TW309690B - - Google Patents

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經濟部中央標準局員工消費合作社印製 309690 at ___ B7 五、發明説明（i ) 本發明係關於數位影像信號處理的範圍，更特定在用以 處理階層化視訊資料的系統。 發展數位視訊編碼及解瑪格式之一目的是在提供可接受 不同視訊傳輸及接收系統的標準β另一目的是促進在不同 代及機型的視訊編碼與解碼設備間的相互操作及反向相容 。爲促進這樣的相互操作及反向相容，需要定義出编碼與 解碼策略，其可接受不同型態的視訊影像掃描（也就是交錯 式/漸進式）、框速率、圖片解析度、框大小、色度编碼及 傳輸頻寬。

要達到相互操作的一策略將分開的視訊資料合成一或多 級的資料階層（層級），組織成一组有順序的位元流用以編 碼及傳輸》位元流可以從基礎層級開始，也就是表現出最 簡單（也就是最低的解析度）的視訊表達之一資料流，到表 現出増強的視訊圖片的精細度的連續增強層級β此視訊資 料由接收器中的解碼器以有順序的位元流重組而成β此策 略爲達想要的視訊圖片品質而讓解碼器的複雜度成爲可以 谷忍的。解碑器從可以解碼完整的位元流的最精細設定， 也就是全部的增強層級，到最簡單只能解碼基礎層級的β 一種可以使用這樣的資料階層之廣泛採納的標準*MPEG (Moving Pictures Expert Group)影像編碼標準（is 0/IEC 13818-2，10th May 1994)，在後面會參考到的”MPEG標準" 。此MPEG標準詳述如何得出基礎與增強層級，及解碼器 如何用層級重組而成視訊資料。在此所了解的是要提供一 結合有編碼器及解碼器結構的系統來合理的分割資料於不 本紙張尺度速用中國國家標隼（CNS ) A4規格（210X 297公瘦） '^------訂-----ir *--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 309690 B7 五、發明説明（2 ) 同層級之間。及爲此目的而可動態設定的系統。 根據本發明之原則，可動態設定的視訊信號處理系統可 讓分配在階層化層級之間的資料改變。此可動態設定的系 統也可依需要讓資料分割在階層化層級之間，並可變動使 用的層級數目。 根據本發明所揭示之一數位信號處理系統可適應性的處 理影像表達輸入資料的資料流《—資料處理器自動的分割 輸入資料成一或多個階層，這與從系统可用頻寬、輸入資 料率及輸出信號品質中選出的一或多個參數有著函數關係 也揭示一數位信號處理系統來適應性的解碼被分割成— 或多個階層化層級的影像表達輸入資料的資料流。解碼系 統從輸入資料得出同步與設定資訊，並且適應性的設定來 解碼輸入資料的階層化層級的數目，以回應於本地產生的 控制信號。 根據本發明的特性，影像解析度及每個影像之圖素相對 數目係以系統參數的函數方式變化。 圖示的簡短説明 圖1顯示根據本發明之一範例性的動態可設定視訊信號編 碼與解碼結構。 圖2描述一示例性的峰値信號雜訊比（p s N R)相對於位元 率所畫出的圖表，其指示出根據本發明之不同的編碼策略 區域。 囷3表現的是根據本發明，用來決定圖丨結構的控制函 -----------------tT----- '' t · (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 B7 五、發明説明（ 之流程圖。 囷4顯示的是與—MPEG相容的編碼及 1之編碼與解碼系統。 ’·’，…无關聯的圖 圖5描述根據本發明針對A區域型態之編 器' 解碼器結構》 、鉀馬的編碼 圖6顯示的是本發明針對B區 器、解碼H結—編碼與解碼的編碼 圖7顯示的是本發明針對c區域型能 器、解碼H結構。 H碼料碼的編碼 圖8是根據本發明中圖丨之變化， 的結構設I 碼有額外 圖9是根據本發明中圖1之變化 f 的結構設定。 H其對C區域解碼有額外 囷10表現的是根據本發明，用來辨識輸入資料的區域型 態方法的流程圖。 經濟部中央標準局員工消費合作，社印製 ----------^— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) mpeg標準以術語,，可調整，，來表示階層化之有序位元流 層級的處f MPEG可㈣之H稱爲"空間的可調整 ’’，可讓不則級巾的資料有不同龍大丨、、框速率及色度 解碼。mpeg可調整之另—形式m間的可調整,，， 可讓不同層級中的資料有不同的框速率，但必需有相同的 框大小及色度解碼。另外，，，時間的可調整，，讓_增強層級 包含由移動相依的預測所形成的資料，這在，，空間的可調整 ,,則不仃。泛些型,%，的"可調整"，以及進—步的型態稱爲 ’’SNR可調整’’，（SNR是信號雜音比）在MPEG標準的第三 ⑽尺準-(CNS) A4 規格: A7 B7 309690 五、發明説明（4 部份有進一步的定義3 本發明义一具體實例在一兩個層級的階層（基礎層級與單 一增強層級）中使用MPEG之"空間.，與"時間，，的可調整。増 強層級的資科可適用不同的框大小，但是卻只能適用單_ 的框速率及單一的色度編碼格式。兩個示範性的框大小， 舉例來説’可相當於由美國的Grand AlHanee 規格中 所建議的HDTV (高解析度的電視）及SDTV(標準解析度電 視）的信號格式。HDTV格式的框大小是1〇8〇條掃描線，每 條掃描線上有1920個取樣（假設每個影像有ι〇8〇χ192〇個圖 素），而SDTV的框大小則是720條掃描線，每條掃描線上 有1280個取樣（假設每個影像有72〇χ 1280個囷素）。HDTV 與SDTV的信號都使用3〇 Hz的交錯框速率以及相同的色度 編碼格式。 雖然所揭示之系統已在如MPEG相容的兩種層級HDTV與 SDTV空間與時間的可調整之應用上下文關聯中描述過， 但只是示範性的例子。