JPH10506505A - 連続ディジタルビデオの同期化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ディジタルビデオ信号の符号化及び復号化が反復されるシステムであって、フレームのイントラ符号化の繰り返しに起因する画質低下の問題が回避されるシステムである。本システムは、イントラ符号化処理を使用しながら反復されるフレームの符号化／復号化は、書き込みがなされていないフレームと同様のフレームを常に使用するということを保証しており、現在用いられているシステムほどは反復回数が多くならない。本発明は、復号化されたビデオ信号に符号化信号を付加することにより構成されており、前記符号化信号は、先に行われた符号化において書き込みが行われていないフレーム上の情報を含んでおり、前記信号を再度符号化する場合に、同一の符号化が使用され、それ故、失われる情報ははるかに少なくなるであろう。

Description

【発明の詳細な説明】 連続ディジタルビデオの同期化方法 圧縮／復元システム 本発明は、ディジタル信号、より詳しくはディジタルビデオ信号の処理に関す るものである。 ＩＳＯ／ＩＥＣ １１１７２−２（ＭＰＥＧ１）及び１３８１８−２（ＭＰＥ Ｇ２）などに開示されているディジタルビデオ圧縮アルゴリズムは、既に提案さ れてきており、ディジタル的に符号化されたフォーマットでビデオ信号を送信す るのに必要なバンド幅を低減するために使用されている。連続したビデオ信号の 時間的冗長性を低減するための符号化の手法は、通常、先行して復号化された画 像から未来画像（例えば、ディジタル的に符号化されたテレビジョンフレーム） を予測することである。１以上のフレームを未来画像として予測することにより 、標準となるＭＰＥＧ１及びＭＰＥＧ２に概説されているように、過去及び未来 からの予測的処理によって、中間フレームを符号化することが可能である。この 予測的符号化処理は、しばしば一定間隔で、符号化エラーの広がり及び蓄積を抑 制するため、そして復号化処理のための一義的な開始点を提供するために、現在 フレームの完全な再生（フレーム内符号化）により置き換えられる。 もし、２又はそれ以上のディジタル符号／復号化処理が一度に行われた場合、 フレーム内の純潔性が維持されているということは重要なことである。これは、 最初の圧縮処理でイントラ符号化されてきた画像は、同一の連続するビデオ信号 に対してその後に適用される全ての圧縮処理において再びイントラ符号化される ということを意味している。もし、この抑制が適用されれば、エラーの蓄積はシ ステム全体にわたって防止される。 ディジタルビデオ圧縮システムが、よりありふれたものになり始めるにつれて 、連続した符号化システムは物理的に異なる位置に存在しているので、上記の概 説された要求を達成するのは益々困難になり始めている、ということに注目する のは重要なことである。さらに重要なことは、ディジタル圧縮及び復元を受けた ビデオ信号は、復元された形式において記憶され編集され得る（例えば、アナロ グビデオ・カセットレコーダ上で）ということであり、そしてその後に送信目的 のために再符号化されるということである。図１は、現在使用されている２つの 連続した圧縮・復元システムを示しており、例えば、ビデオ・カセットレコーダ 上に記憶される中間信号（ｃ）を有している。この圧縮／復元処理のうち、記憶 及び伝送のうちの少なくとも一方は数回繰り返すことが可能である。もし、連続 した符号化の手段がそのようにカスケード接続されている圧縮システムが、全体 的に互いに独立して動作すると、画質が急速に低下する。それ故、もし、符号化 されたフレームが、そのようにカスケード接続されたものにおいてリフレッシュ のために使用されると、同じフレームが全体として一続きのエンコーダ及びデコ ーダを通してイントラ符号化される。 本発明は、第１の符号化システムにおいてイントラ符号化されてきたフレーム を、その後に第２の符号化システム及びこれに続く全ての符号化システムにより イントラ符号化する方法により、カスケード接続された圧縮システムの同期化を 可能ならしめる方法を提供するものである。 本発明によれば、ビデオ信号における情報を伝達するために、次の段階を含む 方法が提供される。すなわち、ビデオのフレームを表す一連のビデオ信号中のあ る点において、このフレームを作り出すために用いられる処理に関係する符号信 号を、ビデオ信号に対して付加する段階と、前記ビデオ信号のための符号化手法 を選択するために前記符号信号を使用する段階と、前記選択された符号化手法を 用いて前記ビデオ信号を符号化する段階と、前記符号信号を含む復号化されたビ デオ信号が生成されるように前記ビデオ信号を復号化する段階と、を含む方法で ある。 