CN1194503A - 图象解码器 - Google Patents

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Abstract

一种图象解码器即使出现数据丢失时仍无需等待下一个I帧可对P帧解码,并保证对退化图象品质的迅速恢复。该图象解码器向编码器发送对接收到的编码数据的解码状态信息。这使得有可能让图象编码器利用把解码器成功解码的帧充当基准帧来进行编码。而且,按照本发明的图象解码器把可能充当基准帧的帧保存在帧存储器里,从而降低因在帧存储器中不存在基准图象而不能对接收到的编码数据解码的可能性并因此提高编码效率。这还把图象解码器的基准帧存储器的尺寸保持为最小。

Description

图象解码器
本发明涉及图象解码器，尤其涉及对图象品质因图象数据传输期间引起数据错误或数据丢失导致的退化的改进。
近来，在实现活动图象传输系统的同时，进行着图象编码方法的标准化工作。这些系统包括可视电话、电视会议和电视点播(video-on-demand，WOD)。ITU-U建议书H.263和MPEG(Moving PictureExperts Group，活动图象专家组)是周知的国际标准化标准。
例如，ITU-Y建议书H.263采纳的编码方式，如图2中所示，按固定的间隔对时序的帧进行帧内编码(I帧a和i)，并且，在别的时刻，对每组P帧(帧间编码帧，b-h，j-)进行帧间编码，以参照最靠近的前一帧除去时间上的冗余。在后面的讨论中，以帧内编码方法编码的帧称为I帧，而以帧间编码方法编码的帧称为P帧。
该技术由Hiroshi Yasuda在“Standardization of MultimediaCoding(多媒体编码标准化)”(84-97页，Maruzen，1991)书中说明。
建议收H.263提出的通过参照最接近的前一帧对各帧进行帧间编码的方法要求所有的帧按正确的顺序发送。对于在其上建立了与对方的连接之后再发送数据的电话线路或ISDN(综合业务数字网络)线路，数据不丢失地并按正常顺序地到达对方。
但是，对于在发送前把数据划分成小单位(称为包或者单元)的以太网LAN或者ATM网络，存在着包丢失或者不按正确顺序发送的可能性。
通常，网络采用一种协议(例如，TCP：传输控制协议)，在该协议中发送部件发送带有附加顺序号的包，接收部件按正确顺序重新排列包、确认包的抵达并且为了处理这些问题和提高网络可靠性请求发送部件重新发送未抵达的包。
但是，当网络运行不稳定时和频繁丢失包时，这种协议下的重新发送会产生大的累积延迟，这对于活动图象的实时传输是不适宜的。在一些情况下，最好显示新数据，尽管这意味着跳过某个帧，而不是重新发送旧数据，尤其当可以立即显示新数据时。
广播是一种同时向多个地点发送数据的方法。但是，当对其中的一个地点传输中出现包丢失时，上述协议需要向已经成功地接收到包的地点发送相同的包，这明显地增加了网络负载。
从而广播是利用不重新发送包的协议的进行的，例如用户数据报协议(UDP)；因此，包丢失的概率增大。
在无线网络中，当用包发送数据时并且在发送数据之前建立线路连接时，数据错误率或者数据丢失率是高的。另外，当错误超过接收部件的纠错能力时，有时丢弃一系列数据项以便成功地接收某些其它部分的数据。从而在无线网络中数据丢失趋于多于有线网络中的丢失。
另一个问题是，发送部件的处理速度并不总是等于接收部件的处理速度。例如，在较慢的接收部件上解码所有的帧会导致许多帧数据处于等待状态，产生长的延迟。这要求接收设备故意跳过一些帧。但是，当若根据现有技术的帧间编码方法在当前帧的前一帧中不存在解码数据时，当前帧不能得到解码并且不能按预定地跳过一些帧。
图3表示在帧传输期间可能出现的帧丢失的一个例子。当帧已丢失或者由于较慢的处理不能解码时，在接收到下一个I帧i之前不能解码P帧(f、g、h)。
