JPS63501257A - 画像信号伝送のための変換によるハイブリツドコ−ド化方法 - Google Patents

画像信号伝送のための変換によるハイブリツドコ−ド化方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 画像信号伝送のための変換によるハイブリッドコード化方法 技術分野 本発明は像または画像信号伝送のための変換によるハイブリッドコード化方法に 関するものである。本発明は画像を最小ビット率で伝送ラインに伝送するように 、画像を表示するのに必要なデータ量を圧縮するために、ビデオ信号のごとき、 連続情報信号のリアルタイム処理に関するものである。とくに、本発明の方法は テレビジョン、ビジオコ/7アレンスまたはビジオフオニ−に適用される。また 、遠隔監視におけるような、遅い変化を持つ画像に適用されることができる。
発明の背景 最近数年にわたって、画像のデジタル伝送に必要な童を減じるために画像信号を 圧縮するための種々の方法が提案されている。これは低量ラインに複数のビデオ 信号を伝送するかまたはこれらの信号の煙りかを同時に1つのラインに伝送する ことができるように、デジタル量を制限するという要請に基鑓が置かれている。
一般に、ビデオ信号はまずデジタル信号にまず変換され、次いで幾つかの段階に おいて圧縮される。ビデオ信号の最初の圧縮は、例えば584 kbit/a  ビジオコンファレンス用途のため、デジタル化ルミナンス信号およびデジタル化 クロミナンス信号のサブサンプリングによって得られ、それにより前記最初の処 理は約10〜15の圧縮率の獲得を可能にすることができる。CCIR勧告60 1による画像に対応する量はしたがって166から11−7 mbi t/sに 持ち来たされる。第2の圧縮段階は、変換された画像の係数のインターフレーム またはイントラフレームコード化が追随する、周波数範囲内の画像の変換を伴な う段階である。第3の段階は、変換されかうコード化された係数によって構成さ れた一連の信号の、一般にはハフマン型の統計的コード化である。
本発明の方法はその第2段階に関しかつ適正な画質を維持しながら、画像信号の より大きな圧縮を目途とするものである。
一般に、第2のコード化段階を行なうために、画像は複数の同一ブロックに細分 割される。これらのブロックの各々は、インターフレームコードまたはイントラ フレームコードにより別個にコード化される。インターフレームコード化は画像 のフレームの1ブロツクの係数と前回画像のフレームの対応するブロックの係数 との間の差をコード化することからなる。イントラフレームコード化はブロック 係数の直接コード化からなる。インターフレームモードにおいて、差は空間的範 囲のブロックに、次いで画像の一部を表示するブロックに、または周波数範囲の ブロックに関連づけることができ、ブロックは画像ブロックを変換しかつ前記画 像の周波数要素を表示することによって得られることができる。
変換はコサイン変換、フーリエ変換、ハダマード変換、バール変換等にすること ができる。変換されたブロックの係数は一般に周波数係数、またはハダマード変 換の場合においてシーケンシャル係数と呼ばれる。変換されたブロックの係数は 変換されないブロックに対応する画像の周波数要素を正確に表示しない。しかし ながら、言葉の誤用により、変換されたブロック範囲は周波数範囲と呼ばれる。
ブロックのインターフレームコード化を使用する画像圧縮方式はヨーロッパ特許 出a 第A2−0084270号に記載されている。公知の方式においては、2 つの連続するフレームの対応するブロックが比較され、かつ次いで2つのブロッ ク間の差が付与されたしきい値を越えるならば、ブロックが統計的コード化によ ってコード化される前に別個のコサイン変換によって周波数範囲に変換される。
ヨー四ツバ特許出願第A2−0123456号は組み合せた方法においてインタ ーフレームおよびイノドラフレームモードを使用するコード化方式を開示してい る。この方式は個々のフレーム間の対応する変換された係数間の相関関係が一般 に可変でかつ非直腺であるという事実を考慮に入れるために可変の予測因子全使 用する。この方式は空間的または空間範囲の同一フレームのブロック間のおよび 周波数範囲の連続的フレームの対応するブロック間の冗長データを除去する。
公知のコード化方式かつとくに上記した2つのヨーロッパ特許出願に記載された 方式において、ブロックについてのインターフレームまたはイントラフレームコ ード化モードの選択、または任意にブロックの非リフレッシング(現行ブロック が先行のフレームの対応するブロックと同一であるならば)は論理に基づいた決 定基準によって決定される。例えば、ヨーロッパ特許出願gA2−008427 0号において、ブロックは先行フレームの対応するブロックと比較されかつ差が 予め定めたしきい値を越えるならばインターフレームコード化を実施することが 決定される。反対の場合において、決定はブロックをリフレッシュしないように なされる。ヨーロッパ特許出願f4 A2−0123456号において、コード 化は同時にインターフレームおよびイントラフレームモードを使用する。このコ ード化は対応するブロックのインターフレーム差の関数として種々の論理に基づ いた一定の組の予測因子を使用する。かくして、コード化決定は予測因子組の1 つの選択に制限される。
これらの決定基準はこ九らがコード化の選択を1または幾つかの論理に基づいた 一定の選択肢に制限するため十分に満足ではない。したがって、それらはコード 化されるべき各ブロックの構造の最適な方法を考慮に入れるのを可能としない。
発明の開示 本発明は、経験に基づいた決定、すなわち、イントラフレームおよびインターフ レームコード化モードによるブロックの変換に必要なデータ量を評価した後に決 定をなすことを提案することにより公知の解決から離れて行動する。決定が論理 に基づいてかクブロックについてコード化モードに関連して本質的な基準に基づ いてなされる従来のコード化方式と違って、本発明によるコード化方法は2つの インターフレームおよびイントラフレームコード化モードの各々に応じてブロッ クを有効にコード化しかつ次いでコード化モードを決定することからなる。
例えば、この決定は付与された画質に必要な瞬時ftヲ最小にする基準に基礎が 置かれることができる。
