JP2006339787A - 符号化装置及び復号装置 - Google Patents

Abstract

【目的】
入力映像信号に対してより小なる量子化ビット長が要求される場合に入力映像信号の画質を維持した符号化及び復号を可能とする符号化装置及び復号装置を提供する。
【構成】
本発明による符号化装置及び復号装置が開示される。該符号化装置は、所定量子化ビット長の入力映像信号を符号化して該所定量子化ビット長より小なる要求量子化ビット長の符号化映像信号を出力する符号化装置であり、該入力映像信号を、該要求量子化ビット長に等しい量子化ビット長の複数の分割映像信号に分割し、該分割映像信号の各々に対して該要求量子化ビット長に従った符号化を施して複数の符号化分割映像信号を生成し、該複数の符号化分割映像信号を多重して該符号化映像信号を生成する。該復号装置は、該要求量子化ビット長の符号化映像信号を復号して元の入力映像信号を再生する。
【選択図】
図１

Description

本発明は、例えばＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６２（ＭＰＥＧ２）の如き規格により要求される要求量子化ビット長に従って入力映像信号を符号化する符号化装置及びかかる符号化がなされた符号化映像信号を復号する復号装置に関する。

従来、全米映画テレビ技術者協会（ＳＭＰＴＥ：Society of Motion Picture and Television Engineers）２９２Ｍでは、映像の各画素の階調を１０ビット、すなわち、量子化ビット数を１０ビットとする規定がなされている。これに対して、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６２は、量子化ビットを８ビットとする映像信号を符号化及び復号を行うことを前提として規定されている。そのため、ＳＭＰＴＥ２９２Ｍ規格の映像信号をＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６２の規格に従って符号化及び復号するためには、通常、１０ビットの下位２ビットの情報を切り捨てるか、もしくは四捨五入等の切り上げを行うことによって８ビットにする必要がある。

映像信号の量子化を１０ビットで行うと１０２４の階調数が得られるが、量子化を８ビットで行うと２５６の階調数しか得られない。階調数を減縮することは輝度分解能を劣化させ量子化誤差を生じることになる。従って、かかる従来の方法によっては、ＳＭＰＴＥ２９２Ｍで規格化されるＨＤＴＶ（High Definition Television）方式の高画質再生が維持できないという問題を生じる。

特許文献１に開示の量子化器は、ブロック化された入力データついて該ブロックを分割してなる特定領域毎に必要量子化ビットを決定し、これによりデータ表現を効率化し、画像データの画質を向上せしめることができるとする。
特許第３２２５６６７号

しかし、かかる従来技術は、映像データのダイナミックレンジに応じて量子化ビットの長さを動的に変更するものであって、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６２の如き規定により画一的に要求量子化ビット長が要求される場合には適用することができない。

本発明の目的は、入力映像信号に対してより小なる量子化ビット長が要求される場合に入力映像信号の画質を維持した符号化及び復号を可能とする符号化装置及び復号装置を提供する。

本発明による符号化装置は、所定量子化ビット長の入力映像信号を符号化して該所定量子化ビット長より小なる要求量子化ビット長の符号化映像信号を出力する符号化装置であり、該入力映像信号を、該要求量子化ビット長に等しい量子化ビット長の複数の分割映像信号に分割する分割手段と、該分割映像信号の各々に対して該要求量子化ビット長に従った符号化を施して複数の符号化分割映像信号を生成する符号化手段と、該複数の符号化分割映像信号を多重して該符号化映像信号を生成する多重手段と、を含むことを特徴とする。

本発明による復号装置は、請求項１に記載される符号化映像信号を復号して出力映像信号を出力する復号装置であり、該符号化映像信号から、これに多重化されていた複数の符号化分割映像信号を分離する分離手段と、該符号化分割映像信号の各々に対して該要求量子化ビット長に従った復号を施して複数の分割映像信号を生成する復号手段と、該複数の分割映像信号の各々を合成して該出力映像信号を生成する合成手段と、を含むことを特徴とする。

本発明による符号化装置及び復号装置によれば、入力映像信号に対してより小なる量子化ビット長が要求される場合に入力映像信号の画質を維持した符号化及び復号が可能となる。

