JPH06507285A - ビデオ信号圧縮装置 - 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】 ビデオ信号圧縮装置 技術分野 本発明は、記録や伝送の場合のようにビデオ・データを圧縮／圧縮解除（ｃｏｍ ｐｒｅｓｓ／ｄｅｃｏｍｐｒｅｓｓ）するための装置に関する。

なお、本明細書の記述は本件出願の優先権の基礎たる米国特許出願筒０７／６９ ２．８４８号（１９９１年４月２９日出願）の明細書の記載に基づくものであっ て、当該米国特許出願の番号を参照することによって当該米国特許出願の明細書 の記載内容が本明細書の一部分を構成するものとする。

背景技術 この２０年間、イメージ記憶および伝送を目的にディジタル化ビデオ信号を圧縮 する技術開発が活発に行われている。その結果、様々な種類の圧縮手法が開発さ れている。そのいくつかを挙げると、離散的（ディスクリート）余弦変換（ｃｏ ｓｉｎｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、サブバンド符号化、ピラミッド変換（ｐｙｒ ａｍｉｄ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）　、フレーム内符号化（ｉｎｔｒａｆｒａｍｅ 　ｅｎｃｏｄｉｎｇ）　、フレーム間符号化（ｉｎｔｅｒｆｒａｓａｅ　ｅｎｃ ｏｄｉｎｇ）　、上記を組み合わせたものを使用したものがある。最近では、国 際標準化機構（ＩＳＯ）は、パーソナルコンピュータおよびワークステーション の表゛示装置に使用するためのビデオ圧縮標準を作成している。この標準案は、 「動画および関連オーディオのコード化Ｊ　（Ｃｏｄｉｎｇ　ｏｆ　Ｍｏｖｉｎ ｇＰｉｃｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　Ａｓ５ｏｃｉａｔｅｄ　Ａｕｄｉｏ）（ＩＳＯ− ＩＥＣＪＴＣＩ／ＳＣ２／ＷＣＩＩ、　ＭＰＥＧ　９０／１７６　Ｒｅｖ、２． １９９０年１２月１８日）というタイトルの文書に記載されている。以下では、 このシステムをＭＰＥＧと呼ぶことにする。

ＭＰＥＧ標準の特徴は、フレーム内とフレーム間の両符号化手法を、離散的余弦 変換、ランレングス　（ｒｕｎｌｅｎｇｔｈ）符号化および統計的（ＨｕｆｆＩ Ｉｌａｎ−バッフマン）符号化と併用したことにある。一般に言われるフレーム 内符号化とは、単一のソース・フレームからのイメージ・フレームを符号化して 、フレーム内符号化データだけからイメージを再構築するのに十分な符号化デー タを得ることである。フレーム間符号化とは、例えば、現ソース・フレームから の情報と、先行フレーム（ｐｒｉｏｒ　ｆｒａａ＋ｅ）から予測されるフレーム からの情報との差から符号化フレーム・データを生成することである。そのため に、先行フレームからの情報がないと、フレーム間符号化データのフレームから イメージを再構築することができない。ＭＰＥＧシステムは、２種類のフレーム 間符号化を取り入れている。最初の符号化け、現フレームと単一の先行フレーム から予測フレーム（Ｐフレームと呼ばれる）を生成するものである。２番目の符 号化は、現フレームおよび先行フレームと後続フレームの一方または両方から双 方向予測フレーム（Ｂフレームと呼ばれる）を生成するものである。例えば、フ レームがＦｌ、　Ｆ２．　Ｆ３．　Ｆ４．　、　、のシーケンスで現れるものと し、フレームＦ１をフレーム内符号化しくＩフレームと呼ばれる）、フレームＦ ２とＦ３をＢフレーム符号化し、フレームＦ４をＰフレーム符号化するものとす る。Ｐ符号化フレームは、フレームＦ４と、■フレームＦｌのデコード化バージ ョンだけから生成された予測フレームとの差から生成される。フレームＦ２（Ｆ ３）を表すＢ符号化フレームは、フレームＦ２　（Ｆ３）と、■フレームＦ１の デコード化バージョンとＰフレームＦ４のデコード化バージョンの両方から生成 された予測フレームとの差から生成される。Ｉ、ＢおよびＰ符号化フレームを生 成する回路の実例は、ＡｌｖｉｎＡｒｔｉｅｒｉおよびＯｓｗａｌｄ　Ｃｏ１ａ ｖｉｎ著「イメージ圧縮のチップ・セット・コアＪ　（Ａ　Ｃｈｉｐ　Ｓｅｔ　 Ｃｏｒｅ　ｆｏｒＩｍａｇｅ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）　（ＳＧＳ−Ｔｈｏｍ ｓｏｎ　Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ。

Ｉｍａｇｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｕｎｉｔ、　１７　ａ ｖｅｎｕｅ　ｄｅｓＭａｒｔｙｒｅ−Ｂ、Ｐ、２１７．３８０１９　Ｇｒｅｎｏ ｂｌｅ　Ｃｅｄｅｘ　Ｆｒａｎｃｅ）に記載されている。

