JPH1066081A - Mpegデコーダのためのマルチモード・データ削減システム - Google Patents

Mpegデコーダのためのマルチモード・データ削減システム

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JPH1066081A
JPH1066081A JP9162948A JP16294897A JPH1066081A JP H1066081 A JPH1066081 A JP H1066081A JP 9162948 A JP9162948 A JP 9162948A JP 16294897 A JP16294897 A JP 16294897A JP H1066081 A JPH1066081 A JP H1066081A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 HDTV受像機および低コストのHDTV受
像機に用いられるMPEG互換デコーダについて、デー
タの削減を図ったメモリ管理システムを提供する。 【解決手段】 MPEGデコーダ10〜33は、水平デ
ィテール削減(29)とデータ再圧縮(30)を選択的
に採用する制御可能なデュアルモード・データ削減ネッ
トワークを、デコーダと、表示されるイメージ情報(2
7)が得られるデコーダ・フレーム・メモリ20との間
に使用している。データ削減量は、ディスプレイ・デバ
イスの解像度に従って、例えば、高精細解像度に等し
く、またはそれ以下に製作者によって選択される。ま
た、フレーム・メモリ・サイズも、ディスプレイ・デバ
イスの解像度に従って製作者によって選択される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、HDTV受像機お
よび低コストHDTV受像機に関連してMPEG互換の
デコーダ(MPEG compatible decoder) で使用されるメモ
リ管理システムに関する。
【0002】なお、本明細書の記述は本件出願の優先権
の基礎たる米国特許出願第08/666,773号(1
996年06月19日出願)の明細書の記載に基づくも
のであって、当該米国特許出願の番号を参照することに
よって当該米国特許出願の明細書の記載内容が本明細書
の一部分を構成するものとする。
【0003】
【従来の技術】ディジタル技術の急速な進歩に伴って、
高精細テレビジョン(HDTV)などの種々の分野にお
けるディジタル・イメージ信号処理も同じように進歩を
遂げている。これに関連して開発されたものとして、M
PEG(Motion Picture Experts Group)信号圧縮規格
(ISO/IEC 13818-2 ,1994年5月10日)がある。
この広く受け入れられているイメージ処理標準は、HD
TVシステムを含む衛星、ケーブルおよび地上放送シス
テムで使用すると特に魅力的であることが知られてい
る。
【0004】最近、米国においてグランド・アライアン
ス(Grand Alliance ) HDTVシステムとして提案され
ているディジタルHDTV地上放送システムでは、MP
EG−2圧縮標準を使用してデータ圧縮された高精細
(high definition - HD)プログラム・マテリアルの
ディジタル放送の標準が定義されている。このグランド
・アライアンスHDTVシステムについて、例えば、19
94 Proceedings of theNational Association of Broad
casters, 48th Annual Broadcast EngineeringConferen
ce Proceedings, March 20-24,1994に記載されている。
MPEG−2規格(standard)では、HDイメージを圧縮
解除(decompress)してテレビジョン受像機内などのディ
スプレイ・デバイスにより再生するために必要な手順が
定義されている。MPEGデコーダが、地上放送規格に
定義されているHDイメージを正しくデコード(復号)
するためには、約80メガビット(Mb) のメモリが必
要である。コンシューマ受像機では約96Mbのメモリ
が必要である。
【0005】HD放送規格では、ライン当り1920ピ
クセル(水平)×1080ライン(垂直)までのイメー
ジ解像度が規定されている。しかし、HD信号の受像機
によっては、経済上の理由から、このような高い分解能
を有するイメージの細部までを解像することができない
ディスプレイ・デバイスを採用しているものがある。ま
た、低コスト受像機によっては、その解像能力(resolut
ion capability) が全HD解像度(full HD resolution)
よりも大幅に低いものや、その解像能力が従来の標準精
細(SD) テレビジョン受像機のそれに近いもの、つま
り、720ピクセル×480ラインであるものがある。
MPEG圧縮規格のメイン・プロファイル(main profil
e)には、受信された高解像度HD圧縮データストリーム
から全高解像度HDイメージより低い解像度でデコード
するための、コスト節減(cost saving) 型規定は含まれ
ていない。たとえディスプレイ・デバイスの水平および
垂直解像度が高精細信号ソースから得られるものの半分
だけである場合でも、MPEG規格に従って正しくデコ
ードするためには全80メガビットのメモリを必要とす
るのが通常である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】テレビジョン信号受像
機に見られるようなMPEGビデオ信号デコーダでは、
MPEG符号化ディジタル・データストリームは公知の
ようにI、PおよびBイメージ・フレームを表している
ので、これをデコードするためには一般に2イメージ・
フレーム以上のメモリが必要になる。MPEGデータス
トリームをデコードするためには、3フレームのメモリ
が必要になるのが一般である。2フレームのメモリはレ
ファレンスIまたはPフレーム・データをストアするた
めに必要であり、1フレームのメモリはBフレーム・デ
ータをストアするために使用されている。現在では、必
要とされるメモリ量のコストは重要である。メモリを節
減し、その管理を慎重に行う必要性は、特に経済的なビ
デオおよびテレビジョン・コンシューマ・プロダクトに
おいては、かかるプロダクトのコストを妥当なレベルに
抑える上で重要である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の原理によれば、
本発明は、低コストの高精細システムなどのコンシュー
マ・プロダクト、特に、MPEG互換デコーダを使用す
るプロダクトに必要なメモリ量を節減し、その管理を慎
重に行うことが望ましいとの認識に基づいている。この
点に関してさらに、本発明は、MPEGデコーダが全高
精細ディスプレイ・システムで使用されるとは限らない
との認識、ならびに、MPEGデコーダによっては、低
コストで、低精細であっても、完全なMPEGデコーデ
ィングでない復号処理を許容し得る応用分野があるとの
認識に基づいている。
【0008】本発明によるシステムでは、メモリには、
MPEGデコーダによって処理された情報がストアさ
れ、そして、あらかじめ決めたイメージ解像度をもつデ
ィスプレイ・デバイスには、メモリから得られたイメー
ジ情報が表示される。MPEGデコーダは、データ削減
情報(data reduced infomation) をメモリへ送るための
データ削減ネットワーク(data reduction network)を含
んでいる。上記データ削減ネットワークから得られるデ
ータ削減量は、関連するイメージ・ディスプレイ・デバ
イスのイメージ解像度の関数になっている。
【0009】開示されている本発明の実施の形態では、
MPEGデコーダを備えたテレビジョン受像機は、全高
精細デコーディングおよびとディスプレイを行う場合に
も、低コストの低精細ディスプレイを行う場合にも、設
定可能になっている。MPEGデコーダは、プログラマ
ブル・デュアルモード・データ削減ネットワークを使用
し、デコーダと、表示されるイメージ情報が得られるデ
コーダ・フレーム・メモリとの間で水平ディテール削減
とデータ再圧縮(data re-compression) を選択的に採用
するようになっている。データ削減量は、受像機メーカ
が選定した関連イメージ・ディスプレイ・デバイスのイ
メージ解像度の関数になっている。フレーム・メモリ
も、ディスプレイ・デバイスの解像度と互換性をもつよ
うにメーカによって選択される。メモリがデコーダの外
部に置かれているときは、メモリ・ユニットのサイズ
は、システムの所期のイメージ解像度と互換性をもつよ
うに適切に選択することが可能である。
【0010】本発明の原理に従えば、低減メモリ動作を
容易にするための複数モード・データ削減は、データを
圧縮することのみ、あるいは、水平ディテール(horizon
taldetail) の削減と組み合わせることを含んでいる。
【0011】本発明の特徴によれば、垂直ディテールの
削減を除いた、水平ディテールの削減が採用される。
【0012】
【発明の実施の形態】図1は、テレビジョン受像機に見
られるようなディジタル・ビデオ信号プロセッサのう
ち、入力された高精細ビデオ信号を処理する部分を示す
図である。このプロセッサは集積回路に含まれ、アナロ
グ・チャネルを介して標準精細(standard definigion)
