JPH0817491B2 - ビデオ信号のハイブリッド・コーディング・システムにおける改良 - Google Patents

ビデオ信号のハイブリッド・コーディング・システムにおける改良

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JPH0817491B2
JPH0817491B2 JP3045471A JP4547191A JPH0817491B2 JP H0817491 B2 JPH0817491 B2 JP H0817491B2 JP 3045471 A JP3045471 A JP 3045471A JP 4547191 A JP4547191 A JP 4547191A JP H0817491 B2 JPH0817491 B2 JP H0817491B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ビデオ信号コーディン
グ・システムに関し、とりわけ静止画および動画がコー
ディングされるときのハイブリッド・コーディング・シ
ステムに適用されるべき方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】ビデオ信号のコーディングにおいて、静
止画（フォトグラフイック・ビデオテックス）あるいは
動画（ビデオ会議、可視電話）をコーディングする問題
は、一般に別々なものと考えられている。既に国際的に
標準化されあるいはその標準化が進行している適切なコ
ーディング・アルゴリズムが、両方のタイプの画像のた
めに開発されてきた。
【０００３】より特定的には、動画に対してＣＣＩＴＴ
（国際電信電話諮問委員会）の研究グループＳＧＸＶ
は、ＣＣＩＴＴ勧告Ｈ２６１の主題となる、同期ネット
ワークで採用されるべきコーディング方法を定義してい
る。このグループにより示唆された方法は、所謂ハイブ
リッド・タイプのディファレンシャル・プロセスで、そ
れによると与えられた瞬間において、 （１）オリジナルである現在のフレームと、その前の瞬
間に関するコード化されたフレームとの間の差が計算さ
れ、 （２）動作補償がこの差に適切であるかどうかについて
のチェックがなされ、 （３）２次元的ディスクリート・コサイン・トランスフ
ォーム（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓ
ｆｏｒｍ）が画素ブロックに対して行われ、この場合、
この画素ブロックは動作補償が為された可能性があるも
のであり、 （４）そのトランスフォーム係数（変形係数）が、可変
ステップ量子化装置により量子化され、そして、 （５）量子化された係数が、可変長のコードによりコー
ド化される。
【０００４】コーダとコード化された信号を利用機器へ
伝送する線路との間に接続された伝送バッファーの占有
（ふさがり方）に依存して、量子化ステップは周期的に
更新される。大きな変化を有するシーンについては、こ
の差にではなく現在のフレームのブロックに対して変形
を加えることも可能である。
【０００５】この方法は、例えば、１９８８年１１月２
８日〜１２月１日米国フロリダ州ハリウッドで開催され
たＩＥＥＥ世界通信会議および展示会（Ｇｌｏｂａｌ
Ｔｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｃｏｎｆｅｒ
ｅｎｃｅ ＆ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ）（Ｇｌｏｂｅｃ
ｏｍ ８８）に提出されその議事録（Ｃｏｎｆｅｒｅｎ
ｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ）の ｐｐ．９９２−９
９６，９９７−１００４および１００５−１０１０に、
それぞれ論文３１．１，３１．２および３１．３として
掲載された、ニコル（Ｒ．Ｃ．Ｎｉｃｏｌ）およびムカ
ワ（Ｎ．Ｍｕｋａｗａ）による『ＣＣＩＴＴ ＳＧＸＶ
における動画ビデオ・コーディング−コード化画像フォ
ーマット（Ｔｈｅ ｃｏｄｅｄ ｐｉｃｔｕｒｅ ｆｏ
ｒｍａｔ）』、プロンペン（Ｒ．Ｐｌｏｍｐｅｎ）、ハ
トリ（Ｙ．Ｈａｔｏｒｉ）、グエン（Ｗ．Ｇｕｅｎ）、
グイチャード（Ｊ．Ｇｕｉｃｈａｒｄ）、ググリーモ
（Ｍ．Ｇｕｇｌｉｅｍｏ）およびブルセビッツ（Ｈ．Ｂ
ｒｕｓｅｗｉｔｚ）による『ＣＣＩＴＴ ＳＧＸＶにお
ける動画ビデオ・コーディング−ビデオ・ソース・コー
ディング（Ｍｏｔｉｏｎ ｖｉｄｅｏ ｃｏｄｉｎｇ−
Ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｄｉｎｇ）』およびカー（Ｍ．Ｃａ
ｒｒ）、グイチャード（Ｊ．Ｇｕｉｃｈａｒｄ）、マツ
ダ（Ｋ．Ｍａｔｓｕｄａ）、プロンペン（Ｒ．Ｐｌｏｍ
ｐｅｎ）およびスピーデル（Ｊ．Ｓｐｉｅｄｅｌ）によ
る『ＣＣＩＴＴ ＳＧＸＶにおける動画ビデオ・コーデ
ィング−ビデオ・マルチプレックスおよび伝送コーディ
ング（Ｍｏｔｉｏｎ ｖｉｄｅｏ ｃｏｄｉｎｇ−Ｔｈ
ｅ ｖｉｄｅｏ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ ａｎｄ ｔｒａ
ｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｃｏｄｉｎｇ）』と題する諸論文
に開示されている。
【０００６】また、非同期ネットワークにおける使用を
可能とするため、このアルゴリズムに対する幾つかの改
良も提案されているが、その非同期ネットワークにおけ
