JP3088166B2

JP3088166B2 - 適応リークｈｄｔｖ符号化装置

Info

Publication number: JP3088166B2
Application number: JP03348610A
Authority: JP
Inventors: デビットジョンストンジェームズ; シーナウアースコット; エヌマシューズキム; ナラヤンネトラヴァリアルン; ディーペタジャンエリック; ジェイサフラネックロバート; エッチウエステリンクピーター
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1990-12-11
Filing date: 1991-12-06
Publication date: 2000-09-18
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: DE69125582D1; CA2055072C; CA2055072A1; US5134475A; JPH04291588A; MX9102423A; EP0490538B1; EP0490538A3; EP0490538A2; DE69125582T2

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル信号の符号
化に関する。特に、符号化信号のノイズ耐性を改善す
る、信号の差動符号化の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】原理的に、アナログ映像信号（像信号）
をディジタル形式で伝送することが可能である。このデ
ィジタル信号は、一般的に、アナログ信号をサンプリン
グし、線形に量子化することによって得られる。像信号
がディジタル化され線形に量子化される場合、標準的な
ＴＶ信号から導出される像に対しては、毎秒約１００Ｍ
ビットの伝送速度が必要である。更に、ＨＤＴＶには、
ずっと高い伝送速度が要求される。

【０００３】この速度を縮小するために、さまざまな符
号化方式が研究されている。１つはいわゆる「差動パル
ス符号変調」（ＤＰＣＭ）符号化法である。この方法に
よれば、任意の瞬間における個々のピクセルの値は、す
でに符号化されているピクセルの値に基づいて予測され
る。予測値と、その瞬間における個々のピクセルの値の
差（誤り）を符号化することによって、必要ビット数が
縮小される。この差動パルス符号変調によれば、ピクセ
ルあたりのビット数を約半分に縮小することが可能であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のＤＰＣ
Ｍ法は、誤りを許容しないという点で問題点を有する。
特に、符号化プロセスは過去の信号に関する情報を必要
とするため、符号器および復号器はいずれも、必要な過
去の信号情報を与えるフィードバック・ループを含む。
符号器と復号器の間に誤りが導入されない限り、２つの
ループは互いに同じ道をたどり、復号器出力は符号器の
入力を（符号器の量子化誤り以内で）忠実に再生する。
しかし、誤りが復号器に導入されると、この誤りの存在
を知る方法はない。さらに困ったことは、復号器のフィ
ードバック・ループはこの誤りを永続させることであ
る。すなわち、ノイズ・スパイクは、瞬間的に発生する
場合は容易に許容できるが、それが存続する場合、それ
はもはやノイズ・スパイクではない。

【０００５】この問題は認識されており、いくつかの解
決法が提案されている。１つの解決法は、Ａ．Ｎ．ネト
ラヴァリ(Netravali)、Ｂ．Ｇ．ハスケル(Haskell)共著
「ディジタル画像」（プレナム・プレス、１９８８年、
例えば５１０ページ以降）に開示されている。開示され
ている方法によれば、信号符号化、信号復号化、１フレ
ーム・バッファ（遅延）、および入力信号からの遅延信
号の減算からなるフィードバック・ループが、減算の前
にリーク回路を挿入することによって補強される。

【０００６】リーク回路は単にその入力信号に選択され
た比率（１より小、例えば、前記の著書「ディジタル画
像」の５１１ページで選択されているように、３１／３
２）を乗ずることによって、差が符号化される前に入力
信号から減算される値を小さくする。換言すれば、ある
入力信号が「リーク」することによって、フレーム・バ
ッファ内の推定上既知の情報への完全な依存を破る。も
ちろん、同一の効果を実現するために、入力に１より大
きい比率を乗じてもよい。このリーク方法は固定される
ため、信号特性とは完全に無関係である。

【０００７】もう１つのこのような解決法は、米国特許
第４，９０７，０８１号（１９９０年３月６日発行）に
開示されている。該特許によれば、サンプリングされた
ディジタル信号は、Ｎ個の連続するサンプルをグループ
化し、各グループを独立に符号化することによって再分
割される。各グループ内では符号化は差動である（すな
わち、信号履歴が使用される）が、グループ間では符号
化は差動でない（すなわち、信号メモリは使用されな
い）。実際、米国特許第４，９０７，０８１号は、Ｎが
１に等しい場合は直線ＰＣＭが実現され、Ｎが無限大に
等しい場合は直線ＤＰＣＭが実現されるような「スライ
ディング」混成システムである。換言すれば、米国特許
第４，９０７，０８１号はＮ個のサンプルごとに信号履
歴をリセットする。米国特許第４，９０７，０８１号
は、２次元像が伝送されるという事実には無関係である
ために２次元相関が存在し、また、像全体の性質にも無
関係である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】誤りの永続の問題は、本
発明の原理によれば、符号器からリークする入力信号の
比率を、固定するのではなくて変化させることによって
解決される。リークされる比率は、本発明によれば、信
号の特性に関係する。１つの実施例では、リークされる
比率は、フレーム信号の選択された特性に従って、フレ
ームに対して固定される。もう１つの実施例では、リー
クされる比率は、フレーム信号の選択された特性が与え
られたレベルを超過した場合にはある関数に従い、選択
された特性が選択されたレベルを超過しない場合はもう
１つの関数に従って設定される。さらにもう１つの実施
例では、リークされる比率は、フレーム信号の選択され
た特性に基づいて、２個のレベルのうちの１つに設定さ
れる。

【０００９】

【実施例】全デジタルのＨＤＴＶシステムでは、利用で
きるバンド幅が限られているため、信号圧縮の為の種々
のアプローチが採られている。その内の１つは、像信号
の時間的冗長性を利用することである。すなわち、像フ
レームを送信する代わりに、新たな像と前の像との差分
を送信することである。リーク信号の概念をノイズの保
存を阻止する為に、取り込むと良い。本発明によれば、
リーク信号の概念の改良は、送信中のフレーム信号の性
質に依存することにより、なされる。そのフレーム信号
がその前のフレーム信号と極めて異なっている場合、信
号の大部分は、符号化の為にリークしてしまう。また、
フレーム信号が前のフレーム信号から余り異なっていな
い場合は、信号のわずかな部分のみがリークするだけで
ある。しかし、常に、幾分かの信号は、リークしてい
る。本発明のリーク信号が改善される機能を理解する為
に、以下では、ＨＤＴＶの符号化部分について記載す
る。本発明は、図１のレーク回路プロセッサと共に記載
する。

【００１０】図１では、入力信号がライン１０に送られ
る。これは、像フレームの列として到着するディジタル
化映像信号である。この入力信号が、フレーム平均プロ
セッサ１１、バッファ１２、および移動ベクトル生成器
１３に送られる。フレーム平均プロセッサ１１は、各入
力フレームの平均値を生成する。この値はバッファ２４
および２５で遅延され、以下で説明されるように図１の
いくつかの要素に送られる。この値はまた、バッファ５
２を通して図２の符号化ループにも送られる。

【００１１】移動ベクトル生成器１３は、移動ベクトル
・セレクタ／符号器１４に送られた移動ベクトルを生成
し、その後そこから、バッファ１５および３２を通っ
て、符号化された移動ベクトルは図２の符号化ループへ
送られる。移動ベクトルセレクタ／符号器１４の非符号
化出力は、移動補償器１６と、バッファ１７およびそれ
に続くバッファ５０にも送られ、バッファ５０から、非
符号化移動ベクトルが図２の符号化ループに送られる。

【００１２】バッファ１２の出力は、バッファ１８に送
られたあと、バッファ１９および５１に送られ、バッフ
ァ５１からその出力は図２の符号化ループに送られる。
バッファ１８の出力はバッファ２２およびリーク因子プ
ロセッサ２０に送られ、バッファ１９の出力は移動補償
器回路１６に送られる。移動補償器１６の出力はバッフ
ァ２１およびリーク因子プロセッサ２０に送られる。

【００１３】バッファ２５のフレーム平均信号は、減算
器２６でバッファ２１の出力から、また、減算器２７で
バッファ２２の出力からそれぞれ減算される。減算器２
６およびリーク・プロセッサ２０の出力は乗算器２３に
送られ、乗算器２３の出力は減算器２８に送られる。リ
ーク・プロセッサ２０の出力はバッファ３１を通って図
２の符号化ループにも送られる。要素２８は、減算器２
７の出力から乗算器２３の出力を減算し、その結果をＤ
ＣＴ変換回路３０に送る。変換回路３０の出力はプロセ
ッサ５３に送られる。プロセッサ５３は、スケール因子
Ｓijおよび信号標準偏差σを計算し、その結果を図２に
送る。減算器２７の出力はＤＣＴ変換回路２９に送ら
れ、ＤＣＴ回路２９の出力は図２に符号化ループに送ら
れる。

【００１４】図１のさまざまな要素間のタイミング関係
を理解するためには、例えばライン１０の入力がフレー
ムｔの像信号に対応する（すなわち、ライン１０の入力
信号がフレームＩ（ｔ）である）と決めることによっ
て、ある基準点を設定することが有用である。図１の全
バッファは１フレーム分のデータを格納し遅延する。従
って、バッファ１２の出力はＩ（ｔ−１）、バッファ１
８の出力はＩ（ｔ−２）、バッファ１９の出力はＩ（ｔ
−３）、バッファ５１の出力はＩ（ｔ−４）である。

【００１５】移動ベクトル生成器１３は、（符号器回路
および復号器回路内のどこか他の場所で）フレームＩ
（ｔ−１）の情報に基づいてフレームＩ（ｔ）の近似を
生成するのを補助する移動ベクトルＭ（ｔ）を生成す
る。移動ベクトルが生成されるには少し時間がかかる
（生成器１３内の遅延が１フレームの遅延に等しくなる
ように内部遅延が含められる）。従って、生成器１３の
出力（遅延処理後）は、移動ベクトルＭＶ（ｔ−１）の
セットに対応する。

【００１６】移動ベクトル生成器１３で生成された移動
ベクトルのすべてが実際に使用されるわけではないた
め、生成器１３の出力は移動ベクトルセレクタ／符号器
１４に送られ、そこで選択処理がなされる。選択処理も
また時間がかかるため、セレクタ／符号器１４の出力は
ＭＶ（ｔ−２）およびＣＯＤＥＤＭＶ（ｔ−２）信号
となり、これらは、フレームＩ（ｔ−３）の情報に基づ
いてフレームＩ（ｔ−２）の近似を生成するのを補助す
る移動ベクトルおよびその符号化表現である。

