JPH01276891A - 動画像符号化装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、パケット網伝送路を利用する動画像符号化装
置に関する。

（従来の技術） 現在の通信網は、世界的にダイヤルするたけで相手と話
しのできる電話網を形成している回線交換網と、各種の
データ通信を行なうためのパケット交換網、ファクシミ
リ専用のファクシミリ網等、個別に存在し、一つの電話
回線でもアナログやディジタルの混在がある。そこで、
１９９７年を目標として統合されたディジタル通信サー
ビス網（ＩｓＤＮ）が、ＣＣＩＴＴ等で検討されている
。現在までに、ユーザ加入者インターフェイスが電話２
回線分及びデータ１回線分（２Ｂ十〇）の計１４４ｋｂ
ｐｓとすることが勧告化されている。この初期のｌ５Ｄ
Ｎは、現在の電子交換機を高機能化するのみの回線交換
を基本としているが、より進んだｌ５ＤＮでは、パケッ
ト交換機の方が有利であるとして、高速パケット交換機
や非同期転送モードが検討されている。

また、現在の回線交換の伝送路を利用したテレビ電話や
テレビ会議を目的として、ｎ　Ｘ　６４ｋｂｌ）Ｓ及び
ｎ　Ｘ　３８４ｋｂｐｓの伝送レートの動画像符号化が
盛んに研究されている。このような低ピッ１へレートの
動画像伝送では、連続する画面間の相関を除去するフレ
ーム間予測やフレーム間動き補償子ａｒ１１技術と、画
面内の近傍画素間の相関を除去するため、直交変換技術
を合せて用いている。しかしながら、これら高度な技術
を利用しても、毎秒３０枚の通常のテレビと同じフレー
ムレートを達成することできずに、毎秒数枚から１０枚
程度に間引いて符号化を行なっている６ 一方、特開昭６１−１８９５２５　（文献１）にあるよ
うに、低ビツトレートの符号化を目的として、ソフトウ
ェア制御の実時間動画プロセッサが提案されている。こ
の動画プロセッサは画面を複数個の縦長長方形に分割し
、それぞれにプロセッサを割り当てる並列処理方式を採
用している。各プロセッサは担当する領域の一ライン分
を一ライン時間あるいは、複数ライン分をその複数ライ
ン時間で処理すればよく、その場合の符号化に用する時
間は、最大で措定された複数ライン時間分と一致する。

（発明が解決しようとする課１ｆＪｌｆ）まず第１に、
回線交換の伝送路を利用した低ビツトレートの動画像符
号化では、送信バッファを設けて伝送情報量の変動をな
らす必要があり、伝送路に送出するまでに用する時間は
かなり長い。

この送出までの遅延が大きくなることを許せば、符号化
効率は上がり、反対に、遅延を小さく抑えようとすると
、符号化効率が劣下して低ビツトレートに収らなくなる
。また第２に情報源符号化部及びエントロピー符号化部
で符号化遅延が生じる。一般に高ビットレートの符号化
では、毎フレーム符号化されるため、符号化遅延は最大
でも１フレ一ム時間以下であるが、低ビツトレートの符
号化においては、先にも述べたようにフレーム間引きが
行なわれるため符号化遅延は数フレーム分になってしま
う。このような、大きな遅延のあるテレビ電話やテレビ
会議システムを用いて双方向で会話を行なうと、こちら
が話し終わった後、数百ミリ秒経ってから、相手に話し
終わったことが伝わり、それから相手側が話し始めると
、また、数百ミリ秒経ってからこちらに返事か返ってく
るという問題かある。また、動画像の符号化遅延が音声
の符号化遅延より長いので、唇の動きをあわせるために
音声の伝送に遅延回路を挿入することも必要となってい
る。この音声遅延のあるシステムではタップ数の大きな
エコーキャンセラを挿入する必要も生じて、全体のシス
テムが大きくなってしまう。

（課題を解決するための手段） 前述の課題を解決するために本発明が提供する動画像符
号化装置は、複数チャンネルのディジタル動画入力それ
ぞれに対して雑音除去や帯域制限を行なうプレフィルタ
と、前記プレフィルタ出力をフィールド又はフレーム単
位に間引き、多重化することによって、複数のプレフィ
ルタ出力から一つの多重化された動画像を生成する多重
化回路と、前記多重化回路の出力に対して符号化を行な
う符号化回路と、前記符号化回路出力を再度複数に分離
する分離回路とを有してなる。