る使用に対しては、それらの本質的なフレキシビリティ
ーが、とりわけビデオ会議および可視電話に関する信号
のような非均質な情報の流れによつて特徴付けられるビ
デオ信号の伝送に好適なので、関心が増大しつつある。
改良アルゴリズムの一例は、１９８９年ハノーバーで開
催された、動画ビデオの６４ ｋｂｉｔ／ｓコーディン
グについての第二回国際ワークショップ（Ｓｅｃｏｎｄ
Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｗｏｒｋｓｈｏｐ ｏ
ｎ ６４ ｋｂｉｔ／ｓ Ｃｏｄｉｎｇｏｆ Ｍｏｖｉ
ｎｇ Ｖｉｄｅｏ）に提出された発明者らによる『低い
ビット・レートで動作するＡＴＭ適用ビデオ・コーディ
ング・アルゴリズム（Ａｎ ＡＴＭ ａｄａｐｔｅｄ
ｖｉｄｅｏ ｃｏｄｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｏｐ
ｅｒａｔｉｎｇ ａｔ ｌｏｗ ｂｉｔ−ｒａｔｅ
ｓ）』と題する論文に開示されている。このアルゴリズ
ムにおいては、そのコーディング操作がＣＣＩＴＴの研
究グループによつて示唆されたものと基本的に同一であ
る。しかし伝送は可変ビット・レートで起こり、ネット
ワーク制御装置により伝送の開始前にセットされ、かつ
伝送中、周期的に監視される、平均ビット・レートおよ
びピーク・ビット・レートにより特徴付けられており、
その結果量子化ステップ及び事によると空間および時間
解像度も適用することとなる。
【０００７】
【発明が解決しようとしている問題点】ビデオ会議およ
び可視電話の場合、話者の姿（動画成分）に限らず、略
図あるいは書かれたテキスト（静止画成分）も伝送する
必要がある。このコーディング・アルゴリズムはディフ
ァレンシャルタイプ（差分タイプ）のものであるから、
連続したフレーム間の差は、静止画がコード化されると
きはヌル（ｎｕｌｌ）とすべきである。そして短時間そ
れ以上のビットは伝送すべきでない。しかしながら、実
際には、変形操作及び量子化操作、並びにカメラの両方
により導入されたノイズの為、同期および非同期の両ネ
ットワークの場合、静止画の連続フレーム間には常に差
が存在する。その結果、コード化された画像の品質を向
上することなく、コーダはビット伝送を続ける。そこ
で、画像コーディング・ビットの伝送は、他の情報の伝
送からリソースを差し引く。
【０００８】これまでこの問題に対して何らの解決も示
唆されていない。理論的には、動画のシーンから静止画
のシーンに移るときに異なるコーディング・アルゴリズ
ムに切り換え、また何らかの標準静止画コーディング・
アルゴリズムにより後者の画像をコードする工夫ができ
るはずである。このことは、２つの異なるコーディング
・システムばかりではなく、シーン変更を合図し、一つ
のコーディング・システムから他のコーディング・シス
テムに切り換えさせる手動制御の装置を必要とするの
で、複雑性をかなり増大させる。これに加えて、動画コ
ーディングに復帰したとき、このコーディング・アルゴ
リズムは、コード化された画像の低品質期間を伴う新し
い初期化を必要とする。
【０００９】
【問題点を解決するための手段】これに対して本発明
は、同一のビデオ伝送中に動画および静止画の両方に対
して使用可能で、静止画の所望の品質がコーディング・
ビットの無駄なしに達成でき、また充分な高品質で動画
コーディングに復帰させ得る方法を提供する。
【００１０】それゆえ本発明は、予め定められた周波数
で生じるフレームの列であり、且つその各々のフレーム
が予め定められた数の画素を含むラインの列により形成
されている該フレームの列として編成された、動画およ
び静止画の両方に関するビデオ信号のハイブリッド・デ
ジタル・コーディング方法であって、各フレームが複数
の階層レベルを定める画素グループに細分割され、各フ
レームについて、第１の階層レベルに属する各グループ
に対して選ばれた量子化規則により量子化された後、現
在のフレームに対して、または現在のフレームと動作補
償を受けた可能性のある予測フレームとの間の有意な差
に対して適用された２次元変形の係数がコーディングさ
れ、そして採用したコーディングのタイプおよび量子化
規則に関する情報を含むコード化された信号が発生さ
れ、該コード化された信号は可変ビット・レートで非同
期的に伝送され、第１の階層レベルの画素グループに適
用された量子化規則がコーディング制御装置により定め
られた量子化ステップを使用し、かつ該量子化規則が伝
送ビット使用可能度により変化し、更に各フレームにつ
いて、第２の階層レベルに属する画素グループであり、
且つそれ以前の連続した最初の数フレームに対して予め
定められたコーディングタイプが用いられた該画素グル
ープが計数され、そのフレームが静止画または動画に属
するかを認識し、静止画を認識したら、該第１の階層レ
ベルに属するそのような画の各画素グループについて、
量子化ステップが全グループについて同一である予め定
められた最小値に向って収斂され、該量子化ステップの
収斂が、 （ａ）静止画の異なるフレーム中のそのグループについ
て使用された量子化ステップを記憶する操作、 （ｂ）現在のフレームまで使用されてきた最小の量子化
ステップであるリアル量子化ステップを検出して記憶す
る操作、 （ｃ）リアル量子化ステップと、コーディング制御装置
により現在のフレーム中のそのグループについて定めら
れた量子化ステップとを比較する操作、 （ｄ）もし量子化ステップがリアル量子化ステップより
