JPH11252546A - 伝送速度変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】圧縮符号化された画像信号を出力帯域に合わせ
て伝送速度を変換し、効率良い多重を行う伝送速度変換
装置を提供する。 【解決手段】 ＤＣＴ係数を再量子化及びＤＣＴ係数を
処理する過程とを有し、さらに入力伝送速度と出力伝送
速度とからより効率的な情報削減方法を選択する選択制
御過程と、入力された信号と変換後の信号との差分を求
め動き補償とフレーム／フィールド間予測符号化を行う
過程とから高効率に伝送速度変換を実現する。また、係
数処理過程は効率の良い係数処理モードを選択すること
により最適な伝送速度変換を実現する。 【効果】 圧縮符号化された画像信号の伝送速度を変換
する際、画質劣化の少ない効率的な速度変換を実現でき
る。また、再量子化及び係数処理による予測誤差は現在
の画像の予測画像で補正しながら符号化するので誤差が
蓄積せず、画像復号装置での正しい復号動作が期待でき
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、ディジタル符号化
した画像信号を伝送，記録，表示を行う機器において、
データの情報量を削減する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】衛星放送のディジタル化に始まり、今後
地上波及びＣＡＴＶもディジタルによる画像及び音声の
配信が行われる予定である。さらには従来放送の伝送媒
体ではなかったインターネットなどのコンピュータネッ
トワークにおいても画像及び音声の放送が行われようと
している。現在の衛星ディジタル放送は、画像信号と音
響信号をそれぞれＭＰＥＧ−２（Moving Picture Exper
ts Group-2） Ｖｉｄｅｏ，Ａｕｄｉｏの標準規格に基
づき圧縮符号化し伝送している。

【０００３】以下衛星ディジタル放送の番組をＣＡＴＶ
局で再送信する場合についての例を説明する。現在の衛
星の中継器内のディジタル伝送帯域は２９．１６２Ｍｂ
ｐｓであり、この帯域内に複数の番組を多重伝送してい
る。各番組の帯域は必ずしも同一ではなく、異なる帯域
の番組が多重されていることがある。既存のＣＡＴＶに
おいて誤り訂正及びＱＡＭ（Quadrature Amplitude Mod
ulation）による変調を行うことによって、１つの伝送
帯域が２９．１６２Ｍｂｐｓとなる。従って、ディジタ
ル衛星放送で伝送された複数の番組を含むディジタル信
号をＣＡＴＶで用いられている変調方式に変調すること
で、ＣＡＴＶ網を利用した伝送を実現することが可能と
なる。しかしながら、この場合衛星の中継器内の全ての
番組を再送信するので、望まない番組も再送信すること
になる。この方法は望まない番組のために伝送帯域を消
費するので効率が悪いと言える。そこで、ディジタル衛
星放送の番組の内所望の番組のみを抽出し、これらの番
組のみを再多重することによって、伝送路の効率的利用
が可能となる。先にも述べたように、各番組の帯域は必
ずしも同一ではない。

【０００４】従って、所望の番組のみを多重した場合、
伝送帯域が２９．１６２Ｍｂｐｓを少し越えることが考
えられる。多重して帯域を越えた番組を別の帯域で伝送
すると新たな伝送路と余剰帯域が発生するので多重効率
の低下を招く。ここで伝送路の帯域を越えた番組の情報
量を削減し伝送速度を低下させ、伝送帯域内に抑えるこ
とにより高効率伝送が可能となる。このようにディジタ
ルデータの伝送速度を変換することにより高効率多重が
行える。

【０００５】圧縮符号化されたビデオ信号の伝送速度を
変換する、従来知られている速度変換装置（トランスコ
ーデック）のブロック図を図２に示す（「Transcoding
of MPEG bitstreams」G. Keesman他，Signal Processin
g: Image Communication，１９９６年）。まず、可変長
復号部３１で復号された信号は、第１の逆量子化部３２
にて逆量子化してＤＣＴ（Discrete Cosine Transfor
m）係数を得る。この係数は過去の画像との差分演算を
演算部３３で行い、再び量子化部３４において第２の量
子化を行う。