第１Ａ図は、Ｉ、ＢおよびＰ符号化フレームのシーケンス例を示したものである 。第１Ａ図において、上部のブロックはインタレースされたイメージ・データの 奇数フィールドに対応し、下部のブロックはインクレースされたイメージ・デー タの偶数フィールドに対応している。ＭＰＥＧシステムのプロトコルでは、それ ぞれのフレームの奇数フィールドだけが符号化されることが規定されている。こ のシーケンス例は、Ｉ、ＢおよびＰ符号化データの９フレームを含み、これらの シーケンスは巡回的に現れるようになっている。Ｉフレームの符号化データ量は Ｐフレームの符号化データ量よりも大幅に多くなっており、Ｂフレームの符号化 データ量は符号化Ｐフレームのデータ量より少なくなっている。

■フレームとエフシーム間のＰフレームの数およびＰフレームとＰフレーム間ま たはエフレームとＰフレーム間のＢフレームの数は可変になっている。つまり、 一定の制約の下でユーザが選択できるようになっている。名目的には、この選択 は、チャネルのバンド幅およびイメージの内容に依存している。

ＭＰＥＧＰＥ上コルが規定している符号化レベル（例えば、奇数フィールドだけ であり、連続データ転送率が１．５Ｍビット／秒である）でも、コンピュータ・ ディスプレイ環境において満足なイメージが得られるようになっている。しかし 、テレビジョン（ＴＶ）および信号処理分野の専門家が容易に認識されるように 、定義されているＭＰＥＧＰＥ上コルによると、最新のブロードキャスト品質の イメージが得られない。また、このプロトフルに若干の改良を加えると、ブロー ドキャスト品質のテレビジボン・イメージ、あるいはＨＤＴＶイメージを生成す るだ）すの十分なデータが得られることも認識されている。これらの改良のいく つかを挙げると、符号化するフィールド数を２倍にすること、フィールド当たり のライン数とライン当たりのビクセル数を増加することがある。しかし、ＭＰＥ ＧＰＥ上コルに上記改良を加えた場合でも、いくつかの欠陥が存在するために、 イメージ受信に関して満足のいくパフォーマンスが得られない。

ＴＶ環境に関しては、ＭＰＥＧシステムの第１の欠陥は、受像機に電源を入れた ときやチャネルを切り替えたとき、イメージ再現のタイミングに遅れがあること である。イメージは、フレーム内符号化フレームのデータが受像機に現れるまで 再現することができない。第１Ａ図に示す符号化フレーム・シーケンスでは、最 悪の場合には、イメージ再現は、最低でも９フレーム・インターバルに相当する 遅れが生じている。第２の欠陥は、データ伝送においてデータが損失または壊れ たとき、イメージ破壊の存続時間にある。すなわち、符号化工フレームのデータ が損失または壊れると、後続の８フレームの期間に再現されるイメージにエラー が発生し、そのエラーがそのインターバル期間に累積すると、さらに事態が悪化 することになる。

発明の開示 本発明によれば、フレーム内とフレーム間の同符号化手法を採用した符号化シス テムを提供することによって、上述した問題点を解決している。

本発明の目的は、送信を目的に圧縮ビデオ・データを生成するビデオ信号符号化 装置を提供することにある０本発明による装置は、交互に代わるフレーム内およ びフレーム間符号化プロセスのそれぞれのシーケンスに従ってビデオ信号の交互 に代わるフィールド／フレームを独立に符号化する回路を含んでいる。すなわち 、例えば、奇数フィールドは、第１のＩ、ＢおよびＰフレーム符号化シーケンス に従って符号化され、偶数フィールドは、第２のＩ、ＢおよびＰフレーム符号化 シーケンスに従って符号化される。ある実施例によれば、偶数フィールド・シー ケンスのフレーム内符号化フィールドは、奇数フィールド・シーケンスの連続す るフレーム内符号化フィールド間に現れるように配置され、符号化された奇数お よび偶数フィールドはインタリーブされて送信される。

図面の簡単な説明 第１Ａ図は、本発明を説明するために、ビデオ信号の符号化フィールド・シーケ ンスを絵図にして示した図である。

第１Ｂ図は、同じく、本発明を説明するために、ビデオ信号の符号化フィールド ・シーケンスを絵で示した図である。

第１Ｃ図は、同じく、本発明を説明するために、ビデオ信号の符号化フィールド ・シーケンスを絵図にして示した図である。

第２図は、本発明の実施例によるビデオ信号符号化システムを示すブロック図で ある。

第３図は、ビデオ信号圧縮装置の例を示すブロック図である。

第３Ａ図は、第３図の圧縮装置のシーケンス・オペレーシゴンを示すフローチャ ートである。

第４図は、ビデオ信号デコード化システムの例を示すブロック図である。

発明を実施するための最良の形態 以下では、ＭＰＥＧＰＥ−フィールドーム・プロトコルを中心に本発明について 説明するが、本発明は、フレーム内およびフレーム間圧縮信号の巡回シーケンス が得られるような符号化形式にも応用可能であることはもちろんである。

第１Ａ図において、ボックスの列は符号化ビデオ信号のそれぞれのフィールドに 対応している。偶数番号のフィールドと奇数番号のフィールドは、それぞれ偶数 フィールドと奇数フィールドに対応している。それぞれのフィールドに適用され る符号化のタイプ（Ｉ、ＢまたはＰ）は、各ボックスの上方に英字で示されてい る。上述したように、奇数フィールドのシーケンスはＭＰＥＧプロトコルに対応 している。このシーケンスに偶数フィールドを追加し、フィールド当たりのライ ン数を増加し、ライン当たりのビクセル数を増加すると、このプロトコルをテレ ビジジン・イメージ再現に必要な十分な情報が得られるように改良することがで きる。