より詳細には、本発明は、画像が一連のフレームによって定義され、各フレーム が1組のマトリクス組織のブロックを含み、各ブロックが画像の一部全表示する 1組のマトリクス組織のデジタルデータを含む画像を表示するのに必要なデータ 量f:mしるため変換によるハイブリッドコード化方法に関し、該方法は各デジ タルデータブロックを周波数範囲内の前記ブロックを表示する変換された係数の ブロックに変換し、各々制限された組の予め定めた値から取られる値を有する計 量され7i(変換された係数を得るように各ブロックの変換された係数を計量し 、計量された変換された係数のシーケンスを発生するために計量され変換された 係数の各ブロックを走置しかつ統計的コード化により前記シーケンスをコード化 するのに必要なデータ量を評価し、計量され変換された係数のブロックと先行フ レームの対応するブロック間の差により差係数のブロックを計算し、差係数のシ ーケンスを発生するため差係数のブロックを走査しかつ前記統計的コード化によ り差係数の前記シーケンスをコード化するのに必要なデータ量を評価し、ブロッ クをコード化しかつ前記データ量および伝送ラインおよびブロックの統計的コー ド化の量によって是認される最大量の関数としてコード化モードを決定するのに 必要なデータ量を比較しそして決定されたモードに応じて前記統計的コードによ りブロックを統計的にコード化してなることを特徴とする。
この方法においては、電流ブロックの統計的コード化に対応するコードのデジタ ル量(イントラフレームコード化)および電流ブロックと先行フレームの対応す るブロックとの間の差の統計的コード化に対応するコードのデジタルit(イン ターフレ、−ムコード化)の並列評価がある。これらの評価はそれぞれ計量され 変換された係数のシーケンスおよび差係数のシーケンスにおける遷移の数および 位置を分析することによりなされる。これらの評価は簡単な数学的演算、一般に は加算のみを必要としかつそれゆえ極めて急速に得られることができる。有効な 統計的コード化が次いで実施され、続いてコード化モードに関して決定がなされ る。
経験は、一般に、2つの連続像または画像が同一でないならば、多数のブロック が連続するフレーム間の変更を受けなくても良いことt示した。これはとくに遠 隔監視装置によって供給される1または複数のビジオフオニツク画像による場合 である。この場合に、画像の変更されないブロックが先行画像により既に伝送さ れているため、たれらを伝送することは無意味である。
好都合には、本発明による方法は変換段階後または計量段階後行なわれる追加の 運動検知段階を含み、該運動検知段階はフレームの変換されたブロックを先行フ レームの対応する変換されたブロックと比較しかつ2つのブロックが同一かまた は非常に近い場合に、伝送ラインにブロック用の非リフレッシングコードを放出 してなる。
2つのブロックは、例えばそれらの係数の差の2乗の合計が付与されたしきい値 以下であるならば、非常に近いとみなされる。このしきい値は固定されるかまた は伝送ライン上の瞬時量の関数として動的に決定される。
この運動検知段階は論理に基づいた決定基準によって定義される。本発明の方法 はまた画像の運動検知に関して経験に基づいた決定基準からなる。
好適な方法において、経験に基づい之運動検知基準は決定段階の間中考慮に入れ られ、前記段階はインターフレームおよびイントラフレームコード化演算に必要 なデータ量が予め定めたしきい値以下であるならば処理済みブロックの非リフレ ッシングを定義する。
かくシて、インターフレームモードに応じてかつイントラフレームモードに応じ て処理済みブロックをコード化するのに必要なデータ量が予め定めた量以下であ るならば、これは処理済みブロックが先行フレームの対応するブロックから僅か だけ異なることを意味する。そこで予め定めたしきい値を構成する一定のしきい 値の側ではブロックにおいて検知された小さな運動がそのリフレッシングに必要 なビット量を正当化しないとみなされる。
理論に基づいた運動検知基準と経験に基づいた運動検知基準は無関係であること は明らかである。かくして、本発明の方法はこれら2つの基準のいずれも考慮に 入れないことができ、それらの1つだけを考慮に入れるかまたは同時に両方を考 慮に入れることができる。
要約すれば、本発明方法の必須の特徴はインターフレームコード化モード、イン ドラフレームコード化モードおよび任fcに非リフレッシングモードの中から1 つのブロックについてのコード化モードの経験に基づいた決定である。また、本 方法は理論に基づいた運動検知基準によって好都合に完了されることができる。
従来の方法および方式に比較して、コード化モードに関する経験に基づいた決定 は一定の品質を持つブロックを伝送するのに必要な瞬時データ量のより良好な最 適化(最小化)を許容する。
一方で、幾つかのコード化モード間の選択の可能性かつ他方で、この選択を決定 するのに使用される基準が得たい圧縮率の必須のパラメータでありかつこの点に ついて、多数の公表の目的を形成したならば、2次元ブロックをデータの連続ス トリングに変換してなる走査段階は一般に最適化されない。
変換されたブロックの要素は変換されないブロックによって表示される像または 画像部分の周波数成分であることが知られる。係数が0およびN−1の間の値を 有する場合の大きさNXNの変換されたブロックにおいて、座標(0,0)の係 数は連続成分金かつ他の係数は交番成分を示し、低周波成分は低い値の係数にか つ高周波成分は高い値の係数に対応する。r4験によれば、この変換されたブロ ックは、とくに高周波成分に関して、多敬のゼロ係数を有することが知られてい る。これらのゼロ係数は、これらが伝送を生じる画像のエネルギ再構成に寄与し ないという意味において、顕著な情報を供給しない。
それゆえ、それらをコード化および伝送するのは無益である。
従来技術において提供された多くの解決において、変換されたブロックはジグザ グ走査によって読み廠られる。
すなわち2次元ブロックは以下の値、(0、0) 、 (0゜1)、(1,0) 、(2,0)、(1,1)、(0,2)。
(0,3)、(1,2)・・・・の順において係数のシーケンスに変換され、こ のシーケンスは変換されたブロックの最後の非ゼロ係数により終端する。
