JPH09512395A - 変換符号化器 - Google Patents

変換符号化器

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JPH09512395A JP7527458A JP52745895A JPH09512395A JP H09512395 A JPH09512395 A JP H09512395A JP 7527458 A JP7527458 A JP 7527458A JP 52745895 A JP52745895 A JP 52745895A JP H09512395 A JPH09512395 A JP H09512395A
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Abstract

(57)【要約】 符号化されたデータの流れを第1の符号化方法によって復号化する復号器(28)と、前記復号からのデータの流れを第2の符号化方法によってデータの流れに符号化する符号器(30)とを具備した移動補償を使用する第1の符号化方法と第2の符号化方法との間のビデオ信号の変換のための変換符号化器。上記復号器(28)は、井戸宇部句との再計算を避けるために、受信したデータの流れから移動ベクトルを引き出し、この引き出された移動ベクトル(42)を符号器のデータの流れに通す。ドリフト補償手段(52−64,70−78)が、1画像フレームの後のどんな結果のドリフトをも補償するために設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 変換符号化器 本発明は、第1の符号化方法と第2の符号化方法との間の信号の変換のための 変換符号化器(トランスコーダ)に関する。本発明は、特に、ビデオ信号の変換 に適するものである。テレビ映画を伝送リンクを介して長距離伝送するが必要な 場合が多くある。テレビの放送品質は、伝送のために費用がかかり、かつ高帯域 幅のリンクを必要とするデジタル形式で伝送される場合には、100Mbit/ s以上を必要とする。映画品質において容認できる程度の劣化が、伝送される情 報の内容を低減するために導入される。加えて、或いは代わりに、ビデオ信号が 符号化される際には、空間的及び時間的に非常に冗長という利点がある符号化圧 縮技術が使用される。従って、例えば、音声を有するビデオ電話(ビデオフォン )画像の品質が単一の電話回路と等価な64kbit/sのみに圧縮されること が可能であるのに対して、ビデオ会議を数百kbit/s以下へ応用圧縮するこ とが可能である。 冗長性削減技術は、隣あう画素或いは画素のブロック間の空間的及び/或いは 時間的相関を仮定する。この相関の詳細は、実際の画素或いはブロックと仮定と の間の相違と同様に符号化される。一般的に、符号化されるべきイメージのそれ ぞれのフレームは、N×M画素のブロックに分割された画面の要素(画素)の配 列を有する。 予測符号化は、フレーム内の値が同じ或いは異なるフレームにおいていくつか の隣あう値に関連づけされるという仮定を活用し、したがって、この値は、伝送 される代わりに受信器内で計算される。このような仮定から生ずる予測誤差を伝 送することのみが必要となる。例えば、それぞれ続く画素がその前からの違いと して伝送される間に、フレームの第1の画素が正確に伝送される。より大きな複 雑な機構においては、この予測は多くの画素の組み合わせとなる。 変換符号化は、画素の大きさを他の値の組に変換することによって、フレーム 内の画素の大きさの相関を活用する。この相関の多くは、比較的小さいから、そ して、少ないビットを使用して符号化できる。変換符号化のもっとも共通の形式 は、離散余弦変換(DCT)を使用するものである。N×Mの画素のブロックは 、N×M変換係数の配列に変換される。結果の係数の配列は、次に、可変量子化 要素によりそれぞれの係数を分割することによって量子化される。この量子化さ れた係数は、例えば、ホフマン符号(Huffman code)のような可変長符号に符号化 される。 他の符号化技術は、移動補償(motion compensation)であり、これでは、ある 画像が画素のブロックに分けられ、現在のフレームの各ブロックは、ある基準フ レームの対応するブロックと比較される。