JP3187422B2 - ビデオ信号のコード化方法及びエンコードする装置 - Google Patents
ビデオ信号のコード化方法及びエンコードする装置Info
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- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 本発明はビデオ信号のコード化に関する。
データ圧縮を達成し、それによってコード化したビデ
オ信号を送信するのに必要なビット率を減少するための
デジタルビデオ信号のコード化の技術はよく知られてい
る。このような技術の１例はデータ圧縮を達成するため
のビデオコード化処理の空間的、時間的冗長を使用する
CCITT勧告H.261ビデオコード化標準方式である。このよ
うな冗長は画像内容で変化し、したがってデータ圧縮の
レベルと結果的に必要なビット率も変化する。固定した
又は一定のビット率送信チャンネルによる動作を容易に
するためにコード化したビデオデータのバッファが行わ
れる。しかし、このバッファは例えば情景の変化又は画
像の動作の結果を経験するときのデータ率の大きなおよ
び急速な変化に十分に対処できない。このような状況で
はコード化処理のパラメータはコード化データ率を減少
するように調節される。しかし画像品質には結果的に低
下する。パラメータ制御の１形態はバッファの充満に関
するコード化処理の量子化段階のステップサイズの調節
を含む。総合的な結果として固定した率の信号チャンネ
ルでは画像品質は可変であり、コード化歪みは他の時間
にチャンネル容量が送信される変化がほとんどないため
浪費される時間で特に目につくようになる。
オ信号を送信するのに必要なビット率を減少するための
デジタルビデオ信号のコード化の技術はよく知られてい
る。このような技術の１例はデータ圧縮を達成するため
のビデオコード化処理の空間的、時間的冗長を使用する
CCITT勧告H.261ビデオコード化標準方式である。このよ
うな冗長は画像内容で変化し、したがってデータ圧縮の
レベルと結果的に必要なビット率も変化する。固定した
又は一定のビット率送信チャンネルによる動作を容易に
するためにコード化したビデオデータのバッファが行わ
れる。しかし、このバッファは例えば情景の変化又は画
像の動作の結果を経験するときのデータ率の大きなおよ
び急速な変化に十分に対処できない。このような状況で
はコード化処理のパラメータはコード化データ率を減少
するように調節される。しかし画像品質には結果的に低
下する。パラメータ制御の１形態はバッファの充満に関
するコード化処理の量子化段階のステップサイズの調節
を含む。総合的な結果として固定した率の信号チャンネ
ルでは画像品質は可変であり、コード化歪みは他の時間
にチャンネル容量が送信される変化がほとんどないため
浪費される時間で特に目につくようになる。
広帯域ISDN,CCITT勧告I121のような非同期伝送モード
（ATM）ネットワークは前述のタイプのビデオコード化
に潜在的利益を有する可変ビット率伝送チャンネルの可
能性を提供する。第１の方法はコード化したビデオデー
タのバッファなしで済まし、ビデオ伝送の可変のコード
化したデータ率を処理するためATMネットワークの可変
ビット率チャンネルを利用することである。しかし共通
してパケット又はセルを基本とするATMネットワークは
潜在的にパケットまたはセル損失になりがちであり予言
的な高いビデオコード化技術は断続的なデータ損失にう
まく応答しない。この問題を克服し可変ビット率送信チ
ャンネルを利用するためのように２つの層のビデオコー
ド化を使用することが提案された（N Ghanbrai,IEEE Jo
urnal of Selected Areas of Communication、７巻、N
o.5、771〜781頁、1989年６月）この２つの層の第１の
基体層のコード化は基本的なビデオデータを含み、第２
の増強層のコード化は入力データと第１の層のコード化
の結果との間の相違を含む図１参照。基体層のコード化
からのコード化したデータは「保証された」パケットに
より一定ビット率（CBR）送信チャンネルによって送信
され、増強層からのコード化したデータは可変ビット率