【００１７】このようなＩ（ｔ−２）信号は実際に移動
補償器１６で生成される。移動補償器１６は、バッファ
１９のＩ（ｔ−３）信号およびセレクタ／符号器１４の
移動ベクトルから、信号Ｉ（ｔ−２）を近似する変位フ
レーム信号ＤＦ（ｔ−２）を生成する。バッファ１７お
よび５０はＭＶ（ｔ−４）信号を生成し、バッファ１５
および３２はＣＯＤＥＤＭＶ（ｔ−４）信号を生成す
る。

【００１８】上記のように、プロセッサ１１はフレーム
平均信号を生成する。平均信号はフレームが終了するま
で知ることができないため、プロセッサ１１の出力はフ
レームｔ−１に関するものである。換言すれば、プロセ
ッサ１１の出力はＭ（ｔ−１）であり、バッファ２５の
出力はＭ（ｔ−３）である。

【００１９】リーク因子プロセッサ２０は信号Ｉ（ｔ−
２）およびＤＦ（ｔ−２）を受信する。このプロセッサ
の機能を実行する（そして、正確に１フレームの遅延を
有することを保証するように内部遅延が含められる）の
にも時間がかかるため、プロセッサ２０の出力信号はフ
レーム（ｔ−３）のリーク因子に対応する。従って、プ
ロセッサ２０の出力はＬ（ｔ−３）と表される。その出
力はバッファ３１で遅延され、それによってＬ（ｔ−
４）が符号化ループに送られる。

【００２０】最後に、要素２６〜３０内の処理は比較的
速いため、要素２９および３０の変換された像（バーＩ
T）および変位フレーム差（ＤＦＤT）出力はそれぞれフ
レームＩT（ｔ−３）およびＤＦＤT（ｔ−３）に対応
し、プロセッサ５３の出力はＳij（ｔ−４）およびσ
（ｔ−４）に対応する。

【００２１】図２は、図１の前進推定セクションで生成
された信号を利用する符号化ループの図である。ループ
自体は、要素３６，３７，３８，３９，４０，４１，５
４，４２，４３，４４および４５からなる。減算器３５
でフレーム平均信号Ｍ（ｔ−４）が像信号Ｉ（ｔ−４）
から減算された後、像信号Ｉ（ｔ−４）は減算器３６に
送られる。減算器３６によって生成される信号は、像Ｉ
（ｔ−４）と、（減算器４４によって除外された前フレ
ームのフレーム平均と、乗算器４５で導入されるリーク
因子とともに）符号化ループに含まれる前フレームのデ
ータから得られる像Ｉ（ｔ−４）の最良推定値の差であ
る。

【００２２】このフレーム差はＤＣＴ変換回路３７に送
られ、この回路は減算器３６のフレーム差信号に関する
２次元変換領域情報を生成する。この情報は、量子化器
およびベクトル・セレクタ（ＱＶＳ）３８内でベクトル
に符号化され、符号器４６および４７へ送られる。ＱＶ
Ｓ３８および符号器４７に送られて実行される符号化
は、逆量子化器３９内で可能な限り反転され、逆ＤＣＴ
回路４０に送られる。

【００２３】逆ＤＣＴ回路４０の出力は減算器３６の出
力を近似する。しかし、符号化信号の一部のみが要素３
９に送られ、かつそれは要素３８の符号化処理における
情報損失によって破損しているため、逆ＤＣＴ回路４０
の出力は減算器３６の信号と完全には一致しない。要素
３７、３８、３９、４０を通過する際にも遅延が存在す
る。この遅延がバッファ４８による遅延と整合された
後、バッファ４８と逆ＤＣＴ変換回路４０の出力が加算
器４１で結合されて加算器５４に送られる。加算器５４
はフレーム平均信号Ｍ（ｔ−４）を加算し、その結果を
バッファ４２に送る。バッファ４２は、要素４３、４
４、４５における遅延のうちバッファ４８による遅延よ
りも少ない分を補い（完全な１フレームの遅延を形成
し）、出力を移動補償器４３に送る。

【００２４】移動補償器４３は、移動ベクトルＭＶ（ｔ
−４）に応答する。移動補償器４３は、バッファ４２に
よって提供されるＩ（ｔ−５）の近似に基づいて、像信
号Ｉ（ｔ−４）の推定値を生成する。上記のように、こ
の近似は、減算器４４の作用によって、前フレームのフ
レーム平均Ｍ（ｔ−５）を減じられる。前フレームのフ
レーム平均は、Ｍ（ｔ−４）を与えられたバッファ５５
から導出される。減算器４４の結果は乗算器４５に送ら
れる。乗算器４５は、減算器４４の出力にリーク因子Ｌ
（ｔ−４）を乗算する。この乗算結果は、減算器３６の
負入力への信号を形成する。

【００２５】ちなみに、移動補償器４３の作用は線形で
ある。従って、バッファ４２の作用もまた線形である
（これは、入力信号の切り捨てがないことを意味する）
場合、加算器５４および減算器４４（およびバッファ５
５）はまったく余分である。これらは、バッファ４２が
必要な記憶装置にセーブするために入力信号を切り捨て
る場合にのみ使用される。

【００２６】バッファ４２に関して、もう１つの改善が
可能である。要素３６、３７、３８、３９、４０内の処
理と、バッファ４８の対応する遅延が、垂直フレーム・
リトレース時間よりも小さい場合、バッファ４２の出力
はその入力と同期することが可能である。すなわち、あ
るフレームのピクセルがバッファを出るのと同時に、前
フレームの対応するピクセルがバッファを出ることが可
能である。

【００２７】この場合、バッファ４２を、図１７のバッ
ファ回路４２に置き換えることによって一時フィルタリ
ングが実現される。バッファ回路４２では、入力ピクセ
ルが出力ピクセルと比較される。それらの差があるしき
い値よりも大きい場合、回路４２内の記憶要素にそれら
２個の比較されたピクセルの平均がロードされ、それ以
外の場合は、バッファ４２内の記憶要素には入力ピクセ
ルのみがロードされる。

【００２８】また、ＱＶＳ３８は知覚符号器４９および
Ｓij（ｔ−４）に応答する。この符号器は信号バーＩT
（ｔ−４）およびσ（ｔ−４）に応答する。信号Ｓij
（ｔ−４）は、逆量子化回路３９およびバッファ・フル
ネスおよびフォーマッタ（ＢＦＦ）５６にも送られる。
ＢＦＦブロック５６は、符号器４６ならびに４７からの
情報、リーク信号Ｌ（ｔ−４）および図１のバッファ３
２からのＣＯＤＥＤＭＶ（ｔ−４）情報も受信する。
ＢＦＦブロック５６は、知覚符号器４９にフルネス情報
を送り、受信した全情報を後段の回路に送る。後段の回
路では、信号は増幅され、適切に変調されて、地上波伝
送の場合、送信アンテナに送られる。

【００２９】ＢＦＦブロック５６は２つの密接に関連し
た機能を果たす。ＢＦＦブロック５６は、適切な誤り訂
正符号を加えることによって、符号器で生成された情報
をパックし、また、知覚符号器４９に情報を送って、出
力バッファ・フルネスのレベルについて知らせる。後者
の情報は知覚符号器４９でＱＶＳ３８および逆量子化器
３９を制御するため、従って、次フレームのビット速度
を制御するために使用される。

【００３０】上記の一般的な説明は、ＨＤＴＶ送信機内
の符号器のかなり詳細な説明である。以下で、図１およ
び図２に含まれるさまざまな回路のそれぞれについて詳
細に説明する。

【００３１】フレーム平均回路１１。フレーム内の平均
信号は、フレーム内の全ピクセルの値を単に加算し、そ
の和を一定数で除算する単純な累算器によって得られ
る。２の累乗個のピクセルの加算によって最も容易な除
算が実現されるが、他の個数による除算もまた非常に単
純な従来のハードウェア（例えば、参照テーブル）によ
って可能である。この単純さのため、回路１１に関して
はこれ以上ここでは説明しない。

【００３２】移動ベクトル生成器１３。移動ベクトル生
成器は、２個の連続する像Ｉ（ｔ）およびＩ（ｔ−１）
を比較する。この比較は、先行する像フレームＩ（ｔ−
１）内の領域すなわちブロックと良く一致する領域すな
わちブロックを現在の像フレームＩ（ｔ）内で検出する
ことを目的とする。目標は、変位情報および先行する像
フレームの組合せから、現在の像フレームの近似の生成
を可能にする相対変位情報の生成である。

【００３３】特に、現フレームはｎ×ｎのピクセル・ブ
ロックに分割され、現フレーム・ブロックにできるだけ
良く一致するｎ×ｎブロックを前フレーム内で発見する
ように、現フレームの各ブロックに対して探索が行われ
る。

【００３４】Ｋ×Ｋピクセル配列の近傍でｎ×ｎピクセ
ル・ブロックの最良変位の完全な探索を実行したい場
合、（Ｋ−ｎ）×（Ｋ−ｎ）個の可能な変位すべてをテ
ストしなければならない。これらの各変位に対して、現
フレームのｎ×ｎピクセル配列と、選択された変位に対
応する前フレームのＫ×Ｋピクセル配列のｎ×ｎ部分と
の差（例えば、絶対値、ＲＭＳ、または平方の意味で）
の大きさを決定しなければならない。最小の差に対応す
る変位が所望される変位であり、これは移動ベクトルと
呼ばれる。

【００３５】上記の探索プロセスのハードウェア実現に
関する１つの重要な点は、絶対的に最適な移動ベクトル
を発見するために実行される必要がある計算量である。
例えば、像が８×８ピクセルのブロックにサブ分割さ
れ、像が１０２４×１０２４ピクセルからなる場合、照
合の必要なブロックの総数は２¹⁴個になる。最良の一致
を決定するために像全体にわたる完全な探索が実行され
るとすれば、各ブロックに対する探索回数は約２²⁰であ
る。従って（全ブロックに対する）総探索回数は約２34
となる。この「天文学的な」回数はあまりに多すぎる探
索回数である。

【００３６】必要な探索回数を制限する１つの方法は、
移動ベクトルが探索されるブロックの近傍を制限するこ
とである。行われなければならない探索回数の直接の減
少に加えて、この方法は次のような付加的利点を有す
る。すなわち、近傍がより制限されると、移動ベクトル
を表現するのに必要なビット数が限定され（小さい範囲
になる）、これは伝送負担を軽減する。これらの理由を
考慮して、探索近傍を水平および垂直方向でともに±３
２地点に制限する。これは、例えば、３２×１６ピクセ
ル・ブロックを考えた場合、探索近傍は８０×８０ピク
セルで、各ブロックに対する探索回数は（２²⁰と比較し
て）２¹²であることを意味する。

