル信号は実際的な圧縮を必要とす
る。

【０００８】ＨＤＴＶ、フィルム、またはそれに類似す
るもののような高解像度の画像のシーケンスのための圧
縮装置および圧縮復元装置は、膨大な量の計算を必要と
する。ＨＤＴＶおよび類似の高解像度のサービスに対す
る要求が比較的に低く、米国において基準が最終的に決
定されていないために、集積回路（ＩＣ）チップの製造
者は、高速度の専用圧縮装置および圧縮復元装置を生成
するために必要なソースを分配することに消極的であ
る。さらに、そのようなＩＣの生産量が少ないために、
それらは非常に高価になり、多くの応用に対するそれら
の実行の可能性を減少する傾向がある。連邦通信協会
（ＦＣＣ）が米国におけるＨＤＴＶ基準の最終的な承認
を与えるまで、この状況は変化しないであろう。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は標準的な既製の製品における普通の解像度のエン
コーダおよびデコーダを使用するデジタルビデオ信号に
よって表された高解像度の画像の通信のためのシステム
および方法を提供することである。

【００１０】本発明の別の目的は、各小画像の空間周波
数の内容を特徴付けるために複雑度（complexity measu
re）を使用して、種々の小画像に対するビットの割当て
を制御する高解像度の画像の通信システムおよび方法を
提供することである。

【００１１】本発明のさらに別の目的は、認識されたテ
レビジョン工業会の送信基準にしたがって画像をエンコ
ードおよびデコードすることを含む高解像度の画像の通
信システムおよび方法を提供することである。

【００１２】本発明のさらに別の目的は、実質的に一定
の直列ビット流速度によって特徴付けられるデジタルビ
デオ信号によって表される高解像度の画像の通信システ
ムおよび方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の上記の目的並び
にその他の目的および特徴を実行する際に、多数の独立
してテジタルコード化された小画像で画像を表し、各小
画像に対する複雑度を決定し、コード化された小画像を
時分割多重化し、実質的に一定の直列ビット流速度によ
って特徴付けられるデジタルビデオ信号を生成すること
を含むデジタルビデオ信号によって表される高解像度の
画像の通信方法が提供される。この方法はさらに、公認
のテレビジョン工業会の送信基準にしたがう通信チャン
ネルにおいてデジタルビデオ信号を送信し、複数の独立
してテジタルコード化された小画像を再生するためにビ
デオ信号を多重化し、各小画像をデコードし、高解像度
の画像を再生するためにデコードされた小画像を結合す
ることを含む。１実施形態において、画像はＮＴＳＣテ
レビジョン工業会の送信基準にしたがってエンコードお
よびデコードされる。

【００１４】本発明はまた、デジタルビデオ信号によっ
て表される高解像度の画像の通信システムを提供する。
このシステムは、高解像度の画像の独立した小画像をコ
ード化し、その複雑度を決定する複数の標準デジタルエ
ンコーダを含んでいる。システムは、さらに実質的に一
定の直列ビット流速度によって特徴付けられたデジタル
ビデオ信号を生成するために、対応する複雑度に基いて
コード化されたデジタル信号を結合するためのデジタル
エンコーダと通信するマルチプレクサも含んでいる。こ
のシステムはさらに、独立した小画像を種々のデジタル
エンコーダと同期して送信するパーサも含んでいる。１
実施形態において、システムは、圧縮された画像に対し
て予め決められた所望のビット流速度を維持し、全体的
な画像品質を最大にするために、各デジタルエンコーダ
からのビット流速度の平衡を保つ時分割マルチプレクサ
を含んでいる。

【００１５】本発明はさらに、高解像度画像を表す実質
的に一定の直列ビット流によって特徴付けられるデジタ
ルビデオ信号を発生するためのエンコーダを含んでい
る。このエンコーダは、高解像度の画像を多数の小画像
に分割するためのパーサ、および小画像を同期して受信
し、対応するデジタル表示を発生するためのパーサと通
信する多数のサブエンコーダを含んでいる。デジタル表
示は、各小画像における空間周波数の内容を示す複雑度
を含んでいる。エンコーダは、実質的に一定の直列ビッ
ト流を生成するために複雑度に基いてデジタル表示を多
重化するサブエンコーダと結合されたマルチプレクサを
含んでいる。１実施形態において、マルチプレクサはさ
らに、デジタル表示の発生速度を制御するために、統計
的速度制御信号を各サブエンコーダに供給する。

【００１６】本発明はさらに、高解像度の画像を表す実
質的に一定の直列ビット流によって特徴付けられるデジ
タルビデオ信号を受信するためのデコーダを含んでい
る。このデコーダは、直列ビット流を高解像度の画像に
対応する多数の小画像に分割して対応する信号を関連し
たサブデコーダに送ってそれが各小画像をデコードする
デマルチプレクサを含んでいる。デコーダはさらに、高
解像度の画像を再生するために小画像を結合するデコー
ダと結合されたメモリを含んでいる。

