JPH03117992A - ビデオ信号を全体運動ベクトルと局部運動ベクトルとして符号化し且つ伝送する方法 - Google Patents

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】 発明の背景 本発明はビデオ信号、特にデジタルたけてなく、冗長性
を減少するように処理され且つ画像部分の全体運動を示
す運動ベクトルを含有しているビデオ信号の符号化及び
伝送装置に関するものである。

ビデオデータ用デジタル符号化装置は公知であり、その
場合に冗長性を減少するためのアルゴリズムはソースフ
ローに関連して伝送される２進フローを減少するのに使
用されている。ＤＣＴ（離散コサイン変換）アイブリー
ダと呼ばれるこの型式の方法の例は、イタリア国、ラキ
ーラ市での１９８８年２月２９Ｉ３乃至３月２日のＨＤ
ＴＶについての第２回国際研究集会のエム　パルペロ氏
と、ニス　クッチ氏と、エムストロッピアーナ氏とによ
る論文ｒＨＤＴＶの伝送用のＤＣＴを基礎にしたコード
化計画」に見出すことができる。記載された方法は公知
の技術態様内で運動の数値を求め且つ次いで補正するこ
とにより改善させることができる。この方法において時
間冗長性は運動のない部分においてだけでなくまた決め
られた運動、すなわち無秩序でない運動において除去さ
れる。

同様の他の画像コード化方法が公知であり、該方法にお
いて受信され且つ再構成される画質を改善するのに運動
補正が使用することができる場合に、画像の時間側サン
プリングが設けられている。

上述した公知の方法において、画像は８×８ビクセル（
画素）ブロックのごとき側部分に分割され、これらのブ
ロックの各々に関して全体の運動ベクトルの数値が求め
られる。すなわち、先行するフレームから連続するフレ
ームへのその画像ブロックの移動はビクセルの数または
その部分において算定する。

送信機に設けられた画像処理は各画像ブロックの移動に
関連づけられた情報を使用し、そして各ブロックの処理
された画像及び運動ベクトル座標（垂直成分および水平
成分）を受信機に伝送する。

画像は送信機に供給された他のサービス情報とともにそ
れらの運動ベクトル座標を基礎にして再構成される。運
動ベクトルの評価とそれらの伝送は各フレームについて
行なわれる。

説明を簡単化するために、用語「フレーム」は単一画像
を構成する要素の全体及びとくにテレビジョンにおいて
、いわゆるｒフレーム」およびいわゆる「フィールド」
の両方を示すように常に記載されている。

通常、運動ベクトルは画像内の多くの運動がフレーム当
り１６ビクセルおよび８ライン以下であると見なされる
ため、例えば±１５．５ビクセルおよび±７．５ライン
の窓内で評価される。

それらのベクトルの座標は各画像ブロックについて最も
簡単な方法において伝送させることができる。記載され
た窓の場合において一定の長さコード化と、１／２ビク
セル精度に関して、これは画像ブロック当り６＋５＝ｌ
ｌビット、即ち可変長ＤＣＴ符号化により得られる冗長
性減少の利点を制限するように伝送されるべき情報の顕
著な増加を必要とする。同様に、幾つかの値が他より一
層有望であり、そして可変長運動ベクトルが符号化され
る場合には利点が得られない。

運動ベクトル伝送によって付与される情報２進フローを
減少するために、プログラムに基づく伝送を使用するこ
とが提案された。各フレームに関して、最も頻繁な運動
ベクトルの一定数、例えば３２が選択されそして伝送さ
れ、各ブロックに関して、選択された運動ベクトルアド
レスがプログラムに送られる。この方法において、ブロ
ック当り丁度５ビットが十分であり、先行の場合に対し
て６ビットを節約するが、３２個のベクトルを選択しか
つ割り当てることは結局非常に複雑で耐え難い負担とな
る。

さらに情報フロー減少または伝送されたビットタイミン
グ内で、先行するフレームにおける同一ブロックに関連
して、各ブロックについて運動変化のみを伝送すること
からなる微分運動ベクトルコード化も提案されている。

