TW297202B - - Google Patents

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207202 A6 B6 烴濟部中央標準局員工消f合作社印製 五、發明説明（1 ) 本申請案係有Μ於差動脈衝碼調變（DPCM)視頻信號壓縮 之雜信減少裝置者，尤其關於DPCM環路内所使用之雑信減 少裝置者。 發明背景 當現行影像易於由時間上相邮近影像中予Μ預测時·視 頻信號壓縮之預測編碼功能最為顯明。但是•當來源影像 含有雜訊時·準確預测乃趲於困難，而壓縮效率減小，或 其重現影像品質衮退，或兩種現象兼而有之。因此，合乎 理想的乃是，在壓縮程序之前使須壓縮之視頻信號雜訊予 Κ減小至最低限度。 試考應：画1 ，所示為先前技術預測影像煸碼裝置。元件 12-22構成為實際預測編碼器，容待說明於下。此一先前 技術装置之雜訊減少標準的包括有遞推性雜訊減小«波器 10，用以使視信在懕縮前預予處理。場或框堪推濾波器， 由於其能使有效信號頻寬内之雜訊成份有效減小，乃較為 人所菩愛。但是，此等濾波器亦極為強烈需要記憶器且需 要有相當精密之處理罨路，以使雑訊明顯減小而不使動態 影像特性有不理想之人工產物介入。 本發明之目的乃為以最低限度之額外硬體提供一種高度 有效之雜訊濾波裝置•及預测纒碼器方法。 發明概述 本發性包括有預測性DPCH®鋪装置，其中，有簡單之非 裝:-...........·丨.訂....................線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格1210x297公釐1

經濟部中央標準局員工消f合作社印U A6 B6 五、發明説明（2 ) 線性處理元件包括於DPCM環路中，以使預测與真實影像信 號間之殘餘消除，此等殘餘較預定值為小。此等殘餘之消 除，乃使包括縱有逋量雜訊在内之信號所產生壓縮資料量 大為滅少。 附圃之籣略說明 圃1所示為先前技術之DPCM壓縮裝置方塊圃。 圖2和4所示為包括有根據本發明之雑訊減小装置之替 代壓縮装置方塊圖。 圖3和5所示為圈2和4雜訊減小裝置示範性非線性傳 输功能之圖解。 詳细說明 茲於視頻壓縮本文中說明本發明，與經由國際檷準化姐 織之動態影像專業姐群（MPEG)所建立之檷準所列載者相若 。MPEG協定中所列載之動態補償預測性編碼型式•對於框 内編碼與框際编碼皆有規定。亦即是說*每一第N框皆予 框内編碼* Μ確保有正常時間性信號補充。插入框係Μ連 績框內之懕縮資料作框間或DCPM預測性編碼，須視前面框 而定。框内编碣框檷示為I框•而框間編碼框則檷示為Ρ 或Β框，須視其係祗行向前預測，抑或分別向前及往後預 测而定。預測編碼程序包括使相關影像區分為若干小區， 並搜索相鄰影像以在相鄰影像中找出完全相同或近似相同 之區域。在相鄰影像中找出區域* Κ及琨行影像區域與相 ..................................................-............................^ ...........一-.玎 …：咚 f請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -4 - 本纸張尺度適用中國國家楳準（CNS)甲4規格（210x297公釐） 297202 A6 B6 禮濟部中央標準局員工消费合作社印製 五、發明説明（3 ) 相邮影像之對懕之相同或相似區域間之差異。注意，如相 對應區域實際上完全相同時，所有差異皆為零，此區乃可 逕以識別相對應區位置之向量及表示所有差異皆為零之碼 予以煽碼。因此*壓縮後之相同或相似影像乃可以相當少 數之碼字姐辨識之。另外，如影像中含有少許雜訊時，乃 須予理解，框與框影像區域之相互闞係乃随殘餘資料中伴 皤而來之增而惡化•其壓縮碼字碼乃相對應增加。 在圖1中，經由•例如，攝影櫬所產生之視信乃施加至 通推雜訊減縮器10，Μ調轚視信之壓縮。其餘裝置則為相 當热知之姐構，因此祗作槪略說明。來自雑訊減縮器10之 I框像素資料乃毫無變化的經由減法器12傳输至编碼器 15。編碼器15乃於像素資料（8x8像素段）上實腌不連鑛餘 弦轉變（DCT) ，Κ產生DCT係數。此等係數經予董化Κ控 制資料速率，並依預定順序排定次序•俾有助於使大部份 零值係數姐合，而予有效掃描寬度騙碼。