第１Ｂ図は、イメージ再現の遅れを減少し、信号伝送データ損失と破壊を隠すた めに１本発明により改良された符号化形式を示している。第１Ｂ図に示すように 、偶数フィールドは奇数フィールドから独立して符号化され、フレーム内符号化 フィールドは巡回シーケンス内のフィールド数の約半数分だけオフセットされて いる。第１Ｂ図のシーケンスから得られる利点は次のとおりである。イメージ再 現を開始するには、エフイールド／フレームが必要である。第１Ｂ図のシーケン スは９フイールドごとにエフイールド／フレームを含んでいるのに対し、第１Ａ 図のシーケンスは１７フイールドごとにエフイールド／フレームだけを含んでい る。従って、第１Ｂ図のシーケンスによると、符号化データ量を増加することな く、第１Ａ図のシーケンスのインターバルの長さの半分のインターバルで信号入 力点（ｓｉｇｎａｌ　ｅｎｔｒｙ　ｐｏｉｎｔ）を得ることができる。垂直解像 度が半分であっても、偶数フィールド・データだけからでも、奇数フィールド・ データだけからでも、イメージを再現することができる。しかし、チャネル・ス キャン（チャネルを順次に探索する走査）時やスタートアップ時にイメージを得 る場合は、全解像度イメージでは２倍の待ち時間が生じるので、高速に再現され る低解像度イメージの方がはるかに好ましい。

データが第１Ａ図のＩフィールド１と２の一部から失われたとして、エラーを隠 す場合について説明する。この損失データはフィールド１〜１８からのイメージ 再現に影響を与えるので、好ましくない不自然なイメージが得られることになる ０次に、第１Ｂ図のシーケンスのフィールド１と２から同量のデータが損失した 場合について検討する。フィールド２から損失したデータは、フィールド２が双 方向に予測符号化されるので、フィールド２に対応する再現イメージに影響を与 えるだけである。奇数１フイールド１から損失したデータは、シーケンス内の奇 数フィールドすべてに影響するので、シーケンス内のフレームすべてを壊す潜在 性をもっている。しかし、奇数フィールド・シーケンスに損失データが検出され たときは、偶数フィールド・シーケンスからのデータに置換されて表示される。

この置換によると、瞬間的にイメージ解像度が低下するが、イメージが壊される よりも、はるかに好ましい。

第１Ａ図と第１Ｂ図は、通常に現れるときのフィールドのシーケンスを示してい る（ただし、符号化のタイプは無視している）、第１Ｃ図は、ＭＰＥＧシステム で伝送されるときのフィールド・シーケンスを示している。すでに述べたように 、例えば、双方向予測符号化フィールド３と５は、その一部がエフイールド１と Ｐフィールド７から生成される。Ｂフィールド３と５をデコード化するためには 、エフイールド１とＰフィールド７が、その前にデコード化されていなければな らない。

従って、デコード化を容易にし、受像機で要求されるデータ・ストア量を減少す るために、符号化Ｂフィールドは、その前にデコード化が行われるエフイールド とＰフィールドの出現の後に続くように配列されている。第１Ｃ図に示すこのフ ィールド伝送配列は、第１Ｂ図の符号化シーケンスに対応している。

第２図は、例えば、第１Ｃ図のフィールド形式に従ってビデオ信号を符号化する 装置を示したものである。

ビデオ信号は、ビデオ・カメラや前処理回路などの信号発生源１０から供給され る。前処理回路は、インクレース・スキャン（飛越し走査）形式に従って、また パルス符号変調形式（ＰＣＭ）でビデオ信号フィールドを出力する。発生源ｌＯ の代表的なものは、輝度Ｙ信号およびクロミナンスＵとＶ色差信号を出力するが 、本明細書の目的上、これらの信号は総称してビデオ信号と呼ぶことにする。名 目的には、輝度信号とクロミナンス信号は独立に圧縮または符号化され、そのあ と、伝送目的のために結合されるが、これらの手法およびその実施化方法は、ビ デオ信号圧縮技術の専門家には周知されている。

発生源ＩＯからのビデオ信号はマルチプレクサ１２に入力され、そこからビデオ ・データの偶数フィールドが第１圧縮（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）回路１６に渡さ れ、ビデオ・データの奇数フィールドが第２圧縮回路１７に渡される。マルチプ レクサ１２は、システム制御回路（コントローラ）　１４がビデオ発生源１０か ら送られてきたフィールド・インターバル・タイミング信号を受けて動作するこ とによって制御される。

圧縮回路１６は制御回路１４の制御を受けて、フレーム内およびフレーム間符号 化モード（例えば、Ｉ、Ｂ、Ｐモード）のあらかじめ決められたシーケンスに従 って、ビデオ・データのそれぞれの偶数フィールドを圧縮する。圧縮されたビデ オ・データはバッファ・メモリ１８に入力される。バッファ１８からの圧縮デー タは、トランスポート・パケット化（ｔｒａｎｓｐｏｒｔｐａｃｋｅｔｉｚｉｎ ｇ）回路２０に送られる。パケット化回路２０は、データを解析して、あらかじ め決められたデータ量のブロックに分解する回路を含んでいる。データ・ブロッ クとしては、各ブロックを識別するへ・ンダ情報や、Ｂａｒｋｅｒコードのよう に、対応する受像機に現れた、それぞれのブロックの検出を同期化するための情 報などがある。この回路２０には、伝送するデータにエラー検査コードを付加す るエラー訂正回路を含めることも可能である。このエラー訂正回路は、Ｒｅｅｄ −３ｏ１ｍｏｎエラー訂正エンコーダにすることができる。トランスポート・ブ ロックは送信器２１に人力される。この送信器２１は、データ・バスだけの単純 なものにすることも、ブロードキャスト送信器のように複雑なものにすることも 可能である。後者の場合には、トランスポート・データ・ブロックは、直交振幅 変調（ＱＡＭ）搬送波信号に調整して、送信アンテナに印加することができる。

