JPH01500237A - 情報信号を伝えるための方法及び装置 - Google Patents

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】 情報信号を伝えるための方法及び装置 この発明は情報信号、特に（しかし限定的ではなく）テレビジョン信号を伝える ための方法及び装置に関係している。一般にテレビジョン信号は媒体によって源 から受信機に伝えられる。この媒体は伝送媒体（例えば地上若しくは衛星無縁、 有＠）又は記憶媒体（例えばビデオカセット、光ディスク）であればよい。スタ ジオカメラ、携帯カメラ、テレシネ装置、などを含む多くの異なった源が現在利 用可能でおる。種種の方式の種覆り帯域幅及び／又は信号対雑音特性に調和する ためだけに標準が急増するという付随した傾向がある。そのような急増は明らか に望ましくない。

所与の方式に適当である帯域幅又は信号対雑音特性を指定することがしばしば不 可能であるという関連の問題が生じる。それらはＫＩＩＪする伝送媒体特性、衛 星熱融伝送の場合の受信アンテナの寸法、送信機電力の変更、などに依存して変 化することがるる。簡潔のために、笑際上決定要因であるのはしばしば信号対雑 音特性であるけれども、残りの説明は単に帯域幅に言及する。

この発明の目的は、適用性のある標準を汎用方式内で設定することのできる方法 及び装置によって、上述のように生じる諸問題に対する解決策を提供することで ある。

−態様におけるこの発明によれば、テレビジョン信号を媒体によって源から受信 機に伝える方法であって、源からの信号が、順次視覚的重要性の小さくなる情報 に対応する複数のチャネルに分離され、複合信号が前記の媒体による伝達のため に、前記のチャネルからの成分信号でろってチャネルの重要性に直接依存して変 化するパワーを持っているものの可逆組合せによって形成されており、且つ受信 機においては前記の媒体によって受信機に伝えられた複合信号から多数の成分１ 号が回復されてこの回復信号からテレビジョン信号が形成されるようになってい る前記の方法が提供される。

そのような方法は、基本の最大帯域幅標準を含む、主要な最大帯域幅標準及び順 次小さくなる帯域幅を必要とするその他の標準からなる階層的標準の内容におい て使用することができる。主要標準が適当でろる場合にはすべてのチャネルが源 において使用されるが、より小さい帯域幅が要求される場合にはチャネルは重要 性の最も小さいチャネルから始まって順次重とされる。伝達信号は使用されたチ ャネルの数を受信機に知らせる標＃Ｒ（ラベル）を含むことができる。

受信機は伝達複合宿号に含まれた成分信号のすべてを回復することができる。し かしながら、受信機は複合信号のすべてを回復する必要はない。例えば媒体が何 らかの理由のために（フリンジエリア受信、小さい受信アンテナなど）雑音が多 い場合には受信機は少なくとも伝達信号に含まれた最も重要性の小さい成分信号 を無視する。

ことができる。これは、表示雑音（ノイズ）を除外することによって受信画像を 強調することになるが、しかじ画偉はもちろん細部描写が低減することになる。

この発明は、例として、添付の図面を参照して更に詳細に説明されるが、その図 面中、 第１図は植種の画素解像度がテレビジョンフレームにおいて使用される様子を示 した憑図であり、第２図は最も粗い解像度の画素が順次再分される様子を示した 線図であフ１ 第３図はこの発明を具体化した装置の構成図でろり、又 第４図は衛星による直接放送の際の受信機の動作を説明するのに使用される図表 でるる。

共通の送受信方式をすべての標準に対して許容するために、高い方の帯域幅標準 は先行する標準のすべての部分集合であることが望ましい。特に、空間領域にお いては、各標準は先行の標準よりもよシ細かい標本化格子でろって先行の標準の 標本化点を含んでいるものを使用するべきである。

その他の［８の態様におけるこの発明及びこの発明の有利な展開は添付の各請求 項に定義されている。

この発明は下の表に記載された階段的系統の標準に関連して説明される。表の左 半分は、順次細分化された標本化格子による、ｎ＝ｏないし外−５によって示さ れた六つの具なった空間的標本化レベルに対するスクリーン当りの画素数を示し ている。表の右半分は溝−１ないし愼−４で示された四つの異なった時間的標本 化レベルに対する結果として生じる画素レートを示している。

