JPS6143888A

JPS6143888A - デイジタルテレビジヨン画像の伝送方法

Info

Publication number: JPS6143888A
Application number: JP60107098A
Authority: JP
Inventors: マクス・シリヒテ
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1984-05-21
Filing date: 1985-05-21
Publication date: 1986-03-03
Also published as: EP0165488A2; DE3577172D1; ATE51991T1; EP0165488B1; EP0165488A3

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】発明の関連する技術分野本発明はディジタルテレビジョン画像の伝送のための、
部分画像の信号値をオーバーラツプしてスペクトル値に
変換し、その係数を伝送し、その係数から受信側におい
て逆変換により再び信号値を検出する方法に関する。

従来技術画像信号の符号化のためには主に２つの原理、即ち時間
領域にお（・て処理される予測方法とスペクトル領域に
おいて行なわれる変換方法とが使用される。これらの方
法は、Ｉ　ＢＥＥ会報第６８巻、腐６．１９８０年５月
、第６６６〜４０６頁の論文「ピクチャー　コーディン
グ二Ａレビュー（Ｐｉｃｔｕｒｅ　Ｃｏｄｉｎｇ　：　
Ａ　Ｒｅｖｉｅｗ　）　Ｊに記載されている。（・ずれ
の方法も、隣接する画素間の相関性の強さを利用して、
１つの画素を表現するのに用いられる情報が、実際に意
味のある真の情報だけに減らされるような符号化が追求
される。

変換法では、部分画像の画像信号がスペクトル値に変換
され、その係数か伝送され、受信側で逆変換により再び
相応の信号値（輝度および色度）Ｋ変換される。スペク
トル値の誤差により生する障害は、ノイズのエネルギー
がすべての部分画像、つまりはすべてのスペクトル値に
分散されるので、ｔマとんど識別されない。スペクトル
値の一部が単に１つの小さなエネルギー成分しか有しな
いので、適当な蓄子化により更にデータ低減を行なえる
。

完全なテレビジョン画像をひとまとまりに変換すること
は技術上まだ不可能なので、常に部分画像を伝送するほ
かなかった。この部分画像は１次元のもの、例えば１つ
のテレビジョン走査線の一部分の輝度信号を言むもので
も、２次元のもの、つずり先行するテレビジョン走査線
の隣接する画素の信号値または先行するテレビジョン画
像中の同じ画素の相応する信号値が考慮さｈるものでも
、あるいは相応のコストでは３次元のものでもよく、６
次元の部分画像では２次元の部分画像と先行するテレビ
ジョン部分画像とが考慮される。

雑誌ｒ　ｒＥｇＥ会報」第６６巻、／Ｉ６１．１９７８
年１月、第５１〜８３頁から、フーリエ変換を利用する
場合に窓関数を用いることが公知である。

窓関数をフィルタを構成する際に用いることも公知であ
る。

スプライン関数についてはアールベルブ著「ず・セオリ
・オプ・スプラインズ・アンド・ゼア・アプリケイショ
ンズ」アカデミツクプレス、ニューヨーク、ロンドンに
詳細に説明されている。フィルタ構成の際にスプライン
関数を用いることは論文［ディジタルフィルタでのスプ
ライン補間の手引（Ｚｕｒ　５ｐｌｉｎｅ−Ｉｎｔｅｒ
ｐｏｌａ−ｔｉｏｎ　ｂｅｉ　Ｄｉｇｉｔａｌｆｉｌｔ
ｅｒｎ　）　Ｊ　：雑誌フレクエンツ第６８号（１９８
４）第４４〜４９ｊＫに記載されている。

