JPH0678288A - ビデオ変換係数のベクトル符号化のための方法及び装置 - Google Patents

ビデオ変換係数のベクトル符号化のための方法及び装置

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JPH0678288A
JPH0678288A JP5121858A JP12185893A JPH0678288A JP H0678288 A JPH0678288 A JP H0678288A JP 5121858 A JP5121858 A JP 5121858A JP 12185893 A JP12185893 A JP 12185893A JP H0678288 A JPH0678288 A JP H0678288A
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エドワード・エー・クラウス
Adam Tom
アダム・トム
Vincent Liu
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Abstract

(57)【要約】 【目的】デジタル映像信号の圧縮、さらに狭義には圧縮
された形で送信用デジタル映像信号を処理することに関
し、情報をアドレスする、映像変換係数の符号化のため
の方法及び装置を提供する。 【構成】ビデオ変換係数に対するベクトル符号化案を提
供する。ひとつのベクトルが、所定の範疇による送信さ
れるべき変換係数のブロックから、係数の集合を識別す
るために生成される。図示された実施例において、ゼロ
以外の振幅を有する係数のみが送信される。ベクトル
は、送信用のベクトル符号語を与えるために符号化され
る。送信されるべき集合からの係数は、送信用の係数符
号語を与えるために符号化される。ベクトル符号語は、
係数符号語をブロック内の係数配列に関連付ける。好適
実施例において、ブロックは係数のサブセットを含む多
数の領域に分割される。個別ベクトルは、ブロックの対
応する領域内の係数配列と係数符号語を関係付けながら
各々の領域に送信される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、デジタルビデオ信号の
圧縮、さらに狭義には圧縮された形で送信用デジタルビ
デオ信号を処理するための方法及び装置に関するもので
ある。
【０００２】従来テレビ信号は、特定の国に採用された
様々な規格に従ってアナログ形式で送信されている。例
えば、アメリカはナショナル・テレビジョン・システム
・コミッティー(“ＮＴＳＣ”)の規格が採用されてき
た。ヨーロッパのほとんどの国はＰＡＬ(フェイズ・オ
ルタネイティング・ライン)またはＳＥＣＡＭ(シークエ
ンシャル・カラー・アンド・メモリ)のいずれかの規格
が採用されてきた。
【０００３】テレビ信号のデジタル送信は、アナログ信
号より非常に高品質な映像と音のサービスを提供でき
る。デジタル送信は、特にケーブルテレビ加入者へのま
たは直接家庭用衛星テレビ受信機への衛星放送用信号に
対して有利である。デジタルテレビ送信機及び受信機シ
ステムが、ちょうど音楽業界でコンパクトディスクがア
ナログレコードに取って代わったように、現在のアナロ
グシステムに取って代わるであろうことが期待される。
【０００４】十分な量のデジタルデータが、あらゆるデ
ジタルテレビシステムに送信されるにちがいない。この
ことは高品位テレビ(“ＨＤＴＶ”)が与えられていると
ころで特に真実である。デジタルテレビシステムにおい
て、加入者は加入者に映像、音楽、及びデータを提供す
るレシーバ／デスクランブラ（解読器）からのデジタル
データストリームを受信する。便利なラジオ波スペクト
ルを最も効率的に使用するために、送信されるべきデー
タ量を最小限にするようデジタルテレビ信号を圧縮する
ことが有利である。
【０００５】テレビ信号のビデオ部分は、一緒になって
動画を与える連続のビデオ“フレーム”（frames）から
成る。デジタルテレビシステムにおいて、ビデオフレー
ムのそれぞれの線は、“画素”（pixels）と呼ばれる連
続のデジタルデータによって定義されている。大量のデ
ータが、テレビ信号のそれぞれのビデオフレームを定義
するために必要とされる。例えば、ＮＴＳＣ解像度で一
ビデオフレームを与えるのに７．４メガビット必要とさ
れる。これは４８０本の走査線ごとに６４０画素が、三
原色の各々に対して８ビットの強度値で使用されるのを
仮定している。高品位テレビは、各々のビデオフレーム
に与えるためのさらに十分大量のデータを要求する。こ
の量のデータを処理するため、特にＨＤＴＶ仕様におい
てデータは圧縮されねばならない。
【０００６】
【従来の技術】映像圧縮技術は、従来の通信チャネル上
でデジタルビデオ信号の効率的送信を可能にする。その
ような手法は、ビデオ信号中の重要な情報のより効率的
表現を引き出すため、隣接した画素のあいだの相関を利
用した圧縮アルゴリズムを使用する。
【０００７】最も効果的でしばしば使用されるビデオ圧
縮のためのアルゴリズムのクラスのひとつは、“変換符
号器”（transform coder）と呼ばれている。そのシス
テムにおいて、ビデオブロックは、映像強度領域と著し
く異なる特性をもった新しい領域へ直線的に連続的に変
換される。ブロックは、離散コサイン変換(ＤＣＴ)の場
合は重ならず、または重ね直交変換(ＬＯＴ)の場合は重
なりうる。ＤＣＴを使用したシステムはチェンとプラッ
トにより説明され、(参照：Chen and Pratt,“Scene Ad
aptive Coder" IEEE Transactions on Communication
s, Vol. COM-32, No. 3, March 1984.)ＬＯＴを使用し
たシステムはマルバーとスターリンにより説明されてい
る。(参照： Malvar and Staelin, “The LOT: Transf
orm Coding Without Blocking Effect," IEEE Tra
nsactions on Acoustics, Speech, and Signal Process