本発明がより容易に理解されるように、添付図面の参照例によって、いま、実 施形態が説明される。図１は、中間部記憶装置を有する、カスケード接続された ２つの連続した圧縮システムの例を示している。図２は、カスケード接続された ２つの連続した圧縮／復元システムを用いる本提案方法のブロック線図を示して いる。図３は、符号器の前段に検出器及び挿入器を有する、本提案方法Ｂのブロ ック線図を示している。図４は、符号化ブロックと共に信号波形の配列を時間的 に示したものである。 最初の実施形態は図２に示されており、これはそれぞれが符号器及び復号器に より構成されている、カスケード接続された２つの連続した圧縮システムを示し ている。 処理すべき信号（ａ）が符号器（１）に供給され、それから符号信号（ｂ）が 第１のシステムの復号器（２）に供給される。第１のシステムの復号器（２）は 、第１のシステムの符号化情報（ｄ）を信号挿入器（３）に送出する。信号挿入 器（３）は、以下に述べるように、ビデオ信号（ｅ）上に、前記情報を符号化す る。この情報は、それから第２の圧縮システムの信号検出器（４）に対してビデ オ信号（ｅ）と共に伝達される。信号検出器（４）は、ビデオ信号（ｅ）から情 報を抽出し、この情報を第２の圧縮システムの復号器（６）に向けて通過させる 。信号挿入器は、全ての復号器の出力側で用いられるので、そのようないくつか のシステムをカスケード接続することができる。この簡単な操作モードでは、ブ ランキングユニット（５）は、第２の復号器（６）に向けてビデオ信号を簡単に 通過させる。 最も単純な形態では、信号情報を適用するフレームの先頭において、信号情報 が垂直ブランキング間隔で符号化される。そのような応用例は、フレーム内信号 ビット出力用のディジタルビデオ信号ビット標準であるＩＴＵ−Ｒ ＲＥＣ．６ ５６に定義されているようなユーザデータフィールドの使用である。挿入器（３ ）と検出器（４）との間の伝送媒体が垂直ブランキング間隔に対して透明である ことが保証されている場合は、この簡単な方法が連続ビデオ圧縮システムを同期 化するのに必要な全てである。 上述した実施形態の欠点は、垂直ブランキング間隔に対して透明である伝送／ 記憶媒体に依存している、ということである。もし、そのような透明性が保証さ れない場合は、次に述べるように、ビデオ信号自身のアクティブ部分中に信号情 報が符号化されなければならない。 信号波形は、信号対ノイズ比の状態が最悪の放送品質下での、最も一般的に使 用されるアナログ及びディジタルの記録・伝送フォーマットでも存続できるよう に選択される。それは、例えば、０．３μ秒あるいはそれ以上のパルス幅を有す る、山形コサインパルスのような一連の発光パルスにより構成される。これらは 、信号化情報が適用されるフレームに先行するビデオフレームの最後のアクティ ブラインの始まりに位置することができる。このラインは、通常、ディスプレイ モニタのオーバースキャン領域中に隠れている。この先行するフレームの最後の ラインの中に情報を置くことにより、第２の符号器（６）は、そのイントラ符号 化フレームを前の符号化システムのイントラ符号化フレームに同期化させるのに 十分な時間を持つ。 イントラ符号化リフレッシュフレームの位置に関して、連続したビデオ圧縮シ ステムの同期化を行うためには、第１のシステムの復号器（２）から第２のシス テムの符号器（６）に１ビットのみの情報が搬送される必要がある。もし、この ことが上記のように１パルスにより行われるのならば、信号化情報が利用できな くなった場合、あるいは信号化ビットの信頼性ある検出のためには信号対ノイズ 比が低すぎる場合に、信号検出器（４）が手動で使用不能とされなければならな い。さもなくば、符号器（６）は、そのフレーム内を、はるかに望ましくない偽 の信号波形やランダムノイズに同期化させることを試みるかもしれない。 本提案方法が実際の応用においてどのように使用される場合でも、信号検出器 （４）は、信号化ビットそれ自身を検出することを必要とするばかりでなく、い ったい信号化情報が存在するのかどうか、そして、もし存在するとすれば、符号 器（６）の制御のために使用される誤り率に関して満足のいく品質であるかどう かについても決定しなければならない。 これは、信号ビットの代わりに、符号化同期化の単語により達成される。情報 は多くのフレームにわたって繰り返されるので（通常、イントラ符号化フレーム 毎に約１０の予測的符号フレームがある。）、数ビットのみの単語への拡張は、 信号化情報の信頼性を有する検出を可能ならしめるのに充分な冗長性を供給する 。 