発明の目的本発明の目的は、ディジタルテレビジョン画像の伝送の
ための、より優れた変換方法を°提供することにある。

発明の構成この目的は、本発明によれば冒頭に述べた形式の方法に
おいて次のようにすることにより解決される。即ち送信
側で各々Ｎ個の信号値を有する複数（ｍ＋１）個の部分
画像ごとに１つの時間窓間ａ　Ｗ（ｔ）を用いて１み付
けし、各々Ｎ個の信号値を有する複数（ｍ＋１）個の部
分画像ととに変形フーリエ変換を用いてスペクトル値に
変換し、前記変形フーリエ変換の各々Ｎ個の係数（ｍｈ
ｌ；　ｉ　ｍ　Ｏｌｌ、２−−−−−　Ｎ　−１；Ｎ　
、　Ｎ＋１−−−２Ｎ−１、−−−−−）は整数個の正
弦波周期を有しており、ｉ＆高Ｎ個のスペクトル値のみ
伝送し、送信側で引続いて相応のオーバーランプ処理を
、１番目の部分画像を除いて同じ板数（ｍ）個の部分画
像と別の１つの部分画像とに行い、受信側では、伝送さ
れなかったスペクトル値を伝送されたスペクトル値の補
間釦より求め、続いてすべてのスペクトル値の逆変換を
行い、後続使用されるべき画像信号値を、逆変換により
得られた重み付けさねた信号値を、オーバーラツプ処理
に応じて送信側に生じる重み付けされた信号値に加算す
ることＫよって求めることにより解決される。

この方法では、可及的に方形の１係数に対する１伝達関
数″（隣接する係数への漏れが僅かなもの）が決定され
、その際所謂ピケットーフェンス効果（ｐｉｃｋｅｔ−
ｆｅｎｃｅ−ｅｆｆｅｃｔ　）を適洛な帯域幅にするこ
とにより小さく抑えるべきである。このために適した時
間窓関数−これは伝達関数の逆変換に相応する−は、コ
ストの点で出来るだけ短＜シ、且つ伝送の際、所定のシ
フトで時間軸に【一定の大きさに亘るようにすべきであ
る。このために、有利にもスプライン関数が適している
。使用される変換により、僅かなスペクトル値のみ発生
されて伝送される。逆変換に不可欠なスペクトル値は補
間により再生する。データレイトはスペクトル値の量子
化により更に低減される。

実施例１１号値からスペクトル値への変換は離散的フーリエ変
換（より行なうと有利である。

離散的フーリエ変換は都合の良い変換特性を有し且つ簡
単に実親できる。いうまでもなくやはり（しはしは基本
ベクトルと称される）係数ｍＪが用いられ、この係数は
各々Ｎ個の係数に対して各１つの定数りの場合、整数個
の正弦波周期を含んでいる。

（ｍ＋１）個の部分画像内で同じ位麺、を有する重み付
けされた信号値ごとに、和信号値の検出のために互いに
加算し、各々Ｎ個の和信号値を変換すると有利である。

この方法によれは、変換の周期性を利用することにより
、回路コストが大幅に低減される、＃Ｉｉ鷲品質改善のために、多次元の部分画像を伝送す
るとよい。多次元の部分画像を用いることにより、画像
品質を低下さセることなくデータレイトを更に低減する
こともできる。しかし３次元より多（・部分画像は一般
に有利でない。

相応の変換は時間順次に行なわｈる１次元の変換により
行なう。

実施例次に図面に基づき不発明の実施例を詳細に説明する。

第１図において、５個の部分画ｍＢ１〜Ｂ５が１つのテ
レビジョン走査性中の区間として示されている。各部分
画像はＮ−１６個の信号値を営んでおり、この信号値は
例えば画素の輝度値に相当する。先ずベクトルＸａで示
された４個の部分画像Ｂ１〜Ｂ４が処理さね、次にベク
トルＸａ＋１で示された４個の部分Ｉｆｌｉｌ　像Ｂ２
〜Ｂ５が処理される、シフト期間Ｔには常に１つの部分
画像が含まれる。

処理について、材−２図の原理図を用いて詳細に説明す
る。直列−並列変換器２０入力１ｌ１１に加わる信号１
ＦＬｘは先ず４Ｎ信号語の幅の並列形に変換される。次
にすべての４Ｎ信号値が同時に５窓関数乗算器６におい
て時間窓関数ｗ（ｔ）を用いて重み付けされる。引続い
て新たな１つの部分画！Ｉ！Ｂ５の直列−並列変換が行
なわれる。