【０００６】量子化出力の一方は可変長符号化部３５に
て符号化し情報量を削減した符号化信号を出力する。他
方、量子化部３４の出力は第２の逆量子化部３６で逆量
子化を行い、演算部３７で再量子化前のデータとの差分
を求める。差分結果は逆コサイン変換（Inverse Cosine
Transform）をＩＤＣＴ部３８で行いフレームメモリ３
９に保存する。

【０００７】また、入力信号に含まれる動き補償情報を
可変長復号部３１が動き補償部４０に通知し、動き補償
部４０はフレームメモリ３９の画像に対して動き補償を
行う。動き補償された信号はコサイン変換部４１にてＤ
ＣＴ演算を行い演算部３３に入力される。このトランス
コーデックの基本的動作は、符号化された信号を逆量子
化してＤＣＴ係数を得て、再び、符号化時より粗い量子
化ステップを用いて量子化することにより情報量の削減
を図っている。

【０００８】図６に再量子化方法による伝送速度変換装
置を示す（特開平８−２２８１５６「デジタル信号を部
分的に再圧縮するための方法及び装置」）。入力信号は
可変長復号部９１で復号し、逆量子化部９２でＤＣＴ係
数を得る。このＤＣＴ係数は量子化部９３で符号化時の
量子化ステップより粗い量子化ステップで再量子化す
る。再量子化した信号は可変長符号化部９４で符号化
し、出力される。量子化部９３の量子化値は量子化ステ
ップ設定部９５で制御する。この方法は、図２に示した
従来の方法と比較して、変換誤差の補正部分が省略され
た形になっている。フレームメモリや（逆）ＤＣＴ変換
部が不要となり、回路構成は簡略化できるが、符号化装
置のローカルフレームメモリと復号装置の復号内容に不
一致が発生し、予測誤差符号に誤りを生じてしまう。

【０００９】従来のトランスコーデックの他の例を図３
を用いて説明する（「ビットレート変換方式の検討」，
松本他，１９９４年ＴＶ学会年次大会）。入力された符
号化信号は可変長復号部５１にて復号された後、逆量子
化部５２にてＤＣＴ係数を得る。係数処理部５３は、低
周波成分のみを抜き出し出力する。得られた係数は量子
化部５４にて量子化された後、可変長符号化部５５にて
符号化信号を得る。符号化信号は出力バッファ５６に一
旦保持される。バッファ５６の蓄積容量により量子化部
５４の量子化ステップを量子化制御部５７が制御し、一
定の伝送速度を得る。入力信号の伝送速度が出力信号の
帯域を下回る場合は、入力信号をそのまま出力するた
め、選択部５８と選択制御を行う制御部５９が出力信号
の選択を行う。出力の伝送帯域に対して、入力の伝送帯
域が等しいかもしくは、下回る場合は変換の必要がない
ので、入力のバッファ部６０にて単位時間のデータ蓄積
量を選択制御部５９へ通知し、選択部５８を制御する。
また、逆量子化を行わずに係数処理を行うこともでき
る。図１１において、入力信号はバッファ１３１に一旦
保持され、可変長復号部１３２にで復号する。可変長復
号部１３２で得られる信号はランレングス，レベルの組
合せである。係数を０にするのであれば、この組合せを
削除すれば良い。係数処理部１３３で係数処理を行い、
可変長符号化部１３４で符号化する。選択部１３６では
変換した信号と無変換の信号を選択し出力する。選択さ
れた信号はバッファ１３７を介して出力される。選択制
御部１３５は入力伝送帯域と出力伝送帯域を比較して出
力する信号の制御を行う。