ビデオ信号を受信し、処理する機能を備えている。この
ビデオ・プロセッサは、ブロック10,12,14,1
6,18,20および22で構成された従来のMPEG
デコーダを含んでいる。MPEGエンコーダとデコーダ
は、例えば、Ang 他著「ビデオ圧縮は大きな利益をもた
らす。」IEEE Spectrum, October 1991 に説明されてい
る。
【0013】図1のシステムは、MPEG符号化圧縮デ
ータ(MPEG coded compressed data)の制御されたデータ
ストリーム(controlled datastream) を、その前に置か
れた入力プロセッサ、例えば、入力信号を復調したあと
でデータ・パケットを分離するトランスポート・デコー
ダから、受信する。この例では、受信される入力データ
ストリームは、米国の高精細地上テレビジョン放送シス
テムのためのグランド・アライアンス仕様規格に規定さ
れている高精細イメージ・マテリアル(1920×10
88)を表している。入力データストリームは、8×8
ピクセル(画素)を表すデータ・ブロックの形式になっ
ている。このデータは、圧縮された符号化イントラフレ
ーム(intraframe:フレーム内)情報とインタフレーム
(interframe:フレーム間)情報を表している。イント
ラフレーム情報は、Iフレーム・アンカ・フレームを含
んでいる。インタフレーム情報は、隣接ピクチャ・フレ
ーム間のイメージ差分(image difference)を表す予測動
き符号化残余イメージ情報(predictive motion coded r
esidual image information)を含んでいる。インタフレ
ーム動き符号化(motion coding) は、処理しようとする
現ブロックと先行再構築イメージ(prior reconstructed
image) 内のブロックとの間のオフセットを表す動きベ
クトル(motion vector) を生成することにより行われ
る。現ブロックと先行ブロックとの間の最良一致(best
match)を表す動きベクトルは符号化され、伝送される。
また、各動き補償(motion compenseted)8×8ブロック
と先行再構築ブロックの間との差分(残余)は伝送され
る前に、DCT変換され、量子化され、可変長符号化さ
れる。この動き補償符号化プロセスは、上記の Ang他著
の論文を含む、種々の出版物に詳しく説明されている。
【0014】MPEGデコーダは、低減メモリ動作モー
ド(reduced memory operating modes)を呈する。この動
作モードは、高精細イメージ・シーケンスを低コスト受
像機でデコードするとき必要になるメモリ量を大幅に節
減することができる。後述するように、これらのモード
では、メモリにストアされるビデオ・フレームを圧縮
し、デコーダ・ループ内でピクセル・データを選択的に
水平方向にフィルタリングし、デシメート(decimate)す
ることが行われる。例えば、あるモードでは、システム
はアンカ・フレームの圧縮を行う。別のモードでは、シ
ステムはローパス・フィルタリングとダウンサンプリン
グによって水平方向ディテールを低減したあとで圧縮を
行う。ブロック圧縮はデシメーションなしで使用できる
が、水平デシメーションをデシメーションなしで行うこ
とはこのシステムでは望ましくない。圧縮(compressio
n) とデシメーション(decimation)どちらによる場合も
メモリを2のファクタだけ低減するが、圧縮によった方
が水平デシメーションによるよりも良好なピクチャが得
られる。デコーダ・ループ内でどの処理を行っても(例
えば、圧縮とデシメーション)、アーティファクト(art
ifacts) が発生する。デシメーションは圧縮の前に行う
ことが望ましいが、システムによっては、圧縮をデシメ
ーションの前に行うことが望ましい場合もある。
【0015】入力された圧縮ピクセル・データ・ブロッ
クは、ユニット12によって可変長復号(variable leng
th decoded) される前に、ユニット10によってバッフ
ァされる。バッファ10は、メインレベルのメイン・プ
ロファイルMPEGデータストリームの場合には、記憶
容量が1.75メガビットになっている。ユニット12
からのデコードされた圧縮データ(decoded compressed
data) は加算器18の一方の入力に印加される前に、逆
量子化ユニット14と逆(inverse) 離散コサイン変換(d
iscrete cosine transformation - DCT)ユニット1
6によって圧縮解除(decompress)される。注目すべき
は、ユニット16は全逆DCT処理を行っていることで
ある。どのDCT係数も破棄されないようにしたのは、
本願の発明者はそのようにすることは、例えば、DCT
計算負荷量を軽減するためにはフィルタリング手法とし
て望ましくないと判断したためである。フィルタリング
はデシメーションの前に行うこと(図10に示すよう
に)が望ましい。DCT係数を除去(drop)することは、
水平方向および垂直方向のデシメーションと同じである
が、これは圧縮を粗雑化したもので(crude form of com
pression) 、フィルタリングとは等価ではないため、フ
ィルタリングを正しく行うことは困難または不可能であ
る。
【0016】逆量子化器(inverse quantizer) 14の量
子化ステップ・サイズは、データフローがスムーズ化さ
れることを保証するために、バッファ10からの信号に
よって制御される。デコードされた動きベクトルは、後
に説明するように、デコーダ12から動き補償ユニット
22へ送られる。また、デコーダ12は公知のように、
インタフレーム/イントラフレーム・モード選択制御信
号を出力する。なお、これは図面を簡単にするために図
示されていない。ユニット12,14および16によっ
て行われるオペレーションは、送信側のエンコーダによ
って行われる対応するオペレーションの逆である。図1
のMPEGデコーダは、受信したイメージを公知のMP
EG処理手法を用いて再構成する。この処理手法につい
ては、以下に簡単に説明する。
【0017】再構築されたピクセル・ブロックは、ユニ
ット16からの残余イメージ・データと動き補償ユニッ
ト22の出力から得た予測イメージ・データとを、ビデ
オ・フレーム・メモリ20の内容に基づいて加算するこ
とにより、加算器18の出力から得られる。ピクセル・
ブロックのフレーム全体が処理されると、その結果とし
て得られた再構築イメージはフレーム・メモリ20にス
トアされる。インタフレーム・モードでは、デコーダ1
2から得た動きベクトルは、予測ブロック(predicted b
locks)のロケーションをユニット22から得るために使
用される。
【0018】加算器18、メモリ20および動き補償ユ
ニット22を必要とするイメージ再構築プロセスは、ブ
ロック・ベースのコンプレッサ30および水平ディテー
ルを低減するピクセル・デシメーション・ユニット29
を使用すると、必要なメモリ量を大幅に低減するという
利点が得られる。フレーム・メモリ20のサイズは、ユ
ニット30によって行われる圧縮と、ユニット29によ
って行われるピクセル・デシメーションとの関数とし
て、25%、50%またはそれ以上低減することができ
る。ユニット32と33はそれぞれ、ユニット30と2
9によって行われる機能とは逆のことを行う。ユニット
29と30の詳細は、以降の図を参照して説明する。
【0019】本願の発明者は、MPEGデコーダが高精
細信号を処理するのに適している場合であっても、実際
には、すべての応用分野でMPEGデコーダが全高精細
ディスプレイ・システムで使用されるとは限らないこと
を認識した。このようなデコーダ回路において、ある種
の低コストの応用分野では、完全なMPEGデコーディ
ングより低いレベルのデコーディングを許容する。
【0020】この実施の形態では、ビデオ・フレーム・
メモリ20は、図1に示すようにMPEGデコーダを含
んでいる集積回路および関連するエレメント10〜34
の外部に置かれている。MPEGデコーダ集積回路に実
装されていない、ある種のエレメントはディスプレイ・
プロセッサ26に含まれることができる。このような外
部メモリ・デバイスを使用すると、受像機メーカは、受
像機が高精細データストリームを受信するとき、受像機
の使用目的が、例えば、全高精細ディスプレイ用である
場合も、低精細ディスプレイ用である場合も、その使用
目的に合った経済的サイズのメモリ・デバイスを選択す
ることができる。MPEGデコーディングにはでは大量
のメモリが使用されるのが通常であるので、実際問題と
しては、メモリをデコーダ集積回路の外部に置いておく
必要があるのが現状である。技術がさらに進歩すれば、
メモリをMPEGデコーダ・エレメントと同じ集積回路
上に置くことが可能になるはずである。しかし、外部メ
モリ・デバイスを使用すると、メーカは、以下に説明す
るように、ディスプレイ解像度に合ったメモリ・サイズ
を自由に選択することができる。
【0021】実際には、受像機を拡張機能を備えた高価
なプレミアム付きモデルとして設定するか、あるいは機
能の少ないより経済的なモデルとして構成するかは、受
像機メーカが決定することである。関心のある機能の1
つは、表示されるイメージの解像度である。低コストの