この信号走査はブロックの構造、すなわち最も顕著な係数の位置を考慮に入れな い主要な欠点上こうむる。かくして、例えば、変換されたブロックが本質的に1 つのライン上に非ゼロ係数を含むとき、ジグザグ走査は多数のゼロ係数を有する シーケンスを発生する。
本発明方法の目的は変換されたブロックを表示しかつ最小数のゼロ値を有する係 数のシーケンスを発生するように前記走を段階を改善することである。この目的 を達成するために、各々一定の周波数構造に対応する幾つかのクラスが定義され 、そして前記クラスに適合される走査は各クラスに関連づけられる。各クラスは 単一領域またはブロックの仕切りを構成する1組の領域の幾つかの領域の組合せ そして定義される。
本発明の特徴および利点は添付図面を参照してなされる以下の例示かつ非限定的 説明からより良好に推断されることができる。
図面の簡単な説明 第1図は本発明によるコード化方式を組み込んでいる伝送方式のブロック図、 第2図はアナログルミナンス信号Yおよび2つのアナログクロミナンス信号bB 、dBによって構成されるビデオ信号を受信し、前記信号を圧縮しかつ2次元デ ジタルルミナンス信号および2つの2次元デジタルクロミナンス信号を供給する 前処理装置を示すブロック図、第3図は前処理装置の再帰的時間−過手段の実施 例を示すブロック図、 第4図は本発明によるコード化装置を略伝するブロック図、 tK S a図およびH51)図は変換されたブロックに関する走査動作を示す グラフ、 第6図は本方法が幾つかのブロッククラスを含む場合におけるブロックのメンバ ーシップクラスを決定するための装fitを示すブロック図、 第7図は前回の装置の決定手段のアルゴリズムの70−チャート、 第8図は選択が本発明の方法により、インターフレームモードの変換されたブロ ックおよびインドラフレームモードの変換されたブロックの統計的コード化によ って得られたデータfck比較することにより紅綬に基づいて実施される、イン ターフレームおよびイントラフレームコード化モード間の選択のアルゴリズムの フローチャート、 第9図は@4図のコード化装置に対応するデコーディング装置を示すブロック図 である。
発明を実施するための好適な形態 本発明の方法を例示するために、例として低率の64kb1t/8ラインに伝送 したいビジオフォーンまたは画像フォーン型信号をコード化する場合が選択され る。この例は単に例示のためでかつ決して木兄8Aヲ限定するものでないことは 明らかである。
纂1図は本発明によるコード化装置を組み込んでいる絵または画像信号伝送方式 金示す。この装置は、放出または伝送部に関して、前処理装置2およびコード化 装置4および受信部に関して、デコーディング装置6および後処理手段8からな る。コード化装置4とデコーディング装置6との間の接続は伝送ライン10によ って設けられる。前処理手段2はアナログビデオ信号を受信し、この信号は例え ばアナログルミナンス成分Yおよび複合色差の2つの信号(IB、dRによって 構成されるアナログクロミナンス成分の形である。また、前処理手段はカメラに よって供給される信号R0VおよびBを直接受信することができる。受信信号は コード化装置4の圧縮容量と比較し得るそれらの特性を作るように、通常の方法 で処理される。この方法は第2図に関連して詳述されかつとくにアナログ成分の デジタル化および前記信号のサブサンプリングからなる。
コード化装置4は第1図の伝送方式の必須構成要素である。それは各画像または 絵を幾つかのブロックに再分割しかフィンターフレームまたはイントラフレーム コード化モードについて、経験に基づいた決定基準にしたがって、決定するため の本発明の方法を実現する。また、コード化装置は2つの連続するフレームの対 応するブロック中の画像運動検知手段および論理に基づいた決定基準および/ま たは経験に基づい比決定基準を、処理済みプ關ツク用非リフレッシングコードを 伝送ライン10に伝送するのに使用することができる。
ブロックのコード化そ−ドが本発明方法の経験に基づいた決定基準により決定さ れるとき、通常の方法においてこのブロックは、ハフマンコードのごとき統計的 コードと呼ばれる可変長コードによってコード化される。このようにして発生さ れたコードは、伝送ライン10上に伝送されるフレーム中のサービスコードと組 み合される。
受信時、デコーディング装置16は受信されたフレームについてコード化装置4 によって行なわれる動作の逆である動作を行なう。それは多くの場合に、コード 化装置4に前処理装置2によって供給される信号に一致するデジタルルミナンス およびクロミナンス信号を後処理装置8に供給する。該後処理装置8は最初のビ デオ信号を復元するためにオーバーサンプリングおよびアナログ/デジタル変換 のごとき処理動作に関連してデコーディング装置6から受信されたデータで作動 する。
第2図は64 kbit/s ライ/へのビジオフオニ−信号の伝送の選択され た用途についての第1図の前処理装置2を略伝するブロック図である。この装置 は本発明の一部を形成せずかつその構造は従来公知である。
入力において、前処理装置2はアナログルミナンス信号Yおよびクロミナンス成 分dBおよびdRを組み込んでいる色差の複合アナログ信号をそれぞれ受信する ための低域フィルタ12および低域フィルタ14を有している。これらの低域フ ィルタは3dBにおいて1.7MHzおよび400 KHzのそれぞれの遮断周 波数を有している。
これらのフィルタによって供給される各信号はアナログ/ディジタル変換器16 .18に受信される。低域フィルタ12によって供給されるルミナンス信号は3 .375MHzの周波数でサンプルされかつアナログ/デジタル変換器16によ t)8ビツトで直線的に計量される。同一方法において、低域フィルタ14によ って供給されるクロミナンス信号は0.843の周波数でサンプルされかつアナ ログ/デジタル変換器18によって8ビツトで直線的に計量される。
アナログ/デジタル変換器によって供給される各信号は次いで垂直通過帯域を減 じるために垂直デジタルフィルタ20.22によって処理される。この濾過作動 はフィルタ内に含まれるラインメモリを必要とする。濾過は以下の係数、すなわ ち1/4.1/2および1/4を有する3つの連続ライン上で行なわれる。
フィルタ20および22によって供給される信号はそれぞれ手段24および26 によって2の比でサブサンプリングされる。サブサンプリングされたルミナンス およびクロミナンス信号は次いで再帰的時間フィルタ28の入力に印加される。