【００１０】以上２つの従来例について説明したが、次
にそれぞれの方法の特性について述べる。図４にそれぞ
れの方法に対する、変換後伝送速度とＳＮＲのおおよそ
の関係を示す。速度変換をせずに符号化した場合のＳＮ
Ｒのグラフ７１に対し、再量子化を行う方法のＳＮＲの
グラフ７２はおおよそ並行に推移している。係数処理を
行う方法のＳＮＲ７３は、元の伝送速度に近い範囲、お
およそ元の伝送速度の約１割程度の範囲内では再量子化
方法と比較し良い結果となり、その範囲を下回ると再量
子化方法のＳＮＲを下回っている。伝送速度の変換は画
質劣化を引き起こす。しかしながら、入力伝送速度に対
する出力伝送速度の差により、画質劣化度が変化する。
例えば、入力６Ｍｂｐｓの符号化信号に対して、出力信
号の伝送速度を５．７Ｍｂｐｓに変換したい場合は再量
子化方法の画質劣化度は大きい。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、圧縮符号化
された画像信号を出力帯域に合わせて伝送速度を変換
し、効率良い多重を行うとともに、前記問題点を解決し
高効率の伝送速度変換装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の伝送速度変換装置は、ＤＣＴ係数を再量子
化する過程とＤＣＴ係数を処理する過程とを有し、さら
に入力伝送速度と出力伝送速度とからより効率的な情報
削減方法を選択する選択制御過程と、入力された信号と
変換後の信号との差分を求め動き補償とフレーム／フィ
ールド間予測符号化を行う過程とから高効率に伝送速度
変換を実現する。また、係数処理過程は係数処理方法に
より情報削減割合を係数処理制御過程へ通知し、効率の
良い係数処理モードを選択することにより最適な伝送速
度変換を実現する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を図を用いて説
明する。図５に本発明の一実施形態を示す。入力の符号
化信号は選択部８１にて選択制御部８２が示す伝送速度
変換部へ出力される。

【００１４】選択制御部８２は入力の符号化信号の伝送
速度と出力の符号化信号の伝送速度から最も効率の高い
変換方式を選択し、選択部８１へ通知する。入力及び出
力伝送速度の設定は速度設定部８３にて行う。入力の選
択部８１は、選択型ではなく、図８に示すような分配器
でも構わない。ここで入力伝送速度ｒｉと出力伝送速度
ｒｏとし、伝送速度変換比をｒｒ＝ｒｏ／ｒｉとする。
速度変換効率は速度変換方法及び速度変換比ｒｒにより
異なるので、図９に示すような効率表を作成することが
できる。図９に示した表は変換方法及び変換比に対する
ＳＮＲの劣化を表している。

【００１５】ＳＮＲは入力画像に対して若干異なる値を
示すが、変換方法によりおよそ図４に示すようになる。
複数の動画像に対してＳＮＲの平均を求めて表の値とす
る。求めた表は効率データとして図１０に示す効率デー
タ保持部１２１に保存する。速度設定部８３が入出力伝
送速度変換比を通知し、効率データ保持部１２１がその
変換比に基づいた最も効率の良い選択信号を出力する。
つまり、図４のグラフではグラフ７２，７３，７４の変
換方式の特性を示しているが、出力伝送速度によりＳＮ
Ｒが最もよい方式を選択すれば良い。このグラフでは
５．５Ｍｂｐｓ以上では７３に示される方法，４．５Ｍ
ｂｐｓ〜５．５Ｍｂｐｓでは７２に示される方法，４．
５Ｍｂｐｓ以下では７４に示される方法を選択すれば良
い。出力信号は出力選択部８４へ通知し、選択部８４は
符号化信号を出力する。

【００１６】図５において伝送速度変換部８５，８６及
び８７は従来の伝送速度変換方法を用いることにより伝
送速度変換を行う。従来の方法は前述したように、再符
号化方法と再量子化方法と係数処理方法などがある。

【００１７】伝送速度変換の従来方法である、再量子化
方法と係数処理方法は可変長復号と符号化は行うので共
通化することができる。従って図５のように全く独立に
動作させることも可能であるが、共通化を図り構成の簡
略化を実現できる。図１にその実施形態を示す。入力信
号は１つの番組の符号化された画像信号としてバッファ
１に入力される。バッファ１は情報の蓄積量を経路制御
部２へ通知する。経路制御部２は単位時間のバッファの
入力量から入力伝送速度を求める。バッファ１の出力は
可変長復号部３において復号し、選択部４による２つの
経路による処理を行う。