受像機において、コストの低減化に役立つ要因として
は、高価でない解像度を下げたディスプレイ・デバイ
ス、MPEGデコーダに関連するメモリ量などがある。
【0022】本発明の原理によれば、MPEGデコーダ
に関連する回路は、HDディスプレイが望まれていると
きでも、またHDディスプレイ解像度が経済的理由やそ
の他の理由から必要でないときでも、受信された高精細
データストリームを低減メモリを使用してデコード化す
ることを可能にしている。低コスト受像機モデルの場
合、メーカは低減デコーダ・メモリまたは低解像度イメ
ージ・ディスプレイ、またはその両方を経済的措置とし
て採用するのが一般的である。本発明によれば、1つの
MPEGデコーダ構成(つまり、単一の集積回路設計)
を2つ以上の受像機構成で使用できるので、コストを大
幅に節減することができる。
【0023】以下では、本発明の理解を容易にするため
に、いくつかの実例を参照して説明する。1920×1
088の高精細(HD)イメージ・シーケンスの通常の
MPEGデコードディングでは、少なくとも80メガビ
ットのメモリが必要である。これは、フォワード(順方
向)・アンカ・フレーム、バックワード(逆方向)・ア
ンカ・フレーム、および表示されるデコードされたフレ
ームをストアするために必要になるもので、そのうち8
メガビットは圧縮データ・ビット・バッファ用である。
80メガビットのメモリ・システムを構築するために
は、16メガビット・メモリ・デバイスが5個必要にな
るので、実際にはこれは困難である。ここで、各メガビ
ットは220、つまり、1,048,576ビットを表し
ている。メモリの大部分はイメージ・データをストアす
るために使用され、圧縮ビデオ・ビットストリーム・デ
ータをストアするために必要なメモリ量は少量である。
【0024】この例では、必要とされるメモリ量は、コ
ンプレッサ(compressor)がデータを25%圧縮するとき
は64メガビットに低下する。また、必要とされるメモ
リ量は、データが50%圧縮されるときはさらに経済的
な48メガビットまで低下する。25%圧縮ファクタは
全HDイメージ・ディスプレイの場合であり、これは圧
縮を行わない全MPEGデコードディングと実質上区別
できない。50%の圧縮のときは、訓練を受けた観察者
ならば、かろうじて目立つアーティファクトに気づくは
ずであろう。どちらの場合も、デコードされたイメージ
・シーケンスは1920×1088の全HD解像度で全
HD解像度イメージ・ディスプレイ・デバイスにより表
示される。
【0025】しかし、ケースによっては、受像機モデル
が全HD解像能力より劣った高価でないディスプレイ・
デバイスを使用するときのように、全HDイメージ解像
度が必要でない場合もある。そのような場合に望ましい
ことは、HD情報を受信し、全HD解像度イメージを表
示することなくデコードすることである。そのような受
像機では、デシメータ(decimator) 29とコンプレッサ
30を一緒に使用することにより、デコーダに必要なメ
モリ量を大幅に低減することができる。例えば、デシメ
ータ29はデータを2のファクタだけ水平方向にデシメ
ートすることができ、コンプレッサ30はデシメートさ
れたデータを50%だけ圧縮することができる。この結
果、デコーダに必要なメモリ量は32メガビットまで大
幅に低減されることになる。このケースでは、表示され
るイメージの解像度は960×1088であるので、こ
れは1Hまたは2H受像機のどちらの応用にも充分であ
る。従って、全HDイメージ・データストリームをデコ
ードする能力をもつ低コスト受像機は、わずか32メガ
ビットのMPEGデコーダ・メモリを使用するだけで構
築することができる。
【0026】ここで開示しているシステムには、低減メ
モリを2モードで動作させることができるという利点が
ある。第1のモードでは、上述したようにユニット30
を使用してアンカ・フレーム(IフレームおよびPフレ
ーム)の圧縮が行われる。第2のモードでは、水平ディ
テール解像度低減がユニット29によって行われるの
で、デコーダに必要なメモリ量が低減化される。ユニッ
ト29は、水平ローパス・フィルタリングの後に、2の
ファクタだけ水平ピクセルをデシメート(ダウンサンプ
ル)する。垂直ディテール低減はこの実施の形態では採
用しない。受信された高精細入力情報のデコーディング
をユニット30から得られる圧縮と結合すると、大幅に
低減されたデコーダ・メモリでデコーディングを達成す
ることができる。
【0027】ここで説明しているシステムは、単一のM
PEGデコーダが異なるメモリ量を使用して異なるイメ
ージ解像度または品質をもつ高精細データストリームを
デコードすることを可能にするものであるが、これは、
上述したコンプレッサ30とデシメータ29をマルチプ
レクサ/デマルチプレクサ31と併用することによって
容易にしている。ユニット31はデコーダとメモリ間の
適応インタフェースとして動作する。内部メモリ・デー
タ・バスとメモリ・インタフェース31の入力との間
は、図12に示すように192ビット幅になっている。
バスの幅とバスの動作周波数により、全高精細MPEG
デコーディングで利用できるバンド幅が決まる。このデ
ータ・バス幅は現存テクノロジの能力範囲内であるの
で、バスに必要な動作速度は従来の40MHzになって
いる。この例では、マルチプレクサ31の出力とメモリ
20とを結ぶ双方向外部メモリ・バスで利用できるビッ
ト幅は96ビットであるが、プログラマブル・ビット幅
として96,64,48またはそれ以下のどれがデータ
用に使用されるかは、上述したように受像機の動作構成
によって決まる。
【0028】外部メモリ・バスと内部メモリ・バスとの
間のインタフェースは、マルチプレクサ31を使用して
内部メモリ・バスから外部メモリ・バスへ変換すること
により行われる。メモリ20へのアクセスは192ビッ
トの整数倍として定義されている。前述したように、異
なるレベルのイメージ品質に対する受像機の構成に応じ
て、コンプレッサ30からメモリ20に書き込まれるデ
ータはユニット31によって192ビットから外部メモ
リ・バスのターゲット幅(96,64,48、または3
2ビット)にデマルチプレクスされる。メモリ20から
デコンプレッサ32に読み出されるデータは、ユニット
31によって外部バス幅から192ビットの内部バス幅
にマルチプレクスされる。
【0029】表示されるイメージの関連解像度をサポー
トするために必要になるシステムのバンド幅の量は、受
像機の構成に応じて変化する。バンド幅は、データ・パ
ス幅を広くすると大きくなる。従って、システム構成と
イメージ解像度が異なれば、必要になるメモリ・データ
・パスの幅も異なることになる。内部メモリ・バスのデ
ータ・パスは(外部)メモリ・パスのデータ・パスの整
数倍であるので、内部メモリ・パスのクロック・レート
は常に外部メモリ・パスのクロック・レートより低くな
っている。内部データ・ワードは常に整数個の外部デー
タ・ワードから作ることができる。同様に、整数個の外
部データ・ワードは内部データ・ワードから生成するこ
とができる。
【0030】図12を参照すると、ユニット29〜34
は、MPEGデコーダが高精細受像機に置かれているか
どうか、あるいは若干低解像度の受像機に置かれている
かどうかに応じて、ローカル・マイクロプロセッサによ
って制御される。マイクロプロセッサは、ユニット30
によって行われる圧縮量を決定し、そして、デシメータ
29を動作させるかどうか(データをダウンサンプルす
るために)、あるいはバイパスさせるかどうか(ダウン
サンプリングしないでデータを加算器18からコンプレ
ッサ30に送るために)を決定するようにプログラムさ
れている。また、マイクロプロセッサは、特定の受像機
構成用に必要なメモリ・データ・パス幅、例えば、9
6,64またはそれ以下のビット幅パスを、利用可能な
96ビット幅メモリ・パスから選択するようにマルチプ
レクサ31に指示する。このシステムは、適切なソフト
ウェア制御メカニズムを使用してデシメーションと圧縮
機能を動作禁止またはバイパスさせることにより、メモ
リを削減することなく全高精細MPEGデコーディング
を行うことができる。
【0031】図2は、メモリ・デバイス20の必要メモ
リ量が低減化される様子を示したものである。説明を簡
単にするために、以下では、ユニット30が単独で圧縮
を行う場合について説明する。図2に示すように、左側
のメモリ・マップは全サイズ・メモリにおけるピクセル
・ブロックのマッピングを示している。右側のマップ
は、ユニット30で圧縮されたブロックをストアするた
めに、50%低減化されたメモリがどのように使用され
るかを示している。図3に示す圧縮ネットワークの以下
の説明で明らかにされるように、各ブロック(例えば、
ブロックC)は、全サイズ・メモリの場合に通常必要に
なるスペースの50%またはそれ以下に収まるように保
証されている。つまり、ユニット30により得られる圧
縮は、50%またはそれ以上である。この例では、圧縮
後に残っている未使用メモリ・スペースは未使用のまま
残されているので、どのブロックのデータの場合も、そ
の開始位置は既知のロケーション、つまり、開始アドレ
スになっている。
【0032】全サイズ・メモリでは、ビデオ・フレーム
・ピクセルとメモリ・ピクセル・アドレスとの間のマッ
ピングは固定されているため、どの特定ピクセルも、そ
の所在を突き止めて、アクセスすることができる。低減