一般に、物体の運動は十分規則的であるので、それらの
変化は通常小さく、そして伝送された値の確率密度はゼ
ロのまわりで非常に「小さく」、そこで可変長コード伝
送は非常に有効となり、そして伝送されるビットの節約
は桁はずれである。

残念ながら、当該技術に明らかであるように、この方法
は１つのフレームから次のフレームに誤差を付加し、か
つそれゆえそれは同様に時々起こるチャンネル誤差に非
常に敏感である。

発明の概要 本発明の目的はビデオ信号とその関係の運動ベクトルを
符号化し且つ伝送するための公知の方法の欠点を除去し
、データ処理のための最小の情報フローと、高い伝送効
率と、低い負荷とを有し、チャンネル誤差等への無防備
性のごとき有害な副作用なしに運動ベクトルを伝送する
伝送装置を提供することにある。

本発明の上述した目的、他の目的及び利点は冗長性減少
アルゴリズムをビデオ信号に付加し且つ続いて選択され
たピクセルブロックについて符号化し、運動ベクトルを
各画像プロについて発生させ、全体運動ベクトルを画像
全体についてさらに発生させ、全体ベクトルに関連して
差を示す局部運動ベクトルを得るために全体ベクトルか
ら運動ベクトルを減算させ、全体ベクトルを一定の長さ
で符号し、符号化全体ベクトルと符号化局部ベクトルと
を伝送された信号において掛け算させることを特徴とす
る運動ベクトルを有するビデオ信号の符号化および伝送
装置により達成することができる。

以下に本発明を添付図面に示した実施例について詳細に
説明する。

第１図に関して、それ自体公知のデジタルビデオ信号又
はフレーム遅延機構Ｒに付加され、該フレーム遅延機構
Ｒは原則において信号ＩＤに一致するが適宜に遅延され
た出力信号ＤＤを備える。遅延機構Ｒはシフトレジスタ
又は読取り及び書込み時に適宜に走査されるランダムア
クセスメモ１バ又は他の選択された装置のようなデジタ
ル信号を遅延するために従来技術において知られた利用
可能な装置のいずれにすることもできる。

信号ＩＤ及びＤＤは運動ベクトルプロセッサＰ（またそ
れ自体公知）の２つの入力に付加され、該プロセッサＰ
は出力信号として連続運動ベクトルＭＶを発生するフレ
ーム中の連続画像ブロック用の２つの信号を比較する。

もちろん、運動ベクトルＭＶは２つの成分、即ち水平お
よび垂直をそれぞれ有するが、これら２つの成分は１つ
のデジタルワードに組み込まれるものと仮定する。

通常、画像ブロックは８×８ビクセル（画素）で形成さ
れ、本明細書に使用されている用語「ブロック」は任意
の数のビクセルによって形成される側辺を有する長方形
画像部、又は同様に非長方形の画像部として理解される
べきである。

運動ベクトルＭＶの連続は平均又は中間の計算器Ａに付
加され、該計算器Ａは各フレームに関して、そのフレー
ムのベクトルＭＶの（ベクトル）中間である出力信号Ｇ
Ｖを供給し、フレーム全体についての全体運動ベクトル
、即ち画像全体のまたはパンショット（パン撮り）また
は画像内で動いている顕著な物品の場合におけるような
画像の目立つ部分の考え得る全体運動を反映するベクト
ルを構成する。

一方、全体ベクトルＧＶは全体ベクトルエンコーダＣに
付加され、該エンコーダＣは一定の長さの全体ベクトル
を符号化し、それを公知の装置によるチャンネル誤差に
対して保護し、従来のデジタルデータ伝送技術によって
、フレームタイミングで伝送される一定の２進フローＦ
Ｓへの挿入のためそれ自体公知のラスク発生器Ｆに一定
の長さの全体ベクトルを付加する。