【００１８】ここで２つの経路を経路１と経路２とす
る。経路１は逆量子化部５でＤＣＴ係数を求める。経路
２は特に処理は行わず選択部６にて経路１と経路２の信
号を選択する。次に前画面の予測誤差信号と演算部７に
て現在の画像のＤＣＴ係数を得る。演算部７の出力は先
ほどの２つの経路に同期して再び経路１と経路２の処理
を行う。経路１では、量子化部９において再量子化を行
う。量子化ステップは制御設定部１０より初期値が与え
られる。符号化時の量子化ステップより粗い量子化ステ
ップを用いて再量子化することにより情報量を削減す
る。経路２では、可変長符号化部３の出力から係数処理
部１１にて、例えば、係数のうちの高周波成分を削除し
情報量を削減する。

【００１９】係数制御部１２は係数処理部１１での制御
方法を示す。経路１で再量子化された信号または、係数
処理部１１で処理された信号は選択部１３で選択して出
力される。この信号は可変長符号化部１４にて符号化さ
れバッファ１５で一旦保持された後伝送路へと出力され
る。再量子化に伴う変換誤差を吸収するため、選択部１
３の出力は選択部１６へ入力され、経路１の信号を出力
する。選択部１６の出力は逆量子化部１７にて逆量子化
されＤＣＴ係数を得る。この信号と変換前の信号の差分
を演算部１８にて求め、変換誤差信号を得る。この信号
を逆ＤＣＴ部１９にて画素成分に変換しフレームメモリ
２０に保存する。入力信号には動き補償に関する信号が
含まれており、可変長復号部３から動き補償に関する信
号を受け、動き補償処理部２１にて処理を行う。

【００２０】動き補償後の信号はＤＣＴ部２２でＤＣＴ
係数に変換した後、変換誤差信号として演算部７に入力
する。出力のバッファ１５の蓄積量によりレート制御部
２４にて量子化部９の量子化ステップを制御する。例え
ば、バッファの蓄積量Ｓｂがある定めた閾値Ｔｂを越え
た時に量子化ステップを粗くする。

【００２１】次に、図７を用いて他の実施形態について
説明する。基本的には図１に示す実施形態と類似してい
るが、図１に示す実施形態に含まれる係数処理が逆量子
化を行わず伝送速度変換を実現しているのに対し、図７
に示す実施形態は逆量子化を行っている。バッファ１０
１は入力信号を一旦保持するとともに、バッファ蓄積量
を経路制御部１０２へ通知する。バッファの出力は可変
長復号部１０３にて復号され逆量子化部１０４でＤＣＴ
係数を得る。次に前画面の予測誤差信号と演算部１０５
にて現在の画像のＤＣＴ係数を得る。この係数に対して
選択部１０６が経路１と経路２に対して選択出力し、経
路１はそのまま次の選択部１０７へ出力され、経路２の
出力は係数処理部１０８へ出力される。ここでの係数処
理は図１と同様なので省略する。係数処理部１０８の出
力信号は選択部１０７で選択される。選択部１０７の信
号は量子化部１０９で再量子化し、一部は可変長符号化
部１１０で符号化し出力バッファ１１１に一旦保持され
た後出力信号として出力される。バッファ１１１の蓄積
量はレート制御部１１２へ通知し、レート制御部１１２
は量子化ステップを量子化部１０９へ通知する。レート
制御及び量子化ステップの通知については図１と同様で
ある。量子化部１０９の出力の一部は選択部１１３より
逆量子化部１１４にてＤＣＴ係数を得る。その後の、逆
ＤＣＴ変換，フレームメモリ，動き補償，ＤＣＴ変換，
変換誤差演算に関しては図１と同じなので説明は省略す
る。