於是，編碼器乃 依掃描寬度及依統計方式使係數煸碼。編碼後表示像素資 料乃施加至格式器19，而使資訊附装俾依照所埋定壓縮協 定*例如，MPEG2 ，以顯示框内相闞段之來源位置*纗碼 類別（Ι,Ρ, Β)，框號•時間戳印等。來自格式器之資料 乃施加於傅输處理器20，Μ使格式資料區分為有特定位元 數之酬載小包而產生識別符，Κ追踪相闢之酬載，產生同 步資訊，及導出誤差校正/偵测碼，並使後者皆附加於相 W酬載小包而產生傳输小包。此等傳输小包乃施加至逋當 之調變解調器22上傳输之。 装:·...........:…訂....................線 <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)甲4規格（210x297公釐） 禮濟部^央標準局負工消費合作社印51 A6 B6 五、發明説明（4 ) 來自編碼器15之I壓縮框施加至解碼器16，以遂行纗碼 器15之反向功能。對於I壓縮框而言·解碼器16之输出係 為重現I框。此解懕縮後之I框乃經由加法器18毫無變化 的傅输至緩衡記憶器17予以雔存供嫌後P或B框作預测懕縮 用。P或B框之預測编碼亦相類Μ ·玆說明P框懕縮。現行 壓縮之Ρ影像框係施加至動態預澜器14，用Μ使此框區分 為，例如16x16像素之段。預測器16於是搜索前面之I或 Ρ框之相類似16x16像素段，並計算出向量姐群，Μ顯示 現行框段内段及所搜索框内最近似段空間座檷上之相對差 異。利用此一向量使來自媛衝記憶器17内相對應解壓縮框 之相對應段乃耦合至減法器12·使之依像素方式將來自記 憶器17中預測段，由所解®縮之現行框之相對應段中減去 。經由減法器所提供之差異或殘餘乃胞加至編碼器15，其 中之處理方式與I框像素資料者相若。經由預測器14所產 生之向量乃耦合至格式器19，其中，使之包括在内而成為 與相鼷段相闞之編碼後資料之一部份。 經壓縮後之Ρ框乃於解碼器16中解碼而施加至加法器 18。同時使由其中所預測之影像框之相闞段皆經由預測器 13從緩衝記憶器中存取，並施加至加法器18之第二檐入上 ，其中，解碼後殘餘或差異，乃依像素方式相加而使實際 影像復原。來自加法器18復原後像素Ρ框資料乃儲存於嫒 衝記憶器17,供依預測方式使皤後之Ρ或Β框編碼/解碼。 重要的是須予注意，當處理I框時，預测器Κ0值腌加 5$滅法器12及加法器18。所输入I框，因此，乃經由減法 {請先閱讀背面之注意事項再填寫木頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)甲4規格（210x297公釐） A6 B6 經濟部中央標爭局員工消费合作社印裝 五、發明説明（5) 器12毫無變化的通過，而來自解碼器16之解碼後之I框乃 由加法器18毫無變化的通遇。 圖2所示為本發明之第一項實施例。圖2中之壓縮裝置 與圖1之裝置相若，而Μ圓1中相同編號所檷示亦遂行相 同功能。有兩項主要差別為增加了非嫌性元件500 ，及遂 行圃1之元件13之功能之元件1333之功能亦略有增加。 非線性元件500係連接於減法器12與編碼器15之間*此 一元件之Κ置係用Μ使衹有趨過某一預定值之信號值始予 通遇。元件500可為一簡單之核化霣路，此一罨路對於凡 低於某一預定值如圔3中遂件線性函數（曲線Β )所示。此 外，亦可採，及減去該預定值而仍超過該預定值之信號值 之所有量值皆以零值通過之，取更為檷準之核化電路形式 ，此一電路對於小於某一預定值之所有信號值及所有信號 值趨過該預定值之信號值概Κ零值通過。元件500之另一 替換功能可為一更輕和彎曲之功能，諸如圖3中標示為A 之曲線。此等功能皆可經由使此等功能在記憶器内程式為 相闞位址，配置由須予處理之信號予以定址之方式提供之 0 試考慮壓縮器實施兩種型式之壓縮，即框内與框際壓縮 。在後一型式中，施加於元件50 0之信號係為經由採取兩 獮立之框之像素差所產生之殘餘。在前一型式中，豳加於 元件500上之信號係為未予變化之視信。後者之雜訊功率 係為大於前者之2平方根，而後者之信號位準顬然較低。 因此，框內視信之信雜比顯然大於框際殘餘之信鐮比，而 {請先閱讀背面之注意事項再場寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準丨CNS)甲4規格（210x297公釐） A6 B6 五、發明説明（6) 與使信號污染之雜訊量無閫。 