(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を符号化する方法であって、
ソースデータがフィルムデータであるか否かを示すソース指示信号を生成するためのソースデータを受け取るステップと、
ソースデータがｎ  Ｈｚ（フレーム／秒）のフレームレートを有する動画像フィルム信号を含むフィルムデータである場合、当該動画像フィルム信号を、ｎ  Ｈｚのフレームレートを有する順次走査されたビデオデータを表わす第１の符号化ビットストリームに符号化するステップを含み、第１の符号化ビットストリームは、ソース指示信号を表わすデータを含み、さらに、
ソースデータがｍ  Ｈｚのフィールドレートを有する２−１インタレースされたテレビジョン信号を含む非フィルムデータである場合、当該２−１インタレースされたテレビジョン信号を、順次走査されたビデオデータおよび動き情報を表わす第２の符号化ビットストリームに符号化するステップを備え、第２の符号化ビットストリームは、ソース指示信号を表わすデータを含み、ここで、順次走査されたビデオデータはｎ  Ｈｚのフレームレートを有し、ｍはｎよりも大きく、動き情報は、インタレースされたテレビジョン信号内の現在のフィールドと前のフィールドとの間のピクセルの動きを表わす、方法。
【請求項２】
前記動画像フィルム信号を符号化するステップは、
動画像フィルム信号を対応する順次走査されたビデオデータに変換するステップと、
順次走査されたビデオデータを圧縮するステップと、
順次走査されたビデオデータを表わす第１の符号化ビットストリームを生成するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記２−１インタレースされたテレビジョン信号を符号化するステップは、
２−１インタレースされたテレビジョン信号を対応する順次走査されたビデオデータに変換するステップと、
動き情報を生成するステップと、
順次走査されたビデオデータを圧縮するステップと、
順次走査されたビデオデータおよび動き情報を表わす第２の符号化ビットストリームを生成するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
インタレースされたテレビジョン信号は、ＮＴＳＣビデオ信号、ＰＡＬビデオ信号およびＨＤＴＶビデオ信号のいずれかである、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記動き情報は、１ビットワードによって表わされる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記動き情報は、インタレースされたテレビジョン信号内において一時的に偏位されフィールド間では動きを伴わない垂直遷移とは独立である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
信号を復号化する方法であって、
順次走査されたビデオデータを表わす符号化ビットストリームを受け取るステップを含み、符号化ビットストリームは、順次走査されたビデオデータのソースデータがフィルムデータか否かを示すソース指示データを含み、さらに、
符合化ビットストリームが、インタレースされない動画像フィルム信号を含むフィルムデータから導出されたｎ  Ｈｚのフレームレートを有する第１の順次走査されたビデオデータを表わす場合、動き情報を用いることなく、当該第１の順次走査されたビデオデータを、ソースデータがフィルムデータであることを示すソース指示データに応じて、ｐ  Ｈｚ（ここでｐはｎ以上である）のフィールドレートを有する２−１インタレースされたテレビジョン信号に変換するステップと、
符合化ビットストリームがｎ  Ｈｚのフレームレートおよび動き情報を有する第２の順次走査されたビデオデータを表わす場合、当該第２の順次走査されたビデオデータは、ｍ  Ｈｚ（ｍはｎより大きい）のフィールドレートを有する２−１インタレースされたテレビジョン信号を含む非フィルムデータから導出され、動き情報を用いて、当該第２の順次走査されたビデオデータを、ｐ  Ｈｚ（ここでｐはｎ以上である）のフィールドレートを有する２−１インタレースされたテレビジョン信号に変換するステップとを含む、方法。
【請求項８】
前記変換する２ステップの前に、受け取った符号化ビットストリームの圧縮を復号化するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
受け取った符号化ビットストリームから変換された２−１インタレーステレビジョン信号を、選択されたフォーマットでの出力データストリームに符号化するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
選択されたフォーマットは、ＮＴＳＣビデオ信号、ＰＡＬビデオ信号およびＨＤＴＶビデオ信号のいずれかである、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ソースデータがフィルムデータであるか否かを示すソース指示信号を生成するためのソースデータを受け取る入力と、
ｎ  Ｈｚ（フレーム／秒）のフレームレートを有する動画像フィルム信号を含むフィルムデータである第１のソースデータを、ｎ  Ｈｚのフレームレートを有する順次走査されたビデオデータを表わす第１の符号化ビットストリームに変換するための第１のエンコードモジュールを含み、第１の符号化ビットストリームは、ソース指示信号を表わすデータを含み、さらに、
ｍ  Ｈｚのフィールドレートを有する２−１インタレースされたテレビジョン信号を含む非フィルムデータである第２のソースデータを、順次走査されたビデオデータおよび動き情報を表わす第２の符号化ビットストリームに変換するための第２のエンコードモジュールを備え、第２の符号化ビットストリームは、ソース指示信号を表わすデータを含み、順次走査されたビデオデータはｎ  Ｈｚのフレームレートを有し、ｍはｎよりも大きく、動き情報は、インタレースされたテレビジョン信号内の現在のフィールドと前のフィールドとの間のピクセルの動きを表わす、エンコーダ。
【請求項１２】
前記第１のエンコードモジュールは、
動画像フィルム信号を受け取るための第１の入力と、
動画像フィルム信号を対応する順次走査されたビデオデータに変換するための第１の変換器と、
順次走査されたビデオデータを表わす第１の符号化ビットストリームを生成するように、順次走査されたビデオデータを圧縮するデータレート圧縮器とを含む、請求項１１に記載のエンコーダ。
【請求項１３】
前記第２のエンコードモジュールは、
２−１インタレースされたテレビジョン信号を受け取るための第２の入力と、
２−１インタレースされたテレビジョン信号を対応する順次走査されたビデオデータに変換し、動き情報を生成するための第２の変換器と、
順次走査されたビデオデータおよび動き情報を表わす第２の符合化ビットストリームを生成するように、順次走査されたビデオ信号を圧縮するデータレート圧縮器とを含む、請求項１１に記載のエンコーダ。
【請求項１４】
インタレースされたテレビジョン信号は、ＮＴＳＣビデオ信号、ＰＡＬビデオ信号、ＨＤＴＶビデオ信号のいずれかである、請求項１１に記載のエンコーダ。
【請求項１５】
前記動き情報は、１ビットワードによって表わされる、請求項１１に記載のエンコーダ。
【請求項１６】
前記動き情報は、インタレースされたテレビジョン信号内において一時的に偏位されフィールド間では動きを伴わない垂直遷移とは独立である、請求項１１に記載のエンコーダ。
【請求項１７】
符号化ビットストリームを受け取るための入力を備え、符号化ビットストリームは、順次走査されたビデオ信号がインタレースされない動画像フィルム信号を含む第１のソースデータから導出された場合、動き情報なしに、ｎ  Ｈｚのフレームレートを有する順次走査されたビデオデータを表わし、符号化ビットストリームは、順次走査されたビデオ信号がｍ  Ｈｚ（ここでｍはｎより大きい）のフィールドレートを有する２−１インタレースされたテレビジョン信号を含む第２のソースデータから導出された場合、ｎ  Ｈｚのフレームレートおよび動き情報を有する順次走査されたビデオデータを表わし、符号化ビットストリームは、順次走査されたビデオ信号のソースデータがフィルム信号であるか否かを示すソース指示データを含み、