本揭示系統可由本技藝之熟習者輕 易的推展至兩個層級的視訊資料喈層及其他視訊資料解析 度（不只有720與1080的解析度）。另外，本發明之原則也 可以應用到其他形式的可調整，例如SNR可調整，也可用 來決定一固定的最佳化編碼及解碼架構。本發明之原則在 TV編碼（HDTV或SDTV)上有一特殊應用，Very Low Bit Rate Coding (也就是視訊會議）及數位式地表廣播，來最佳 化用於特定通訊頻寬的编碼解碼裝置。 圖1顯示一根據本發明之可動態設定的視訊信號编碼解碼 -7 . 本紙ft尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規狢（210X297公釐） (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 包 率 所 述 五、發明説明（5 架構。概要的説，輸入視訊資料流被編碼器⑽壓縮並配 置於一基礎（SDTV)資料層級與—增強（HDTV)資料層级之 間。此配置乃根據本發明之原則，在頻寬與架構控制單元 120的控制下完成。由编碼器1〇〇所產生之單一或雙位元流 形式的壓縮資料形成包含了由格式整形器i i 〇所加辨識： 頭的資料封包。被單元no格式化過的資料經由資料通道 的傳輸後，被傳輸單元115所接收。傳輸與接收的程序會 在後面與圖4中描述的编碼解碼系統一起説明。 傳輸單元115(圏丨）在分析表頭資訊之後，根據層級型態 ，也就是基礎或增強層級資料，來分開被格式化的壓縮= 元流資料。從傳輸單元115輸出的資料被解碼器1〇5解壓縮 。解碼器105的架構乃根據本發明之原則，在頻寬與架構 控制單元145的控制下決定。由解碼器丨〇5輸出之單二或雙 位7L流行式的解壓縮資料，適合編碼成NTSC格式的信號及 接下來的顯示》 " 仔細的考慮圖1的動態可設定架構，輸入視訊資料流被编 碼器100壓縮在基礎的SDTV資料層級與増強的HDT^資料 層級之間。頻寬架構控制單元120可設定編碼器1〇〇架構來 適當的配置分別來自單元丨25與135的資料於^1〇<1^與5〇丁乂 的輸出層級之間。適當的資料配置取決於幾個系統因素 含·頻寬’系統輸出資料率限制’輸入視訊資料的資料 與圖片解析度（每個影像的圖素數目），以及每_個層級 需要的圖片品質與解析度（每個影像的圖素數目）。在描 的系統中’编碼器100與解碼器丨05兩者的輸入與輸出之間 --------—、^^------ I 丁 ---------- I- % . - _ (請先閎讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（, 的影像解析度隨著在後面有更詳細説明之每個影像的圖素 數目的改變而改變。 資料配置與编碼的策略可藉由決定在编碼器100的輸出要 以指定的失眞率來表示視訊輸入序列所需要於單位時間内 的最少位元數目得出。這就是編碼器1〇〇的速率失眞函數 。速率失眞函數的使用是假設輸入序列是一平均値爲y且 標準差σ爲的高斯分配來源信號。再者，根據在"Eienients Of Information Theory" by T.M. Cover and J.A. Thomas, published by J_ Wiley & Sons，1991 的 13.3.2 章節中使用平 方块差準則於高斯輸入序列的速率失眞函數，R，假設 去max(0,去log2(·^·))，（每秒之位元）

1 α2 -log,(—) 2 2 D 如果 OSDS cr2 或=〇 如果 因此，失眞速率函數D得 D= σ 22 2〇-2Κ 其表示爲峰値信號雜音比（PSNR) -------^--γΑ------ΐτ-----il . - 一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 255 DPSNR=10 l〇g(-^j-) + 20 log (2*R) 圖2是以分貝（dB)爲單位之失眞峰値信號對雜訊之比値 D P s N R的圖形表示’相對於兩層級的空間编碼系統的增強 層級的位元率（每秒的位元數）而畫出。畫出的曲線係針對 A7 B7 309690 五、發明説明（7 ) 基礎層級失眞函數，增強層級失眞函數，以及在72〇條掃 描線的囷片上插入1080條掃描線的示範性超量取樣之基礎 層級的失眞函數。基礎層級與超量取樣之基礎層級的曲線 在增強層級的位元率增加而基礎位元率減少時有負的斜率 。兩個層級系統的合成失眞曲線是圖2中顯示的粗黑線。 此合成的失眞曲線是在使用超量取樣基礎層級的兩個層級 系統中可取得之最小失眞的線性近似。 一編碼解碼策略可從兩個層級系統得到如圖2中所描述的 結果。對三個區域A、Β及C加以分辨，其可藉由採纳不同 的編碼解碼方法而得到好處。這些區域的邊界的改變取決 於系統頻寬、系統輸出資料率限制、資料率及輸入視訊資 料的圖片解析度及每一個層級所需要的圖片品質與解析度 。區域的分辨如下。

區域A 區域A中沒有足夠的可配置頻寬來達到所需要的圖片品 質，不管是使用兩個層級編碼或是單一高解析度的層級编 碼。在此區域中解碼超量取樣之基礎層級的視訊品質等於 或高出由基礎層級與增強層級結合的資料所得出的解碼圖 片品質。這個區域的上方的終點是在增強層級曲線的X點 上’在這一點的圖片品質（DPSNR値）等於超量取樣基礎層 級的曲線在零位元率増強層級的點γ上之圖片品質。 在區域A中有利於把所有可用的系統頻寬配置給單一層 級（基礎層級）的編碼與壓縮，在使用每個影像的囷素數目 降低之降低空間解析度的情況下。這種策略可以用幾個不 ----—-— -1Π -_______ 本紙铢尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -- ----------if------1T------飞 - - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（8 ) 同的方式來實現。