(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テレビジョン画像を送信するデバイスであって、
各テレビジョン画像をブロックに分割する手段と、
ブロックと、動きベクトルによって規定された予測ブロックとの間の差を表す残差ブロックを符号化する手段と、
サブ画像を構成する隣接ブロックの動きベクトルに対する参照ベクトル及び複数の差ベクトルを形成し、前記参照ベクトルは、サブ画像の選択されたブロックの動きベクトルによって構成され、前記差ベクトルは、隣接ブロックの動きベクトルから形成される手段と、
前記参照ベクトル及び前記差ベクトルを可変長の符号語に符号化する可変長エンコーダと、
前記符号化された残差ブロック及び符号語を送信する手段とを具える、テレビジョン画像を送信するデバイスにおいて、前記可変長エンコーダが、前記可変長の符号語を連続的な零値及びそれに続く非零値に割り当てる種類のエンコーダであり、前記サブ画像の差ベクトルを、前記サブ画像の参照ベクトルの前に前記エンコーダに供給することを特徴とするテレビジョン画像を送信するデバイス。
【請求項２】
請求項１記載のデバイスにおいて、サブ画像のブロックは、イントラフレーム符号化モードかまたはインターフレーム符号化モードに従い、差ベクトルおよび／または参照ベクトルは、インターフレーム符号化モードに従ったブロックの動きベクトルから形成されていることを特徴とするテレビジョン画像を送信するデバイス。
【請求項３】
さらに各ブロックを係数に変成する画像変成器と係数を符号化する可変長エンコーダを含んでいる請求項１項記載のデバイスにおいて、動きベクトルを符号化する可変長エンコーダは係数を符号化する可変長エンコーダによって構成されていることを特徴とするテレビジョン画像を送信するデバイス。
【請求項４】
テレビジョン画像を受信するデバイスであって、
前記画像の画像ブロックと、各動きベクトルによって規定された予測ベクトルとの間の差を表す残差ベクトルを受信する手段と、
前記動きベクトルを表す可変長の符号語を受信する手段と、
前記可変長の符号語を差ベクトル及び参照ベクトルに復号し、前記参照ベクトルは、サブ画像の選択されたブロックの動きベクトルによって構成され、前記差ベクトルは、隣接ブロックの動きベクトルから形成される可変長デコーダと、
前記可変長デコーダから供給された差ベクトル及び参照ベクトルから、サブ画像を形成する複数の隣接ブロックの動きベクトルを形成する手段と、
前記残差ブロック及び対応する動きベクトルから前記テレビジョン画像を復元する手段とを具える、テレビジョン画像を受信するデバイスにおいて、前記可変長デコーダが、前記可変長の符号語を連続的な零値及びそれに続く非零値に復号する種類のデコーダであり、前記サブ画像の参照ベクトルの前のサブ画像の差ベクトルを復号するように配置したことを特徴とするテレビジョン画像を受信するデバイス。
【請求項５】
請求項４記載のデバイスにおいて、動きベクトルは、受信した符号化モードに依存して差ベクトルおよび／または基準ベクトルの連続から形成され、前記受信した符号化モードは、前記サブ画像のブロックに対して、これらブロックがイントラフレーム符号化モードとインターフレーム符号化モードのいずれに従うかを表すことを特徴とするテレビジョン画像を受信するデバイス。
【請求項６】
さらに係数を復号する可変長デコーダとブロック中の係数を変成する画像変成器を含んでいる請求項４又は５記載のデバイスにおいて、動きベクトルを復号する可変長デコーダは係数を復号する可変長デコーダによって構成されていることを特徴とするテレビジョン画像を受信するデバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、テレビジョン画像を送信するためのデバイスと、こうして送信されたテレビジョン画像を受信するためのデバイスとに関する。両方のデバイスは１つの装置に組み合わされ、ビデオレコーダを構成する。