この部分画像Ｂ５と直前の６つの部分画像Ｂ２〜Ｂ４と
がいっしょに同じ時間関数ｗ（ｔ）を用いて評価、重み
付けさ牙する。やはり４Ｎ個の信号語を含む評価、重み
付けされた信号値ＸＢは変換器４においてスペクトル値
買に変換される。生じつる合計４Ｎ個のスペクトル値で
はなく、単にＮ個の選択されたスペクトル値ＹＴのみが
伝送される。変換により、画像信号間の統計的な関連性
が断ち切られることにより、データ量低減が行なわねる
。スペクトル１［ＩＩは符号器５に供給され、符号器は
幇子化と符号化とを行う、これにより更にデータ量が低
減されるか、この点は本発明の範囲に宮まれな（・。受
信側では先す復号器６により復号化が行なわれ、次に、
伝送されなかったスペクトル値が補間装置７におい℃再
生されて、Ｙ＝４Ｎ個のスペクトル値が得られる。こね
らのスペクトル値が逆変換器８に供給され、この逆変換
器出力側に再び時間関数ｗ（ｔ）　ＶＣ応じてｌみ付け
さえまた４Ｎ個の信号値ＸＴが得られ、この値ＸＴは前
記の１み付けさねた値ＸＢＩＩ鼾ば一致する。加算器９
において、最初の６個の逆変換さねた部分画像Ｂ２゜Ｂ
　３　ｒ　Ｂ　４の信号値が各々、同じ部分１１１１１
９３！（Ｂ）の相応の既に逆変換されている信号値に加
算される。即ち、ＸＴａ（Ｂ２）　＋ＸＴａ＋ｘ（Ｂ２）、　ＸＴａ（Ｂ
３）　＋ＸＴａ＋１（Ｂ５）。

・・・０＋ｘＴａ＋１（Ｂ５）尚ａは伝送されるデータブロックを表わす。

従って各部分画像が複数の信号値を合せたものから成り
、こねらの信号値は、各々４イーの逆変換により得られ
た信号値ＸＴの加算により生する。スペクトル値のブロ
ック群か１つ伝送される毎に、加算器９の出力ＩＩに１
つの完全な部分画像が現われ、この部分画像の有する後
続使用さるべき画１＃！傷号稙かは並列−―列変換器１
０により、その出力側１１にＩ−列形式で送出さねる。

以上、輝度値の伝送についてのみ述べたか、色度値につ
（・でも相応の符号化が行なわれる。

さらＫここでは、逆変換の際に幾つかのスペクトルｌｕ
Ｉ　Ｙを抜かすことも、また幾つかのスペクトル１１　
ＹＴの伝送を省略１−ることもできる。

時間窓関数ｗ（ｔ）は、コストの点で出来るだけ短くす
べきであり、１つの部分画像Ｂに相当するシフト期間Ｔ
でのオーバーラツプは、時間軸にて一定の大きさに亘る
ようにする。

（１１ｗ（ｔ）＊　　Σ　δ（ｔ−ｈＴ）−１ν＝１（
０尚δはディラック−パルス従ってすべての時間窓関数を加算すると常に値１となる
。時間窓関数ｗ（ｔ）として任意の次ａｍのスプライン
（５ｐｌｉｎｅ　）関数が適しており、この関数はＭ足
の矩形の窓ｗＯＴのｍ回の畳み込みにより生じ、長さく
ｍ＋１）Ｔを有する。

対応する伝達関数（２１Ｗｍ（ｆ）　＝　ｓｉｍ＋１（πｆＴ）は、遮断
領域において指数関数（ｍ＋１）と共に上昇する諷状喝
性を有する（漏れか僅か）。

しかし通過帯域は次数が高まるにつれ極めて狭（なるの
で、スペクトルをギヤングなくカバーすることは、指数
が大きい場合にはもはや出来なくなる。この点について
、両者のがね合いの上で都合の良いところを、２回以上
のスプライン基本関数のオーバーラツプにより形成され
る窓関数により得ることができる。そのようなペテロの
スプライン関数、即ち次式で表わされる関数を第６−に
示す。

これに対応する伝達関数は次式で表わされ、第４図にそ
の特性曲線を示す。

１４Ｊ”３／２（ｆ）＝３ｓｉ’（ｙｒ　　ｆＴ）−２
ｃｏｓ　　（ｙｒ　　ｆＴ）、ｓｉ’　　（ｙｒｆＴ）
従ってこのシフト法則を用いれば、第５−に示すような
変換の基本ベクトルが得られる。選定されて（・る周波
数帯域の分割により、方形マトリックスを用（・た実数
型フーリエ変換が行なわれる。方形マトリックスは次式
で表わされる。

第６図には所属のマトリックス要素ｍｈ１が示されてお
り、これらは各々Ｎの時点で周期的に繰り返す。変換マ
トリックスは相応に４つのＮ列の正則マトリックスＭか
ら成る。即ち、△ Ｌ６）　　Ｍ　−Ｉ　Ｍ　ＨＭ　：、　Ｍ　’ＨＭ　＋
変換は１つのＬＳＩ＆成素子を用いて行うことができ、
また別の公知の（ロ）路を用いてもよい。