这样，为了在频繁发生帧丢失或帧跳过的网络中成功地发送所有的帧，对所有帧的帧内编码是较困难的。而对于不采用帧间编码的方法，其问题在于存在时间冗余和数据传输效率的降低
从而，为了在频繁发生数据丢失的网络中成功地发送活动图象，存在着长期摸索的图象编码系统的需求，这种系统保证高编码效率并保证对退化图象品质的快速恢复。
为了解决上述问题，根据本发明的一种图象解码器包括：接收装置，用于沿传输线接收经预测编码编码的编码数据和接收基准图象的帧号(或帧号及块号)；解码装置，用于利用由基准帧号(或帧号及块号)指示的基准图象对编码数据解码，该编码数据是由接收装置接收的；以及解码状态信号发送装置，用于输出解码状态信号和帧号(或帧号及块号)，解码状态信号指示由解码装置解码的各条编码数据的解码结果，帧号(或帧号及块号)把编码数据和图象编码器关联起来。
即，该图象解码器包括基准帧选择及删除装置，该装置把最老的帧(或)而不是最近的基准帧保留到帧存储器中。
此外，根据本发明的图象编码器包括：经根据基准图象的预测编码每次一帧地对输入图象数据编码的编码装置，向图象解码器发送由编码装置编码的数据以及基准帧的帧号(或帧号及块号)的发送装置，以及根据图象解码器发送的解码状态信号和帧号(或帧号及块号)控制基准图象更新的基准图象更新装置。
从下面对本发明的最佳实施方式的详细说明和附图可更完整地理解本发明。
附图中：
图1是一个方框图，表示第一实施方式中所采用的图象解码器(接收部件)的功能配置的例子。
图2是表示常规编码的概念图。
图3是一个概念图，表示当在常规系统中出现传输错误时编码的一个例子。
图4是一个概念图，表示当图1中所示的第一实施方式不使用基准帧选择及删除装置时操作的一个例子。
图5是一个概念图(1)，表示当图1中所示的第一实施方式使用基准帧选择及删除装置时操作的一个例子。
图6是一个概念图(2)，表示当图1中所示的实施方式使用基准帧选择及删除装置时操作的一个例子。
(A)第一实施例
参照附图，其中表示第一实施例中所采用的活动图象解码器(接收部件)的配置、操作和作用。
根据本发明的活动图象解码器在帧基础上或者在块基础上更新基准图象，其中块是帧的一部分。当图象数据在帧基础上处理时，回送解码状态信号并且每次更新帧时更新基准图象；当图象数据在块基础上处理时，回送解码状态信号并且每次更新块时更新基准图象。尽管在本说明书的某些部分仅提到帧，下面所说明的说明和配置应用于帧和块。
第一实施例中的图象解码器的特征在于，该解码器在帧存储器中保留最近的帧(块)作为基准图象(以下称最近的基准帧)。
图1中表示第一实施例中所使用的活动图象解码器(接收部件)的功能配置。
如图1中所示，活动图象解码器(接触部件)100包括编码数据接收模块101、基准帧比较模块102、基准帧更新模块103、基准帧存储器模块104、帧存储器模块105、基准帧选择及删除模块106、解码模块107、收妥信号发送模块108、活动图象输出模块109以及刷新信号发送模块110。
编码数据接收模块101接收来自发送活动图象编码器的编码活动图象数据。该模块把接收到的编码数据以及在该编码数据上多路复用的数据诸如帧内/帧间编码标识符和基准帧号传送到解码模块；它还把根据需要在编码数据上多路复用的发送部件信号发送给解码模块107。编码数据接收模块101还把基准帧号传送到基准帧比较模块102。
基准帧比较模块102对各接收帧(或块)包含的基准帧号和存储在基准帧存储器模块104里的基准帧进行比较。若两个基准帧号不匹配，基准帧比较模块102向基准帧更新模块103发送基准帧更新请求并且向它传送新的基准帧号。
一旦接收到来自基准帧比较模块102的更新请求，基准帧更新模块103读出和来自帧存储器模块105的新基准帧号相关的帧数据(或块数据)，并把帧号和帧数据写入基准帧存储器模块104以便更新。基准帧更新模块103还把基准帧号传送到基准帧选择及删除模块106。
基准帧存储器模块104是一个存储器介质，例如存储器电路，它记忆基准帧数据以供帧间编码使用。该模块由基准帧更新模块103和解码模块107更新。