基準フレームは、先行もしくは後続の フレームであってもよく、また、そのブロックとは位置がシフト(ずれて)いる 領域と比較されて、ブロックが一番似ている基準フレームの領域が識別される。 識別された領域と問題のブロックとの間の位置のベクトル差が移動ベクトル( モーションベクトル)と呼ばれて、基準フレームの識別された領域を現在のフレ ームの適切な位置にシフトするために用いられる。 移動ベクトルが現在のフレームの全てのブロックのために生成され、これら移 動ベクトルは、基準フレームから予測化されたフレームを引き出すために使用さ れる。現在のフレームと予測化されたフレームとの間の差異は、平均的に、現在 のフレームと基準フレームとの間の差異よりも小さく、より少ないビットレート を使用することにより符号化することができる。すでに基準フレームを格納して いる復号器は、従って、移動ベクトル及び差異の値を使用する現在のフレームを 再生成することができる。信号は、上述の符号化技術を別々に、或いは組み合わ せて使用することにより符号化されるであろう。 第1の方法に従って符号化された受信データの流れを受けて、第2の符号化方 法に従って符号化された符号化データの流れを出力する変換符号化器を有するこ とが望しいという状況がある。もし、ある人が第2の符号化方法に従って動作し た復号器を有していたとすると、そのときは、このような変換符号化器は、最初 の符号器を改良することなしに第1の符号化方法に従って符号化された伝送の受 信を許容する。変換符号化器は、例えば、ISDNビデオ端末からのITU−T 基準H.261に一致する64kbit/sのビデオ信号を欧州デジタルコード レス電話(DECT)ネットワークを通しての伝送のための32kbit/sの 信号に変換するために使用される。 公知の変換符号化器は、第1の符号化方法に従って符号化されたビデオを、新 しく圧縮されたデータの流れを出力するために第2の符号化方法に従った符号器 によって符号化された圧縮されていないビデオ信号に復号する。従って、全ての 復号化操作が最初のビデオ信号を再構成するために実行され、次に、このビデオ 信号が第2の符号化方法に従った新しい符号化されたデータの流れを供給するた めに符号化される。移動補償を含む符号化方法のためには、新たな移動ベクトル が、新たなフォーマットに従って符号化された信号のために生成されなければな らず、しかも、この移動ベクトルの生成が、従来の変換符号化器の処理時間の大 きな比率を占めている。 本発明によれば、移動補償技術を使用する第1の符号化方法によって符号化さ れたビデオ信号を復号化する復号器と、第2の符号化方法によって復号化された ビデオ信号を符号化する符号器とを有する変換符号化器において、 前記復号器は、前記ビデオ信号から移動補償情報を引き出し、この引き出され た移動情報を前記符号器から出力される前記符号化されたビデオ信号に変換する ことを特徴とする変換符号化器である。 移動補償情報が改良されていない復号器から符号器の出力に伝送され、これに より、変換符号化器において必要とされる処理を低減する。択一的に、移動補償 情報は、2つの符号化方法の補償比に従って改良される。 変換符号化器の復号器及び符号器は非定周期クロックで動作する。従って、メ インデータ通路)におけるバッファの容量は、通常の変換符号化器を介して低減 されることができる。 2つの符号化方法の移動補償ブロックサイズは同じであるという必要はない。 もし、2つの方法の解像度)が同じである場合には、次に、移動ベクトルは変化 することなく変換され、ブロックサイズが変化している場合には、移動ベクトル のいくつかは、適切に複製され或いは放棄される必要があるであろう。例えば、 第1の符号化方法の移動補償ブロックサイズが16×16画素であり、且つ第2 の符号化方法の移動補償ブロックサイズが8×8画素である場合には、1つの1 6×16ブロックのための移動ベクトルが、第2の方法の共通に配置された4つ の8×8ブロックのために使用される。もし、第1の符号化方法のブロックサイ ズが8×8画素であり、第2の符号化方法のブロックサイズが16×16画素で ある場合には、第2の符号化方法のための移動ベクトル以上である。従って、例 えば、4つの関連する移動ベクトルの平均が計算され、使用される。 入力画像の解像度が出力画像解像度の解像度と異なる場合には、このベクトル は適切に調整される。