フレーム７秒　１２．５　２５　５０　１００３　水平　垂直　フレーム　画素 ７秒（百方）０　１２８　６４　８．２＆　０．１　０．２　０．４　０．８１ 　２５６　１２８　３３ｋ　Ｏ，４０，８１，６３，３２５１２２５６１３０＆ 　１．６　３．３　６．６　１３３１０２４　５１２５２０＆　６．６　１３　 ２６　５２４２０４８１０２４　２Ｍ　２６　５２　１０５　２０９５　４０９ ６２０４８　８．４Ｍ　１０５　２０９　４１９　８３８第１図は画素構造を示 している。十字形は最高の解像度、すなわち上の例における％−５、における画 素を表している。順次大きくなる円は順次低くなる解像度のスクリ象おける画素 を示している。第１図は画素寸法を示していない。第２図は最低の解像度（ｆｉ −０）における一つの画素Ｐを示しており、これは次の解像度における四つの画 素Ｐ１ないしＦ４に分割され、そしてこれらの各画素は四つの画素Ｆｉｌないし Ｆ１４　、Ｆ２１ないしＦ２４、などに分割されている。簡単のために、更なる 分割は示されていない。

記号Ｐなどが今画素の情報内容（例えば、ディジタルＲ，Ｇ及びＢ又はＹ、Ｕ又 はＶ値）を表示するように選ばれている場合には、ｎ＝ｏフレームはｎ−０フレ ームはｓ、ｚｈｐ値の集合によって完全に定義される。３−ｌフレームはこの値 プラス３３＆差分値によって完全に定義され、この場合各Ｐに対する四つの差分 値は次のとおりである。

この手順は階段的方法で継続され得て ＤＦｌｌ−Ｆｌｌ　ＰＩ ＤＰ、□−ＰＩ２　Ｐｉ などが得られる。

この階段的構造は、第１チヤネルがＰ情報を運ぶために使用され、第２チヤネル がＤＰ、〜４情報を運ぶために使用され、第３チヤネルがＤＰ、１〜４４情報を 運ぶために使用され（以下同禄）、その際の合成信号のパワーが順次減小したも のになっているという、この発明によるＭ利な伝送方法を可能にする。時間的解 像度に関するかぎり、フレームが公称上１００／秒で発生していると常にみなさ れる場合には、各フレームはｍ　＝　４に対して、２番目ごとのフレームはｍ　 ＝　３に対して、４番目ごとのフレームは常−２に対して且つ８誉目ごとのフレ ームは溝−１に対して使用される。空間領域に関係して上に説明された階段的方 法は時間領域に拡張することができる。

Ｆｏ（７’ｔ）が％−０及びｍ−１の場合の８番目ごとのフレームに対する画素 値の基本的集合を表示しているものとしよう。ｔ＆−０及びＷ＆−２のときの介 在するフレームに対する画素値の集合はＦｏ（ｒｚ）でろって、これは次のよう に表される。

Ｆｃ＋（７’ｚ）−Ｆｏ（７’ｔ）＋ＤＦｏ（７’ｔ）すなわち、分介するフレ ームは基本フレームに対する値プラス差分値ｎ　ｐｏ　（７’２　）によって与 えられ、これらは割り当てられたチャネルにおいて伝送される。

上の表におけるすべての画素レートを考察したならば、ｎ＝ｏ、ｗ−１慣報を運 ぶ基本的チャネル及び順次高くなる空間的及び時間的解像度に関する差分データ を運ぶ１９の異なったチャネルの使用によって２０までの異なった帯域幅を確二 できることがわかるでろろう。第３図はそのよりな分離した情報の送信及び受信 に使用され得る装置を例示している。