（作用） まず、第１の問題点である送信バッファ遅延については
、高速パケット交換網または非同期転送モードの網を利
用することで、発生した情報をならずための送信バッフ
ァがパケットアセンブリ回路に置き換わり、発生情報は
短パケットとなって、数十ミリ秒以内に転送されるので
解決される。

回線交換で必要であった送信バッファによる遅延は、伝
送路の上限が低ビツトレートに限られていたことが原因
である。高速パケット網等では、やはり瞬時的な上限は
定められるものの、回線交換の上限と比較すると数十倍
大きく、平均ビットレートが低く抑えられればよいので
、この様な送信バッファを設けずに送出することが可能
となる。

また、第２の問題点である間引きによる符号化遅延は、
−枚の符号化フレームを数フレーム時間か４ｆて符号化
していることに起因して引き起こされる。−枚のフレー
ムが入力されると同時に処理を行ない、数ライン分また
は最大エフレームの遅延で符号化処理をすることで、符
号化遅延を少なくすることができる。先に述べた文献１
に示されたソフトウェア制御の符号化装置では、３フレ
一ム時間かけて符号化処理を行なっていたものを、１フ
レ一ム以内で処理を終了するためには３倍のハードウェ
アが必要となる。従って、符号化遅延を少なくするため
に、その分ハードウェアを大きくしなければならない。

また、ハードウェアの利用率も低下する。

本発明を用いることで、ハードウェア増分に見合う処理
効率の向上が計れる。すなわち、符号化遅延を１フレ一
ム以内で収めるということは、その後、次の符号化フレ
ームが入力されるまで、ハードウェアは使用されないこ
とになる。そこで、他の入力をその時間を使って符号化
することができる。すなわち、３倍のハードウェアを搭
載しても、３人力を一度に符号化することができるので
、ヂャンネル当たりのハードウェア量は増加させること
なく、符号化遅延のみを減少させることができ、また、
ハードウェアを最大限利用することか可能となる。

（実施例） 本発明の一実施例を図面を参！セ（シながら説明する。

第１図はその実施例の構成を示すブロック図である０図
において、１．２．３はディジタル動画入力端子、４．
５．６はプレフィルタ、７は多重化部、８は符号化部、
９は分離部、１０．１１．１２は伝送路への出力端子で
ある。３本の異なるテレビ信号が入力端子１．２．３の
それぞれに供給されている。それぞれのフレーム同期は
一致している方が望ましいが、異なっていた場合でもフ
レームメモリを加えるだ（プで、簡単に同期させること
ができる。プレフィルタ４．５．６ではそれぞれ１．２
．３から入力されたディジタル信号に対して、フレーム
間相関を高めるため、また、多重化部７で行なわれるフ
レーム周期のダウンサンプリングに対応する帯域制限と
して、文献１で示された実時間動画プロセッサで時間的
な低域通過型フィルタリングを行なう、ｎ番目のフレー
ムの座？１（ｕ、ｖ）における入力信号をＸｕ、ｖ。

ｎ、同様にｎ番目のフレームの座ｆｎ（ｕ、ｖ）におけ
る出力信号をＹｕ、ｖ、ｎ、ｎ−１％目のフレームの座
ｆｉ（ｕ、ｖ）における出力信号をＹｕ、ｖ、ｎ−１と
すると、時間的フィルタリングは次式で示すことができ
る。

Ｙｕ、ｖ、ｎ＝Ｋ・Ｘｎ、ｖ、ｎ＋（Ｋ−１）−Ｙｕ、
ｖ、ｎ−１ここで、Ｋはフィルタの係数である。この時
間的なプレフィルタリングは、１ライン単位の処理で実
現できるため、その処理遅延は、最大１ライン時間すな
わち６３．５マイクロ秒以内で実現できる。

多重化部７では、第２図に示すように、。３つのプレフ
ィルタ出力の動画系列から一つの多重化された動画系列
を生成する。すなわち、プレフィルタ４からの出力であ
るフレーム系列を、Ａｌ。