由於信雜比之差異，在框内壓縮時所施加之非線性函數 懕不同於框際靨縮者。例如，為非線性函數係為論件之線 性核化時，框内值於其下核化之預定值可能明顯的大於框 際殘餘。另外，由於框内信號之信雜比與殘餘比較時相當 大，此非線性元件可予調整而使框内信號無變化通過。B 框和P框預測性編碼框之相«信雑比亦可能明頭的不相同 ，須視P框間之B框數目而定。因此，對於不同類型之預 測編碼於元件5 00内應用不同之非線性函數，可能係遴當 之舉措。經由預測器1333實施非嫌性元件之適懕控制，Μ 使被編碼之I，Ρ和Β框施加相闞之控制信號。 圃4所示實施例有肋於所有各種型式之框際和框内懕縮 皆使用相類似之非線性函數。圔4中，標示與画1中元件 相同編號之元件皆為相類似且用於相同功能。圔4電路包 括有減法器12與編碼器15之間之非線性元件50。此非線性 元件之功能可與圖5中所示者（標準核化功能）或說明元件 500之功能相類似。 在框際框壓縮期間，開翮SW1和SW2之位置係與所示位置 相交替。當開關於此一位置時•此裝置之姐構係為，而且 其理作正如，圖2装置之框際編碼。因此元件50之非線性 功能乃係依照框際編碼之性能期望而予選擇。 經濟部中央樣準局員工消费合作社印製 {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 至於框内編碼，來自解碼器16之解碼後框際信號必須無 赛化的通過加法器18。此乃經由利用開Risin之方式而予 完成，此乃由預測元件133予以調整，俾於I框编碼期間 衣紙張尺度適用中國國家搮準（CNS;甲4規格（210x297公釐） 經濟部中夬標準局員工消f合作社印製 A6 ___B6_ 五、發明説明（7 ) 通過零值。同時開MSW2移動至圖4中所示之位置。 為使非媒性元件對於I框信號具有有利影響，由於其信 雜比相當高* I框之信號乃依人工方式減小俾便於雜訊處 理，並於雑訊處理後，再予復原。I框信號之減小係經由 產生預測之I框並使此預測I框施加至減法器12上之方式 達成之。減法器所產生之差偽與框際殘餘之量值位级相同 •因此•非埭性元件之埋作情形亦相若。來自預測器133 之預测信號於是回加至由非線性元件所提供之信號上，以 使输入I框信號復原為大體上其原來值。 有數種方法可用Μ產生預测之I框•一種方法乃為祗要 調整預测器133由緩衝器17内之最後解碼框（可能是I框） Μ至與現行I框在同一位置之输出像素段。但是較佳方法 係為依與預測Ρ或Β框相類似方式，預測I框，以提供更準 確之I框預测。注意*預測須要有動態向量以提供時間上 相區隔之框内相類似像素段之空間對應。編碼後I框通常 不包括動態向量。但是，由於編碼器包括有動態向量產生 裝置*用Μ產生Ρ或Β框之向量，使此裝置編列程式亦產生 I框之動態向量，乃為棰簡單之事。此等動態向S乃可用 Μ在煽碼器上產生出預測I框供雜訊滅小之用，然後予以 抛棄，亦即，不包括於編碼後之位元流内。另外一方式乃 是· I框動態向量可予包括於煽碼後位元流内，供誤差皤 蔽之用，一如MPEG協定中所偈議者。 假定此非線性元件50經予程式而使其量值大於T值此值 在檷稱上很小之所有信號樣本皆予通遇。並假定由預測器 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNSj甲4規格（210x297公釐） A6 B6 五、發明説明（8 ) 所提供之信號為SU)·而蝓入I框之信號為IU)。不計處 元件50，提供予開鼷SW2上方接點之信號乃為I(n)-SU) 。使此信號耦合至加法器52 —输入上，並以信號S(n)施加 至加法器52之第二输入。加法器乃產生信號I(n)-S(n) + S(n)=I(n)。使此等值耦合至編碼器15，且輿输入值無變 化。祗有經由減法器12所產生之差之输出值I(n)係在土 T之內會受到非線性元件12所影響。因此•為經由預測器 133所提供之I框預測係十分準確時，亦即係在士 T之偏 差範圍内時*始為有利，在此吠況下*非嫌性元件50乃大 體上祗影響及雑訊成份。 上文說明假定各框偽Μ其整體煸碼為框内編碼框或框際 編磲框。依MPEG標準，例如•使視信依分段方式予Μ編碼 *且如無法找到搜索框中之接近正配段時，乃設法依框内 編碼棋式使Ρ或Β框之某些段編碼。在此等狀況下，預測器 13，133和1 333乃予程式，而使非埭性處理元件15 * 50和 5 00分別依5段方式依照現行處理類型予Κ轉換。因此， 在後附申請專利範園内，如依據某一框際處理棋式提及壓 縮框時•應予理解者乃是*此等框内像素段之框可予框内 處理•而申請専利事項之用意乃遘用於此等混合横式處理 各框。 {請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .裝 铿濟部中央標準局員工消費合作社印製 -10 ~ 未紙張又度適用中1國家橾準（CNS丨甲4規格（210X297公策