自動的信号化検出の更なる長所は、符号器（６）における再符号化の前に、ブ ランキングユニット（５）における信号化情報を取り除くことができる可能性が あるということである。この構成は、ディスプレイモニタが画像のオーバースキ ャンを行っている場合でさえも、観測者から信号化波形を隠すことを可能にして いる。 上記したような実施形態の欠点は、符号器と同様に復号器においても、付加的 な回路を必要とすることである。この問題は、符号器の前に検出器及び信号挿入 器の双方を移動することにより回避することができ、このようにして復号器にど のような回路を付加することも回避できる。図３は、提案された第３の実施形態 をブロック線図形式で示したものである。 もし、検出器（２）が信号化波形の存在を検出すると、検出器（２）は、情報 （ｃ）を符号器及び挿入器（１）の双方に渡す。もし、信号が検出されなければ 、符号化情報（ｄ）は符号器（３）により全体として決定される。 この方法は、いまや信号化波形をアナログ伝送・記憶形式ばかりでなく、ディ ジタル圧縮でも存続させなければならない範囲において、信号化波形上に付加的 に必要なものを配置する。これを達成するため、提案された信号は、例えば、３ ２ピクセル幅の一連の山形コサインパルスにより構成されている。各符号の中央 のピクセル部分（例えば、１６ピクセル）は一定レベルに維持され、そして圧縮 システムの符号化ブロックと共に配列され、このように、圧縮に起因する信号化 波形の歪みを最小化する。図４は、圧縮システムの符号化ブロックに関して信号 化波形がどのように配列されるかを示している。 この信号化波形の本質的特徴は、圧縮が波形上に持つかもしれない歪みを最小 化するために、１又はそれ以上の全部の圧縮ブロックの存続期間中、一定値を維 持していることである。連続するビット間に保護インターバルを挿入することに より、符号間のクロストークが最小化される。全ての符号は、符号化構造と共に 配列されているので、保護インターバルは、少なくとも１つの符号ブロックの水 平方向の大きさと等しい最小期間を持たなければならない。しかしながら、符号 間の波形は、それほど重要でなく、低スペクトル量を有するように通常は選択さ れることになるだろう。 上記された圧縮ビデオ処理の２つのモード（フレーム内符号化、及び予測的な 符号化）に対して、「動画像及び付属オーディオの符号化、ＩＳＯ／ＩＥＣ １ １１７２−１、ＭＰＥＧ−１、第２部、ビデオ」及び「動画像及び付属オーディ オの符号化、ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８−２、ＭＰＥＧ−２、第２部、ビデオ 」に記載されているような符号化手法は、２方向の予測画像の解像度を許容する 。これらは、過去及び未来の基準画像の双方から予測された画像である。２方向 の予測画像を用いながら、システム内の数サイクルの圧縮及び復元の後に、最良 の画質を達成するためには、イントラ符号化、２方向符号化、及び予測的符号化 の全体の処理が、全ての符号化／復号化サイクルにおいて忠実に反復されること が望ましい。 そのようなシステムは、３つの離散値の信号を必要とする。しかしながら、画 質全体にわたる信号化エラーの影響についてのこれらの値の相対的重要性は決し て均一なものではない。明らかに、イントラ符号化フレームの配列は、未来予測 と２方向予測との間の区別よりもさらに重要である。本提案方法は、他の符号化 パラメータはエラー保護の必要はないかもしれないが、付加的なエラー保護やイ ントラ符号化についての情報を設けることにより、その非均一性について考慮す ることが可能である。 一の圧縮システムから次の圧縮システムへの信号化が可能な符号化パラメータ の更に別の例はフィールド又はフレームの符号化の使用であり、ブロック走査パ ターンのタイプであり、最初の符号化処理における量子化テーブルである。 ビデオ信号が数段階にわたってディジタル圧縮及び復元を受けるシステムにお いては、最初の段階でイントラ符号化されたフレームは、また、システムの次に 続く全ての段階においてイントラ符号化されることがはるかに望ましいというこ とが、上記の説明からわかるであろう。本提案方法は、最小限の回路でそのよう な同期化の達成を可能にすることができる。 特に、復号器にどのような回路をも付加することを回避しながら、圧縮符号器 の最初の段階の前に、どのように信号波形を検出し、挿入するかということが示 されている。