受け取った符号化ビットストリームを、ｐ  Ｈｚ（ここでｐはｎ以上である）のフィールドレートを有する２−１インタレースされたテレビジョン信号に変換するためのデコードモジュールをさらに備え、前記デコードモジュールは、
受け取った順次走査されたテレビジョン信号がインタレースされない動画像フィルム信号から導出された場合、動き情報を用いることなく、受け取った順次走査されたビデオデータを２−１インタレースされたテレビジョン信号に再インタレースするための第１のインタレーサを含み、第１のインタレーサは、順次走査されたデータのソースがフィルムデータであることをソース指示データが示す場合に呼び出され、前記デコードモジュールは、
受け取った順次走査されたビデオデータが２−１インタレースされたテレビジョン信号から導出された場合、動き情報を用いて、受け取った順次走査されたビデオデータを２−１インタレースされたテレビジョン信号に再インタレースするための第２のインタレースをさらに含む、デコーダ。
【請求項１８】
前記変換前に、受け取った符号化ビットストリームの圧縮を復号化するためのデコンプレッサをさらに備える、請求項１７に記載のデコーダ。
【請求項１９】
受け取った符号化ビットストリームから導出された２−１インタレーステレビジョン信号を、選択されたフォーマットで２−１インタレースされたテレビジョン信号を表わす出力データに符号化するためのエンコーダをさらに備える、請求項１７に記載のデコーダ。
【請求項２０】
選択されたフォーマットは、ＮＴＳＣビデオ信号、ＰＡＬビデオ信号およびＨＤＴＶビデオ信号のいずれかである、請求項１９に記載のデコーダ。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、テレビジョン信号処理に関する。より特定的にはこの発明は、動画像フィルムソースおよびフィルムでないインタレースされたまたは順次走査されたビデオソースを、いくつかの国際テレビジョン規格（たとえば、ＮＴＳＣ、ＰＡＬ、ＨＤＴＶ／ＡＴＶ等）のうちいずれか１つを用いて、すべて２４または２５フレーム／秒（すなわち、２４Ｈｚまたは２５Ｈｚ）の公称フレームレートの順次走査されたビデオとして記録および伝送するための、改良された信号処理装置および方法に関する。この発明は、デジタルビデオディスクの記録および再生に特に適切である。
背景
米国特許第５，４００，０７７号ならびに関連の公開された国際特許出願ＷＯ９５／１２２７５号およびＷＯ９５／１２２８３号は、２４ｆｐｓ動画像ソースを２４フレーム／秒（すなわち、２４Ｈｚ）の順次走査されたビデオデータとして記録する、「汎用」ビデオディスクシステムの局面を開示する。しかしながら、開示されたシステムは、たとえばインタレーステレビジョン信号ソースのような、フィルムでないビデオソースを考えていない。ビデオディスクは、好適な規格変換の後に、いくつかの国際テレビジョン規格（ＰＡＬ、ＮＴＳＣ等）のいずれかを用いて、標準解像度または高解像度の消費者向けテレビジョン再生器によって再生するためのものである。
一連の関連特許、米国特許第５，３２９，３０９号、第５，３３７，１５４号、第５，３５３，１１９号および第５，４３０，４８９号は、さまざまなビデオデータフォーマットのうち単一のフォーマットを使用して、フィルムソースおよびインタレースされたテレビジョンソースの双方を表わすデータを、記録または伝送するための構成を開示する。これらの構成は、各々単一のビデオデータ記録／伝送フォーマットから導出された、さまざまな順次走査およびインタレース走査再生フォーマットによる再生を考慮に入れている。いくつかのシステム構成においては、動き制御信号がエンコーダ内で発生され、動きを補償する補間の目的でシステムの復号化部分において個別に合成されるが、動き制御信号はビデオ情報とともに伝送または記録されることはない。
インタレーステレビジョン信号を順次走査テレビジョン信号に変換する際に、動き信号を導出することは公知である。これはたとえば、インタレースされた信号を順次走査に変換するタイプの「ライン・ダブラ」においても行なわれ、これにより、順次走査のフレームレートがインタレース走査のフィールドレートに対応し、また、順次走査された各フレームがインタレースされた各フィールドの２倍の走査線を有するようになる。たとえば、米国特許第５，４３０，４９０号および第５，２９１，２８０号、英国特許ＧＢ２，２７７，００６号、公開された国際特許出願ＷＯ９４／３０００６号、ならびに、１９９４年８月のIEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol.40, NO.3に掲載されたTero Koivunenによる「インタレースされたビデオ信号の動き検出（“Motion Detection of an Interlaced Video Signal”）」を参照されたい。このような先行技術においては、動き信号は、順次走査されたテレビジョン信号情報とともに伝送または記録されることはない。米国特許第５，２９１，２８０号および公開された国際出願ＷＯ９４／３０００６号は、特にインタレースされたテレビジョン信号ソースが動画像フィルムであるかどうかを判定する目的で、２−１インタレーステレビジョン信号内の逆の極性の連続するフィールド間の動きを検出するための技術を開示する。
ＭＰＥＧ−２ビデオ圧縮規格（すなわち、ＩＳＯ規格１３８１８またはＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６２）は、インタレース画像およびノンインタレース画像の双方を支持する。先の画像から現時点における画像を予測するために、および、過去の画像と未来の画像から補間的に予測を行なうために、動き補償が使用される。ＭＰＥＧ−２は、インタレース画像のためのその２つの主要な予測モードにおいて、現時点のフィールドを予測する目的で、現時点のものではないフレーム内の逆パリティフィールドから動きベクトルを導出する。動きベクトルは、インタレース画像のデータ圧縮および伸長に使用される。ＭＰＥＧ−２はまた、順次走査された画像のデータ圧縮および伸長のためにも動きベクトルを用いる。ＭＰＥＧ−２は、テレビジョン信号のインタレースから順次走査への変換中に動き信号を導出して、そのような動き信号を使用して、順次走査されたテレビジョン信号をインタレースフォーマットに戻すよう再変換することも、また、順次走査されたテレビジョン信号のフレームレートを倍増することも考えていない。
発明の開示
この発明の教示に従って、２４ｆｐｓ（または２５ｆｐｓ）動画像フィルムソースおよびフィルムでないインタレースまたは順次走査されたビデオソースの双方を、いくつかの国際テレビジョン規格（たとえば、ＮＴＳＣ、ＰＡＬ、ＨＤＴＶ／ＡＴＶ等）のうちのいずれかを用いて、すべて、２４または２５フレーム／秒（すなわち、２４Ｈｚまたは２５Ｈｚ）の公称フレームレートの順次走査されたビデオとして記録または伝送する、「汎用」記録および伝送システムが提供される。ソースがインタレースされたビデオである場合には、リアルタイムの動き信号は、インタレーステレビジョン信号内の一時的に偏位されたフィールド間の動きのない垂直遷移にかかわらず、順次走査されたビデオデータとともに記録または伝送される。動き信号は、その最も簡単な形としては、動きがある場合の解像度の低下が受入可能であれば、１ビットの動／不動ワードであり得る。動き信号は、よりよい解像度のためには、多ビット動きベクトルワードであってもよいが、これはコストが高くつき複雑性も増す。
記録または伝送されるビデオは、水平解像度に最もよく合致するよう、６２５ラインの画像であることが好ましいが、データは、５２５ラインの画像であってもよい。ソースもディスプレイも、５２５ラインまたは６２５ライン以外の数を有してもよい。
好適な規格変換の後に、順次走査されたビデオデータは、（１）標準テレビジョンセット上で（ＰＡＬ、ＮＴＳＣ等のいくつかの国際テレビジョン規格のうちのいずれかを用いて）従来のインタレーステレビジョン信号として、または、（２）付加的な処理（たとえば、ライン倍増、フレーム倍増、および帯域幅伸長型の解像度向上等の１または複数の公知の技術）を行なうことによって（ａ）解像度を向上したインタレーステレビジョン信号として、もしくは、好ましくは（ｂ）解像度を向上した順次走査テレビジョン信号として、等のいくつかの方法のうちいずれかの方法で再生される。