サイズのメモリでは、マッピングはピクセル単位になっ
ていない。その代わりに、ピクセル・ブロックがメモリ
にマッピングされている。ある特定ブロック内からの特
定ピクセルが必要になったときは、ブロック全体のデー
タをアクセスする必要が起こる。MPEGデコーディン
グで必要とされないメモリ・スペースは、例えば、オン
スクリーン・ディスプレイ、マイクロプロセッサRA
M、トランスポート・バッファや他の特殊バッファなど
の他の目的に利用可能である。
【0033】再び図1に戻って説明すると、データをメ
モリ20にストアする前にコンプレッサ30を使用する
ためには、動き補償処理ループ内のユニット22の前に
データを圧縮解除(decompressed)する必要がある。これ
は、ブロック・ベースのデコンプレッサ32がコンプレ
ッサ30のオペレーションとは逆のことを行うことによ
り達成される。ブロック・ベースのディスプレイ・デコ
ンプレッサ34はユニット32と同様であり、ストアさ
れたピクセル・ブロックを圧縮解除してからディスプレ
イ・プロセッサ26へ送る。プロセッサ26は、例え
ば、NTSC符号化ネットワーク、ピクセル・データを
表示するように条件付ける回路、およびビデオ信号をイ
メージ再生デバイス27、例えば、キネスコープへ出力
するディスプレイ・ドライバ・ネットワークを含むこと
が可能である。同様に、ダウンサンプル・ユニット29
がメモリ20の前に動作可能にされたときは、メモリ2
0からのデータは動き補償処理ループ内のユニット22
の前にアップサンプルされる。これは、水平アップサン
プリング・ユニット33が、ユニット29のオペレーシ
ョンとは逆のことを行うことにより達成される。ディス
プレイ・デバイス27は全高精細イメージ解像度をもつ
ことができる。逆に、全高精細より低いイメージ解像度
をもつ安価なイメージ・ディスプレイ・デバイスはより
経済的な受像機設計で使用することも可能であり、その
場合には、データ削減ネットワーク29,30は前述し
たようにプログラムされ、メモリ20のサイズは前述し
たように選定される。
【0034】Iフレームのようなストアされたアンカ・
フレームからのデータは、入力された圧縮データストリ
ームに入って受信された動きベクトルに従って、ランダ
ム形式でアクセスされるのが一般的である。ブロック・
ベースの圧縮方式(scheme)によると、フレーム・メモリ
からのピクセル・データのアクセス可能性が妥当な程度
に保たれる。8×8ピクセル・ブロックは、ここで開示
されている圧縮方式を使用すると、良好に動作すること
が判明した。ピクセル・ブロックを大きくすると、複雑
な圧縮手法の使用が可能になるが、ピクセルのアクセス
可能性が低下するという犠牲が伴う。ブロックを小さく
すると、ピクセルをアクセスするときのきめ細かさが向
上するが、圧縮のためのオプションが少なくなるという
犠牲を伴う。量子化(quantization)と変換(trancformat
ion)を含む、種々のタイプの圧縮を使用すると、特定シ
ステムの要求条件に応じてコンプレッサ30の機能を実
行することができる。
【0035】使用されるタイプの圧縮はある種の特性を
具備していることが望ましいが、必ずしもそうである必
要はない。各ブロックはあらかじめ決めた量(システム
によっては、それ以上の量)だけ圧縮されることが好ま
しく、そうすれば、図2に示すメモリ・マッピングを参
照して説明したように、各圧縮ブロックのロケーション
が容易に決定される。各ブロックは他のブロックから独
立して圧縮/圧縮解除される(compressed/decompresse
d) べきである。そのようにすれば、どのブロックも、
他のブロックを読み出すことなくアクセスされることが
できる。理想的には、圧縮/伸縮解除プロセス(compres
sion/decompression process) は無損失であることが好
ましいが、これはどのサイズのブロックでも保証される
とは限らない。いずれの場合も、圧縮/圧縮解除プロセ
スは再生イメージの中に不快なアーティファクトを発生
することがあってはならない。
【0036】コンプレッサ30で使用するのに適した種
々の圧縮手法の1つを示したのが図3である。この圧縮
手法では、可変圧縮ネットワークを固定圧縮ネットワー
クと並列に使用している。これらの圧縮ネットワーク
は、同一ピクセル・ブロックに対して同時に作用する。
可変圧縮ネットワークには、無損失またはほぼ無損失で
あるという利点があるので、より望ましい圧縮ネットワ
ークである。可変圧縮ネットワークがあらかじめ決めた
所期のデータ圧縮量を得るのに成功しなかったときは、
固定圧縮ネットワークの出力が代わりに使用される。固
定圧縮ネットワークからも所期の圧縮量が得られるが、
このネットワークには損失が多いという欠点がある。
【0037】図3に示すように、ソース18(図1)か
らのデータは並列の独立データ圧縮パス314と320
を含むデータ圧縮ネットワークの入力端312に入力さ
れる。パス314は実質上無損失のパスであり、圧縮デ
ータをマルチプクレクサ(MUX)325の信号入力端
の一方とビット・カウンタ318に出力する可変圧縮プ
ロセッサ316を含んでいる。カウンタ318はユニッ
ト316によって圧縮された各データ・ブロックのビッ
ト・カウントをモニタし、スイッチング制御信号をMU
X325の制御入力に出力する。圧縮パス314の詳細
は図4を参照して以下に説明する。パス320は損失の
多いパスであり、その詳細を図5に示すように、固定圧
縮プロセッサ322を含んでいる。ユニット322から
の圧縮出力データはMUX325の他方の信号入力に供
給される。MUX325は、パス314からの圧縮デー
タまたはパス320からの圧縮データのどちらかを圧縮
ネットワークの出力端328に出力する。なお、これに
ついては、以下に詳しく説明する。出力された圧縮デー
タは、図1のフレーム・メモリ20へ送られる。
【0038】ブロック・ベースの圧縮ネットワーク31
4,320は各ピクセル・ブロックを独立して圧縮し、
あらかじめ決めた圧縮ファクタまたはそれ以上だけ各ブ
ロックが圧縮されることを本質的に保証する。圧縮パス
314と圧縮パス320の出力のどちらかが選択されて
メモリ20に入力され、満足なイメージ品質と所期の圧
縮ファクタ、例えば、25%または50%が得られるよ
うにする。50%より大きい圧縮ファクタを使用するこ
とも可能である。しかし、圧縮ファクタが50%を越え
ないようにすると、良好な結果が得られることが確認さ
れている。圧縮ファクタが25%のときは、かかる圧縮
を行わない従来のデコーダ処理と比べて本質的にトラン
スペアレント(transparent) 、すなわち利用者に存在が
意識されないものである。圧縮が50%のときは、その
結果はトランスペアレントについては劣るが、目に見え
る結果は受容し得るものであり、圧縮とメモリ低減を行
わない従来のデコーダ処理と比べて大きな違いがあると
は考えられない。
【0039】圧縮ネットワークのマルチパス性質(natur
e)により、高いイメージ品質が得られるだけでなく、少
なくとも固定圧縮ファクタが得られるという保証があ
る。可変圧縮パス314は無損失または無損失に近い圧
縮を行うが、このパス314から得られる出力ビットの
数は可変である。パス314からの圧縮ブロック出力ビ
ットの数はカウンタ318によってモニタされる。圧縮ブ
ロック・ビットの数が、あらかじめ決めたファクタと関
連づけられた、あらかじめ決めたターゲット・ビット・
カウントと等しいかそれ以下であれば、パス314から
の圧縮データ出力がMUX325によって選択され、メ
モリ20へ送られる。そうでなければ、固定コンプレッ
サ322からの圧縮ブロック出力が使用される。固定コ
ンプレッサ322は損失の多い圧縮ルーチンを量子化と
共に使用して、固定ターゲットビット出力を作り出す。
圧縮解除を容易にするために、各圧縮ブロックごとに、
各圧縮ネットワークは通知情報(signaling informatio
n) をデータストリームの中に挿入し、ブロックで行わ
れた圧縮のタイプを知らせるようになっている。この通
知情報は1または2以上のビットにして、各圧縮データ
・ブロックの先頭、例えば、ヘッダに挿入することが可
能である。この通知ビットは圧縮解除ネットワーク32
および34(図1)によって検出され、その通知ビット
に関連したブロックを圧縮するために使用された圧縮と
は逆のことを行う。ヘッダには、量子化制御情報などの
他の制御情報を入れることもできる。
【0040】可変圧縮はイメージのスムーズなエリアで
使用することが好ましく、そうすれば周囲を取り巻く不
快なアーティファクトが防止される。これらのエリアで
は、可変コンプレッサ316は量子化をほとんど、ある
いはまったく使用せず、実質的に無損失のプロセスであ
るので、イメージ品質は高品質になることが本質的に保
証される。一方、固定コンプレッサ322は顕著なディ
テール情報を含んでいるイメージ・エリアで使用するこ
とができる。これらのエリアでの量子化ノイズはそれほ
ど目立った誤差を引き起こすおそれがないので、パス3
20で固定圧縮を受けるイメージ・エリアの目につく品
質は良好になる可能性が大である。しかし、可変圧縮と
固定圧縮をこのように使い分けることは多くのシステム
では利点があるとしても、必ずしもそうする必要はな
い。これら2つの圧縮ブロックのどちらを使用するかの
選択は、単に可変コンプレッサ316からの圧縮ブロッ