【００３７】上記のように、予測誤りは差の平方の和に
基づくことが可能であるが、差の絶対値を扱うほうがず
っと簡単である。従って、ここでの移動ベクトル生成器
は、ブロックにわたるピクセル間の差の絶対値の和に対
応する予測誤り信号を形成することによって、現フレー
ム内のピクセルのブロックを前フレームのものと比較す
る。

【００３８】探索の複雑さおよび量をさらに縮小するた
め、２段階の階層的移動推定方法が使用される。第１段
階では、移動は粗く推定され、第２段階では粗推定が精
細化される。第１段階の粗い方法での照合は、像の解像
度を水平および垂直の両方向で２分の１にすることによ
って実現される。これによって、探索領域は４分の１に
なり、１０２４×１０２４の像配列では２¹²ブロックだ
けになる。第１段階で生成された移動ベクトルは第２段
階に送られ、第１段階で発見された粗変位の近傍で探索
が実行される。

【００３９】図３は、移動ベクトル生成器の第１（粗）
段階の構造を図示している。図３では、入力信号は２次
元８ピクセル×８ピクセルの低域フィルタ６１に送られ
る。フィルタ６１は、入力データのサンプリング速度の
半分よりも高い周波数を除去する。サブサンプラ６２が
フィルタ６１の次に続く。これは、入力信号を２：１の
比率でサブサンプリングする。フィルタ６１は、サブサ
ンプラに対するナイキスト比率よりも大きい信号を除去
するため、フィルタ６１の作用は、要素６２のサブサン
プリング作用からの副作用がないことを保証する。サブ
サンプラ６２の出力は、像の各ラインの半数のピクセル
と、像の半数のラインからなる像信号である。これは、
上記のような解像度の４分の１縮小に対応する。

【００４０】図１では、移動ベクトル生成器１３は、入
力ライン１０のＩ（ｔ）信号およびバッファ１２の出力
のＩ（ｔ−１）信号に応答するように図示されている。
これは説明のためにこうしただけであって、図１の説明
の文脈で移動ベクトル１３の動作を明確に理解可能にす
るためのものである。実際には、図１の接続に関する限
り、移動ベクトル生成器１３はＩ（ｔ）のみに応答し、
バッファ１２の遅延は移動ベクトル生成器１３の回路内
に集積されるほうが都合が良い。

【００４１】この考えに従って、図３は、サブサンプラ
６２の出力に応答するフレーム・メモリ６３を含む。フ
レーム・メモリ６３の入力でサブサンプリングされたＩ
（ｔ）信号およびフレーム・メモリ６３の出力でサブサ
ンプリングされたＩ（ｔ−１）信号は移動推定器６４に
送られる。

【００４２】メモリ６３の制御はかなり単純である。デ
ータは、１回に１ラインずつ、順に移動推定器ブロック
６４に入る。１６ラインの前方オフセットを除いて、サ
ブサンプリングされたＩ（ｔ）の全１６ラインととも
に、メモリ６３は移動推定器ブロック６４にサブサンプ
リングされたＩ（ｔ−１）の１６ラインを供給しなけれ
ばならない。ブロック６４によって必要とされるサブサ
ンプリングされたＩ（ｔ−１）の３２本の他の（先行す
る）ラインは、移動推定器ブロック６４に送られた、サ
ブサンプリングされたＩ（ｔ）の先行する２セットの１
６ラインからすでにブロック６４内にある。

【００４３】移動推定器６４は、像の各ブロックに対し
て複数の予測誤り信号を生成する。この複数の予測誤り
信号は、最小の予測誤り信号を識別する最良一致計算器
６５に送られる。この予測誤り信号に対応する変位がそ
のブロックの移動ベクトルとして選択される。

【００４４】より数学的な言葉で表現すれば、現フレー
ム・ブロック内の幅ｗおよび高さｈのブロックをｂ
（ｘ，ｙ，ｔ）と表す場合（ただしｔは現フレーム、ｘ
およびｙはブロックの左上隅の座標）、予測誤りはピク
セル値の差の絶対値の和として定義される。

【数１】ただし、ｒおよびｓはそれぞれｘおよびｙ方向の変位で
ある。

【００４５】最良一致を与える移動ベクトルは、最小予
測誤りを与える変位（ｒ，ｓ）である。

【００４６】移動ベクトルの選択は計算器６５で実行さ
れる。等しい最小誤りを有するいくつかのベクトルが存
在する場合、計算器６５は最小の大きさをもつ移動ベク
トル（変位）を選択する。この選択のために、大きさは
計算器６５では水平および垂直変位の大きさの和（すな
わち、｜ｒ｜＋｜ｓ｜）として定義される。

【００４７】移動ベクトル生成器１３の第２段階では、
第１段階で選択された変位の近傍で選択される最良の変
位値について、精細な決定がなされる。第２段階は３つ
の点で第１段階と相違する。第１に、第２段階は個々の
近傍に向けられた探索を実行する。第２に、第２段階は
８×８ブロックおよび、８×８ブロックの４×２配列
（結果として３２×１６ブロック）に対する予測誤り値
を評価する。第３に、第２段階は最終結果を１／２ピク
セルの精度で補間する。

【００４８】図４は、生成器１３の第２段階の一般的な
ブロック図である。図３と同様に、入力信号はフレーム
・メモリ６６に送られる。メモリ６６の入力および出力
は移動推定器６７に送られ、移動推定器６７の出力は最
良一致計算器６８に送られる。推定器６７は、生成器１
３の第１段階で生成された粗移動ベクトル推定値にも応
答することによって、推定器は、生成器１３の第１段階
で選択された移動ベクトルの近傍での移動を推定する。

【００４９】計算器６８は、セットあたり１０個の信号
を有する出力セットを生成する。計算器６８は、８個の
８×８ブロック移動ベクトルと、この８個の８×８ブロ
ックによって覆われる像領域を包含する１個の３２×１
６移動ベクトルと、３２×１６移動ベクトルの代わりに
それに対応する８個の８×８移動ベクトルを使用するこ
とによって得られる、移動仕様における改善（すなわ
ち、低い予測誤り）の測度を生成する。改善の測度はい
ろいろな方法で生成可能であるが、１つの単純な方法
は、８×８ブロックの予測誤りを保持し、それらの予測
誤りの和を生成し、生成された和を３２×１６移動ベク
トルの予測誤りから減算することである。

【００５０】図４で、計算器６８の移動ベクトル出力は
半ピクセル推定器６９に送られる。半ピクセル移動は、
最小誤りの領域の周りの予測誤りの変化から導出され
る。推定器６９で使用される単純な方法は、最小値の周
りの３点に放物線を当てはめ、放物線の方程式を解き、
放物線の最小値の位置を見つけることによって、ｘおよ
びｙ方向で独立に半ピクセル移動を導出するというもの
である。

【００５１】必要なのは１／２ピクセルの精度であるた
め、このプロセスは次の比較を実行することに単純化さ
れる。

【数２】および

【数３】ただし、ｐｘはｘでの予測誤り、ｘ’は導出された半ピ
クセル移動ベクトルである。

【００５２】移動ベクトル生成器１３の両段階における
探索は、フレームに入ってくる対象の予測を改善するた
め、像の縁に拡張することが可能である。像の外側のピ
クセルの値は、最近接の知られているピクセルの値に等
しく設定されるべきである。

【００５３】ここまで、移動ベクトル生成器１３の構造
を説明した。すべての計算プロセスは従来のプロセッサ
で実行可能である。専用プロセッサから最も利益を受け
るプロセスは、要素６４および６７の移動推定プロセス
である（単に要求される演算回数のため）。しかし、こ
れらのプロセスは、映像移動推定プロセッサ（Ｌ６４７
２０）を提供しているＬＳＩロジック社(LSI Logic Cor
poration)の専用チップで実現可能である。これらのう
ちのいくつかは結合されて、任意の大きさの領域にわた
る任意の大きさのブロックに対する移動推定値を生成す
ることが可能である。Ｌ６４７２０チップのこの結合法
は、「ＬＧ７２０（ＭＥＰ）映像移動推定プロセッサ」
と題するＬＳＩロジック社のアプリケーション・ノート
に説明されている。

【００５４】移動ベクトル・セレクタ／符号器。３２×
１６ブロックを生成する理由は、８×８ブロックに対す
る移動ベクトルの全セットが、移動ベクトルに割り当て
られたビット・バジェットで符号化できないであろうと
いう予想に基づく。他方、３２×１６ブロック移動ベク
トルだけを送ることは、２８，６７２ビットを要する。
これは、移動ベクトルあたり１４ビット（水平変位に７
ビット、垂直変位に７ビット）に、水平方向に３２ブロ
ックおよび垂直方向に６４ブロックを乗じた結果であ
る。換言すれば、移動ベクトルの最終セットは、８×８
ブロック移動ベクトルと、３２×１６ブロック移動ベク
トルの混合であると考えられる。

【００５５】従って、最終的にＨＤＴＶ送信機によって
送信される移動ベクトルの最後の混合に関して選択が行
われる必要があり、この選択は事前割当のビット・バジ
ェット内に適合しなければならない。移動ベクトルを定
義するビット数は、その移動ベクトルに適用される圧縮
符号化法の効力に依存するため、移動ベクトルの選択お
よび選択された移動ベクトルの圧縮は密接に関連するこ
とになる。

【００５６】セレクタ／符号器１４で実行される符号化
プロセスにおける基本的原理は、できるだけ詳細な情報
でビット・バジェットを満たすことである。すなわち、
目標は、できるだけ多くの８×８移動ベクトルを使用す
ることである。我々の方法は、３２×１６ブロック移動
ベクトルのセットから開始し、この移動ベクトルの列を
圧縮し、事前割当のビット・バジェットで残されたビッ
ト数の測度を生成し、この残余ビットを割り当てる反復
プロセスに入ることである。プロセスを単純化するた
め、３２×１６移動ベクトルはセットにグループ化さ
れ、各セットが１単位として符号化される。ここで使用
するこのセットすなわちスライスは図５に示すような２
×３配列（全部で６個の３２×１６移動ベクトル）であ
る。

【００５７】符号化プロセスは符号器１４（図１）から
開始される。符号器１４は、第１の上記の６個の３２×
１６移動ベクトルに対する符号を生成し、それらの符号
を可変長符号（例えば、ハフマン符号）で圧縮する。グ
ループの第１符号はスライス内の第１の３２×１６移動
ベクトルを絶対的な意味で指定する。その後、残りの５
個の移動ベクトルが、それらのベクトルと第１ベクトル
の差によって指定される。スライスの３２×１６移動ベ
クトルの後に、スライス内のいずれかの３２×１６ブロ
ックが８×８移動ベクトルの精細情報によっても指定さ
れているかどうかを示すための１ビットが含められる。
実際にその場合には、どのブロックが精細に指定されて
いるかを指定する符号が与えられ、その後、６×８すな
わち４８個までの符号が、包含されている８×８移動ベ
クトルを指定する。