インタレースされたテレビジョン信号ソースから導出されたビデオを再生する際にリアルタイムの動き信号を使用することで、（従来のＮＴＳＣまたはＰＡＬ再生であっても、向上された再生であっても、）順次走査へのまたは順次走査からの変換にかかわらず、インタレースエラーを実質的に含まない再生されたインタレーステレビジョン信号が、またはその代わりに、順次走査への変換およびその結果としてのフレームレートの倍増にかかわらず、動きアーティファクトを実質上含まない、フレームが倍増された再生された順次走査テレビジョン信号が得られる。フィルムソースから導出された順次走査ビデオ信号のフレームレートは、受動的に（すなわち、補間されるフレームを生成するのに動き情報を使用することなく）フレームを倍増することができるが、ビデオソースから導出された順次走査ビデオ信号のフレームレートは通常、受動的にフレームを倍増することはできない。これは、たとえばより高速のカメラのパン撮り技術の結果として、ビデオソース内にはより多くの動きが含まれているためである。
本発明は、十分な帯域幅を有するものであれば、実質上いかなる伝送または記録媒体とともに用いられ得るが、この発明は特に、符号化されたビットストリームのデジタルビデオディスク（以下「ＤＶＤ」と称す）への記録およびＤＶＤからの再生に好適である。この発明は、提示の便宜上、ＤＶＤシステムの環境において説明がなされる。したがって、本文中、特に注釈のないかぎり、「ディスク」、「ビデオディスク」、および「ＤＶＤ」の表現は、十分な帯域幅を有するいかなる伝送または記録媒体をも包含するものである。伝送または記録媒体の詳細ならびに、符号化されたビットストリームをそのような伝送または記録媒体に供給する手段および符号化されたビットストリームをそのような伝送または記録媒体から回復する手段は周知であって、この発明の主題ではない。
この発明の教示に従って、汎用ＤＶＤが提供される。この汎用ＤＶＤにおいては、動画像フィルムソース、インタレースされたテレビジョンソース、および順次走査されたテレビジョンソースを含むすべての動きのある画像ソースは、実質上、世界的標準である動画像フィルムフレームレート（２４ｆｐｓ）に合致するよう、２４Ｈｚの公称フレームレートを有する順次走査されたビデオを表わす、１または複数の符号化されたビットストリームとして記録される。テレビジョンソース全体の約８０％を占める、動画像ソースの記録および再生を最適化するために、動画像フィルムレートに対応するビデオフレームレートが好ましい。しかし、２４Ｈｚを上回るフレームレートを有するインタレースされたテレビジョン信号ソースおよび順次走査されたビデオソースもまた、２４Ｈｚの順次走査されたビデオとして記録または伝送され、かつ、動画像フィルムソースのための記録または伝送媒体のフォーマットの最適化にかかわらず、実質上劣化を伴わずに再生され得る。これは、それらの高解像度再生にも当てはまる。このことは、ソースが２４Ｈｚの順次走査に変換される際に動き信号を生成し、その動き信号を、２４Ｈｚフレームレートの順次走査されたテレビジョン信号を表わす符号化されたビットストリームとともに搬送することによって達成される。
ソースが６０ＨｚフィールドレートのインタレースされたＮＴＳＣテレビジョン信号、２４ｆｐｓ動画像フィルム、または、２４もしくは３０Ｈｚまたはそれらの倍数（たとえば、６０Ｈｚ）のフレームレートを有する（インタレースまたは順次走査された）ＨＤＴＶ／ＡＴＶテレビジョン信号である場合には、記録または伝送された１または複数の符号化ビットストリームは、公称２４Ｈｚを有する順次走査されたビデオを表わす。符号化プロセスを簡素化するために、ソースが５０ＨｚフィールドレートのインタレースされたＰＡＬテレビジョン信号、２５ｆｐｓ動画像フィルム、または、２５Ｈｚもしくはその倍数（たとえば、５０Ｈｚ、１００Ｈｚ）のフレームレートを有する（インタレースまたは順次走査された）ＨＤＴＶ／ＡＴＶテレビジョン信号である場合には、記録または伝送された１または複数の符号化ビットストリームは、公称２４Ｈｚフレームレートではなく公称２５Ｈｚフレームレートを有する、順次走査されたビデオを表わす。
順次走査されたテレビジョン信号を表わす符号化ビットストリームを搬送する媒体が伝送媒体ではなく記録媒体であって、したがってその媒体の記録および／または再生速度が変更可能な場合には、２４Ｈｚ記録フレームレートの信号は、「１ｘ」の速度で記録され、２５Ｈｚ記録フレームレートの信号は、「（２５／２４）ｘ」の速度で記録される。ここで、「ｘ」は媒体の標準記録および再生速度を示すが、この代わりに、「（２５／２４）ｘ」が媒体の標準記録および再生速度を表わし得る。
したがって、媒体またはディスクが「１ｘ」の速度で再生される際には、ディスクから出て来るビットストリームは、２４Ｈｚフレームレートを有する順次走査されたビデオを表わし、また、ディスクが「（２５／２４）ｘ」の速度で再生される場合には、ディスクから出ていくビットストリームは、２５Ｈｚフレームレートを有する順次走査されたビデオを表わす。場合によっては、２４Ｈｚではなく２５Ｈｚでの再生を容易にする目的で、以下に説明するように、記録速度データインジケータ（１ビット）が、符号化されたビデオのビットストリームとともに記録される。記録および再生の組合せによっては、動きおよび音がわずかに加速または減速される場合がある。音のピッチにおける変化は、ピッチシフティング等のさまざまな公知の技術によって、容易に補償することが可能である。画像の動きにおけるわずかな増加は、欧州におけるテレビ視聴者によって一般に許容されている。（２４ｆｐｓの動画像フィルムが、フィルムから５０ＨｚＰＡＬビデオへの変換を容易にするために、２５ｆｐｓで再生されるのである。これがテレシネである。）
好ましい実施例においてはこの発明は、ＤＶＤに供給されるおよびＤＶＤから回復される順次走査されたテレビジョン信号を表わすビットストリームに、さまざまな公知のビデオビットレート圧縮および伸長技術を適用する。たとえば、そのような圧縮および伸長は、ＭＰＥＧ−２規格下で実行され得る。この場合には、ソースがインタレースされたテレビジョン信号である場合に存在する動き情報が、ＭＰＥＧ−２データストリーム内の補助的な情報として、または、独立したデータストリームとして、搬送され得る。
好ましいＤＶＤの実施例においては、ビデオデータおよびリアルタイムの動き情報に加えて、フィルムＹＥＳ／ＮＯ信号、アスペクト比、パンおよび走査センタリング信号、および走査線（５２５または６２５）信号を含む、ソースに関する他の情報が記録され得る。このような他の情報もまた、可能な範囲内で、ＭＰＥＧ−２データストリーム内の補助情報として、または、１または複数の独立したデータストリーム内で、搬送され得る。フィルムＹＥＳ／ＮＯ信号は、再生における復号化および規格変換を簡素化する。（たとえば、米国特許第４，８７６，９７６号、第４，９８２，２８０号、および第５，２９１，２８０号参照。これらの各々はここにその全文が引用により援用される。他にも、国際公開ＷＯ９４／３０００６号を参照されたい。）アスペクト比情報は、再生中の反転歪像処理を可能にする。動画像フィルムソースは、順次走査ビデオに、その本来の、フィルムからちょうど離れた、歪像の状態で、変換され得る。ソースがたとえばワイドスクリーンフォーマットの動画像フィルムである場合、ユーザは、その単一のビデオデータストリームから、（１）レターボックスディスプレイフォーマットの表示、（２）従来の４：３のアスペクト比の再生器上で見るための、パンおよび走査情報を使用した、より小さいアスペクト比の表示、または（３）進んだ１６：９のアスペクト比の再生器上で見るための、ワイドスクリーン表示、を選択することができる。それらさまざまな表示選択のために、別個のデータストリームを記録する必要はない。
【図面の簡単な説明】
図１は、この発明に従った基本的エンコーダの好ましい実施例を示すブロック図である。
図２は、動画像フィルムソースの符号化を、より詳細に示すブロック図である。
図３は、ＮＴＳＣビデオソースの符号化を、より詳細に示すブロック図である。
図４は、ＰＡＬビデオソースの符号化を、より詳細に示すブロック図である。
図５は、ＨＤＴＶ／ＡＴＶビデオソースの符号化を、より詳細に示すブロック図である。
図６は、この発明に従った基本的デコーダの好ましい実施例を示すブロック図である。
