JPH1188889A - 帯域幅に制限があるビデオデータ通信用のビデオ圧縮 - Google Patents

帯域幅に制限があるビデオデータ通信用のビデオ圧縮

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JPH1188889A
JPH1188889A JP10184568A JP18456898A JPH1188889A JP H1188889 A JPH1188889 A JP H1188889A JP 10184568 A JP10184568 A JP 10184568A JP 18456898 A JP18456898 A JP 18456898A JP H1188889 A JPH1188889 A JP H1188889A
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frames
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Min-Hsiung Lin
リン ミン−フシアング
Tong-Fei Yeh
イエ トング−フェイ
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  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 時間領域のビデオ圧縮および解凍方式に
おいて、ビデオフレームのタイムシーケンスで対となる
連続フレームを減算することで得られる差動フレーム
を、伝送する信号をコード化することでビット数を減ら
して量子化する。差動フレームの信号からオフセットを
加算もしくは減算して、量子化の結果として生じる切り
捨てエラーを減少させる。幅広い範囲の差動信号を、差
動信号の最大振幅をある所定の値よりも下にクランプす
ることで減少させる。不完全フレームと同様に完全フレ
ームもエンコーダからデコーダに伝送して、デコーダ
は、フレームの完全性の程度を確認して、そのフレーム
がどの程度完全であるかに基づいて不完全フレームを表
示するか処分するかを決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にビデオ圧
縮方式に関し、さらに詳しく言えば、帯域幅に制限があ
るビデオデータ通信用のビデオ圧縮および解凍方式に関
する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】キャプチャーカード付
きのアナログビデオカメラは、従来、ビデオ画像を保存
して前記画像のようなビデオ信号をパーソナルコンピュ
ータに供給するために使用されてきた。現在使用されて
いるキャプチャーカードの最速フレーム率は、毎秒１５
フレームである。ビデオカメラを装備したパーソナルコ
ンピュータの数もあまり多くなく、その原因として、カ
メラやキャプチャーカードのコストが高いことやキャプ
チャーカードの設置手順が煩雑であることがあげられ
る。
【０００３】ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）標準
ができたことで、パーソナルコンピュータに直接ディジ
タル入力する経路が生じた。ＵＳＢベースのディジタル
ビデオカメラでは、キャプチャーカードを用いずにパー
ソナルコンピュータにビデオ画像を送ることができる。
これによりコストが下がるだけでなく、さらに設置手順
も簡単になる。しかしながら、等時性のトランザクショ
ンモードを使用するＵＳＢの最大帯域幅は、毎秒８メガ
ビットしかない。このように帯域幅に限界があるため、
ＵＳＢは毎秒２６フレームで４：２：０ ＱＣＩＦ（１
７６×１４４）解像度の画像しか伝送することができな
い。高品質のビデオを送るには、フレーム率が毎秒３０
フレームのように高いもので、ビデオの解像度がＣＩＦ
（３５２×２８８）のように高く、カラー形式が４：
２：２のように優れているものを用いることが望まし
い。優れた圧縮方式への需要は非常に高く、ＵＳＢの帯
域幅内で伝送できる圧縮を実行しやすく、さらに確実に
行う方式が望まれている。
【０００４】ＪＰＥＧ，ＭＰＥＧ，Ｈ．２６１および
Ｈ．２６３等、様々なビデオ圧縮標準が長年採用され使
用されてきた。これらの標準では、離散コサイン変換
（ＤＣＴ），モーション補償およびエントロピーコーデ
ィングを全て用いている点が共通している。
【０００５】上記の標準が基本としている考えは、連続
ビデオフレーム間で起こる変化は、主にフレーム内での
物体の不均一な動きであるという点である。また、この
ように空間的に依存した動きを正確に予想して補償する
ことで、フレーム間のデータ圧縮方法および装置が確立
できると考えられている。言い換えれば、連続フレーム
間の物体の動きを予想することで、アルゴリズムをさら
に上手に実行することができる。
【０００６】ＭＰＥＧ等の上記の標準は、画像を悪化さ
せずに好適な圧縮率を達成できるが、ブロックベースの
モーション予想やＤＣＴ等のＭＰＥＧベースのエンコー
ダ方式での処理は非常に煩雑なものである。実時間ビデ
オ圧縮を実行するには、高性能の処理チップが必要とな
る。ディジタルビデオカメラを装備したパーソナルコン
ピュータ等の応用では、このような高性能の処理チップ
を用いて達成されるような圧縮率は必要とされない。そ
れでも、これらの応用では高品質の画像で適度に圧縮す
ることが望まれる。したがって、ＵＳＢベースのディジ
タルカメラを装備したパーソナルコンピュータ等で応用
できる改良した圧縮方式を提供するはとは望ましいこと
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの特徴は、
ビデオ信号のフレームのタイムシーケンスをコード化す
る方法に関するもので、前記方法は、シーケンスにおい
て２つの連続したフレームの間の差動フレームを計算す
るステップと、および、量子化器を用いて、そこから生
じたビデオ信号の差動フレームもしくはビデオ信号のフ
レームを量子化し、前記量子化器は差動フレームのビデ
オ信号をコード化するためにバイト数を減らして、圧縮
した差動フレームを発生させる量子化ステップとを含む
ものである。
【０００８】本発明の別の特徴は、ビデオ情報のフレー
ムのタイムシーケンスをコード化する方法に関するもの