本発明の実施例について添付の図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施例＞
図１は、本発明の第１の実施例を示し、符号化装置及び復号装置を含む全体の構成を示している。ここで、ＨＤＴＶカメラ１１からの入力映像信号が符号化器２０に入力される。符号化器２０は、該入力映像信号を符号化してＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２２２．０に準拠したＴＳ（Transport Stream）規格に基づく符号化映像信号（以下、ＴＳ信号と称する）を生成して、これをネットワーク３１に送信する。図示されるように、符号化器２０は該ＴＳ信号を蓄積装置３２に出力しても良い。ＨＤＴＶカメラからの入力映像信号は、ＳＭＰＴＥ２９２Ｍ規格に準拠した信号であり、時刻スタンプ情報と共に、量子化ビットを１０ビットとする３つの量子化ビット列が画素毎に及び映像フレーム毎に適切な同期信号により分割されて繰り返される信号である。該３つの量子化ビット列は、１つの輝度信号（Ｙ信号）及び２つの色差信号（Ｐｂ信号及びＰｒ信号）に対応するビット列である。輝度信号（Ｙ信号）の階調は０〜１０２４であり、各色差信号の階調は−５１２〜＋５１１である。該入力映像信号は、ＳＭＰＴＥ２９２Ｍ規格に準拠した信号であれば、ＶＴＲ等の他の映像信号発生装置からの映像信号であっても良い。

ＴＳ信号は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２２２．０規格に基づいて符号化された映像または音声等のＥＳ（Elementary Stream）がＴＳパケット化されたパケットストリームである。その量子化ビットは８ビットである。ネットワーク３１を介して送信されるＴＳ信号は復号器４０に入力される。ＴＳ信号は、蓄積装置３２を介して復号器４０に入力されても良い。復号器４０は、ＴＳ信号を復号してＳＭＰＴＥ２９２Ｍ規格に準拠した映像信号を復元して出力映像信号としてＨＤＴＶモニタ１２に出力して再生する。出力映像信号はＨＤＴＶモニタ１２に出力されるのに代えて、ＳＭＰＴＥ２９２Ｍ規格に準拠したＶＴＲ等の他の映像信号再生装置に出力されても良い。本実施例では、符号化器２０と復号器４０との間の信号はＴＳ信号であるとしているが、他の形式、例えば、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２２２．０に準拠したＰＳ（Program Stream）規格に基づいたＰＳ信号であっても良い。

符号化装置２０は、ビット分割器２１と、２つのＨ２６２符合器２２及び２３と、Ｈ２２２多重器２４とを含む。ビット分割器２１は、量子化ビットを１０ビットとする信号である入力映像信号を取り込み、これを８ビット分割信号と２ビット分割信号とに分離する。８ビット分割信号と２ビット分割信号は、その名称に関わらず各々８ビットを占有する量子化ビット列から構成される。２つのＨ２６２符合器２２及び２３の各々は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６２規格に従った符号化機能を備える通常の符号器である。Ｈ２６２符合器２２は、該８ビット分割信号を取り込み、これに符号化を施して８ビットＥＳを出力する。Ｈ２６２符合器２３は、該２ビット分割信号を取り込み、これに符号化を施して２ビットＥＳを出力する。Ｈ２２２多重器２４は、８ビットＥＳ及び２ビットＥＳを取り込み、これらを多重化すると共に、８ビットＥＳ及び２ビットＥＳを識別するための識別データ及びこれらのデータ間の同期をなすための同期データと共に、ＴＳパケット化して、これをネットワーク３１または蓄積装置３２に出力する。Ｈ２２２多重器２４は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２２２．０の規格に従った多重化及びパケット化を行う。