小さいならば、コーディング制御装置により定められた
ステップに等しい量子化ステップを用いて、そのグルー
プに関する変形係数をコード化し、もしコーディング制
御装置により定められた量子化ステップがリアル量子化
ステップより大きいか又は等しいならば、ビット使用可
能度が低い場合には、第１の予め定められた量だけリア
ル量子化ステップを増加して得られる政策的量子化ステ
ップによって係数をコード化し、また、ビット使用可能
度が高い場合には、第２の予め定められた量だけリアル
量子化ステップを減少して得られるステップによって係
数をコード化し、もしリアル量子化ステップの値が第２
の予め定められた量より小さいならば、ビット使用可能
度が高い場合に用いられるコード化量子ステップは単位
ステップとなる操作、及び （ｅ）そのコーディングがリアル量子化ステップより小
さい量子化ステップによつて行われたときには、該リア
ル量子化ステップを更新する操作によって為される、上
記ビデオ信号のハイブリッド・デジタル・コーディング
方法を提供する。
【００１１】有利には、フレームが輝度画素と色光度画
素のブロック、マクロブロック、及びマクロブロックの
グループに分割されている画像に対して、本方法による
収斂操作がフレーム内のマクロブロックの各グループ毎
に行われ、静止画が以下の条件を満たすマクロブロック
を計数することにより認識される。 （ア）変形が現在のフレームと予測フレームとの間の差
に適用されていて、 （イ）変形係数がコーディングされていて、そして （ウ）動作補償が予測して為されている。
【００１２】本発明のその他の特徴によれば、漸進的に
増大する空間および／または時間的解像度レベルが静止
画コーディングの間に使用され、また第１の階層レベル
に属する種々のグループに対して使用される量子化ステ
ップを最小値に向かって収斂させる操作が、各解像度レ
ベル毎に行われる。
【００１３】本発明の特徴は、添付図面を参照すること
で、より明らかとなるであろう。
【００１４】図１中の参照記号ＣＯＤは、全体としてＣ
ＣＩＴＴの研究グループによつて開発され、非同期ネッ
トワークにおける使用に適用されたタイプの、動画のた
めのコーダを示すものである。このコーダにおける本発
明の適用はそのコーダの構造の変更を伴うものではな
い。よって、本発明を理解するのに必要な程度にその構
造は描かれている。
【００１５】このコーダは、図示していないテレビジョ
ン・カメラから、テレビジョン伝送の個別のフレームに
関連するデジタル・サンプル（画素）を受け、それをフ
レーム・メモリＭＱ１に格納する。このサンプルは、各
フレーム毎に、コーディング制御装置ＣＣＤによつて確
立された解像度を有するデジタル化画像を、下流の機器
に供給するように、ＭＱ１から読み取られる。より特定
的に言えば、読み取り中、ＣＣ１ＴＴの研究グループＳ
ＧＸＶの提案による、３６０ｘ２８８の輝度画素（フレ
ーム当たり３６０本のラインで、ライン当たり２８８の
画素）および１８０ｘ１４４の色光度画素の標準解像度
をもたらすサブサンプリングが行われる。本発明者らに
よる上記論文で述べたように、解像度はビット利用可能
度に依存して伝送中に変更できる。このビット利用可能
度は、例えば、以下『エクセス（ｅｘｃｅｓｓ）』とし
て引用されるパラメータの関数であり、このパラメータ
は、伝送開始から現在の瞬間までに作られたビット数
と、伝送開始前にセットされた平均ビット・レートで操
作する固定ビット・レート・チャンネル上で同一時間中
に伝送可能であつた筈のビット数との差を表す。これに
加えて、静止画コーディング中の解像度の増大が、以下
に明らかとされるように、コーディングの発展に基づい
て可能となる。空間解像度を変更する可能性は、解像度
制御装置の存在によって示されている。この解像度制御
装置は、コーディング制御装置ＣＣＤによつて駆動さ
れ、基本的にメモリ装置からなる。そのメモリ装置内で
は、コーディング操作に実際に使用されるサンプルが格
納される。
【００１６】コード化されるべきサンプルは、常にＣＣ
ＩＴＴの研究グループＳＧＸＶの提案に従い、階層構造
をなして編成される。それによれば、サンプルの次のよ
うなグルーピングが為される。それは、８ｘ８の輝度ま
たは色光度画素のブロック（Ｂ）（即ち、８本の連続ラ
インの各々における８個の隣接サンプル）、１６ｘ１６
の輝度画素（４個のブロックＢ）のマクロブロック（Ｍ
Ｂ）および８ｘ８の色光度（Ｕ，Ｖ）画素の物理的に同
一空間を占めるセット、及び１１個のマクロブロックを
３本の列上に並べた３３個のマクロブロックよりなるマ
クロブロックのグループ（ＧＯＢ）である。従って、１
フレームは１２個のマクロブロックグループを含む。コ
ーディング・アルゴリズムは、マクロブロック上で操作
されるので、幾つかの画素は、マクロブロックの数が整
数となるように除去される。実際の解像度は、３５２ｘ
２８８（輝度）および１７６ｘ１４４（色光度）であ
る。
【００１７】現在のフレーム中の画像の特性に依存し
て、コーディング制御装置ＣＣＤは、コーディングが現
在のフレームのみ（フレーム内コーディング）を考慮す
るべきか、現在およびその前のフレームの両方（フレー
ム間コーディング）を考慮しなければならないかを決定
する。もしフレーム内コーディングが行われるならば、
現在のフレームのサンプル・ブロックが、二次元変形
（例えば、ディスクリート・コサイン・トランスフォー
ム）を計算する装置ＴＲに送られる。これに対して、フ
レーム間コーディングの場合は、現在のフレームと量子