で、前記方法は、シーケンスにおいて対となる連続フレ
ームもしくはそこから生じるフレーム間の差を計算し
て、連続した対応する差動フレームを得る計算ステップ
と、差動フレームもしくはそこから生じるフレームを量
子化して、連続した量子化フレームを供給する量子化ス
テップと、および量子化フレームを帯域幅をもつ媒体を
介して伝送し、ここにおいて、量子化フレームの少なく
とも１つの完全なフレームよりも少ないものを伝送し、
それは前記媒体の帯域幅が量子化フレームの前記少なく
とも１つを伝送するのに不適切なものであるときである
伝送ステップとを含むものである。
【０００９】本発明のさらなる別の特徴は、ある媒体か
ら受信するビデオ情報を含むフレームのタイムシーケン
スを解読する方法に関するもので、ここにおいて、前記
フレームの少なくとも１つは不完全フレームである。前
記方法は、受信した連続フレームにおいていかなる不完
全フレームをも検出するステップと、検出された不完全
フレームの完全性の程度を獲得するステップと、および
ある基準に従って、その完全性の前記程度から検出した
不完全フレームを処分すか否かを決定するステップとを
含むビデオ情報を含むものである。
【００１０】本発明のさらなる特徴は、ビデオ情報のフ
レームのタイムシーケンスをコード化する方法に関する
もので、前記方法は、シーケンスで少なくとも２つの連
続するフレーム、もしくはそこから生じるフレーム間の
差を計算して、少なくとも１つの対応する差動フレーム
を獲得する計算ステップと、差動フレームの少なくとも
いくつかの信号にオフセットを加算して、修正した差動
フレームを供給する加算ステップと、および修正した差
動フレームもしくはそこから生じるフレームを量子化し
て、信号の量子化フレームを供給する量子化ステップと
を含むものである。
【００１１】本発明のさらなる別の特徴は、ビデオ情報
のフレームのタイムシーケンスをコード化する方法に関
するもので、前記方法は、シーケンスで少なくとも２つ
の連続するフレームもしくはそこから生じるフレーム間
の信号差を計算して、信号の少なくとも１つの対応する
差動フレームを獲得する計算ステップと、差動フレーム
の信号の振幅をしきい値と比較するステップと、および
差動フレームの信号の少なくとも１つを所定の値に設定
し、それは前記少なくとも１つの信号の振幅がしきい値
を超えて修正した差動フレームを供給するとき行われる
設定ステップと、および修正した差動フレームもしくは
そこから生じるフレームを量子化して、信号の量子化フ
レームを供給する量子化ステップとを含むものである。
【００１２】本発明の追加の特徴は、ビデオ信号のフレ
ームのタイムシーケンスをコード化するシステムに関し
てであり、前記システムは、シーケンスでの２つの連続
したフレームの間の差動フレームを計算する手段と、お
よびビデオ信号の差動フレームもしくは量子化器を用い
てそこから生じるビデオ信号のフレームを量子化し、前
記量子化器は差動フレームのビデオ信号をコード化する
ためのバイト数を減らして、圧縮した差動フレームを発
生させる量子化手段とを含むものである。
【００１３】本発明のさらなる別の特徴は、ビデオ情報
のフレームのタイムシーケンスをコード化するシステム
に関するもので、前記システムは、シーケンスにおいて
対となる連続フレーム、もしくは、そこから生じるフレ
ーム間の差を計算して、連続した対応する差動フレーム
を獲得する計算手段と、差動フレームもしくはそこから
生じるフレームを量子化して、連続した量子化フレーム
を供給する量子化手段と、および、量子化フレームを帯
域幅をもつ媒体を介して伝送し、ここにおいて前期伝送
ステップは、量子化フレームの少なくとも１つの完全な
フレームよりも少なものを伝送し、それは、前記媒体の
帯域幅が量子化フレームの前記少なくとも１つを伝送す
るのに不適切なものであるときである伝送ステップとを
含むものである。
【００１４】本発明のさらなる別の特徴は、ある媒体か
ら受信するビデオ情報を含むフレームのタイムシーケン
スを解読するシステムに関するもので、ここにおいて、
前記フレームの少なくとも１つは不完全フレームであ
り、前記システムは、受信した連続フレームにおいてい
かなる不完全フレームをも検出する手段と、検出された
不完全フレームの完全性の程度を獲得手段と、およびあ
る基準に従って、その完全性の前記程度から検出した不
完全フレームを処分すか否かを決定するステップとを含
むビデオ情報を含むものである。
【００１５】本発明のさらなる別の特徴は、ビデオ情報
のフレームのタイムシーケンスをコード化するシステム
に関するもので、前記システムは、シーケンスで少なく
とも２つの連続するフレームもしくはそこから生じるフ
レーム間の差を計算して、少なくとも１つの対応する信
号の差動フレームを獲得する計算手段と、差動フレーム
の少なくともいくつかの信号にオフセットを加算して、
修正した差動フレームを供給する加算手段と、および修
正した差動フレームもしくはそこから生じるフレームを
量子化して、信号の量子化フレームを供給する量子化手
段とを含むものである。
【００１６】本発明のさらなる別の特徴は、ビデオ情報
のフレームのタイムシーケンスをコード化するシステム
に関するもので、前記システムは、シーケンスで少なく
とも２つの連続するフレームもしくはそこから生じるフ
レーム間の信号差を計算して、信号の少なくとも１つの
対応する差動フレームを獲得する計算手段と、差動フレ
ームの信号の振幅をしきい値と比較するステップと、お
よび差動フレームの１以上の信号を１以上の所定の値に
設定し、それは前記１以上の信号の振幅がしきい値を超
えて修正した差動フレームを供給するとき行われる設定
手段と、および修正した差動フレームもしくはそこから
生じるフレームを量子化して、信号の量子化フレームを
供給する量子化手段とを含むものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】従来のビデオ圧縮処理の多くは、
量子化する前に、例えばＤＣＴやブロックベースのモー
ション予想のように時間領域を周波数領域に変換して利
用するために、複雑なものとなる。本発明の１つの特徴
は、周波数領域ではなく時間領域で動作することでデー
タ圧縮をさらに単純化することが可能となることに基づ
いたものである。したがって、好適な実施例において