（VBR）送信チャンネル上を送信されることができる。
パケットまたはセルがVBRチャンネル上の増強データか
ら失われると、最小限の画像品質はCBRチャンネルによ
って送信される基体層データにより維持される。本発明
の目的はコードビデオ信号の改良された方法を提供する
ことである。
（ATM）ネットワークは前述のタイプのビデオコード化
に潜在的利益を有する可変ビット率伝送チャンネルの可
能性を提供する。第１の方法はコード化したビデオデー
タのバッファなしで済まし、ビデオ伝送の可変のコード
化したデータ率を処理するためATMネットワークの可変
ビット率チャンネルを利用することである。しかし共通
してパケット又はセルを基本とするATMネットワークは
潜在的にパケットまたはセル損失になりがちであり予言
的な高いビデオコード化技術は断続的なデータ損失にう
まく応答しない。この問題を克服し可変ビット率送信チ
ャンネルを利用するためのように２つの層のビデオコー
ド化を使用することが提案された（N Ghanbrai,IEEE Jo
urnal of Selected Areas of Communication、７巻、N
o.5、771〜781頁、1989年６月）この２つの層の第１の
基体層のコード化は基本的なビデオデータを含み、第２
の増強層のコード化は入力データと第１の層のコード化
の結果との間の相違を含む図１参照。基体層のコード化
からのコード化したデータは「保証された」パケットに
より一定ビット率（CBR）送信チャンネルによって送信
され、増強層からのコード化したデータは可変ビット率
（VBR）送信チャンネル上を送信されることができる。
パケットまたはセルがVBRチャンネル上の増強データか
ら失われると、最小限の画像品質はCBRチャンネルによ
って送信される基体層データにより維持される。本発明
の目的はコードビデオ信号の改良された方法を提供する
ことである。
本発明によれば、送信用のビデオ信号をコード化する
方法は、 送信用のコード化したビデオデータを提供する１つの
基体層の量子化ステップサイズを含む基体層コード化動
作によりビデオ信号を表すデータをコード化し、 コード化ビデオデータの逆の基体層コード化動作を実
施することにより逆コード化したビデオデータを導出
し、 ビデオ信号および逆コード化ビデオデータを表すデー
タから差データを導出し、 増強層コード化動作により差データをコード化し、 差データのエネルギが可変しきい値を超過するときの
み差データがコード化され、しきい値は基体層量子化ス
テップサイズに反比例する方法からなることを特徴とす
る。
方法は、 送信用のコード化したビデオデータを提供する１つの
基体層の量子化ステップサイズを含む基体層コード化動
作によりビデオ信号を表すデータをコード化し、 コード化ビデオデータの逆の基体層コード化動作を実
施することにより逆コード化したビデオデータを導出
し、 ビデオ信号および逆コード化ビデオデータを表すデー
タから差データを導出し、 増強層コード化動作により差データをコード化し、 差データのエネルギが可変しきい値を超過するときの
み差データがコード化され、しきい値は基体層量子化ス
テップサイズに反比例する方法からなることを特徴とす
る。
送信用にビデオ信号をコード化する本発明の別の観点
による装置は、 送信用のコード化ビデオデータを提供するサイズの基
体層量子化段階を有する基体層量子化器を含む基体層コ
ード化動作によりビデオ信号を表すコード化データ用の
手段と、 コード化ビデオデータの逆の基体層のコード化動作の
実行により逆コード化ビデオデータを導出する手段と、 ビデオ信号および逆のコード化ビデオデータを表すデ
ータから差データを導出する手段と、 増強層コード化動作により差データをコード化する手
段を具備し、 差データをコード化する手段は差データのエネルギが
可変しきい値を超過するときのみ動作し、しきい値は基
体層量子化ステップサイズに反比例することからなるこ
とを特徴とする。
による装置は、 送信用のコード化ビデオデータを提供するサイズの基
体層量子化段階を有する基体層量子化器を含む基体層コ
ード化動作によりビデオ信号を表すコード化データ用の
手段と、 コード化ビデオデータの逆の基体層のコード化動作の