クのビット・カウントに基づいて行われる。コンプレッ
サ316が所期の圧縮まで達したことをビット・カウン
トが示していれば、それが使用される。そうでなけれ
ば、コンプレッサ322が使用される。
【0041】圧縮ネットワーク314,320によって
行われるブロック・ベースの圧縮は各ブロックごとに独
立して行われるので、デコーダは他のブロックに関する
情報を必要としないで各ブロックをデコードすることが
できる。各ブロックはあらかじめ決めた圧縮ファクタだ
け圧縮されるので、各ブロックの最初のピクセルのメモ
リ・アドレスは前もって分かっている。従って、各ブロ
ックは他のブロックに関する情報がなくても、メモリか
らアクセスすることができる。この点に関して注目すべ
きことは、各ブロックごとにエリアがメモリに予約され
ている(reserved)ことである。圧縮が50%の場合に
は、各予約エリアはオリジナル・ブロックの半分のサイ
ズになっている。従って、各圧縮ブロックについては、
ビットがカウントされ、そして必要ならばコンプレッサ
322の出力が使用されるという事実によって、そのブ
ロック用に予約されたメモリ・エリアに収まるようにな
っている。望ましい方のコンプレッサ316がターゲッ
ト圧縮量以上に達成することに成功すると、そのコンプ
レッサ316の出力が使用され、予約メモリ・スペース
のいくつかは圧縮ブロック・データで使用されないこと
になる。つまり、各圧縮ブロックはあらかじめ決めた開
始アドレスからその予約メモリ・エリアに収められてい
き、そのブロック用に予約された最後のアドレスの手前
のアドレスまで収められることになる。このプロセスは
図2を参照して説明した通りである。
【0042】圧縮効率を向上することと、ピクセル・ブ
ロックの各ピクセルへのアクセスを容易化することは相
互に矛盾するとしても、ブロック・ベースの圧縮に望ま
れていることは、これらの2つを同時に達成できること
である。つまり、圧縮効率を向上するためには、ブロッ
ク・サイズを大きくする必要があり、他方、ピクセルへ
のアクセスを容易にするためには、ブロック・サイズを
小さくする必要がある。これらの2つの特性は、ピクセ
ル・ブロック・サイズを8×8ピクセルおよび16×4
ピクセルにすると、実質的に達成されることが判明し
た。ブロックは、前述したように、ユニット10におい
て、必要とされるN×Nピクセル・サイズに形成され
る。
【0043】この例では、各フィールド・ベースのピク
セル・ブロックは図6に示すように左から右へ下方に向
かってラスタ方式でスキャンされる。このスキャニング
は、それぞれ図4と図5に示すように、遅延素子452
〜456および遅延素子552〜556を使用したユニ
ット316および332の両方で行われる。これについ
ては以下に説明する。可変圧縮ネットワークは図4に示
されている。このネットワークは適応予測(adaptive pr
ediction) を行うDPCMループを使用しており、公知
の手法を用いて差分信号(残余)を出力する。この差分
は可変長符号化され、その結果の符号化差分ビット数が
モニタされ、所期の圧縮ファクタが現ブロックで達成さ
れたかどうかが示される。
【0044】図4に示すように、差分ネットワーク44
2は、ユニット442の非反転入力端(+)に印加され
た入力ピクセル値とユニット442の反転入力端(−)
に印加された予測ピクセル値との差分(残余)を表す出
力を発生する。予測値(predicted value) は、差分器(d
ifferencer) 442、可変長コーダ(符号化器)44
4、このユニット444で行われる符号化オペレーショ
ンとは逆のことを行う可変長デコーダ(復号器)446
を含んでいるDPCM処理ループを使用して得られる。
可変長コーダ444は、高解像度量子化器(オプショ
ン)とエントロピ・エンコーダ(例えば、ハフマン(Huf
fman) ・コーダ)を含むことができ、無損失の圧縮また
は無損失に近い圧縮を行うことができる。可変長デコー
ダ446は、逆量子化器とエントロピ・デコーダを含ん
でいる。ユニット446からの逆デコードされた出力
は、予測器 (predictor)450および関連したピクセル
遅延素子452,454,456を含んでいる予測ネッ
トワークからの出力と、ユニット448で加算される。
これらの遅延素子からは、それぞれ1,7,1ピクセル
の遅延が得られる。ユニット450からの予測ピクセル
値出力は、加算器448および差分器442の入力に印
加される。
【0045】図7は、DPCMネットワークの予測処理
および符号化オペレーションに関連した4個のピクセル
A、B、CおよびX(予測されるピクセル)から成るグ
ループの構成例を示す図である。このピクセル・グルー
プは図6に示すピクセル・ブロックでも参照されてい
る。この例において、ピクセルBはピクセルCに対して
1ピクセル・インターバルだけ遅延され、ピクセルAは
ピクセルBに対して7ピクセル・インターバルだけ遅延
され、ピクセルXはピクセルAに対して1ピクセル・イ
ンターバルだけ遅延されている。DPCM予測プロセス
は周知であるが、後に説明することにする。可変長コー
ダ444の出力からの圧縮ピクセル・データは、図3の
MUX325へ送られる前に、ユニット460によって
バッファされる。バッファ460は、可変長圧縮プロセ
スの出力をブロック全体が処理されるまでストアしてお
り、その処理が完了した時点で、ターゲット圧縮ファク
タまで達したかどうか決定される。
【0046】コーダ444からの各圧縮ブロック出力の
ビット・カウントは、ビット・カウンタ418によって
モニタされる。このカウンタは、いくつかの公知手法の
どれによっても実現することが可能である。各ピクセル
・ブロックが可変長圧縮されると、カウンタ418は、
圧縮ビット・カウントがあらかじめ決めたしきい値にあ
るか、それ以下であれば、可変コンプレッサによってが
所期の圧縮量までに達したか、あるいはそれを越えたこ
とを知らせる制御信号を出力する。この制御信号はMU
X325のスイッチング制御入力端に印加され、これを
受けて、MUX325は可変長コンプレッサからの出力
を利用(utilization) ネットワークへ送る。そうでなけ
れば、固定長コンプレッサからの圧縮ブロック出力(同
一ピクセル・ブロックのために)が利用ネットワークへ
送られる。
【0047】固定長圧縮ネットワークは図5に示されて
いる。このネットワークも、可変長コンプレッサの場合
と同じように、適応予測付きのDPCMループを使用す
る。図5に示すように、エレメント548,550,5
52,554および556は図4の対応するエレメント
と同じ機能を実行する。差分ネットワーク542は図4
のユニット442と同じ目的に使用され、残余ピクセル
値を出力するが、以下に述べるように、使用される背景
が若干異なっている。
【0048】固定長圧縮ネットワークは、DPCM処理
の結果としてユニット542の出力端から得られた差分
(残余)ピクセル値を非線形的に量子化する。ユニット
542の非反転入力端(+)には、64ピクセル遅延素
子555によって64ピクセル・インターバルだけ遅延
された入力ピクセル値が入力される。ユニット542の
反転入力端(−)には、予測器550からの予測ピクセ
ル値が入力される。ユニット542からの残余ピクセル
値出力は、ユニット556および558によってそれぞ
れ量子化および逆量子化される。ユニット556から得
られる量子化は固定されており、所期の固定データ圧縮
量を保証する。例えば、8ビット・データ・ワードを5
0%圧縮する場合は、ユニット556は最後の最下位4
ビットを除去する。固定圧縮量は所期の圧縮量より少な
くはない。ユニット556と558は、各ピクセル・ブ
ロックの最小および最大ピクセル値を決定する最小値/
最大値(Min/Max)比較ネットワーク560の制
御の下で動作する。
【0049】量子化器556は、固定量子化器ルール(f
ixed quantizer rule)を使用するように構成することも
可能である。しかし、処理されるブロックに関連する最
小および最大ピクセル値に従って量子化器ルールを適応
するようにした方が効率的である。最小値/最大値比較
ネットワーク560はこれらの値を決定する。エレメン
ト555は、検査される所定のブロックの64ピクセル
すべての最小値と最大値に必要とされるタイム・ディレ
イを行ってから、そのブロックの最初のピクセルが処理
されるようにする。
【0050】図3に戻って説明すると、コンプレッサ3
22は固有の遅延をもっていないが、最小値/最大値比
較器560と遅延素子555の組み合わせ(図5)によ
り、コンプレッサ322は1ブロック遅延を呈し、これ
は可変圧縮パスが示す1ブロック遅延に一致している。
固定長圧縮ネットワークは各8×8ピクセル・ブロック
の64ピクセル値の各々を2回評価し、そのブロックの
最小および最大ピクセル値を決定する。このプロセス
は、エレメント555から得られる64ピクセル(1ブ
ロック)遅延によって容易化される。最小値と最大値
は、処理される各ブロックごとに使用される非線形量子
化ルールの中から適応的に選択するために使用される。
各ブロックを2回評価するために必要な2パス・アプロ
ーチによると、可変コンプレッサが所期の圧縮を達した
かどうかを決定するとき可変圧縮パスのバッファ460
によって1ブロックのレイテンシ(待ち時間)が生じる
ので、システムに別のレイテンシが付加されることはな