ing, Vol. 37, No. 3, April 1989)ビデオ変換は、映像
強度のサンプル（画素）の間に存在する相関を減少させ
るために使用される。従って、これらの変換は、比較的
少数の変換係数へエネルギーを集中させる。最も一般的
な変換は、人間視覚システムの一つのモデルに基づく係
数の量子化を、簡単に可能にする特性を有する。例え
ば、ＤＣＴは、周波数スペクトルの特定バンドのエネル
ギーを表す、振幅を有する係数を生成する。それゆえ
に、視聴者は高周波又は詳細部のものより、映像の低周
波領域におけるエラーに、より批判的であるという事実
を利用することが可能である。一般的に、高周波係数は
常に低周波より粗く量子化される。
【０００８】ＤＣＴの出力は、二次元の周波数領域でエ
ネルギーを表す係数のマトリクスである。ほとんどのエ
ネルギーは、低周波領域であるマトリクスの左上角に集
中する。もし係数が左上角から始めてジグザグ式に走査
されると、合成されたシーケンスは、特に末尾に向かっ
て長いゼロの列を含むことになる。ＤＣＴ圧縮アルゴリ
ズムの主要な目的の一つは、ゼロを作成すること及び効
率的符号化のためそれらを一緒に束ねることである。
【０００９】低周波係数の粗い量子化及びゼロ以外の係
数の数の減少は、映像の圧縮能率を大きく改善する。そ
の際単純な統計的符号化手法が、残りの情報を効率的に
表すために使用される。これは、通常維持された係数の
振幅を伝達するために可変長符号語の使用を含む。最も
頻繁に発生する小さめの振幅は、短い符号語に割り当て
られる。より少ない確率の大きな振幅は、長い符号語に
割り当てられる。ハフマン符号化及び演算符号化は、し
ばしば使用される統計的符号化の二つの方法である。ハ
フマン符号化は、上記のチェンとプラットのシステムに
使用されている。演算符号化は、ランドンにより説明さ
れている。(参照：Langdon, “An Introduction to Ari
thmetic Coding," IBM Journal for Research Developm
ent, Vol. 28, No. 2, March 1984.)送信された係数の
ストリームからビデオ信号を再構成するために、それぞ
れの係数の配列又はアドレスを知る必要がある。この目
的に対してラン長(runlength)符号化がしばしば使用さ
れる。ラン長符号化の一つの形式は、量子化された変換
係数のシーケンスに対する二次元可変長符号化案に依存
している。あるシーケンスにおいて、ゼロ以外の係数値
（振幅）はひとつの次元として定義され、さらにゼロ以
外の係数に先んずるゼロの数（ラン長）はもうひとつの
次元として定義される。振幅及びラン長の組み合わせ
は、“イベント”（event）として定義される。そのよ
うな案において、映像フレームのサブセットが変換係数
のブロックに変換された後で、ゼロ以外の係数のみが送
信される。それらのアドレスは、ラン長符号を送ること
によってレシーバにおいて決定される。単独のラン長符
号は、走査中の最後のゼロ以外の係数から先んずるゼロ
振幅係数の数を示す。上で述べたように、しばしばブロ
ック内の係数は、ジグザグ走査順序を使用することによ
り直列化される。ハフマン又は演算符号化は、ラン長符
号を表すために再び使用される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】ラン長符号化方法に
は、様々な欠陥がある。例えば、ラン長符号化方法の効
率は、係数が走査される順序に依存する。加えて、ラン
長の確率分布の統計が、走査中の配列に依存して変化す
る。このことは、ラン長を表すため可変長符号語を割り
当てたときに、より複雑になるか効率を悪くする結果と
なる。
【００１１】従来のラン長符号化方法における問題を解
決する、ビデオ変換係数のアドレス情報を符号化するた
めの、方法及び装置を提供することには利点があろう。
そのような方法及び装置は、簡単に実施でき、信頼で
き、価格も手頃なデコーダ機器の大量生産を、可能にす
べきものでなければならない。本発明は、前述の利点を
得る、ブロック内での送信された変換係数の配列を識別
するための方法及び装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明に従って、通信用
ビデオ変換係数を符号化するための方法が提供される。
変換係数の一つのブロックが与えられる。一つのベクト
ルが、所定の範疇に従って、送信されるべきブロックか
らの係数の集合を識別するために生成される。ベクトル
は、送信用のベクトル符号語を与えるため符号化され
る。集合からの係数は、送信用の符号語を与えるため符
号化される。ベクトル符号語は、係数符号語を前記ブロ
ック内の係数の配列に関連付ける。
【００１３】図示された実施例において、ブロックは、
係数のサブセットを含む多数の領域に分割される。ベク
トルは、前記領域の最初の一つでの送信されるべき係数
の集合を識別する。付加的ベクトルは、ブロック内のそ
の他の領域において送信されるべき係数の集合を識別す
るために生成される。付加的ベクトルは、送信のために
必要なものとして符号化される。
【００１４】ブロックの様々な領域に対して生成された
ベクトルは、一つ又はより多くのベクトルのセットがブ
ロック最終判定基準に一致するか否かを決定するため、
所定の順序で分析される。例えば、ブロック最終判定基
準は、セット内に送信されるべき係数がないときに満た
される。この場合、前記セットのすぐ前の前記ブロック
からのベクトルが、ブロック最終ベクトルとして符号化
される。さらにベクトル符号化段階は、セット内に含ま
れるベクトルを符号化することなく終了される。従っ
て、一度ブロック最終ベクトルが特定のブロックに対し
て受信されると、もはやそのブロックの処理は必要では
ない。ブロック内の残りの係数（例えば、すべてのゼ
ロ）は送信されない。
【００１５】一つあるいはそれ以上のベクトルがブロッ
ク最終判定基準を満たすか否かを決定するためにそのベ
クトルを分析する際、ベクトルは所定の順序で試験され
る。この順序は、送信されるべき係数を僅かに含むよう
な領域に対するベクトルから、送信されるべき係数を連
続的により多く含むような領域に対するベクトルへ、進