は、ＤＣＴ係数等の周波数時間信号よりも、時間領域信
号を量子化して伝送する。時間領域ビデオ信号を量子化
することで、ＵＳＢベースのディジタルビデオカメラを
装備したパーソナルコンピュータで使用するのに必要な
圧縮を提供することが分かっている。
【００１８】図１を参照すると、時間領域データ圧縮お
よび解凍方式は、エンコーダ１と帯域幅に制限がある通
信チャンネルもしくは媒体３によりエンコーダに接続さ
れたデコーダ２を含む。エンコーダとデコーダは、パイ
プラインアプローチを用いてハードウェアに設けられて
いる。エンコーダ１にあるディジタルビデオカメラ１０
は、ビデオ信号の連続フレームのタイムシーケンスを獲
得する。初期設定時に参照フレーム記憶装置２１は、フ
レームを全て零値で記憶する。第１のフレームは、差動
動作ブロック１１に供給される。ブロック１１は、記憶
装置２１に記憶されている零フレーム全てをそれから差
し引く。最初はブロック１２によりオフセットされず、
量子化器は量子化を行わない（Ｑは１にセット）。領域
はクランプされず、そして変更のない第１のフレームは
ブロック１５によりコード化されて伝送される。別の方
法では、第１のフレームは直接バッファ１６に供給され
て、通信媒体を介してデコーダ２にある記憶装置５０に
伝送され、そして第１のフレームは参照フレーム２１に
加えられて、次の第２のフレームを処理する。
【００１９】エンコーダおよびデコーダの参照フレーム
記憶ブロック２１と４３で必要な記憶容量を減らすため
に、フレーム全てを記憶せずにフレームの一部だけを記
憶することができる。このように、例えば、ビデオデー
タの奇数のピクセルラインのみを記憶ブロック２１と４
３に記憶する場合、ライン２をブロック１１もしくは加
算器４４で処理するとき、ブロック１１と加算器４４
は、記憶されている参照フレームにおいて欠けているラ
イン２ではなくピクセルライン１もしくは３を用いて、
減算もしくは加算することができる。別の方法として
は、フレームの中において欠けているラインもしくはピ
クセルに到達すると、挿間技術を差動動作ブロック１１
や加算器４４で用いて、減算もしくは加算を行う。この
ように、ここに記載するように、フレームが参照フレー
ム記憶装置に記憶され動作に使用されると述べる場合は
いつでも、フレームの一部を記憶し前記フレームの一部
を動作に使用することも可能であり、また、前記および
他の変更は本発明の範囲内であることを理解されたい。
【００２０】したがって、タイムシーケンスで第２のフ
レームが差動動作１１に供給されると、ブロック１１は
そのフレームから参照フレーム記憶装置２１に記憶され
た参照フレーム（この場合は連続した第１のフレーム）
を減算し、フレームの各ピクセルに関しては、第１の参
照フレームにある前記ピクセルのビデオ信号が、同じピ
クセルの第２のフレームのものから減算されて差動信号
に達する。これをフレームの全てのピクセルに実行し
て、差動フレームとも呼ばれる差動信号のフレームを生
じさせる。
【００２１】好適な実施例において、ブロック１１は差
動フレームをオフセット調整ブロック１２に供給し、前
記ブロックは差動フレームにおいて１以上の信号からオ
フセットを加算するか減算する。また、同じオフセット
を差動フレームにおいて全ての差動信号から減算するか
もしくはそれに加算することが好ましい。そのようにオ
フセットを調整した後、差動フレームを量子化ブロック
１３に供給し、前記ブロックは、量子化器により差動フ
レームの各信号を除算することで差動フレームを量子化
する。その後、ブロック１３の出力にある量子化したフ
レームを領域クランピングブロック１４に加えることが
好ましく、前記ブロックは、以下に記載する方法で量子
化したフレームの幅広い領域の量子化した信号を減ら
す。そして、領域クランピングブロック１４の出力のフ
レームを可変長コーディングブロック１５でビットスト
リームにコード化して、レートバッファ１６に加える。
好適な実施例において、レートバッファ１６は、開始ポ
インタと終止ポインタをもつＦＩＦＯである。レートバ
ッファにおいて容量が満たされていない状態をモニタす
ることで、エンコーダからデコーダまでのデータ伝送に
利用される媒体３の帯域幅をモニタすることができる。
【００２２】領域クランピングブロック１４もまた、ブ
ロック１５に供給するものと同領域のクランプしたフレ
ームを逆量子化器２０に供給し、前記逆量子化器は、量
子化ブロック１３により適用された量子化器でフレーム
の差動信号を乗算する。ブロック１３に適用された量子
化器は、ブロック１３で量子化された量子化フレームと
ともにブロック１４と２０に伝送されるので、量子化器
の値はブロック２０で利用できる。その後、逆量子化差
動フレームを参照フレーム記憶装置２１に加えて、参照
フレーム記憶装置２１に記憶した第１のフレームに加算
する。ここで参照フレーム記憶装置２１は更新された参
照フレームを記憶して、加算を行う。
【００２３】上述した処理を繰り返すのは、ディジタル
ビデオカメラ１０がタイムシーケンスで第３のフレーム
を獲得して、差動動作ブロック１１で前記フレームを供
給する間であり、前記ブロックはピクセル毎に前記ブロ
ックにおいて更新された参照フレームを減算する。上述
した処理を繰り返すことで、可変長コーディングブロッ
ク１５は、連続したフレームに関する情報を含む継続的
なビットストリームをレートバッファ１６に供給する。
【００２４】通信チャンネルもしくは媒体３の帯域幅に
は制限があるため、データはバッファから媒体３を介し
て制限されたビットレートでのみ伝送される。それ故
に、ブロック１５でレートバッファに加えられるビット
ストリームのビットレートに応じて、バッファの容量が
満たされるため、それ以上は入力されるフレームを記憶
できなくなる。データがレートバッファ１６に書き込ま
れると、終止ポインタの読み込みが増加し、データがバ
ッファから読みだされると、開始ポインタの読み込みが
増加する。媒体３を介して伝送するために、データがバ
ッファから読み出されるよりも速いレートでデータがバ
ッファに続けて書き込まれる場合、終止ポインタはルー
プして開始ポインタに追いつく。好適な実施例におい
て、終止ポインタが、２バイトもしくは４バイト等の固
定バイト数以外に開始ポインタにほとんど追いついた場
合、これは、レートバッファの容量がまもなく満たされ