このフィルタは画像周波数をコーグの特性に適合させるように、時間サブサンプ リングを行なう。このフィルタはまた、照明条件が最適な性質からならないとき またはカメラが良好な品質からならないとき非常に重要である電源の時間ノイズ の減少を可能にする。このフィルタはまたコーダヘ無益な情報を伝送しないよう に、エントロピーの調整を保証する。この調整は伝送ライン上の瞬時ビット量の 関数であるコーグからのCRT信号によって制御される。
再帰的時間フィルタ用の考え得式は、 y(c*1tt) =a*x(c、J、t) + (1−a)y(k+l*t− 1)であり、ごこでxckmt、z)はフレームtの座標(c、l)の画像点、 y(k*l、z−1)はフレームt−1の座標(k、J)の濾過さ九た画像点お よびaid差(xck*i*5)−yck、ant−1))に依存する係数であ る。
このフィルタの実施例は第3図に略伝されかつ本質的に数値セルx (t) − y(z−1) 内にデータa・(x−y)を含んでいる、例えばPROM型の読 取り専用メモリ31からなる。
このフィルタはまた現行フレームに先行する濾過されたフレームを記憶するため の画像または映像メモリ33を有する。再帰的時間フィルタ28によるルミナン スおよびり四ミナンス信号の濾過に続いて、画像信号は以下の特性′l!−■す る。
ドツト数/ライン 180(Y) 45((IB) 45(an)ライン数/フ レーム 144(Y) 3B(dB) 38((IR)フレーム数/ 8 6. 25(Y) 6.38(dB) 6.25((IR)ビット数/ドツト 8(Y ) 8(dB) 8(dn)ビット! 1.467Mbi t/a この画像は前処理装置の出力バッファ記憶を構成する画像メモリ30に記憶され る。
第4図は本発明によるコード化方法を実施するためのハイブリッドコード化装置 を略伝する。このコード化装置は前処理装置により供給された画像を受信する。
各画像は3つのデータマトリクス、すなわち、ルミナンスデータマトリクスY1 色差データマトリクスdBおよび色差データマトリクス(IHの形である。コー ダは独立または非独立方法においてこれら3組を処理することができる。ルミナ ンスデータ組およびクロミナンスデータ組はコード化装置の構造の関数として、 並列にまたは連続的に処理される。
通常の方法において、画像を表示するルミナンスおよびクロミナンスデータ組は 複数のブロックに再分される。
ルミナンスに関して、これらのブロックは、例えば16×16の大きさおよびク ロミナンスに関して8×8の大きさを有する。一般に、ブロックの大きさは所望 の圧縮因子とコード化装置の設計制約との間の妥協の結果として生じる。
コード化装置の入力要素は受信された各ブロックt−変換された係数のブロック に変換するための変換手段32である。この変換されたブロックは該ブロックに 対応する画像部分の周波数構造を表示する。例えば、変換手段32によって実施 される画像の変換は専門家には公知でかつ以下の方法で定義される均等コサイン 離散変換である。
z(u、v)= Σ Σ z(kJ)−A(k、u)拳入C1,V)ここでA( k、u) = fヲマe C(u)cog(nu(2に+1)/2N) そして u = 0ならばC(u) = 1/2かつu+0ならばC(u) = 1であ る。
この式において、x(k、Jl) は非変換のブロックにおける座標(k、7り の係数を、x(u 、v) は変換され次ブロックにおける座標(u、v)の係 数を示し、NXNはブロックの大きさである。
好適な方法において、変換手段32は1985年5月22日に出願されたフラン ス特許出願第8507717号に記載されたコサイン変換の迅速計算回路にした がっている。
この回路は、大ぎさN=16のブロックに関して、公知のコサイン変換計算回路 に比してより少ない計算段を有する利点を有している。変換は2段計算に関して 、すなワチ、ブロックの列の離散コサイン変換を計算する段2よびブロックの行 の離散コサイン変換を計算する段について分離されることができる。選ばれた例 においる1、 467mbit/sの信号源の量によれば、これらの変換は2つ の信号処理プロセッサ、例えばテキサス・インスツルメンツ型T N 8320 10によりて計算されることができる。
これらの離散コサイン変換は3つの基本特性を有する。
すなわち、 エネルギ保持(バージパル定理)、 高振幅点は低周波数係数、すなわち低い値(UおよびV)を有する変換されたブ ロックの係数に統計的に集中され、 高周波数係数(高いUおよびV)の顕著な振幅を有する可能性は非常に小さい。
これらの特性は変換の係数をコード化するのに必須である。かくして、多くの変 換されたブロックにおいて、幾つかの係数は事実上画像の再構成に有用でありか つしたがって幾つかの点のみが伝送される。王たる問題点は伝送ラインに到達さ れるべき量が多くのアドレッシングビットの使用を可能にしないため、変換され た範囲において著しい幾分高い周波数係数をアドレスする手段にある。
手段32によるブロックの変換に絖いて、圧縮の部分は変換されたブロックの計 量により達成される。これは好ましくは変換に即座に追随する計量器34によっ て行なわれる。次いでそれはインターフレームコード化ループの外部にある。し かしながら、計量化はまたインターフレームコード化ループに配置された計量器 36aによって実施されることができる。この計量器は次いで入力において現行 ブロックと先行フレームの対応するブロック間の差を受信する。インターフレー ムコード化のため計量は異なることができる複数のしきい値を有する計量器34 と同一方法において作用する計量器36bによって行なわれる。計量器36&お よび36bは適応させることができかつ伝送ライン上の量を調整する手段として 役立つ。
連続成分、すなわち座標u = Qおよびv = Qの変換された係数は均等ス テップにより計量される。例えば、7つの異なる計量器がルミナンスデータにか つ5つがクロミナンスデータに使用されることができる。添付の表Iは計量器の 割当ての例を示す。この表のゼロ値は、その特性が無視し得ない振幅′t−有す る可能性が低い離散コサイン変換の特性によって、その公知である高い周波数成 分だけである伝送されない変換された係数を示す。