行する。
【００１６】図示された実施例において、ブロックが分
割された領域の各々は、同数の係数を含む。第一領域
は、他の領域に比べ送信されるべき係数をより多く含む
ようなブロックの範囲から成る。ブロックの他の領域
は、連続的に送信されるべき係数をほとんど含まないよ
うなものである。例えば、送信されるべき係数は、ブロ
ック内ですべてゼロ以外の係数である。ゼロ係数は送信
され得ない。
【００１７】送信されるべき係数を含む領域を表すベク
トルは、前記領域に対する係数とともに送信される。送
信されるべき係数を含まない領域を表すベクトルは、も
し送信されるべき係数を含むブロックのもう一つの領域
に対するベクトルが後に続かなければ、送信されない。
【００１８】その他のベクトル量子化の実施例におい
て、送信されるべき係数の配列は、ベクトルライブラリ
に含まれる有限個のベクトルと比較される。一つのベク
トルが、所定の整合範疇に基づく集合を識別するために
ライブラリから選ばれる。例えば、整合範疇は、実ベク
トルと、他のベクトルから一つを差し引いたときエラー
が最も小さくなるベクトルとの間での整合を含む。
【００１９】符号化装置は、通信用ビデオ変換係数を符
号化するために与えられる。符号化装置は、ビデオデー
タの一部を変換係数の一つのブロックに変換するための
手段を含む。送信されるべきブロックの係数の集合を所
定の範疇に従って識別する、ベクトルを生成する手段が
設けられる。ベクトルは、送信用のベクトル符号語を与
えるため符号化される。また送信されるべき係数は、送
信用の係数符号語を与えるため符号化される。ベクトル
符号語は、係数符号語をブロック内の係数配列に関連付
ける。
【００２０】さらに符号化装置は、ブロック内での送信
されるべき係数のすべての異なる可能な組み合わせを識
別する、多数の符号語を保存するためのメモリ手段を含
む。そのような実施例において、異なる可能なベクトル
の各々に対して、個別の符号語が存在するであろう。ベ
クトル符号化手段は、ベクトルによって識別された係数
の集合の配列に整合する、係数配列の組み合わせを識別
するメモリから符号語を選択する。
【００２１】もう一つの実施例において、メモリ手段
は、ブロック内での送信されるべき係数の有限個の異な
る可能な組み合わせを識別する、多数の符号語を保存す
る。ベクトル符号化手段は、最適整合基準に従って、ベ
クトルによって識別された係数の集合の配列に最適に整
合する、メモリのなかで表された係数配列の組み合わせ
を識別する符号語を選択する。
【００２２】図示された実施例において、符号化装置
は、ブロックを係数のサブセットを含む多数の領域に分
割するための手段を含む。領域の最初の一つにおいて、
ベクトルは、送信されるべき係数の集合を識別する。ブ
ロックの他の領域において、付加的ベクトルは、送信さ
れるべき係数の集合を識別するために生成される。付加
的ベクトルは、必要に応じて符号化される。
【００２３】さらに、符号化装置は、少なくとも一つの
ベクトルが最終ブロック判定基準と一致するか否かを決
定するために、その領域に対して生成されたベクトルを
分析するための手段を含む。もしそうなら、最終ブロッ
ク信号が生成される。例えば、最終ブロック判定基準
は、少なくとも一つのベクトルがブロック内に送信され
るべき係数がもはや存在しないことを示したとき、満た
される。この方式で、不必要な係数（例えばゼロ）の送
信は避けられる。図示された実施例において、分析手段
は、送信されるべき係数を僅かに含むような領域のベク
トルから、送信されるべき係数を連続的により多く含む
ような領域のベクトルへと、所定の順序に従って調査す
ることによって、最終ブロック判定基準を満たすベクト
ルを探す。
【００２４】ブロックが分割される領域は、等しいか又
は実質的に等しい数の係数を各々含んでいる。最初の領
域は、その他の領域より送信されるべき係数をより多く
含むようなブロック内の範囲から成る。ブロックの他の
領域は、連続的に送信されるべき係数を僅かに含むよう
なものである。
【００２５】本発明に従った復号化装置は、ビデオ映像
範囲のブロックからビデオデータを表す、符号化された
係数を受信するための手段を含む。符号化された係数の
集合に対応する、符号化されたベクトルを受信するため
の手段もまた設けられている。ブロック内での係数の配
列を識別するベクトルを再生するために、符号化された
ベクトルを復号化する手段が設けられている。ベクトル
に応答する手段は、実質的に適正な配列で係数を有する
ブロックを再生するため、集合から符号化された係数を
復号化する。
【００２６】符号化されたベクトルは、可変長符号語の
形式で復号化装置により受信される。復号化装置内のメ
モリ手段は、ブロック内の異なる可能な係数配列の組み
合わせを識別する、多数のベクトルを保存する。受信し
たベクトル符号語は、ブロック内での係数の実配列を最
善に識別するベクトルを出力するため、メモリ手段をア
ドレスするのに使用される。他の実施例において、状態
機械が、受信したベクトル符号語に応じて符号化された
ベクトルを復号化する、メモリ手段の替わりに与えられ
る。
【００２７】受信した符号化された係数に対応するビデ
オ映像範囲のブロックは、係数の異なる集合を含む多数
の領域から成る。そのような実施例において、復号化装
置は、係数の異なる集合に対する個別の符号化されたベ
クトルを受信し、復号化する。係数復号化装置は、ブロ
ック内の実質的に適正な配列に、係数の異なる集合を組
み合わせるような個別のベクトルに応答する。
【００２８】符号化されたベクトルは、デコーダ装置に
より検出され処理される付加データを含み得る。例え
ば、現ベクトルに対応するブロックの領域を識別するた
めのタグである、領域タグを付加データから検出するた
めの手段が設けられている。ベクトル復号手段は、現ベ
クトルを復号するタグに応答する。
【００２９】またブロック最終信号は、付加データから
検出される。動作上、係数復号化手段に関連しブロック
最終信号に応答する手段は、ブロック最終信号の検出に
続くブロックの領域を所定の係数で満たす。例えば、そ
れらの係数はゼロから成る。
【００３０】もう一つの実施例において、受信したベク