て、ブロック１５からデータをさらに受け取ることがで
きない状態であることを示す。そのような状態では、そ
のような場合にレートバッファに書き込まれるフレーム
は、おそらくバッファに完全には記憶されない。前記シ
ステムはバッファにさらにデータを書き込むことを単に
中止するが、特別なコーディングワードを挿入して、フ
レームが不完全であることを示す。バッファ１６は、バ
ッファの容量がさらに空き状態になるまで、ビットスト
リームからデータをさらに受け取ることを中止する。こ
れは、適用されたデータ圧縮が不適切であるため、入力
フレームをコード化するために必要なビット数を減少さ
せる必要があることを示している。このため、レートバ
ッファ１６は、フィードバック信号をオフセット調整ブ
ロック１２と、量子化器ブロック１３に、供給する。し
たがって、終止ポインタが開始ポインタから４バイト等
の所定のバイト数内に追いついたとき、レートバッファ
からのフィードバック信号は、レートバッファの容量が
まもなく満たされて、各フレームをコード化するための
ビット数が減少されるべきであることを示している。
【００２５】量子化器ブロック１３は、ブロック１２か
らのフレームの各信号を量子化器により除算する。量子
化器の初期値は、制御装置３０を介してユーザーが選択
する。１つの実施例において、以下に挙げる４つの量子
化器の値のうち１つを用いることができる。 Ｑ0 ＝１ Ｑ1 ＝２ Ｑ2 ＝４ Ｑ3 ＝８ 明らかに、量子化器の値が上記の値よりも大きいもので
も小さいものでも使用でき、それは本発明の範囲内であ
る。ユーザーが入力を行うことで、制御装置３０により
量子化器の初期値がＱ1 等の４つの値のうちの１つにな
る。こうして、ブロック１２からのフレームを量子化す
るための上述した処理において、Ｑ1 はフレームを量子
化するために使用される。レートバッファの容量がまも
なく満たされることを示すレートバッファ１６からのフ
ィードバック信号を受け取ると、量子化器のブロック１
３により量子化器の次に高い値が選択され、この場合、
Ｑ2の値は４となる。
【００２６】量子化器の値がこのように増加すること
で、終止ポインタが開始ポインタからの所定のバイト数
内に存在しなくなるまで、レートバッファに加えられた
ビットストリームのビットレートが遅くなる場合、レー
トバッファ１６から量子化器ブロック１３へのフィード
バック信号はそのことを示し、その結果量子化器ブロッ
ク１３は量子化器の次に低い値を自動的に選択し、この
場合、Ｑ1 は２の値をもち、入力フレームに加えられる
量子化器である。これが好適な手順である理由は、レー
トバッファ１６へのフレームのビットレートが速いと、
量子化器の値がＱ1からＱ2 に増加して、フレーム中で
物体が突然動くことで起こる一時的な現象となるからで
あり、この動きは連続フレームでは繰り返されないもの
である。そのような場合、量子化器の値が、より高品質
の画像を得るためにそのような一時的な現象が起こる前
にそれよりも前の低い値に戻ることが望ましい。そうで
なければ、一時的な現象により、画質が下がり不明確に
なる。量子化器が前の低い値に戻った後で、再度終止ポ
インタが開始ポインタの所定のバイト数内に達した場
合、レートバッファ１６からのフィードバック信号によ
り再度量子化器ブロック１３は量子化器のより高い値を
適用することになる。この処理を８回等の所定の回数繰
り返す場合、これは制御ブロック３０により感知され、
その後前記ブロックによりエンコーダ／デコーダシステ
ムのフレームレートが遅くなるか、終止ポインタが開始
ポインタからの所定のバイト数内に存在しないときで
も、量子化ブロック１３が量子化器の値をより高く適用
するように命令を受ける。
【００２７】図２Ａおよび図２Ｂは、タイムシーケンス
での２つの連続したビデオフレームの概略図であり、図
２Ａのフレームは時間ｔで獲得されたものであり、図２
Ｂのフレームは連続した次の時間ｔ＋１で獲得されたも
のである。図２Ａおよび図２Ｂに示されているように、
各フレームは、多数のピクセル値の行および列を含み、
ここにおいて、図２Ａのフレームのｉ番目の行とｊ番目
の列のピクセル値は、ａ tij であり、図２Ｂのフレーム
でのピクセル値はａt+1ij である。このように、ブロッ
ク１１は、ｉおよびｊの全ての値に対して動作ａt+1ij
−ａtij を実行する。その後、ブロック１１の出力は差
動フレームとなり、そのピクセル値はａt+ 1ij −ａtij
で与えられる。
【００２８】差動フレームの信号値を１以上の量子化器
の値で除算するとさらに、量子化器ブロック１３は、除
算後に信号の切り捨ても行う。これは、量子化器により
除算された後の信号値が１より小さい場合には、前記信
号を零に設定することを意味する。量子化器により除算
された後の信号値が１と２の間であれば、信号値を１に
設定する。信号値が他の連続した整数値の間にある場合
にも同じことが当てはまり、信号値を低いほうの整数値
に設定する。このような切り捨て方法は実行しやすい点
から望ましいものである。他の切り捨て／丸め方法も可
能であり、本発明の範囲内である。
【００２９】一般的に言えば、図２Ａおよび図２Ｂのフ
レーム等の２つの連続したフレーム間の信号値もしくは
ピクセル値は非常に近いものであるので、ａt+1ij −ａ
tij はおよそ零となる。これは以下の等式で説明され
る。
【数１】 連続したフレーム間でフレームの物体に動きがある場
合、これは成り立たず、また圧縮率が増加するために、
差動フレームに零がさらに必要となる。これは、上述し
たように、差動信号を除算したり切り捨てするのに提供
される量子化器の値を上げることで得られる。しかしな
がら、量子化器の値が増加すると、量子化のエラーもさ
らに多くなってしまう。したがって、量子化器が値が８
のＱ3 に適用されるばあい、＋７〜−７の範囲内の値を
もつ差動フレームの全てのピクセル値は、除算および切
り捨てにより零になる。量子化値が増加しているにもか
かわらず、望ましい画質を得るために切り捨てエラーを
調整するには、オフセットとして知られる小さい数β
を、ピクセル値もしくは等式１の計数器にある差動フレ
ームの差動信号値に加算したりそれから減算すること
で、生じた零の数を調整する。理想的には、選択したオ
フセットは、差動信号値を量子化器で除算した後に、そ