圧縮回路１７はシステム・コントローラ（制御回路）１４の制御を受けて、フレ ーム内およびフレーム間符号化モード（例えば、Ｉ、Ｂ、Ｐ　）のあらかじめ決 められたシーケンスに従って、ビデオ・データのそれぞれの奇数フィールドを圧 縮する。モード・シーケンスは、偶数フィールドに適用されるモード・シーケン スと同じにすることも、別のシーケンスにすることも可能である。どちらの場合 も、奇数フィールドに適用されるモード・シーケンスは、フレーム内符号化奇数 フィールドがフレーム内符号化偶数フィールド間のほぼ中間に現れるように選択 される（逆の場合も同じである）。

圧縮回路１７から得られた圧縮奇数フィールド・ビデオ・データは、バッファ・ メモリ１９を経由してトランスポート・パケット化回路２０に入力される。

トランスポート・パケット化回路は制御回路１４の制御を受けて、バッファ１８ から与えられた圧縮データの偶数フィールドとバッファ１９から与えられた圧縮 データの奇数フィールドに対して交互に操作を行う。

バッファ１８と１９が含まれているのは、それぞれのフィールドの圧縮データ量 が、使用される圧縮モードおよびビデオ・データのフィールドで表されたイメー ジに従属する詳細によって異なるためである。データ量に違いがあると、圧縮デ ータのフィールドは異なる時間インターバルを占有することになるので、圧縮回 路１６と１７から出力されたデータは、圧縮データの奇数フィールドと偶数フィ ールドをインタリーブするための適当な時間に現れないおそれがある。これらの バッファは、それぞれの圧縮回路から得られた圧縮データが現れる時間差を調整 する働きをする。

第２図に示す装置は、データの偶数フィールドと奇数フィールドを別々に圧縮す る第１圧縮回路と第２圧縮回路を備えているが、圧縮回路を１つだけ採用して、 偶数フィールドと奇数フィールドの両方を圧縮することも可能である。

第３図は、第１Ｃ図に示すシーケンスに従って、偶数フィールドと奇数フィール ドの両方を圧縮するために利用できる圧縮装置の例を示したものである。この図 では、ビデオ信号のソース・フィールドが第１Ｃ図に示す番号順に現れるように 並べ替えられているものと想定している。この圧縮装置は、Ｉ、Ｂ、Ｐモードに 従って圧縮データを出力する。フレーム内圧縮では、８Ｘ８ビクセル・ブロック に対して離散的余弦変換（ｄｉｓｃｒｅｔｅ　ｃｏｓｉｎｅ　ｔｒａｎｓｆｏｒ ＋＋＋）が行われ、そのあと、変換係数の可変長符号化が行われる。予測圧縮（ Ｐフィールド）では、先行Ｉ（またはＰ）フィールドからの１６Ｘ　１６ビクセ ル・ブロックであって、現フイールド中の１６Ｘ　１６ビクセル・ブロックに最 も近（対応しているものを示しているモーション・ベクトルが判断される。予測 フィールドは、先行Ｉフィールドからのモーション・ベクトルとデータから生成 され、その予測フィールドはビクセル単位で現フィールドから減算されて残余が 得られる。そのあと、残余の８×８ブロツクに対して離散的余弦変換が行われる 。残余の変換係数は可変長符号化され、モーション・ベクトルに残余係数を加え たものが非加算的に結合されて、符号化Ｐフィールドが形成される。双方向予測 フィールド（Ｂ）はＰフィールドと同じように形成されるが、異なるのは、モー ション・ベクトルおよび対応する残余がビデオ・データの先行フィールドと後続 フィールドの両方に関連づけられる点である。

図示の装置は、圧縮輝度データの生成に必要な回路だけを含んでいる。圧縮クロ ミナンスＵおよびＶデータを生成するには、同じような回路が必要である。第３ 図に示すように、メモリおよび記憶エレメント１０１゜１０２、１１４．１１５ は、各々が奇数フィールド・データと偶数フィールド・データを別々のメモリ・ セクションにストアするように配置されている。偶数（奇数）フィールドが処理 されるときは、偶数（奇数）フィールドのストア用に指定された、それぞれのメ モリおよび記憶エレメントのセクションがアクセスされる。そのほかにも、正方 向モーション・ベクトルと逆方向モーション・ベクトルを計算するためのエレメ ントとして指定されたエレメント１０４と１０５がある。モーション・ベクトル が正方向であるか、逆方向であるかは、先行または後続フィールドに対して現フ ィールドが分析されるかどうかによって決まるので、両エレメントは類似回路で 実現されおり、実際には、両エレメント１０４と１０５は、フィールド／フレー ム単位で交互に切り替わって、正方向ベクトルと逆方向ベクトルを生成する。エ レメント１０４と１０５は、ＳＴＩ　３２２０Ｍ０ＴＩＯＮ　ＥＳＴＩＭＡＴＩ ＯＮ　ＰＲＯＣＥＳＳＯＲという名称でＳＧＳ−ＴＨＯＭＳＯＮ　ＭＩＣＲＯＥ ＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ社から提供されているタイプの集積回路を使用して実現す ることが可能である。