例えば、双方の符号化方法の移動補償ブロックが16×1 6画素、入力解像度が352×288画素及び出力解像度が176×144画素 である場合には、変換符号化器へのベクトル入力は、符号化されたビデオ信号へ 変換される前の2つによって分割される。この計算の複雑さは、従来の移動ベク トル推定に比較して小さい。 予測符号が使用されるときには、伝送エラーに起因して、最初の符号器から伝 送されたデータと目的の符号化器にて符号化されたデータとの間で不一致が生ず る。 最終復号器(デコータ)で作られたデコードされた画像は、そこで人為的要素 を含むことになり、この人為的要素は復号した信号の一体性を保全するために非 予測性符号化(non-predictive)をときどき採用しない限り、時間とともに増大 する。しかしながら、元の符号器(エンコーダ)は、非予測性符号化をときに十 分に採用せずに、トランスコーダが採用され、もとのエンコーダとは無関係であ る場合には、容認できるデコードされた画像を指向地(行先の)エンコーダで構 築することもあろう。このことは、変換符号化器によって受信されたビデオ信号 と変換符号化器からの出力との間のドリフトとなる。 都合のよいことに、変換符号化器は、ドリフト補償手段を有している。このド リフト補償手段は、復号器の出力と符号化器の出力との間のドリフトを示す信号 を形成する手段、ドリフト信号を格納する手段及びドリフト信号を復号器の出力 に加算する手段を有している。 好適な実施の形態においては、ドリフト信号が、好ましくは1つの画像期間の 遅れの後に、符号器の出力に加算される。このようなドリフトのための補償の取 り決めは、符号化された信号における遅れをもたらすすることがない。 このドリフト信号は、ドリフト信号がこのような閾値に到達した場合に、ドリ フト信号が符号器の出力にのみ加算されので、閾値によって決まる。 好ましくは、復号器は反転量子化器を有し、符号化器は反転符号化器の量子化 ステップサイズとは異なる量子化ステップサイズの量子化器を有する。 本発明の第2のアスペクトの発明によれば、符号化されたビデオ信号を第1の 方法によって復号化する復号器と、復号化されたビデオ信号を第2の符号化方法 によって符号化する符号器とを有する変換符号化器において、 前記復号器からの前記出力と前記符号器への前記出力との間の前記ドリフトを 補償するための手段を具備したことを特徴とする変換符号化器である。 本発明を以下の図面を参照してさらに説明する。 図1は、公知の変換符号化器の概略図である。 図2は、本発明の一実施の形態の変換符号化器の概略図である。 図3は、本発明の第2の実施の形態の変換符号化器の概略図である。 図4は、本発明の第3の実施の形態の変換符号化器の概略図である。 図5は、本発明のさらなる実施の形態の変換符号化器の概略図である。 図6は、本発明の変換符号化器の応用例を示す。 復号器28及び符号器20を有する公知の送信符号器が図1において認められ る。復号器28は、CCIT H.261基準に一致する64kbit/s信号 である差分信号の移動補償及びDCT符号化を有する第1の符号化方法によって 符号化されたビデオ信号を受信する可変長復号器2を有する。復号器2は、受信 データを検出し、そして、この受信データを量子化されたDCT係数、量子化イ ンデックス及び移動ベクトルに変換する。DCT係数は、反転量子化器4、DC T係数を画素差分値に変換するDCTプロセッサ6を通過させられる。 上記移動ベクトルは、前のフレームにおける予測画素ブロックのアドレスを計 算する移動補償器8を通過させられる。このブロックは、次に、先のフレームの 記憶装置12から引き出され、加算器10において、現在のブロックの復号化さ れたデータの流れを生成するために、反転DCTプロセッサ6の出力と足し合わ される。この復号化されたデータの流れは、次のフレームの基準として先のフレ ームの記憶装置12に格納される。 この復号されたデータの流れは、また、変換符号化器の符号器30を通過し、 移動推定器14が現在のブロックにもっとも似ている画素のオフセットブロック のために先のフレームの記憶装置16を検索する。この最も合致するブロックの ための移動ベクトルは、計算され、先のフレームの記憶装置16から引き出され 、そして、差分信号を形成するために符号化されたデータの流れから手段15に よって引かれる。