図７は、図８から図１３の説明を理解するのに有益な表である。
図８は、２４ｆｐｓまたは２５ｆｐｓのフィルムソースの、ＮＴＳＣ出力のための復号化を、より詳細に示すブロック図である。
図９は、２４ｆｐｓまたは２５ｆｐｓのフィルムソースのＰＡＬ出力のための復号化を、より詳細に示すブロック図である。
図１０は、６０ＨｚのビデオソースのＮＴＳＣ出力のための復号化をより詳細に示すブロック図である。
図１１Ａおよび図１１Ｂは、６０ＨｚのビデオソースのＰＡＬ出力のための復号化をより詳細に示すブロック図である。
図１２Ａおよび図１２Ｂは、５０ＨｚのビデオソースのＮＴＳＣ出力のための復号化をより詳細に示すブロック図である。
図１３は、５０ＨｚのビデオソースのＰＡＬ出力のための復号化をより詳細に示すブロック図である。
図１４は、再生媒体が（たとえば放送等の伝送の際に）記録速度を変更することができない場合の、２４Ｈｚで記録または伝送された２４ｆｐｓフィルムソースのＰＡＬ出力のための復号化を、より詳細に示すブロック図である。
図１５は、ＨＤＴＶ／ＡＴＶビデオソースの復号化をより詳細に示すブロック図である。
発明を実行するためのモード
図１を参照して、好ましい実施例においては基本的エンコーダ２は、４つの入力、すなわち：１つのビデオ入力と、５２５／６２５ライン、パンおよび走査センタリング、ならびにアスペクト比の、３つのコマンド入力とを有する。ビデオ入力は、以下の４つのビデオソースのうちいずれか１つであり得る。すなわち：（１）２４ｆｐｓまたは２５ｆｐｓのそれぞれの動画像フィルムから導出された２４Ｈｚまたは２５Ｈｚの順次走査（「１／１」）の、（好ましくは）６２５ラインまたは５２５ラインのビデオ、（２）公称６０Ｈｚの２対１インタレース（「２／１」）の５２５ラインの従来のＮＴＳＣビデオ、（３）公称５０Ｈｚの２対１インタレース（「２／１」）の６２５ラインの従来のＰＡＬビデオ、または、（４）（時に進化したテレビまたは「ＡＴＶ」と称される）高精細度テレビ（ＨＤＴＶ）のいずれかであり得る。ＡＴＶソースは、たとえば、６個の米国「グランド・アライアンス・ビデオ・フォーマット（“Grand Alliance Video Formats”）」（たとえば、２４画像／秒順次走査、３０画像／秒順次走査、６０画像／秒インタレースの、１９２０水平ピクセル×１０８０垂直ピクセル；ならびに、２４画像／秒順次走査、３０画像／秒順次走査、および６０画像／秒順次走査の、１２８０水平ピクセル×７２０垂直ピクセル）のうちのいずれかに従うものであるか、または、フレームレートが２５、５０または１００Ｈｚである欧州ＨＤＴＶ／ＡＴＶフォーマット提案のうちの１つのような他のフォーマットに従うものであり得る。
ビデオソースは、アナログビデオ信号または、符号化ビットストリームの形のビデオ信号であり得る。もしビデオソースがアナログの形である場合には、エンコーダはそのアナログビデオ信号を符号化ビットストリームの形に変換するために、アナログデジタル変換器を含まなくてはならない。このような変換器は当該技術分野において周知である。ＮＴＳＣおよびＰＡＬビデオ信号は、コンポジットの形よりむしろコンポーネントの形であり得る。もしそれらがコンポジットの形である場合には、エンコーダ２は適切なＮＴＳＣおよびＰＡＬデコーダを含まなくてはならない。「５２５／６２５ライン」コマンドは、ビデオソース内のラインの公称数を識別する。フィルムソースの場合、「パンおよび走査センタリング」コマンドは、もしあれば、動画像フィルムのディレクタのパンおよび走査情報を示す。フィルムソースの場合さらに、「アスペクト比」コマンドは、そのフィルムソースのアスペクト比（たとえば、４：３、１６：９等）を特定する。
図１をさらに参照して、好ましい実施例においては、基本的エンコーダは７つの出力を有する。これらすべては、ＤＶＤ上に記録されるかまたは、他の伝送もしくは記憶装置に送られる。７つの出力とは：２４Ｈｚまたは２５Ｈｚフレームレートの順次走査された画像を表わす、符号化ビットストリームの形のビデオデータ；記録速度「１ｘ」または「（２５／２４）ｘ」（１ビットで十分である）（２４Ｈｚの画像は、「１ｘ」のディスク速度で記録され、２５Ｈｚの画像は、「（２５／２４）ｘ」のディスク速度で記録される）；符号化ビットストリームの形の動き情報（１ビットまたは多ビット）（ソースがフィルムではなくビデオの場合に限り存在する）；ソースがフィルムまたはビデオのいずれであるかを表示するデータ（フィルムＹＥＳ／ＮＯ）（１ビット）；動画像フィルムのディレクタのパンおよび走査センタリングデータ（ソースがフィルムであるいくつかの場合にのみ存在する）（多ビット）；ソースのアスペクト比（ソースがフィルムである場合に限り存在する）（多ビット）；および、ソース内のラインの公称数、５２５または６２５（１ビット）である。
図２は、動画像フィルムソースの符号化をより詳細に示す。動画像フィルムソースは２４ｆｐｓまたは２５ｆｐｓであり得るが、典型的には２４ｆｐｓである。これは、ナイキストサンプリング定理を充足する目的で、典型的に約１５００ラインの高い垂直サンプリングレートを有する、従来のフィルムチェーン４によってビデオに変換される。ビデオディスク上への符号化のためには、この垂直サンプリングレートは６２５ラインまたは５２５ラインのいずれかに減じられる。６２５ラインを選べば、垂直および水平画像解像度によりよく合致し、フィルムの垂直解像度の劣化が少なくて済む。しかし、５２５ラインを選択することで、基本的ＮＴＳＣ専用デコーダによる、より安価な再生が可能になる。結果として得られる６２５ラインまたは５２５ラインのビデオ内のナイキストアンダーサンプリングアーティファクトを避けるために、フィルムチェーンの出力はまず、ローパスフィルタ６にかけられる。ローパスフィルタ６は、たとえば、５２５ラインまたは６２５ラインの垂直解像度において２０ｄＢを下回るレスポンスを有する、２７極の垂直ローパスフィルタであり得る。フィルタリングされた１５００ラインの２４Ｈｚ（または２５ｆｐｓフィルムソースの場合には２５Ｈｚ）の順次走査された信号はその後、５２５ラインまたは６２５ラインの２４Ｈｚ（または２５Ｈｚ）の順次走査された信号にダウンコンバートされる。これら垂直ローパスフィルタおよびダウンコンバータは、当該技術分野において周知である。ダウンコンバートされたビデオ信号はその後、データレート圧縮器１０に供給される。データレート圧縮器１０はたとえば、ＭＰＥＧ−２ビデオ規格を支持する圧縮器であり得るが、データ圧縮の特定の形は、この発明では重要ではない。ビットレートが圧縮された２４Ｈｚ（または２５Ｈｚ）のフレームレートの順次走査されたビデオデータは、もしソースが２４ｆｐｓフィルムであれば「１ｘ」の、およびソースが２５ｆｐｓフィルムであれば「（２５／２４）ｘ」の記録速度で動作するビデオディスク上に、好適な手段によって記録される。ビデオディスクそれ自体の詳細および、データをディスクに供給し、またデータをディスクから抽出する方法は、この発明の主題ではない。多くのビデオディスクフォーマットならびに、それらのための記録および再生技術は、当該技術分野において周知である。ビデオディスク上には、５２５／６２５ライン表示、フィルムＹＥＳ表示、（もしあれば）パンおよび走査センタリング情報、およびフィルムのアスペクト比もまた記録される。記録速度表示は、ディスクの速度を制御し、これは、下に記載するように、いくつかの再生状況において使用するために記録される。ソースがフィルムである場合には動き情報は存在しない。
図３は、ＮＴＳＣビデオソースの符号化をより詳細に示す。従来の５２５ラインの６０Ｈｚ、２／１インタレースのＮＴＳＣビデオソースが従来の規格変換器１２に供給される。この規格変換器は、５２５／６２５ラインモード選択を有するが、５２５ラインモードにおいては、インタレースから順次走査への変換のみがなされて、信号が、５２５ラインの２／１インタレース公称６０Ｈｚ（フィールドレート）のビデオ信号から５２５ラインの順次走査、公称２４Ｈｚ（フレームレート）のビデオ信号に変換される。しかし、図３に示されるように、ＮＴＳＣソースを６２５ラインの垂直解像度で記録することが所望される場合には、規格変換器１２はその出力に、６２５ラインの順次走査された公称２４Ｈｚ（フレームレート）のビデオ信号を提供する。いずれの場合においても、規格変換器はまた、動き情報をも生成する。動き情報の生成の詳細を以下に述べる。すなわち、規格変換器１２の出力はデータレート圧縮器１４に供給される。これは、圧縮器１０と同じタイプのものであり得る。圧縮された２４Ｈｚフレームレートの順次走査されたビデオデータが好適な手段によって「１ｘ」の記録速度で動作するビデオディスク上に記録される。このビデオディスク上には、動き情報、記録速度、６２５ライン表示、およびフィルムＮＯ表示もまた記録される。
