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JP3365771B2 - ビデオ信号圧縮装置 - Google Patents

ビデオ信号圧縮装置

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Publication number
JP3365771B2
JP3365771B2 JP51084092A JP51084092A JP3365771B2 JP 3365771 B2 JP3365771 B2 JP 3365771B2 JP 51084092 A JP51084092 A JP 51084092A JP 51084092 A JP51084092 A JP 51084092A JP 3365771 B2 JP3365771 B2 JP 3365771B2
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JP
Japan
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odd
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Application number
JP51084092A
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English (en)
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JPH06507285A (ja
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エヌジー，シャウ−バオ
ヒンゴラーニ，ラジェシ
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General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JPH06507285A publication Critical patent/JPH06507285A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3365771B2 publication Critical patent/JP3365771B2/ja
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N19/50—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
    • H04N19/503—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction
    • H04N19/51—Motion estimation or motion compensation
    • H04N19/577—Motion compensation with bidirectional frame interpolation, i.e. using B-pictures
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    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
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    • H04N19/42—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals characterised by implementation details or hardware specially adapted for video compression or decompression, e.g. dedicated software implementation
    • H04N19/423—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals characterised by implementation details or hardware specially adapted for video compression or decompression, e.g. dedicated software implementation characterised by memory arrangements
    • H—ELECTRICITY
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    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
  • Television Signal Processing For Recording (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 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（compress/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
米国特許出願第07/692,848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
と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（cosine transform）、サブバンド符号
化、ピラミッド変換（pyramid transform）、フレーム
内符号化（intraframe encoding）、フレーム間符号化
（interframe encoding）、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（IS
O）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」（Coding of Moving Pictures and Associ
ated Audio）（ISO−IEC JTC1/SC2/WC11,MPEG 90/176 R
ev.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（runlengt
h）符号化および統計的（Huffman−ハッフマン）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 frame）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。最初の符号化は、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F1,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（Ｉフレームと呼ばれる）、フレームF2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、Ｉフレー
ムF1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（F3）を表す
Ｂ符号化フレームは、フレームF2（F3）と、Ｉ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、Alvin ArtieriおよびOswald Colavin著
「イメージ圧縮のチップ・セット・コア」（A Chip Set
Core for Image Compression）（SGS−Thomson Microe
lectronics,Image Processing Business Unit,17 avenu
e des Martyre−B.P.217,38019 Grenoble Cedex Franc
e）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タレースされたイ
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。ＩフレームとＩフレーム間の
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
Ｉ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。
MPEGプロト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MP
EGプロトコルによると、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、このプロトコルに若干の
改良を加えると、ブロードキャスト品質のテレビジョン
・イメージ、あるいはHDTVイメージを生成するだけの十
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
当たりのピクセル数を増加することがある。しかし、MP
EGプロト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Ｉ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両符号化
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。
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
ショ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、MPEGフィールド／フレーム・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
たりのピクセル数を増加すると、このブロトコルをテレ
ビジョン・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、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、Ｉフィールド／フレームが必
要である。第1B図のシーケンスは９フィールドごとにＩ
フィールド／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フィールドごとにＩフィールド／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。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Ｉフィール
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Ｉフィールド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、Ｉフィールド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Ｉフィールドと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、インタレース・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10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色素信号を出力するが、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10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（transport packetizing）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
別するヘッダ情報や、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−
Solmon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に入力される。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、８×８ピクセル・ブ
ロックに対して離散的余弦変換（discrete cosine tran
sform）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16×16ピクセル・ブロッ
クであって、現フィールド中の16×16ピクセル・ブロッ
クに最も近く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ピ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ブロッ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1
05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 3220 MOTION ES
TIMATION PROCESSORという名称でSGS−THOMSON MICROEL
ECTRONICS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、STV 3200 DISCRET
E COSINE TRANSFORMという名称でSGS−THOMSON MICROEL
ECTRONICS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C
B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10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はスナッチされ
て、バッファ・メモリB101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114,11
5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10が現れると、このフィールドはバッ
ファ・メモリA102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10は作業用バッファ・メ
モリ100に入力される。フィールド10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。Ｉ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108を通過す
る。このデータはDCTおよび量子化エレメント109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DCT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。Ｉフレームの圧縮時には、どの情報も、エレメ
ント112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
DCT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、該当のヘッド情報を付加してデコード化を
容易にする。エレメント111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109,110,111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ションを実行する。
偶数フィールド10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からのデータを受
けると動作して、イメージ・データのそれぞれの16×16
ピクセル・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10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。インタポ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・ベクトルが求められると、これはモーシ
ョン補正予測回路（predictor）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10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108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からの対応するピクセル・データ・ブ
ロックからピ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、Ｉフィールド10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11
3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、８×８ピ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16×16ピクセル
・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
御オペレーションを示す図である。300において、スタ
ートアップ時、カウント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（31
9）、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（31
1）。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だけイン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101,102,114,115の奇数セクションが許容される（31
1）。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Ｉ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（31
2）は１〜９の値が循環的に得られるモジューロ９カウ
ンタである。カウント値が２回目に１になったときに、
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、これはフィールド５と６に対応し、テ
スト（316）に従って、Ｂモードで圧縮される。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によって検出されるが、この検出器は、チ
ューナ、IF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18,19から取り出した圧縮情報に
一致する形式に作り替える。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（decompressor）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47,4
8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、例えば、第1
B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タレース形式または非インタ
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RAM52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
ョンを選択すると、第１オプションよりもイメージが明
るくなり、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経由でインタポレータ50に入力することである。イン
タポレータ50は、奇数フィールド信号の連続するペアの
ラインからインタポ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
ショ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オプションを選択し、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、マルチプレクタ51がバッフ
ァ・メモリ47とインタポレータ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ポ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。
フロントページの続き (72)発明者 ヒンゴラーニ，ラジェシ アメリカ合衆国 08536 ニュージャー ジ州 プレインズボロ アスペン ドラ イブ 104 (56)参考文献 ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＣＩＲＣＵＩＴＳ ＡＮＤ Ｓ ＹＳＴＥＭＳ ＶＯＬ．38［１ ］（1991．１）ｐ140−142