化および再構成された前のフレームとの間の差が伝送さ
れる。加算器ＳＭ１は、その差を計算する装置である。
ＣＣＤにより制御されるスイッチＳＷにより、フレーム
内あるいはフレーム間コーディングのいずれかが選択で
きる。
【００１８】回路ＴＲは、フレーム内コーディングの場
合、全てのブロックについて二次元変形を行う。一方、
フレーム間コーディングならば、前のフレームにおける
同類のブロックから有意に異なる差異ブロック、又は前
のフレームに関して変位したブロックから有意に異なる
差異ブロックのみについて、変形が行われる。ＴＲにお
いて計算された変形係数は量子化器ＱＵに供給される。
量子化器ＱＵは、予め定められたしきい値を超過してい
る全ての係数を量子化規則により量子化する。この量子
化規則は、コーディング制御装置ＣＣＤによりマクロブ
ロック・グループ・レベルでエクセス・パラメータの関
数として選ばれる。量子化された係数は、一方では、そ
れらを可変長コーディングによりコード化する回路ＣＬ
Ｖ１に、他方では、逆量子化器ＱＩＮに送られる。逆量
子化器ＱＩＮには、逆変形を計算する回路ＡＴ、および
加算器ＳＭ２が続く。この加算器ＳＭ２は、ＡＴにより
供給される量子化および再構成が為された差を、第２フ
レーム・メモリーＭＱ２に格納されているブロックに加
算し、それにより、前のフレームに関する再構成ブロッ
クを形成する。再構成ブロックは、ＭＱ２の更新された
内容を形成する。
【００１９】メモリーＭＱ１およびＭＱ２に読み込まれ
たサンプルは、変位評価回路ＳＳに供給される。この変
位評価回路ＳＳは、フレーム間コーディングの場合に作
動し、現在のフレーム中のコード化されるべきブロック
を前のフレームの隣接するブロックと比較し、考慮され
た画像部分の変位のみよりなる変化を認識し、かつ変位
の実体（動作補償）を評価する。この回路は、マクロブ
ロックに関する変位ベクターを計算し、それをメモリー
ＭＱ２と低域通過フィルタＦＬに供給する。この低域通
過フィルタＦＬは、動作補償の場合に作動してコントラ
ストを減少させる。また、この回路は、上記変位ベクタ
ーの計算値を、第２可変長コーダーＣＬＶ２にも供給す
る。この第２可変長コーダーＣＬＶ２は、前のベクター
に対して差分的な方法で０と異なるベクターをコード化
する。変位ベクターは、例えば上述のプロンペンの論文
に記述したように、計算され得る。ＣＬＶ１およびＣＬ
Ｖ２から出ていく信号およびフレーム間／フレーム内コ
ーディングを示すフラグは、コーディング制御装置ＣＣ
Ｄによって用いられ、次のようなマクロブロックの分類
を得る。即ち、フレーム内コード化マクロブロック、非
補償・非コード化マクロブロック（即ち、変位ベクター
がヌル（ｎｕｌｌ）で、変形係数がコード化されていな
いマクロブロック）、非補償・コード化マクロブロック
（即ち、変位ベクターがヌル（ｎｕｌｌ）であるが、変
形係数がコード化されているマクロブロック）、補償・
非コード化マクロブロック（コード化された変位ベクタ
ーだけが伝送されるマクロブロック）、および補償・コ
ード化マクロブロック（コード化された変位ベクターと
コード化された変形係数の両方が伝送されるマクロブロ
ック）である。
【００２０】かような分類を表す信号は、ＣＬＶ１およ
びＣＬＶ２によりコード化された信号、使用した量子化
器のインデックスおよびその他のサービス情報と共に、
マルチレクサＭＸにより、適当なフォーマット（例え
ば、上述のカーの論文に記述し示されたフォーマット）
のコード言語に組合せられる。ＭＸの出力信号は、コー
ド化されたビデオ信号を形成する。続いて、この信号
は、他の信号、例えば、音声信号、データ信号、このコ
ーダが採用されるところのサービスのタイプにより必要
とされる特殊な合図と組み合わせられ、受信機側のデコ
ーディング装置に送られる。
【００２１】本発明は、コーディング操作制御の一部で
あり、伝送中の静止画の存在下において、量子化ステッ
プ最適化を可能とする。本発明は、画像中の同一の階層
単位を同一の量子化ステップによって繰り返して量子化
することを避ける。何故なら、このことは、種々のエラ
ー・タイプをもっぱらコード化するビットを作り出すか
らである。以下実施例により、マクロブロックのグルー
プのレベルにおける本発明の適用が参照される。という
のは、この方法は、異なる階層単位にも適用可能である
ことは明らかであるけれども、研究グループＳＧＸＶの
提案によれば、量子化ステップがそのレベルで選択され
ているからである。
【００２２】本発明の方法を実施するためには、マルチ
レクサＭＸとコーディング制御装置ＣＣＤとの間に、収
斂制御装置ＣＣＮが接続される。この収斂制御装置ＣＣ
Ｎは、静止画を認識するためであり、かような認識の下
に、ＣＣＤを制御して、利用可能なビットの最適利用を
可能とする量子化ステップが、各マクロブロック・グル
ープ毎に選ばれるようにするためのものである。
【００２３】本発明の方法は、図２〜図３のフロー・チ
ャートに示されている。
【００２４】静止画の認識のために、ＣＣＮは帰納的認
識基準を与えるマクロブロック分類を利用する。より特
定的に言えば、ＣＣＮ中の計数器がコード化・補償マク
ロブロック（コード化され動作補償されたマクロブロッ
ク）を計数し、もしかようなマクロブロックの数ＭＢが
予め定められたしきい値Ｍ１より小さいならば（１０，
１３）、画像は静止画とされる（２０）。このしきい値
Ｍ１は、幾つかの連続フレーム（例えば２）についての
フレーム周波数に依存する。Ｍ１の適当な値としては、