【０００２】
【従来の技術】
冒頭のパラグラフに述べた種類のテレビジョン画像を送信するためのデバイスは欧州特許出願公開明細書ＥＰ 0 419 752 から既知である。既知のデバイスは各テレビジョン画像をブロックに分割する手段、選択されたブロックについて動きベクトルを形成する手段、サブ画像を構成する複数の隣接ブロックの動きベクトルに対する参照ベクトルと複数の差ベクトルとを形成する手段、および差ベクトルを可変長の符号語にエンコードする可変長エンコーダを含んでいる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
既知のデバイスにおいては、参照ベクトルはサブ画像の動きベクトルの平均値によって構成されている。参照ベクトルは固定長の符号語として伝送される。差ベクトルは可変長の符号語として伝送される。これでもって、ある程度の符号化効率とチャンネルエラーからの保護が目指されている。本発明の目的は、デバイスの符号化効率をさらに改善することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記可変長エンコーダが、前記可変長の符号語を連続的な零値及びそれに続く非零値に割り当てる種類のエンコーダであり、前記サブ画像の差ベクトルを、前記サブ画像の参照ベクトルの前に前記エンコーダに供給することを特徴とする。
【０００５】
本発明は、画像中の動いている物体は通常１ブロックより大きいという認識に基づいている。このことは、サブ画像のブロックは通常動きの同じ量を含んでいることを意味している。そのとき差ベクトルは零値を有し、ところが参照ベクトルはしばしば零に等しくない。そのような零値の連続と引き続く零でない値を可変長エンコーダに供給することによって、それはしばしば、サブ画像の動き情報を１個の符号語のみに圧縮する。
【０００６】
参照ベクトルは、好ましくは、サブ画像の選択されたブロックの動きベクトルによって構成される。そのときには、符号化効率がさらに増加するようにこのブロックについての差ベクトルを伝送することがもはや必要でなくなる。差ベクトルは、好ましくは、隣接ブロックの動きベクトルから形成される。隣接ブロックについてのブロックの動きにおける差異は、隣接するブロックは通常かなりの程度の相当する動きを有しているため、もっと離れた参照ブロックについてよりも小さい。差ベクトルはこうしてより頻繁に零値を有し、そしてそのときより効率的にエンコードされる。
【０００７】
デバイスの好ましい実施例においては、可変長エンコーダは、ブロックの画像変成（picture transform ） から得られる係数を符号化するための可変長エンコーダによって構成される。独立した可変長エンコーダはこうして無しで済まされる。さらに、零の係数の連続がしばしば零でない係数によって後続されるブロック内で、供給された動きベクトルの連続が統計的に係数の分布に十分相当することが分かった。符号化効率はこうしてなお一層改善される。
【０００８】
また、デバイスの好ましい実施例においては、後述するように、サブ画像のブロックは、イントラフレーム符号化モードかまたはインターフレーム符号化モードに従い、差ベクトルおよび／または参照ベクトルは、インターフレーム符号化モードに従ったブロックの動きベクトルから形成されている。
【０００９】
テレビジョン画像を受信するための対応するデバイスは、可変長の符号語を零値の連続と引き続く零でない値に復号する種類の可変長でコーダを含んでいることを特徴とする。好ましい実施例においては、可変長デコーダは、係数を復号するための既に存在している可変長デコーダによって構成される。
【００１０】
デバイスの好ましい実施例においては、動きベクトルは、受信した符号化モードに依存して差ベクトルおよび／または基準ベクトルの連続から形成され、前記受信した符号化モードは、前記サブ画像のブロックに対して、これらブロックがイントラフレーム符号化モードとインターフレーム符号化モードのいずれに従うかを表す。