復号化の後に、変換により得られたＮ個のスペクトル値
買から４Ｎ個のスペクトル値Ｙを検出しなければならず
、この値Ｙから、完全に正方のＤｌｉ’Ｔ−マトリック
スＭ。−１による逆変換により信号値がが検出される。

し２示の実施例においては、各々零番目、４査目、８番
目、１２番目・・・・・・の変換マトリックスＭｏの行
が、信号値をスペクトル値に変換するのに用（・られ、
４個の部分画像を含む時間窓関数に相応して、時間窓関
数は５個の部分画像を含み、対応のマトリックスＭＯの
各５番目の走査線が用いられる。抜かされたスペクトル
値は受信側で、伝送されたスペクトル値ＹＴ間の補間を
行うことにより得らｔ（る。直線的補間だけで既に賦好
な結果が得られる。逆変換は逆ＤＦＴマトリックスＭＯ
−１を用いて行なわれる。即ち：尚ｉ＝０．１・・・４Ｎ−１逆変換信号値ＸＴは、禁子化誤差および補間ｌｉｇ差に
より、時間窓関数を用いて１１み付けされたイｇ号値Ｘ
Ｂとは異なるものとなる。伝送および逆変換の際、極め
て小さなスペクトル値は考慮しな（・ようにでさるし、
また、高い値のスペクトル値、いわは高周数成分を考慮
しないことも可能である。

逆変換さハた信号値ＸＴは連続的加算により元のＩＩＩ
ＩＩ９１！信号値Ｘ＊に合成さねる。これは加算器９に
お（・て行なわれ、この加算器は例えば、信号値にとっ
て必要な脂幅を有する４Ｎ長のレジスタを備えている。

最初の６つの部分画像、例えばＢ２〜Ｂ４の逆変換さ牙
また信旬値ＸＴが、先行する変換ブロックの最後の６つ
の部分画像（こ第１らもＢ２〜Ｂ４で示される）に加算
さへ最後の部分画ｇＩＢ５の逆変換さ獣た信号値が新た
に、記憶さ第１る。連続的加算によりｉす提された時間
窓関数に応じて画像信号値Ｘ＊が住じ、この値かは、デ
ータ量低減方法が用（・られるため、元の信号値Ｘとは
僅かに異なってくる。加算装良の出力側には各々Ｎ個の
信号値を有する完全な部分画像が１つづつ現われ、こね
が並列−直列変換器１０により直列形式に変換さｒる。

伝送装置Ｍの略図を第７図に示す。伝送装置はやはり直
列−並列変換器２と時間関数乗算器６とを倫えている。

時間関数乗算器はここではより詳しく示されており、４
つの部分関数乗算器６１〜６４を備え、ここにおいて、
第６図の時間窓関数の／Ｉ！ｒ部分ｗ（シ）１〜ｗＤ；
）４、例えばＴと２Ｔとの間の部分が実現されて（・る
。

各部分画像の相応の信号値は別の加算装餉１２において
合計される。即ち例えはイベての１番目のイ百号値が第
１の加算器１２１において合計さね、すべてのＮ番目の
信号呟が加ｑ、器１２Ｎにおいて合計されるという具合
（（合計され、その結果出力側＆Ｃは合計信号値ＸＢＳ
が現われる。これらの各１直は、この実施例では４１向
の連続する部分画像の相応の４個の信号値の和を言んで
おり、これらの和はすべて相応の時間ｇ関数ｗ（ｔ）で
１み付けされたものである。変換はＮＸＮマ）　ＩＪツ
クスＭを用いて行なわれる。

変形された変換器４１は相応に単ＫＮ個の入力側のみ有
する。

データ量低減方法の一層の改善が、多次元の、通常最高
３次元の部分画像を伝送するととにより達成される。相
応の伝送装置では、時間関数を用（・た重み付けと変換
とが先ず一方向において行なわれ、次１ｃ８１ｓ２の、
ひきつづいてそのつど別の方向における相応の過程が行
なわれる。

発明の効果この伝送方法では、量子化または補間により必然的に生
する不正確さが肉眼ではほとんど認識さねなくなる。さ
らＫこの方法は、伝送路でのスペクトル値の障害の影響
を受けにくい。