第３図は、選択された最高画素レート、例えば上の表の最高のレートで動作する アナログ−ディジタルに換器１２に給電するビデオ洒号の源１０を示している。

ディジタル値は原符号器１４に供給されるが、この原符号器には多フレームディ ジタル記憶装置、及びチャネルＣＨ１に基本的画素情報Ｆｏ（７’ｔ）を形成し 且つチャネルＣＨ２などに（簡単のためにただ四つのチャネルＣＨＩないしＣＨ ４が示されている）より高い時間的及び空間的解像度に関する差分情報を形成す るように差分な形成するためのハードウェア／ソフトウェア装置がある。

各チャネルは対応する符号器１６に給電し、この符号器は情報を適当なパルス符 号に従ってパルス波形に符号化する。ディジタルテレビジョンを送信するための 適当なパルス符号はそれ自体既矧である。符号器は順次小さくなる利得（ＡＩな いしＡ４）を持った増幅器１７に給電する。各増幅器の出力は、隣の波形で記号 化されたように順次小さくなる振幅レベルのものであって、加算回路網で組み合 わされて伝達されるべき複合信号を形成する。例として、第３図は送信機２０、 衛星２２、及び受信用放物面アンテナ２６を備えた受信機２４を経由して伝達さ れている信号を示している。受信機雑音の注入は雑音源２８及び混合器３０によ って記号化されている。

受信信号はチャネル１のための復号器３２に加えられるが、このチャネルのレベ ルは増幅器３４によって、復号器３２がＤＣＨＩで示された最上位のチャネルの ためのデータだけを抽出するように設定されている。増幅器３４はそれゆえ、少 なくとも記号的には１／Ａ１である利点を待っている。

ＤＣＨＩデータは符号器１６のそれぞれと同じでるる符号器３６によって再符号 化され、そしてこの符号器の出力は混合器３８において増幅器３４の出力から差 し引かれてチャネルＣＨ２，３，４の差分情報だけｔ含む信号を発生する。この 信号は復号器４２が復号化チャネル２データＤＣＨ２を抽出できるように増幅器 ４ｏによって適当なレベルに増幅される。回路揖成は、第３図に見られるように ＤＣＨ３及びＤＣＨ４を抽出するために繰り返されている。

復号化１号ＤＣＨ１〜４は源復号器４４に加えられ、この源復号器は原符号器１ ４を補完し且つ連続的補間の過程によってビデオ信号を再発生する。例えば、Ｄ ｐｌｗｐｌ−ＰはＤＰｌを形成するために使用された方程式であるので、受信時 にはＰｌは方程式Ｆ１　””　Ｆ＋ＤＰ（を用いて回復させることができる。

すべての可能な解像度（帯域幅）を考慮した多目的標準であり得るけれども、任 意所与の実施においては利用可能な且つ所望の帯域幅に適合した量のハードウェ アだけを提供することが明らかに実用的でるることに注意せよ。より小さい帯域 幅の場合には、減少した数のチャネル符号器１６が使用される。データ形式、特 にチャネルＣＨ１，ＣＨ２などの数は標識（ラベル）として伝送することが望ま しいが、この技術はそれ自体周知であるので、ここでは説明を必要としない。

受信端には符号器１６と同数の復号器３２．４２などがあればよいが、しかし多 くの受信機雑音がるる場合には一つ以上の最下位の復号器を省略する方がよいで ろろう。

あまりにも多くの復号器が動作している場合には最下位の方のものは源２８から の雑音によって影響されて可視雑音を発生するであろう。受信機チャネルの数に 対する統制は、特定の設置場所に適合するように調整された事前設定として又は 操作員制御として、意図された応用に対する受信機設計の問題であろ５゜しかし ながら、標識を復号化し且つすべての階層のレベルで発生された画像を、それぞ れの場合に表示装置及び処理によって制限された解像度においてではあるが、表 示することのできる「知能的な」受信機を設計することができる。

階層の植種のレベル間の互換性は、各レベルがこれの下にそれらのレベルからの すべてのデータを含んでいるような、標本化構造及び符号化の適当な選択によっ て達成することができる。すなわち、高い方のレベルは、より細かい標本化格子 であるが既に説明された例におけるようにより低いレベルの標本化点をも含んで いるものを使用することができるでろろう。