【００１１】
【実施例】
以下に添付図面を参照し実施例により本発明を詳細に説明する。図１は本発明によるデバイスを含んでいるテレビジョン伝送システムを線図的に示している。システムはテレビジョン画像を送信するためのデバイス１（以下においては送信機と呼ぶ）、伝送路３、および伝送されたテレビジョン画像を受信するためのデバイス４（以下においては受信機と呼ぶ）を含んでいる。実際問題として、図示の伝送システムはビデオレコーダであってもよい。その場合、伝送路３は記録媒体として構成される。
【００１２】
送信機１の入力端子１０はディジタル画像信号を受信する。受信された画像は第１の画像メモリ１１に記憶され、そしてブロックでこのメモリから減算回路１２に印加される。減算回路においては、動き補償された予測画像が現在の画像から差し引かれる。差の画像は、例えば、Discrete Cosine Transform を行い、それから得られた係数を量子化するエンコード回路１３において符号化される。量子化された係数は可変長エンコーダ１４において可変長符号化を受ける。こうして得られた符号語はマルチプレクサ１５経由で送信される。送信機における予測ループは、エンコード回路１３の逆の動作を行うデコード回路１６を含んでいる。差の画像はそれによって回復され、そして第２の画像メモリ１８において次の予測画像を形成するために加算回路１７で現在の予測画像に加算される。動き評価器１９は、画像メモリ１１から現在の画像と画像メモリ１８から予測画像を受信し、そして減算回路１２に動き補償された予測画像を供給する。さらに、動き評価器は受信機に伝送する動きベクトル（ｄｘ，ｄｙ）を供給する。今まで述べた送信機は一般に既知であり、そして例えば、“Digitale Bildcodierung, Bewegungskompensierte Interframe-DPCM ”, FKT 6/1992 , pp. 416-424 .に述べられている。
【００１３】
本発明に従って、送信機は、動きベクトル（ｄｘ，ｄｙ）が供給され、そしてさらに説明されるであろう連続信号（series former ）形成器２０をさらに含んでいる。連続信号形成器は、テレビジョン画像の複数のブロックについての差ベクトルと参照ベクトルとの連続信号を形成し、そしてこれらベクトルを第２の可変長エンコーダ２１に印加する。２個の可変長エンコーダ１４と２１は、マルチプレクサが係数を表す符号語と動きベクトルを表す符号語の両方を伝送路３に供給するために、マルチプレクサ１５に接続されている。
【００１４】
実際問題として、画像変成器（picture transformer ）１３と動き評価器１９は例えば８×８画素の画像ブロックについて動作する。画像変成は、テレビジョン信号の輝度Ｙおよび色度ＵとＶについて分離して実現される。もし水平および垂直方向における色信号のサンプリング周波数が輝度信号のサンプリング周波数の半分であるとすると、１個の色ブロックＵおよび１個の色ブロックＶは４個の輝度ブロックＹに対して得られる。これは習慣的にマクロブロック（macro brock）と呼ばれている。そのようなマクロブロックはサブ画像を形成し、図２に象徴的に示される。複数の隣接ブロックからサブ画像を形成する他の方法も、しかしながら、代案として可能である。
【００１５】
動き評価は輝度ブロックの各々について行われる。色ブロックについての分離した動き評価は、それらがＹブロックと同じ動きに従っていることが仮定されるので控えることができる。各マクロブロックＹ0 , Ｙ1 , Ｙ2 , Ｙ3 （図２参照）に対して、動きベクトル（ｄx i ，ｄy i ） が動き評価器１９（図１参照）によって形成されるが、ここにおいて、ｄx i およびｄy i （ｉ＝０--- ３）は予測画像における相当するブロックに関してブロックの水平および垂直のシフトを表している。
【００１６】