計量器がコード化ループの外部にある場合において、計量レベルは例えば標準エ ラーを最小にするアルゴリズムによってまたは実用的かつ主観的に連続試験によ って決定されることができる。これらの計量レベルX、は以下の方法において定 義されることができる。
o o (n)< x (u、v) < o o (n)ならば、その場合に、 X。
(u、v) = (qo(n−1))/2ここでQ D(n)= T + n  G + f (n)入そしてf (nl = (n−2)(n−1)/2(n> 2) ここでQD(n)(nは整数)は決定しきい値、Tはその側で係数X(u、v) が顕著でないしきい値、n++G’−、f(n)IIA は計量ステップを定義 する。
同一フレームの変換されたルミナンスおよびクロミナンスブロックの計量された 係数は変換されたフレームメモリ36に記載される。該フレームメモリは現行7 レームの変換されたブロックとメモリ36に記憶される先行フレームの対応する 変換されたブロックとの間の差を計算するためインターフレームコード化モード において使用される。前記メモリに計量レベルを記憶することに代えて、これら のレベルの値を単に記憶することができ、それは変換されたフレームを記憶する のに必要とされる大きさの減少を可能にする。
周波数範囲内のブロックを変換する段階およびこれら変換されたブロックの計量 は画像コード化方法の通常の。
段階である。本発明によるコード化方法の独創性は伝送ラインに変換されたブロ ック金印加する前にこれらのブロックをコード化するのに使用される決定基準に 基礎を置いている。この決定基準はエネルギ単位ごとに伝送されるべきデータ童 に基礎を置い几経験に基づい友基準、すなわち、変換されたブロックに含まれる 情報量に関連して伝送されたコードのビット数間の比であることが指摘される。
このコード化方法の段階は第4図のコード化装置において以下の要素、すなわち 、 その入力が計量手段34(または36)の出力に接続されるインド2フレーム処 理手段38、その入力が減算器41から計量手段34によって供給されるブロッ クとメモリ36内に記憶された先行フレームの対応するブロックの計量された係 数との間の差を受信する運動検知手段40(計量がコード化ループ内で行なわれ るとき、計量器36aは減算器41と運動検知手段40との間に挿入されそして 減算器41の正の入力は手段32の入力に接続される)、 その入力が運動検知手段40の出力に接続されるインターフレーム処理手段42 、 処理手段38.42によってかつ運動検知手段40によって供給される信号の関 数として各ブロックに関してコード化モードを決定する決定ユニット44によっ て実施される。
決定装置It44はまたチャンネル46によるメモリ36のアドレッシングを制 御する。かくして検知手段40が現行の変換されたブロックが先行フレームの対 応するブロックと同一であることを示すとき、すでにメモリ36に含まれている ため前記現行の変換されたブロックを再ヒリフレッシュす、る必要はない。
決定ユニット44はインターフレームモードにおいて手段42によって供給され たブロック七メモリ36内に収納された対応するブロックに加算する再構成手段 を備えている。決定ユニット44には統計的コーグ48が続き、このコーグは通 常の方法において、変換されたブロック(イントラフレームコード化の場合)ま たは現行の変換されたブロックと先行フレームに対応するブロックとの間の差( イノターフレームコード化の場合)をコード化するための可変長コード(CLv )を実現する。コーグ48によって供給されたコードはその充填が論理制御ユニ ット52により制御されるバッファ記憶50に通される。バッファ50の状態の 関数として、このユニットは、バッファ50が決して完全に空または完全に充満 されないような方法において、運動検知手段40および処理手段38.42のパ ラメータを制御する。バッファ50に収納されたコードは次いで処理手段38. 42および決定ユニット44により放出されたサービスコードと複合される。こ の複合はその出力が伝送ラインの入力を構成するマルチプレクサ54によって実 施される。
運動検知手段40は通常の性質からなる。この手段は計量手段34によって供給 される現行の変換されたブロックとメモリ36によって供給された先行フレーム の対応するブロックとの間の差から生じるブロックを分析することからなる。そ のブロックは固定されるように示されかつメモリは I D(0,0) I”(roおよび(ΣΣI d(u、v) I2)<TA  v (u、v)≠(0,0) ならば変更されない。ここでroおよびT入はバッファ50の充填状態として論 理制御ユニット52によって固定されるしきい値であり、 D (u、v)は現 行ブロックの係数X (u、v)と先行フレームの対応ブロックとの間の差であ る。
この場合に、現行の変換されたブロックは伝送ライン上にすでに放出されている ため、この現行の変換されたブロックを伝送する必要はない。ブロックが変更さ れないことを示すサービスコードを伝送ラインに伝送するのみを必要とする。こ のコードは決定ユニット44によってマルチプレクサ54に伝送される。
ブロックが固定されないとき、最良のコード化モード、すなわち、インターフレ ームモードまたはイントラフレームモードを創出することが必要である。このた め、本発明によれば、変換されたブロックはイントラフレームモードにおける前 記ブロックのコード化に必要なビット数を評価するように処理手段38によって 分析されかつそれはインターフレームモードにおいてコード化するのに必要なビ ット数を評価するように処理手段42によって並列に分析される。処理手段38 および42は同一方法において作用し、その差違は処理手段58が変換されたブ ロックを処理しかつ処理手段42が2つの変換されたブロック間の差から結果と して生じるブロックを処理することにある。
公知の方法において、各処理手段は2つの計算段階、すなわち係般のシーケンス によって構成される直線構造にブロックの2次元構造を通すための第1走畳段階 および前記シーケンスをコード化するため統計的コーグ48によって発生される コードまたはビット数の長さを評価するための計算段階をMする。
変換されたブロックの走査は、いわゆるジグザグ走査によって、公知のコード化 装置におけるように、行なわれることができる。X (u、v)が変換されたブ ロックにおける座標u、vの係数を示すのに使用されるならば、変換されたブロ ックのジグザグ走査はシーケンスX (O,O)。