動き情報は、１ビットの動／不動ワードによって表わされ得る。これは、現時点のフィールド内の１ピクセルまたは隣接するピクセルのグループが、先のフィールドの対応する画像位置におけるピクセルまたはピクセルのグループと異なる（すなわち、動）かまたは同じである（すなわち、不動）かを表示する。よりよい解像度のためには、よりコストがかかりまた複雑性も増すが、動き信号は、フィールドからフィールドへのピクセルの移動の大きさおよび方向を示す、多ビットの動きベクトルワードであってもよい。インタレースされたテレビジョン信号内のフレームごとのピクセル動きの検出および、フレームごとの動き情報データの生成は、周知である。しかし、動き情報は、インタレーステレビジョン信号内の一時的に偏位されたフィールド間の動きのない垂直遷移とは独立していることが好ましい。一時的に偏位されたフィールド間の動きのない垂直遷移とは別個に、真の動きを検出するための技術は、米国特許第５，２９１，２８０号および、公開された国際特許出願ＷＯ９４／３０００６号内に教示されている。米国特許第５，２９１，２８０号は、その全文が、ここに引用により援用される。フレームからフレームへの動き情報データを生成するための公知の技術は、上記のフィールドからフィールドへの動きを検出する技術を使用して、フィールドからフィールドへの動き情報を生成するために容易に適合され得る。
図４は、ＰＡＬビデオソースの符号化をより詳細に示す。従来の６２５ライン、５０Ｈｚ、２／１インタレースのＰＡＬビデオソースが、従来の規格変換器１６に供給される。規格変換器は、５２５／６２５ラインモード選択を有する。６２５ラインモードにおいては、インタレースから順次走査への変換のみがなされて、信号を、６２５ラインの２／１インタレース公称５０Ｈｚ（フィールドレート）ビデオ信号から６２５ラインの順次走査された公称２５Ｈｚ（フレームレート）ビデオ信号へと変換する。しかしながら、図４に示されるように、ＰＡＬソースを５２５ライン垂直解像度で記録することが所望される場合には、規格変換器１６は、その出力に、５２５ラインの順次走査された公称２５Ｈｚ（フレームレート）ビデオ信号を提供する。いずれの場合にも、規格変換器はまた、動き情報を生成する。動き情報の生成の詳細は、上に記載した。規格変換器１６の出力は、データレート圧縮器１８に供給される。これは、圧縮器１０および１４と同じタイプであってよい。圧縮された２５Ｈｚフレームレートの順次走査されたビデオデータは、好適な手段によって、「（２５／２４）ｘ」の記録速度で動作するビデオディスク上に記録される。ビデオディスク上には、動き情報、記録速度、６２５ライン表示、およびフィルムＮＯ表示もまた記録される。２５Ｈｚビデオから２４Ｈｚビデオに変換する際の現時点におけるコストと複雑性の理由により、２５Ｈｚビデオフレームレートおよび「（２５／２４）ｘ」ディスク記録速度が選ばれる。
図５は、ＨＤＴＶ／ＡＴＶソースの符号化を、より詳細に示す。順次走査されたＨＤＴＶ／ＡＴＶビデオソースの取扱いは、フィルムソースの取扱いと同様である。米国の進んだビデオフォーマットのための提案されるフォーマットは、２４Ｈｚ、３０Ｈｚおよび６０Ｈｚの順次走査されたビデオを含む。このようなビデオソースはまた、（「１ｘ」の記録ディスク速度で記録されるべき）５２５ラインまたは好ましくは６２５ラインの、２４Ｈｚの順次走査されたビデオ情報を提供するのに、垂直のローパスフィルタリングおよびダウンコンバートを必要とする。欧州の進んだビデオフォーマットのために提案されるフォーマットは、２５Ｈｚ、５０Ｈｚおよび１００Ｈｚの順次走査されたビデオを含む。このようなビデオソースもまた、（「（２５／２４）ｘ」の記録ディスク速度で記録されるべき）５２５ラインまたは好ましくは６２５ラインの、２５Ｈｚの順次走査されたビデオ情報を提供するのに、垂直のローパスフィルタリングおよびダウンコンバートを必要とする。結果として得られる６２５または５２５ラインのビデオ内のナイキストアンダーサンプリングアーティファクトを避けるために、ＨＤＴＶ信号はまず、ローパスフィルタ２０にかけられる。これは、たとえば、図２に関連して説明したフィルタ６と同じ特性を有するものであってよい。（このフィルタの特性は、フィルムソースの場合よりも垂直ラインレートが低いため、よりゆるやかなものであってよい。）フィルタリングされたＨＤＴＶ信号はその後、ダウンコンバータ２２によって、５２５ラインまたは６２５ラインの、２４Ｈｚまたは２５Ｈｚの順次走査された信号にダウンコンバートされる。もしＨＤＴＶ信号がインタレースされたものである場合、ダウンコンバータ２２はインタレースから順次走査への変換を含む。このような垂直のローパスフィルタおよびダウンコンバータは、当該技術分野において周知である。ダウンコンバートされたビデオ信号はその後、データレート圧縮器２４に供給される。これは、圧縮器１０、１４および１８と同じタイプであってもよい。圧縮された２４Ｈｚまたは２５Ｈｚフレームレートの順次走査されたビデオデータは、好適な手段によって、「１ｘ」または「（２５／２４）ｘ」のそれぞれの記録速度で動作する、ビデオディスク上に記録される。このビデオディスク上には、５２５／６２５ライン表示、フィルムＮＯ表示、および、ソースがインタレースされたものであるかまたは２４Ｈｚもしくは２５Ｈｚよりも高いフレームレートを有する場合には、ダウンコンバータ２２によって生成された動き情報もまた記録される。動き情報の生成における詳細は、上に記載した。
図６を参照して、基本的デコーダ２６は、その好ましい実施例においては、図１の基本的エンコーダの７つの記録された出力に合致する、７つの入力を有する。すなわち：２４Ｈｚまたは２５Ｈｚフレームレートの順次走査された画像を表わす、符号化ビットストリームの形のビデオデータ；符号化されたビットストリームの形の動き情報（オリジナルのソースがフィルムではなくビデオである場合に限り存在する）；ソースがフィルムかビデオかを表示するデータ（フィルムＹＥＳ／ＮＯ）；動画像フィルムのディレクタのパンおよび走査センタリングデータ（オリジナルのソースがフィルムであるいくつかの場合においてのみ存在する）；ソースのアスペクト比（オリジナルソースがフィルムである場合に限り存在する）；記録速度；およびオリジナルのソース内のラインの公称数、５２５または６２５、である。これに加えて、２つのユーザ入力が存在し得る。すなわち：フォーマット選択、これは、フィルムのオリジナルのフォーマット内でパンおよび走査、レターボックスまたはワイドスクリーンの再生の選択を可能にする；および、ＰＡＬ／ＮＴＳＣ再生規格選択子である。ディスク再生速度は、「１ｘ」または「（２５／２４）ｘ」であり得るが、これは下にさらに説明する。デコーダ２６は、エンコーダによって与えられたデータレート圧縮を復号化するためのデータレートデコンプレッサを含む。デコーダ２６の出力は、ビデオディスクの再生速度を制御するための再生速度信号を含む。デコーダ２６の出力はまた、１または複数のＰＡＬおよび／またはＮＴＳＣ標準コンポジットビデオ出力、ＰＡＬおよび／またはＮＴＳＣコンポジット（Ｙ／Ｃ）ビデオ出力、ならびに、ビデオデータ、動き情報および５２５／６２５ライン情報を含む進んだディスプレイのための出力を含み得る。「汎用」デコーダは、進んだディスプレイ、ＰＡＬ、およびＮＴＳＣを含むさまざまな再生オプションのすべてを含み得るが、コストの低減のために、ＰＡＬ専用またはＮＴＳＣ専用デコーダは、進んだ再生出力を省いて、それぞれ、ＰＡＬ再生またはＮＴＳＣ再生のみを提供してもよい。（これらの各々はさらに、コンポジットのみに限定されてもよい。）これに対し、進んだディスプレイ専用のデコーダは、ＰＡＬおよび／またはＮＴＳＣ出力を省いてもよく、これにより、デコーダは規格変換および再インタレースを排除することによって、大いに簡素化される。