トルは、ブロック最終ベクトルとして符号化される。動
作上、係数復号化手段に関連し、ブロック最終ベクトル
の検出に応答する手段は、ブロック最終ベクトルによっ
て定義された領域に続くブロックの領域を所定のフィラ
ー係数で満たす。
【００３１】
【実施例】本発明は、可変長エンコーダ及び可変長デコ
ーダを経てデータを連結する際に使用する、“ベクトル
符号化”（vector coding）と呼ばれる新規な技術を提
供する。ここに開示されたベクトル符号化技術は、送信
用に選ばれた変換係数のアドレス指定に関係している。
従来技術であるラン長符号化と異なり、本発明のベクト
ル符号化プロセスは、係数が走査される順序に依存しな
い。従来技術に対するベクトル符号化技術の他の利点
は、以下の議論により明らかとなるであろう。
【００３２】図１は、ビデオデータを送信用に可変長符
号語に変換するためのエンコーダの動作を図解して示し
たものである。ビデオフレーム１０は、画素データの多
数の線から成る。各々の画素１２は、ビデオ輝度又はク
ロミナンス（chrominance）の情報を定義する８ビット
１４から成るデジタル語によって表されている。従来の
デジタルテレビ映像は、フレームの上端から下端に延び
た４８０本の水平の線の各々に対し、フレームにわたっ
て６４０の画素数からなる。高品位テレビでは、一本の
線当たりの画素数及び一フレーム当たりの線数が実質的
により多く与えられる。
【００３３】図１に示されているように、典型的に、ビ
デオ情報を符号化するためのエンコーダは、多数の画素
をビデオブロック１６に変形する。図示された実施例に
おいて、各々のビデオフレームからの画素は８×８ブロ
ック、つまり一ビデオブロック当たりトータルで６４画
素に分類される。画素データを含むビデオブロックは、
変換係数２２の対応するブロック２０を与えるため、従
来の符号変換１８によって各々変換される。例えば、符
号変換１８は、周知の離散コサイン変換又は重ね直交変
換のいずれかを実行する。
【００３４】変換係数２２のブロック２０は量子化器２
４により周知の方法を使って量子化され、量子化器２４
は量子化された係数を可変長エンコーダ２６に出力し、
さらにそれが個別の変換係数を表す符号語を出力する。
符号語は、従来の方法によって通信チャネルを通じて一
つ又はそれ以上のレシーバに送信される。
【００３５】レシーバで、符号語は、図２に示されたデ
コーダを使って元のビデオデータを再生するために復号
化される。受信された符号語は、量子化された変換係数
を再生するために、可変長デコーダ３０へ入力される。
再生ずみの量子化された係数は、逆量子化器３２のなか
で逆に量子化される。合成された変換係数は、個別の再
生された変換係数２２´を含むところの、ブロック２０
´のなかで再び組み立てられる。変換係数の再生された
ブロックは、画素１２´を含むビデオデータ１６´の一
つのブロックを再生するため、３４で指示されたように
逆に変換される。そのとき、画素は、ビデオフレーム１
０´を再構成するためテレビ受像機又はそのようなもの
に出力される。
【００３６】従来技術において、図３に示されたよう
に、送信用係数データを直列化するためジグザグ模様で
ブロック２０の変換係数２２を走査することが通常であ
った。ブロックの左上角がゼロ以外の係数を含み、いく
つかのゼロ係数はブロックの右下角に向かって発見され
る見込みが高いため、そのようなジグザグ走査配列によ
り、結果的に高い確率で長いゼロのラン長が得られる。
ラン長符号化によるこの結果は、一般的に高圧縮の達成
を可能にする。
【００３７】本発明のベクトル符号化案において、高圧
縮率を維持するのに特定の走査パターンは要求されな
い。本発明に従って、独自の符号語が、変換係数のブロ
ック内又は“領域”（regions）と呼ばれるブロックの
部分内で、送信用に選ばれた係数のサブセットを明確に
するために使用される。好適実施例において、ブロック
又は領域から送信用に選ばれた係数のすべての可能な組
み合わせが説明され、独自の符号語が、各々の組み合わ
せを説明するために与えられる。効率は、ブロック又は
領域内で選ばれた係数の異なる集合の各々に、ハフマン
又は演算符号のような可変長符号を割り当てることによ
って達成される。最も確率の高い係数の選択には、最短
符号語が割り当てられる。逆に、ほとんど選択されない
係数の組み合わせには、最長符号語が割り当てられる。
これらの符号語は、完全に各々のブロック又は領域から
送信用に選択された係数の集合を示し、さらにそれらの
符号語は、受信した係数が変換係数のブロックに連続的
に正しく配列されるのを可能にするよう、レシーバへ送
信される。正しく配列された変換係数が逆変換されたと
き、合成されたビデオブロック内の画素データは、ビデ
オ画面上に再構成するために正しい順序に変換される。
【００３８】ここに図示された実施例において、量子化
の後ゼロより大きい振幅を有する係数だけが送信され
る。これらの係数に対する振幅符号は、所定の走査順序
で送信される。ラン長符号化と異なり、振幅符号の送信
される走査順序は、圧縮効率には影響しない。
【００３９】可能な係数の組み合わせ数は（すなわち、
ゼロ及びゼロ以外で登録された変換係数のブロック内の
配列）ブロック又は領域内の係数の数の関数として急激
に増加する。例えば、最も一般的な変換は、８×８係数
ブロックを生成する。この場合、２64通りのゼロ以外の
係数の組み合わせが存在しうる。この多くの符号語をあ
えて符号化したり復号化するシステムを実行することは
容易ではないので、ベクトル符号化された領域のサイズ
を縮小させることが所望される。例えば、８×８ブロッ
クのＤＣＴ又はＬＯＴ係数は、図４に示されたように四
つの領域に小分割される。各々の領域４０，４２，４
４，４６は、１６個の変換係数２２を含む。ＤＣＴ及び
ＬＯＴの両者は、異なる周波数帯でのエネルギーの量を
表す係数を生成する特性を有する。図４において、水平
方向の周波数は、左から右に増加する。垂直方向の周波
数は、上から下へ増加する。左上の係数は、直流又はブ
ロック全体の平均エネルギーを表す。右下の係数は、対
角線構造から明らかなように水平方向及び垂直方向の画