【００５８】従って、スライスの符号化フォーマット
（図５参照）は表１のパケットを形成する。

【００５９】図６はセレクタ／符号器１４のブロック図
である。セレクタ／符号器１４は、半ピクセル推定器６
９から受信する各３２×１６移動ベクトルとともに、付
随する８×８移動ベクトルおよび改善情報も受信する。
入力３２×１６移動ベクトルはハフマン符号器７０に送
られ、８×８移動ベクトルはメモリ７１に送られ、改善
情報はソータ７２に送られる。ソータ７２には、改善の
大きさによってソートされた順序に改善信号に関連する
情報を格納するメモリ７３が付随する。この関連情報
は、改善値に付随した３２×１６ブロックの識別子であ
る。

【００６０】ハフマン符号器７０は、スライス・パケッ
トの第１の６フィールドに対する符号を生成し、その情
報をメモリ７４に格納する。同時にハフマン符号器７０
は、累算器７５で、符号化プロセスで生成されたビット
を累算する。累算器７５で生成されるビット数は、しき
い値検出器７６で事前割当のビット・バジェット（固定
数）と比較される。このバジェットを超過しない限り、
しきい値検出器７６は、ソートされたキューのトップの
識別子にアクセス（し、それをキューから削除）するよ
うにメモリ７３に要求する信号を送る。

【００６１】

【００６２】メモリ７３によって与えられた識別子はメ
モリ７１に送られ、この識別子はメモリ７１に、３２×
１６ブロックに付随する８個の８×８移動ベクトルを出
力させる。メモリ７１によって出力された移動ベクトル
はハフマン符号器７０に送られ、ハフマン符号器７０は
その情報を圧縮し、その圧縮された情報を（メモリ７３
の出力信号の制御下で）メモリ７４に加え、圧縮された
ビットを累算器７５で累算する。これで１回の反復が完
了する。

【００６３】しきい値回路７６の動作および全反復ステ
ップは、ビット・バジェットが超過するまで繰り返され
る。その時点で、メモリ７４は、図１のバッファ１５に
送られる符号化移動ベクトルの適切な混合を含む。図６
のように、ハフマン回路７０に送られた非符号化移動ベ
クトルはメモリ７７にも送られる。これらのベクトルは
図１の移動補償回路１６およびバッファ１７に送られ
る。

【００６４】移動補償回路。出力信号を生成するために
は、移動補償回路１６（図１）は単に、移動ベクトル・
セレクタ／符号器１４によって選択された移動ベクトル
の制御下でバッファ１９内のデータにアクセスする必要
があるだけである。これは、バッファ１９を、多重化制
御されたランダム・アクセス・メモリに置くことによっ
て容易に実現される。移動補償器１６に向かう出力信号
は移動ベクトルの制御下にあり、バッファ５１に向かう
出力信号は逐次カウンタの制御下にある。

【００６５】移動補償回路４３（図２）は移動補償回路
１６と同一である。

【００６６】リーク回路。リーク回路は、リーク・プロ
セッサ２０および乗算器２３からなる。乗算器２３は、
移動補償回路１６の信号を、減算器２８に送る前に修正
する。減算器２６は、ＤＣＴ変換回路２９および３０で
考慮される信号のダイナミック・レンジを縮小するため
に、平均信号を考慮から除外する。

【００６７】もちろん要素２０内の処理には時間がかか
るため、図１はバッファ２１および２２を含む。バッフ
ァ２２は減算器２８に送られた像信号を遅延し、バッフ
ァ２１は移動補償回路１６によって送られた移動ベクト
ル信号を遅延する。

【００６８】リーク・プロセッサ２０について説明す
る。リーク回路のとらえ方の１つは、減算器２８の出力
で生成されたＤＦＤ（変位フレーム差）を縮小するため
の機構としてである。従って、良好な移動ベクトルを生
成するためのすべての労力は、減算器２８からのＤＦＤ
を縮小することである。リーク回路がＤＦＤをよりよく
縮小できるほど、その使用は有利である。

【００６９】ＤＦＤを縮小する１方法は、リーク変数α
の関数としてＤＦＤを最小化することである。すなわ
ち、必要なことは、次式を満たすαを決定することであ
る。

【数４】ただし、Ｉはバッファ１８の像フレーム信号、ＤＦは移
動補償回路１６の変位フレーム信号、αは乗法的リーク
値、およびＥ｛Ｘ｝はＸの期待値である。この方程式の
解は次式で与えられる。

【数５】

【００７０】従って、プロセッサ２０の１実施例は、信
号Ｉ（ｔ−２）およびＤＦ（ｔ−２）に応じて数５に従
って単にαを計算する。プロセッサ２０で実行される計
算は、この場合、単純な乗算および平均（加算および除
算）であるため、ここでこれ以上詳細に説明しない。プ
ロセッサ２０は従来の算術プロセッサ（例えば、ＤＳＰ
集積回路）が可能であることを述べておけば十分であ
る。

【００７１】プロセッサ２０で実行される計算は直接的
なものであるが、（移動ベクトルの選択に要する計算ほ
どは多くはないにせよ）まだかなり多量である。次の観
察によって、やや単純な計算作業をプロセッサ２０に割
り当てることが可能である。

【００７２】リーク因子が従うべき制限を考慮すると、
例えば、リーク因子が１．０に達してそこにとどまるこ
とは許容されないことは明らかである。実際の像には何
らかのリークが常に存在しなければならない。そうでな
い場合、新たに送信機に同調した受信機は像信号を構成
することができない。その理由は、この受信機はまった
く履歴情報を欠いている、すなわち、移動ベクトルが首
尾よく適用される正しい「前フレーム」情報をまったく
有しないためである。また、受信機によって受信される
ノイズも決して消失することはない。従って、リーク因
子の長期値には最大レベル（例えば、１５／１６）が設
定されなければならない。

【００７３】同じく明らかなことだが、場面変化があっ
た場合、リーク因子は０が最良である。その理由は、こ
れによって旧場面は完全に捨て去られ、新場面の構成を
開始するためである。場面変化は、民間放送のＴＶ番組
では比較的頻繁である。αを０に設定することは、新た
に同調した受信機やノイズのために破損した履歴情報を
もつ受信機が必要な履歴情報を獲得する際にも有用であ
る。もちろん、重い伝送負担を生じるため、αの値は長
く０に保持されるべきではない。

【００７４】以上を考慮して、単純な形式では、プロセ
ッサ２０によって実行されるプロセスは、場面変化の発
生を判断し、この発生のたびにαを０に設定することだ
けを必要とする。その後αは、ｍフレーム後にαの値が
αmax（例えば１５／１６）に達するように、事前選択
された割合でフレームごとに増加される。もちろん、こ
のｍフレーム内に再び場面変化があった場合は、αは再
び０にリセットされ、増加が再開される。

【００７５】αを生成するこの単純な方法は、場面変化
判断回路および累算器で簡単に実現可能である。場面変
化判断回路は、単に変位フレーム差信号の大きさを加算
（すなわち、Σ｜Ｉt-2−ＤＦt-2｜）する回路である。
これによって、しきい値と比較して場面変化が起きたか
どうかを判断する測度が与えられる。これは図７に図示
されている。要素３４は差信号Σ｜Ｉt-2−ＤＦt-2｜を
生成し、この信号をしきい値回路５８に送る。回路５８
の出力は加算器５９の無効リード線に送られ、加算器５
９はしきい値レジスタ６０内の値をレジスタ５７内の値
に加算する。レジスタ５７の出力がリーク因子αであ
る。

【００７６】さらにもう１つの方法は、乗算器２３への
入力で固定リークを使用し、その後で２レベルのリーク
因子を生成することである。（ＤＣＴ変換器３０の出力
にあるプロセッサ５３に加えて）ＤＣＴ変換器２９の出
力にプロセッサ５３を配置することによって、２個のσ
（ｔ−４）信号が生成される。

【００７７】図２の符号化ループに送られるリーク因子
は、生成された２個のσ（ｔ−４）信号に基づいて選択
される。場面変化があった場合、２個のσ信号はあまり
相違しない。その理由は、フレームの予測が悪く、ＤＦ
Ｄ標準偏差が高い値になるためである。実際、ＤＦＤの
偏差はもとのフレームの標準偏差よりもずっと高いこと
がある。このような場合（すなわち、２個のσ信号が、
選択されているしきい値よりも大きく異なる場合）、リ
ーク値１（予測無し）が選択され、従ってリーク因子α
＝０が図２に送られるべきであることは明らかである。
２個のσ信号が、選択されているしきい値よりも実際に
大きく異なる場合は、固定リーク因子（例えばα＝１５
／１６）が図２に送られる。

【００７８】符号器の前進推定セクションのブロック図
（図１）は、このリーク方法を採用することによってや
や単純化される。これは図１６に図示されている。プロ
セッサ２０が、いくつかのバッファとともに除去されて
いる。他方、もう１つのプロセッサ５３、減算器、しき
い値デバイス、および、スケール因子ならびに標準偏差
測度の２つのセットのうちの１つと、０または１５／１
６のいずれかのリーク因子を選択するセレクタが加えら
れなければならない。

【００７９】ＤＣＴ変換回路。変換回路２９ならびに３
０（図１）および３７ならびに４０（図２）は２次元変
換を生成する。回路２９、３０および３７は、時間領域
情報を周波数領域情報に変換し、回路４０はその逆を実
行する。２次元変換を生成するハードウェアは、米国特
許第４，８２９，４６５号「高速コサイン変換」（１９
８９年５月９日発行）の説明に従うことが可能である。

【００８０】プロセッサ５３。プロセッサ５３は、フレ
ームに対するスケール因子信号Ｓijおよび標準偏差信号
σを計算する。８×８ＤＣＴ変換では、６４個のスケー
ル因子信号が存在する。スケール因子信号は次式を評価
することによって生成される。

【数６】ただし、ｓijはＤＣＴ要素３０によって生成される周波
数ｉｊ成分であり、Ｋ1はフレーム内の８×８ブロック
の数である。

【００８１】標準偏差σはフレームに対して１個の値で
あり、次式で表される。

【数７】ただしＫ2はフレーム内のピクセル数である。もちろ
ん、これらの計算は、平方、加算および平方根しか必要
としないため、従来のプロセッサで非常に容易に実行可
能である。なお、フレーム全体が処理される前には答は
確かめられないため、プロセッサ５３の出力はＳij（ｔ
−４）およびσ（ｔ−４）と表されている。