【図面の簡単な説明】

第１図は１次元のテレビジクン画像の図、第２図は伝送
装置の回路略図、第６図はスプライン時間関数の特性を
示す線図、第４図は第６図のスゲライン時間関数に対応
する伝達関数の特性を示す線図、第５図は変換の伝達関
数、第６図は変換マトリックス要素、第７−は本発明の
方法を実施するための有利な装置のブロック回路図であ
る。Ｂ１−Ｂ５・・・部分画像、Ｘ・・・信号値、Ｙ、ＹＴ
・・・スペクトル値、ｍｈｉ・・・係数、ｗ（ｔ）・・
・時間窓関数、ＸＴ、ＸＢ・・・ｌみ付けされた４ｇ号
値、χＢＳ・・・和信号値ｘＯ＋１ＩＧ　３ｌＧ４

Claims

【特許請求の範囲】１、部分画像（Ｂ）の信号値（Ｘ）をオーバーラップし
てスペクトル値（ＹＴ）に変換し、その係数（ｍ＿ｈ＿
ｉ）を伝送し、そこから受信側において逆変換によつて
再び信号値（Ｘ）を検出する、デイジタルテレビジヨン
画像の伝送方法において、送信側で各々Ｎ個の信号値を
有する複数（ｍ＋１）個の部分画像ごとに１つの時間窓
関数ｗ（ｔ）を用いて重み付けし、各々Ｎ個の信号値（
Ｘ）を有する複数（ｍ＋１）個の部分画像（Ｂ１、Ｂ２
、Ｂ３、Ｂ４）ごとに変形フーリエ変換を用いてスペク
トル値（ＹＴ）に変換し、前記変形フーリエ変換の各々
Ｎ個の係数（ｍ＿ｈ＿ｉ；ｉ＝０、１、２・・・・・・
・・・Ｎ−１；Ｎ、Ｎ＋１・・・・・・・・・２Ｎ−１
、・・・・・・・・・）は整数個（０、１、２、３・・
・・・・・・・）の正弦波周期を有しており、最高Ｎ個
のスペクトル値（ＹＴ）のみ伝送し、送信側で引続いて
相応のオーバーラップ処理を、１番目の部分画像（Ｂ１
）を除いて同じ複数（ｍ）個の部分画像（Ｂ２、Ｂ３、
Ｂ４）と別の１つの部分画像（Ｂ５）とに行い、受信側
では、伝送されなかつたスペクトル値を伝送されたスペ
クトル値（ＹＴ）の補間により求め、続いてすべてのス
ペクトル値（Ｙ）の逆変換を行い、後続使用されるべき
画像信号値（Ｘ＊）を求めるため、逆変換により得られ
た重み付けさわた信号値（ＸＴ）を、オーバーラップ処
理に応じて送信側に生じる重み付けされた信号値（ＸＢ
）に加算することを特徴とする、デイジタルテレビジヨ
ン画像の伝送方法。２、時間窓関数として３次以上のスプライン関数を用い
る特許請求の範囲第１項記載のデイジタルテレビジヨン
画像の伝送方法。３、信号値（Ｘ）のスペクトル値（ＹＴ）への変換を離
散的フーリエ変換（ＤＦＴ）により行う特許請求の範囲
第１項または第３項記載のデイジタルテレビジヨン画像
の伝送方法。４、（ｍ＋１）個の部分画像（Ｂ１〜Ｂ４）内で同じ位
置を有する重み付けされた信号値（ＸＢ）ごとに、和信号値（ＸＢＳ）の検出のために互
いに加算し、各々Ｎ個の和信号値（ＸＢＳ）を変換する
特許請求の範囲第１項記載のデイジタルテレビジヨン画
像の伝送方法。５、次数ｍ＝３のヘテロのスプライン関数を時間窓関数
（ｗ（ｔ））として用いる特許請求の範囲第１項記載の
デイジタルテレビジヨン画像の伝送方法。６、１次元の部分画像（Ｂ）を各々８または１６の信号
値を用いて伝送する特許請求の範囲第１項記載のデイジ
タルテレビジヨン画像の伝送方法。７、多次元部分画像を伝送する特許請求の範囲第１項ま
たは第２項記載のデイジタルテレビジヨン画像の伝送方
法。８、色度信号と輝度信号とを別個に処理する特許請求の
範囲第１項記載のデイジタルテレビジヨン画像の伝送方
法。