【００２２】経路制御部１０２は入力伝送帯域と出力伝
送帯域とから情報削減方法の経路を決定する。ここで入
力伝送帯域は入力バッファ１０１の単位時間当たりの入
力情報量より求め、出力伝送帯域はあらかじめ設定され
ている。例えば、ｒｒがあらかじめ設定された閾値ＲＲ
を越えるか否かで選択するようにする。つまり、ｒｒ＞
ＲＲのとき係数処理経路を選択するようにする。係数処
理経路が選択された場合、ＤＣＴ係数は係数処理部１０
８において係数制御部１１５で示される処理方法で処理
される。

【００２３】また、入力伝送帯域は単位時間のバッファ
１０１の入力量から自動算出する方法以外にもあらかじ
め経路制御部１０２に設定しておくこともできる。

【００２４】係数処理部１１は係数制御部１２に従い、
係数を０に置換する。係数制御部１２における制御方法
を図を用いて説明する。図１２の１５１はＤＣＴ係数の
ブロックを示している。

【００２５】ＤＣＴ係数は図中の矢印で示された順に読
み出される。この図では左上から始まり右したへ矢印が
続いているが、読出順の後にある係数が高次の係数であ
る。従って、請求項６記載の高次の非零係数から一定の
数の係数を零に置換するということは、例えば、図１３
に示すような非零係数（図中ＮＺ）がブロック１６１内
に分布している時に、高次の非零係数から３つの係数を
零に置換すると図１４に示されるブロック１７１のよう
な分布になることを表している。他に非零係数を零係数
に置換する方法としてはブロック内の非零係数の個数に
対して一定の割合数の高次の非零係数を０に置換する方
法やブロック内にさらに小さなブロック領域をＤＣ係数
を含むように設定し、その領域外の非零係数を零に置換
する方法がある。

【００２６】

【発明の効果】本発明により、圧縮符号化された画像信
号の伝送速度を変換する際、従来より画質劣化の少ない
効率的な速度変換を実現できる。また、再量子化及び係
数処理による予測誤差は現在の画像の予測画像で補正し
ながら符号化するので誤差が蓄積せず、画像復号装置で
の正しい復号動作が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】伝送速度変換装置のブロック図。