【００８２】量子化器およびベクトル・セレクタ（ＱＶ
Ｓ）３８。ＤＣＴ変換回路３７は８×８の周波数領域成
分のセットを生成する。回路３７に続くＱＶＳ３８での
符号化を単純化するためには、これらのセットをグルー
プ化することが最良である。そのような可能なグループ
化の１つは２×２配列である。これは図８に例示されて
おり、８×８セットの成分の２×２配列（図の左側）
が、６４セルのスーパーブロック・ベクトル（図の右
側）を形成するように組み合わされる。この各セルは４
要素を含む。

【００８３】第１レベルの単純化は、各セル内の成分は
１つの量子化器でのみ量子化されるという制限を課すこ
とによって導入される。高度化の程度は、相異なる量子
化器が相異なるセルを量子化するために使用されること
を可能にすることによって導入される。ハードウェアを
縮小し符号化を簡単にするため、相異なる量子化器の数
は事前選択の数（例えば４）に制限される。選択を識別
する情報であるこの（面）情報は受信機に送信されなけ
ればならない。可能な選択（パターンすなわちベクト
ル）の数は６４4である。２進形式でこの選択範囲を定
義するには１２８ビットの情報を要し、これは使用に望
ましいものよりずっと多いビット数である。

【００８４】従って、第２レベルの単純化は、スーパー
ブロック・ベクトルを表現する制限された数のパターン
を使用することだけを任意に決定することである。この
数は、例えば２０４８であり、これは符号化に１１ビッ
トしか必要としない。可変長符号化によってさらにこの
量は縮小されることがある。２０４８個の選択されたパ
ターンがベクトル・コードブックに格納される。

【００８５】コードブック・ベクトル（すなわち、量子
化パターン）を選択する作業を少し数学的な言葉で言え
ば、量子化される各変換成分に対し、量子化誤りは次式
で定義される。ｑ＝｜ｘ−Ｑ（ｘ）｜（８）ただし、Ｑ（ｘ）はセル要素ｘの量子化値（まずｘを符
号化した後ｘを復号することによって得られる値）であ
る。像にわたっての誤りの等しい可視性のために、この
量子化誤りは、知覚符号器４９から得られるある目標歪
みレベルｄに等しいことが望ましい。

【００８６】もちろん、コードブック・ベクトルの使用
によって、常にこの目標歪みレベルになるわけではない
ことが予想される。このため、選択歪み誤りを次式で定
義する。ｅ＝｜ｑ−ｄ｜（９）あるセルに対する合計選択誤りは、セル要素の２×２配
列にわたる上式の個々の選択誤りの和である。スーパー
ブロック・ベクトルに対する全選択誤りは、６４個のセ
ルの合計選択誤りの和である。

【００８７】適切なコードブック・ベクトルを選択する
プロセスは、各コードブック・ベクトルを考慮し、最低
の全選択誤りを与えるコードブック・ベクトルを選択す
る。２個の相異なるコードブック・ベクトルが等しいま
たはほとんど等しい全選択誤りを与える場合、選択され
るベクトルは、スーパーブロックが量子化される際によ
り少ないビット数を生じるほうのベクトルである。

【００８８】ＱＶＳ３８のブロック図の詳細な説明に進
む前に、ＱＶＳ３８内で選択誤りを評価する要素につい
てまず説明するのが都合がよい。この要素は図９に図示
されている。

【００８９】図９は、システムに対して選択された３個
の自明でない量子化器（「セル削除」は第４の「量子化
器」であるが、これは自明な量子化方式を表す）のそれ
ぞれに対応する３本の並列のパスを含む。これらのパス
は同一である。

【００９０】図１の前進推定セクションで導出されたス
ケール因子が、標準的な量子化器のセットを効率的にデ
ータと整合させるために使用される。これは、除算器９
０において入力信号をスケール因子でまず除算すること
によって実行される。スケールされた信号は次に（量子
化器）８１および減算器８３への各パスに送られる。符
号器８１の量子化された出力データは量子化復号器８２
で復号され、乗算器７８でスケール因子を乗じられる。
その結果は信号プラス量子化ノイズである。量子化ノイ
ズは、除算器９０に送られたもとの信号から乗算器７８
の出力を減算することによって分離される。減算は減算
器８３で実行される。もちろん、図９の各符号器および
復号器の対は、相異なる量子化器を使用する。

【００９１】各減算器８３の出力は、使用された量子化
レベルに対する量子化誤り信号｜ｑ｜である。大域的目
標歪みレベルｄが減算器８４で｜ｑ｜から減算され、そ
の結果は累算器８５で加算される。式８および９によれ
ば、減算器８３および８４は差の大きさを生成する符号
絶対値減算器である。各累算器８５の出力は、量子化器
８１の入力で受信されたセルに対する選択誤りを、対応
する量子化器８１の量子化レベルに基づいて与える。

【００９２】量子化器８１の量子化信号は、パスのもう
１つの出力を形成し、量子化器８１が使用する最良量子
化器として選択された場合に入力セルの信号を記述する
のに必要なビット数の測度を生成する比率計算器８６に
も送られる。要約すれば、図９の各要素８０はセル情報
を受信し、システムの可能な量子化レベルのそれぞれに
対する量子化信号、選択誤り信号および比率情報を生成
する。

【００９３】第４のパス（図９には図示せず）は「０量
子化器」を使用したものである。このパスは量子化信号
を出力せず、この量子化信号の比率は０であり、入力信
号に等しい誤り信号を出力する。目標歪みはこの出力か
ら減算され、絶対値は他の量子化器と同様に累算され
る。

【００９４】図１０はＱＶＳ３８の実施例である。ＤＣ
Ｔ変換要素３７（図２）からの入力は最初にバッファ１
７８に送られ、スーパーブロック・ベクトル（図８の右
側に図示されたセルの配置）を生成する。スーパーブロ
ック・ベクトルの６４個のセルはそれぞれ、６４個のブ
ロック８０のうちの相異なる１つに送られる。図９に関
して説明されたように、各ブロック８０はいくつかの出
力３要素を生成し、各３要素は、量子化信号、与えられ
た量子化レベルに応じたセルの選択誤りの測度、および
その与えられた量子化レベルのセルを符号化するための
結果のビット数からなる。６４個のブロック８０の出力
はそれぞれ６４個のセレクタ・ブロック７９に送られ
る。

【００９５】６４個のセレクタ・ブロック７９は、ブロ
ック８０、およびコードブック・ベクトル・ブロック８
７にも応答する。ブロック８７はコードブック・ベクト
ルのセットを含み、これは上記の量子化選択パターンで
ある。動作中は、ブロック８７はコードブック・ベクト
ルを巡回し、それらをそれぞれ並列に６４個のセレクタ
・ブロックに送る。特に、ベクトル・コードブックの６
４個の要素はそれぞれ６４個のブロック７９の相異なる
ものに送られる。

【００９６】送られたコードブック・ベクトル信号の制
御下で、各選択ブロック７９は、対応するブロック８０
によって生成された出力３要素のうちの適当な１つを選
択し、選択された３要素を結合器回路８８に送る。結合
器回路８８の出力は、コードブック・ブロック８７で順
に生成された相異なるコードブック・ベクトルに対す
る、量子化スーパーブロック信号と付随する全誤りおよ
び比率信号の列である。これらの全３要素信号はしきい
値回路８９に送られる。

【００９７】しきい値回路８９はコードブック・ブロッ
ク８７にも応答する。しきい値回路８９は、最低の全選
択誤りレベルを生成したコードブック・ベクトルの識別
子、このコードブック・ベクトルがスーパーブロック・
ベクトルを量子化するのに要するビット数、および、も
ちろん、量子化スーパーブロック・ベクトル自体に関す
る情報を保持する。上記のように、２個のコードブック
・ベクトルが非常に近い全選択誤りレベルを生じた場
合、選択されるベクトルは、スーパーブロック・ベクト
ルを量子化するためにより少ないビット数を要するほう
のベクトルである。

【００９８】しきい値回路８９のプロセスは２個のハー
ドウェア・セクション内で容易に実行可能である。第１
セクションでは、現在の最低全選択誤りと、しきい値回
路８９に送られた全選択誤りの間で比較が行われる。高
いほうの全選択誤りには、ある最大比率が任意に仮定さ
れる。送られた全選択誤りが現在の最低全選択誤りと等
しいかまたはほとんど等しい場合、最大比率への設定が
無効とされる。

【００９９】第２セクションでは、比率の間で比較が行
われ、低いほうの比率をもつ全選択誤りが新たに現在の
最低全選択誤りとして選択される。コードブック・ベク
トルのすべてが考慮された後、しきい値回路８９はある
（最適）コードブック・ベクトルの識別子およびバッフ
ァ１７８によって送られたスーパーブロック・ベクトル
に対するその値を出力する。続いてプロセスは、次のス
ーパーブロックに対して繰り返される。

【０１００】しきい値回路８９から、コードブック・ベ
クトル識別子およびスーパーブロック・ベクトル・セル
の量子化値が劣化判定回路１１５に送られる。上記のよ
うに、地上波伝送で通信することを目標とするディジタ
ルＨＤＴＶでは、少ない劣化を実現することが重要であ
る。特に、現在のアナログＴＶ伝送は実際にこのような
少ない劣化を実現している。

【０１０１】少ない劣化は、生成された情報をソート
し、異なる情報に異なる処理を指定することによって達
成される。所望される相異なる処理の数は設計者が選択
できる。図２のシステムでは、この数は２（符号器４６
および４７）である。区別の判断基準は、空間解像度、
時間解像度、または、例えばダイナミック・レンジに関
係する。

【０１０２】例えば、厳密に時間的な解像度の方法で
は、ブロック１１５の作業は非常に単純である。考え方
は、単に、すべての奇数フレームが、良いほうの処理に
指定された情報の全部または大部分を有し、すべての偶
数フレームが、悪いほうの処理に指定された情報の大部
分または全部を有するようにすることである。この方法
によれば、劣化判定回路１１５は、フレームが偶数また
は奇数のいずれであるかのみを知ることのみを要し、割
合を割り当てることができる必要がある。奇数フレーム
の間は、ほとんどの信号が良いほうの処理のための可変
長符号器４７に転送され、偶数フレームの間は、ほとん
どの信号が悪いほうの処理のための可変長符号器４６に
転送される。