実行により逆コード化ビデオデータを導出する手段と、 ビデオ信号および逆のコード化ビデオデータを表すデ
ータから差データを導出する手段と、 増強層コード化動作により差データをコード化する手
段を具備し、 差データをコード化する手段は差データのエネルギが
可変しきい値を超過するときのみ動作し、しきい値は基
体層量子化ステップサイズに反比例することからなるこ
とを特徴とする。
本発明の好ましい実施例は添付図面を参照して例示に
より説明される。
より説明される。
図１は２つの層のビデオコード化処理の概略図であ
る。
る。
図２は本発明の実施例による変形されたH.261ビデオ
デコーダの概略図である。
デコーダの概略図である。
図３は本発明の実施例による変形されたH.261ビデオ
エンコーダの概略図である。
エンコーダの概略図である。
図４は本発明で得られる減少したSKRを示したグラフ
である。
である。
図２、３を参照すると、本発明の実施例はそれぞれ図
２、３のビデオエンコーダとデコーダにより例示されて
いるようにCCITT H.261コード化処理に対する変形とし
て記載されており、本発明は他のコード化方式に応用可
能であり、H.261標準は本発明の実施例の原理を示すた
めに選択されており、本発明を限定する意味では選択さ
れたものではない。H.261標準方式に対応して図２、３
で示されている本発明の実施例の部分は破線の囲い中に
含まれて示されている。エンコーダとデコーダのこれら
の部分はよく知られているので詳細には説明しない。
２、３のビデオエンコーダとデコーダにより例示されて
いるようにCCITT H.261コード化処理に対する変形とし
て記載されており、本発明は他のコード化方式に応用可
能であり、H.261標準は本発明の実施例の原理を示すた
めに選択されており、本発明を限定する意味では選択さ
れたものではない。H.261標準方式に対応して図２、３
で示されている本発明の実施例の部分は破線の囲い中に
含まれて示されている。エンコーダとデコーダのこれら
の部分はよく知られているので詳細には説明しない。
最初に図２を参照するとビデオ入力データのコード化
はCBRチャンネル上の送信用のコード化ビデオデータの
基体層を提供するようにH.261標準方式に応じて生じ
る。H.261コード化処理からDCTコード化後で量子化前に
コード化されたデータが抽出される。H.261コード化処
理では、DCTコード化されたデータは送信用の制御装置
４により制御される量子化器２により量子化され、この
量子化されたデータはまた次のコード化処理における使
用に対して逆量子化される。抽出したDCTコード化され
たデータは可変の差データを生成するため逆量子化され
たデータを減算される。可変の差データは以下説明する
ように可変ビット率の送信チャンネルで送信するように
処理される。
はCBRチャンネル上の送信用のコード化ビデオデータの
基体層を提供するようにH.261標準方式に応じて生じ
る。H.261コード化処理からDCTコード化後で量子化前に
コード化されたデータが抽出される。H.261コード化処
理では、DCTコード化されたデータは送信用の制御装置
４により制御される量子化器２により量子化され、この
量子化されたデータはまた次のコード化処理における使
用に対して逆量子化される。抽出したDCTコード化され
たデータは可変の差データを生成するため逆量子化され
たデータを減算される。可変の差データは以下説明する
ように可変ビット率の送信チャンネルで送信するように
処理される。
可変の差データはスイッチ（SW1）により固定した量
子化器、可変長のコーダ（Ｑ＆VLC）、マルチプレクサ
（Mux）、ラインのインターフェイス（LI）を経て可変
ビット率（VBR）データチャンネルに選択的に結合され
る。スイッチ（SW1）は可変の差データで動作するH.261
コーダおよびエネルギ決定装置（ED）の量子化制御装置
４から入力を受信するしきい値検出器（TH）により制御
される。さらに制御回路（Ｃ）はH.261コーダの量子化
器（Ｑ）に対して動作する。
子化器、可変長のコーダ（Ｑ＆VLC）、マルチプレクサ
（Mux）、ラインのインターフェイス（LI）を経て可変
ビット率（VBR）データチャンネルに選択的に結合され