素のサンプリング比によって与えられる、最大周波数を
有するエネルギーに対応している。
【００４０】ほとんどの映像に対して、エネルギーは低
周波数係数に集中する。これらは、図４に示されたブロ
ックの左上角に最も近い係数である。第一ベクトルで表
された第一領域４０は、ゼロ以上となりそうな係数の数
を最大にするため選ばれた。第二領域４２、第三領域４
４、及び第四領域４６は、個別のベクトルによって表現
される。これらの領域は、残りの係数に対してのみ適用
される同じ選択基準（すなわち、ゼロ以外の係数の数を
最大にする）を使用して選択された。図４に示された領
域境界は単に好適なものであって、領域として異なる範
囲の選択は可能だということは認められるべきである。
しかも、図示された領域は四つ以上でも以下でも有り得
る。
【００４１】図５は、変換係数ブロックの第一領域４０
に含まれる係数を走査することによって、如何にベクト
ルが形成されるかという例を図示したものである。箱４
８内の数は、領域内に存する１６個の係数の実振幅を表
す。図示された例において、最上行の係数は、矢印５０
で指示されたように左から右に走査される。第二行は、
矢印５２で指示されたように右から左に走査される。第
三行は、矢印５４で指示されたように左から右に走査さ
れ、第四行は、矢印５６で指示されたように右から左に
走査される。最後に、領域の底部の係数は、矢印５８で
指示されたように走査される。ベクトルは、１６個の各
々の係数がゼロ又はゼロ以上の振幅を有するか否かを示
すよう、走査を基準として形成されている。もし振幅が
ゼロ以上なら係数は送信され、その係数に対してベクト
ルのなかにロジックワンが記入される。もし係数がゼロ
の振幅を有すると、それは送信されず、ベクトルは係数
を表すロジックゼロを含む。従って、ベクトル６０は、
走査された領域の係数の順序に従って領域のどの係数を
送信すべきかを指示する、１６ビット語“111111011111
0110"を含む。ベクトル６０を受信するレシーバは、ベ
クトル内の“ゼロ”項（entry）に対して受信したデー
タストリームに新規な係数が存在しないことを知る。各
々の“ゼロ”項に対して受信した符号語を復号化する代
わりに、レシーバは今受信している領域内に適正な係数
配列でゼロを挿入するにすぎない。ベクトル符号化方法
の効率が、いかなる特定の走査順序にも依存していない
ことから、他のどんな走査順序もベクトルを形成するの
に使用され得るということは認められるべきである。
【００４２】図６は構成図であって、本発明のベクトル
符号化案を実行するのに使用されるエンコーダを示して
いる。ビデオ画素データのブロックは、端子８４を経
て、例えばＤＣＴを実行する変換符号器８６へ入力され
る。合成された係数振幅は、送信用係数符号語を与える
ため、従来の方法で量子化器８８及び可変長エンコーダ
９０に入力される。また本発明に従って、量子化された
係数振幅は、端子７２において入力されたゼロ振幅と係
数振幅の各々を比較する、コンパレータ７４へ入力され
る。コンパレータは、係数がゼロ以外ならロジックワン
を、さもなくばロジックゼロを出力する。ビットプロセ
ッサ７６は、コンパレータから決まったビットを受け取
り、三つの出力を生成する。第一出力は、図５に示され
たベクトル６０のように、決まったビットを１６ビット
語にパッケージし直すことにより得られらベクトルであ
る。この語の各々のビットは、図４に示された四つのベ
クトル分割４０、４２、４４、４６の一つにおける、１
６係数の一つに対応している。“タグ”の２ビットは、
四つのベクトル分割“領域”（region）の内どれが今符
号化されているかを示すのに与えられている。
【００４３】付加的なブロック最終（ＥＯＢ）ビット
は、さらに符号化効率を改善するためにビットプロセッ
サ７６により出力される。ＥＯＢビットは、後続のベク
トル中にゼロ以外の係数が残っているか否かを示す。例
えば、もし第一ベクトル（領域４０のベクトル）が符号
化されていて、領域４２、４４、４６からの第二、第三
又は第四ベクトル中の各々にゼロ以外の係数が残ってい
なければ、そのときＥＯＢビットは高（high)にセット
される。もし第二ベクトルが符号化されていて、第三又
は第四ベクトル中にゼロ以外の係数が残っていなけれ
ば、そのときＥＯＢビットは高（high)にセットされ
る。第三ベクトルの場合、ＥＯＢビットは、第四ベクト
ル中に付加的なゼロ以外の係数が存在するか否かを示
す。四つのベクトル中最後を符号化するときは、ＥＯＢ
ビットは何の働きもしない。ＥＯＢビットをＲＯＭへの
入力として与えることの重要性は、それが二つの異なる
符号語の一つの指定に対し同じベクトルを表すことを許
すということである。もしＥＯＢビットがロジックゼロ
であるなら第一符号語が選ばれ、そしてそれは現領域の
情報のアドレスだけでなく、以下に付加的なゼロ以外の
係数が存在することを示す。もしＥＯＢビットがロジッ
クワンで、ブロック内のすべての残りの係数がゼロであ
ることを示すなら、第二符号語が使用され、それゆえに
符号化プロセスが速く終了する。
【００４４】ビットプロセッサ７６は、各々のブロック
のはじめにリセットされる。この目的のためのリセット
信号は、端子７０を経てビットプロセッサへ入力され
る。ビットプロセッサのすべての関数は、ひとつのプロ
グラム可能な論理素子において容易に実行される。
【００４５】読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）７８は、１
６ビット係数語、２ビット領域タグ及びＥＯＢビットを
ビットプロセッサ７６から特定の可変長符号語に写像す
るのに使用される。また符号語の長さは、送信用に符号
語を直列の流れに連結するためＲＯＭによって出力され
る。図６に示された実施例において、符号語の最大長は
１９ビットである。ベクトル符号語及びＲＯＭ７８から
の長さは、伝送制御装置８２への出力用に、従来の並直
列変換回路８０において直列化される。この点におい
て、ベクトル符号語は、送信用にデジタルデータストリ
ームを与えるため、可変長エンコーダ９０からの係数符
号語とともに多重化される。
【００４６】本発明に従ったベクトルデコーダの実行