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ビデオ・データ圧縮システムであって、 ビデオ信号の順序番号のついたフィールド・シーケンス
    を出力するビデオ信号発生源（10,12）であって、奇数
    フィールドと偶数フィールドの連続する対はビデオ信号
    のフレームを形成しているビデオ信号発生源と、 前記ビデオ信号に応答して、該ビデオ信号の奇数フィー
    ルドを前記偶数フィールドから独立して圧縮するための
    第１の圧縮手段（17）であって、該奇数フィールドのう
    ちの一部をフレーム内圧縮モードに従って符号化し、該
    奇数フィールドのうちの他をフレーム間予測圧縮モード
    に従って符号化する手段と、 該ビデオ信号の偶数フィールドを前記奇数フィールドか
    ら独立して圧縮するための第２の圧縮手段（16）であっ
    て、該偶数フィールドのうちの一部をフレーム内圧縮モ
    ードに従って符号化し、該偶数フィールドのうちの他を
    フレーム間予測圧縮モードに従って符号化する手段と、 前記圧縮されたフィールドを送信するための手段（21）
    とを備え、 前記フレーム内圧縮モードに従って圧縮された該偶数フ
    ィールドは、該フレーム内圧縮モードに従って圧縮され
    た該奇数フィールドとは異なるフレームからのものとさ
    れることを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載のシステムに
    おいて、 フレーム内で圧縮された偶数フィールドは、フレーム内
    で圧縮された連続する奇数フィールド間の途中の前記フ
    ィールドシーケンスに現れることを特徴とするシステ
    ム。
  3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項に記載のシステムに
    おいて、 フレーム内圧縮偶数フィールドは、連続するフレーム内
    圧縮奇数フィールド間に介在することを特徴とするシス
    テム。
  4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項に記載のシステムに
    おいて、 前記ビデオ信号発生源は、 ビデオ信号のフィールドを出力する手段（10）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出力ポートから交互に出
    力するための手段（12）を備えたことを特徴とするシス
    テム。
  5. 【請求項５】特許請求の範囲第４項に記載のシステムに
    おいて、 前記第１出力ポートに接続されて、前記奇数フィールド
    を圧縮するための第１の圧縮手段（17）であって、該第
    １の圧縮手段はＮ番目（ただし、Ｎは３より大きい整数
    である）ごとに現れる奇数フィールドを前記フレーム内
    圧縮モードに従って圧縮するようにプログラムされてい
    るものと、 前記第２出力ポートに接続されて、前記偶数フィールド
    を圧縮するための第２の圧縮手段（16）であって、該第
    ２の圧縮手段はＭ番目（ただし、Ｍは３より大きい整数
    である）ごとに現れる偶数フィールドを前記フレーム内
    圧縮モードに従って圧縮するようにプログラムされてい
    るものと、 圧縮された偶数フィールドと奇数フィールドをマルチプ
    レクスするための手段（20）とを備えたことを特徴とす
    るシステム。
  6. 【請求項６】特許請求の範囲第５項に記載のシステムに
    おいて、 前記マルチプレクスするための手段は、前記マルチプレ
    クス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。
  7. 【請求項７】特許請求の範囲第１項に記載のシステムに
    おいて、 前記第１の圧縮手段は、Ｎ番目（ただし、Ｎは３より大
    きい整数である）ごとに現れる奇数フィールドを前記フ
    レーム内圧縮モードに従って圧縮し、前記第２の圧縮手
    段は、Ｍ番目（ただし、Ｍは３より大きい整数である）
    ごとに現れる偶数フィールドを前記フレーム内圧縮モー
    ドに従って圧縮するようにプログラムされていることを
    特徴とするシステム。
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