現在のブロックの差分信号は、次に、DCTプロセッサ18に よって、周波数領域に変換される。このようにして生成された周波数係数は、次 に、送信復号化器の出力で望まれるビットレートに適したステップサイズを有す る量子化器20によって量子化される。可変調符号器22は、量子化器20の出 力及び移動推定器14からの移動ベクトルを可変長符号に変換し、そして、新し いフォーマットのデータを出力する。 変換符号化器の符号器30は、また、反転量子化器24及び反転DCTプロセ ッサ26を有するローカル復号器を含んでいる。反転DCTプロセッサ26及び 移動推定及び移動補償器14の出力は、先のフレームの記憶装置16に格納され ている更新された予測フレームを生成するために加算器27に入力される。 本発明の一実施の形態の変換符号化器を図2に示す。この変換符号化器は、例 えば、64kbit/sのCCITT基準に従った第1のフォーマットによって 符号化された入力信号を復号するための可変長復号器40を有している。この復 号器40は、可変長符号を検出し、この可変調符号をDCT係数及び移動ベクト ルに変換する。移動ベクトルは、42に示すように、さらなる処理を行なうこと なく変換符号化器を通過する。このような変換符号化器は、同じ画像解像度、変 換ブロックサイズ及び移動補償ブロックサイズを有する符号化方法の使用に適し ている。DCT係数は、次に、反転量子化器44に入力し、その結果のデータは 、例えば32kbit/sの出力フォーマットに適した異なる量子化ステップサ イズで量子化器46によって再度量子化される。この新しいDCT係数は、可変 長符号器48によって符号化され、そして、マルチプレクサー50において変更 されていない移動ベクトル42と再度組み合わされる。 従って、この復号化は、バッファリングを行なうことなしに伝送システムから のデータを直接符号化することにより行なわれ、そして、処理が短い待ち時間で あるために、マルチプレクサー50の出力が行なわれるまでは非常に少ない遅れ である。唯一のバッファが、マルチプレクサーと変換符号化器の出力との間の必 要とされ、このバッファは、通常の符号器において同じ2つの機能を果たす。す なわち、符号化されたデータを平滑し、そして、量子化器46のさらなる制御を 供給する。しかしながら、必要とされる平滑化は、量子化器46の個々の特質の ための出力レートにおいてどんな局所的に制限された種類をもカバーすることの みであり、従って、このバッファ(図示せず)及びその遅れは、大きさの順或い は従来の符号器におけるものよりもより小さい。 図3は、異なる画像解像度を有する符号化方法、例えば、388×288画素 の画像解像度を有する第1の符号化方法と176×144画素の画像解像度を有 する第2の符号化方法の使用に適する本発明の第2の実施の形態の変換符号化器 を示している。移動ベクトルスカラー45は、入力してくる移動ベクトル42を 要素0.5によって調整し、結果である移動ベクトル42aは、図2おいて述べ たように、VLCの出力とともに多重化される。 量子化器46は、量子化エラーを最初の符号器によって、示していない変換符 号化器の出力にもたらす。このエラー或いはドリフトは、このドリフトが補償さ れないにもかかわらず、時間外に増大させられる。本発明の第2の実施の形態に よれば、修正が送信符号器それ自身の内部において、変化していない移動ベクト ル42の経路を通してストレートに適用される。この考え方は、できるかぎり早 く、変換係数を再量子化することにあり、最初の符号器(図示せず)と最終の符 号器(図示せず)との間でミストラッキングがもたらされることを承認し、最終 の複合器への符号化されたデータをディスパッチし、もたらされたエラーを計算 し、次の機会においてこれを修正することを試みる。勿論、このとき、新しいエ ラーが、次に現在の係数を再度量子化することによってもたらされる。2つの量 子化法則のそれぞれの特質によって与えられるそれぞれの修正もまた、完全に行 なわれることはめったにない。従って、変換符号化器は、常に、引き起こされた 先のエラーを’捕らえる’ことを試みる。 図3の変換符号化器は、このようなドリフト補償手段を有する。反転量子化器 33からの出力は、反転DCTプロセッサ52に供給され、量子化器46の出力 は反転DCTプロセッサ52に供給される。