は、図７に示されている。エンコーダから受信したデジ
タルデータストリームは、端子１０２を経て逆伝送制御
装置１０４へ入力される。逆伝送制御装置は、ベクトル
符号語を係数符号語から分離する。係数符号語は、符号
語で表現され量子化された係数を出力するＲＯＭを構成
する、可変長デコーダ１１２に入力される。これらの符
号語は、セクション１１４において逆量子化され、そこ
で変換係数をブロック形式に組み立て直す。逆量子化器
は、変換係数の元のブロック内のすべてのゼロ振幅の係
数の部分を示す、ベクトルから引き出された係数の使用
可能信号に応答する。変換係数の再生したブロックは、
ビデオ画素データの再生したブロックの出力を与えるセ
クション１１６において逆変換される。
【００４７】伝送制御装置１０４からのベクトル符号語
出力は、直列か並列のいずれかでバレルシフタ１０６に
入力される。バレルシフタは、最長符号語に対応してＲ
ＯＭ１０８をアドレスするのに使用される１９ビットを
出力する。ＲＯＭは、ビットプロセッサ１１０から出力
された二つの付加的領域タグビットによってアドレスさ
れる。これらのビットは、変換係数のブロックのどの領
域が現に進行中であるか（すなわち、四つのベクトル中
どれが復号化されているか）を示す。当業者は、もしト
ータルで２１ビット以下のサイズのアドレスを有するＲ
ＯＭを用いることが必要なら、圧縮効率にほとんど影響
せずに、最長符号語を１９ビット以下に制限されること
が可能であるということを認識するであろう。他に、多
数のＲＯＭが結合されるか、又は高集積スタティック若
しくはダイナミックＲＡＭが、より大きなメモリ能力を
与えるために使用され得る。他の実施例において、状態
機械が、受信した符号語からのベクトル、ＥＯＢ及び符
号語の長さデータを生成するためにＲＯＭ１０８に代わ
って代用される。デコーダ消費者に所望の比較的低コス
トで実行し得ることから、状態機械の使用は有利であ
る。
【００４８】ＲＯＭ１０８は三つの出力を有する。第一
は、現に復号化されている領域に対して１６係数のどれ
が送信されたのかを示す、復号化されたベクトルであ
る。第二は、ブロックの残りのベクトルを受信し続ける
か、やめるかのいずれかをビットプロセッサ１１０に告
げる、ＥＯＢビットである。第三のＲＯＭ出力は、復号
語の実長である。これは、次の符号語の始まりと同期さ
せるためにバレルシフタによって使用される。ビットプ
ロセッサは、並列入力のＲＯＭデータを所望のブロック
の走査順に出力される、６４ビットの直列流に変換す
る。これらの“使用可能係数”ビットは、エンコーダで
送信用に選ばれた係数を識別するために逆量子化器１１
４へ入力される。またビットプロセッサは、２ビットの
領域タグから現に復号化されているベクトルを識別す
る。ビットプロセッサ及びバレルシフタは、端子１００
に入力されたリセット信号により、各々のブロックの始
めにリセットされる。エンコーダのときと同様、デコー
ダビットプロセッサは、ひとつのプログラム可能なロジ
ック素子において簡単に実行される。
【００４９】他の実施例において、本発明のベクトル符
号器は、ベクトル量子化器として実行される。違いは、
ベクトル量子化器が有限個のベクトル選択のパターンを
送信することしかできないということである。新しいベ
クトルが観測されるたびに、どれが最も良く整合するか
決定するため、ベクトルライブラリに保存された許容ベ
クトルのリストと比較される。最も整合するベクトルに
対応する符号語は、たとえそれがいくつかの係数の振幅
がゼロであることを強いて要求しても、若しくはゼロ振
幅を有するいくつかの係数に送信されることを要求して
も、デコーダに送信される。後者の場合は、係数値が送
信されているとき特別のゼロ振幅符号語が保管されるこ
とを要求する。
【００５０】ベクトル量子化案の欠点は、エンコーダが
領域に対する実ベクトルとライブラリの中のベクトルと
の間の最適な整合を決定するのに、付加的な複雑さを要
求するということである。しかしながら、ベクトル量子
化案は、メモリ容量が減少すること、及び可能なベクト
ルの数の減少によりベクトル符号語の効率をわずかなが
ら改善したということの利点を有する。
【００５１】本発明は、ビデオ変換係数の符号化のため
の新規な及び改善された手法を提供するということが今
や認識されるべきである。送信されるべき係数を表す係
数符号語（例えば、ゼロ以外の係数）は、ベクトル符号
語と一緒に送信される。ベクトル符号語は、係数符号語
を変換係数のブロック内の係数配列に関連付ける。好適
実施例において、変換係数のブロックは、第一ベクトル
のためにゼロ以上の係数の数を最大化するように選ばれ
た領域と、ゼロ以外の係数を連続的に含みにくいベクト
ルを生成するその他の領域を有する多数の領域に分割さ
れる。本発明は、ベクトル符号器又はベクトル量子化器
のいずれかで実行され得る。
【００５２】発明は特定の実施例に関して説明されてき
たが、当業者は前記請求範囲に示された発明の思想及び
視点から離れずに多くの応用及び変形がなされ得るとい
うことを認識するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】ビデオデータを送信用可変長符号語に変換する
ためのエンコーダの動作を示した略示図である。
【図２】図１のエンコーダからの可変長符号語の出力を
テレビその他の画面用にビデオデータに逆変換するため
のデコーダの略示図である。
【図３】変換係数のブロックを直列化するため従来技術
のエンコーダにおいて使用されたジグザグ走査順序の略
示図である。
【図４】変換係数のブロックの本発明に従った領域への
分割を示した略示図である。
【図５】図４の最初の領域がいかに本発明に従ったベク
トルを与えるため走査され得るかを示した図解である。
【図６】本発明に従ったエンコーダ装置を示したブロッ
ク図である。
【図７】本発明に従ったデコーダ装置を示したブロック
図である。
【符号の説明】
１２ 画素 １６ ビデオブロック ２０ 変換係数 ２４ 量子化器 ２６ 可変長符号器 ４０ 第一領域 ４２ 第二領域 ６０ ベクトル ７４ コンパレータ ７６ ビットプロセッサ ７８ ＲＯＭ ８０ 並直列変換回路 ８２ 伝送制御装置 １０６ バレルシフタ