必要とする処理速度を実現するために、エレメント１０４と１０５の各々は、そ れぞれのイメージの異なるエリアについて同時にオペレーションを行う複数の上 記集積回路で構成することが可能である。

ＤＣＴ　＆　Ｑｕａｎｔｉｚｅと呼ばれるエレメント１０９は、離散的余弦変換 と変換係数の量子化を行い、ＳＴＹ　３２００ＤＩＳＣＲＥＴＥ　Ｃ０３ＩＮＥ 　ＴＲＡＮＳＦＯＲＭという名称でＳＧＳ−ＴＨＯＭＳＯＮ　ＭＩＣＲＯＥＬＥ ＣＴＲＯＮＩＣＳ社から提供されているタイプの集積回路を使用して実現するこ とが可能である。

また、このエレメント１０９は、イメージの異なるエリアを同時に処理するよう に並列に動作する、複数の上記デバイスで実現することが可能である。

偶数フィールドと奇数フィールドは交互におよび順次に現れ、第３図の圧縮装置 は奇数フィールドと偶数フィールドを交互に圧縮する。偶数フィールドと奇数フ ィールドの圧縮は、フレーム内とフレーム間圧縮モードのシーケンスが相対的に なっていることを除けば、同じように行われる。このシーケンスは、偶数フィー ルドと奇数フィールドのどちらのシーケンスの場合も、プログラムされてコント ローラ１１６に組み込まれており、制御バスＣＢを経由してそれぞれの処理エレ メントに伝えられる。圧縮機能は概念的には、偶数フィールドと奇数フィールド のどちらのシーケンスの場合も同じであるので、以下では、偶数フィールド圧縮 の場合についてだけ説明することにする。

第１Ｃ図において、偶数フィールドＩＯが現在現れたとする。その前に現れた偶 数Ｐフィールド４はスナツチされて、バッファ・メモリＢ　１０１の偶数フィー ルド・セクションにストアされている。さらに、その前に生成された予測偶数フ ィールド４は、バッファ記憶エレメント１１４．１１５の一方の偶数フィールド ・セクションにストアされている。フィールドｌＯが現れると、このフィールド はバッファ・メモリＡｌＯ２の偶数フィールド・セクションにストアされる。さ らに、フィールドＩＯは作業用バッファ・メモリ１００に入力される。

フィールドｌＯが現れると、イメージ・データの該当ブロックがメモリ１００か ら減算器１０８の被減数入力端に入力される。■フィールドの圧縮期間の間、減 算器１０８の減数入力端はゼロ値に保持されているので、データは変更されない まま減算器１０ｇを通過する。このデータはＯＣＴおよび量子化エレメント１０ ９に入力され、このエレメントから量子化変換係数がエレメント１１０と１１２ に送られる。エレメント１１２は逆量子化を行い、係数のＯＣＴ変換を反転して 再構築されたイメージが生成される。再構築されたイメージは加算器１１３を経 由して、バッファ記憶エレメント１１４．１１５の一方の偶数フィールド・セク ションに入力され、ストアされる。これは、後続のＢおよびＰフィールドを圧縮 するときに使用される。■フレームの圧縮時には、どの情報も、エレメント１１ ２から得た再構築イメージ・データに加えられない（加算器１１３によって）。

エレメント１１０は、エレメント１０９によって生成されたＯＣＴ係数の可変長 符号化（ＶＬＣ）を行う、　ＶＬＣコードワード（ｃｏｄｅｗｏｒｄ）はフォマ ッタ（ｆｏｒｍａｔｔｅｒ−形式設定回路）１１１に入力される。このフォマッ タはデータをセグメント化し、該当のヘッダ情報を付加してデコード化を容易に する。エレメントｉｌｌからの符号化データは別のバッファ・メモリ（図示せず ）に渡される。このフォマッタは、トランスポート・パケット化回路にフィール ド・インデックス（指標）を送って、対応するトランスポート・ブロック・ヘッ ダを生成するように構成することも可能である。エレメント１０９゜１１０．１ １１の各々はシステム・コントローラ（制御回路）１１６の制御を受けて、該当 する時間に該当のオペレージジンを実行する。

偶数フィールドｌＯが現れて、圧縮されると、偶数フィールド６（Ｂ）が現れ、 バッファ・メモリ１００にロードされる。偶数フィールド６からのデータは両方 のエレメント１０４．１０５に入力される。エレメント１０４はメモリ１００に ストアされた偶数フィールド６からのデータとメモリ１０１にストアされた偶数 フィールド４がらのデータを受けると動作して、イメージ・データのそれぞれの １６Ｘ　１６ビクセル・ブロックについて正方向モーション・ベクトルを計算す る。また、このエレメント１０４は、それぞれの正方向モーション・ベクトルの 相対的正確度を示している歪み信号を出力する。正方向モーション・ベクトルお よび対応する歪み信号はアナライザ１０６に入力される。