Ａ２．Ａ３．Ａ４．Ａ５．Ａ６．Ａ７．Ａ８・・・とす
る。同時に、プレフィルタ５からの出力であるフレーム
系列を、Ｂｌ、Ｂ２．Ｂ３．Ｂ４．Ｂ５゜Ｂ６．Ｂ７．
Ｂ８・・・、プレフィルタ６からの出力であるフレーム
系列を、ＣＩ、Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４゜Ｃ５，Ｃ６，Ｃ７，
Ｃ８・・・とする、多重化部７ではこれら３系統の入力
から、Ａｔ、Ｂ２．Ｃ３、Ａ４．Ｂ５．Ｃ６，Ａ７．Ｂ
８・・・で表わされるフレーム系列を作成し、出力する
。符号化部８では、やはり文献１に示された実時間動画
処理プロセッサを用いて、フレーム間予測及び直交変換
を用いたハイブリッド符号化を実現することができる。

フレーム間予測は、ｎ番目のフレームの座標（ｕ、ｖ）
における入力信号をＸｕ、ｖ、ｎ、同様にｎ番目のフレ
ームの座標（Ｕ、Ｖ）における出力信号をＹｕ、ｖ、ｎ
、ｎ−１番目のフレームの座ＷＡ（ｕ、ｖ）における出
力信号をＹｕ、ｖ。

ｎ−１とすると、次式で示されるｎ番目のフレームの座
ｆｉ（ｕ、ｖ）におけるフレーム間誤差Ｅｕ。

ｖ、ｎを量子化伝送することである。

Ｅｕ、　ｖ、　ｎ＝Ｘｕ、　ｖ、　ｎ−Ｙｕ、　ｖ、　
ｎ−１フレ一ム間誤差Ｅｕ、ｖ、ｎを直接量子化して伝
送する代りに、水平８画素×垂直８ラインのブロック毎
にｕＲ１ｉＲ１ミコサインＤＣＴ）を行なった後量子化
することで、フレーム間予測のみでは除去できない空間
方向の相関を利用できる。ただし、文献１で示したフレ
ーム差分は、−フレーム前の画面と現在の画面に対して
処理を行なうことを考えているが、本発明では、３フレ
ーム前の画面との処理を行なうため、外付けのフレーム
遅延回路を３フレ一ム分に拡張して用いることになる。

この符号化部での処理遅延は、８×８の直交変ＩＡを行
なうので８ライン分となる。すなわち、０．５ミリ秒程
度である。

分離部９では第３図に示すように、符号化部８で量子化
されたフレーム系列ａｌ、ｂ２．ｃ３゜Ｃ４，ｂ５．Ｃ
６，Ｃ７，ｂ８．Ｃ９−−・を分離回路１３を用いて３
系統の入力に対応する、ａｌ。

Ｃ４，Ｃ７−・・、ｂｊ、ｂ５．ｂ８−・・、Ｃ３，Ｃ
６゜Ｃ９・・・のそれぞれに分離し、それぞれを可変長
符号化部１４．１５．１６に入力し、伝送情報量を削減
するための可変長ビット割り当てを行なう。ここでは、
ハフマン符号の割り当て及び、フレーム同期のための固
有ビットパターン埋め込みを行なう。可変長符号化され
た３系統のデータ系列は出力屹１子１０．１１．１２よ
りバゲットアセンブリ回路を経てそれぞれの伝送路に出
力される。

この様にして本発明は実施できる。

（発明の効果） 本発明を用いることで、従来、一方向に数百ミリ秒必要
とした符号化遅延を、数十ミリ秒に、すなわち人間の認
知限界以下に抑えることかできる。また、音声のチャン
ネルの遅延回路も小さくでき、エコーキャンセラのタッ
グ数も削減できる。

また、ハードウェア増分に見合う処理効率の向上か計れ
る。すなわち、３倍のハードウェアを搭載しても、３人
力を・−度に符号化することかできるので、チャンネル
当たりのハードウェア量は増加させることなく、符号化
遅延のみを減少させることかでき、また、ハードウェア
を最大限利用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図はその実施例にお番する多重化部７で行なう処理を
示す概念図、第３図は第１図実施例における分、ｌｌＩ
ｉ部って行う処理を示す概念図である。 図において、１．２．３は入力端子、４．５．６はプレ
フィルタ、７は多重化部、８は符号化部、９は分離部、
１０．１１．１２は伝送路への出力端子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数チャンネルのディジタル動画入力それぞれに対して
   雑音除去や帯域制限を行なうプレフィルタと、前記プレ
   フィルタ出力をフィールド又はフレーム単位に間引き、
   多重化することによって、複数のプレフィルタ出力から
   一つの多重化された動画像を生成する多重化回路と、前
   記多重化回路の出力に対して符号化を行なう符号化回路
   と、前記符号化回路出力を再度複数に分離する分離回路
   とを有してなる動画像符号化装置。