２５Ｈｚより低いフレーム周波数に対しては３０が取り
得、２５Ｈｚより高いか、等しいフレーム周波数に対し
ては２０が取り得る。
【００２５】この選択は、次の事実によつて正当化され
る。もし、有意な数のマクロブロックが、二つの連続フ
レームにおいて動作補償とコーディングを受けたなら
ば、画像は動いており、連続フレーム間の差異はノイズ
のみによるものでないと仮定することが合理的である。
他方、非相関ノイズは、コード化・非補償マクロブロッ
ク（コード化され動作補償されてないマクロブロック）
の数を増大させることが確かめられている。それ故、適
用された基準は充分に正確である。
【００２６】一旦静止画が認識されたならば（２０）、
マクロブロック・グループをコーディングするために使
われるべき量子化ステップＣＱＳは、マクロブロックの
そのグループに関するコーディング・プロセスの経歴を
考慮して決定される。より特定的に言えば、標準のコー
ディング・アルゴリズムを適用して装置ＣＣＤにより決
定される量子化ステップは（１００）、先行フレーム内
のマクロブロックの同一のグループをコーディングする
ために使われた最小量子化ステップＲＱＳと比較される
（１１１，１２１，１３１）。このＲＱＳの値は、以下
『リアル量子化ステップ』と呼ばれる。既に定義したエ
クセス・パラメータの可能な評価、及びコード化された
フレーム中のマクロブロックの異なるグループに関する
ＲＱＳの値間の最大差の可能な評価とを併せ、上記比較
の結果により、ＣＱＳがそのアルゴリズムにより決定さ
れた値を有すべきか、あるいはＲＱＳに関連する異なる
値を有すべきかが決定される。より特定的に言えば、以
下により詳細に検討する一定の条件の下では、使用され
る量子化ステップは、ＲＱＳを予め定められた固定量ｐ
２（例えば２０）だけ増加させることにより得られる
（１０２，１２４，１３４）。値ＣＱＳ（＝ＲＱＳ＋ｐ
２）は、以下『政策的量子化ステップ』と呼ばれる。有
意なコード化信号が供給できるようにその瞬間まで使用
された最小量子化ステップから充分に異なった量子化ス
テップでありながら、シーン変化あるいは急峻な動きの
場合でも充分高品質のコーディングを可能とするように
充分低い量子化ステップとなるように、ｐ２の値は決め
られる。
【００２７】この収斂プロセスは、ＲＱＳが、全てのマ
クロブロック・グループについて、予め定められた値ｐ
１（例えば１）に達したとき終了する（２３）。一旦こ
の値に達すると、ＣＱＳの政策的値は画像が静止画の儘
である限り使用される（２４）。そして、その装置は動
画あるいはシーン変化をコード化する用意もできてい
る。
【００２８】勿論、動画あるいはシーン変化は、全ての
マクロブロック・グループについてＲＱＳ＝ｐ１に達す
る前でも後でも、生じうる。従って、この収斂プロセス
からの脱出は次の２つの場合に起こる。 （Ａ）値ＲＱＳとは独立に、最終フレームにおけるコー
ド化・補償マクロブロック（コード化され動作補償され
たマクロブロック）の数ＭＢが、Ｍ１より僅かに小さい
しきい値Ｍ２を越えたとき（２２）。このプロセスは、
これらのマクロブロックの数が二つの連続フレームにつ
いてしきい値Ｍ１より小さいとき開始するので、このプ
ロセスは入るより出る方が容易であることを認識すべき
である。Ｍ２の適切な値としては、フレーム周波数に依
存するが、２５や１８を取り得る。 （Ｂ）たとえ最終フレームにおける数ＭＢがＭ２を越え
なくても、ＲＱＳが全てのグループについてｐ１であり
（２３）、１フレームのビット数が一定の値Ｂ１（例え
ば、１０００）を越えるとき（２５）。実際には、限ら
れた数のマクロブロックが関係するシーン変化又は動き
が可能ではある。しかしながら、これらの変化に対応し
て伝送すべきビット数が著しく増大する。そしてこのこ
とが、変化それ自体の認識を可能とする。
【００２９】この収斂プロセスを出るとき、このプロセ
スから脱出後の最初のフレームに属するマクロブロック
・グループは、例えば画像カット現象を避けるために量
子化ステップｐ４（例えば８）によりコード化される
（３０）。
【００３０】図３はマクロブロック・グループに関する
収斂プロセスの部分を、より詳細に示すものである。既
述のように、静止画を検出した後の最初のステップは、
ＣＱＳとＲＱＳの値の間の比較である（１１１，１２
１，１３１）。収斂プロセスの３つの展開方法が、以下
の比較結果に基づき可能である。 （１）ＣＱＳ＜ＲＱＳの場合（１１１，１１２）。これ
は最も単純な場合である。アルゴリズムにより決定され
た新しい量子化ステップは（１００）、マクロブロック
のそのグループのコーディング中にはまだ使われておら
ず、そしてさらに、新しい量子化ステップはコード化さ
れた画像品質を確実に向上させる。コーディングは、ア
ルゴリズムにより実際に決定された値ＣＱＳを使用して
行われ、このＣＱＳ値により値ＲＱＳを更新し（１１
２）、ＣＣＮ内に格納する。 （２）ＣＱＳ＞ＲＱＳの場合（１２１，１２２，１２
３，１２４）。この条件の下では、コーディングが、量
子化ステップの政策的値でまず行われ得る（１２４）。
というのは、アルゴリズムにより決定されるステップＣ
ＱＳは（１００）、起こり得るシーン変化あるいは急峻
な動きを充分な品質でコーディングするには高過ぎ、ま
た、コーディングに有用な寄与をするにはＲＱＳに近過
ぎるからである。しかしながら、コーディング・プロセ
スの展開により、より低い量子化ステップが採用され得
るようになってくる。それゆえ最も適切な量子化ステッ
プを決定するには、エクセス・パラメータおよびコード