エレメント１０５はメモリ１００にストアされたフィールド６からのデータとメ モリ１０２にストアされたＩフィールド単位からのデータを受けると動作して、 逆方向モーション・ベクトルおよび対応する歪み信号を出力し、これらもアナラ イザ１０６に入力される。アナライザ１０６は歪み信号をしきい値と比較し、両 方の信号がしきい値を越えていれば、正方向と逆方向の両モーション・ベクトル をモーション・ベクトルとして出力すると共に、歪み信号の比率に関する対応す る信号を出力する。再構築されると、正方向と逆方向の両ベクトルおよびその基 になった対応するフィールド・データを使用して予測イメージが生成される。イ ンクボレートされたフィールドは、歪み信号の比率に従って正方向および逆方向 予測フィールドから生成される。

正方向と逆方向モーション・ベクトルの歪み信号が共にしきい値以下であれば、 値が小さい方の歪み信号をもつモーション・ベクトルがブロック・モーション・ ベクトルとして選択される。

モーション・ベクトルがめられると、これはモーション補正予測回路（ｐｒｅｄ ｉｃｔｏｒ）　１０７に入力され、この予測回路１０７以前に再生成されたフィ ールドｌＯまたはフィールド４あるいはその両方からのベクトルによって定義さ れ、記憶エレメント１１４．１１５の偶数フィールド・セクションにストアされ た該当データ・ブロックをアクセスする。このデータ・ブロックは減算器１０ｇ の減数入力端に入力され、そこでバッファ・メモリ１００から取り出した現フィ ールド６からの対応するビクセル・データ・ブロックからビクセル単位で減算さ れる。その差、つまり、残余はエレメント１０９で符号化され、係数はエレメン ト１１０に入力される。対応するブロック・ベクトルもエレメント１１０に入力 される。モーション・ベクトルはエレメント１１０で可変長符号化される。符号 化されたベクトルと係数はフォマッタ１１１へ転送される。符号化されたＢフィ ールドは、以後の符号化で使用されないので、エレメント１１２で逆量子化と逆 変換が行われない。

Ｐフィールドも同じように符号化されるが、正方向モーション・ベクトルだけが 生成される点が異なる。

例えば、Ｐフィールド１６は、■フィールド単位とＰフィールド１６の対応する ブロックを関連づけるモーション・ベクトルと共に符号化される。Ｐフィールド を符号化するとき、エレメント１１２は対応するデコード化残余を出力し、エレ メント１０７は対応する予測Ｐフィールドを出力する。予測フィールドと残余は ピクセル単位で加算器１１３で加算されて、再構築フィールドが得られ、これは 、予測偶数Ｐフィールド生成の基になった偶数フィールド情報を収めていない、 記憶エレメント１１４，１１６の一方の偶数フィールド・セクションにストアさ れる。再構築され、ストアされた偶数Ｐフィールドは、後続の偶数Ｂフィールド を符号化するときに使用される。ＰフィールドとＢフィールドのどちらの場合も 、ＤＣＴはブロック単位（例えば、８Ｘ８ビクセルのマトリックス）で行われる が、モーション・ベクトルはマクロブロック（例えば、２×２ブロック輝度マト リックスまたは１６Ｘ　１６ビクセル・マトリックス）で計算される。

第３Ａ図は、第１Ｃ図に対応する符号化（コード化）シーケンスのときの、第３ 図のコントローラ１１６のモード制御オペレージジンを示す図である。３００に おいて、スタートアップ時、カウンタ３１２はゼロにリセットされ、偶数番号の フィールドの圧縮は禁止（ｄｉｓａｂｌｅ）され（３１９）　、メモリと記憶エ レメント１０１゜１０２、１１４．１１５の偶数フィールド・セクションは許可 （ｅｎａｂｌｅｄ）される（３１１）。そのあと、メモリと記憶エレメントの偶 数および奇数フィールド・セクションは、フィールド単位で交互に許可される。

そのあと、システムはフィールドの開始を示す垂直同期パルスを待ち、受信する と、カウンタを１だけイクリメントしてカウンタ値を１にする。さらに、垂直同 期パルスを受けると、メモリと記憶エレメントｌｏｔ、　１０２．１１４．１１ ５の奇数セクションが許可される（３１１）　、カウント値が１であるかテスト され（３１４）　、真ならば、現フィールドが■モードで圧縮される。カウント 値が１以外ならば、今度は４または７であるかもう一度テストされる（３１６） 　、カウントが４または７ならば、そのフィールドはＰモードで圧縮され、そう でなければ、Ｂモードで圧縮される。最初のカウントが９になるまで、偶数フィ ールドの圧縮は禁止され（３１９）　、余計な無効データが生成されるのを防止 する。禁止しないと、偶数フィールドの圧縮が通常圧縮シーケンス外で始まるこ とになるためである。そのあと、偶数フィールドの圧縮がフィールド１０から許 可される。カウンタ（３１２）は１〜９の値が循環的に得られるモジエーロ９カ ウンタである。カウント値が２回目に１になったときは、これはフィールド１０ に対応し、テスト（３１４）に従って、Ｉモードで圧縮される。カウント値が２ 回目に２と３になったときは、これはフィールド５と６に対応し、テスト（３１ ６）に従って、Ｂモードで圧縮される６次にカウントが１になったときは、これ はフィールド１９に対応する（以下も同様である）。第１Ｃ図から明らかなよう に、このモジューロでカウントをとると、図示のフィールド圧縮シーケンスが得 られる。