舉例，有一種方法是對輸入資料流做，減 量取樣以提供單一基礎層級（SDTV)來做傳送，接著將相關 接收到的基礎層級解碼來提供在接收方面一SDTV的解碼 輸出。在接收器的地方，除了經由超量取樣（過量取樣）此 解碼的SDTV輸出所得此解碼的SDTV輸出外，可以產生_ 較高解析度的HDTV解碼輸出。這個策略的有利情況係因 其有限的頻寬，在被配置來編碼一較低解析度的單_層級 位元流時候’與用來編碼兩個層級或是一個單一高解析度 的層級的時候相比，能做更有效的使用a這是因爲後面的 方法通常因，例如’需要額外的錯誤預防及資料管理碼而 造成較大的编碼負％。區域A型的情況會發生在，例如， 整體可用系統頻寬不足以支援完整的解析度解碼。區域A 的編碼方法的好處會發生在其他的情況，例如，當要編碼 的輸入資料流包含有意義的不可轉換移動。接著，區域A 之空間的減量或超量取樣在限制頻寬系統中可以提供的圖 片品質比移動態補償預測编碼所能提供的更好。這是因爲 與此移動補償結合的負荷所造成的。區域A的動作會與圖5 —起做更詳細的討論。

區域B 在區域B中，系統的頻寬不足以達到用兩個層級的編碼 策略所需要的輸出圖片品質。在此區域中，可用的系統頻 寬配置在層級之間，如此，可以達到同時解碼之高解析度 與低解析度的輸出品質需求。這個區域介於區域A與區域c 之間。 A4規格（210x297公釐） ---------7.士衣------1T------ΊΨ- -. t * {請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 309690 五、發明说明（9 ) 在區域B中，系統頻寬的配置乃根據介於高解析度與低 解析度的信號輸出層級之間圖片品質的需求。這兩個輸出 層級可以用幾種不同的方式编碼加以傳送。舉例來説，有 一種方法是減量取樣及编瑪高解析度的輸入資料流來提供 低解析度（SDTV)層級加以傳送，在接收並提供一低解析度 的SDTV信號時，將這個低解析度層級解碼。要傳送的高 解析度（HDTV)增強層級可由超量取樣版本的編碼SDTV層 級與编碼HDTV之前面的框加以組合而得到。HDTV的解碼 輸出可由解碼SDTV輸出的超量取樣版本與接收到的編碼 HDTV層級組合而得到。這個動作會與圖6 —起更詳細的討

拾〇 區域C 在區域C中有利於把全部的系統頻寬配置給單一層級（增 強層級）的編碼及壓縮，在每個影像有全部圖素數目的完整 空間解析度的情況下》這種策略可以用幾種不同的方式來 實現。舉例’有一種方法是將一輸入資料流以全空間解析 度加以編碼如同一單一高解析度增強（HDTV )層級來傳送 ’並將相關接收的增強層級加以解碼來提供高解析度 HDTV輸出。在接收器的地方，一低解析度（SDTV)的輸出 可從所接收高解析度信號得出，藉由減量取樣在後面説明 的層r縮與解壓縮範圍。區域C策略的有利情況發生係因， 已知所需輸出圖片品質水準，此可用頻寬在被配置來編碼 —單一高解析度層級時’與用來编碼要傳送的兩個層級時 相比，能做更有效率的使用。這是因爲兩個層級的編碼需 本紙張尺度獅中ϋ S家標準（CN.S )( 21〇父2^公釐) ' ------------γΑ------ir (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 要額外的錯誤防護及資料管理負荷資訊。區域c的動 與圖7 —起做更詳細的討論。 辨識圖2中兩個層級系統的三個區域(a，b及c)不—定 會出現在每—兩個層級系統中。例如，可能只有―或兩個 區域被辨識出，這取決於系統頻寬，系統資料率限制以及 每一層級所需的圖片品質與解析度。相反的，一有兩個層 及以上的系統可以根據本發明的原則辨識出三個以上的區 域。然而，與系統中可辨識資料區域數目無關#，是利用 编碼解碼架構之可設定成數目有限的可辨識區域來達到足 夠的解碼圖片品質。 與區域A、B及C結合的不同編碼及解碼策略可以用圖1 的動態可設定架構來實現。在編碼器1〇〇中，將資料配置 在HDTV與SDTV輸出層級間的適當策略與架構是由控制單 疋120所決定。控制單元12〇，含有微處理器，利用圖3流 程圖中顯示的程序來設定編碼器100的架構。控制單元12〇 首先緊接著步驟310的開始之後，辨識圖3步驟315中輸入 資料的區域形式。區域形式的決定乃根據先前討論的原則 ’根據的因素包含可用系統頻寬。輸入資料流的資料率以 及每個解壓縮輸出層級所需的圖片品質，這些因素可以預 先程式化並由控制單元丨2〇的記憶體中的資料所指示，或 这些因素可從控制單元12 0的輸入決定。例如，資料率可 直接由輸入資料流中直接發覺。同樣的，舉例來説，外部 來源輸入可由操作員選擇而發出，例如，並經由電腦界面 成爲控制單元120的輸入。在一實現方法中，例如，控制 ) A4H^. ( 210X297/^ 'JA------訂-----1—束 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央螵準局員工消费合作社印製 A7 B7 五、發明説明（Μ ) 單元120可得到輸入資料率界限値，其根據指示出系統頻 寬及每個解壓縮輸出層級所需要的圖片品質之預先程式化 値來建立區域A、B及C間的邊界。接著，控制單元丨2 〇根 據達到特定界限之輸入資料流的資料率來採用適當區域A 、B&C的编碼策略。另外，輸入資料率界限値本身可在單 元120中預先程式的。 輸入資料的區域形式在圖3的步驟315中用圖1〇的流程圖 中顯示的方法加以辨識。在圖10的步驟515，其接著圖1〇 的步驟5 10的開始之後，起初的選擇階層化的層級與1〇8〇 條掃描線的影像解析度於編碼區域中做資料編碼。輸人資 料在它被編碼成單一層級以用1080條掃描線解析度傳送時 的預測失眞因素在步驟525中計算。步驟530導出步驟5 15 與525的重複來計算用720條掃描線做到的單一層級編碼的 失眞因素。