【００１７】本発明は、従来の技術のシステムおよび方
法にまさる多数の利点を与える。本発明は、高解像度の
ビデオエンコーダの構成を簡単にするために、小画像の
複雑さに基いた統計的多重化と組合わせて高解像度画像
の分割を使用する。さらに、本発明は既製のエンコーダ
およびデコーダを使用している。

【００１８】本発明の重要な特徴は、圧縮／圧縮復元Ｈ
ＤＴＶ信号に対して既製のハードワード（hardward）を
使用する一方で、本発明が、複雑な問題をより容易に解
決できる小さい問題に分割することによって解決する一
般的な方法を提供していることに注意すべきである。し
たがって、おれは並列計算の理論と全く一致する。

【００１９】したがって、第１の応用はＮＴＳＣエンコ
ーダおよびデコーダによるＨＤＴＶの信号の圧縮および
圧縮復元であるが、本発明はさらにＨＤＴＶのエンコー
ダおよびデコーダによって３５ｍｍの映画を圧縮できる
ことが認識される。

【００２０】本発明の上記の目的並びにその他の目的、
特徴、および長所は、添付の図面を参照して、以下の本
発明を実行する最良の態様の詳細な説明を理解すること
によって当業者に容易に明白になるであろう。

【００２１】

【発明の実施の形態】ここで図１のａを参照すると、全
体的に参照番号10によって示されている高解像度の画像
が複数の小画像またはタイルＩ₁ 乃至Ｉ₄ に分割されて
いる。本発明の１つの実施形態において、画像10は１４
４０画素の水平解像度ｘおよび９６０画素の垂直解像度
ｙを有する。Ｉ₂ のような各タイルは、７２０の水平画
素ｘ₂および４８０の垂直画素ｙ₂ を含んでいる。

【００２２】図１のｂは、本発明の別のタイリング方法
を示している。この方法において、水平解像度ｘ' は１
９２０画素に等しく、一方で垂直解像度ｙ' は１０８０
画素に等しい。したがって、小画像Ｉ₁ のような各タイ
ルまたは小画像は垂直のｙ´₁ 画素および水平のｘ´画
素によって形成され、ここで、ｙ´₁ はｙ画素に等し
い。

【００２３】ここで図２を参照すると、本発明のエンコ
ーダのブロック図が示されている。エンコーダ20は、好
ましくはＨＤＴＶフレームのようなフォーマット化され
たデジタル画像である圧縮されていない画像データ22を
受信する。エンコーダ20は、圧縮されていない画像デー
タ22を実質的に一定のビット流速度を特徴とする直列ビ
ット流24によって表されるデジタルビデオ信号に変換す
る。エンコーダ20は、圧縮されていない画像データ22を
受信し、同期して画像の一部分を個々に分離してサブエ
ンコーダ28乃至34へ送るパーサ26を含んでいる。図２に
示された実施形態は図１のａにおいて示されたタイリン
グ方法に対応する。したがって図１のｂの方法を実行す
るエンコーダは、６つの個々に分離したサブエンコーダ
を含んでいる。同様に、この概念は、高解像度の画像を
形成するために結合する種々の数の小画像に応用するこ
とができる。

【００２４】サブエンコーダ28乃至34は、ビデオデータ
を圧縮するための多数の既知のエンコーディング技術を
利用する。ＮＴＳＣサブエンコーダが利用されることが
好ましい。もちろん、設定された工業送信基準にしたが
うその他のサブエンコーダも利用可能である。サブエン
コーダ28のような各サブエンコーダは、最新の小画像の
空間周波数の内容を示す複雑度を発生する。複雑度と共
にテジタルコード化された信号は、時分割および統計的
マルチプレクサ36に送られる。複雑度は、特定の小画像
内に含まれている詳細部分のレベルの表示を与える。こ
の情報に基いて、マルチプレクサ36は、種々のサブエン
コーダ28乃至34に対するフィードバック信号を供給する
統計的速度制御信号38を発生する。統計的速度制御信号
38は、各エンコーダからのデジタルコード化された出力
速度を制御する。これは、信号の帯域幅のより多くをさ
らに一層複雑なビデオ画像をコード化するサブエンコー
ダに割当てることを可能にする。この構成は、詳細部分
区域の解像度を向上し、一方で実質的に一定の直列ビッ
ト流速度を維持する。時分割マルチプレクサ36は、通信
チャンネルにおける送信のために、種々のデジタルコー
ド化されたビット流を結合して単一で直列の固定速度の
ビット流24とする。