【０１０３】異なる処理に対する空間解像度の方法で
は、所望されることは、像内の低周波成分に対して像内
の高周波成分よりも良い処理を与えることである。これ
は、図２のシステムでは２つの方法のうちの１つによっ
て容易に実現可能である。実験的に、ブロック８７のコ
ードブック・ベクトルは、ベクトルに含まれる高周波成
分の数によって順序づけられるベクトルの集合を形成す
ると判定されている。これに基づいて、劣化判定回路１
１５は、どのコードブック・ベクトルが現在送られてい
るか（その情報はしきい値回路８９から利用可能）を知
り、それに従ってその入力情報を符号器４７または４６
に送ることだけが必要である。または、全ベクトルの低
周波セルが良いほうの処理に指定され、符号器４７に送
られる。

【０１０４】ちなみに、どの情報が符号器４７に送られ
どの情報が符号器４６に送られるかに関する上記の説明
は、スーパーブロック・ベクトルの量子化信号に関係
し、コードブック・ベクトル自体の識別子には関係しな
い。少なくとも全スーパーブロック・ベクトルの低周波
成分が符号器４７に送られる場合は、コードブック・ベ
クトルの識別子はすべて符号器４７に送られなければな
らない。

【０１０５】可変長符号器４６および４７。可変長符号
器４６および４７は、ハフマン符号器のような従来の符
号器でよい。２個使用される理由は、符号器４７に送ら
れた情報が、符号化信号の誤り無し受信の機会が多いこ
とを保証するような方法で符号化される必要があるため
である。従って、符号器４７の符号化法は符号器４６の
符号化法とは異なることがある。

【０１０６】もちろん、符号器４７で符号化された信号
の誤り無し受信の機会を多くするのに、この符号化法だ
けで本質的に十分であるとは考えられない。従って、付
加的な符号化がＢＦＦブロック５６、またはブロック５
６の外でも実行されることがある。

【０１０７】逆量子化器３９。逆量子化器３９はスケー
ル因子Ｓｊｉに応答するが、量子化スーパーブロック信
号に関しては、逆量子化器３９は、可変長符号器４７に
送られたＱＶＳ３８の出力のみに応答する。換言すれ
ば、逆量子化器３９は、符号器４６からの信号が到達し
ないような非常に悪い受信状態であるかのように動作す
る。図１１を参照すると、逆量子化器３９は、コードブ
ック８７と同一のベクトル・コードブック１０２および
量子化復号器１０３からなる。コードブック１０２を直
接利用して、復号器１０３はＱＶＳ３８の量子化結果を
元に戻す。

【０１０８】もちろん、ＱＶＳ３８の量子化符号器によ
って導入された量子化ノイズは元に戻らないが、初期信
号の少なくとも一般的なレベルは回復される。例えば、
ＱＶＳ３８内の量子化ステップが、０〜８の全レベルを
「０」に、８〜１６の全レベルを「１」に、１６〜２４
の全レベルを「２」に、および２４〜３２までの全レベ
ルを「３」に変換したとする。このような配置に対し、
逆量子化器３９は例えば「０」を４に、「１」を１２
に、「２」を２０に、および「３」を２８に変換する。
２２という入力はＱＶＳ３８によって「３」に量子化さ
れ、量子化された「３」は回路３９で２０へと逆量子化
される。この場合の量子化誤りレベルは２となる。

【０１０９】ブロック３９内の逆量子化ステップの後に
は補正ステップがなければならない。量子化前にＱＶＳ
３８内で入力信号がスケールされていたことを想起する
と、反対の操作がブロック３９で実行されなければなら
ないため、復号器１０３の出力がスケール因子Ｓijに応
答する乗算器１０４に送られる。乗算器１０４の出力が
逆量子化器３９の出力を形成する。

【０１１０】知覚符号器４９。知覚符号器４９の詳細な
説明に進む前に指摘されるべきことだが、図１の前進推
定ブロックやＢＦＦブロック５６には何の機能が含ま
れ、知覚符号器には何の機能が含まれるかの選択には多
少任意性がある。以下の説明から明らかになるように、
いくつかの機能は前進推定ブロックやＢＦＦブロック５
６に容易に含められることが可能である。

【０１１１】知覚符号器４９の主な仕事は、ＱＶＳ３８
が、入力像フレームを取得し、フレームごとに割り当て
られたビット数を使用してできるだけ良くその入力像フ
レームを表現するのを補助することである。要素３７
（図２）の出力での変換された変位フレーム差を生成す
るプロセスは、より少ない変換領域統計冗長度を有する
表現を生成するように設計される。その点では、もとの
入力像を再構成するのに必要な全情報がまだ存在する。
この情報は、原物よりも表現に要するビット数が少ない
表現へと変換されただけである。使用可能なビット数が
十分存在する場合、ビットごとに原物と等価な「符号
化」像を生成することも可能である。

【０１１２】最も自明な入力を除いては、その信号をそ
の忠実度で表現するのに使用可能なビットは十分には存
在しない。従って、解決されなければならない問題は、
使用可能なビットを使用して、出力が人間の観察者によ
って見られるという制約に従って、できる限り原物に近
い符号化像を生成することである。この制約は、知覚符
号器４９がＱＶＳ３８に送る目標歪み信号によって導入
するものである。すなわち、２つの制約が課される：
１）結果はＢＦＦ５６の出力で本質的に一定ビット速度
でなければならず、２）誤りは、人間によって知覚され
て最小化されなければならない。

【０１１３】ビット割当を実行する１方法は、線形シス
テムを仮定し、原像と符号化像の間の平均２乗誤りを最
小化することである。これは多くの像符号器で取られて
いる方法である。この方法の問題点は、人間の視覚シス
テム（ＨＶＳ）が、線形システムではなく、平均２乗誤
り計量を使用していないことである。従って、知覚符号
器４９の目的は、人間の視覚システムの性質に基づいて
ビット割り当てを実行するための知覚しきい値を与える
ことである。また、これらのしきい値は図９および図１
０の目標歪みレベルを形成する。

【０１１４】知覚しきい値は、符号化像に存在する歪み
が、人間の観察者にとって、一様に分布して現れるよう
にビット割当を実行する手段を提供する。すなわち、知
覚しきい値の使用によって、存在する符号化産物はすべ
ておよそ等しい可視性を有する。システムのビット速度
が減少すると、明白な（すなわち、局所化された）符号
化誤りの生成がなければ符号化像の知覚品質は一般的に
低下する。

【０１１５】図１２は、図１の前進推定ブロックからの
バーＩT（ｔ−４）信号に応答する知覚しきい値生成器
９３、ＢＦＦブロック５６内の出力バッファからのバッ
ファ・フルネス信号に応答する速度プロセッサ９１、お
よび、生成器９３とプロセッサ９１の出力信号に応答す
る目標歪み信号を生成する乗算器９２からなる。

【０１１６】知覚しきい値生成器９３の出力は、要素３
８（図２）によって受信される各周波数領域要素に対す
るしきい値のセットであり、これが、その空間的地点で
のその周波数バンドに対する符号化歪みの相対的可視性
の推定値を与える。以下で詳細に説明するように、これ
らのしきい値は原像の場面内容に依存するため、ビット
割当は入力の変化に適応する。

【０１１７】生成器９３で考慮される像特性の１つは周
波数感度である。（この説明の文脈では、通常「周波
数」と考えられているものではなく、像の変化の速さに
関係する変換領域成分を扱う。しかし、以下の数段落で
は、「周波数」に関して起きることを説明するのが有用
であろう。）周波数感度は、視覚システム変調変換関数
（ＭＴＦ）が平坦でないという事実を利用する。相対的
可視性は、周波数の関数として、適度に良好なレベルで
スタートし、周波数とともにある周波数におけるピーク
まで増大し、その後に、低周波での相対的可視性以下ま
で周波数とともに減少する。

【０１１８】ＭＴＦ関数は、低周波よりも高周波でのほ
うが多くの量子化誤りが挿入される可能性があることを
意味する。従って、高周波サブバンドに対する知覚しき
い値は、低周波サブバンドのものよりも高くなる。ピー
ク可視性が起こる絶対周波数はスクリーンの大きさおよ
び視距離に依存する。しかし、およそ、ピーク可視性
は、ＱＶＳ３８に送られる周波数要素のうち２番目に低
いものの上端付近で起こる。また、ＨＶＳは低周波のち
らつきに敏感なため、ＤＣしきい値が、ＭＴＦによって
厳密に要求されるものよりもかなり低い値に設定され
る。

【０１１９】知覚しきい値を色調入力に拡張するには、
色調の定義が必要となる。「色調」は与えられた地点で
のＡＣエネルギーに、そのエネルギーの可視性で重みづ
けられた量としてとらえられる。しかし、実際には、Ｈ
ＶＳは、縁に沿った歪みには非常に敏感であるが、縁を
横切る歪みにはそれほど敏感ではない。これは、方向性
の概念を導入することによって考慮される。全周波数に
わたって単一の色調推定値を計算する代わりに、水平、
対角線、および垂直成分（ＲａｗＨｏｒｉｚ，ＲａｗＤ
ｉａｇおよびＲａｗＶｅｒｔ成分）水平色調（Ｈｏｒｉ
ｚＴｅｘ）、対角線色調（ＤｉａｇＴｅｘ）および垂直
色調（ＶｅｒｔＴｅｘ）信号が次の３つの式に従って生
成される。

【０１２０】ＨｏｒｉｚＴｅｘ＝ＲａｗＨｏｒｉｚ＋０．５０×ＲａｗＤｉａｇ（１０）ＤｉａｇＴｅｘ＝０．２５×ＲａｗＨｏｒｉｚ＋ＲａｗＤｉａｇ＋０．２５×ＲａｗＶｅｒｔ（１１）ＶｅｒｔＴｅｘ＝０．５×ＲａｗＤｉａｇ＋ＲａｗＶｅｒｔ（１２）ただし、

【数８】これは８×８ウィンドウの最上行のみにわたる和であ
る；

【数９】これは８×８ウィンドウの一番左の列のみにわたる和で
ある；

【数１０】これはウィンドウの残りの周波数要素にわたる和であ
る。実際には、和は最低周波数象限に制限される。その
理由は、それらの成分が一般的な８×８ウィンドウ内の
エネルギーの９０パーセント以上を含むためである。

【０１２１】生成器９３の最終要素は、時間マスキング
を考慮する。場面内の決まった地点で、２個のフレーム
の間で像内容に大きな変化があった場合、ＨＶＳは現フ
レームのその地点での高周波の詳細にはあまり敏感では
ない。大きな時間的な差の発生を検出することによっ
て、こうした地点での知覚しきい値は現フレームに対し
て増加されることが可能である。これによって、これら
の地点における高周波の詳細に割り当てられることにな
っていたビットが像の他の部分の利用されることが可能
となる。