同樣的，步驟530導出5 15與525的進一步重複 來計算同時用720與1080條掃描線做到的兩個層級編碼的 失眞因素3產生的失眞因素的比較以及用來編碼的影像解 析度與階層化層級的數目在步驟540中決定3此選擇的程 序在步驟550結束。層級的數目與影像解析度在步骤54〇中 選擇來得出最小失眞因素。這個層級與解析度的選擇程序 實現了步驟3 15 (圖3 )的編碼區域辨識之功能s應注意的是 這個分割編碼的輸入資料之方法也可用在準備資料以便傳 送的不同應用’而非侷限在影像處理a例如，這項處理可 用在電話、衛星或地表通訊，包含微波及光纖通訊。另外 ’這項處理可包含其他形式的資料及資料的分割進入到其 ----- -14-__ 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公着) --- ---------Γ-------1T------\ , 一 ' 一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} A7 A7 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 ——一 五、發明説明（12 ) 他形式的資料區&或資料封包，而不只是編碼資料的階層 化層級。本項處理也可包含不同數目的資料區段及資料解 析度，而不只是在較佳的具體實例中説明的兩個層級及兩 個資料解析度而已。 如果選擇了區域A，步驟320(圖3)導向步驟325的執行且 編碼器100設定成一形式A的架構。另外，格式整形器11〇 利用控制單元120所提供的資訊將傳送的位元流予以編碼 來指示資料的區域形式以及適當的解碼架構。解碼器ι〇5 可相容地設定來解碼區域A形式的傳送資料以回應編碼的 架構資訊。如果資料是區域C的形式’步驟3〇〇導向步驟 335的執行。步驟335將編碼器1〇〇設定成區域c的架構，並 以説明區域A的方式更新傳送的位元流來指示資料及解碼 架構形式。如果資料不是區域c的形式，步驟33〇導向步驟 340的執行。步驟340將編碼器1〇〇設定成區域形式B的架構 ，並以説明區域A的方式更新傳送的位元流來指示資料及 解碼架構形式》 控制單元120經由提供給編碼器1〇〇之每個組成元件的設 定信號c 1來設定編碼器100。控制器12〇爲每個個別的輸入 資料封包更新編碼器的設定，每個資料封包由連續的碼字 組成並代表一囷片群，也就是根據MpEG標準的囷片群。 然而’控制單元120可將編碼器的設定更新爲適合於特定 系統的不同資料封包長度。例如，此一設定可在開機時， 每一個圖片時，每一個圖片流（也就是程式）時，每個圖素 區塊（也就是長區塊）時，或不同的時間間隔之後執行。 本纸乐尺度逋用中國國家樣準（CNS ) A4^格（210X297公聲） -------JA------------f {請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7五、發明説明（ 13 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 在區域A的動作模式中，控制單元12〇經由設定信號使得 HDTV壓縮器125及2 : 3的超量取樣器130不能工作。這樣 編碼器1〇〇的設定，經由單元1〇〇的單元135提供單_sdtv 輸出層級到格式整形器丨1〇以便傳送。這個設定將在圖5中 一起顯TF並讨論。接著回到圖1，要產生SDTV層級的輸出 ，3 : 2減量取樣器140降低1〇8〇條掃描線之解析度的輸入 資料流的空間解析度，以2 / 3的因數提供72〇條掃描線輸出 。廷可以幾個已知方法來達成，包含有例如，簡單的丟棄 每次的第三條線或較好的方式是執行插入及平均處理以在 每二條原來的線上提供兩個插入線^從減量取樣器14〇輸 出的720條掃描線被SDTV壓縮器135壓縮來提供SDTV層級 壓縮資料到格式整形器110 3此壓縮動作由單元135採用一 時間的預測程序’其用儲存在编碼器135中前面的.sdtv層 級框。這樣伴有時間的預測及離散餘弦轉換(D c τ )壓縮的 壓縮程序，舉例來説，了解並説明在Grand Α丨丨iance HDTVSystem Specification 〇f April，1994 的第三章，其由 Nati〇nal Association of Broadcasters (NAB) Office ofScience and Technology根據他們！9^年的第“屆會議的記錄而出版。 結果的SDTV位元流形成包含由格式整形器no提供之辨 識表頭及架構資訊的資料封包。此架構資訊由控制單元 12 0 it供並被格式整形器π 〇编碼成傳送位元流，使用 MPEG影像編碼系統標準（IS0/IEC 13818' l〇th June 1994)的章節2.6.6與2.6.7中説明的|，階層解説明符號，，。 此架構資訊接著被解碼器10 5用來對編碼器丨〇 5做相容性的 • 16 · Μ氏張尺度適用中國國家標準（CN:S ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) .装· 訂 -------- 五、發明説明（ 14 A7 B7 經濟部中央樣隼局員工消費合作社印製 設定成爲適當的解碼模式（也就是區域A、8或<：模式）。解 咢器105的B又疋，就像編碼器丨〇〇 _樣，隨每個傳送的資料 封包而更新。在較佳的具體實例中，一資料封包含有一群 的圖片。 ”雖然使用MPEG"階層説明符號"是確定编碼器1〇〇與解碼 器10:>相谷设定的較佳方法，其他方法仍有可能。架構資 訊，例如，可編碼成MPEG標準的章節6,2.2.2 2中定義的 ”使用者資料，•攔位中MPE(}的語法。或者，解碼器1〇5可從 編碼接收資料流的位元率推論出適當的解碼模式，用 MPEG標準的每個章節6.2 _ 2 1的連續表頭的位元率欄位決 定。