【００２５】複雑度を発生するために多数の既知の技術
を使用することができる。例えば、ディスクリートなコ
サイン変換（ＤＣＴ）は、各小画像の空間周波数の内容
を表すために利用可能である。しかしながら、速度制御
を行なって、または行なわずに、単一の標準帯域幅のチ
ャンネルにおいて通信可能なビデオ信号を発生する既製
の部品を使用するエンコーダは、本発明の技術的範囲内
である。速度制御を行わない本発明のソフトウエアシミ
ュレーションにおいて、各タイルが２Mb/sのデータ伝送
速度に対応する帯域幅を割当てられるという満足な結果
が得られた。

【００２６】ここで図３を参照すると、本発明のデコー
ダを示しているブロック図が示されている。デコーダ50
は、直列ビット流24を圧縮されていない画像データ52へ
変換する。本質的に、デコーダ50は、エンコーダ20のよ
うなエンコーダによって実行されるプロセスの逆であ
る。デコーダ50は、適切な小画像を複数のサブデコーダ
56乃至62の１つへ導く時分割デマルチプレクサを含んで
いる。その後サブデコーダ56のような各サブデコーダ
は、対応する小画像を圧縮状態から復元し、データを双
ポートメモリ64に送る。メモリまたはフレームバッファ
は、その後テレビジョン装置またはモニタのような適切
な表示装置を駆動するためにアナログ信号へ変換される
デジタルの圧縮されていない画像データ52を生成するた
めに種々の小画像を結合する。

【００２７】好ましい実施形態において、サブデコーダ
56乃至62はＮＴＳＣデコーダである。同じく好ましい実
施形態において、メモリ64は双ポートピンポンフレーム
バッファである。フレームバッファの一方のポートはス
クリーンディスプレイを駆動するために利用され、他方
のポートは種々のサブデコーダ56乃至62によって負荷さ
れる。もちろん、図３に示されているデコーダは、図１
のａに示されているようなタイリング方法に対応する。
また、サブデコーダの数に対するデコーダ50の特定の構
造は、適切な動作のためにエンコーダ20の構造に適合す
べきである。図３に示されているデコーダの構造はさら
に、類似の方法で配置された種々の既製の部品を有する
デコーダに拡大することができる。

【００２８】ここで図４を参照すると、本発明のシステ
ムおよび方法のステップが示されている。高解像度画像
は、ブロック60によって示されているような複数の小画
像に分割される。ステップは、高解像度画像をパース
し、ＮＴＳＣ（ブロック62によって表されている）、Ｐ
ＡＬ（ブロック64によって表されている）、またはＳＥ
ＣＡＭ（ブロック66によって表されている）のような設
定されたテレビジョン工業会の送信基準にしたがった画
像のコード化を含んでいることが好ましい。

【００２９】各小画像における複雑度は、ブロック70に
よって表されているように決定される。複雑度はブロッ
ク72によって表されているような各小画像の空間周波数
の内容を示していることが好ましい。知られているよう
に、空間周波数はブロック76によって表されているよう
な多くのその他の技術の中で、ブロック74によって表さ
れているようなディスクリートなコサイン変換（ＤＣ
Ｔ）を利用して得ることができる。

【００３０】続けて図４を参照すると、各テジタルコー
ド化された小画像は、ブロック82によって表されている
統計的多重化、および／またはブロック84によって表さ
れているような時分割多重化を含むブロック80によって
表されているように多重化される。統計的多重化は、さ
らに著しい複雑さ、すなわち一層高い空間周波数を有す
る小画像に信号の帯域幅を再割当てするためにブロック
70によって決定された複雑度を利用する。ブロック80の
結果、単一の放送チャンネルにおける送信が可能な直列
ビット流が得られ、実質的に一定のビット流速度によっ
て特徴付けられる。

【００３１】直列ビット流は、ブロック90によって示さ
れているように同軸ケーブル、光ファイバケーブル、捩
じられた電線対のケーブルのような通信媒体において、
または空中を通って送信される。その後送信された信号
は、図３のデコーダのようなデコーダを有する１つ以上
の受信機によって受信される。

【００３２】ビット流は、ブロック100 に示されている
ようにデマルチプレックスされ、種々の小画像を対応す
るサブデコーダへ導く。ブロック110 は、ブロック60に
よって表されているようなデジタルビット流を送信する
ために使用される特定の基準に応じて、ブロック112 に
よって表されているＮＴＳＣ、ブロック114 によって表
されているＰＡＬ、またはブロック116 によって表され
ているＳＥＣＡＭにしたがう小画像のデコード動作を表
している。