（オリジナルのソースがフィルムではなくビデオである場合に限り存在する）符号化されたビットストリームの形の動き情報は、上述のように、１ピクセルまたは隣接するピクセルのグループにつき、単一ビットの動／不動インジケータまたは多ビットの動きベクトルを含むが、この動き情報は、再インタレースのために、フレームレートの倍増のために、または、再インタレースおよびフレームレートの倍増の双方のために、復号化において使用される。再インタレースに際しては、動き情報は、さもなければ生じたであろう、顕著なインタレースおよび動きアーティファクトを生じることなく、インタレースされたビデオへの再変換を可能にする。動き情報は、順次走査された各フレームを、一時的な動きを考慮に入れるインタレースされたフィールドの対に分割することを可能にする。フレーム倍増に際しては、動き情報は、平均化された動きを使用する受動的なフレーム補間ではなく、実際の動きを考慮に入れた能動的なフレーム補間を可能にする。受動的なフレーム補間では、たとえば、より速いカメラのパン撮りの技術の結果として、ビデオソースがより多くの動きを含むため、動きアーティファクトが生じるであろう。（他の環境における）インタレースおよびフレーム補間のための動き情報の使用はよく知られている。たとえば、１９８５年４月の、Proc. IEEE, vol.73, no.4の第５２３頁から第５４８頁に記載の、ムスマン（Musmann）等による「画像の符号化における進化（“Advances in Picture Coding”）」；１９７９年９月のBell System Technical Journal, vol.58, no.7の第１７０３頁から１７１８頁に記載の、ネトラバリ（Netravali）等による「動き補償された変形符号化（“Motion-Compensated Transform Coding”）」；１９７９年３月のBell System Technical Journal, vol.58, no.3の第６３１頁から６７０頁に記載の、ネトラバリ（Netravali）等による「動き補償されたテレビジョン符号化、第１部（“Motion-Compensated Television Coding, Part I”）」；１９７７年４月のProc. IEEE, vol.65, no.4の第５３６頁から５４８頁に記載の、ネトラバリ（Netravali）等による「空間的マスキングを使用する画像信号の適合可能な量子化（“Adaptive Quantization of Picture Signals Using Spatial Masking”）」；１９９２年８月の、IEEE Trans. Consumer Electron., vol 38, no.3の第３２５頁から３４０頁に記載の、アルン・ネトラバリ（Arun Netravali）等による「ＨＤＴＶのためのコーデック（“A Codec for HDTV”）」；および、１９９３年カリフォルニア州ソラナビーチ（Solana Beach, California）のハイテキスト・パブリケーションズ社（HighText Publications, Inc.）発行の、キース・ジャック（Keith Jack）の著書、解明されたビデオ（Video Demystified）の第３７９頁から３８３頁の、「動き予測および補償（“Motion Prediction and Compensation”）」を参照されたい。
図７は、種々の動きのある画像ソースのための、ビデオ記録フレームレート、記録ディスク速度、ＮＴＳＣ再生フレームレート、ＮＴＳＣ再生ディスク速度、ＰＡＬ再生フレームレート、およびＰＡＬ再生ディスク速度を示す表である。２４ｆｐｓのフィルムおよび６０Ｈｚのビデオソースは、２４Ｈｚの順次走査フレームレートおよび「１ｘ」のディスク速度で記録される。これはたとえば、２４Ｈｚ、３０Ｈｚまたは６０Ｈｚのフレームレートを有する、ＨＤＴＶソースにも当てはまる。２５ｆｐｓのフィルムソースおよび５０Ｈｚのビデオソースは、２５Ｈｚの順次走査フレームレートおよび「（２５／２４）ｘ」のディスク速度で記録される。これは、たとえば、２５、５０Ｈｚまたは１００Ｈｚのフレームレートを有するＨＤＴＶソースにも当てはまる。これら種々の再生フレームレートおよび再生ディスク速度は、以下の図８から図１３の説明中に言及される。
図８は、ＮＴＳＣ出力のための２４ｆｐｓまたは２５ｆｐｓフィルムソースの復号化をより詳細に示す。フィルムソースは、２４Ｈｚ（２４ｆｐｓフィルムソース）または２５Ｈｚ（２５ｆｐｓフィルムソース）のいずれかで記録されたものであり得る。ＮＴＳＣ出力のためには、「１ｘ」の再生速度が自動的に選択されて（図示しないロジックが、フィルムＹＥＳおよびユーザのＮＴＳＣの選択に基づいて、「１ｘ」の再生速度を選択する）、これにより、順次走査されたビデオは、公称２４Ｈｚフレームレートでディスクから出ていくようになる。データレートデコンプレッサ２８は、エンコーダによって加えられたデータレート圧縮を復号化する。進んだディスプレイ出力のためには、データが５２５ラインであるか６２５ラインであるかの表示とともに、５２５ラインまたは６２５ラインの２４Ｈｚの順次走査されたビデオデータが提供され得る。フィルムソースについては動き情報は存在しない。ビデオデータおよびライン表示は従来の規格変換器３０に供給される。規格変換器３０は必要であれば、６２５ラインのビデオデータを５２５ラインの２４Ｈｚの順次走査されたビデオデータに変換し、これが今度は、（フィルムＹＥＳ信号によって発動される）従来の逆３−２プルダウンプロセッサおよびインタレーサ３２に供給される。プルダウンプロセッサおよびインタレーサ３２は、その出力に、５２５ラインの６０Ｈｚ（フィールドレート）の２−１インタレースビデオ信号を提供する。このインタレースされた信号が今度は、従来のＮＴＳＣエンコーダ３４に供給される。ＮＴＳＣエンコーダ３４は、コンポジットＮＴＳＣ出力および／または、コンポーネント（Ｙ／Ｃ）ＮＴＳＣ出力を提供する。
図９は、ＰＡＬ出力のための２４ｆｐｓまたは２５ｆｐｓフィルムソースの復号化をより詳細に示す。フィルムソースは、２４Ｈｚ（２４ｆｐｓソース）または２５Ｈｚ（２５ｆｐｓソース）のいずれかで記録されたものであり得る。ＰＡＬ出力については、「（２５／２４）ｘ」の再生速度が自動的に選択され（図示しないロジックが、フィルムＹＥＳおよびユーザのＰＡＬの選択に基づいて「（２５／２４）ｘ」の再生速度を選択して）、それにより、ビデオデータはディスクから公称２５Ｈｚフレームレートで出ていくようになる。データレートデコンプレッサ２８は、エンコーダによって加えられたデータレート圧縮を復号化する。５２５ラインまたは６２５ラインの２５Ｈｚの順次走査されたビデオデータが、データが５２５ラインであるか６２５ラインであるかの表示とともに、進んだディスプレイ出力のために提供され得る。フィルムソースについては、動き情報はない。これらビデオデータおよびライン表示は、従来の規格変換器３８に供給され、規格変換器３８は、必要であれば、５２５ラインのビデオデータを６２５ラインの２５Ｈｚ順次走査ビデオデータに変換する。これが今度は、従来のインタレーサ４０に供給されて、インタレーサ４０がその出力に、６２５ライン、５０Ｈｚ、２−１インタレースビデオ信号を提供する。このインタレースされた信号はその後、従来のＰＡＬエンコーダ４２に供給される。ＰＡＬエンコーダ４２は、コンポジットＰＡＬ出力および／またはコンポーネント（Ｙ／Ｃ）ＰＡＬ出力を提供する。
図１０は、ＮＴＳＣ出力のための６０Ｈｚビデオソースの復号化をより詳細に示す。この６０Ｈｚビデオソースは、２４Ｈｚで記録されたものである。ＮＴＳＣ出力のためには、「１ｘ」の再生速度が自動的に選択され（図示しないロジックが、「１ｘ」記録速度、フィルムＮＯ、およびユーザのＮＴＳＣの選択に基づいて、「１ｘ」の再生速度を選択して）、それにより、ビデオデータはディスクから公称２４Ｈｚフレームレートで出ていくようになる。データレートデコンプレッサ２８は、エンコーダによって与えられたデータレート圧縮を復号化する。５２５ラインまたは６２５ラインの２４Ｈｚの順次走査されたビデオデータが、進んだディスプレイ出力のために、動き情報および、データが５２５ラインであるか６２５ラインであるかの表示とともに、提供され得る。これらビデオデータ、動き情報、およびライン表示は、従来の規格変換器３０に与えられる。規格変換器３０は必要であれば、６２５ラインのビデオデータを５２５ラインの２４Ｈｚ、順次走査ビデオデータに変換し、これが今度は、動き情報とともに、インタレーサ３６に供給される。インタレーサ３６は、その出力に、５２５ライン、６０Ｈｚ（フィールドレート）の、２−１インタレースビデオ信号を提供する。このインタレースされた信号がその後、従来のＮＴＳＣエンコーダ３４に与えられる。ＮＴＳＣエンコーダ３４は、コンポジットＮＴＳＣ出力および／またはコンポーネント（Ｙ／Ｃ）ＮＴＳＣ出力を提供する。