る。スイッチ（SW1）は可変の差データで動作するH.261
コーダおよびエネルギ決定装置（ED）の量子化制御装置
４から入力を受信するしきい値検出器（TH）により制御
される。さらに制御回路（Ｃ）はH.261コーダの量子化
器（Ｑ）に対して動作する。
好ましい実施例のコード化処理をより詳細に説明す
る。可変の差データのエネルギは可変の差データのDCT
係数の２乗の合計としてブロック（８×8PEL）のエネル
ギ検出器（ED）により決定される。計算されたブロック
エネルギ（BE）はH.261コーダの量子化器（Ｑ）のステ
ップサイズに基づいて設定されるしきい値を有するしき
い値検出器（TH）によりしきい値レベル（TL）を比較さ
れる。しきい値レベル（TL）は以下のように設定され
る。
る。可変の差データのエネルギは可変の差データのDCT
係数の２乗の合計としてブロック（８×8PEL）のエネル
ギ検出器（ED）により決定される。計算されたブロック
エネルギ（BE）はH.261コーダの量子化器（Ｑ）のステ
ップサイズに基づいて設定されるしきい値を有するしき
い値検出器（TH）によりしきい値レベル（TL）を比較さ
れる。しきい値レベル（TL）は以下のように設定され
る。
TL＝Ｋ（基体量子化器のステップサイズ） ここでＫは定数である。ブロックエネルギ（BE）がし
きい値レベル（TL）よりも大きいと、スイッチ（SW1）
は以下のようにそのブロックに対する可変の差データが
処理され送信されるように動作される。
きい値レベル（TL）よりも大きいと、スイッチ（SW1）
は以下のようにそのブロックに対する可変の差データが
処理され送信されるように動作される。
量子化器と可変長のコーダ（ＱおよびVLC）により受
信される可変の差データは一定した小さいステップレベ
ルで量子化され、2D−VLCコード化のような可変長のコ
ード化を使用してコード化される。量子化され、コード
化された可変の差データはアドレス情報を付加するマル
チプレクサ（Mux）およびラインのインターフェイス（L
I）を経て例えばATMネットワークのVBRチャンネルに送
られる。
信される可変の差データは一定した小さいステップレベ
ルで量子化され、2D−VLCコード化のような可変長のコ
ード化を使用してコード化される。量子化され、コード
化された可変の差データはアドレス情報を付加するマル
チプレクサ（Mux）およびラインのインターフェイス（L
I）を経て例えばATMネットワークのVBRチャンネルに送
られる。
前述した処理は、コード化されてVBRチャンネル上を
送信されるしきい値レベルより大きいエネルギを有する
可変差データのブロックに対するデータを生成する。従
って、それらの大きな変化を有するブロックは送信さ
れ、一方、小さい変化を有するブロックは送信されな
い。図４は第２の層の可変しきい値より大きいブロック
のSWRと第２の層の決定のないブロックとの比較を示し
ている。第２の層の平均ビット率は毎秒31315ビットに
低下し、これはしきい値のない２層モデルの33％の節約
である。平均のSNRは39.93dBに低下し（0.34dBの低
下）、拡がりは1.4dBである。
送信されるしきい値レベルより大きいエネルギを有する
可変差データのブロックに対するデータを生成する。従
って、それらの大きな変化を有するブロックは送信さ
れ、一方、小さい変化を有するブロックは送信されな
い。図４は第２の層の可変しきい値より大きいブロック
のSWRと第２の層の決定のないブロックとの比較を示し
ている。第２の層の平均ビット率は毎秒31315ビットに
低下し、これはしきい値のない２層モデルの33％の節約
である。平均のSNRは39.93dBに低下し（0.34dBの低
下）、拡がりは1.4dBである。
しきい値レベルより下の瞬時のエネルギレベルを有す
るブロックのデータが送信されず、従って例えば背景の
詳細部分の小さい変化は増強データとして送信されな
い。このような小さい変化は低い率で生じ、次第にエラ
ーは「本物」の画像とコード化されたものとの間で形成
され、送信される。
るブロックのデータが送信されず、従って例えば背景の
詳細部分の小さい変化は増強データとして送信されな
い。このような小さい変化は低い率で生じ、次第にエラ
ーは「本物」の画像とコード化されたものとの間で形成