復号装置４０は、Ｈ２２２分離器４４と、２つのＨ２６２復号器４２及び４３と、ビット合成器４１とを含む。Ｈ２２２分離器４４は、ネットワーク３１または蓄積装置３２からＴＳ信号を取り込み、これから８ビットＥＳ及び２ビットＥＳとに分離して出力する。Ｈ２２２分離器４４は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２２２．０の規格に従ったパケット分解及び多重分離を行う。Ｈ２６２復号器４２は、８ビットＥＳを取り込み、これを復号することにより８ビット分割信号を復元して出力する。Ｈ２６２復号器４３は、２ビットＥＳを取り込み、これを復号することにより２ビット分割信号を復元して出力する。２つのＨ２６２符合器４２及び４３の各々は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６２規格に従った復号機能を備える通常の復号器である。ビット合成器４１は、８ビット分割信号及び２ビット分割信号を取り込み、これらを合成することにより、量子化ビットを１０ビットとするＳＭＰＴＥ２９２Ｍ規格に準拠した映像信号を復元してＨＤＴＶモニタ１２に出力する。

図２は、図１に示されたビット分割器２１によりなされるビット分割動作を説明している。ここで、ビット分割器２１に入力される入力映像信号のうちの輝度信号（Ｙ信号）の場合のビット分割動作が（ａ）に示され、入力映像信号のうちの色差信号（Ｐｂ，Ｐｒ）の場合が（ｂ）に示されている。

輝度信号（Ｙ信号）の量子化ビット列の２進符号形式は符号無し整数である。入力される１０ビットの輝度信号は８ビット輝度信号（８ビット分割信号）と２ビット輝度信号（２ビット分割信号）に分割される。８ビット輝度信号と２ビット輝度信号は、その名称に関わらず各々８ビットを占有する量子化ビット列からなる。８ビット輝度信号は、入力される１０ビット輝度信号の上位８ビットでそのまま埋められる。２ビット輝度信号は、入力される１０ビット輝度信号の下位２ビットがそのままの位置で埋められると共に、残りの上位６ビットは”０”で埋められる（０スタッフィング）。

一方、２つの色差信号（Ｐｂ、Ｐｒ）の量子化ビット列の２進符号形式は符号つき整数であり、負の整数は２の補数により表される。入力される１０ビットの色差信号は、８ビット色差信号（８ビット分割信号）と２ビット色差信号（２ビット分割信号）に分離される。８ビット色差信号と２ビット色差信号の各々は、その名称に関わらず各々８ビットを占有する量子化ビット列からなる。８ビット色差信号は、入力される１０ビット色差信号の上位８ビットでそのまま埋められる。２ビット色差信号は、入力される１０ビット色差信号の下位２ビットがそのままの位置で埋められると共に、残りの上位６ビットは、入力される１０ビット色差信号の符号に応じて”０”または”１”で埋められる。すなわち、入力される１０ビット色差信号が正数または０の場合（ＭＳＢが”０”）には０スタッフィングを行い、１０ビット色差信号が負数の場合（ＭＳＢが”１”）には１スタッフィングを行う。２ビット色差信号においても符号の違いを維持することで、後の符号化においても適正な符号化を保証している。

図３は、図１に示されたビット合成器４１によりなされるビット合成動作を説明している。ここで、ビット合成器４１は、８ビット分割信号及び２ビット分割信号を取り込み、これらを合成することにより、量子化ビットを１０ビットとするＳＭＰＴＥ２９２Ｍ規格に準拠した映像信号を復元している。１０ビット映像信号は、その上位８ビットが８ビット分割信号の８ビットで埋められ、その下位２ビットが２ビット分割信号の８ビットのうちの下位の２ビットで埋められる。

図４は、図１に示されたＨ２２２多重器２４における８ビットＥＳ、２ビットＥＳ及びＴＳ信号に関わる処理を説明している。本図を参照すると、Ｈ２２２多重器２４は、別々に符号化された各ビットストリーム、すなわち８ビットＥＳ５１及び２ビットＥＳ５２を多重化し及びパケット化してＴＳ信号６０を生成する。この際に、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２２２．０で規定されているＰＴＳ（Presentation Time Stamp）やＤＴＳ（Decoding Time Stamp）が同期データとしてＴＳ信号６０に多重化される。具体的には、同一の値を持つＰＴＳ及びＤＴＳの組が８ビットＥＳ及び２ビットＥＳの各々に対応するＴＳパケット６３及び６４のＰＥＳ（Paketized Elementary Stream）ヘッダに設定される。また、８ビットＥＳ５１と２ビットＥＳ５２との対応関係を復号装置４０側に知らしめるために、８ビットＥＳのＰＩＤ（Packet Identifier：パケット識別子）と２ビットＥＳのＰＩＤとが記述されてそれらの対応関係が示されるＰＭＴ（Program Map Table）を含む１つのＴＳパケット６２と、ＰＭＴを指示するＰＡＴ（Program Association Table）を含む１つのＴＳパケット６１とがＴＳ信号６０に多重化される。