の結果が差動フレームの多くのピクセルもしくはほとん
どのピクセルで零に近くなるものである。等式１にオフ
セットを含めることで、以下に示す等式２のように変更
した等式となる。
【数２】 理想的には、オフセットを、加算もしくは除算すること
で、量子化器で除算した後に生じるピクセル値が、再度
零に近づき、それにより切り捨てエラーは減少する。
【００３０】オフセットは、差動フレームの差動信号も
しくはピクセル値の少なくとも１つから加算もしくは減
算され、そして差動フレームの差動信号もしくはピクセ
ル値の全てから加算もしくは減算されるのがより好まし
い。ブロック１２により適用されたオフセット値は、最
初、制御装置３０を介してユーザーにより設定される。
レートバッファ１６からのフィードバック信号は、レー
トバッファの容量が上述したように満たされていること
を示すとき、これにより量子化器ブロック１３は量子化
器の値を増やす。通常、これにより上述したように切り
捨てエラーは増えることになる。ブロック１３により量
子化器の値が増えることで起こる切り捨てエラーを減ら
すには、バッファ１６からのフィードバック信号により
オフセット調整ブロック１２が、値表の次に低い値にさ
れるオフセット値を減らすことになる。したがって、最
初にオフセット値を２に設定する場合、レートバッファ
の容量が満たされるということをフィードバックを介し
てレートバッファから表示されることにより、ブロック
１２により適用されるオフセットは、例えば１に下が
る。レートバッファフィードバックに応答する上述した
量子化器１３やオフセット調整１２の特徴は、論理回路
によりこれらのブロックで実行される。
【００３１】明らかに、レートバッファからのフィード
バックに応答してオフセットを調整するための他の手順
や処理を用いることは可能であり、また本発明の範囲内
である。レートバッファ１６からのフィードバックに応
答する代わりに、オフセット調整ブロック１２が、量子
化器ブロック１３からオフセット調整ブロック１２まで
の制御経路（図示せず）を介して、直接にブロック１３
からの量子化器の値の変化に応答することもできる。そ
のような変形は全て本発明の範囲内である。量子化器の
値やオフセットを動的に調整するための上述した手順に
より、より一定かつ予め定めた圧縮率を維持することが
できる。
【００３２】エンコーダに適用されたタイムシーケンス
での全てのフレームのビデオ信号値が０〜２５５の範囲
にある場合で、かつ量子化が全く行なわれない場合、量
子化器のブロック１３の出力で差動フレームの差動信号
値もしくはピクセル値は、−２５５〜＋２５５の範囲に
ある。量子化器のブロックが値２をもつＱ1 を与える場
合、差動信号値は−１２７〜＋１２７の範囲内となり、
２５５の異なるレベルを可変長コーディングブロック１
５でコード化する必要がある。しかしながら、出願人
は、差動フレームの差動信号値のうち９７％は−６３〜
＋６３の範囲内にあることを突き止めた。それ故に、そ
のような範囲外にある３％未満の差動信号値をそのよう
な範囲内に収めることで、可変長コーディングブロック
１５は、２５５の異なるレベルではなく１２７の異なる
レベルのみをコード化するだけでよくなる。言い換えれ
ば、−６３〜＋６３の範囲外に前記値が下がるときに３
％未満の異なる信号値を切り捨てることで、幅広い範囲
の差動信号をかなり減少させ、その結果ブロック１３に
より適用される量子化器やオフセットの値が−６３〜＋
６３の範囲内の信号値をより細かく区別することがで
き、画質を高めることになる。この機能はブロック１４
により実行される。
【００３３】領域クランピングブロック１４は、量子化
器のブロック１３からのフレームの差動信号値をしきい
値と比較する。差動信号値が６３より大きい場合、値は
６３に設定され、また差動信号値が−６３より小さい場
合、−６３に設定される。この処理は、信号値の振幅を
６３等のしきい値と比較することで簡単に実行できる。
一般的に、差動信号の振幅がしきい値を超える場合、信
号の振幅は所定の値に設定され、この値はそのような差
動信号の振幅の最大可能値の２分の１もしくは４分の１
である。信号の振幅が所定の値に設定された後、差動信
号自体は元の差動信号の符号を保持する。明らかに、他
のしきい値や差動信号値の許容領域を用いることは可能
であり、また本発明の範囲内である。再度言うが、しき
い値に対して信号を設定するしきい値および値は、制御
装置３０を介してユーザーが選択できるものである。
【００３４】上述したように、レートバッファ１６の容
量がほとんど満たされることで、不完全なフレームのみ
が記憶されてフレームの欠けているピクセル値が失われ
る場合がある。従来のビデオデータ圧縮方式では、不完
全なフレームは処分されて全く伝送されない。多くの場
合、処分されたフレームはほとんど完全なものである。
そのようにほとんど完全なフレームを処分することは、
資源の無駄であり、またシステムの性能が落ちることに
なる。本発明の別の特徴は、そのようにほとんど完全な
フレームをデコーダで受信したときに伝送して表示する
ことに関するものである。システムの動作を簡潔にする
ために、エンコーダ１は単に全てのフレームを伝送する
ものであり、それはフレームが完全であるかないかには
関係ない。したがって、レートバッファ１６が終止ポイ
ンタが例えば４バイト等の開始ポインタからの所定のバ
イト数内であることを検知すると、現在のフレームにそ
のデータを継続して記録する代わりに、レートバッファ
１６はバッファに記憶されているフレームの符号を挿入
して、フレームが不完全であることを示す。
【００３５】デコーダ２は、通信チャンネルもしくは媒
体３を介してレートバッファ１６からのビットストリー
ムを受信し、前記バッファはブロック１３により適用さ
れた量子化器の値とともに可変長のコード化信号値を伝
える。デコーダ２の可変長デコーディングブロック４０
は、エンコーダにあるブロック１５により適用された値
の逆の処理でビットストリームを解読する。その後、逆
量子化器のブロック４１は、ブロック４０により供給さ
れたフレームの信号値を、チャンネルもしくは媒体３を
介して受信した対応する量子化器の値で乗算する。そし
て、部分的フレームの検出および取扱ブロック４２は、
ブロック４１から受信したフレームからフレームがレー
トバッファ１６により挿入された符号を検出することで