解碼器可以用此位元率資訊與詳述解碼輸出所需頻寬 與視訊品質的預先程式資料一起根據本發明先前説明的原 則來推論出適當的解碼模式。此解碼模式，例如，可在接 收位元率達到預先程式的界限時改變。 來自單元110之格式化過的壓縮資料流輸出在輸入到傳輸 處理器115之前在一傳輸通道上傳送。圖4顯示在全部的系 統，包含圖1的元件如傳輸與接收元件4 1〇·435。這些傳輸 與接收元件的了解與説明’例如，可參考到論文，Dlgital Communication, Lee and Messerschmidt (Kluwer Academic Press, Boston, MA’ USA，1988)。傳輸編碼器 410將來自單 元110之格式化輸出（囷1及圖4 )編碼以便傳輸。編碼器4 J 〇 通常會做順序性的攪亂’錯誤編碼並交錯格式的資料在其 被調變器415調變之前調整資料以適於傳輸。調變器415接 著將載波頻率與编碼器410的輸出做調變，以一特定格式 17 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

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，1T 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 309690 A7 ______B7 五、發明説明（15 ) ’也就是正交振幅調變（QAM) »調變器415產生的調變載 波輸出接著被升頻轉換器及發射器420加以移頻並發射， 其可能是，例如，一本地區域的廣播發射器。應注意的是 ’雖然描述的單一通道的傳輸系統，位元流資訊可以同樣 的傳送在一多重通道傳輸系統，也就是一通道配置給每個 位元流層級。 發射信號被接收器的天線與輸入處理器425接收及處理。 單兀425通常包含一射頻(；RF；)調諧器及中頻（IF)混波器與 放大器級來將接收輸入信號做降頻轉換到適於做進一步處 理的較低頻帶。單元425的輸出被單元43〇解調變，它追縱 載波頻率並還原發射資料如同結合的時序資料（也就是時鐘 頻率）。傳輸解碼器435執行由編碼器41〇所執行的相反動 作。解碼器435順序性的做反交錯，解碼及反攪亂來自單 元430的解調變資料輸出，利用從單元43〇得出的時序資料 。關於這些功能的額外資訊可以在，例如，前面所提的匕“ and Messerschmidt 論文中發現。 傳輸處理器115(圖1及圖4)從單元435的壓縮資料輸出中 取出同步及錯誤指示資訊。這資訊用在接下來由解碼器 1〇5對來自處理器丨15的壓縮視訊資料輸出執行的解壓縮中 處理器I 15也從來自早元435的壓縮資料的mpeg喑層化 説明符號糊中取出解瑪架構資訊。此架構資訊提供到解碼 器=頻寬及架構控制單元145(圖丨）。單元145利用此資訊 相容性的設定解碼器至適當的解碼模式（也就是區域A、Β 或c模式）。控制單元145經由連接到解碼器ι〇5每個组 ------------^ 衣------1Τ-----11, - . (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

Α7 Β7 16 五、發明説明（ 件的第二設定信號C2來設定解碼器1〇5。 在區域A的模式中，圖1的控制單元經由第二設定信 號使知"HDTV解壓縮器15〇與調整單元丨65不能作用，解碼 器的結果設定，來自處理器n5的SDTV層級壓縮視訊輸出 被SDTV的解壓縮器16〇解壓縮來提供一經解壓縮之72〇條 掃描線解析度的SDTV輸出序列。這個解壓縮的程序可在 先前提到的MPEG標準中了解並定義。另外，超量取樣器 155以3/2的因數對720條掃描線解析度之§dtv輸出做過量 取樣以提供1080條掃描線解析度之HDTV解壓縮輸出。這 可以幾種不同的已知方法達到，包含如插入與平均來在每 兩條原來的線上提供三條插入線，經由多工器丨8〇回應於 第二設定信號，選擇來自超量取樣器丨⑼的⑺肋條掃描線 解析度的解壓縮輸出，做爲HDTV解壓縮輸出序列。來自 解碼器105之結果解壓縮}1〇7^與51)丁¥的資料輸出適合由 圖4的單元440編碼成一 NTSC格式的信號，例如，並做接 下來的顯示》 圖5顯不圖1中被設定成區域八形式之編碼與解碼的編碼 器與解碼器裝置。所顯示元件的功能如同前面所説明的。 顯示在圖1的編碼器中的超量取樣器丨3〇及壓縮器 123在圖5中沒有出現，因爲這些元件如前述的在區域八的 模式下是不能作用的。同樣的，顯示在圖丨的解碼器丨〇5中 的HDTV解壓縮器丨5〇及調整單元165在圖5中沒有出現，因 爲這些元件也如前述的在區域A的模式下是不能作用的。 如果圖1的輸入資料是區域B形式，控制單元12〇設定編 ---------- --Γ^------ΐτ------t - - > (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 太袄故尺彦逍用中國匾定垃准/ 、 I t t τ 1Ν - 經濟部中央標率局員工消費合作.社印製 A7 B7 五、發明説明（17 ) 碼器100成區域B的架構。這是設定信號以類似於前述區域 A的方式完成的。然而，區域B中’編碼器1〇〇同時麼.縮高 解析度與低解析度的輸出層級以便傳送，相對於區域A單 一低解析度輸出的壓縮。這項設定與圖6 —起顯示與討論 。接著回到圖1，控制單元120配置系統頻寬於高解析度與 低解析度的輸出層級之間，藉由設定編碼器丨〇〇把如高解 析度HDTV輸出層級的增強資料加以壓縮併到低解析度的 輸出上。這個HDTV的精緻圖片資料使得解碼器105可以從 720條掃描線解析度之SDTV層級上產生1〇8〇條掃描線解析 度的圖片輸出。 區域B中的SDTV層級輸出以相同於區域a所説明的方式 來產生的。來自減量取樣器140的720條掃描線的輸出被 SDTV壓縮器135壓縮來提供SDTV層級墨縮資料到格式整 形器110。