化されているマクロブロック・グループに関連するステ
ップＲＱＳとそのフレームの他のマクロブロックに使わ
れた最大のステップＲＱＳとの間の差（Ｄｉｆｆ．）に
対して、チェックが為される（１２２）。もし、このエ
クセスが大きく負（絶対値が、しきい値Ｅ１（例えば約
２０００）より大）で、差Ｄｉｆｆ．がＱ１より小さけ
れば（例えば＜４）（１２２）、ＲＱＳ＞ｐ３の場合に
はＲＱＳ−ｐ３の値（例えば、ＲＱＳ−２）を、ＲＱＳ
≦ｐ３の場合には１を量子化ステップとして用いる（１
２３）。実際、大きく負のエクセスの存在は、平均レー
トより極めて低いレートで伝送が行われていることを示
している。そのため、まだ高いビット利用可能度が存在
し、それゆえ、より低い量子化ステップが問題無く使用
できる。その上、ｐ３として示された値により、フレー
ム内に制限されて量子化ステップが変化できる。（３）
ＣＱＳ＝ＲＱＳの場合（１３１，１３２，１３３，１３
４）。この場合にはアルゴリズムにより定まる量子化ス
テップは使われるべきでない。というのは、既述のよう
に、同一の量子化ステップによるマクロブロック・グル
ープの繰り返しのコーディグは、単に不要なビットを作
り、画像品質を向上しないからである。この場合におい
てさえも、使用されるべき値の選択はエクセスのチェッ
クに基づいて決定される（１３２）。もしエクセスが正
ならば（このことは、平均より多いビットが用いられ、
それ故、より大きな量子化ステップがそのようなエクセ
スを減じるのに有効となり得ることを意味してい
る。）、政策的値が使用される（１３４）。一方、もし
エクセスが負ならば、先の場合の様にＲＱＳ−ｐ３の値
（又は１）が使用される（１３３）。
【００３１】一旦マクロブロックの一グループに対する
操作が終了すれば、マクロブロックのそれに続くグルー
プが処理される（１４０）。
【００３２】高いビット利用可能度が利用できて、空間
および／または時間解像度を高めるコーダにも本発明の
方法を都合良く適用できる。より正確に言えば、動画に
も使われている標準解像度レベルから開始し、収斂プロ
セスはｐ１より大きいリアル量子化ステップの平均値が
Ｒに一致して停止する。そしてそれから、より高い解像
度レベルが使用できる。実際、先に示した標準解像度レ
ベル（１フレームあたりの画素、３５２ｘ２８８（輝
度）および１７６ｘ１４４（色光度））は不充分なこと
もある。そこで、例えば三つの解像度レベルが提供でき
るなら、その第１のものは標準レベルであり、第２のも
のは輝度および色光度の両方について標準レベルの２倍
の水平空間解像度を提供し、第３のものは標準レベルの
２倍の水平空間解像度および時間解像度の両方を与える
ものとできる。
【００３３】収斂プロセスおよび解像度適応調節の両方
を含むコーディング・プロセス（図４）は、上述の標準
解像度を用いて開始され（２００）、このような解像度
を用いて静止画を認識するまで続けられる（２０１）。
これらの条件の下で、この収斂プロセスは既述のように
開始される（２０３）。フレームのＲＱＳの平均値がＲ
となるとき、第２の解像度レベルが適用される（２０
５，２０６）。新しいレベルでの第１フレームに対し
て、収斂プロセスは、そのフレームに対するコーディン
グ・アルゴリズムにより定まる量子化ステップを用いて
開始される（つまり、一レベルから次のレベルに移行す
るのに量子化ステップのメモリは無いということであ
る）。この代わりに、先行のレベルで達したＲＱＳの値
を考慮に入れることも可能である。その上、その第１の
フレームについて、補償・コード化マクロブロック（動
作補償されコード化されたマクロブロック）の数に対す
るしきい値Ｍ２は、この収斂プロセスからの時宜を失し
た脱出を避けるため、変化する。もし第２のレベルにお
いても解像度向上の条件が達成されれば、第１から第２
のレベルへの移行について見られたのと同一の様式で第
３のレベルへの移行が生じる。もし与えられた解像度レ
ベルでのコーディング中のマクロブロックの種々のグル
ープに対する収斂プロセスが、前のレベルにおける収斂
中達成された量子化ステップから再開始すれば、一レベ
ルから次のレベルへの遷移を決定するしきい値Ｍ２は、
種々のレベルについて異なるであろうし、解像度が高く
なるに従って減少するであろうことは明らかである。
【００３４】この解像度適応調節および収斂プロセスの
両方を含むプロセスは、図４のフロー・チャートに略示
されており、これは、解像度レベルが最小（レベル０）
から最大ＭＲＬの範囲である一般的な場合についてのも
のである。記号Ｍ２ｉ、Ｂｉは、各解像度レベルに対し
て、コード化・補償マクロブロック（コード化され動作
補償されたマクロブロック）の数に対するしきい値、及
び収斂プロセスからの脱出を決定するビット数に対する
しきい値を夫々示す。一方、ＲｉはＲＱＳの平均値に対
するしきい値であり、より高い解像度レベルへの移行を
決定する。このフロー・チャートは網羅的でそれ以上の
説明を要しない。
【００３５】上述のことは、非限定的な実施例による例
示であることは明らかである。変更および改良は、本発
明の範囲を逸脱することなく可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明が適用されているコーダのブロック・
ダイヤグラムである。
【図２】 本発明を実施する収斂制御回路の操作のフロ
ー・チャートである。
【図３】 図２に同じ。
【図４】 解像度レベル適応調節をともなうコーディン
グ中への収斂プロセスの挿入のフロー・チャートであ