され、送信される。
この問題を克服するためH.261エンコーダの量子化器
（Ｑ）のステップサイズは入力ビデオ画像の各フレーム
の部分に対して増強層のエンコーダの量子化器と同一の
ステップサイズに固定される。従って画像は概念的にブ
ロック（GOB）の12のグループに分けられ、フレームの
シーケンスにわたってH.261のエンコーダの量子化器は
交互に各GOBの増強したコーダの量子化器の固定したス
テップサイズに設定される。このことは特定のフレーム
の選択されたGOBに対して普通より多くのデータの基体
層のコード化を生成し、増強コーダのしきい値レベルが
非常に高くなり、同時に選択されたGOBの可変差データ
のエネルギが低いので増強層でコード化されるデータは
ない。小さいステップサイズを有するH.261の量子化器
によって、量子化エラーは小さく、エラーは増強層の量
子化器のステップサイズより小さい。結果は勿論基体層
のバッファのため層の一定ビット率は維持されるが増強
層の瞬時のコード化されたデータ率で低下し、基体層の
瞬時のコード化したデータ率で増加する。そのため画像
のGOBの小さいステップサイズの量子化を選択的に強制
するこの処理手段により、増強層のコード化で捕らえら
れない程度に低いエネルギレベルを有する画像の変化は
定期的に基体層コード化で掃討される。
（Ｑ）のステップサイズは入力ビデオ画像の各フレーム
の部分に対して増強層のエンコーダの量子化器と同一の
ステップサイズに固定される。従って画像は概念的にブ
ロック（GOB）の12のグループに分けられ、フレームの
シーケンスにわたってH.261のエンコーダの量子化器は
交互に各GOBの増強したコーダの量子化器の固定したス
テップサイズに設定される。このことは特定のフレーム
の選択されたGOBに対して普通より多くのデータの基体
層のコード化を生成し、増強コーダのしきい値レベルが
非常に高くなり、同時に選択されたGOBの可変差データ
のエネルギが低いので増強層でコード化されるデータは
ない。小さいステップサイズを有するH.261の量子化器
によって、量子化エラーは小さく、エラーは増強層の量
子化器のステップサイズより小さい。結果は勿論基体層
のバッファのため層の一定ビット率は維持されるが増強
層の瞬時のコード化されたデータ率で低下し、基体層の
瞬時のコード化したデータ率で増加する。そのため画像
のGOBの小さいステップサイズの量子化を選択的に強制
するこの処理手段により、増強層のコード化で捕らえら
れない程度に低いエネルギレベルを有する画像の変化は
定期的に基体層コード化で掃討される。
コード化処理は図２のエンコーダに関して記載されて
いる。デコード処理は基本的にコード化処理と反対であ
り、それ故好ましい実施例のデコーダを示す図３に関連
する通常の項目でのみ説明されている。すなわち、CBR
チャンネルから受信された信号は通常の方法のH.261デ
コーダ回路によりデコードされ、一方VBRチャンネルの
増強データはラインインターフェイス（LI）により処理
され、送信中データセルが損失するかどうかを決定する
ためセル損失検出器（CLD）により分析される。受信デ
ータは逆（固定したステップサイズ）量子化される前お
よびDCTの前にデマルチプレクサされ、可変長でデコー
ドされる（DMux ＆ VLD）。結果的なデコードされた
可変データはデジタルビデオ出力信号を提供するように
H.261デコーダの出力と合計される。セル損失を考慮す
るため増強層のデマルチプレクサは基体のH.261層のデ
マルチプレクサと同期される。
いる。デコード処理は基本的にコード化処理と反対であ
り、それ故好ましい実施例のデコーダを示す図３に関連
する通常の項目でのみ説明されている。すなわち、CBR
チャンネルから受信された信号は通常の方法のH.261デ
コーダ回路によりデコードされ、一方VBRチャンネルの
増強データはラインインターフェイス（LI）により処理
され、送信中データセルが損失するかどうかを決定する
ためセル損失検出器（CLD）により分析される。受信デ
ータは逆（固定したステップサイズ）量子化される前お
よびDCTの前にデマルチプレクサされ、可変長でデコー
ドされる（DMux ＆ VLD）。結果的なデコードされた