標本化構造は又、現在の画像発生及び表示標準、例えばＦＡＬ、ＮＴＳＣ，フィ ルム、ＮＨＫ−ＨＤＴＶ、に適合するように選択することができるであろう。

この方策の利点は相当るる。多くの異なった源信号形式が単一の表示装置で且つ 共通のインタフェースで使用され得るでろろう。河照的に、現在のＰＡＬ環境内 では既に基底帝＊（ベースバンド）又はＵＨＦ複合、ＹＵＶ又はＲＧＥ信号の選 択がある。多くの計算機及びワークステーションはそれら自体の個別の標準を使 用している。

階段（層）的原理を確立したので、改良方式は、現存の機器との互換性の問題又 は更なる標準を承認することの遅延を伴うことなく採用することができる。

最初から、より高い容重のチャネルを待った放送者はより高い品質のサービスを 維持することができより。逆に、高品質の画像を必要としないサービス、例えば 局部的共同体のテレビジョン、はよシ低い品質の方式な実施することができて、 しかもなお上に説明された知能的な受信機を持っている視聴者によって高品質の 表示で受信され得るであろう。

受信機及び像装置製造業者は他の装置との互換性の保証付きで彼らが選んだ標準 を維持することができるであろう。チェーンの何個の部品は進歩する技術によっ て容認されるところにより改善されるであろう。

放送サービスの数が増大し且つ技術がより高い精細度の画像源及び表示装置を生 じさせたので、利用可能な８１周波数についての需要が増大しそうである。その 結果、将来のテレビジョン方式の受信画像品質における制限は多分放送チャネル によって課されるでろろり。それゆえ重要なことであるが、将来の放送送信符号 は利用可能なチャネル容量を肩効に利用するべきである。

植種の進歩したディジタル符号化方式が既に衛星の利用のために提案されている 。しかしながら、これらは十分に定義されたチャネルについて固定したデータレ ートを与える。放送の使用のためには、諸要件は植種である。

チャネルの特性は受信機ごとに（異なった放物面アンテナ寸法及び地理的位置の ために）且つ時と共に（衛星送信は時の進行と共に多分電力が増大するであろう ）変化するであろり。

直接ディジタル送信の欠点の一つは最悪の場合の信号受信によって課される制限 でおる。簡単なＰＣＭリンクがその最大データ容量（この場合これはガウス雑音 によって制限される）を運んでいる場合、搬送波対鍼音比における小さい変化が 誤り”４における大きい変化を引き起こす。更に進歩した符号化技術（こ・れは チャネルの１報制限を更にぴったりと接近させる）が使用されると、満足な受信 と不満足な受信との間のこの限界領域はなお一層の場合の条件下で達成されるも の＄；制限され、従って大多数の加入者を不利にする。対照的に、アナログ伝送 リンクは一般の条件下で最大の利用可能な情報容量を与える。例えば、改良され たテレビジョン搬送波対雑音比は改良された画像の信号対雑音比を生じることに なる。

しかしながら、利用者はそのよりな改良されたチャネル容量を十分に利用する豆 場にないかもしれない。例えば、利用者は改良された雑音特性を知ることができ ないかもしれない。その代わりに利用者は、もし利用可能でろるとしたならば、 よりよい解像度又は移動描写を選ぶかもしれない。可変容量チャネルの使用につ いてのこの種の総合的最適化はアナログ変調技術で達成することは困難であるが 、ディジタル信号を用いて達成することができる０ それゆえ、第３図に関して説明された装置は、改良されたチャネル信号対雑音比 で改良されたデータスループットを与える変病過程を使用している。そのよりに して得られた余分のデータビットは、微細部描写に当てるために、より多くの画 素当りビットを与えるために又はよシ多くの秒当りフレームを与えるために使用 される。余分のデータは、よシ重要なデータの復号化を妨げないように、より低 いパワーで送信される。減小する重要性についての幾つかの層があって、この層 の数はチャネルに対する最も良い予想信号対雑音によって制限される。