これにより、図１に示されたＨ２２２分離器４４は、１つのＴＳ信号を構成する各パケットを分解して２つの８ビットＥＳ及び２ビットＥＳのビットストリームに分離する際に、前述したＰＭＴを参照することで、８ビットＥＳ及び２ビットＥＳを識別すると共に同期を計って８ビットＥＳをＨ２６２復号器４２に渡し、２ビットＥＳをＨ２６２復号器４３に渡す制御を行うことができる。

以上の第１の実施例において、ＨＤＴＶカメラからの１０ビットを量子化ビットとする輝度信号及び色差信号からなる量子化ビット列が、量子化ビットが各々８ビット及び２ビットとする２つのＥＳビットストリームに分離されて伝送または蓄積される。ＨＤＴＶモニタ等に再生するにはこの逆の動作がなされる。これにより、元々１０ビットの高画質な映像データを８ビットに減縮することなく高画質を維持したまま映像信号を符号化及び復号することが可能となる。また、用いられる各符号器及び復号器は、ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６２に準拠した汎用のＬＳＩが使用できることから容易且つ低コストにて実現することができる。
＜第２の実施例＞
図５は、本発明の第２の実施例を示し、符号化装置及び復号装置を含む全体の構成を示している。ここで、符号化装置２０及び復号装置４０並びにこれらを取り巻く基本的構成は第１の実施例の場合と同様である。従って、本第２の実施例が第１の実施例と異なる部分についてのみ以下説明する。符号化装置２０は、Ｈ２６２符号器に代えて符号化補助器２５を含んでいる。ビット分割器２１からの２ビット分割信号は、Ｈ２６２符号器に代えて，符号化補助器２５に入力される。また、８ビット分割信号を取り込む符号器２１は、符号化するために必要なパラメータ情報を符号化補助器２５に出力している。該パラメータ情報としては、ＭＰＥＧ２ Ｖｉｄｅｏの勧告（ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６２）における規定に基づいて記述されるシンタックス、例えば、Sequence_header()、Picture_header()、Picture_coding_extention()の如きシンタックスを内容とするパラメータとする。

符号化補助器２５は、Ｈ２６２符号器２１により渡された符号化に必要なパラメータ情報に準じて入力された映像データに対して符号化を行う。結果的に符号化補助器２５の映像符号化方法は、Ｈ２６２符号器２１と常に同一となる。また、符号化されたＥＳのオーバヘッド部分（例えば、ピクチャヘッダ）は、Ｈ２６２符号器２１と符号化補助器２５とで同じシンタックス構造とすることができる。

以上の第２の実施例においては、第１の実施例とは異なり符号化装置２０側において符号化補助器２５が用意される。シンタックスの如きパラメータ情報を符号化器及び符号化補助器により共有することによって、符号化器と符号化補助器が完全に同期したＥＳを出力することができる。また、同じタイミングで符号化器及び符号化補助装置からＥＳが出力されれば、後段のＨ２２２多重化器の設計が容易となる。また、通常の符号器は高価であるが、符号化方式を決定するパラメータを１種類として符号化動作のみを持つ符号化補助器２５を用いれば、第１の実施例と比較しより安価に設計することが可能となる。これらの作用と共に、第１の実施例と同様にして高画質な映像信号の符号化及び復号が可能となる。

尚、以上の複数の実施例において、入力映像信号の所定量子化数を１０ビットとし、符号化映像信号の要求量子化数を８ビットとする例が示されたが、本発明はかかる量子化ビット長に限定されず、所定量子化ビット長が要求量子化ビット長よりも大きい条件における任意の数の所定量子化ビット長及び要求量子化ビット長の組み合わせにおいて適用され得る。また、以上の複数の実施例において、入力映像信号を２つの分割信号に分割する形態が示されたが、本発明はこれに限定されず３つ以上の分割信号に分割することも可能である。