結果として、画素差分値は、加算器 56,58をそれぞれ介して、フレーム記憶装置60,62にそれぞれ出力され 、これらの内容は、最初の移動ベクトル42及び調整された移動ベクトル42a とによって、それぞれ補償される。1つのフレームの遅れの後に、フレーム記憶 装置60,62の内容が、受信データ(フレーム記憶装置60に格納されている )と伝送されたデータ(フレーム記億装置62に格納されている)との間のドリ フト信号を形成するために、減算器63によって減算されろ。このドリフト信号 は、次に、DCTプロセッサ64によつて周波数領域に変換され直され、加算器 65によって、反転量子化器44の出力に加算される。このドリフトは、従って 、1つのフレームの遅れの後に補償される。フレーム記憶装置60,62の移動 補償の内容もまた加算器56,58に対する入力をそれぞれ形成する。 このエラーあるいはドリフトは、バージョンを減じ、且つ差異を形成する最初 に符号化されたデータとビットレートと双方の画素領域に対して完全に復号化す ることによって得られる。これは、次に、伝送され、そして、量子化器のちょう ど前のメイン通路に加えさせなおされる。ここで注意すべきことは、エラーを形 成するための最構築された信号は、画像記憶装置の出力から採取され、従って、 この信号は、メイン通路に関しての1画像遅れである。図4は、本発明の変換符 号化器の択一的な実施の形態を示す図であり、この変換符号化器は、同一の画像 解像度、変換ブロックサイズ及び移動補償ブロックを有する符号化方法に適した ものである。同一の構成要素には、同一の符号を付す。本実施の形態においては 、ドリフト信号は、画素領域に対しての周波数領域に形成される。反転量子化器 44及び量子化器46の出力は、受信信号のDCT係数と伝送信号のDCT係数 との間のドリフト信号を形成するために減算器70に入力される。このドリフト 信号は、次に、反転DCTプロセッサ72によって画素領域に変換される。反転 DCTプロセッサ72からの出力は、加算器74への1つの入力を形成し、加算 器74の出力は、フレーム記憶装置76を通過させられる。前に述べたように、 1つのフレームの遅れの後に、フレーム記憶装置の内容がDCTプロセッサ78 によって、周波数領域に変換され直される。フレーム記憶装置の内容もまた加算 器74への第2の入力を形成する。 図5は、本発明の変換符号化器のさらなる実施の形態を示す図であり、この変 換符号化器は、移動補償技術を有しない符号化技術を使用するのに適するもので ある。このような変換符号化器は、ドリフト補償手段を有し、他の信号と同様に 、ビデオ信号を使用するのに適している。上述のように、同一の要素には、同一 の符号を付す。この図5に示した送信符号器は、図3に示したのと同様の方法で 動作する。移動補償が必要でない場合には、ドリフト補償は、変換領域において 完全に計算される。 本発明の機能は、可変ビットレート(VBR)システムと呼ばれる低減された レートが一定ではない場合の応用に等しい。パケットビデオに関連する特殊な例 が、図6に示すような総合デジタルネットワーク(ISDN)に接続された端末 と他のローカルエリアネットワーク(LAN)との間の接続である。LANトラ ヒックが十分に小さいときに、ゲートウェイ変換符号化器によって、一定のレー トでのISDN端末からの圧縮されたビデオが変化することなくLANへ伝送さ れる。しかしながら、LANの輻湊(渋滞)期間においては、ゲートウェイ変換 符号化器81は、LAN上において必要とされるビデオデータレートを低減する ことができる。最初の符号器84へ戻る制御メカニズムは必要ではない。従って 、世界中のどこにでもある遠方の符号器への伝送遅延時間及びこの符号器による 反応時間が提起されない。さらに、送信符号器は、ほとんどの任意のサイズ及び 例えば、離散64kbit/s或いはH.320/H.221で可能な20ms 範囲でのステップと比較される任意の瞬間のレート変換を行なうことが可能であ る。 可変ビットレート変換に固定された他の実施の形態は、自動反復要求(ARQ )が効果的なスループットレートを動的に低減する移動応用のようなネットワー クにおいて提起される。 可変ビットレート応用の上述の実施の形態においては、変換符号化器は、通常 、反転量子化器44及びこの量子化器と等価な量子化器46の量子化インデック スとともにインアクティブである。