この技術は衛星によるテレビジョンの直接放送に適用することができる。この場 合、チャネル容量は主として受信用放物面アンテナ寸法、地理的位置、及び衛星 送信電力によって決定される。例としてＷＡＥＣ衛星チャネルをとれば、１４ｄ Ｂａ／％（０，５ｍ放物面アンテナ、最悪受信状態）における２０ＭＨｚ　チャ ネルに対する理論的最大データ容量は９４Ｍビット／Ｓである。Ｍ４図は信号対 雑音比に対してデータ容量をプロットしたものである。その最大容量の０．６だ けの容量が実際上可能であると仮定すれば、データ容量は５６Ｍビット／Ｓにな るであろり。これに基づいて、受信信号電力が受信用放物面アンテナの面積に比 例するものと仮定すれば、携帯用０、２５　ｍ放物面アンテナは３４Ｍビット／ Ｓを、又大形の２ｍ放物面アンテナは１００Ｍビット／Ｓを受信するはずである 。衛星からの送信電力における１５ｄＥの改善及び全２７ＭＨｇ　帯域幅の使用 の場合には、２００Ｍビット／Ｓのデータレートが可能なはずである。

このようにして、大珍放物面アンテナに投資することを望んでいる祝聴者は高精 細度放送を受信することができるでろろうし、又小形携帯用受信機は現在のＰＡ Ｌ方式に匹敵する画像品質を提供することができるでろろう。

受信機技術が進歩し且つ衛星放送が一層強力になったので、画像品質は自動的に 改善されるであろ５゜上に示されたように、この発明はテレビジョン信号での使 用に制限されるものではない。例えば、音声の場合には、重要性の小さい方の情 報が高い方の可聴周波数に関係していればよい。

浄書（内容に変更なし） Φ　＋　０　４　０−＋ｅ　＋　ｅ　→十　本　＋　十　啼　◆　→　◆　→　 ＋◎　４　Φ　→　◎　４　ｅ　中　◎　÷→　→　＋　十　十　◆　＋　１　 ＋　÷ｅ＋　０　＋　０　＋ｅ＋ｅ＋ 十　ｈ・５１；倉矛オうｈ希 浄書Ｃ内容に変更なし） 浄舊（内容；こ変更なし） チー７店ξ市　Ｎビ、Ｔ１５ 手続補正書 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＧＢ８６１００７８３ ２、発明の名称 情報信号を伝えるための方法及び装置 ３、補正をする者 名　称　ブリティッシュ・ブロードキャスティング・住　所　東京都千代田区大 手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６号室 ５、補正の対象 別紙の通り（尚、図面の翻訳文の内容には変更なし）国際調査報告