【０１２２】図１３で、変換された像情報（平均を除去
したもの）バーＩT（ｔ−４）が、加算器１０１、バッ
ファ９４、減算器９５、現色調プロセッサ９６、および
基本しきい値参照テーブル１１１に送られる。加算器１
０１は、バーＩT（ｔ−４）の（０，０）成分をその平
均信号Ｍ（ｔ−４）と加算して局所明度推定値を生成
し、その結果を明度補正切り捨て回路９７に送る。続い
て回路９７は、その（０，０）変換成分を、明度補正参
照テーブル１１０に送られる局所明度補正制御信号に変
換する。

【０１２３】他の６３個のサブバンドは２つのデータ流
に分割される。一方はフレーム・バッファ９４および減
算器９５へ行き、そこで時間フレーム差が生成される。
この差は、この時間フレーム差を色調プロセッサ９８に
送ることによって時間マスキング補正を計算するために
使用される。他方のパスは直接色調プロセッサ９６に送
られる。色調プロセッサ９６および９８はそれぞれ式１
０および数１０を実行する。

【０１２４】図１４に図示されるように、色調プロセッ
サは、フレームｔ−４の像信号バーＩT（ｘ，ｙ）を受
信する参照テーブル（ＬＵＴ）１１４からなり、数８、
数９、および数１０のためにフレームの因子ＭＴＦ
（Ｘ，Ｙ）・バーＩT2（ｉ，ｊ）を生成する。セレクタ
１０５は、各因子をＲａｗＨｏｒｉｚ累算器１０６、Ｒ
ａｗＶｅｒｔ累算器１０７またはＲａｗＤｉａｇ累算器
１０８のいずれかに転送する。生成された生の色調推定
値は、式１０、１１および１２に従って結合器１０９で
適切に加算され、射影された方向の色調推定値を生成す
る。

【０１２５】図１３の説明を続けると、プロセッサ９６
および９８で生成された射影方向色調推定値の２つのセ
ットは結合器９９を通り、結合器９９は次式に従ってＣ
ｏｍｂｉｎｅｄＴｅｘｔｕｒｅ（結合された色調）信号
を生成する。ＣｏｍｂｉｎｅｄＴｅｘｔｕｒｅ＝Ｔ0・
（９６の出力）＋Ｔ1・（９８の出力）ただし、Ｔ0およ
びＴ1は一定の重み定数であり、一般的には０．５であ
る。

【０１２６】結合された色調推定値はマッピングＬＵＴ
１００に送られ、マッピングＬＵＴ１００は次式に従っ
て色調補正(texture correction)因子を生成する。ＴｅｘｔｕｒｅＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ＝１＋Ｋ1ｌｏｇ
（１＋Ｋ2ＣｏｍｂｉｎｅｄＴｅｘｔｕｒｅ）ただし、Ｋ1は一般的に０．５と２の間の定数、Ｋ2は一
般的に１／１０００と１／１００００の間の定数であ
る。このＬＵＴは方向パワー領域色調推定値を振幅領域
しきい値補正に変換する。

【０１２７】ＬＵＴ１００の出力は明度補正参照テーブ
ル１１０に送られる。これはブロック９７の明度補正信
号にも応答する。このテーブルは、振幅領域色調しきい
値補正に適切な明度補正因子を乗ずる。参照テーブル１
１０の出力は最後に基本しきい値参照テーブル１１１に
送られる。これは像信号をテーブル１１０の出力で変調
し、それによってフレーム信号バーＩT（ｔ−４）の各
ブロックの各周波数要素に対する知覚しきい値を生成す
る。基本しきい値ＬＵＴは適切な方向色調や明度補正因
子を取り、周波数依存の基本しきい値を生成する。すな
わち、このＬＵＴは信号ＰＴij（ｔ−４）を生成し、こ
の信号は、各フレームに対する６４個の信号であって、
ＤＣＴ回路３７によってＱＶＳ３８に供給された各周波
数成分ごとに１つ存在する。

【０１２８】上記のように、知覚符号器４９の目標の１
つは、ＱＶＳ３８によって（ＢＦＦ５６を通して）後段
の回路に送られるビットの速度が本質的に一定であるこ
とを保証することである。これは、ＢＦＦ５６内のバッ
ファのフルネスが適切に制御されることを確実にするこ
とによって実現される。

【０１２９】図２の符号器内のバッファ制御は、ＱＶＳ
３８内のフレーム幅目標歪みを修正することに基づく。
バッファがある基準レベルよりも高い点まで満たされた
場合、バッファがその占有レベルを低下させることがで
きるように、より高い目標歪みが設定される。他方、バ
ッファ・フルネスがその基準レベルよりも低い場合、よ
り低い目標歪みが設定される。

【０１３０】あるバッファ・フルネスＢtが与えられる
と、次フレームに対して所望されるバッファ・フルネス
は次式で定式化される。Ｂp+1＝Ｂref＋（Ｂp−Ｂref）×ｋ0 ただし、Ｂrefはバッファ・フルネスの所望されるレベ
ル、Ｂpはフレームｐのバッファ・フルネス、およびｋ0
は一定のバッファ制御パラメータで、０＜ｋ0＜１であ
る。しかし、Ｂp+1＝Ｂp＋Ｒp+1−ＲCH である。ただし、Ｒp+1はフレームｐ＋１でバッファに
入るビット数であり、ＲCHは各フレームでバッファを出
るビット数（チャネル容量）である。

【０１３１】我々は、選択された歪みレベルＤに対する
１つの良い目標速度ＲT（Ｄ）（Ｔは「目標」を表す）
は、数１１に従って（図２のｔ−４フレームを参照し
て）計算される。

【数１１】ただし、標準偏差σはプロセッサ５３（図１）で計算さ
れ、パラメータａおよびｂは２個の先行するフレームか
ら次式で計算される。

【数１２】

【数１３】数１２の最小化演算は、単に分母の小さい値に対する不
安定性を避けるために含められている。

【０１３２】数１１、数１２および数１３を使用して、
目標歪みは次式で与えられる。

【数１４】数１４中の速度ＲTにバッファ・フルネス測度を代入す
ると（数１０を援用して）次式が得られる。

【数１５】

【０１３３】数１５の計算はプロセッサ９１で実行され
る。これは、定数ｋ0、定数Ｂref、現フレームのσ値
（σt-4）、前フレームのＤ値、σ値およびＢ値（Ｄ
（ｔ−５）、σ（ｔ−５）、およびＢ（ｔ−５））、お
よびそれ以前のＢ値（すなわち、Ｂ（ｔ−６））を必要
とする。σ値はプロセッサ５３（図１）から与えられ、
Ｂ値はＢＦＦブロック５６から与えられる。もちろん、
Ｂおよびσのさまざまな遅延された像はプロセッサ９１
内の適当なレジスタで取得される。数１５によって要求
される指数およびその他の計算は、計算可能または参照
テーブルから導出可能である。

【０１３４】プロセッサ９１によって生成されるＤ値
は、ブロック９３で生成される知覚しきい値を変更する
ために、乗算器９２に送られる。変更された知覚しきい
値信号は、上記のように、図１０のセレクタ７９に送ら
れる。

【０１３５】バッファ・フルネスおよびフォーマッタ５
６。上記のように、バッファ・フルネス回路５６は、知
覚符号器４９に、バッファ・フルネスに関する情報を提
供する必要がある。もちろんこれは、ブロック５６が、
満たされるバッファを含むことを意味する。いまの場
合、実際にそうである。ＢＦＦブロック５６は、送信さ
れなければならないデータのさまざまなセグメントを累
算し、そのデータを、変調回路、パワー増幅回路、およ
び送信アンテナに送る。

【０１３６】要約すれば、ブロック５６は以下の信号を
受信する。１．符号化移動ベクトルＣＯＤＥＤＭＶ（ｔ−４）。
これは、ハフマン符号化パケットの集合であり、各パケ
ットは、図５および図６に関して詳細に説明されたよう
に、スライスの移動ベクトルを記述する。２．リーク因子信号Ｌ（ｔ−４）。３．スケール因子Ｓij。４．符号器４７からの符号化情報。これは、コードブッ
ク８７から選択されたコードブック・ベクトルの識別子
と、量子化されたスーパーブロック・ベクトルである。５．符号器４６からの符号化情報（符号器４７からの情
報とほとんど同様）。

【０１３７】上記のように、符号器４７の符号化情報は
符号器４６の符号化情報よりも重要であると見なされる
ため、符号器４７の符号化情報が受信され、ブロック５
６のバッファに空きが残っている場合にのみ、符号器４
６の情報の流入が考慮される。しかし、符号器４７の情
報に関しても、ブロック５６のバッファはより重要な情
報でまず満たされる。ＢＦＦ５６におけるバッファ・ア
ンダーフローは、チャネルへの一定ビット速度を維持す
るために、後段の回路にダミー・データを送ることによ
って処理される。このほとんど起こり得ない事象は、単
にバッファの０アドレスのデータを再送信することによ
って容易に処理される。

【０１３８】バッファ・オーバーフローは、バッファに
入らないデータを単に送信しないことによって処理され
る。この場合、最も重要でないデータをまず落とすのが
望ましい。「落とす」という言葉は、バッファ内のいく
つかのデータを送信せずに次フレームのデータのために
バッファを空にし、重要度の低い新データをバッファに
ロードしないという意味である。もちろん、バッファ・
フルネス測度は知覚しきい値と知覚ブロック４９で結合
され、大域的目標歪みレベルを形成する。これは、ブロ
ック５６の出力バッファが、生成された全データ（符号
器４６のデータを含む）で満たされることを可能にす
る。符号器４６内の符号化の主な結果は、符号器４７の
データにおける符号化を精密化し、それらの信号の受信
可能性を高めることである。

【０１３９】符号器４６以外のソースから受信された情
報は、正確に受信されるような方法で送信される必要が
ある。すなわち、ブロック５６のフォーマッタ・セクシ
ョンはそのことを保証するような方法で情報を符号化し
なければならない。これは、誤り訂正符号を実現する従
来の符号器手段によって実現可能である。符号器４６以
外から導出された信号は強力な誤り訂正符号で符号化さ
れ、符号器４６から受信された信号はそれほど強力でな
い誤り訂正符号で（あるいは誤り訂正符号無しで）符号
化される。