い。
【0051】上述したように、コンプレッサ316と3
22が並列に配置され、そして、固定コンプレッサが最
小値/最大値比較を採用しているときは、コンプレッサ
322に1ブロックの遅延がある。可変コンプレッサ3
16は固有の1ブロック遅延を持っていないので、ビッ
ト・バッファ460は1ブロック時間だけ長くビットを
保持してコンプレッサ322の出力を待っている。固定
圧縮器322が最小値/最大値比較を採用していなけれ
ば、コンプレッサ322は1ブロック遅延を示さない。
可変コンプレッサ316はバッファ460に起因する固
有の1ブロック遅延を示さない。バッファ460は、可
変圧縮出力と固定圧縮出力のどちらを使用するかの決定
が行われるまで、コンプレッサ316のビットをストア
している。ビット・カウンタ318は、可変および固定
圧縮ネットワークが並列に配置されているとき、どちら
の出力を使用するかを決定する。
【0052】しかし、コンプレッサ316および322
は、図8に示すように、並列に配置されている必要はな
い。その場合には、コンプレッサ316が最初にピクセ
ル・ブロックを処理し、これと同時に、最小値/最大値
比較ユニット560が前述したように、ブロックの最小
および最大ピクセル値を決定する。1ブロック遅延のあ
と、コンプレッサ316がターゲット圧縮を達成したか
どうかが判断され、これにより、固定コンプレッサ32
2がそのブロックを処理する必要があるかどうかが判断
される。可変コンプレッサ316がターゲット圧縮ファ
クタを達成していれば、可変圧縮ブロックをフレーム・
メモリに出力する。そうでなければ、ユニット322が
そのブロックを圧縮する。コンプレッサ316および3
22は類似のアーキテクチャと機能エレメントを含んで
いるので、このような構成(implementation)にすると、
ユニット316で可変長圧縮を行うとき使用される類似
エレメントを、ユニット322で固定長圧縮を行うとき
にも使用できるという利点がある。
【0053】図5に示した量子化器556に関して、量
子化器ルールを適応的に変更することは本質的なことで
はない。単純な線形量子化を採用することも可能であ
る。最小/最大ピクセル値に従って量子化器ルールを適
応させると、損失量が低減される。各ブロックは、最小
および最大ピクセル値を求めるために一回スキャンされ
る。これらの値が分かると、最初の(残余)値が量子化
される前に適切な量子化器ルールが選択される。エレメ
ント555は量子化器ルールが設定されるまで最初のピ
クセルを遅延し、このルールは逆量子化器558でも使
用される。これを行うためには、通知ビット(signaling
bits)をデータストリームに追加して、どの量子化器ル
ールが使用されているかを圧縮解除機能に知らせる必要
がある。
【0054】量子化器は一種のルックアップ・テーブル
と考えることができるので、ユニット542からの出力
ビットはアドレスを表している。量子化器556は、5
0%圧縮の場合には、4ビット・データを出力する。量
子化器556の出力は、ユニット542の出力に近似さ
せるためにユニット558によって使用されるインデッ
クスである。この場合には、ユニット558への入力が
4ビット・データだけであると、可能とされるデータの
組合せは16だけであるのに対し、ユニット542から
得られる出力は256個まで可能であるので、損失が起
こるおそれがある。図5に示した固定圧縮ネットワーク
は、出力バッファを必要としない。
【0055】この実施の形態では、同じDPCM予測符
号化プロセスが図4および図5の圧縮ネットワークによ
って採用されている。符号化すべき現ピクセルは、デコ
ンプレッサ32および34(図1)に知らされている、
以前に符号化されたピクセルを使用して、予測される。
予測プロセスを図7を参照して説明する。ここで、ピク
セルXは予測符号化されるピクセル値である。ピクセル
A、BおよびCは以前に予測符号化されており、圧縮解
除セクションに知らされている。X、Xpredの予測は、
次の疑似コードに従ってA、BおよびCを使用して行わ
れる。この疑似コードは使用されるアルゴリズムを示し
ている。
【0056】
【数1】 if (|A−C|<e1 &&|B−C|>e2 ),Xpred=B else if (|B−C|<e1 &&|A−C|>e2 ),Xpred=A else Xpred=(A+B)/2 ここで、値e1とe2は定数であり、あらかじめ決めた
しきい値を表している。このアルゴリズムは、処理され
るブロックの第1行または第1列に置かれていないピク
セルについてだけ使用される。いくつかの例外がある
が、これは次のように処理される。ブロック内の最初の
ピクセルは、他のブロックを参照することなく非常にき
め細かく符号化され、第1行のピクセルはピクセル値A
を予測値(predictor) として使用し、第1列のピクセル
はピクセル値Bを予測値として使用する。基本的には、
このアルゴリズムはエッジを見つけることを試みる。第
1のケースでは、ピクセルCおよびBの間とピクセルA
およびXの間に垂直エッジがあることが示される。従っ
て、Bは最良予測値である。第2のケースでは、Aおよ
びCの間とBおよびXの間に水平エッジがあることが示
される。従って、Aは最良予測値である。第3のケース
では、明白なエッジは見つからない。このケースでは、
AとBは共に等しく良好な予測値であるので、その平均
値が使用される。
【0057】図1のシステムでは、ユニット29により
得られる水平ディテール低減は、メモリ20にストアさ
れるピクセル値の数を減少することによって、デコーダ
の必要メモリ量をさらに低減する。ユニット29は水平
空間ローパス・フィルタ処理と、その後に行われる2:
1水平デシメーション(ダウンサンプリング)を採用
し、これらを行ってからデータをメモリ20へ送ってい
る。ユニット32による圧縮解除のあと、メモリ20か
らのイメージ情報の解像度は、ピクセル反復アップサン
プリング・プロセスを使用してユニット33により再構
築される。このアップサンプリング・プロセスがディス
プレイ・デコンプレッサ34とディスプレイ・プロセッ
サ26(図1)の間で必要とされないのは、プロセッサ
26が必要な水平サンプル・レート変換を行うためであ
る。デコンプレッサ34およびプロセッサ26は、低コ
スト受像機ではアップサンプリングを行わないと予想さ
れるが、その理由は、そのような受像機ではディスプレ
イ解像度が低いためである。そのような場合には、メモ
リ低減デコードされたフレームは、標準精細ディスプレ
イよりも解像度が高くなっている。例えば、1920×
1088ピクセル・ビデオ・シーケンスを720×48
0ピクセル・ディスプレイ・デバイス上にデコードして
表示するためには、フレーム・メモリにストアされたイ
メージは解像度が960×1088であることが必要が
ある(2のファクタで水平デシメートする必要があ
る)。従って、デコンプレッサ34はイメージをアップ
サンプリングする必要がないが、ディスプレイ・プロセ
ッサ26は960×1088の解像度イメージを表示に
適した720×480にダウンサンプリングする必要が
ある。
【0058】図9と図10は、それぞれピクセル・デシ
メーション・プロセスとアップサンプリング・プロセス
に関連するエレメントの一般的構成を示している。ユニ
ット29において、オリジナル・ピクセルはまず偶数次
ローパス・フィルタ(even order low pass filete)10
10によってローパス・フィルタされてから2によって
デシメートされるので、1つおきのピクセル値(every o
ther pixel value) がユニット1012によって除去さ
れる。これらのピクセルはメモリ20にストアされる。
そのあと、メモリ20からのピクセル・データは公知の
手法を用いてアップサンプリング・ユニット33のエレ
メント1014によって反復される。ユニット29がバ
イパスされたときは、ユニット1010への入力はマイ
クロプロセッサの制御下でユニット29の出力へ直接的
に送り直される。このスイッチングは種々の公知手法で
実現することができる。
【0059】なお、ユニット29は、水平デシメーショ
ンと垂直デシメーションの両方ではなく、水平デシメー
ションだけをデコーディング・ループ内で使用する。水
平デシメーションを単独で使用すると、インタレース
(飛越し)ビデオ・フィールドを垂直デシメートにより
生じるアーティファクトが除去されるという利点があ
る。水平デシメーション・プロセスによると、デコーダ
・ループを複数回パスするので、空間シフト(spatial s
hift) が生じることがなく、また品質低下が生じること
もほとんどあるいはまったくない。この利点は、デシメ
ーションの前に偶数次ローパス・フィルタ1010(図
10)を使用することにより、また、単純ピクセル反復
プロセスをアップ変換メカニズムとして使用することに
より、得られる。3つ以上のタップをもつ偶数次フィル
タは、マクロブロック境界を横切る。つまり、この種の
ローパス・フィルタはイントラ・マクロブロック処理に
限定されない。この結果、真の水平空間ローパス・フィ
ルタリングが得られる。アップ変換プロセスで使用され
る単純ピクセル反復オペレーションは、インタポレータ
(interpolator)としては周波数応答が劣っているのが一
般的である。しかし、周波数応答の低下が起こるのは、