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．テレビジヨン信号を媒体によつて源から受信機に伝える方法であつて、源か らの信号が、順次視覚的重要性の小さくなる情報に対応する複数のチャネルに分 離され、複合信号が前記の媒体による伝達のために、前記のチャネルからの成分 信号であつてチャネルの重要性に直接依存して変化するパワーを持つているもの の可逆組合せによつて形成されており、且つ受信機においては前記の媒体によつ て受信機に伝えられた複合信号から多数の成分信号が回復されてこの回復信号か らテレビジョン信号が形成されるようになつている前記の方法。
2. ２．同復信号の数がチャネルの数よりも少ない、請求の範囲第１項に記載の方法 。
3. ３．回復信号の数が、媒体の帯域幅及び／又は信号対雑音特性、受信機の帯域幅 及び／又は信号対雑音比、並びに受信機の表示装置の解像度のうちの少なくとも 一つに依存して調整されている、請求の範囲第２項に記載の方法。
4. ４．チャネルの数が可変であり且つ複合信号が伝達信号におけるチャネルの数を 少なくとも示す標識を含んでいる、請求の範囲第１項に記載の方法。
5. ５．受信機が標識に応答してこれにより示された成分信号の数を回復する、請求 の範囲第４項に記載の方法。
6. ６．成分信号がディジタル的に符号化され且つチヤネルの重要性に直接依存して 変化する振幅で複合信号において加算的に組み合わされている、請求の範囲第１ 項乃至第５項のいずれか一つに記載の方法。
7. ７．成分信号が異なつた振幅範囲における複合信号の成分に従つて受信複合信号 から回復される、請求の範囲第６項に記載の方法。
8. ８．チャネルが、増大する空間的及び／又は時間的解像度の階層の種種のレベル に対応している、請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか一つに記載の方法。
9. ９．壁面領域において複数の標準があつて、このそれぞれが、先行の標準よりも 細かい標本化格子であつて先行の標準の標本化点を含んでいるものを使用してい る、請求の範囲第８項に記載の方法。
10. １０．それぞれの細かい方の標本化格子が先行の標準の格子の２倍もの水平方向 及び／又は垂直方向における画素を持つている、請求の範囲第９項に記載の方法 。
11. １１．最も重要なチヤネルが基本的最小帯域幅画像を規定する信号を運び且つそ れぞれの他のチヤネルが先行のチヤネルに対する差分を表す信号を運ぶ、請求の 範囲第１項乃至第１０項のいずれか一つに記載の方法。
12. １２．情報信号を媒体によつて源から受信機に伝える方法であつて、源からの信 号が、順次重要性の小さくなる情報に対応する複数のチャネルに分離され、複合 信号が前記の媒体による伝達のために、前記のチヤネルからの成分信号であつて チヤネルの重要性に直接依存して変化するパワーを持つているものの可逆組合せ によつて形成されており、且つ受信機においては前記の媒体によつて受信機に伝 えられた複合信号から多数の成分信号が回復されてこの回復信号から情報信号が 再構成されるようになつている前記の方法。
13. １３．源からの情報信号を、順次重要性の小さくなつている情報を運ぶ複数のチ ャネルに分離する第１符号化装置、複数のチャネルにおける信号を符号化して、 直接重要性に従つて変化するパワーレベルを持つたそれぞれの符号化信号にする 第２符号化装置、及びこれらの符号化信号を可逆的に組み合わせて複合信号にす る組合せ装置を備えている、源からの情報信号を送信するための装置。
14. １４．第２符号化装置が、複数のチヤネルに個別の複数のディジタル符号器、及 び直接重要性に従つて変化する利得を持つたこれらの符号器の出力側における増 幅器を備えている、請求の範囲第１３項に記載の装置。
15. １５．第１符号化装置が、チヤネルの第１のものにおける基本的情報信号、及び 各信号が先行のチャネルにより伝えられた情報からの差分を表している他のチヤ ネルにおける一連の差分情報信号を与える、請求の範囲第１３項又は第１４項に 記載の装置。
16. １６．受信信号における順次低くなつている情報レベルを検出し且つ復号化する よりに動作する一連の復号化装置、及びこの一連の復号化装置からの信号を復号 化して情報信号にするように動作する更なる復号化装置、を備えている、受信信 号から情報信号を回復するための装置。
17. １７．一連の復号化装置が、受信信号における高レベル成分を検出し且つ復号化 するように動作する第１復号化装置、及び先行の復号化装置への入力からこの先 行の復号化装置により検出され且つ復号化された成分を差し引いて形成された差 分信号における対応するレベル成分を検出し且つ復号化するよりにそれぞれ動作 する、順序付けされた複数の第２復号化装置、を備えている、請求の範囲第１６ 項に記載の装置。
18. １８．更なる復号化装置が、復号化高レベル成分を他の復号化成分に従つて空間 的及び／又は時間的領域において連続的に補間したものから情報信号を発生する 、請求の範囲第１７項に記載の装置。
19. １９．受信信号における標準情報に応答して、検出され且つ復号化される受信信 号における情報のレベルの数を選択することのできる装置を備えている、請求の 範囲第１６項、第１７項又は第１８項に記載の装置。
20. ２０．種種の振幅レベルにおける符号化情報を含む信号から情報を回復する方法 であつて、この信号が一連の信号レベルｎ＝１、２などにおいて復号化され、そ の際各レベルｎにおいてより高いレベルｎ＋１などに対する符号化情報がその復 号化に影響を与えないようになつており、且つ各レベルにおける結果として生じ た復号化信号が再符号化され且つレベルｎにおいて復号化された信号から差し引 かれてレベルｎ＋１において復号化される信号を形成するようになつている前記 の方法。