他方で、全体ベクトルＧＶは減算器回路Ｓの第１人力に
付加され、該減算器回路Ｓは第２人力において運動ベク
トルプロセッサＰからの出力信号ＭＶを受信し、そして
フレームごとにＭＶとＧＶとの間のベクトルに差ＬＶを
発生する。

それゆえ、出力信号ＬＶは各特定ブロックが全体ベクト
ルＧＶによって示されるような全体画像運動からどのよ
うに変位するかを示す局部運動ベクトルの連続によって
構成されている。

局部ベクトルＬＶが次いで可変長エンコーダＶ中に可変
長で符号化され、マルチプレクサＭにおいて、本発明の
一部ではないので説明しないほかの公知の装置によって
発生される画像データフローＣＤ（可変長で符号化され
る）と掛け算される。マルチプレクサＭの出力データＣ
ＶＤは次いで通常の方法での伝送に送られる。

掛け算は選択された慣例によって行なうことができ、例
えば、局部ベクトルＬＶを構成する可変長ワードは画像
ブロックを示すワードストリングの前に配置させること
ができる。

受信において１局部ベクトルはブロックごとに符号化さ
れ、各フレームの始めにおいて信号から抽出される全体
ベクトルに加算される。完全なベクトルは次いで通常の
方法で利用させることができる。局部ベクトルＬＶの可
変長コード化は本発明のとくに好適な実施例により選択
された任意のコードにより実施させることができるけれ
ども、このようなコードは、上述のごとく、局部ベクト
ルの確率密度が付近で最高にさせられるため、同一であ
りそれにより画像信号が符号化され、当該技術者に明ら
かであるように、それは冗長性減少アルゴリズムの適用
後の画像データの確率密度と同じである。この方法にお
いて、コードワード複号化は簡単化され、それゆえまた
受信機でのビデオ信号再構成が簡単化される。

また、画像を多数の副画像に再分し、各副画像に全体運
動ベクトルを関連づけ、各副画像に関して該副画像の全
体ベクトルに言及される局部ベクトルを発生することが
予知できる。

上述した方法によれば、局部ベクトルは各画像ブロック
用の情報フローに数ビット、すなわち、さらにより大き
なポテンシャル精度を付与する、プログラムに基づいた
伝送に関する負担に等しいかまたはそれより低い負担を
加算する。

さらに言えば、当該技術者に明らかであるように、背景
および物体運動は速くすることかで＠。

他方背景に対する物体の運動、または全体画像運動は通
常低い、全体ベクトルはすべてのフレームブロック中に
分布されるため小さなオーバヘッドである。誤差に対す
る保護は高くかつ連続するフレームへの誤差の伝播がな
い。

第２図は本発明の第２の態様による変形例をブロック図
で示し、この変形例は上述したＤＣＴ（離散コサイン変
換）アイブリーダ法によって、減少された冗長性のカラ
ービデオ信号の場合に適用するのに都合がよい、この場
合（イタリア、トリノ市での１９８９年のＨＤ　Ｔ　Ｖ
の信号処理についての第３回国際研究集会のエムペルベ
ロ氏と、ニス　クッチ氏と、ジエイ　エル　へルナンド
　バイロン氏とによる論文「ＤＣＴに基礎を置いたＨＤ
ＴＶコーデック（Ｇ。

ｄｅｃ）の順応性のある構造」参照）に、エンコーダは
２つのフローに再分されたパケットラスタ構造を有し、
すなわち、第１フローは可変長ワード、すなわち各信号
ブロックについてのＤＣＴ係数を含み、一方第２フロー
が一定長さコードで伝送される情報を含んでいる。この
情報内には各４辺ブロックについて５ビットグループ（
すなわち、各組の４つの８×８ビクセルブロツクに関し
て輝度データ用の２つのブロックおよび２つのクロミナ
ンス成分用の２つのブロックを含む）が含まれている。

５ビットは４辺ブロックの各ブロックが２７の組合せの
合計についてどのように処理されるかを示す。このデー
タの５ビットに関する３２個の考え得る組合せについて
、５個の組合せが従来技術によって使用されていない。