図３は、図１に示される連続信号形成器２０のありうる実施例を示している。それは、動きベクトル（ｄx i ，ｄy i ） が動き評価器によってあらかじめ定められた位置に記憶されるＲＡＭ２０１を含んでいる。ＲＡＭはシーケンサ２０２の制御下で読まれる。読まれた値は減算回路２０３の第１の入力端子に印加される。さらに、読まれた値はシーケンサによって発生されたクロック信号に応じてレジスタ２０４に記憶される。減算回路２０３の第２の入力端子はレジスタ２０４の出力端子に接続されている。再びシーケンサの制御のもとで、減算回路の出力かまたはレジスタの出力かが可変長エンコーダ２１（図１参照）への供給のためにマルチプレクサ２０５を介して選択される。
【００１７】
連続信号形成器２０の動作はさらにシーケンサに記憶されているインストラクションに基づいている。第１の実施例において、シーケンサは次のインストラクションを実行する：
1. ｄx2をレジスタに記憶させる
2. ｄx3を減算回路に印加する
3. 減算回路、すなわちｄx3−ｄx2を選択する
4. ｄx0をレジスタに記憶させる
5. ｄx2を減算回路に印加する
6. 減算回路、すなわちｄx2−ｄx0を選択する
7. ｄx1を減算回路に印加する
8. 減算回路、すなわちｄx1−ｄx0を選択する
9. レジスタ、すなわちｄx0を選択するこの方法により、連続信号形成器は数の連続を形成する：
｛ｄx3−ｄx2，ｄx2−ｄx0，ｄx1−ｄx0，ｄx0｝
言い換えると、差ベクトルの連続には、この場合ｄx0によって形成された参照ベクトルが続いている。相当する方法において数の連続
｛ｄy3−ｄy2，ｄy2−ｄy0，ｄy1−ｄy0，ｄy0｝，
が、動きベクトルの垂直成分に対して引き続いて形成される。この第２の数の連続において、参照ベクトルはｄy0によって形成される。
【００１８】
２つの数の連続は可変長エンコーダ２１（図１参照）に印加される。このエンコーダは可変長の符号語を零値の連続と引き続く零でない値に割り当てる種類のエンコーダである。そのようなエンコーダの好ましい実施例は欧州特許出願公開明細書ＥＰ 0 260 748 に広範囲にわたって述べられている。もし差ベクトルが零値を有するならば、エンコーダは各数の連続に対し唯１つの符号語を供給する。実際問題として、これは頻繁に起り、その結果サブ画像の動きベクトルは効率的に符号化される。
【００１９】
シーケンサの第２の実施例は、次の数の連続を発生させるように適応される：
｛dy3 −dy2,dy2 −dy0, dy1−dy0, dx3−dx2, dx2−dx0, dx1−dx0, dy0, dx0 ，｝
この連続は垂直方向における差ベクトルでスタートする。画像（特に、１６：９画像）は垂直方向において水平方向におけるより小さいため、これらの差ベクトルはしばしば零値を有する。比較的長い数の連続は、それ故しばしば多くの零値でスタートする。これは可変長符号化の効率に貢献する。さらに、多くの動きがテレビジョンカメラの水平パンニングによって引き起こされる。その場合において数の長い連続は唯１つの符号語を生じる。
【００２０】
数の連続から明らかなように、差は両方の実施例においてブロックＹ3 にブロックＹ2 を隣接する動きベクトルによっで決定される。これは、参照ベクトルがさらに離れていて（こゝではＹ0 ）その動きは頻繁にはより等しくないブロックの動きベクトルであるから、（既知のデバイスにおいてなされているような）参照ベクトルからの引き算よりもっと好ましい。ブロックＹ3 の動きベクトルとブロックＹ1 のそれとの間の差の決定はまた適切な選択であろう。垂直成分に対してより動きベクトルの水平成分に対する異なった選択をすることはなお一層知覚できる。
【００２１】
テレビジョン画像を受信するための相当するデバイスがいま説明される。図１において、受信機４はそれによってチャンネルビットストリームが符号化された係数と符号化された動きベクトルとに分離されるデマルチプレクサ４０を含んでいる。受信機はさらに既知のやり方で係数を復号するための可変長デコーダ４１、逆量子化器と画像変換器４２、受信画像を復元するための加算回路４３、予測画像メモリ４４および動き補償器４５を含んでいる。復元された画像は出力端子４６に印加される。可変長デコーダ４１はエンコーダ１４の逆の動作を行う。