X (0,1) 、 X (1,0) 、 X(2,0) 、X(1,1) 、  X (0,2) 。
X (0,3) 、 X (1,2)・・・を発生する。
このコード化は本発明による方法において使用されることができるが、ブロック の構造、すなわち最も重要な係数の位置を考慮に入れないため、完全に十分では ない。
かくして、第1ライン上の主として非ゼロ係数を有するブロックに関して、ジグ ザグ走査は多数のゼロ係数からなるシーケンスを発生する。これは画像の再構成 用の情報を供給しないこれらのゼロ係数が統計的コーグによって考慮に入れられ かつコーグによって発生されるコード量を不必要に増加しないため利益がない。
この欠点を回避するために、各々ブロックの特性に適合される幾つかの走査を使 用することが提案される。このため、ブロックの種々の考え得る構造を示すため の1群のクラスの論理に基づいた定義でありそして特定の走査は各クラスに関連 づけられる。これらのクラスは領域の組合せとして定義され、前記領域は主観的 に実施される幾つかの領域にブロックの仕切りを構成する。添付の表■はこのよ うな仕切りの例に、1 %、< s <sが表に1で示される1組の要素から形 成される領域Zii示す。
例えば10クラスがありかつ領域に基づいて以下の方法において定義されること ができる。
CI=Z1 C2= ZIUZ2 C3=Z1 σZ2UZ3 (’!4−=ZjUZ2σz4 C5= ZI UZ2UZ3UZ4 C6=ZIUZ2σz3σz5 C7= ZIUZ2UZ4UZ6 CB=Z1σZ2UZ3UZ4UZ5UZ6C!9=Z1σ・−・・・・・・拳 σz7C1Q=7.1σm @ ell am am as [JZ8例として 、gsa図および第5b図はそれぞれクラスC6およびC10に適合させられた 走査を示す。クラスC3はその考慮に入れられた係数が表■の値1.2および3 に対応する係数であるブロックのクラスであるJ値1は領域z1を示しか2クラ ス3は領域Z1.Z2およびZ3i編成し直す)。クラスC3のブロックの走査 は増加する数のシーケンスによって第5a図に示される。
走査によって発生されるシーケンスは結果として2(0,0)。
X (0,1) 、 X (1,0) 、 Z (0,2) 、 X (1,1 ) 、 X (2,0) #X (0,3) 、 X (1,2) 、 X ( 0,4) # X (3,0) −−@である。
クラス010はそのすべての係数が考慮に入れられる(計貸段階においてゼロで かつ表1および■における値ゼロに対応する係数の明白な例外を有する)ブロッ クのクラスである。従来におけるすべてのブロックに通常使用されるジグザグ走 査はこのクラスに適する。走査は上昇数のシーケンスによって第5b図に示され る。発表されるシーケンスはX (0,0) 、x (0,1) 、x(1,0 ) a x(2=D)−x (1=1) −X (0−2) a x (0*3 ) s X (L2) ・・・である。
ブロックのメンバーシップクラスを決定するため、擬似エネルギ基準に基づいた アルゴリズムを使用することができる。ブロックP2bの擬似エネルギは連続成 分の外部で、ブロックの計量され変換された係数の2乗の合計として定義される 。
(u、v)≠(0,0) 同一方法において、i<j<10である場合のクラスjにおけるブロックの擬似 エネルギは (u、v)≠(0,0) によって定義される。
クラスに属するブロックの基準はブロックの合計擬似エネルギに対するクラスの 擬似エネルギの比がしきい値g8を越えないことである。すなわち、p g(j )>P ” b・it。
第6図はブロックのメンバーシップクラスの決定用回路を略伝する。
この回路は、連続成分X (u、v)を除いて、ブロックの各々変換された係数 全連続して受信する手段56からなる。この手段56は各々受信された係数の2 乗を計算しかつ前記値をレジスタ58に供給する。該レジスタに関連づけられる 加算器60はレジスタへの手段56によって供給される項の合計の記憶を可能に する。各ブロックの終りにおいて、レジスタ58はしたがってブロックpgbの 擬似エネルギを収容する。
回路はまた、その各々と加算器64□、64□。が関連づけられるレジスタ62 □・Φ62□。からなる。各レジスター加算器構体はクラスに関連づけられ、そ して手段56によって供給される変換さ九た係数の2乗の記憶は各レジスタに関 してアンドゲート66 ・・66□。によって条件づけユ られる。アンドゲートの変化は手段56によって処理される係数の座標Uおよび Vを示す信号によってアドレスされる読取り専用メモリ6Bによって制@される 。かくして、各レジスタ62□・1162□。はその座標uIvが前記レジスタ と関連づけられるクラスと一致する係数の2乗を阜に受信する。各ブロックの終 りに、それぞれ各クラスのブロックの擬似エネルギP g(x)e l+ P  BαQ金、レジスタ62−−62□。の谷々の出力において得る。
これらのクラスの擬似エネルギは決定ユニット70の入力に印加され、該決定ユ ニットはレジスタ58によって供給されかつしきい値エネルギEaで乗算された ブロック?E、の擬似エネルギの積を受信する。この積は増倍器72によって発 生される。
ブロックのメンバーシップクラスの決定はそのフローチャートが第7図に示され るアルゴリズムに従って決定ユニット70によt)なされる。このアルゴリズム は各クラスの擬似エネルギをしきいlltエネルギで乗算さh7(7’ロックの 合計擬似エネルギと連続的に比較することからなる。このアルゴリズムは値1で ループ指般1の値を初期化するための初期化段階74からなる。次の段階は擬似 エネルギpg(4)のしきい値エネルギE8で乗算されたブロック擬似エネルギ PEbの積との比較のための試験76である。クラス擬似エネルギが前記積を越 えるならば、ブロックがクラス1に属しかつアルゴリズムが終了されることが決 定される。反対の場合において、指数1をインクリメントする段階78に通しか つ試験76は再びこの新たなりラス指数に印加される。
ブロックのメンバーシップクラスが決定されたとき、ブロックは前記クラスと関 連づけられた走査にしたがって走査される。この走査によって得られる係数のシ ーケンスは次いでその長さおよび前記シーケンスをコード化するための統計的コ ーグによって発生されるコードの長さを決定するために分析される。この分析は 処理手段の計算段階を構成する。