従って、画像品質が変換符号化器によって減 じられる。送信化符号器80のビットレートの削減は、伝送問題に対して緩和す るために、比較的に短期間にのみ呼び出される。どんな画像品質の劣化でも、予 測アルゴリズム上のデータロスの通常の効果よりも、より好ましい。 本発明の変換符号化器は、また、例えば、LANの端末86のような端末から の一定のビットレートデータをATMネットワークを介した伝送のためのVBR データヘ変換のための使用に適している。 本発明の変換符号化器からの符号化されたデータは、伝送されたデータレート で動作する復号器或いは最初の符号器のデータレートよりも高いデータレートで 動作する復号器へ伝送される。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),AU,CA,CN,JP,K R,NZ,US (72)発明者 モリソン、デイビッド・ジョフリー イギリス国、アイピー10・0エックスエ フ、サフォーク、イプスウイッチ、トリム レイ、タイラーズ・グリーン 10 (72)発明者 グハンバリ、モハメド イギリス国、シーオー3・4キューキュ ー、エセックス、コルチェスター、クロー メ・クローズ 14

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 移動補償技術を使用する第1の符号化方法によって符号化されたビデオ信 号を復号化する復号器と、第2の符号化方法によって復号化されたビデオ信号を 符号化する符号器とを有する変換符号化器において、 前記復号器は、前記ビデオ信号から移動補償情報を引き出し、この引き出され た移動情報を前記符号器から出力される前記符号化されたビデオ信号に変換する ことを特徴とする変換符号化器。 2. ドリフト補償手段をさらに具備したことを特徴とする請求の範囲第1項記 載の変換符号化器。 3. 前記ドリフト補償手段は、前記復号器の出力と前記符号器の出力との間の 前記ドリフトを示す信号を形成する手段と、前記ドリフト信号を格納する手段と 及び前記ドリフト信号を前記復号器の出力に加算する手段とを具備したことを特 徴とする請求の範囲第2項記載の変換符号化器。 4. 前記ドリフト信号は、遅れの後に、前記復号器の出力に加算されることを 特徴とする請求の範囲第3項記載の変換符号化器。 5. 前記ドリフト信号は、1画素期間の遅れの後に、前記復号器の出力に加算 されることを特徴とする請求の範囲第4項記載の変換符号化器。 6. 前記ドリフト信号形成手段は周波数領域においてドリフト信号を形成し、 前記変換符号化器は前記ドリフト信号を画素領域に変換する手段と前記ドリフト 信号を周波数領域に変換し直す手段とをさらに具備したことを特徴する請求の範 囲第4項或いは請求の範囲第5項いずれか1項に記載の変換符号化器。 7. 前記ドリフト補償手段は、前記画素領域における前記符号器と前記復号器 との出力を格納し、画素領域におけるドリフト信号を形成する手段と、ドリフト 信号を周波数領域へ変換し直す手段とを具備したことを特徴とする請求の範囲第 4項或いは請求の範囲第5項いずれか1項に記載の変換符号化器。 8. 前記ドリフト信号は、前記ドリフト信号が閾値に達した場合にのみ復号器 の出力に加算されることを特徴とする請求の範囲第3項乃至請求の範囲第7項い ずれか1項に記載の変換符号化器。 9. 前記復号器は反転量子化器を具備し、前記符号器は、前記反転量子化器の 量子化ステップサイズとは異なる量子化ステップサイズの量子化器を具備したこ とを特徴とする先行する請求の範囲いずれか1項に記載の変換符号化器。 10. 符号化されたビデオ信号を第1の方法によって復号化する復号器と、復 号化されたビデオ信号を第2の符号化方法によって符号化する符号器とを有する 変換符号化器において、 前記復号器からの前記出力と前記符号器への前記出力との間の前記ドリフトを 補償するための手段を具備したことを特徴とする変換符号化器。 11. 添付図面の図2,図3,図4,図5或いは図6において十分に述べられ た変換符号化器。
JP52745895A 1994-04-21 1995-04-21 変換符号化器 Expired - Fee Related JP3614857B2 (ja)

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