然而，區域B中要傳送的高解析度HDTV增強層 級係自HDTV壓縮器125得到》壓縮器125將超量取樣器/ 解壓縮器130所產生的超量取樣與解壓縮版本之SDTV層級 以及儲存在壓縮器125中前一個框的HDTV層級加以组合及 壓縮來得到HDTV輸出。這樣的组合及壓縮處理要利用由 壓縮器125所執行的時間預測’例如，其在mpeg標準的空 間可調整章節（章節7.7)中了解並加以考慮。來自編碼器 100的結果HDTV與SDTV的壓縮輸出提供到格式整形器110 9 來自編碼器100的HDTV與SDTV位元流在格式整形器110 形成一資料封包，包含辨識表頭及在，，階層説明符號”中的 ---------7 士衣------1T-----1'" . 〆 * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（18 ) 架構資訊。如同區域八所描述的，來自單元110的格式化資 料傳送到傳輸處理器115，其提供架構資訊到解壓縮控制 單元145來設定解碼器105(在這裡是爲區域B的）。 在區域B模式下的接收器，控制單元丨45用第二設定信號 使調整單元165不能作用，解碼器105的結果設定中，來自 處理器115的壓縮SDTV輸出被單元160解壓縮來產生72〇條 掃描線解析度的SDTV輸出，就像在區域a中的—樣。 HDTV解壓縮器150將超量取樣器155所產生超量取樣版本 的SDTV輸出與儲存在解壓縮器150中前一個框的hdTV層 級加以组合與解壓縮來得到解壓縮的1 〇 8 〇條掃描線解析度 之HDTV輸出。此由解壓縮器150執行之超量取樣與儲存資 料的组合及解壓縮輸出的形成，例如，在MpEG標準的空 間可ί周整章卽（章卽7.7 )中了解並説明。此來自解壓縮器 150的1080條神'為線高解析度的解壓縮輸出經多工器18〇選 爲HDTV的解壓縮輸出’來回應第二設定信號。來自解碼 器105的結果解壓縮HDTV與SDTV之資料輸出，如前述的 ，適合於進一步的處理及顯示。 圖6顯示圖1中設定成區域B形式編碼與解碼之编碼器與 解碼器裝置。顯示元件的功能如同前面所説明的。顯示在 圖1解碼器105中的調整單元165在圖6中沒有出現，因爲如 前述的這個元件在區域B模式下不能作用。 如果圖1中的輸入資料是區域C形式，控制單元120設定 編碼器100成區域C的架構。這是設定信號以類似於前述區 域A的方式冗成的。然而，區域c中，编碼器1 〇〇编碼單一 _______- - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐) ^装-- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T A7 B7 19 五、發明説明（ 個高解析度輸出’而不是區域A的一個低解析度輸出，也 不是區域B的兩個輸出《如果需要，控制單元12〇配置全部 的系統頻寬來編碼高解析度的輸出，並以設定信號來設定 單元100以全部的空間（1080條掃描線）HDTV解析度來編碼 增強層級。 在區域C的模式下’控制單元丨20以設定信號使減量取樣 器140、SDTV壓縮器135及超量取樣器13〇不能作用。在编 碼器100的結果設定中’輸入序列被HDTV壓縮器125以提 供1080條掃描線解析度HDTV輸出到格式整形器11〇所需全 部系統頻寬加以壓縮》這個設定將與圖7 一起顯示及討論 。接著回到圖1，壓縮器125用儲存在壓縮器125中之前一 框的HDTV層級來得到HDTV輸出。這個由區域C中壓縮器 125執行的壓縮過程就像區域a與b中所描述的一樣，並且 爲已知的。 來自編碼器100的HDTV位元流在格式整形器Η〇形成— 資料封包’包含辨識表頭及在"階層説明符號·，搁中的架構 資訊。如同區域Α所描述的’來自單元η〇的格式化資料傳 送到傳輸處理器1 15 ’其提供架構資訊到解壓縮控制單元 145來設定解碼器1〇5(在這裡是爲區域^^的。 在區域C模式下的接收器，控制單元丨2〇利用第二設定信 號使超量取樣器155不能作用》解碼器1〇5的結果設定中， 來自處理器115的壓縮HDTV輸出被單元150解壓縮來產生 1080條掃描線高解析度的hdtV輸出。自解壓縮器150的 1080條掃描線解壓縮輸出經多工器18〇選爲解碼器丨〇5之 木纸乐尺度適用中國固家標準（CN’S > A4規格（210X297公釐 -------：--ΙΛ-------訂-----彳飞. (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 五、發明説明（ 20 經濟部中央標準局員工消资合作杜印製 HDTV解碼輸出，α回應第m號。另外，來自處理 器115的壓縮HDTV輸出被調整單元165加以調整以符合 SDTV解|縮器160的輸入需求3這個動作之完成係將來自 處理器壓縮DTV輸出的解析度降低爲在壓縮（頻率） 領域内有效的720條掃描線解析度。這可利用，例如，不 要代表來自處理器115的壓縮HDTV輸出之視訊資訊的那些 離散餘弦轉換（DCT)係數中的較高頻率係數來完成。這項 處理在，例如，"Manipulation andc〇mp〇siting〇fMC DCT Compressed Video1· by S. Chang et al, Published in the I.E.E.E. Journal of Selected Area in Communications (JSAC), January 1995中了解與説明。這來自調整單元165之空間性 降低的輸出被單元160解壓縮以產生720條掃描線解析度之 SDTV輸出。這由單元160及150所完成的壓縮程序就像在 區域A中所描述的一樣，並且爲已知的。來自處理器1〇5的 結果解碼HDTV與SDTV資料輸出，如前述的適合於進一步 的處理以及接下來的顯示。 圖7顯示圖1中設定成區域C形成編碼與解碼之編碼器與 解碼器裝置。