帧存储器模块105是一个包含着解码后的帧数据(或块数据)的诸如存储器电路的介质。解码模块107解码的帧(或块)数据写入到帧存储器模块105；当必要时该数据由基准帧选择及删除模块106删除。帧存储器模块105还始终监视那个帧(或块)是最近的基准帧。
基准帧选择和删除模块106把最近的基准帧保留在帧存储器模块105中。即，该模块根据从基准帧更新模块103接收到的基准帧号保持最近的基准帧，并且删除比来自帧存储器模块105的最近的基准帧更早的帧(或块)。
解码模块107解码接收到的编码数据并把产生的解码数据发送到活动图象输出模块109。对于I帧，解码模块107把解码数据和帧号写入到基准帧存储器模块104和帧存储器模块105以便更新基准帧图象；对于P帧，该模块通过参考存储在基准帧存储器模块104里的数据解码数据并且把解码后的数据和帧号写入到帧存储器模块105。如果通过利用CRC检测出传输错误或者如果由于在基准帧存储器模块104里没有存储基准帧数据不能解码图象数据，解码模块107不把数据写入到基准帧存储器模块104和帧存储器模块105中。
收妥信号发送模块108把收妥信号发送到活动图象解码器(发送部件)以便告诉后者已经成功地解码该帧。
活动图象输出模块109把从解码模块107接收到的解码数据输出到显示监视部件。
一旦接收到来自用户的刷新请求，刷新信号发送模块110向活动图象编码器(发送部件)发送刷新信号。
接着，说明第一实施例中所采用的图象解码器(接收部件)的操作。
图4表示当不使用基准帧选择及删除模块106时响应收妥信号(ACK)所执行的基准帧更新方式。假定帧存储器模块105含有三个帧。
在帧存储器模块105中存储完成解码的帧(a，b，c，d)。当帧存储器模块105满时，清除最旧的帧并接着添加一个新的帧。例如，当存储帧d时，清除帧a。除清除帧a之外，可以直接把帧d重写到帧a上，当出现传输错误或者解码错误时，该帧不存储到帧存储器模块105里。
当不使用基准帧选择和删除模块106时，连续的收妥信号错误会造成问题。即，如果帧f和g成功地得到解码并且存储到帧存储器模块105中但是若应该回送到活动图象编码器的收妥信号(ACK)没有连续地回送，帧f和g不能用作基准帧。
下一个帧h也得到成功地解码并且存储到帧存储器模块105。但是，在这刻，清除帧d。从而，得到成功接收的下一帧i不能解码，这是因为帧d已从帧存储器模块105中清除掉。
如上面所述，连续的解码状态信号错误可能会清除掉必需的基准帧，从而降低编码效率。
图5表示当使用基准帧选择和删除模块106时响应收妥信号(ACK)下执行的基准帧更新方法。假定帧存储器模块105含有三个帧。
在帧存储器模块105中存储完成解码的帧(a，b，c，d)。此时，利用标志或指针管理最近的基准帧。在图5中充当最近的基准帧的帧号被圈出。
当向已满的帧存储器模块105添加新帧时，最旧的帧而不是最近的基准帧被清除，然后增添新帧。例如，当存储帧d时，帧a被清除，除了清除帧a外，可以把帧d直接重写到帧a上。
出现传输错误或解码错误的帧e不在帧存储器模块105中存储。另外，当出现解码错误时，最近的基准帧暂无效。在图5中，在处理帧e时去掉圆圈。这是因为，当出现解码错误时，不能确定是否应在帧存储器模块105中保留最近的基准帧b。请注意，即使把帧b作为最近的基准帧保留在帧存储器模块105中也不会出现问题。
即使连续地出现收妥信号(ACK)错误也不会出现问题。得到成功解码的帧f和g存储在帧存储器模块105中。但是，由于因错误收妥信号(ACK)不能发送到活动图象解码器，这两帧不能充当基准帧，在这个期间，充当基准帧的帧d保留在帧存储器模块105中。这允许成功地解码帧h和i。
图6表示当使用第一实施例的基准帧选择和删除模块106时在响应收妥信号(ACK)和否定回答信号(NACK)下所执行的基准帧更新方法。假定帧存储器模块105最多可包含三个帧。