最初にループをパスするときである。複数パスでは、ピ
クセル反復プロセスに起因して起こる付加損失は軽微で
ある。
【0060】この例では、フィルタ1010は8タップ
対称FIRフィルタである。このフィルタは水平空間領
域で動作し、ブロック境界にまたがってフィルタリング
する。8タップ・フィルタは図9に示すように、出力ピ
クセルの相対位置を入力に対してサンプル周期の1/2
だけシフトする働きをする。また、図9に示すように、
ピクセル反復アップ・サンプリングは、ダウンサンプル
されたアップサンプルされたピクセルをオリジナル・ピ
クセルに対して同じ空間位置に保つ働きをする。
【0061】デコーダ・ループを通過するパスの数(こ
の例では、2)はIまたはPアンカ・フレーム間のBフ
レームの数によって決まる。デシメーション・フィルタ
1012は2タップ・フィルタにすることも可能であ
る。その場合は、入力ピクセルaおよびbに対して、フ
ィルタ出力は(a+b)/2となり、デシメーションは
1つおきのピクセルを除去(drop)することにより行われ
る。このフィルタはブロック境界を横切らず、実現が容
易であり、水平デシメーションを行うのに適している。
【0062】ピクセル反復アップ変換が使用されるの
は、ピクセル反復アップサンプリングが平均化デシメー
ション・フィルタと結合されているとき、ピクセルは複
数パス・デシメーションとアップサンプリング・プロセ
スの間、不変に保たれるからである。従って、デコーダ
・ループを通過する後続のパスでは、ピクセル値は変更
されない。具体的に説明すると、ループを通過する最初
のパスでは、一対のピクセルを単純に平均化することに
よりローパス・フィルタリングが行われ、そのあとでデ
シメーションとピクセル反復が行われる。しかし、第2
パスでは、ローパス・フィルタ(2ピクセルを平均化す
る)は一対の反復ピクセルを平均化する。これにより同
一ピクセルが得られ、これは順番に再び反復される。ア
ップサンプリングは重要な動き補償ループで行われるの
で、オペレーションが単純で高速化されていることが好
ましい。
【0063】図11を参照するに、ディスプレイ・プロ
セッサ26は並列FIFOバッファ1110,1112
を備えたディスプレイ・バッファ・ネットワークおよび
マルチプレクサ1114を介して、入力データをデコン
プレッサ34から受信する。図11に示すように、ブロ
ック20,34および26は、図1に同一番号を付けて
示されているブロックに対応している。前述したブロッ
ク・ベースの圧縮/圧縮解除オペレーションは、MPE
Gデコードディングをサポートするために必要なメモリ
・アクセスに適しており、ディスプレイ処理をサポート
するためにディスプレイ・バッファ・ネットワークによ
って補足されている。このディスプレイ・バッファ・ネ
ットワークは16イメージ・ラインをホールドし、これ
らは8ライン・バッファ1110と1112間で分割さ
れる。ディスプレイ処理のための未圧縮データはマルチ
プレクサ1114経由でバッファの一方から読み出さ
れ、その間に、他方のバッファにはユニット34からの
圧縮解除データが満たされていく。この例では、バッフ
ァ1110と1112はメモリ・ユニット20に置かれ
ている。
【0064】図12は、テレビジョン受像機における実
用ディジタル信号処理システムの場合の図1と同じ構成
を示したものである。図を簡略化するために、図には余
計な部分は省略されている。例えば、種々のエレメント
に関連するFIFO入力バッファおよび出力バッファ、
リード/ライト・コントロール、クロック・ジェネレー
タ・ネットワーク、拡張データ・アウト(extended data
out) タイプまたは同期(SDRAM)タイプにするこ
とができる外部メモリとのインタフェースを行うための
制御信号は図示されていない。
【0065】図12において、図1と共通するエレメン
トには同じ参照番号を付してある。図12に示すエレメ
ントは、エレメント29〜34を除き、SGS-Thomson Mi
croelectronics社から市販されているSTi 3500A MPEG-2
/CCIR 600 ビデオ・デコーダ集積回路に実装されている
エレメントと同じものである。動きプロセッサ22は同
じくSGS-Thomson Microelectronics社から市販されてい
るSTi 3220 Motion Estimator Processor (動き予測プ
ロセッサ)集積回路を採用することができる。簡単に説
明すると、図12のシステムは、さらに、マイクロプロ
セッサ1220、バス・インタフェース・ユニット11
22および内部制御バス1214に結合されているコン
トローラ1226を搭載している。この例では、マイク
ロプロセッサ1220はMPEGデコーダを実装してい
る集積回路の外部に置かれている。192ビット幅の内
部メモリ・バス1210はデコーダ12、コンプレッサ
30、デコンプレッサ32,34およびマルチプレクサ
・インタフェース31を介した外部フレーム・メモリ2
0である。これは上述した通りである。ユニット30,
32および34は圧縮および圧縮解除ファクタ制御信号
をイネーブルおよびバイパス制御信号と一緒にコントロ
ーラ1226経由でマイクロプロセッサ1220から受
信する。ユニット29と33は、同様に、イネーブルお
よびパイパス制御信号を受信する。マイクロプロセッサ
1220はMPEGデコーディングとディスプレイ処理
のためにメモリ20をフレーム・ストレージ、バッフ
ァ、およびオンスクリーン・ディスプレイ・ビット・マ
ップ・セクションに分割する。ローカル・メモリ制御ユ
ニット1234も実装されており、これはRequest 入力
を受信し、Acknowledge 出力をメモリAddress 出力、Re
ad Enable (REN) およびWrite Enable (WEN)出力と一緒
に出力する。ユニット1234は、リアルタイム・アド
レス、および、メモリ20を制御するための制御信号を
生成する。出力クロック信号CLKOUTはローカル・クロッ
ク・ジェネレータ(図示せず)からの入力クロック信号
CLKIN に応答して出される。マイクロプロセッサ122
0は出力メモリ・データ・バスの適切な幅を選択するよ
うにマルチプレクサ31を制御するために受像機メーカ
によってプログラムされている。また、メモリ20はM
PEGデコーディングとディスプレイ処理のためのビッ
ト・バッファ、ビデオ・フレーム・ストア・セクショ
ン、フレーム・ストレージ・バッファ、およびオンスク
リーン・ディスプレイ・マップに分割されている。
【0066】ディスプレイ・プロセッサ26は、デコー
ドされたイメージ・フォーマットをイメージ再生デバイ
スによる表示に適した、あらかじめ決めた共通フォーマ
ットに変換するために必要になる水平および垂直リサン
プリング(resampling)・フィルタも備えている。例え
ば、本システムは525ライン・インタレース、112
5ライン・インタレースまたは720ライン順次走査(p
rogressive scan)などのフォーマットに対応するイメー
ジ・シーケンスを受信し、デコードすることができる。
テレビジョン受像機はすべての受信フォーマットに対し
て共通ディスプレイ・フォーマットを使用することが可
能である。
【0067】外部インタフェース・ネットワーク122
2は、MPEGデコーダによって処理される入力圧縮ビ
デオ・データのほかに、制御情報と構成情報(configura
tioninformation) をMPEGデコーダと外部プロセッ
サ1220との間に伝達する。MPEGデコーダ・シス
テムはマイクロプロセッサ1220のコプロセッサに似
た働きをする。例えば、マイクロプロセッサ1220
は、デコードされる各フレームごとにデコード・コマン
ドをMPEGデコーダに対して出力する。デコーダが関
連したヘッダ情報を見つけると、これはマイクロプロセ
ッサ1220によって読み取られる。この情報を使用し
て、マイクロプロセッサ1220は、例えば、フレーム
・タイプ、量子化マトリックスなどに関するデコーダ構
成のためのデータを出力し、そのあとでデコーダは適切
なデコード・コマンドを出す。MPEGデコーダがこの
ように動作することに関する詳細情報は、上記のSGS-Th
omson STi 3500A および3220集積回路デバイスの技
術仕様書に記載されている。
【0068】受像機メーカによってプログラムされたモ
ード制御データはマイクロプロセッサ1220からメモ
リ・コントローラ1234へ送られ、MUX31のオペ
レーションを制御し、ユニット30および32の圧縮/
圧縮解除係数を設定し、さらに、メーカが選定したディ
スプレイ・デバイスの解像度に基づいた必要に応じて、
圧縮/圧縮解除ユニットおよびデシメーション/アップ
サンプリング・ユニットをバイパスさせる。
【0069】これまでに説明してきたシステムは、例え
ば、地上放送、ケーブルおよび衛星伝送システムと関連
づけられているような、様々なディジタル・データ処理
機構(schemes) の分野でMPEG仕様のすべてのプロフ
ァイルとすべてのレベルで使用することができる。コン
プレッサ30は、図3および図8に示すように、デュア
ル圧縮ネットワークを採用すると好ましいが、他の圧縮
機構を使用することも可能であり、また、システムを単
純化するために、圧縮ネットワークの一方を省略するこ
とも可能である。
【0070】これまでに説明してきたデータ削減および