不完全であることを決定し、そしてそれらがどの程度完
全であるかを得る。これは、符号が検出されたとき、部
分的もしくは不完全なフレームの差動信号値に完全なラ
インが何本あるかをチェックすることでなされる。
【００３６】完全なフレームが２８８本のラインを含む
場合で、かつ部分的フレームにある一定の数のライン以
上のものが存在する場合、部分的フレームは表示する価
値があり、処分するべきものではない。これはブロック
４２で決定されるもので、前記ブロックは、受信した部
分的フレームにある完全なラインの数を決定する。ある
実施例において、ブロック４２が総数が２８８本のライ
ンのうち１６本以下のラインが部分的フレームから欠け
ていると決定した場合、部分的フレームは表示する価値
があるもので、処分されるべきものではない。ブロック
４２は、符号が検出されて、ライン数を所定の値と比較
するときに存在する完全なライン数を計数する。符号が
読まれるときに存在する完全なライン数が前記所定の数
を超える場合は、部分的フレームは表示されるべきであ
り、処分されるべきものではない。完全性の程度もしく
は完全性の割合は、１５／１６もしくは約９４％であ
る。言い換えれば、部分的フレームが少なくとも９４％
完全である場合、それは処分されるものではないが、処
理して記憶装置５０に送り、そして必要に応じてディス
プレイ５１で表示する。明らかに、上記の割合もしくは
分数とは異なる割合や値も用いることができる。
【００３７】初期設定時に、参照フレーム４３は、信号
値を全て零にしてフレームを記憶する。それ故に、第１
のフレームがブロック４２により加算器４４に適用され
るとき、第１のフレームは加算器４４の出力では変更さ
れずに、その後、前記フレームは記憶装置５０に送られ
てディスプレイ５１で表示される。そのようなフレーム
はまた、参照フレーム４３でも記憶されて、最初に全て
が零であった参照フレームを置き換える。連続フレーム
は差動信号値のみを含んでおり、ここでこれらの値は加
算器４４によりピクセル毎に参照フレームに加算され
て、再度構築されたフレームを形成して、その後そのフ
レームを記憶装置５０に送る。その代わりとして、第１
のフレームは処理されることなくエンコーダから直接受
信されて、記憶装置５０や参照フレーム記憶装置４３に
記憶される。第２および連続フレームが参照フレームで
あり、タイムシーケンスでデコーダで受信された場合、
そのようなフレームは上述したように処理されて前記フ
レームを解読し、その後、それは必要に応じて記憶され
表示される。
【００３８】不完全もしくは部分的フレームがブロック
４２により加算器４４に送られる場合、フレームの欠け
ているラインに関する参照フレーム記憶装置４３にある
データはブロック４２，４４により全く更新されないの
で、そのようなラインの参照フレームの信号値は使用さ
れ記憶装置５０に送られる。
【００３９】本発明は種々の実施例を参照して上述して
きたが、添付の請求の範囲およびそれと同等のものにの
み制限される本発明の範囲から逸脱すことなく変更およ
び修正されることを理解されたい。したがって、デコー
ダで受信される不完全なフレームが処分されるか表示さ
れるかに関して、オフセット調整，領域クランピング，
不完全フレームの伝送およびその決定は、時間領域ビデ
オ信号を処理するための好適な実施例に記載されている
が、これらの技術も周波数領域もしくは他の変換領域で
の信号等他の領域の信号を処理するためにも応用可能で
あることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好適な実施例を説明するもので、帯域
幅に制限があるビデオデータ通信用の時間領域ビデオ圧
縮および解凍方式のブロック図である。
【図２Ａ】タイムシーケンスでの２つの連続ビデオフレ
ームの概略図であり、図２Ａのフレームは時間ｔで獲得
したものであり、図２Ｂのフレームは引き続き時間ｔ＋
１で獲得したものである。
【図２Ｂ】タイムシーケンスでの２つの連続ビデオフレ
ームの概略図であり、図２Ａのフレームは時間ｔで獲得
したものであり、図２Ｂのフレームは引き続き時間ｔ＋
１で獲得したものである。
【符号の説明】
１ エンコーダ ２ デコーダ ３ 通信チャンネルもしくは媒体 １０ ディジタルビデオカメラ １１ 差動動作 １２ オフセット調整 １３ 量子化器 １４ 領域クランピング １５ 可変長コーディング １６ レートバッファ ２０ 逆量子化器 ２１ 参照フレーム記憶装置 ３０ 制御装置 ４０ 可変長デコーディング ４１ 逆量子化器 ４２ 部分的フレームの検出および取扱 ４３ 参照フレーム記憶装置 ４４ 加算器 ５０ 記憶装置 ５１ ディスプレイ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トング−フェイ イエ アメリカ合衆国、95035 カリフォルニア 州、ミルピタス、イーグル リッジ ウェ イ 1042

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ビデオ信号のフレームのタイムシーケン
    スをコード化する方法において：シーケンスにおいて２
    つの連続したフレームの間の差動フレームを計算するス
    テップと；および量子化器を用いてそこから生じたビデ
    オ信号の差動フレームもしくはビデオ信号のフレームを
    量子化し、前記量子化器は差動フレームのビデオ信号を
    コード化するために帯域幅もしくはバイト数を減らし
    て、圧縮した差動フレームを発生させる量子化ステップ
    とを含むビデオ信号のフレームのタイムシーケンスをコ
    ード化する方法。
  2. 【請求項２】 前記方法において、前記量子化ステップ
    は、差動フレームのビデオ信号を除算するために使用さ
    れる１よりも大きい値の量子化器を用いる請求項１記載
    のビデオ信号のフレームのタイムシーケンスをコード化
    する方法。
  3. 【請求項３】 前記方法において、量子化ステップの前
    に、差動フレームのなくともいくつかのビデオ信号にオ
    フセットを加算するステップをさらに含む請求項１記載
    のビデオ信号のフレームのタイムシーケンスをコード化
    する方法。
  4. 【請求項４】 前記方法において：圧縮した差動フレー