帧a-d和帧k以及后面的帧响应NACK信号得到处理，而帧e-j响应ACK信号得到处理。在图6中，当编码器接收到NACK信号或不接收到这两种信号的一种时它切换到ACK方式，而当接收到两个连续的ACK信号时编码器切换到NACK方式。
完成解码的帧存储在帧存储器模块105中并且最近的基准帧如响应收妥信号(ACK)下编码器进行处理的例子中得到管理。出现传输错误的帧e和h或者因不存在基准帧而不能解码的帧f不在帧存储器模块105中存储，并且最近的基准帧暂失效。
即使连续地出现收妥信号(ACK)错误也不会发生问题。成功解码的帧i和j存储在帧存储器模块105中。但是，由于因错误不能把收妥信号(ACK)回送到活动图象编码器，它们不充当基准帧。在这个期间，充当最近的基准帧的帧g保留在帧存储器模块105中。这允许成功地解码帧k和l，以启动NACK方式。
如上面所述，在帧存储器模块105中保存最近的基准帧(或块)。这样，即使连续出现解码状态信号错误时，清除必需的基准帧的概率很小，从而提高了编码效率。
此外，本实施例所使用的解码器只在存储器中存储必要的帧(或块)，从而把基准帧存储器尺寸保持为最小。
在图1中，基准帧存储器模块104和帧存储器模块105是分离的模块。并不总是要求这样的配置。可以把帧数据存储在存储器模块里，并利用指针指向基准帧。这种配置免除掉在基准帧更新期间需要把数据从帧存储器模块105中拷贝到基准帧存储器模块104；只是简单地移动指针指向基准帧，从而简化电路结构。
(B)其它的实施方式
(1)上述各实施方式中的活动图象解码器可用硬件部件或软件程序实现。
(2)在上述各实施方式中，传输数据是活动图象数据。传输数据可以是音频数据或二进制数据。
根据本发明的图象解码器在存储器中保持一个可能充当为基准帧的帧(或块)，从而降低因不存在基准帧而不能对接收到的编码数据解码的可能性，并且提高编码效率。
此外，在存储器中只存储必要的帧(或块)使图象解码器的基准帧存储器的尺寸为最小。
控制基准帧存储器的本图象解码器降低清除必需的帧的可能性并且提高编码效率。
尽管本文说明了目前认识到的本发明的最佳实施方式，应该理解可对它进行各种修改，并且附属权利要求书用来把所有的这些修改覆盖在本发明的真正精神和范围之中。

Claims (2)

1.一种图象解码器，其包括：接收装置，用于沿传输线路接收经预测编码编码的编码数据和接收预测编码中所使用的基准帧的基准帧号；解码装置，用于利用由基准帧号指示的帧数据对编码数据解码，该编码数据是由该接收装置接收的；以及解码状态信号发送装置，用于输出解码状态信号和帧号，该解码状态信号指示由解码装置解码的各条编码数据的解码结果，该帧号把编码数据和图象编码器关联起来。该图象解码器还包括：
帧数据存储装置，用于存储多条成功地由解码装置解码的帧数据和用于把以前使用的至少一个充当基准帧中的最近的帧管理为最近的基准帧；以及
基准帧选择及删除装置，用于当需要从该帧数据存储装置中删除帧数据时选择及删除最旧的帧而不是最近的基准帧。
2.一种图象解码器，其包括：接收装置，用于按块为基础沿传输线接收经预测编码编码的编码数据和接收预测编码中所使用的基准帧的基准帧和块号，其中每帧划分成多个块；解码装置，用于利用由基准帧号和块号指示的块数据解码编码数据，该编码数据是由该接收装置接收的；以及解码状态信号发送装置，用于输出解码状态信号和帧号及块号，解码状态信号指示由解码装置解码的各条编码数据的解码结果，帧号和块号把编码数据和图象编码器关联起来。该图象解码器还包括：
帧数据存储装置，用于以块为基础存储多条成功地由解码装置解码的帧数据和用于以块为基础把以前使用的至少一个充当基准帧中的最近的帧管理为最近的基准帧；以及
基准帧选择及删除装置，用于当需要从该帧数据存储装置中删除帧数据时以块为基础选择及删除最旧的帧的块而不是最近的基准帧的块。
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