ブロックのクラスを決定するための他の考え得る方法は走査グループに応じて前 記ブロックを走査しかつ次いで経験に基いて最適条件を決定することからなる。
この方法において、以下の手順が各クラスに採用される。ブロックは係数のシー ケンスを発生するために前記クラスと関連づけられた走査に応じて走査されかつ シーケンスの長さはこれが一定の百分率、例えばブロックのエネルギの951s t−含むように決定される。これには各走査に応じて得られるシーケンスの比較 が続きそして最短のシーケンスが選ばれる。これは最小のゼロ係数を含んでいる シーケンスである。
この方法においては、走査されたブロックに関係なくブロックのほとんどのエネ ルギを含んでいる短かいシーケンスを見い出すことができるために非常に異なる 1群の走査全選択するのが重要である。
例えば、2つの非常に異なる走査が表■および■に示されている。各表1から2 56のすべての数を含んでいる16×16(ブロックの大きさ)のマトリクスで ある。
走査は表の上昇数の順に実施される。
表■は実質上対角走査に対応しかつブロックによって示される画像の部分が実質 上水平周波数を含むとき短かい′シーケンスの係数である。表■は実質上対角走 査に対応しかつブロックによって示される画像部分が水平かつ垂直周波数にバラ ンスされるとき短かいシーケンスの係数を発生する。
ブロックのメンバーシップクラス用検索を有する走査段階および計算段階は変換 されたブロックについて処理手段3Sによってかつ変換されたブロックと先行フ レームの対応するブロックとの差について処理手段42によって並列に実施され る。決定ユニット44(第4図)は2つの処理手段の計算段階の結果の関数とし て最適コード化モードについて決定する。決定ユニットのアルゴリズムを示すフ ローチャートは第8図に示される。
このフローチャートに示された変数は以下のことを示す。
NA:イントラフレームモードにおけるシーケンスのビット数 NR:インターフレームモードにおけるシーケンスのビット数 RA=イントラフレームモードにおけるシーケンスの統計的コードのビット数 RR:インターフレームモードにおけるシーケンスの統計的コードのビット数 RP=RA−RR P に NA−NR フローチャートは、 RRとRaとの間の比較試験80゜ RR(Raならば行なわれるNRとNAとの間の比較試験82、 RR<RAならば行なわれるNAとNRとの間の比較試験84 試験82および84においてNR)NAならば行なわれる、RP / Pに等し いf数x2計算するための計算段階86、 段1f84および86の後で行なわれる。X′fcLきい値Bと比較するための 試験88、 段階82および86の後で行なわれる、Xくしきい値8と比較するための試験9 0からなる。
アルゴリズムの結果は、試験84においてNR,)NAならば、試験88におい てX)8ならば、または試験90においてxく8ならば、インターフレームモー ドにおいてコード化している。他の場合において、ブロックはイントラフレーム モードにおいてコード化される。このコード化モードは、変数NAおよびRAま たはNRおよびRRが、採用されたコード化の結果としてそnぞれ論理制御ユニ ット52によって供給された2つの変数Nma!およびRmax以下であるなら ば有効でありそしてその値はバッファ50の充填レベルの関数として動的に固定 される。
コード化モードが決定ユニット44 (第4図)により決定され友とき、前記モ ードに対応するシーケンスは統計的コーグ48に伝送される。このシーケンスの 係数は各モードに関しての係数の振幅の統計に基づいて計算される可変長を有す る1群のコード語によりコード化される。留意されるべきことは、画像の再構成 に関して目立たないゼロ振幅点がしかしながらコード語によって表示されるとい うことである。コーグ48は例えば制限された最大長さを有するハフマンコード にすることができる通常の統計的コードである。
このコーグは、例えば約64 Kbit9/sの一定量において伝送ラインに伝 送することができるために調整されねばならない可変ビット量を発生する。また この調整t″実施るのに使用されるバッファメモリ50は画像が1つのフレーム から次のフレームに大きく変化する場合の期間の観察を可能にする。調整は平均 充填レベルに比してバッファ50の内容が過度に異なるのわ防止するために必要 である。かくして、前記バッファがいっばいであるとき量を減じかつ空であるな らば良好な品質のコード化を許容することが必要である。このバッファは例示方 法において選ばれた用途に関して約20 Kbitgの大きさを有する。
調整は以下の調整パラメータを供給する論理制御ユニット52によって保証され る。すなわち、これらの調整パラメータは、 前処理手段の再帰的時間フィルタに印加されるパラメータCRT。
処理されたブロックのメンバーシップクラスの決定のためのしきい値エネルギパ ラメータE6、ブロック走査から結果として生じるシーケンスの最大数の係数の パラメータNmax 。
ブロックコード化に割り当てられた最大数のビットのパラメータRmax。
一定のブロック決定しきい値パラメータ?AおよびTDである。
添付の表Vはバッファ50の充填レベルの関数としてこれらのパラメータの値の 例を示す。
バッファ50により供給されるコードは決定ユニット44および処理手段38. 42によって放出されるサービスコードとマルチプレクサ54(第4図)におい て複合される。これらのサービスコードはバッファ5oに受信されない。しかし ながら、それらは伝送ライン上で量に寄与するため、バッファの充填を制御する のに考慮される。添付の表■は伝送ラインにマルチプレクサ54によって伝送さ れるフレームの構造を示す。伝送および制御同期清報(表に示してない)から離 れて、前記フレームは統計的コードによって追随される多数のサービスコードを 有する。これらのサービスコードはブロックのコード化モード、幾つかのクラス が定義される場合にブロックのメンバーシップクラスおよびブロックの走査から 結果として生じるシーケンスの最終係数を示す数を表示する。