    ムもしくはそこから生じたフレームを帯域幅をもつチャ
    ンネルを介して伝送するステップと；伝送により利用さ
    れるチャンネルの帯域幅をモニタするステップと；およ
    び加算ステップで加算されたオフセットを伝送により利
    用される帯域幅に応じて変更するステップとをさらに含
    む請求項３記載のビデオ信号のフレームのタイムシーケ
    ンスをコード化する方法。
  5. 【請求項５】 前記方法において：圧縮差動フレームも
    しくはそこから生じたフレームをチャンネルを介して伝
    送するステップと；伝送により利用されるチャンネルの
    帯域幅をモニタするステップと；および量子化ステップ
    における量子化器を伝送により利用される帯域幅に応じ
    て変更するステップとをさらに含む請求項１記載のビデ
    オ信号のフレームのタイムシーケンスをコード化する方
    法。
  6. 【請求項６】 前記方法において、差動フレームのビデ
    オ信号の振幅をしきい値と比較するステップと、差動フ
    レームのビデオ信号の少なくとも１つを、前記少なくと
    も１つの信号の振幅がしきい値を超えるとき、所定の値
    に設定するステップとをさらに含む請求項１記載のビデ
    オ信号のフレームのタイムシーケンスをコード化する方
    法。
  7. 【請求項７】 前記方法において、差動フレームのビデ
    オ信号の前記振幅は最大可能値をもち、前記しきい値お
    よび前記所定の値は最大可能値の約１／２である請求項
    ６記載のビデオ信号のフレームのタイムシーケンスをコ
    ード化する方法。
  8. 【請求項８】 前記方法において、差動フレームのビデ
    オ信号の前記振幅は最大可能値をもち、前記しきい値お
    よび前記所定の値は最大可能値の約１／４である請求項
    ６記載のビデオ信号のフレームのタイムシーケンスをコ
    ード化する方法。
  9. 【請求項９】 ビデオ情報のフレームのタイムシーケン
    スをコード化する方法において：シーケンスにおいて対
    となる連続フレームもしくはそこから生じるフレーム間
    の差を計算して、連続した対応する差動フレームを得る
    計算ステップと；差動フレームもしくはそこから生じる
    フレームを量子化して、連続した量子化フレームを供給
    する量子化ステップと；および量子化フレームを帯域幅
    をもつ媒体を介して伝送し、ここにおいて、前記媒体の
    帯域幅が量子化フレームの少なくとも１つを伝送するの
    に不適切であるときには、前記伝送ステップは量子化フ
    レームの前記少なくとも１つの完全なフレームよりも少
    ないものを伝送する伝送ステップとを含むビデオ情報の
    フレームのタイムシーケンスをコード化する方法。
  10. 【請求項１０】 前記方法において、前記方法は、量子
    化フレームの前記少なくとも１つを不完全フレームとし
    てタグすることをさらに含む請求項９記載のビデオ情報
    のフレームのタイムシーケンスをコード化する方法。
  11. 【請求項１１】 前記方法において：伝送する前にバッ
    ファに量子化フレームを連続して記憶するステップと；
    およびバッファの容量が満たされていないことを検出す
    るステップとを、さらに含む請求項１０記載のビデオ情
    報のフレームのタイムシーケンスをコード化する方法。
  12. 【請求項１２】 前記方法において、前記検出ステップ
    が、満たされていないバッファの容量が記憶されるべき
    量子化フレームを記憶するには不充分であることを検出
    するときには、前記タグステップは量子化フレームを不
    完全フレームとして記憶されるようにタグする請求項１
    １記載のビデオ情報のフレームのタイムシーケンスをコ
    ード化する方法。
  13. 【請求項１３】 ある媒体から受信するビデオ情報を含
    むフレームのタイムシーケンスを解読する方法におい
    て、前記フレームの少なくとも１つは不完全フレームで
    あり、ここにおいて：受信した連続フレームにおいてい
    かなる不完全フレームをも検出するステップと；検出さ
    れた不完全フレームの完全性の程度を獲得するステップ
    と；およびある基準に従って、その完全性の前記程度か
    ら検出した不完全フレームを処分すか否かを決定するス
    テップとを含むビデオ情報を含むフレームのタイムシー
    ケンスを解読する方法。
  14. 【請求項１４】 前記方法において、前記シーケンスで
    の不完全フレームはどれも符号でタグされ、前記検出ス
    テップは前記符号を検出する請求項１３記載のビデオ情
    報を含むフレームのタイムシーケンスを解読する方法。
  15. 【請求項１５】 前記方法において、前記獲得ステップ
    は、検出したあらゆる不完全フレームの完全性の割合を
    獲得する請求項１３記載のビデオ情報を含むフレームの
    タイムシーケンスを解読する方法。
  16. 【請求項１６】 前記方法において、完全性が約９４％
    より低ければいかなる不完全フレームも処分するステッ
    プをさらに含む請求項１５記載のビデオ情報を含むフレ
    ームのタイムシーケンスを解読する方法。
  17. 【請求項１７】 ビデオ情報のフレームのタイムシーケ
    ンスをコード化する方法において：シーケンスで少なく
    とも２つの連続するフレームもしくはそこから生じるフ
    レーム間の差を計算して、少なくとも１つの対応する差
    動フレームを獲得する計算ステップと；差動フレームの
    少なくともいくつかの信号にオフセットを加算して、修
    正した差動フレームを供給する加算ステップと；および
    修正した差動フレームもしくはそこから生じるフレーム
    を量子化して、信号の量子化フレームを供給する量子化
    ステップとを含むビデオ情報のフレームのタイムシーケ
    ンスをコード化する方法。
  18. 【請求項１８】 前記方法において：量子化フレームも
    しくはチャンネルを介してそこから生じるフレームを伝
    送するステップと；伝送により利用されるチャンネルの