フロントページの続き (72)発明者 アダム・トム アメリカ合衆国カリフォルニア州ラヨラ・ シー−23、トレイ・パインズ・ロード2610 (72)発明者 ヴィンセント・リュー アメリカ合衆国カリフォルニア州サン・ガ ブリエル、サンタ・ネッツ・ストリート 8219

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 通信用ビデオ変換係数の符号化のための
    方法であって、 変換係数のブロックを与える段階と、 所定の範疇に従って、前記ブロックからの送信されるべ
    き係数の集合を識別するためのベクトルを生成する段階
    と、 送信用のベクトル符号語を与えるために前記ベクトルを
    符号化する段階と、 送信用係数符号語を与えるために前記集合から係数を符
    号化する段階と、 から成り、 前記ベクトル符号語が、係数符号語を前記ブロック内で
    の係数配列に関連付ける、 ところの符号化方法。
  2. 【請求項２】 前記領域の最初の一つにおいて、前記ブ
    ロックを、送信されるべき係数の集合を識別する前記ベ
    クトル及び係数のサブセットを含む多数の領域に分割す
    る段階と、 前記ブロックの他の領域において、送信されるべき係数
    の集合を識別するために符号化する付加的ベクトルを生
    成する段階を更に含む、 請求項１の符号化方法。
  3. 【請求項３】 前記ベクトルのセットが、ブロック最終
    判定基準を満たすか否か決定するために所定の順序で、
    前記領域に対して生成されたベクトルを分析する段階
    と、 前記セットの直前の前記ブロックからのベクトルを、も
    し前記判定基準が前記セットに対し満たされたなら、ブ
    ロック最終ベクトルとして符号化する段階と、前記セッ
    ト内のベクトルを符号化せずに、前記ベクトルの符号化
    を終了する段階を更に含む、 請求項２の符号化方法。
  4. 【請求項４】 前記セット内に送信されるべき係数が存
    在しないとき、前記ブロック最終判定基準が満たされ
    る、 ところの請求項３の符号化方法。
  5. 【請求項５】 送信されるべき係数を僅かに含むような
    領域に対するベクトルから、送信されるべき係数を連続
    的により多く含むような領域に対するベクトルへと、前
    記所定の順序が進行する、 ところの請求項３の符号化方法。
  6. 【請求項６】 前記領域が各々実質的に等しい数の係数
    を含み、 前記第一領域は、他の領域より送信されるべき係数をよ
    り多く含むような前記ブロックの範囲から成り、 前記ブロックの他の領域は、送信されるべき係数を連続
    的により少なく含むようなものである、 ところの請求項２から請求項５のうちの一つの符号化方
    法。
  7. 【請求項７】 送信されるべき係数を含む領域を表すベ
    クトルは、前記領域に対する係数とともに送信され、 送信されるべき係数を有しない領域を表すベクトルは、
    送信されるべき係数を含むベクトルが次に続かなければ
    送信されない、 ところの請求項６の符号化方法。
  8. 【請求項８】 前記ベクトルを生成する段階が、 送信されるべき係数の前記集合の配列を、ベクトルライ
    ブラリ内の有限個のベクトルによって示された配列と比
    較する段階と、 所定の整合範疇に基づく前記集合を識別するために、前
    記ライブラリからベクトルを選択する段階とから成る、 ところの請求項１の符号化方法。
  9. 【請求項９】 前記ブロックを、ブロック内に含まれる
    係数の異なるサブセットを含む多数の領域へ分割する段
    階を更に含み、 前記領域は、各々実質的に等しい数の係数を含み、 第一領域が、他の領域より送信されるべき係数をより多
    く含むような前記ブロックの範囲から成り、 前記ブロックの他の領域は、送信されるべき係数を連続
    的により少なく含むようなものである、 ところの請求項８の符号化方法。
  10. 【請求項１０】 請求項９の符号化方法であって、 前記ベクトルは、前記第一領域において送信されるべき
    係数の集合を識別し、付加的ベクトルが、前記ブロック
    の他の領域内で送信されるべき係数の集合を識別するた
    め生成され、 送信されるべき係数を含む領域を表すベクトルが、前記
    領域に対して係数とともに送信され、 さらに、送信されるべき係数を含まない領域を表すベク
    トルが、送信されるべき係数を含むベクトルが次に続か
    なければ送信されない、 ところの方法。
  11. 【請求項１１】 通信用ビデオ変換係数を符号化するた
    めのエンコーダ装置であって、 ビデオデータの一部を変換係数のブロックへ変換する手
    段と、 所定の範疇に従って、係数の集合を、送信されるべき前
    記ブロックから識別するためのベクトルを生成する手段
    と、 送信用にベクトル符号語を与えるため前記ベクトルを符
    号化する手段と、 送信用に係数符号語を与えるため前記集合からの係数を
    符号化する手段と、 から成り、 前記符号語は、係数符号語を前記ブロック内の係数配列
    と関連付ける、 ところの装置。
  12. 【請求項１２】 前記ブロック内での送信されるべき係
    数のすべての異なる可能な組み合わせを識別する、多数
    の符号語を保存する手段を更に含み、 前記ベクトル符号化手段は、前記ベクトルによって識別
    された係数の集合の配列を整合する、送信されるべき係
    数の組み合わせを識別する前記メモリから符号語を選択
    する、 ところの請求項１１のエンコーダ装置。
  13. 【請求項１３】 前記ブロック内での送信されるべき係
    数の有限個の異なる可能な組み合わせを識別する、多数
    の符号語を保存するメモリ手段を更に含み、前記ベクト
    ル符号化手段は、最適な整合基準に従って、前記ベクト
    ルにより識別された係数の集合の配列に最も整合する、
    前記メモリ内で表された送信されるべき係数の組み合わ