可変データはデジタルビデオ出力信号を提供するように
H.261デコーダの出力と合計される。セル損失を考慮す
るため増強層のデマルチプレクサは基体のH.261層のデ
マルチプレクサと同期される。
好ましい実施例は可変差データ送信を設定するためポ
ストDCT差に関して説明されている。差はPELドメインの
このようなコードの前に生じ、そのため可変差データは
量子化と変形エラーの両者を反射する。
ストDCT差に関して説明されている。差はPELドメインの
このようなコードの前に生じ、そのため可変差データは
量子化と変形エラーの両者を反射する。
好ましい実施例で説明されているブロックエネルギの
決定方法の代りとして、ブロックエネルギが絶対差の合
計、即ち増強層データの係数の絶対値の合計として決定
される。
決定方法の代りとして、ブロックエネルギが絶対差の合
計、即ち増強層データの係数の絶対値の合計として決定
される。
フロントページの続き (72)発明者 ニルソン、マイケル・アーリング イギリス国、アイピー４・４ビーエック ス、サフォーク、イプスウイッチ、ブラ ンズウイック・ロード 119 (72)発明者 ボーモント、デイビッド・オウエン イギリス国、アイピー５・７エスユー、 サフォーク、イプスウイッチ、マートレ スハム・ヒース、ウエストランド 48 (72)発明者 モーリソン、デイビッド・ジェフリー 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 (56)参考文献 特表 平１−503509（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＮ Ｓ ＥＬＥＣＴＥＤ ＡＲＥＡ ＩＮ ＣＯ ＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ，７［５ ］（1989．６）Ｐ．771−781（Ｔｗｏ− Ｌａｙｅｒ Ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ｖｉ ｄｅｏ Ｓｉｇｎａｌｓ ｆｏｒ ＶＢ Ｒ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68
Claims (4)
- 【請求項１】送信用の基体層を提供するためビデオ信号
を表わしているデータをコード化し、前記データは基体
層の量子化ステップサイズで量子化され、 コード化されたビデオデータを逆コード化することによ
り逆コード化されたビデオデータを導出し、 ビデオ信号を表わしているデータおよび逆コード化され
たビデオデータから差データを導出し、 差データのエネルギが可変しきい値を超えるときに、増
強層の量子化ステップサイズで量子化された増強層を提
供するため差データをコード化し、しきい値が基体層の
量子化ステップサイズに反比例することを含む、 送信用のビデオ信号のコード化方法。 - 【請求項２】ビデオ信号の各フレームの一部を表わして
いるデータに対して、基体層の量子化ステップサイズが
増強層の量子化ステップサイズと同一になるように固定
される請求項１に記載の方法。 - 【請求項３】画像がブロックのグループに概念的に分割
され、ビデオ信号データの各フレームに対して、ブロッ
クの１つのグループが増強層の量子化ステップサイズと
同一になるように固定された基体層の量子化ステップサ
イズで処理されるようにその一部として選択される請求
項２に記載の方法。 - 【請求項４】送信用の基体層を提供するためビデオ信号
を表わしているデータをコード化し、前記データを基体
層の量子化ステップサイズで量子化する手段と、 コード化されたビデオデータを逆コード化することによ
り逆コード化されたビデオデータを導出する手段と、 ビデオ信号を表わしているデータおよび逆コード化され
たビデオデータから差データを導出する手段と、 差データのエネルギが基体層の量子化ステップサイズに
反比例する可変しきい値を超えるときを決定する手段
と、 増強層を提供するため、決定手段に依存して作動可能で
ある差データをコード化する手段とを含む、 送信用のビデオ信号をエンコードする装置。
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