コード化モードは理論に基いた固定ブロック、または経験に基づいたブロック、 またはインドラフレームモードコード化、またはインターフレームモードコード 化金示すため2ビツトで表わされる。クラスを示すのに使用されるビットの数は 定義されるクラスの数に依存する。
数NBUPはクラスと関連づけられる走査から結果として生じるシーケンスから 伝達される係数の’Hk示す。この数はクラスの関数として変化することができ る。それは例えば4〜7ビツトの間の長さを有する。
統計的コードはブロックの連続成分をコード化するための第1区域シよび交番成 分をコード化するための第2区域からなる。連続成分のコードは例えばインター フレームモードにおいて5ビツトの長さをかつイントラフレームそ−ドにおいて 9ビツトの長さを有する。
受信時、フレームはコーグにおいてなされた作動の逆である作動を実施するため の手段を組み込んでいるデコーダにおいて受信される。かかるコーグは第9図に 略伝されている。
入力において、このコーグはデマルチプレクサ94に供給するバッファ92から なる。デマルチプレクサは一方でサービスコードをスイッチング二二ツ)96に 、1−っ他方で統計的コードをデコーダ98に供給する。統計的デコーダ98の 出力は同時にイントラフレームモード再構成手段100の入力およびインターフ レームモード再構成手段102の入力に接続される。これらの再構成手段100 .102は処理ブロックのコード化モードの関、数としてスイッチングユニット 96により制御される。
イントラフレームモード再構成手段は統計的デコーダ98によって供給される係 数のシーケンスに基づいて変換された係数のブロックを再構成する。インターフ レームモード再構成手段102は一方で統計的デコーダ98によって供給される 係数のシーケンスに基づいて差のブロックを形成することによりかつ他方でこの 差のブロックおよび先行フレームに対応しかつ変換されたフレームメモリ104 に記憶される変換されたブロックを合計することにより変換されたブロックを再 構成する。
イントラフレームモード再構成手段100によって、またはインターフレームモ ード再構成手段102によって再構成される変換されたブロックは変換されたフ レームメモリ104に記憶される。明らかなように、この記憶はスイッチングユ ニット9乙によって受信されないサービスコードがブロックが固定されないこと を示すならば行なわれない。
再構成手段100.102によって供給される変換されたブロックはコーグ(第 4図)の計量手段34によって行なわれる逆計量にこれを行なう逆計量手段10 6の入力に印加される(計量が計量手段36a、36bによってコーグにおいて 行なわれるとき、逆計量は統計的デコーダ98に直ぐに続く逆計量手段107に よって行なわれる)。前記計量手段106によって供給される変換されたブロッ クは次いで周波数範囲から全開的範囲に変換されたブロックを持ち来たすために 逆変換手段108によって処理される。行なわれる変換はコード化装置変換手段 32によって行なわれる直接コサイン変換の逆である。
デコーダ乙によって供給されるブロックはタイムポストフィルタリング、オーバ ーサンプリングおよび伝送時前処理手段によって受信されたアナログルミナンス およびクロミナンス信号を復元するためにデジタル/アナログ変換を連続して受 けるために後処理手段に伝送される。
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.画像が各々1組のマトリクス組織のブロツクを含むフレームのシーケンスに よつて定気され、端ブロツクが画像の一部を表示する1組のマトリクス組織のデ ジタルデータを含んでいる、画像を表示するのに必要なデータ量を減じるための 変換によるハイプリッドコード化方法において、該方法は各デジタルデータブロ ツクを周波数範囲内の前記ブロックを表示する変換された係数のプロツクに変換 し、各々制限された組の予め定めた値から取られる値を有する計量された変換さ れた係数を得る上うに各ブロックの変換された係数を計量し、計量され変換され た係数のシーケンスを発生するために計量され変換された係数の各ブロックを走 査しかつ統計的コード化により前記シーケンスをコード化するのに必要なチータ 量を評価し、計量され変換された係数のブロックと先行フレームの対応するブロ ツク間の差により差係数のプロツクを計算し、差係数のシーケンスを発生するた め差係数のブロツクを走査しかつ前記統計的コード化により差係数の前記シーケ ンスをコード化するのに必要なデータ量を評価し、ブロックをコード化しかつ前 記データ量および伝送ラインおよびブロックの統計的コード化の量によって是認 される最大量の関数としてコード化モードを決定するのに必要なデータ量を比較 しそして決定されたモードに応じて前記統計的コードによりブロックを統計的に コード化してなることを特徴とするハイプリッドコード化方法。 2変換段階後行なわれる追加の運動検知段階からなり前記運動検知段階は現行フ レームの変換されたブロツクを先行フレームの対応する変換されたブロツクと比 較し、かつ前記差が予め定めたしきい値以下である場合に、伝送ラインにブロツ ク用非リフレッシュコードを伝送してなることを特徴とする請求の範囲第1項に 記載のハイブリツドコード化方法。 3.計量段階後に行なわれる追加の運動検知段階からなり、前記運動検知段階は 現行フレームの変換されたプロックを先行フレームの対応する変換されたブロッ クと比較し、かつ前記差が予め定めたしきい値以下であるとき、伝送ラインにブ ロック用非リフレッシユコードを伝送してなることを特徴とする請求の範囲第1 項に記載のハイプリッドコード化方法。 4.各走査段階に関して、一定のブロック周波数構造に各々対応するブロックの 幾つかのクラスが定義され、各クラスに関して該クラスに適合される走査が定義 されそして各走査段階の間中、ブロツクに対して最良のクラスがブロックのエネ ルギ基準によつて決定されかつ前記プロツクは前記最良のクラスに関連づけられ た走査にしたがって走査されることを特徴とする請求の範囲第1項に記載のハイ プリッドコード化方法。 5.ブロックの成分の幾つかの領域への仕切りの定義が行なわれかつ各クラスが 1つの領域または幾つかの領域の組合せであることを特徴とする請求の範囲第4 項に記載のハイプリッドコード化方法。
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