第４図は、フレーム内およびフレーム間符号化モードのシーケンスで独立に符号 化され、インタリーブした奇数および偶数フィールドとして現れた送信圧縮ビデ オ信号を処理する受信装置の例を示したものである。送信信号は検出器４０によ りて検出されるが、この検出器は、チューナ、ＩＰ回路およびＱＡＭデモデュレ ータで構成することができる。検出器４０は、第２図のトランスポート・パケッ ト化回路２０から出力された信号に従って信号を出力する。この信号はトランス ポート処理回路４３に入力される。トランスポート処理回路４３はエラー検査／ 訂正回路を含んでおり、この回路は送信信号に付加されたエラー検査コードに応 じて、送信中に発生した信号エラーを訂正する。訂正不能なエラーが発生したと きは、フラグが生成され、受信システム・コントローラ４２へ伝えられる。トラ ンスポート・プロセッサ４３は、トランスポート・ブロックに含まれるトランス ポート・ヘッダ情報の入力を受けて、データの奇数フィールドと偶数フィールド を識別し、送信信号をトランスポート・ブロック形式から、第２図のバッファ１ ８．１９から取り出した圧縮情報に一致する形式に作り替える０作り替えられた データはマルチプレクサ４４に入力される。現フィールド・タイプ（奇数／偶数 ）に対応する制御信号はトランスポート・プロセッサ４３から与えられ、マルチ プレクサ４４が奇数フィールド・データを圧縮解除回路（ｄｅｃｏｍｐｒｅｓｓ ｏｒ）　４５へ、偶数フィールド・データを圧縮解除回路４６へ渡すように制御 する。圧縮解除回路４５、４６は、それぞれ奇数と偶数フィールドの圧縮ビデオ ・データの圧縮解除を行い、圧縮解除されたビデオ信号をバッファ・メモリ４７ ．４８へ送る。

この例では、圧縮信号は第１Ｃ図に示す形式であることを想定しているが、圧縮 解除回路４５．４６は１例えば、第１Ｂ図に示すように通常のフィールド・シー ケンスに並べ替えられた圧縮解除データを出力するものと想定している。バッフ ァ・メモリ４７．４８からの並べ替えられたデータはマルチプレクサ５１に入力 され、マルチプレクサ５１は、データの損失または破壊がない定常状態にあると きは、データの奇数フィールドと偶数フィールドを交互にビデオ表示ＲＡＭに入 力する。ここでは、表示ＲＡＭには、１フレームのデータを収容するだけの十分 な記憶容量があることを想定している。そのあと、データ・フレームは、表示目 的のためにインクレース形式または非インクレース形式で表示ＲＡＭから読み取 られる。受信装置はコントローラ４２によって制御され、コントローラ４２は受 信したビデオ・データの圧縮解除と表示を通常のオペレーション・サイクルに従 って調整するようにプログラムされている。

ユーザ制御スイッチ４１によってシステムに電源を入れるか、あるいはチャネル を切り替えると、直ちにシステム・コントローラ４２はスタートアップ・サイク ルを開始して、可能な限り迅速にイメージ再現が行えるようにする。データ・フ ィールドの全シーケンス（２つの連続するフレーム内符号化相互排他的奇数また は偶数フィールドを内包するシーケンス）のイメージ表示が行われると、コント ローラは通常の圧縮解除オペレーション・サイクルに切り替わる。スタートアッ プ時またはチャネル切替え時には、フレーム間符号化フィールド（ＰまたはＢ） を再現するには、フレーム内符号化フィールドからのデータが必要であるので、 イメージ再現は、少なくとも１つのフレーム内符号化フィールドが受信されるま では行うことができない。

コントローラ４３は、トランスポート・プロセッサ４３から送られたヘッダ・デ ータに応じて、受信したフィールド・タイプをモニタする。コントローラはフレ ーム内符号化フィールドが受信されるまで、受信したフィールド・データの圧縮 解除を禁止する。そのフィールド・タイプ（奇数または偶数）がチェックされ、 最初に現れたフレーム内符号化フィールドと同じタイプの連続するフィールドに ついて圧縮解除が行われる。反対のフィールド・タイプのフィールドの圧縮解除 は、そのタイプの最初に現れるフレーム内符号化フィールドが現れるまで禁止さ れるが、この最初のフィールドは最初のフレーム内符号化フィールドが検出され てから既知数のフィールドのあとで現れる。

最初のフレーム内符号化フィールドが奇数であるものとする。連続する奇数フィ ールドは圧縮解除され、バッファ・メモリ４７からマルチプレクサ５１へ送られ る。この時点で、受信データの表示に関していくつかのオプションが選択できる 。最初のオプションは、奇数フィールドを表示ＲＡＭ　５２の奇数フィールド・ ラインに書き出し、表示ＲＡＭの偶数フィールド・ラインを、例えば、中間グレ ー値にセットしてイメージを表示することである。第２のオプションは、奇数フ ィールド・データを表示ＲＡＭの奇数フィールド・ラインに書き出し、次に、同 じ奇数フィールド・データをバッファ・メモリ４７から再度読み取って、それを 表示ＲＡＭの偶数フィールド・ラインに書き出してイメージを表示することであ る。この第２オプシヨンを選択すると、第１オプシヨンよりもイメージが明る（ なり、見かけの解像度が向上する。第３のオプションは、奇数フィールド・デー タを表示ＲＡＭの奇数フィールド・ラインに書き出し、次に、同じフィールドを バッファ・メモリ４７から読み取って、それをマルチプレクサ４９経由でインタ ボレータ５０に入力することである。