【００２２】
本発明に従って、符号化された動きベクトルは第２の可変長デコーダ４７に印加される。このデコーダはエンコーダ２１の逆の動作を行い、その結果動きベクトルを表す数の連続が得られる。その数の連続は引き続いて変換器５０によって、それにより動き補償器４５が予測画像のブロックを復元する個々の動きベクトル（ｄx,ｄy ） に変換される。
【００２３】
図４は、図１に示される変換器５０のありうる実施例を示している。それは、復号された数の連続が受信上に記憶されるＲＡＭ５０１を含んでいる。ＲＡＭはシーケンサ５０２の制御下で読まれる。読まれた値は加算回路５０３の第１の入力端子に印加される。その出力端子はレジスタ５０４を経由して加算回路の第２の入力端子にフィードバックされる。レジスタはシーケンサ５０２からクロックおよびリセット信号を受信する。
【００２４】
変換器５０の動作はさらにシーケンサに記憶されているインストラクションに基づいている。変換器は送信機中の連続信号形成器２０（図３参照）の逆の動作を行う。この目的のために、シーケンサは第１の実施例において次のインストラクションを実行する：
1. レジスタをリセットする
2. ＲＡＭからｄｘ0 を読む、出力信号はｄｘ0 である
3. レジスタにクロック出力信号
4. ＲＡＭからｄｘ1 −ｄｘ0 を読む、出力信号はｄｘ1 である
5. ＲＡＭからｄｘ2 −ｄｘ0 を読む、出力信号はｄｘ2 である
6. レジスタにクロック出力信号
7. ＲＡＭからｄｘ3 −ｄｘ2 を読む、出力信号はｄｘ3 である
この方法により、サブ画像の動きベクトルの水平成分ｄｘ1 が回復される。相当する方法において、垂直成分ｄｙ1 が引き続いて得られる。シーケンサの第２の実施例（前述した“長い”数の連続から動きベクトルを回復するためのもの）は、当業者によって前述の説明から編み出される。
【００２５】
あるケースにおいて画像内の動きは、与えられたブロックをイントラフレーム（intraframe） 符号化に従わせのが好ましいように拡がっている。この方法においては、同じサブ画像の他のブロックは動き補償されたインターフレーム（interframe） 符号化に従っているのに、サブ画像の１個またはそれ以上のブロックがそれら自体で（すなわち、動きベクトルなしに）伝送される状況が起りうる。そのような戦術は、とりわけ既知のＭＰＥＧ標準において使用されている。モードビットは動き評価器１９（図１参照）によって発生され、各ブロックに対して使用される符号化モードを示すように伝送される。
【００２６】
連続信号形成器２０の相当する実施例（図３参照）においては、シーケンサ２０２は符号化モードに依存した数の連続を作り出すために適応されている。図３に破線で示されるように、シーケンサは、いまＹ0 --- Ｙ3 に相当するモードビットｍi （ｉ＝０--- ３）を受信する。値１によって、モードビットはブロックがイントラフレーム符号化に従うことを示し、値０はそれがインターフレーム符号化に従うことを示している。シーケンサの動作を説明するために、図５Ａおよび図５Ｂはマクロブロックの２例を示し、その１ブロックがイントラフレーム符号化に従っている。図５Ａにおいては、陰影をつけたブロックＹ2 がイントラフレーム符号化されたブロックを示している。この場合においては、シーケンサは数の連続を形成する：
｛dx3 −dx1,dx1 −dx0,dx0 ｝and ｛dy3 −dy1,dy1 −dy0,dy0 ｝
図５Ｂにおいては、Ｙ0 がイントラフレーム符号化ブロックである。動きベクトルはこのブロックについて発生しないから、次のインターフレームブロック（ここではＹ1 ）の動きベクトルが参照ベクトルを形成する。シーケンサはいま数の連続を形成する：