【０１４０】同時出願第０７／６１１，２２５号では、
符号配置の概念を使用して信号を符号化するシステムが
開示されている。符号配置は、配置内のある符号の他の
全符号からのハミング距離が大きく、配置内のその他の
符号の他の符号からのハミング距離が小さいように形成
されることが可能である。この符号化の原理は、少ない
劣化の目標を達成するために、ブロック５６のフォーマ
ッタ・セクション内で、またはブロック５６以外の回路
で都合良く実現可能である。

【０１４１】ＨＤＴＶ受信機の復号器。図１５は、上記
のＨＤＴＶ送信機の符号器に適合するＨＤＴＶ受信機の
ブロック図である。これは信号を、例えばアンテナから
受信し、ブロック２１１でそれを復号して、送信機内の
ＢＦＦブロック５６にロードされた信号を生成する。こ
の信号は、コードブック・ベクトル識別子、量子化スー
パーブロック・ベクトル信号、リーク因子、スケール因
子、フレーム平均、および移動ベクトルである。これら
の信号の受信、結合された受信信号からの分離、誤り符
号確認、および可変長符号の復号はすべてブロック２１
１で実行される。

【０１４２】復号器での処理は、コードブック・ベクト
ル識別子をコードブック・ベクトル２０１に送り、量子
化ベクトル信号およびスケール因子を量子化復号器２０
２に送ることから始まる。ブロック２０１および２０２
はそれぞれ図１１のブロック１０２および１０３に対応
し、合わせて図２の要素３９に類似した逆量子化要素を
形成する。図２と同様に、逆量子化要素の出力は逆ＤＣ
Ｔ変換回路（図１５では回路２０３）に送られる。さら
にその出力は、加算器２０４で、すでに復号器に格納さ
れている信号と加算される。

【０１４３】フレームの量子化ベクトル信号は、フレー
ム平均が削除された像信号から生成されているため、加
算器２０４の出力にはフレーム平均が欠如している。こ
れは、フレーム平均を加算する加算器２０５で補正され
る。加算器２０５の出力信号は、ＨＤＴＶ受信機の復号
器のフレーム出力を形成する。この出力は増幅器および
表示回路２１２と、フレーム・バッファ回路２０６に送
られ、フレーム・バッファ回路２０６には１フレーム分
の情報が格納される。バッファ回路２０６に格納された
各フレームに対し、バッファ回路２０６は前フレームを
出力する。

【０１４４】前フレーム信号は移動補償ブロック２０７
に送られ、送られてきた移動信号に応答して、現フレー
ムの推定値を形成する。移動補償ブロック２０７は図２
の移動補償ブロック４３と同一である。フレーム平均
は、減算器２０９で、移動補償ブロック２０７の出力か
ら、前フレームの平均を減算することによって減算され
る。前フレームの平均はバッファ２０８から得られ、そ
こに現フレームの平均が挿入される。最後に、減算器２
０９の出力は乗算器２１０に送られ、乗算器２１０はそ
の信号にリーク因子信号を乗ずる。乗算器２１０の出力
は、上記の加算器２０４で使用される信号である。

【０１４５】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば、線
形ではない人間の知覚に適合した像の符号化を行うＨＤ
ＴＶ受信機が実現される。バッファ・フルネス信号が組
み込まれることによって、出力ビット速度が与えられた
速度に合わせられる。像の特性に応じて、大小のブロッ
ク・サイズを選択する移動補償器によって効率的な符号
化がなされ、伝送負担が軽減される。さらに、内部ルー
プは、符号化されている信号の性質に適合したリーク因
子が使用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＨＤＴＶディジタル符号器の前進推定セクショ
ンのブロック図である。

【図２】図１の前進推定セクションと相互作用するＨＤ
ＴＶ符号器の符号化ループ・セクションのブロック図で
ある。

【図３】粗移動ベクトル検出器のハードウェア構成図で
ある。

【図４】粗移動ベクトル検出器の出力を考慮する精細移
動ベクトル検出器のハードウェア構成図である。

【図５】像データの「スライス」と考えられるものの空
間関係の説明図である。

【図６】与えられたビット・バジェット以内に適合する
移動ベクトルの混合を選択する１方法の図である。

【図７】リーク因子αを評価する１実施例の図である。

【図８】図２のＱＶＳ３８ブロックで量子化されたスー
パーブロックの配置図である。

【図９】選択誤り信号のセットがコードブック・ベクト
ル選択のために計算される方法を示す図である。

【図１０】ＱＶＳブロック３８のブロック図である。

【図１１】逆量子化ブロック３９のブロック図である。

【図１２】知覚符号器４９の構造を示す図である。

【図１３】知覚プロセッサ９３の構造を示す図である。

【図１４】色調プロセッサ９６および９８のブロック図
である。

【図１５】ディジタルＨＤＴＶ受信機のブロック図であ
る。

【図１６】２個の固定リーク因子のセットから１個のリ
ーク因子を選択する、修正された前進推定ブロックの図
である。

【図１７】一時フィルタリングの測度を含むフレーム・
バッファ回路の図である。

【符号の説明】

１１フレーム平均プロセッサ１２バッファ１３移動ベクトル生成器１４移動ベクトル・セレクタ／符号器１５バッファ１６移動補償器１７バッファ１８バッファ１９バッファ２０リーク因子プロセッサ２１バッファ２２バッファ２３乗算器２４バッファ２５バッファ２６減算器２７減算器２８減算器２９ＤＣＴ変換回路３０ＤＣＴ変換回路３１バッファ３２バッファ３５減算器３６減算器３７ＤＣＴ変換回路３８量子化器およびベクトル・セレクタ３９逆量子化器４０逆ＤＣＴ回路４１加算器４２フレーム・バッファ４３移動補償器４４減算器４５乗算器４６可変長符号器４７可変長符号器４８バッファ４９知覚符号器５０バッファ５１バッファ５２バッファ５３プロセッサ５４加算器５６バッファ・フルネスおよびフォーマッタ５７レジスタ５８しきい値回路５９加算器６０しきい値レジスタ６１８×８低域フィルタ６２サブサンプラ６３フレーム・メモリ６４移動推定器６５最良一致計算器６６フレーム・メモリ６７移動推定器６８最良一致計算器６９半ピクセル推定器７０ハフマン符号器７１メモリ７２ソータ７３メモリ７４メモリ７５累算器７６しきい値検出器７７メモリ７８乗算器７９セレクタ８０差誤り計算器８１量子化器８２量子化復号器８３減算器８４減算器８５累算器８６比率計算器８７ベクトル・コードブック８８結合器回路８９しきい値回路９０除算器９１速度プロセッサ９２乗算器９３知覚しきい値生成器９４バッファ９５減算器９６現色調プロセッサ９７明度補正切り捨て回路９８色調プロセッサ９９結合器１００マッピングＬＵＴ１０１加算器１０２ベクトル・コードブック１０３量子化復号器１０４乗算器１０５セレクタ１０６ＲａｗＨｏｒｉｚ累算器１０７ＲａｗＶｅｒｔ累算器１０８ＲａｗＤｉａｇ累算器１０９結合器１１０明度補正参照テーブル１１１基本しきい値参照テーブル１１４参照テーブル１１５劣化判定回路１７８バッファ２０１ベクトル・コードブック２０２量子化復号器２０３逆ＤＣＴ変換回路２０４加算器２０５加算器２０６フレーム・バッファ回路２０７移動補償器２０８バッファ２０９減算器２１０乗算器２１２増幅器および表示回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者スコットシーナウアーアメリカ合衆国 07092 ニュージャージーマウンテンサイド、サミットレーン 1081 (72)発明者キムエヌマシューズアメリカ合衆国 07060 ニュージャージーワッチュング、エッジモントロード 54 (72)発明者アルンナラヤンネトラヴァリアメリカ合衆国 07090 ニュージャージーウエストフィールド、バイロンコート 10 (72)発明者エリックディーペタジャンアメリカ合衆国 07060 ニュージャージーワッチュング、マウンテンブルバード 105 (72)発明者ロバートジェイサフラネックアメリカ合衆国 07974 ニュージャージーニュープロヴィデンス、フェアマウントロード 20 (72)発明者ピーターエッチウエステリンクアメリカ合衆国 07106 ニュージャージーネワーク、ノーマンロード 175 (56)参考文献特開昭61−140292（ＪＰ，Ａ) 米国特許4698672（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】フレーム差信号から符号化装置出力信号
を生成する符号器と、前記符号化装置出力信号に応答し
て次フレーム信号を予測するための予測手段と、像フレ
ームの送られた次フレーム信号および前記予測手段の出
力信号から前記フレーム差信号を生成する手段からなる
符号化装置において、前記フレーム差信号を生成する前
記手段が、信号ｋ1（Ｉ（ｔ）−ｋ2・Ｉ（ｔ−Ｔ））を
生成し（ただし、ｋ1は選択された信号でｋ2はリーク制
御信号、または、ｋ1はリーク制御信号でｋ2は定数）、
前記符号器に送ることを特徴とする適応リークＨＤＴＶ
符号化装置。
【請求項２】送られた像フレーム信号に応答して、選
択された処理時間Ｔ以内に前記リーク制御信号を生成す
る手段と、遅延信号Ｉ（ｔ−Ｔ）を生成するために、前
記選択された処理時間だけ前記送られた像フレーム信号
を遅延する手段からなる前進推定ブロックからなること
を特徴とする請求項１の装置。
【請求項３】前記リーク制御信号を生成する前記手段
が、Ｉ（ｔ）と、Ｉ（ｔ）の変位されたフレーム推定値
ＤＦ（ｔ）の差に対応する差フレーム信号におけるエネ
ルギーに応答することを特徴とする請求項２の装置。
【請求項４】前記エネルギーの測度が事前選択された
しきい値を超過する場合に前記リーク制御信号が０に設
定され、前記リーク制御信号が第２固定値より小さい限
り、前記リーク制御信号が各送られた次フレーム信号と
ともに第１固定値だけ増加されることを特徴とする請求
項３の装置。
【請求項５】前記制御信号が、積Ｉ（ｔ）・ＤＦ
（ｔ）の期待値をＤＦ2（ｔ）の期待値で割った商に設
定されることを特徴とする請求項３の装置。
【請求項６】Ｉ（ｔ）の変位されたフレーム推定値Ｄ
Ｆ（ｔ）の標準偏差とＩ（ｔ）の標準偏差の差が、選択
されたしきい値よりも大きく異なる場合に、前記リーク
制御信号が第１レベルに設定され、その他の場合には第
２レベルに設定されることを特徴とする請求項３の装
置。
【請求項７】前記第１レベルが０で、前記第２レベル
が１の１０％以内であることを特徴とする請求項６の装
置。