第２図のブロック図は、第１図のブロック図と同様に、
遅延された変形ＤＤを発生するデジタルビデオ信号ＩＤ
を遅延する遅延機構Ｒと、運動ベクトルＭＶのプロセッ
サＰと、一定長さエンコーダＣにおける符号化後、ラス
タ発生器Ｆに供給される全体ベクトルＧＶを発生する平
均計算器Ａとからなっている。減算器Ｓは、第１図の同
一方法において、ベクトルＭＶおよびそれらの差ＬＶを
発生する全体ベクトルＧＶ、または局部ベクトルを受信
する。

しかし、第２図の実施例によれば、減算器Ｓから到来す
る局部ベクトルＬＶは、符号信号Ｌ■Ｓおよび絶対値信
号ＬＶＡに再分されている。

符号信号ＬＶＳは明らかに、４つの空間四分円について
局部ベクトルが横たわっていることを示す、２つの水平
および垂直の、局部ベクトル成分の符号の４つの考え得
る組合せ（＋士、十−一−＋）の１つを示す、そしてさ
らに、局部ベクトルがゼロ（すべて述べた理由のため、
非常に有望であるような）である場合に、信号ＬＶＳは
そのような状態を示す特別な値を取る。

信号ＬＶＳは次いでエンコーダＱに付加され、該エンコ
ーダＱは順次各４辺ブロックに関連づけられる前記５ビ
ットグループの５個の考え得る不使用の組合せの１つに
はっきり描かれたラスタデータフローに信号ＬＶＳを挿
入するためにラスタ発生器Ｆに信号ＬＶＳを付加する。

信号ＬＶＡは可変長エンコーダ■にそしてそれからマル
チプレクサＭに第１図におけるように付加される。けれ
ども、この場合には、エンコーダＶは局部ベクトルがゼ
ロであることをＬＶＳが示すときマルチプレクサＭに向
かうコード放出が禁止されるために、符号信号ＬＶＳを
受信する。それゆえ、局部ベクトルがゼロである非常に
有望な場合に、ＬＶＳはさらにビットの節約により、ビ
デオデータ流には挿入されない。この状況は、符号信号
ＬＶＳを使用することにより、次いで受信機において容
易に識別される。

第２図の実施例はデータ流全体において節約するビット
に関して同様により有利である。第１実施例に関して事
実上節約されるのは、一方で、上述した５ビットグルー
プの如何なる負荷なしに隠される２つの符号ビット、他
方で高い出現の確率を有する局部ベクトルのゼロコード
である。さらに、局部ベクトルの絶対値は完全な局部ベ
クトルにより好都合な統計的な分布、即ちコード化画像
データの統計的な分布によす同じである分布を有する。

それゆえ、画像データの同一コードにより可変長コード
を行なうのに十分である。

本発明の幾つかの好適な実施例が説明されたが、もちろ
ん、本発明の概念内で、多くの変更および変形が当該技
術者に明らかである。例えば、説明した再実施例におい
て、平均計算器Ａは簡単な数学的平均以外のアルゴリズ
ム、例えば統計的モードまたは中央値の平衡させられた
平均のアルゴリズム等により全体ベクトルを計算すべく
なされたほかの装置によって置き換えることができる。

更に、上記においてＤＣＴ変換によって冗長性を減少さ
せたビデオ信号が現在有利なものであるためそのビデオ
信号について説明したけれども、その教示は冗長性を減
少するためのほかのアルゴリズムにより同様に使用させ
ることができることは明らかなである。