    帯域幅をモニタするステップと；および加算ステップで
    加算されたオフセットを伝送により利用される帯域幅に
    応じて変更するステップとをさらに含む請求項１７記載
    のビデオ情報を含むフレームのタイムシーケンスを解読
    する方法。
  19. 【請求項１９】 前記方法において：量子化フレームも
    しくはチャンネルを介してそこから生じるフレームを伝
    送するステップと；伝送により利用されるチャンネルの
    帯域幅をモニタするステップと；および量子化ステップ
    で量子化器を伝送により利用される帯域幅に応じて変更
    するステップとをさらに含む請求項１７記載のビデオ情
    報を含むフレームのタイムシーケンスを解読する方法。
  20. 【請求項２０】 ビデオ情報のフレームのタイムシーケ
    ンスをコード化する方法において：シーケンスで少なく
    とも２つの連続するフレームもしくはそこから生じるフ
    レーム間の信号差を計算して、信号の少なくとも１つの
    対応する差動フレームを獲得する計算ステップと；差動
    フレームの信号の振幅をしきい値と比較するステップ
    と、および差動フレームの信号の少なくとも１つを所定
    の値に設定し、それは前記少なくとも１つの信号の振幅
    がしきい値を超えて修正した差動フレームを供給すると
    き行われる設定ステップと；および修正した差動フレー
    ムもしくはそこから生じるフレームを量子化して、信号
    の量子化フレームを供給する量子化ステップとを含むビ
    デオ情報のフレームのタイムシーケンスをコード化する
    方法。
  21. 【請求項２１】 前記方法において、前記しきい値およ
    び前記所定の値は、差動フレームのビデオ信号の最大振
    幅の約１／２である請求項２０記載のビデオ情報を含む
    フレームのタイムシーケンスを解読する方法。
  22. 【請求項２２】 前記方法において、前記しきい値およ
    び前記所定の値は、差動フレームのビデオ信号の最大振
    幅の約１／４である請求項２０記載のビデオ情報を含む
    フレームのタイムシーケンスを解読する方法。
  23. 【請求項２３】 前記方法において前記所定の値は零で
    はない値である請求項２０記載のビデオ情報を含むフレ
    ームのタイムシーケンスを解読する方法。
  24. 【請求項２４】 ビデオ信号のフレームのタイムシーケ
    ンスをコード化するシステムにおいて：シーケンスでの
    ２つの連続したフレームの間の差動フレームを計算する
    手段と；およびビデオ信号の差動フレームもしくは量子
    化器を用いてそこから生じるビデオ信号のフレームを量
    子化し、前記量子化器は差動フレームのビデオ信号をコ
    ード化するためのバイト数を減らして、圧縮した差動フ
    レームを発生させる量子化手段とを含むビデオ信号のフ
    レームのタイムシーケンスをコード化するシステム。
  25. 【請求項２５】 ビデオ情報のフレームのタイムシーケ
    ンスをコード化するシステムにおいて：シーケンスにお
    いて対となる連続フレームもしくはそこから生じるフレ
    ーム間の差を計算して、連続した対応する差動フレーム
    を獲得する計算手段と；差動フレームもしくはそこから
    生じるフレームを量子化して、連続した量子化フレーム
    を供給する量子化手段と；および量子化フレームを帯域
    幅をもつ媒体を介して伝送し、ここにおいて、前記媒体
    の帯域幅が量子化フレームの前記少なくとも１つを伝送
    するのに不充分であるときには、前記伝送ステップは量
    子化フレームの少なくとも１つの完全なフレームよりも
    少ないものを伝送する伝送ステップとを含むビデオ情報
    のフレームのタイムシーケンスをコード化するシステ
    ム。
  26. 【請求項２６】 ある媒体から受信するビデオ情報を含
    むフレームのタイムシーケンスを解読するシステムにお
    いて、前記フレームの少なくとも１つは不完全フレーム
    であり、ここにおいて：受信した連続フレームにおい
    て、いかなる不完全フレームをも、検出する手段と；検
    出された不完全フレームの完全性の程度を獲得手段と；
    およびある基準に従って、その完全性の前記程度から検
    出した不完全フレームを処分すか否かを決定するステッ
    プとを含むビデオ情報を含むフレームのタイムシーケン
    スを解読するシステム。
  27. 【請求項２７】 ビデオ情報のフレームのタイムシーケ
    ンスをコード化するシステムにおいて：シーケンスで少
    なくとも２つの連続するフレームもしくはそこから生じ
    るフレーム間の差を計算して、少なくとも１つの対応す
    る信号の差動フレームを獲得する計算手段と；差動フレ
    ームの少なくともいくつかの信号にオフセットを加算し
    て、修正した差動フレームを供給する加算手段と；およ
    び修正した差動フレームもしくはそこから生じるフレー
    ムを量子化して、信号の量子化フレームを供給する量子
    化手段とを含むビデオ情報のフレームのタイムシーケン
    スをコード化するシステム。
  28. 【請求項２８】 ビデオ情報のフレームのタイムシーケ
    ンスをコード化するシステムにおいて：シーケンスで少
    なくとも２つの連続するフレームもしくはそこから生じ
    るフレーム間の信号差を計算して、信号の少なくとも１
    つの対応する差動フレームを獲得する計算手段と；差動
    フレームの信号の振幅をしきい値と比較するステップ
    と、および差動フレームの１以上の信号を１以上の所定
    の値に設定し、それは前記１以上の信号の振幅がしきい
    値を超えて修正した差動フレームを供給するとき行われ
    る設定手段と；および修正した差動フレームもしくはそ
    こから生じるフレームを量子化して、信号の量子化フレ
    ームを供給する量子化手段とを含むビデオ情報のフレー
    ムのタイムシーケンスをコード化するシステム。
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