    せを、識別する符号語を選択する、 ところの請求項１１のエンコーダ装置。
  14. 【請求項１４】 前記最初の一つの領域において、送信
    されるべき係数の集合を識別する前記ベクトル及び前記
    係数のサブセットを含む多数の領域に前記ブロックを分
    割する手段と、 前記ブロックの他の領域内で、送信されるべき係数の集
    合を識別ため符号化する付加的ベクトルを生成する手段
    とを更に含む、 ところの請求項１１のエンコーダ装置。
  15. 【請求項１５】 前記ベクトルの一つが、ブロック最終
    判定基準を満たすか否かを決定するため、前記領域に対
    して生成されるベクトルを分析する手段と、前記判定基
    準を満たすベクトルを、ブロック最終ベクトルとして識
    別するために符号化する手段とを更に含む、 ところの請求項１４のエンコーダ装置。
  16. 【請求項１６】 送信されるべき係数を識別する後続の
    ベクトルがブロック内に存在しないとき、前記ブロック
    最終判定基準は満たされる、 ところの請求項１５のエンコーダ装置。
  17. 【請求項１７】 前記分析手段は、送信されるべき係数
    を僅かに含むような領域に対するベクトルから、送信さ
    れるべき係数を連続的により多く含むような領域に対す
    るベクトルへと進行する所定の順序で、前記ベクトルを
    検査することによって、ブロック最終判定基準を満たす
    ベクトルを探す、 ところの請求項１６のエンコーダ装置。
  18. 【請求項１８】 前記領域の各々は、実質的に等しい数
    の係数を含み、 前記第一領域は、他の領域より送信されるべき係数をよ
    り多く含むような前記ブロックの範囲から成り、 前記ブロックの他の領域は、送信されるべき係数を連続
    的により含まないようなものである、 ところの請求項１４のエンコーダ装置。
  19. 【請求項１９】 前記ブロック内での送信されるべき係
    数のすべての異なる可能な組み合わせを識別する、多数
    の符号語を保存するメモリ手段を更に含み、前記ベクト
    ル符号化手段は、符号化されるベクトルによって識別さ
    れた係数の集合の配列を整合する符号語を、送信される
    べき係数の組み合わせを識別する前記メモリから選択す
    る、 ところの請求項１４のエンコーダ装置。
  20. 【請求項２０】 前記ブロック内での送信されるべき係
    数の有限個の異なる可能な組み合わせを識別する、多数
    の符号語を保存するメモリ手段を更に含み、前記ベクト
    ル符号化手段は、最適な整合基準に従って符号化された
    ベクトルにより識別された係数の集合の配列に最もよく
    整合する、前記メモリにおいて表された送信されるべき
    係数の組み合わせを識別する符号語を選択する、 ところの請求項１４のエンコーダ装置。
  21. 【請求項２１】 ビデオ変換係数を復号化するためのデ
    コーダ装置であって、 ビデオ映像範囲のブロックから、ビデオデータを表す符
    号化された係数を受信するための手段と、 前記符号化された係数の集合に対応する、符号化された
    ベクトルを受信する手段と、 前記ブロック内での前記係数の配列を識別するベクトル
    を再生するため、前記符号化されたベクトルを復号化す
    る手段と、 前記ブロックを実質的に適正な配列の前記係数で再生さ
    せるため、前記集合から符号化された係数を復号化す
    る、前記ベクトルに応答する手段と、 から成るデコーダ装置。
  22. 【請求項２２】 前記符号化されたベクトルは、符号語
    として受信される、ところの請求項２１のデコーダ装置
    であって、 前記ブロック内での送信された係数配列の異なる可能な
    組み合わせを識別する、多数のベクトルを保存するメモ
    リ手段が更に含まれ、 前記符号語は、前記ブロック内での送信された係数の実
    際の配列を、最適に識別するベクトルを出力するためメ
    モリ手段をアドレスするのに使用される、 ところのデコーダ装置。
  23. 【請求項２３】 前記符号化されたベクトルは、符号語
    として受信され、 前記符号化されたベクトルを復号化するための前記手段
    は、前記符号語に応答する状態機械から成り、 ところの請求項２１のデコーダ装置。
  24. 【請求項２４】 前記ブロックは、前記係数の異なる集
    合を含む多数の領域から成り、 個別の符号化されたベクトルが受信され、さらに異なる
    領域に対して復号化され、 前記係数復号化手段は、異なる係数の集合をブロック内
    で実質的に適正な配列に組み立てる、個別ベクトルに応
    答する、 ところの請求項２１から請求項２３のなかの一つのデコ
    ーダ装置。
  25. 【請求項２５】 前記符号化されたベクトルは、付加的
    データを含む、 ところの請求項２４に従ったデコーダ装置であって、 現ベクトルの対応する前記ブロックの領域を識別する、
    領域タグを前記付加的データから検出する手段を更に含
    み、 前記ベクトル復号化手段は、現ベクトルを復号化するた
    めの前記タグに対応する、 ところの前記装置。
  26. 【請求項２６】 前記付加的データからブロック最終信
    号を検出する手段と、 動作上、前記係数復号化手段と関連し、前記ブロック最
    終信号に応答する、前記ブロックの残りの領域を所定の
    フィラー係数で満たすための手段とを更に含む、 ところの請求項２５のデコーダ装置。
  27. 【請求項２７】 前記受信したベクトルの一つが、ブロ
    ック最終ベクトルとして符号化されているか否かを検出
    する手段と、 動作上、前記係数復号化手段と関連し、前記検出手段に
    応答する、前記ブロック最終ベクトルにより定義された
    領域に続く、前記ブロックの領域を所定のフィラー係数
    で満たすための手段とを更に含む、 ところの請求項２４のデコーダ装置。
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