以上の第１及び第２の実施例では、ＳＭＰＴＥ２９２Ｍに準拠したＨＤＴＶ品質の符号化装置及び復号装置に本発明を適用した例が説明されたが、同様に量子化ビットを１０ビットと規定しているＳＭＰＴＥ２５９Ｍに準拠したＳＤＴＶ（Standard Definition Television）のための符号化装置及び復号装置においても本発明は適用可能である。

本発明の第１の実施例を示し、符号化装置及び復号装置を含む全体の構成を示しているブロック図である。 図１に示されたビット分割器２１によりなされるビット分割動作を説明している説明図である。 図１に示されたビット合成器４１によりなされるビット合成動作を説明している説明図である。 図１に示されたＨ２２２多重器２４おける８ビットＥＳ、２ビットＥＳ及びＴＳ信号に関わる処理を説明している説明図である。 本発明の第２の実施例を示し、符号化装置及び復号装置を含む全体の構成を示しているブロック図である。

符号の説明

１１ ＨＤＴＶカメラ
１２ ＨＤＴＶモニタ
２０ 符号化装置
２１ ビット分割器
２２、２３ Ｈ２６２符号器
２４ Ｈ２２２多重器
２５ 符号化補助器
３１ ネットワーク
３２ 蓄積装置
４０ 復号装置
４１ ビット合成器
４２、４３ Ｈ２６２符号器
４４ Ｈ２２２分離器
５１ ８ビットＥＳ
５２ ２ビットＥＳ
６０ ＴＳ信号
６１〜６４ ＴＳパケット

Claims (7)

1. 所定量子化ビット長の入力映像信号を符号化して前記所定量子化ビット長より小なる要求量子化ビット長の符号化映像信号を出力する符号化装置であって、
   前記入力映像信号を、前記要求量子化ビット長に等しい量子化ビット長の複数の分割映像信号に分割する分割手段と、
   前記分割映像信号の各々に対して前記要求量子化ビット長に従った符号化を施して複数の符号化分割映像信号を生成する符号化手段と、
   前記複数の符号化分割映像信号を多重して前記符号化映像信号を生成する多重手段と、
   を含むことを特徴とする符号化装置。
2. 前記分割手段は、前記入力映像信号を構成する各量子化ビット列を複数のビット列に分離し、前記複数のビット列の各々を前記複数の分割映像信号の各々に変換することを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
3. 前記所定量子化ビット長は１０ビットであり且つ前記要求量子化ビット長は８ビットであり、前記分割手段は、前記入力映像信号を構成する各量子化ビット列を８ビットのビット列と２ビットのビット列との２つに分離し、前記２つビット列の各々を、各々が８ビットの量子化ビット列から構成される２つの分割映像信号の各々に変換することを特徴とする請求項２記載の符号化装置。
4. 前記分割手段は、前記２ビットのビット列を変換して得られる分割映像信号の各量子化ビット列の下位ビット側に前記２ビットのビット列を埋め込み、残りの上位ビット側に０または１スタッフィングを埋め込むことを特徴とする請求項３記載の符号化装置。
5. 前記多重手段は、前記複数の符号化分割映像信号の各々を識別するための識別データを生成し、これを前記符号化映像信号にさらに多重化することを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
6. 前記多重手段は、前記複数の符号化分割映像信号間の同期をなすための同期データを生成し、これを前記符号化映像信号にさらに多重化することを特徴とする請求項１記載の符号化装置。
7. 請求項１に記載される符号化映像信号を復号して出力映像信号を出力する復号装置であって、
   前記符号化映像信号から、これに多重化されていた複数の符号化分割映像信号を分離する分離手段と、
   前記符号化分割映像信号の各々に対して前記要求量子化ビット長に従った復号を施して複数の分割映像信号を生成する復号手段と、
   前記複数の分割映像信号の各々を合成して前記出力映像信号を生成する合成手段と、
   を含むことを特徴とする復号装置。

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