る。
【符号の説明】
ＣＯＤ 動画信号のためのコーダ ＭＱ１，２ フレーム・メモリ ＣＲ 解像度制御装置 ＣＣＤ コーディング制御装置 ＴＲ 二次元変形を計算する装置 ＳＭ１，２ 加算器 ＳＷ スイッチ ＱＵ 量子化器 ＣＬＶ１，２ 可変長コーディングによりコード化す
る回路 ＱＩＮ 逆量子化器 ＡＴ 逆変形を計算する回路 ＳＳ 変位評価回路 ＦＬ 低域通過フィルタ ＭＸ マルチレクサ ＣＣＮ 収斂制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フエルナンド・ペレイーラ ポルトガル国サラヴエム2685、プライア ー・ヴエルホ、アール／シー イー・エ ス・キユー、ロテ ９、ルア アイ

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 予め定められた周波数で生じるフレーム
    の列であり、且つその各々のフレームが予め定められた
    数の画素を含むラインの列により形成されている該フレ
    ームの列として編成された、動画および静止画の両方に
    関するビデオ信号のハイブリッド・デジタル・コーディ
    ング方法であって、 各フレームが複数の階層レベルを定める画素グループに
    細分割され、 各フレームについて、第１の階層レベルに属する各グル
    ープに対して選ばれた量子化規則により量子化された
    後、現在のフレームに対して、または現在のフレームと
    動作補償を受けた可能性のある予測フレームとの間の有
    意な差に対して適用された２次元変形の係数がコーディ
    ングされ、そして 採用したコーディングのタイプおよび量子化規則に関す
    る情報を含むコード化された信号が発生され、該コード
    化された信号は可変ビット・レートで非同期的に伝送さ
    れ、第１の階層レベルの画素グループに適用された量子
    化規則がコーディング制御装置（ＣＣＤ）により定めら
    れた量子化ステップを使用し、かつ該量子化規則が伝送
    ビット使用可能度により変化し、更に 各フレームについて、第２の階層レベルに属する画素グ
    ループであって、且つそれ以前の連続した最初の数フレ
    ームに対して予め定められたコーディングタイプが用い
    られた該画素グループが計数され、そのフレームが静止
    画または動画に属するかを認識し、静止画を認識した
    ら、該第１の階層レベルに属するそのような画像の各画
    素グループについて、量子化ステップが全グループにつ
    いて同一である予め定められた最小値（ｐ１）に向って
    収斂され、該量子化ステップの収斂が、 （ａ）静止画の異なるフレーム中のそのグループについ
    て使用された量子化ステップを記憶する操作、 （ｂ）現在のフレームまで使用されてきた最小の量子化
    ステップであるリアル量子化ステップ（ＲＱＳ）を検出
    して記憶する操作、 （ｃ）リアル量子化ステップ（ＲＱＳ）と、コーディン
    グ制御装置（ＣＣＤ）により現在のフレーム中のそのグ
    ループについて定められた量子化ステップとを比較する
    操作、 （ｄ）もし量子化ステップ（ＣＱＳ）がリアル量子化ス
    テップ（ＲＱＳ）より小さいならば、コーディング制御
    装置（ＣＣＤ）により定められたステップに等しい量子
    化ステップ（ＣＱＳ）を用いて、そのグループに関する
    変形係数をコード化し、 もしコーディング制御装置により定められた量子化ステ
    ップがリアル量子化ステップ（ＲＱＳ）より大きいか又
    は等しいならば、ビット使用可能度が低い場合には、第
    １の予め定められた量（ｐ２）だけリアル量子化ステッ
    プを増加して得られる政策的量子化ステップによって係
    数をコード化し、また、ビット使用可能度が高い場合に
    は、第２の予め定められた量（ｐ３）だけリアル量子化
    ステップを減少して得られるステップによって係数をコ
    ード化し、もしリアル量子化ステップの値が第２の予め
    定められた量より小さいならば、ビット使用可能度が高
    い場合に用いられるコードディング量子ステップは単位
    ステップとなる操作、及び （ｅ）そのコーディングがリアル量子化ステップより小
    さい量子化ステップによって行われたときには、該リア
    ル量子化ステップを更新する操作によって為される、上
    記ビデオ信号のハイブリッド・デジタル・コーディング
    方法。
  2. 【請求項２】 予め定められたタイプのコーディングを
    受けた第２の階層レベルのグループの数が、最初の連続
    した数フレームについて、第１のしきい値（Ｍ１）より
    小さくなったとき、静止画が同定されることを特徴とす
    る請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 第１階層レベルに属する画素グループで
    あって、それに対しコーディング制御装置（ＣＣＤ）に
    より決定された量子化ステップがリアル量子化ステップ
    （ＲＱＳ）を超過した該画素グループに対して、コーデ
    ィングに採用される量子化ステップの値（ＣＱＳ）が、
    ビット使用可能度についておよび、そのグループに関す
    るリアル量子化ステップとそのフレーム中に使用された
    最大リアル量子化ステップとの間の差についての評価に