図１１Ａおよび図１１Ｂは、ＰＡＬ出力のための６０Ｈｚビデオソースの復号化をより詳細に示す。上述のように、６０Ｈｚビデオソースは、２４Ｈｚで記録されたものである。ＰＡＬ出力のためには、「１ｘ」または「（２５／２４）ｘ」のいずれかの再生速度が自動的に選択され得る。（図示しないロジックが、「１ｘ」記録速度、フィルムＮＯ、およびユーザのＰＡＬ選択に基づいて、「１ｘ」または「（２５／２４）ｘ」の再生速度のいずれかを選択する。）これにより、ビデオデータは、「１ｘ」の再生速度が選択された場合には公称２４Ｈｚフレームレートで（図１１Ａ）、または、「（２５／２４）ｘ」の再生速度が選択された場合には公称２５Ｈｚで（図１１Ｂ）、ディスクから出ていくようになる。
図１１Ａを参照して、データレートデコンプレッサ２８は、エンコーダによって与えられたデータレート圧縮を復号化する。５２５ラインまたは６２５ラインの、２４Ｈｚの順次走査されたビデオデータが、動き情報およびデータが５２５ラインであるか６２５ラインであるかの表示とともに、進んだディスプレイ出力のために提供され得る。これらビデオデータ、動き情報、およびライン表示は、従来の規格変換器およびインタレーサ５６に供給され、これが、５２５ラインまたは６２５ラインの２４Ｈｚの順次走査されたビデオデータを、６２５ライン、５０Ｈｚの、２−１インタレースビデオデータに変換する。これが今度は、従来のＰＡＬエンコーダ４２に供給される。ＰＡＬエンコーダ４２は、コンポジットＰＡＬ出力および／またはコンポーネント（Ｙ／Ｃ）ＰＡＬ出力を提供する。
図１１Ｂを参照して、データレートデコンプレッサ２８は、エンコーダによって加えられたデータレート圧縮を復号化する。進んだディスプレイ出力のために、動き情報およびデータが５２５ラインであるか６２５ラインであるかの表示に加えて、５２５ラインまたは６２５ライン、２５Ｈｚの、順次走査されたビデオデータが提供され得る。ビデオデータ、動き情報およびライン表示は、従来の規格変換器およびインタレーサ５６ａに供給され、これが、５２５ラインまたは６２５ラインの２５Ｈｚの順次走査されたビデオデータを、６２５ライン、５０Ｈｚの、２−１インタレースビデオデータに変換し、これが今度は、従来のＰＡＬエンコーダ４２に供給される。ＰＡＬエンコーダ４２は、コンポジットＰＡＬ出力および／またはコンポーネント（Ｙ／Ｃ）ＰＡＬ出力を提供する。図１１Ｂの実施例においては、規格変換器およびインタレーサ５６ａは、図１１Ａの対応するエレメントよりもより簡単なものである。図１１Ｂの構成によって生成されるビデオおよび音は、わずかに加速される。
図１２Ａおよび図１２Ｂは、ＮＴＳＣ出力のための５０Ｈｚビデオソースの復号化をより詳細に示す。上述のように、５０Ｈｚビデオソースは、２５Ｈｚで記録されたものである。ＮＴＳＣ出力のためには、「１ｘ」または「（２５／２４）ｘ」の再生速度のいずれかが自動的に選択され得る。（図示しないロジックが、「（２５／２４）ｘ」記録速度、フィルムＮＯおよびユーザのＮＴＳＣの選択に基づいて、「１ｘ」または「（２５／２４）ｘ」の再生速度のいずれかを選択する。）これにより、ビデオデータは、「（２５／２４）ｘ」の再生速度が選択された場合には公称２５Ｈｚで（図１２Ａ）、または、「１ｘ」の再生速度が選択された場合には公称２４Ｈｚのフレームレートで（図１２Ｂ）、ディスクから出ていくようになる。
図１２Ａを参照して、データレートデコンプレッサ２８が、エンコーダによって加えられたデータレート圧縮を復号化する。６２５ライン、２５Ｈｚの、順次走査されたビデオデータが、動き情報およびデータが６２５ラインであることの表示とともに、進んだディスプレイ出力のために提供され得る。これらビデオデータ、動き情報およびライン表示は、従来の規格変換器およびインタレーサ５４に加えられる。この規格変換器およびインタレーサ５４は、６２５ライン、２５Ｈｚの順次走査されたビデオデータを、５２５ライン、６０Ｈｚ、２−１インタレースビデオデータに変換し、これが今度は、従来のＮＴＳＣエンコーダ３４に与えられる。ＮＴＳＣエンコーダ３４は、コンポジットＮＴＳＣ出力および／またはコンポーネント（Ｙ／Ｃ）ＮＴＳＣ出力を提供する。
図１２Ｂを参照して、データ変換デコンプレッサ２８は、エンコーダによって与えられたデータレート圧縮を復号化する。６２５ライン、２４Ｈｚの、順次走査されたビデオデータは、動き情報およびデータが６２５ラインであるという表示とともに、進んだディスプレイ出力のために提供され得る。ビデオデータ、動き情報およびライン表示は、従来の規格変換器およびインタレーサ５４ａに供給され、これが、６２５ライン、２４Ｈｚの順次走査されたビデオデータを５２５ライン、６０Ｈｚの、２−１インタレースビデオデータに変換し、これが今度は従来のＮＴＳＣエンコーダ３４に与えられる。ＮＴＳＣエンコーダ３４は、コンポジットＮＴＳＣ出力および／またはコンポーネント（Ｙ／Ｃ）ＮＴＳＣ出力を提供する。図１２Ｂの構成における規格変換器５４ａは、図１２Ａの構成における変換器５４よりもより複雑である。また、図１２Ｂの構成によって生成されたビデオおよび音は、わずかに減速される。
図１３は、ＰＡＬ出力のための５０Ｈｚビデオソースの復号化をより詳細に示す。上述のように、５０Ｈｚビデオソースは、２５Ｈｚで記録されたものである。ＰＡＬ出力のためには、「（２５／２４）ｘ」の再生速度が自動的に選択されて（図示しないロジックが、「（２５／２４）ｘ」記録速度、フィルムＮＯおよびユーザのＰＡＬ選択に基づいて「（２５／２４）ｘ」の再生速度を選択する）、それにより、ビデオデータが公称２５Ｈｚのフレームレートでディスクから出ていくようになる。データレートデコンプレッサ２８はエンコーダによって与えられたデータレート圧縮を復号化する。５２５ラインまたは６２５ライン、２５Ｈｚの順次走査されたビデオデータが、動き情報およびデータが５２５ラインであるか６２５ラインであるかの表示とともに、進んだディスプレイ出力のために提供され得る。これらビデオデータ、動き情報およびライン表示は、従来の規格変換器３８に与えられ、これは、もし必要であれば、５２５ラインのビデオデータを、６２５ライン、２５Ｈｚの順次走査されたビデオデータに変換する。これが今度は、動き情報とともに、インタレーサ４４に与えられ、インタレーサ４４は、その出力に、６２５ライン、５０Ｈｚの、２−１インタレースビデオ信号を提供する。このインタレースされた信号が今度は従来のＰＡＬエンコーダ４６に与えられる。ＰＡＬエンコーダ４６は、コンポジットＰＡＬ出力および／またはコンポーネント（Ｙ／Ｃ）ＰＡＬ出力を提供する。
図１４は、再生媒体が（たとえば放送等の伝送の場合のように）記録速度を変更できず、したがって、２４Ｈｚの順次走査されたビデオを従来のＰＡＬ再生装置上で再生可能なフレームレートに変換しなければならない場合において、２４Ｈｚで記録（または伝送）された２４ｆｐｓフィルムソースをＰＡＬ出力のために復号化するための、修正されたデコーダ２６′をより詳細に示す。データレートデコンプレッサ２８は、エンコーダによって加えられたデータレート圧縮を復号化する。５２５ラインまたは６２５ラインの２４Ｈｚの順次走査されたビデオデータが、データが５２５ラインであるか６２５ラインであるかの表示とともに、進んだディスプレイ出力のために提供され得る。フィルムソースについては動き情報はない。ビデオデータおよびライン表示は、従来の規格変換器４８に与えられ、これは、必要であれば、５２５ラインのビデオデータを６２５ラインの２４Ｈｚの順次走査されたビデオデータに変換し、これが今度は従来のインタレーサ５０に供給される。インタレーサ５０は、その出力に、６５１ライン、４８Ｈｚの、２−１インタレースビデオ信号を提供する。このインタレースされた信号が今度は、修正されたＰＡＬエンコーダ５２に与えられる。（これは、わずかに低いフレームレートを有する「ＰＡＬに近い」出力を提供するという点で修正されている。）ＰＡＬエンコーダ５２は、４８ＨｚのフレームレートのコンポジットＰＡＬ信号出力および／または４８Ｈｚのコンポーネント（Ｙ／Ｃ）ＰＡＬ出力を提供する。４８ＨｚフレームレートのＰＡＬ信号は、ほとんどの従来のＰＡＬ再生機器上で見ることができる。