インタボレータ５０は、奇数フィールド信号の連続するベアのラインからインク ボレートされたデータ・ライン（垂直平均）を生成するよう構成することが可能 である。これにより、疑似偶数データ・ラインが得られ、これらのラインは、あ とで表示ＲＡＭ　５２の偶数フィールド・ラインに書き出される。このオプショ ンを選択すると、第２オプシヨンよりも見かけの解像度が向上したイメージが得 られる。

選択された特定オプションはコントローラ４２にプログラムされ、スタートアッ プ・サイクルの一部となる。コントローラは、トランスポート・プロセッサ４３ から与えられたデータを受けて、該当バッファ・メモリ４７または４８（これは 、最初のフレーム内符号化フィールドが奇数であるか、偶数であるかによって決 まる）からのデータ読取りを制御し、マルチプレクサ４９．５１の切替えを制御 する。例えば、第３オプシヨンを選択し、最初のフレーム内符号化フィールドが 奇数であり、バッファ・メモリ４７が信号の各フィールドを２回読み取るように 条件づけられ、マルチプレクサ４９がバッファ・メモリ４７から信号を渡すよう に条件づけられ、マルチプレクサ５１がバッファ・メモリ４７とインタボレータ ５０から信号のフィールドを交互に渡すように条件づけられているとする。あら かじめ決めた数のフィールドが上記のように処理されると、コントローラは定常 状態の制御サイクルに切り替わって、奇数と偶数の両フィールド・タイプからの データを圧縮解除する。

前述したように、トランスポート・プロセッサは、損失または訂正不能エラーを 示すエラー・フラグを出すことがある。このようなエラーや損失データから起こ るおそれのある、望ましくないイメージ破壊を改善するために、コントローラは 、受信システムが壊れていない信号を代用できるようにする構成にすることが可 能である。例えば、損失データまたはエラー・データがフレーム内符号化フィー ルドに現れた場合、コントローラは、上述したオプション３と同じような処理に 戻るように構成することが可能である（ただし、損失デーが奇数または偶数フィ ールドだけに現れた場合には、最初のフレーム内符号化フィールドが現れるのを 待つ必要がない。逆に、損失データが奇数フィールドと偶数フィールドの両方に 現れたときは、コントローラはスタートアップ・サイクルに戻ることになる）。

損失データがＰフィールドに見つかったときは、この場合も、コントローラはシ ステムがオプション３に従って動作するように構成することが可能である。逆に 、損失データがＢフィールドに見つかったときは、コントローラは、システムが オプション２または３に従って、１フィールド単位あるいは部分フィールド単位 でこのデータをインタボレートされたデータで置き換えるように構成することが 可能である。

補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８） 平成５年ｌＯ月２９日

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．ビデオ・データ圧縮システムであって、ビデオ信号の交互に代わる奇数およ び偶数の順序番号のついたフィールドを出力するビデオ信号発生源（１０，１２ ）と、 前記信号に応答して、前記ビデオ信号の奇数番号フィールドをフレーム内および フレーム間圧縮モードで独立に圧縮して、フレーム間圧縮データが規則的に介在 するフレーム内圧縮データの奇数番号フィールドのシーケンスを出力し、該ビデ オ信号の偶数番号フィールドをフレーム内およびフレーム間圧縮モードで独立に 圧縮して、フレーム間圧縮データが規則的に介在するフレーム内圧縮データの偶 数番号フィールドのシーケンスを出力し、前記奇数番号フィールドのシーケンス と前記偶数番号フィールドのシーケンスとを非加算的に結合（２０）するための 圧縮手段（１４，１７，１６）と、 結合された圧縮フィールドを送信するための手段（２１）とを備えたことを特徴 とするシステム。
2. ２．請求の範囲第１項に記載のシステムにおいて、前記偶数フィールド・シーケ ンスと前記奇数フィールド・シーケンスはインタリーブされて、圧縮された奇数 番号フィールドと偶数番号フィールドのインタリーブされたシーケンスを得るこ とを特徴とするシステム。
3. ３．請求の範囲第２項に記載のシステムにおいて、前記インタリーブされたシー ケンスのフレーム内圧縮偶数番号フィールドは、連続するフレーム内圧縮奇数番 号フィールド間の途中に現れることを特徴とするシステム。
4. ４．請求の範囲第２項に記載のシステムにおいて、前記インタリーブされたシー ケンスの前記フレーム内圧縮偶数番号フィールドは、連続するフレーム内圧縮奇 数番号フィールド間に均等に介在することを特徴とするシステム。
5. ５．請求の範囲第１項に記載のシステムにおいて、前記発生源は、 ビデオ信号のフィールドを出力する手段と、ビデオ信号のフィールドを出力する 前記手段に接続され、第１および第２出力ポートをもち、連続的に現れるフィー ルドを該第１および第２出力ボートから交互に出力するための手段とを備えたこ とを特徴とするシステム。
6. ６．請求の範囲第５項に記載のシステムにおいて、前記圧縮手段は、 前記第１出力ボートに接続されて、前記奇数番号フィールドを圧縮するための第 １ビデオ圧縮手段と、 前記第２出力ボートに接続されて、前記偶数番号フィールドを圧縮するための第 ２ビデオ圧縮手段と、 圧縮された偶数番号フィールドと奇数番号フィールドをマルチプレクスするため の手段とを備えたことを特徴とするシステム。
7. ７．請求の範囲第１項に記載のシステムにおいて、前記送信手段は、前記結合さ れたフィールドを、それぞれのフィールドを識別するインデックスを含むトラン スポート・ブロックにセグメント化するための手段を含むことを特徴とするシス テム。