顯示元件的功能如同前面所説明的。顯示在 圖1編碼器100中的減量取樣器140、SDTV壓縮器135及超 量取樣器130沒有出現在圖7中，因爲如前述這些元件在區 域C的模式下不能作用》同樣的，顯示在圖1編碼器105中 的超量取樣器155沒有出現在圖7中，因爲這些元件在區域 C的模式下不能作用。 圖8是圖1的一種變化，顯示區域A解碼的另一種架構設 衣紙張尺度通用中國國家標率（CNS )厶4規為（2〖0Χ 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) Τ'·*衣- 訂 309690 五、發明説明（21 ) 疋°圖8之編碼器100 ’格式整形器1丨〇及傳輸處理器115所 完成的功能與圖1所描述的_樣。另外，圖8中解碼器〗〇9 的功能與圖1中解碼器105的相同，除了在區域a的解碼方 式下’以不同的方式提供1 〇8〇條掃描線解析度的Hdtv解 壓縮輸出。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 在區域A的模式下’圖8的解碼控制單元149以設定信號 使知超量取樣器155與調整單元165都不能作用。在解碼器 109的結果設定中，來自對處理器U5視訊輸出予以壓縮的 SDTV層級被SDTV解壓縮器160解麼縮，來提供解碼器1〇9 的SDT V輸出。這是以圖1中所描述的相同方式來完成的3 然而，解碼器109的HDTV解碼輸出是在頻率領域中超量取 樣SDTV層級而產生，相對於圖1解碼器丨〇5所做時間領域 之取樣。圖8中來自處理器〖15的壓縮輸出被調整單元 168(圖1中沒有出現）在壓縮（頻率）領域中超量取樣。這可 以’例如，將來自處理器丨丨5的壓縮SDTv輸出中表示視訊 資訊高階離散餘弦轉換（D C T )頻率係數"填零"。也就是將 所選之高階D C T係數被指定爲零的意思^這項處理的理論 的了 ~與説明在’例如，前面所提’’ Manipulation and Compositing of MC-DCT Compressed Video" by S. Chang et al, Published in the I.E.E.E. Journal of Selected Area

Communications (JSAC)，January 1995。來自調整單元 168 的結果超量取樣輸出被HDTV解壓:縮器152加以解壓縮以提 供來自解碼器109的HDTV輸出。來自解碼器1〇9的結果解 壓縮HDTV與SDTV資料輸出適合如圖1描述的處理與接下 ------24· . 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A4况格（210X297公釐） 經濟部中央標準局員工消费合作杜印裝 A7 _____ B7 五、發明説明（22 ) 來的顯示。 圖9是圖1的一種變化’顯示區域c解碼的另一種架構設 定。圖9之編碼器1〇〇 ’格式整形器n〇及傳輸處理器115所 元成的功能與圖1 ,听描述的一樣。另外，圖9中解碼器1 〇 7 的功能與圖1中解碼器105的相同，除了在區域c的解碼方 式下’以不同的方式提供720條掃描線解析度的SDTV解壓 縮輸出。 在區域C模式下，圖9的控制單元147以第二設定信號使 超量取樣器155與SDTV解壓縮器162都不能作用。在解碼 器107的結果設定中，來自對處理器丨15視訊輸出予以壓縮 的HDTV層級被HDTV解壓縮器150解壓縮，來提供解碼器 107的HDTV輸出。這是以圖1中所描述的相同方式來完成 的。然而，解碼器107的SDTV解碼輸出是在時間領域中減 量取樣HDTV層級而產生’相對於圖1解碼器丨〇5所做頻率 領域之取樣。來自囷9中多工器180的解壓縮HDTV輸出被 減量取樣器170 (沒出現在圖1中）以一 2 / 3因數減量取樣以 提供720條掃描線的輸出。這可以幾個不同的已知方法來 做’如同圖1中編碼器100之減量取樣器14〇的相關討論3 來自減量取樣器170之720條掃描線解析度之解壓縮輸出經 多工器175 (沒出現在圖1中）選爲解碼器1〇7的SDTV解碼輸 出’以回應第二設定信號。來自解碼器107的結果解壓縮 HDTV與SDTV資料輸出適合如圖1描述的處理與接下來的 顯示。 在與圖1至9相關的討論的編碼器與解碼器架構並不互相 _____-25- 本紙乐尺歧财ϋ S 家料（CNS ) Mim- ( 2lOX297/^t ) ' ----- ------IT • . -(請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} A7 B7 五、發明説明（23 ) 排斥的。其他的架構可以用可完成相同目的之單獨區域（A 、B&C)得出。再者，不同架構之元件的功能可以微處理 器的程式指令之全部或部分來完成。 H - m m n - m - n --- D· n —1 T n _ m _ ,1 ----- -5 ♦ y (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -26 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS )M規格（210X 297公釐）

Claims (1)