この方法は、連続する圧縮システムを同期化するのに最適であるが 、その応用は、ビデオ信号のアクティブ部分に搬送されるどのような種類の情報 伝達に対しても拡張可能である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 符号化されたビデオ信号の復号化を実行することと、 先の符号化の方法を示す前記復号化されたビデオ信号上に情報を付加するこ とと、 そして、前記ビデオ信号の後続する符号化における前記付加された情報を使用 することと、 を含んでいる、符号化及び復号化の連続したサイクルによるビデオ信号処理方 法。 ２． 前記付加された情報は前記後続する符号化の期間中は維持されており、 前記ビデオ信号上への情報の付加は、その後の復号化期間中は不要とする、 請求項１記載の方法。 ３． 前記付加された情報は、後の符号化の前に除去される、 請求項１記載の方法。 ４． 前記付加された情報は、ビデオ信号の垂直ブランキングインターバル区 間に対して付加される、 請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。 ５． 前記付加された情報は、前記ビデオ信号のアクティブ部分に対して付加 される、 請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。 ６． 前記付加された情報は、山形コサインの発光パルスを含んでおり、そし て前記付加された情報は、前記信号を符号化及び復号化する間に使用される伝送 フォーマットでも存続するものである、 請求項２または５のいずれかに記載の方法。 ７． 前記付加された情報は、前記ビデオ信号上に変調された複数ビットの２ 進語を含んでいる、 請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。 ８． 前記符号化の段階は圧縮を含んでおり、前記復号化の段階は復元を含ん でいる、 請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。 ９． 前記符号化されたビデオ信号はフレーム内符号化され、前記付加された 情報は、フレーム内符号化の同期化に関する情報を含んでいる、 請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。 １０． 前記付加された情報は、２方向に符号化されたフレーム又はフィール ドフレームの符号化を含んでいる、 請求項１乃至９のいずれかに記載の方法。 １１． ビデオ信号を符号化するための符号化手段と、 ビデオ信号を復号化するための復号化手段と、 符号化方法を指示する情報をビデオ信号に対して付加するために配設された挿 入手段と、 ビデオ信号が前記付加情報を持っているかどうかを検出する検出手段と、 を含んでいる、ビデオ信号の連続する符号化及び復号化の１サイクルを実行す る装置。 １２． 前記挿入手段は前記復号化手段により出力される信号に対して情報を 付加するものであり、前記符号化の方法は、前記復号化手段へ入力される符号化 された信号の符号化方法であり、 前記検出手段は、前記付加された情報が存在するかどうかを示す信号をブラン キング手段に出力し、これによりブランキング手段は、それが存在していれば、 付加される情報を取り除くようになっており、 前記検出手段は、この検出手段により検出されたいずれかの付加された情報を 示す信号を前記符号化手段に対して出力するものであり、 前記符号化手段は、前記ブランキング手段により出力される信号を前記検出手 段からの信号に対応させて符号化するものである、 請求項１１記載の装置。 １３． 前記検出手段は、前記検出手段によって、入力したビデオ信号上で検 出されたいずれかの付加された情報を示す信号を、前記符号化手段に対して出力 するものであり、 前記符号化手段は、前記信号により前記ビデオ信号に対する方法を確立するも のであり、この確立された符号化方法を示す第２の信号を前記挿入手段に対して 出力するものであり、 前記挿入手段は、前記ビデオ信号上に付加された情報がすでに存在しない場合 に、前記第２の信号に対応する情報を、入力したビデオ信号に対して付加するも のであり、 そして、前記符号化手段は、前記付加された情報と共に、前記ビデオ信号を符 号化するものである、 請求項１１記載の装置。 １４． 前記符号化には圧縮が含まれ、前記復号化には復元が含まれる、 請求項１１乃至１３のいずれかに記載の装置。 １５． 前記符号化されたビデオ信号はフレーム内が符号化されたものであり 、前記付加された情報は、フレーム内符号化の同期化に関する情報を含んでいる 、 請求項１１乃至１４のいずれかに記載の装置。 １６． 前記付加された情報は、２方向の符号化されたフレーム又はフィール ドフレームの符号化を含んでいる、 請求項１１乃至１５のいずれかに記載の装置。