｛dx3 −dx2,dx3 −dx1,dx1 ｝and ｛dy3 −dy2,dy3 −dy1,dy1 ｝
受信機におけるシーケンサ５０２（図４参照）は動きベクトル回復のために逆の動作を行う。２つのシーケンサの実施例は、当業者によって前述の説明から簡単に編み出される。
【００２７】
図６は、本発明による送信機および受信機を含んでいる伝送システムの別の実施例を示している。同一の参照番号は図１におけると同じ要素を指している。そのシステムは、送信機１が動きベクトルと同様に係数をも符号化するための可変長エンコーダ２２を含んでいることにおいて図１に示されるシステムと異なっている。この目的のために、マルチプレクサ１５が上記エンコーダの前に配置されている。可変長エンコーダは、可変長の符号語を零値の連続と引き続く零でない値に割り当てる種類のエンコーダである。相当する方法で、受信機４は、１個の可変長デコーダ４８と、その後に配置され、係数と動きベクトルとに分離するためのデマルチプレクサ４０とを含んでいる。図６に示される実施例は経済的かつ効率的である。一方で可変長のコーダ（デコーダ）が各送信機および受信機において節約される。他方において、動きベクトルを表す数の連続は比較的短い符号語が割り当てられる係数の連続に対して統計的に十分適合していることが分かった。
【００２８】
本発明によるデバイスはまた、マクロブロック当たり唯１個の動きベクトルが発生する符号化システムに使用されうる。これは、例えばＭＰＥＧ標準の場合である。この場合において、サブ画像は複数の隣接マクロブロックを横切って形成される。そのとき可変長エンコーダに供給する数の連続は相当する複数の動きベクトルからすでに説明した方法で形成される。
【００２９】
テレビジョン画像を供給するテレビジョンカメラのパンやチトルの動きから引き出されるのと同じ値の参照ベクトルは、完全な画像に対して送信されることに留意されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明により、テレビジョン画像を送信し、受信するためのデバイスを含んでいる伝送システムを線図的に示している。
【図２】  本発明を説明するためのサブ画像のありうる選択を示している。
【図３】  図１に示す連続信号形成器のありうる実施例を示している。
【図４】  図１に示す変換器のありうる実施例を示している。
【図５】  図３に示す連続信号形成器の動作を説明するための幾つかのサブ画像を示している。
【図６】  テレビジョン画像を送信し、受信するためのデバイスを含んでいる伝送システムの別の実施例を示している。
【符号の説明】
１  送信機
３  伝送路
４  受信機
１０  入力端子
１１  第１の画像メモリ
１２  減算回路
１３  エンコード回路（画像変成器）
１４  可変長エンコーダ
１５  マルチプレクサ
１６  デコード回路
１７  加算回路
１８  第２の画像メモリ
１９  動き評価器
２０  連続信号形成器
２１  第２の可変長エンコーダ
２２  可変長エンコーダ
４０  デマルチプレクサ
４１  可変長デコーダ
４２  逆量子化器と画像変換器
４３  加算回路
４４  予測画像メモリ
４５  動き補償器
４６  出力端子
４７  第２の可変長デコーダ
４８  可変長デコーダ
５０  変換器
２０１  ＲＡＭ
２０２  シーケンサ
２０３  減算回路
２０４  レジスタ
２０５  マルチプレクサ
５０１  ＲＡＭ
５０２  シーケンサ
５０３  加算回路
５０４  レジスタ
Ｙ  輝度成分
Ｕ，Ｖ  色度成分
Ｙ0---Ｙ3  ブロック
ｄｘi , ｄy i   動きベクトル
ｍi  モードビット
【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６】
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