1. 經濟部中央標率局貝工消费合作杜印製 A8 B8 C8 ----------- —__m '申請專利~一~~一 L種數位信號處理系統，來適應性地處理包含輸入影像 表達圖素資料的資料流，並提供表示該輸入影像資料的 輸出資料，該系統包含：· 貪料處理器，有一輸出來接收該資料流，並自動的分 割孩輸入影像表達資料成—變動數目的階層層級，以輸 入資料率的函數來提供分隔資料；及 ， 一輸出處理器反應於來自資料處理器的分割資料，將該 刀0〗資料格式化以便相容於輸出傳輸通道的需求，來提 供該輸出資料。 2·根據申請專利範圍第1項的系統，其中該資料處理器改變 該分割資料之每個影像中的圖素數目。 3. 根據申請專利範圍第2項的系统，其中在傳送到該傳輸通 道的時後，表達輸出資料中一影像之圖素數目少於表達 該資料流中相關影像之圖素數目。 4. 根據申請專利範圍第1項的系統，其中該資料處理器分刻 琢輸入影像表達資料成一群階層層級的資料，其分別對 應到每個影像的不同圖素數目。 5. 根據申請專利範圍第1項的系統，其中該資料處理器包含 一群資料處理網路’其包括壓縮網路及取樣網路；以及 該資料處理網路的信號處理設定以包含最少一個可用系 統頻I、輸入資料率及信號品質中之參數的函數方式自 動調整。 6. 根據申請專利範圍第1項的系統，還包含一控制系统，以 該輸入影像資料的資料率之函數方式來提供一設定控制 信號；及其中 該資料處理器包含一壓縮網路回應於該控制信號來提供 -26- ------r--」'裂---^----訂-------線 (請先閎讀背面之注意事碩再填寫本頁} 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) ( 21〇X297公釐） A8 B8 C8 D8 經濟部中央棣率局員工消費合阼任"鞑 申請專利範圍 =像表達資料，像該分割資料—樣，其中該壓縮影 =表達資㈣每個影像之圖素數目與階㈣級的該數目 =係由回應於該設定控斛信號的該壓縮網路之設定來決 7·，據中請專利範圍第6項的线，其中該壓縮網路以一設 定疋方式提供輸出壓縮資料如單—層級，其每個影像之 圖素數目實質上等於該影|表達輸入資料的每個影像之 圖素數目’而以另-設定方式’輸出壓縮資料壓縮資料 如单—層級，其每個影像之圖素數目小於該影像表達輸 入資料的每個影像之圖素數目。 據申π專利範圍第6項的系統，其中由輸出處理器產生 :出資料的格式與Μ P E G相容並包含指示該壓縮網路之 设定資訊，其中該指示資訊被編碼成從階層説明符號欄 及使用者資料欄中之至少一個所選出的MPEG格式欄形 式。 / 9. f據申請專利範圍第6項的系統，其中該階層層級的數目 隨該設定控制信號而改變，從以下間隔中選出至少一個 來疋義之週期爲準則：（a) 一對應於—群圖片期間之一間 隔’（b ) —對應於一程式流期間之間隔，及（c) 一對應於 —圖片區塊期間之間隔。 1〇,根據申請專利範圍第6項的系統，其中該階層層級的數目 随—時間的準則而改變。 11.根據申請專利範圍第6項的系統，其中該控制網路以可用 頻宽的函數方式提供該設定控制信號。 12·根據申請專利範圍第6項的系統，其中該控制網路以來自 該輸出處理器之輸出資料所需影像品質的函數方式來提 ^^^1 a·——— umi nn nl·— a tn nm ^ w ta^n (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ABCD 經濟部中央揉牟局員工消費合作社印袋 六、申請專利範圍 供該設定控制信號。 13. —種數位信號處理系統，來適應性地解碼包含分割成一 或多個階層層級之影像表達輸入圖素資料的資料流，該 系統包含： 一處理器，其從該資料流中得出同步資訊； 一控制器’其從該資料流得出設定資訊並提供—代表該 設定資訊的控制信號； 一解碼器，其用該同步資訊來解碼該輸入圖素資料，調 整性的設定該解碼器來解碼該輸入圖素資料的階層層級 數目，以回應於該控制信號。 14_根據申請專利範圍第1 3項的系統，其中該解碼器展示— 包含第一每個影像的圖素數目的影像表達資料的單—階 層化層級的解碼設定，並展示降低之第二每個影像的圖 素數目的影像表達資料的單一階層化層級的另—解碼設 定。 Λ 15. 根據申请專利範圍第1 3項的系統，其中該解碼器解碼相 對於不同的每個影像之圖素數目的一群階層化層級。 16. 根據申請專利範圍第13項的系統，其中來自解碼器之輸 出資料代表之影像圖素數目不同於由該輸入圖素 表的影像圖素數目。 “ 17. 根據申請專利範圍第13項的系統，其中該輸入圖素資料 是壓縮過的資料；且該解碼器解壓縮該輸入圖素資料的 階層層級數目以及該輸入圖素資料的每個影像之圖素數 目’以回應於該控制信號。 A根據申請專利範圍第17項的系統，其中該輸入圖素資料 是MPEG相容的資料；而該控制網路從該MPEG相容資料 尽紙張 (210X29^1-)---—_ -------L--- -裝---：----訂-----^線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 309690 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 的—襴中得出設定資訊，該襴係由使用者資料襴、一階 層説明符號欄及一位元率欄中選出的一個。 19·根據申請專利範圍第17項的系統，其中該設定資訊代 表該輸入圖素資料的資料率。 2〇·根據申請專利範圍第17項的系统，其中該解碼器⑷以 —設定方式提供解壓縮影像資料的層級，其每個影像之 圖素數目f質上等於該輸入囷f資料的每個影像之圖素 數目，及（b)以另一設定方式提供解壓縮影像資料的層 ，及，其每個影像之圖素數目小於該輸入圖素資料的每個 影像之圖素數目。 21. 根據申請專利範圍第17項的系統，其中該輸入圖素資料 以每個影像的圖素數目的函數方式遵循所展示可變動之 影像解析度；及 »玄解碼器接恩縮該輸入圖素資料來以預定每個影像的圖 素數目提供解壓縮影像，其中該輸入圖素資料遵循所展 丁相對於不同影像解析度的兩個不同每個影像之圖素數 目。 22. 根據申請專利範圍第21項的系統，其中該解碼器以時間 的準則加以調整性的設定。 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本貢) -裝. 、1T 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製