Claims (1)

1. 8 8 8 ABC D8 申請專利範圍 ι·—種用以壓縮視頻信號之裝置，包括有： 用以施加視信之信號輸入接端； 減法器，具有與該信號輸入端相連接之第一輸入端，第 二輸入端及輸出端，用以提供具有振幅値之範圍介於較 大振幅値及較小振幅値之間的殘餘； 壓縮裝置，包括有轉變裝置，使以一段接一段之方式使 施加其上之信號壓縮，而產生壓縮後視信； 景夕像信號測裝置，包括有反向轉變裝置，響應於該壓縮 視信，供以一段接一段之方式產生預測信號，表示受碼 <視信之預測’此預測性信號係與減法器之第二輸入端 相連接；及 非線性元件，連接於減法器輸出端與壓縮裝置之間，用 以使具有該較大振幅之殘餘的衰減程度較具有該較小振 幅之殘餘爲小。 2.根據申請專利範圍第丨項之裝置，其中，該非線性元件係 爲核化電路。 經濟部f央標準局員工消費合作社印裝 3_根據申請專利範圍第丨項之裝置，其中之視信依框產生， 而其壓縮裝置使視信各框中若干框係經由框内編碼予以 壓縮，而其他框則經由框際編碼予以壓縮，又其中所述 之裝置進一步包括有裝置用以調整其非線性元件，以使 受框内編碼之框之声理，與受到框際編碼之框有所不同 Ο 4.根據申請專利範固筹4項之裝置，其中，視信產生於框内 ，其壓縮裝置，使各框中若干框經由框内編碼方式壓縮 本纸张尺度適用中國國家標车（CNS ) A4«4* ( J *- N - 七、申請專利範圍 ，而其餘框經由据抵β 2 枢際編碼予以壓縮，且其中該影像信號 預測裝置係於框内垃m pq 円編碼期間將所預測之影像框傳送至該 減法器心第二輸入端，該裝置更包括有： 加法器，Λ有與減法器第二輸人端#目連接之第__@人^ ’與非線性元件輸出端相連接之第二輸人端，·及輸出端 1 關’具有第一和第二輸入端分別連接至非線性元件及 加法备之輸出端，並具有一輸出端與壓縮裝置相連接； 及 - 用以調整開關之裝置，當各框分別依框際及框内编碼時 ，使施加於其第一和第二輸入端之信號通過。 5. —種視信壓縮裝置，包括有 信號輸入端，用以施加視信； 減法器’没有與該信號輸入端相連接之第一輸入端，第 二輸入端及輸出端； 轉變裝置’供以一段接一段之方式恩縮視信，設有輸入 及輸出端； 超濟部中央標準局員工消费合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁；} 視信預測裝置，與轉變裝置輸出端相連接，其輸出端與 減法器第二輸入端相連接，並因應於所壓縮之視信，供 以一段接一段之方式提供解壓縮視信；及 核化裝真，連接於，變裝置輸入端與其減法器輸出端之 間° 6. 根據申請專利範圍睪4項之裝置，其中該視信成框出現， 且個別之框依照一不同壓縮程序之順序來壓縮，該壓縮 本紙张尺度適用中國國家樣準（CNS〉Α4規格（210Χ297公釐） A8 B8 C8 D8 六、申請專利祀圍 裝置進一步包括有裝置，用以調整其核化裝置，用以與 該等不同壓縮程序之不相同傳輸功能相作用。 7. —種動態補償微分脈波碼調變（DPCM)壓縮裝置，用以麼 縮一視信，含有供產生殘餘之裝置，該等殘餘具有較低 及較高之振幅成分，且該等殘餘係爲預測之像素値與該 壓縮中視信目前之框的眞實像素値之間像素値之差値， 以及含有具轉變裝置以供轉變該等殘餘並提供解壓縮視 信之裝置，且進一步含有連接於殘餘產生裝置及具有轉 變裝置之裝置之間的非線性處理裝置，用以使該等殘餘 之較低振幅成分之衰減程度較該等殘餘之較高振幅成分 爲南。 -------~ —裝----Ί--Γ 訂----Υ I 線 (锖先閲讀背面之注意^項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消费合作社印裝 尽紙很尺及遇W甲國國家標车（CNS ) A4規格（仙幻”公廣