最後に、示された例は全体としてデジタルビデオ信号に
関するけれども、本発明はアナログ的に伝送されかつ例
えばラインまたはフレーム休止期間に含まれるパルスシ
ーケンスのようなデジタル形状の補助信号を含んでいる
ビデオ信号についても同様に使用させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の好適な実施例による装置を示す
ブロック図、第２図は本発明の第２の好適な実施例によ
る第１図の変形例を示すブロック図である。 図中符号ＩＤはデジタルビデオ信号、Ａは平均計算器、
Ｃは全体ベクトルエンコーダ、Ｆはラスク発生器、Ｍは
マルチプレクサ、Ｐは運動ベクトルプロセッサ、Ｑは符
号エンコーダ、Ｒは遅延機構、Ｓは減算器、■は可変長
エンコーダである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）冗長性減少アルゴリズムをビデオ信号に負荷し、続
   いて選択されたピクセルブロックについて符号化し、運
   動ベクトルを各画像ブロックについて発生させる運動ベ
   クトルを有するビデオ信号の符号化及び伝送装置におい
   て、全体運動ベクトルを画像全体についてさらに発生さ
   せ、全体ベクトルに関連して差を示す局部運動ベクトル
   を得るために運動ベクトルを全体ベクトルから減算させ
   、全体ベクトルを一定の長さで符号化し、符号化全体ベ
   クトルと符号化局部ベクトルを伝送された信号において
   掛け算させることを特徴とする運動ベクトルを有するビ
   デオ信号の符号化及び伝送装置。 ２）全体運動ベクトルを画像全体について１つにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の運動ベク
   トルを有するビデオ信号の符号化及び伝送装置。 ３）各ビデオ信号フレームを幾つかの副画像に分割し、
   全体運動ベクトルを各副画像について発生させることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の運動ベクトル
   を有するビデオ信号の符号化及び伝送装置。 ４）全体運動ベクトルをチャンネル誤差から保護により
   一定の長さで符号化させたことを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の運動ベクトルを有するビデオ信号の
   符号化及び伝送装置。 ５）ビデオ信号をデジタルとし、ビデオ信号が符号化さ
   れた可変長コードと同じもので局部ベクトルを符号化さ
   せたことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の運
   動ベクトルを有するビデオ信号の符号化及び伝送装置。 ６）ビデオ信号をデジタルとし、信号伝送を可変長ワー
   ドを含んでいる第１データフローと一定長ワードを含ん
   でいる第２データフローとに分割し、局部ベクトルには
   局部ベクトル成分を備え、局部ベクトル成分を可変長で
   符号化し、第１データフローにより伝送させることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の運動ベクトルを有
   するビデオ信号の符号化及び伝送装置。 ７）局部ベクトル不存在信号を別に発生させ、局部ベク
   トルがゼロであるとき第２データフローで伝送し、不存
   在信号が第２データフローにより局部ベクトルのゼロ絶
   対値を示す可変長ワードを伝送させないことを特徴とす
   る特許請求の範囲第６項に記載の運動ベクトルを有する
   ビデオ信号の符号化及び伝送装置。 ８）ビデオ信号をデジタルとし、信号伝送を可変長ワー
   ドを含んでいる第１データフローと一定長さワードを含
   んでいる第２データフローとに分割し、局部ベクトル成
   分の絶対値を可変長で符号化し且つ第１データフローで
   伝送し、局部ベクトルが横たわる幾何学的四分円を示す
   それぞれの方向信号を発生し、該方向信号を一定の長さ
   でコード化し且つ第２データフローにより伝送させるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の運動ベク
   トルを有するビデオ信号の符号化及び伝送装置。 ９）局部ベクトル不存在信号をさらに発生させ且つ局部
   ベクトルがゼロであるとき方向信号の代用において第２
   データフローにより伝送し、不存在信号が第２データフ
   ローに存在するとき、第１データフローにより局部ベク
   トルのゼロ絶対値を示す可変ワードを伝送させないこと
   を特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の運動ベクト
   ルを有するビデオ信号の符号化及び伝送装置。 １０）第２データ流には関連の４辺ブロックの処理方法
   を示す５ビットグループを含有させ、３２ビットの組合
   せのうち５個を指示に使用させず、方向信号及び不存在
   信号をそれぞれ５個の組合せにおいて符号化させること
   を特徴とする特許請求の範囲第８項に記載の運動ベクト
   ルを有するビデオ信号の符号化及び伝送装置。