    より定められ、一方、コーディング制御装置（ＣＣＤ）
    により決定される量子化ステップがリアル・ステップの
    値に等しい画素グループに対して、採用されるべき値
    （ＣＱＳ）がビット使用可能度のみの評価により選ばれ
    ることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 画素グループに関する量子化ステップが
    予め定められた最小値（ｐ１）に達した後、同一グルー
    プのコーディングが量子化ステップの政策的値を用いて
    行われることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つ
    に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記予め定められた最小値（ｐ１）が１
    であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに
    記載の方法。
  6. 【請求項６】 予め定められたタイプのコーディングが
    為されたグループの数が、最初の数フレームより少ない
    第２の数フレームについて、第１のしきい値（Ｍ１）よ
    り小さい第２のしきい値（Ｍ２）を越えたときに、ある
    いは一フレーム中のビット数が第３のしきい値（Ｂ）を
    越えたときに、最小の量子化ステップ（ｐ１）に向かっ
    て収斂させる操作および／または政策的量子化ステップ
    によるコーディングが停止されることを特徴とする請求
    項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
  7. 【請求項７】 収斂操作の停止後の少なくとも第１のフ
    レームに対して、リアル量子化ステップ（ＲＱＳ）が予
    め定められた値（ｐ４）にセットされることを特徴とす
    る請求項６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 静止画コーディングの間に画像について
    の空間および／または時間的解像度レベルを上げる操作
    が連続的に使用され、また第１の階層レベルに属する個
    別のグループの量子化ステップを最小値（ｐ１）に向か
    って収斂させる操作が、各解像度レベル毎に行われるこ
    とを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の方
    法。
  9. 【請求項９】 第１の階層レベルに属する種々のグルー
    プのリアル量子化ステップ（ＲＱＳ）の平均値が各フレ
    ームに対して計算され、また、該平均値が予め定められ
    たしきい値（Ｒｉ）より小さいとき、より高い解像度レ
    ベルが採用されることを特徴とする請求項８に記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】 解像度レベルにおける変化に続く第１
    のフレームに対して、第１の階層レベルに属する各グル
    ープに対するリアル量子化ステップが、コーディング制
    御装置（ＣＣＤ）により決定される量子化ステップであ
    ることを特徴とする請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 解像度レベルにおける変化に続く第１
    のフレームに対して、リアル量子化ステップが、前の解
    像度レベルでなされた操作の終わりで達成されたもので
    あることを特徴とする請求項９に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 前記しきい値（Ｒｉ）が異なる解像度
    レベルに対しては異なり、また、解像度レベルが増大す
    るに従って減少することを特徴とする請求項１１に記載
    の方法。
  13. 【請求項１３】 解像度レベルにおける変化に続く第１
    のフレームに対して、第２のしきい値（Ｍ２）が増大す
    ることを特徴とする請求項８〜１２のいずれか一つに記
    載の方法。
  14. 【請求項１４】 前記解像度レベルが、動画のコーディ
    ングの間も使用されるベース・レベル、画素の数を各ラ
    イン毎に倍増させて得られた中間レベル、および中間レ
    ベルに関してフレーム周波数を倍増させて得られたトッ
    プレベルを含むものであることを特徴とする請求項８〜
    １３のいずれか一つに記載の方法。
  15. 【請求項１５】 フレーム中の画素が、輝度画素又は色
    光度画素のブロック、複数のブロックを含むマクロブロ
    ック、及びマクロブロックのグループに分類され、前記
    第１の階層レベルがマクロブロックのグループのレベル
    にあり、また前記第２の階層レベルがマクロブロックの
    レベルにあることを特徴とする請求項１〜１４のいずれ
    か一つに記載の方法。
  16. 【請求項１６】 以下の条件、 変形が現在のフレームと予測フレームとの間の差に適用
    されていること、 変形係数がコーディングされていること、及び 動作補償が予測して為されていることを満たすマクロブ
    ロックを計数することにより静止画が同定されることを
    特徴とする請求項１５に記載の方法。
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