メモリ管理システムは他の形態にすることも可能であ
る。例えば、外部メモリ・パスのデータ・ビット幅を一
定にし、メモリ・サイズが変わっても不変にすることが
できる。例えば、システム設計を単純化するために、固
定の64ビット幅データ・パスはメモリ構成に関係な
く、外部フレーム・メモリとデコーダの間で使用するこ
とが可能である。その場合にはMUX31は不要にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】テレビジョン信号受像機のうち、本発明の原理
に従って構成されたMPEGデコーダを採用している部
分を示すブロック図である。
【図2】メモリ・マッピング手順を示す図である。
【図3】図1に示したMPEGデコーダで使用するのに
適した圧縮ネットワークを示すブロック図である。
【図4】図3に示したネットワークの詳細を示す図であ
る。
【図5】図3に示したネットワークの詳細を示す図であ
る。
【図6】図4および図5に示したネットワークのオペレ
ーションを理解する上で役立つピクセル構成を示す図で
ある。
【図7】図4および図5に示したネットワークのオペレ
ーションを理解する上で役立つピクセル構成を示す図で
ある。
【図8】その他のデュアル通路圧縮ネットワークを示す
図である。
【図9】ピクセル・デシメーションとアップサンプリン
グを説明した図である。
【図10】図9に示したプロセスを実行するための装置
を示すブロック図である。
【図11】メモリからディスプレイ・プロセッサへ送ら
れるピクセルをディスプレイ・バッファリングする様子
を示すブロック図である。
【図12】単純化された実用受像機における図1の構成
を示す図である。
【符号の説明】
10 バッファ 12 デコーダ 14 逆量子化器 16 逆離散コサイン変換(DCT)器 18 加算器 20 ビデオ・フレーム・メモリ 22 動き補償ユニット 26 ディスプレイ・プロセッサ 27 ディスプレイ・デバイス 29 水平LPFおよびデシメータ 30 コンプレッサ 31 マルチプレクサ/デマルチプレクサ 32 デコンプレッサ 33 水平アップサンプリング・ユニット 34 デコンプレッサ
フロントページの続き (72)発明者 バース アラン キャンフィールド アメリカ合衆国 46236 インディアナ州 インディアナポリス ノース ドライブ インディアン レイク ブールバード 10421 (72)発明者 ウェイ−マン ラム アメリカ合衆国 10547 ニューヨーク州 モヘガン レイク サニー リッジ ロ ード 1325 (72)発明者 ビリー ウェスレイ バイヤーズ ジュニ ア アメリカ合衆国 46140 インディアナ州 グリーンフィールド ウッドクレスト 6920

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イメージを表わす情報を処理するシステ
    ムにおいて、MPEG互換デコーダは、 MPEG符号化情報を含んだ入力データストリームを圧
    縮解除して、圧縮解除された情報を出力する圧縮解除手
    段と、 前記圧縮解除された情報のデータ削減を行い、データ削
    減情報を出力する手段であって、該データ削減を行う手
    段はデータ圧縮手段およびデータ・デシメーション手段
    を有するデータ削減手段と、 前記データ削減情報をストアするメモリ手段と、 前記メモリ手段によりストアされた情報を処理する出力
    手段とを具備したことを特徴とするシステム。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のシステムにおいて、 前記出力手段は、予め定めたイメージ解像度を有するイ
    メージ・ディスプレイ・デバイスを含んでおり、 前記データ削減手段により生じるデータ削減量は、前記
    イメージ・ディスプレイ・デバイスの解像度に従って決
    定されることを特徴とするシステム。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のシステムにおいて、 前記データ・デシメーション手段は水平方向にデシメー
    トされたイメージ情報を提供し、垂直イメージ情報をデ
    シメートすることなく処理することを特徴とするシステ
    ム。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載のシステムにおいて、 前記データ・デシメーション手段は水平方向にデシメー
    トされたイメージ情報を提供し、垂直イメージ情報をデ
    シメートすることなく処理し、 前記圧縮解除手段は、DCT係数を廃棄することなく動
    作する逆離散コサイン変換プロセッサを含むことを特徴
    とするシステム。
  5. 【請求項5】 請求項3に記載のシステムにおいて、 前記データ・デシメーション手段は偶数次のローパス・
    フィルタを含み、 前記イメージ情報は水平方向にファクタ2でデシメート
    され、 前記データ圧縮手段はピクセル・ブロック圧縮を行うこ
    とを特徴とするシステム。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載のシステムにおいて、 前記圧縮解除手段および前記データ削減手段は集積回路
    内に位置されており、 前記メモリ手段は前記集積回路の外側に配置されている
    ことを特徴とするシステム。
  7. 【請求項7】 請求項1に記載のシステムにおいて、 前記データ・デシメーション手段は前記圧縮解除手段か
    らの情報を選択的にデシメートして、デシメートされた
    情報を生じ、 前記データ圧縮手段は前記デシメートされた情報または
    前記圧縮解除された情報を選択的に圧縮することを特徴
    とするシステム。
  8. 【請求項8】 請求項1に記載のシステムにおいて、 圧縮されたイメージを表わすMPEG符号化情報のデー
    タストリームを受信する入力手段と、 前記イメージ情報を圧縮解除して、圧縮解除された情報
    を生じる手段と、 前記圧縮解除された情報を処理する動き情報処理手段で
    あって、該動き情報処理手段は前記データ削減手段を含
    んでいる動き情報処理手段とを備え、 前記メモリ手段は前記動き情報処理手段からのデータ削
    減情報をストアし、 前記出力手段はイメージ処理手段を含んでいることを特
    徴とするシステム。
  9. 【請求項9】 請求項8に記載のシステムにおいて、 前記データ圧縮手段は予め決めた圧縮ファクタを制御可
    能に示し、 前記データ・デシメーション手段は水平イメージ・デシ
    メーションを与え、選択的にイネーブルまたはディスエ
    ーブルされることを特徴とするシステム。
  10. 【請求項10】 請求項8に記載のシステムにおいて、 前記データ圧縮手段は前記圧縮解除された情報を再圧縮
    し、再圧縮された情報を生じ、 前記データ・デシメーション手段は前記再圧縮された情
    報をデシメートし、データ削減情報を生じ、 インタフェース手段は第1のパスを介して前記データ削
    減情報を受信し、前記データ削減情報を第2のパスを介
    して前記メモリ手段へ伝達することを特徴とするシステ
    ム。
  11. 【請求項11】 請求項10に記載のシステムにおい
    て、 前記データ削減手段は集積回路内に置かれ、 前記第1のパスは前記集積回路の内部にあるデータ・バ
    スであり、 前記メモリ手段は前記集積回路の外部に配置されている
    ことを特徴とするシステム。
  12. 【請求項12】 請求項10に記載のシステムにおい
    て、 前記動き情報処理手段はさらに加えて、 前記メモリ手段からのデータを受信するデータ圧縮解除
    手段と、 前記データ圧縮解除手段からの情報をアップサンプリン
    グするデータ・アップサンプリング手段とを備えたこと
    を特徴とするシステム。
  13. 【請求項13】 請求項12に記載のシステムにおい
    て、 前記メモリ手段はビデオ・フレーム・メモリであり、 前記データ・デシメーション手段は、垂直イメージ情報
    を除いた水平イメージ情報をデシメートし、 前記データ・アップサンプリング手段は水平イメージ・
    アップサンプリングを行うことを特徴とするシステム。
  14. 【請求項14】 MPEG符号化イメージを表わす情報
    のディジタル・データストリームを処理する方法におい
    て、 入力された前記データストリームを圧縮解除して、圧縮
    解除されたMPEG情報を生じるステップと、 前記圧縮解除された情報のデータ削減を行って、データ
    削減情報を得るステップであって、 (1)前記圧縮解除された情報を圧縮して、再圧縮され
    た情報を生じさせるステップと、 (2)前記圧縮解除された情報を選択的にデシメートす
    るステップとを含むデータ削減ステップと、 前記データ削減情報をストアするステップと、 前記ストアされた情報を処理するステップとを備えたこ
    とを特徴とする方法。
JP9162948A 1996-06-19 1997-06-19 Mpegデコーダのためのマルチモード・データ削減システム Withdrawn JPH1066081A (ja)

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