【００３３】圧縮から復元された小画像またはタイル
は、圧縮されていない高解像度の画像を再生するために
ブロック120 によって表されているように再結合され
る。

【００３４】もちろん、ここで示され記載された本発明
の型式は、本発明を実行するために設計された最良のモ
ードを含んでいるが、それらは本発明の可能な型式の全
てを示すことを意図しているものではない。記載された
実施形態は限定的なものではなく、単に説明として使用
されたものであり、特許請求の範囲に記載された本発明
の技術的範囲から逸脱せずに、種々の変形、変更を行う
ことができることが理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にしたがって高解像度画像を多数の小画
像に分割する２つのタイリング方法の説明図。

【図２】本発明のエンコーダのブロック図。

【図３】本発明のデコーダのブロック図。

【図４】本発明のシステムおよび方法において実行され
るステップの概略図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロニー・アール・バーンズ アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92714、アービン、ティーチャーズ・アベ ニュー 17502

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デジタルビデオ信号によって表される高
   解像度の画像の通信方法において、 第１の複数の独立してテジタルコード化された小画像で
   画像を表し、 それらの第１の複数の独立してテジタルコード化された
   小画像に対する複雑度を決定し、 実質的に一定の直列ビット流速度によって特徴付けられ
   るデジタルビデオ信号を生成するために、第１の複数の
   独立してテジタルコード化された小画像を多重化するこ
   とを特徴とする通信方法。
2. 【請求項２】 多重化ステップが、時分割多重化を含ん
   でいる請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】 多重化ステップが、複雑度および実質的
   に一定の直列ビット流速度に基く統計的多重化を含む請
   求項２記載の方法。
4. 【請求項４】 さらに、第１の複数の小画像に対応する
   第２の複数の独立してデジタルコード化された小画像を
   生成するためにビデオ信号をデマルチプレックスし、 第２の複数の小画像のそれぞれをデコードし、 高解像度の画像を再生するために第２の複数の小画像を
   結合することを含む請求項１記載の方法。
5. 【請求項５】 複雑度を決定するステップにおいて、第
   １の複数の小画像のそれぞれの空間周波数の内容を決定
   する請求項１記載の方法。
6. 【請求項６】 空間周波数の内容を決定するステップに
   おいて、第１の複数の小画像のそれぞれに対するディス
   クリートなコサイン変換を行う請求項５記載の方法。
7. 【請求項７】 デジタルビデオ信号によって表される高
   解像度の画像の通信システムにおいて、 複数の小画像のそれぞれが、高解像度の画像の独立した
   小画像をコード化し、対応する複雑度を決定する複数の
   デジタルエンコーダと、 複数のデジタルエンコーダと関連して動作し、実質的に
   一定の直列ビット流速度によって特徴付けられるデジタ
   ルビデオ信号を生成するために対応する複雑度に基いて
   複数のデジタルエンコーダからの信号を結合するマルチ
   プレクサとを具備していることを特徴とする通信システ
   ム。
8. 【請求項８】 複数のデジタルエンコーダと関連して動
   作し、複数の独立した小画像を複数のデジタルエンコー
   ダと同期して通信するパーサをさらに具備している請求
   項７記載のシステム。
9. 【請求項９】 マルチプレクサが、時分割および統計的
   マルチプレクサを含む請求項７記載のシステム。
10. 【請求項１０】 高解像度の画像を表す実質的に一定の
    直列ビット流によって特徴付けられるデジタルビデオ信
    号を発生するエンコーダにおいて、 高解像度の画像を複数の小画像に分割するパーサと、 パーサと関連して動作し、複数の小画像を同期して受信
    し、対応するデジタル表示を発生し、そのデジタル表示
    が複数の小画像の空間周波数の内容を示す関連した複雑
    度を含む複数のサブエンコーダと、 複数のサブエンコーダと関連して動作し、実質的に一定
    の直列ビット流を生成するために関連した複雑度に基い
    て複数のデジタル表示を多重化するマルチプレクサとを
    具備していることを特徴とするエンコーダ。
11. 【請求項１１】 マルチプレクサはさらにデジタル表示
    の発生速度を制御するために複数のサブエンコーダの各
    々に対して統計的速度制御信号を供給する請求項１０記
    載のエンコーダ。
12. 【請求項１２】 複雑度がディスクリートなコサイン変
    換を含む請求項１０記載のエンコーダ。
13. 【請求項１３】 高解像度の画像を表す実質的に一定の
    直列ビット流によって特徴付けられるデジタルビデオ信
    号を受信するデコーダにおいて、 高解像度の画像に対応する複数の独立してデジタルコー
    ド化された小画像を生成するためにビデオ信号をデマル
    チプレックスするための、デジタルビデオ信号を搬送す
    る通信チャンネルと関連して動作するデマルチプレクサ
    と、 複数の小画像のそれぞれをデコードするため、デマルチ
    プレクサと関連して動作する複数のサブデコーダと、 高解像度の画像を再生するために小画像を結合する複数
    のデコーダと関連して動作する双ポートメモリとを具備
    していることを特徴とするデコーダ。