図１５は、ＨＤＴＶ  Ｈｚビデオソースの復号化をより詳細に示す。（図６から図１４の）デコーダ２６または２６′の進んだディスプレイへの出力は、ビデオライン乗算器５８、垂直ノンリニアエンハンサ６０、およびビデオフレーム乗算器６２を含むプロセッサに供給される。ライン乗算器５８は、デコーダ２６または２６′の進んだディスプレイへの出力からのビデオデータを、５２５／６２５ライン表示信号とともに受信する。動き情報は、もしあれば、フレーム乗算器６２に与えられる。順次走査される信号のラインレートは、ライン乗算器５８内で補間によって（好ましくは１．５倍または２倍だけ）高められるが、これは、適切なポストフィルタリングも含む。垂直ノンリニアエンハンサ６０は、ラインが倍増された信号を、垂直領域においてスペクトルで伸長する。この改良された垂直解像度を利用するために、結果として得られるテレビジョン信号は、小さいドットサイズを有する直視形モニタまたは３つのモノクロームカラー管を用いる高品質投影システム等の、十分に高い光学的品質を有するモニタ上で表示されるべきである。
垂直の帯域幅向上は、広帯域幅垂直細部信号をシミュレートする。垂直細部信号は、ラインが倍増された信号自体から自己導出される。走査線の倍増により、垂直遷移の立上がり時間の減少が実用的かつ視覚可能なものとなる。垂直スペクトル伸長の程度は、ラインレートの上昇量と相関関係になければならない。周波数領域において、走査は、ラインレートの倍数を中心にして集まる、一連の繰返される周期的スペクトルを生成する。垂直の帯域幅伸長は、これらスペクトルの各々を広げ、したがって、スペクトルが最初に十分に間隔をおかれていなかった場合には、それらは重なり合う結果となる。好ましくは補間によってラインレートを十分に倍増することにより、スペクトルの重複によって引き起こされるエイリアジングアーティファクトを発生することのない、自己生成される帯域幅伸長が可能となる。
垂直領域におけるスペクトルまたは帯域幅伸長は、垂直遷移の立上がり時間を短縮し、予期されるプレシュート、オーバシュートまたはリンギングを生じることなく遷移は急峻となる。スペクトルまたは帯域幅伸長は、ノンリニアエンハンサによって提供され得るが、これは、少なくともいくつかの信号遷移振幅レベルについて、垂直領域におけるオリジナルスペクトルの制御された高調波ひずみによって、供給された信号の帯域幅を伸長する。高調波ひずみは、乗算手段およびゲート手段による処理を含む、多くの形状のノンリニア処理によって実現され得る。これらの装置は当該技術分野においては、他の名称でもまた公知であるが、これは、「ビデオクリスプナ」および、「制御された高調波生成」、「スペクトル伸長」、「プレシュートおよびオーバシュートのない、より短い立上がり時間および立下がり時間」、「倍増的向上」および「ゲート向上」を提供する信号プロセッサを含む。
先行技術のスペクトル伸長の例が、ゴールドマークおよびリーブズ（Goldmark and Reeves）への米国特許第２，７４０，０７１号、ハリウッド（Hollywood）への米国特許第２，８５１，５２２号、および、１９５１年１０月のProceedings of the IREの第１３１４頁の、ゴールドマークおよびハリウッドによる「テレビジョン画像の鮮鋭度を向上するための新技術（“A New Technique for Improving the Sharpness of Television Pictures”）」と題された記事内に記載されている。ノンリニアスペクトル伸長技術における改良は、本発明者の先の米国特許第４，０３０，１２１号に記載されており、ノンリニア信号強調の他の例は、本発明者の米国特許第４，５０４，８５３号および第５，０１４，１１９号に示されている。このプロセスは、水平次元および垂直次元において等しく適用可能であるが、垂直領域においては、その結果は、全体の信号帯域幅に影響を及ぼすのではなく、むしろ、ラインレートで間隔をあけられた周期的なスペクトルの帯域幅に影響を及ぼす。本発明者は、当人の米国特許第５，１５１，７８３号および第５，２３７，４１４号において、ノンリニア強調がいかにして垂直領域において適用され得るかを記載する。この段落において示された上述の米国特許の各々は、その全文が、ここに引用により援用される。
ライン乗算器５８はその出力に、２４または２５Ｈｚのフレームレートの、フレームあたりｋｎ本のラインを有する、順次走査された信号を提供する。変数「ｎ」は５２５または６２５ラインを表わす。係数「ｋ」は、ラインレートの倍増係数であり、これは、１よりも大きく、かつ、目で見て心理的に不愉快なエイリアジングアーティファクトを引き起こすことなく垂直解像度において心理的に目で見える改良が加えられるに足る、十分な垂直帯域幅伸長を可能にする、十分大きい数であることが好ましい。係数「ｋ」は１．５または２程度であることが好ましいが、「ｋ」の正確な値は重要ではない。したがって、ｋが２である場合には、結果として得られる信号はフレームあたり２ｎ本のラインを有し、これは、オリジナルのソースビデオにおけるインタレースされたフィールドあたりのラインの数の４倍のレートである（したがって、ライン「４倍器」を構成する）。ラインレート乗算器５８は、好ましくは、ラインを複製するのではなく補間することによって、ラインレートを高めることが好ましい。周知のように、ラインレート乗算器は、ラインの増加量に相応するフィルタ帯域幅を有する、適切なアンチエイリアジングポストフィルタリングを含まねばならない。デジタル領域においては、ライン乗算は、垂直のアップサンプリングおよびフィルタリングによって達成される。
ライン乗算器５８の出力は、垂直ノンリニアエンハンサ６０に供給され、垂直ノンリニアエンハンサ６０は、垂直遷移の立上がり時間を短縮し、したがって、再生された画像内の垂直の細部を心理的に見て向上させる。好ましくは、認知されるフリッカを減じる目的で、垂直ノンリニアエンハンサ６０の出力はディスプレイに先立ってフレーム乗算器６２に供給され得る。補間によって新しいフレームを生成して（ソースがフィルムである場合は受動的補間であり、ソースがビデオの場合には動き情報を使用した能動的補間である）、フレーム乗算器は、順次走査されるフレームレートを、少なくとも２倍、好ましくは３倍または４倍、倍増する。
実際には、輝度およびクロミナンス信号コンポーネントは、別個に同じ方法で処理される。ただし、クロミナンスの垂直帯域幅伸長は、輝度の垂直帯域幅遷移によって制御され得る。これは、輝度の信号コンポーネントが強固であるためである。水平領域で、対応する色度遷移を急峻にするために輝度遷移を使用することは、本発明者への先の米国特許、第４，０３０，１２１号および第４，５０４，８５３号に開示されているが、これらの各々は、その全文がここに引用により援用される。代替例として、クロミナンスコンポーネント垂直帯域幅伸張器が、自身のクロミナンス遷移検出器を有し、したがって、輝度コンポーネント垂直帯域幅伸張器とは別個に動作することも考えられる。さらなる代替例として、クロミナンスコンポーネント垂直帯域幅伸張器が、自身のクロミナンス遷移検出器を有するものの、輝度垂直遷移検出器と協動して動作し、したがって、クロミナンス遷移が同時に輝度遷移が生じることなく発生する場合にのみ、検出されたクロミナンス遷移がクロミナンス垂直帯域幅伸張を制御することも考えられる。
また、垂直帯域幅伸張は、輝度信号コンポーネントに対してのみ提供され得る。さらなる代替例として、垂直帯域幅伸張は、クロミナンス信号コンポーネントに対してのみ提供され得るが、この場合、２つの下位選択肢、すなわち：（１）クロミナンスコンポーネント垂直帯域幅伸張器の制御を、輝度垂直遷移から導出する、および、（２）クロミナンスコンポーネント垂直帯域幅伸張器の制御を、クロミナンス遷移から導出する、がある。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図６】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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