【図２】再符号化方法による速度変換部のブロック図。

【図３】係数処理方法による速度変換部のブロック図。

【図４】各変換方法における画質特性のグラフ。

【図５】伝送速度変換装置のブロック図。

【図６】再量子化方法による速度変換のブロック図。

【図７】伝送速度変換装置のブロック図。

【図８】符号化信号分配部の構成図。

【図９】画質変換効率表。

【図１０】選択制御部の説明図。

【図１１】係数処理方法による速度変換のブロック図。

【図１２】係数のジグザグスキャンによる読出し説明
図。

【図１３】ＤＣＴ係数処理の説明図。

【図１４】ＤＣＴ係数処理の説明図。

【符号の説明】

１，１５，５６，６０，１０１，１１１，１３１，１３
７…バッファ、２，１０２…経路制御部、３，３１，５
１，９１，１０３，１３２…可変長復号部、４，６，１
３，１６，５８，８１，８４，１０６，１０７，１１
３，１３６…選択部、５，１７，３２，３６，５２，９
２，１０４，１１４…逆量子化部、７，１８，３３，３
７，１０５…演算部、９，３４，５４，９３，１０９…
量子化部、１０…制御設定部、１２…係数制御部、１
４，３５，５５，９４，１１０，１３４…可変長符号化
部、１９，３８…逆ＤＣＴ変換部、２０，３９…フレー
ムメモリ、２１，４０…動き補償部、２２，４１…ＤＣ
Ｔ変換部、１１，５３，１０８，１３３…係数処理部、
５７…量子化制御部、５９，８２，１３５…選択制御
部、７１，７２，７３，７４…ＳＮＲのグラフ、８３…
速度設定、８５，８６，８７…伝送速度変換部、８８…
分配部、９５…量子化ステップ制御部、１１２…レート
制御部、１２１…効率データ保持部、１５１，１６１，
１７１…ＤＣＴ係数ブロック。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも２つ以上の伝送速度変換手段
   と、該伝送速度変換手段の出力を選択して出力する選択
   出力手段と、該選択出力手段を制御する選択制御手段と
   を備えることを特徴とする伝送速度変換装置。
2. 【請求項２】前記選択制御手段が、前記伝送速度変換手
   段の変換効率データを保持する手段を具備し、伝送速度
   変換比から選択信号を出力することを特徴とする請求項
   １記載の伝送速度変換装置。
3. 【請求項３】前記伝送速度変換手段が、再量子化方法を
   用いた伝送速度変換手段または係数処理方法を用いた伝
   送速度変換手段または再符号化方法を用いた伝送速度変
   換手段であることを特徴とする請求項１乃至２記載の伝
   送速度変換装置。
4. 【請求項４】入力データを一時保持するバッファ手段
   と、上記入力データを可変長復号する復号手段と、該復
   号手段により得られた係数を逆量子化する逆量子化手段
   と、第２の量子化を行う第１の量子化手段と、量子化信
   号を可変長符号化する符号化手段と、符号化信号を一時
   保持するバッファ手段と、前記第２の量子化を制御する
   レート制御手段と、前記係数の処理を行う係数処理手段
   と、係数処理を制御する係数制御手段と、係数制御のモ
   ードを設定する制御設定手段と、上記復号手段の出力先
   を選択する第１の選択手段と、該第１の選択手段と同期
   して上記逆量子化手段の出力か上記第１の選択手段の出
   力を選択する第２の選択手段と、該第２の選択手段と同
   期して出力先を選択する第３の選択手段と、該第３の選
   択手段と同期して上記第１の量子化手段の出力か上記係
   数処理手段の出力を選択する第４の選択手段と、上記第
   １，第２，第３及び第４の各選択手段を制御する経路制
   御手段とを有することを特徴とする伝送速度変換装置。
5. 【請求項５】前記第４の選択手段の出力を選択する第５
   の選択手段と、該第５の選択手段の１つの出力信号を逆
   量子化する第２の逆量子化手段と、逆量子化信号の出力
   が上記第５の選択手段の出力を選択する第６の選択手段
   と、上記第２の逆量子化手段の出力信号と過去の画像デ
   ータとから差分信号を求める第１の演算手段と、該第１
   の演算手段の出力から画素値を求める第２の演算手段
   と、該第２の演算手段の出力を保持するフレームメモリ
   と、入力データに含まれる動き補償情報をもとに動き補
   償を行う補償手段と、直交変換を行う第３の演算手段
   と、演算出力信号と入力信号との差分を求める第４の演
   算手段とを有することを特徴とする請求項４記載の伝送
   速度変換装置。
6. 【請求項６】前記経路制御手段が、入力データの伝送速
   度と出力速度とから第１，第２，第３，第４，第５及び
   第６の各選択手段を制御する請求項５記載の伝送速度変
   換装置。
7. 【請求項７】前記係数制御手段が、高次の０でない係数
   から一定の数の係数を０に置換することを特徴とする請
   求項４乃至６記載の伝送速度変換装置。
8. 【請求項８】前記係数制御手段が、ｎ×ｎの係数ブロッ
   クの内のｍ×ｍ（ｎ＞ｍ）の外側の０でない係数を０に
   置換することを特徴とする請求項４乃至６記載の伝送速
   度変換装置。
9. 【請求項９】互いに異なる方法により速度変換を実行す
   る複数の伝送速度変換手段と、上記各伝送速度変換手段
   における各画質劣化度を複数の速度変換比毎に管理した
   テーブルと、入力の伝送速度を測定する速度測定手段
   と、出力の伝送速度を設定する速度設定手段と、上記速
   度測定手段で測定された伝送速度と上記速度設定手段で
   設定された伝送速度から速度変換比を演算し、演算結果
   の速度変換比に基づいて上記テーブルを参照し、前記複
   数の伝送速度変換手段のうちから画質劣化度が最小の伝
   送速度変換手段を選択するための制御手段とを有するこ
   とを特徴とする伝送速度変換装置。