DE69928798T2

DE69928798T2 - Fehlererkennungssystem für Videosignal

Info

Publication number: DE69928798T2
Application number: DE69928798T
Authority: DE
Inventors: Faruk Mehmet Omer Eryurtlu
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1999-08-31
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2019-09-01
Also published as: WO2001017271A1; AU4771100A; EP1081963A1; US7191389B1; ES2251816T3; DE69928798D1; EP1081963B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Videosignalfehlerdetektionssysteme.
Mobiltelefone haben nun die Möglichkeit, Videosignale zu senden und zu empfangen, so daß sich die kommunizierenden Teilnehmer beim Sprechen sehen können.
Aufgrund beschränkter Bandbreiten werden die Signale mit niedrigen Bitraten übertragen. Da Mobiltelefonnetzwerke nun so extensiv sind und das Übertragungsmedium die Luft ist, sind die übertragenen Signale anfälliger gegenüber Verfälschung zum Beispiel aufgrund von Kanalfehlern. Folglich ist es notwendig, empfangene Videosignale auf Fehler zu prüfen.
Die Videosignale werden gewöhnlich in einer Abfolge sukzessiver Makroblöcke übertragen. Jeder Makroblock kann einen Block von 16 × 16 Pixeln eines Einzelbildes umfassen. In dem Mobiltelefon, das das Signal empfängt, kann eine einfache Fehlerprüfung ausgeführt werden, indem die Koeffizienten in dem Makroblock gezählt werden. In einem 16 × 16-Makroblock gibt es maximal 256 Koeffizienten, und wenn mehr gezählt werden, kann angenommen werden, daß ein Fehler aufgetreten ist. In diesem Fall kann der gerade empfangene Makroblock unterdrückt und durch den entsprechenden Block in dem vorherigen Rahmen ersetzt werden, oder man kann andere Fehlerverbergungstechniken verwenden.
WO-A-9503674 zeigt einen Empfänger mit einer (Makro-) Blockfehlerdetektionsvorrichtung für prädiktiv codierte Videosignale. In diesem Fall basiert die Fehlerdetektion auf einer Analyse der Varianz der Blocktransformationskoeffizienten.
Andere Fehler sind jedoch möglicherweise nicht so leicht zu erkennen.
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Videosignalfehlerdetektionssystems.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird folgendes bereitgestellt: ein Videosignalfehlerdetektionssystem zur Verwendung in einem Empfänger mit einem Decodierer zum Empfangen von durch einen Codierer in einem Sender codierten Videosignalen, wobei der Codierer selektiv wirkt, um nur Differenzen zwischen ausgewählten Makroblöcken in aufeinanderfolgenden Einzelbildern zu senden, wenn ein spezifisches Differenzkriterium zwischen den aufeinanderfolgenden Blöcken nicht überschritten wird, wobei das Detektionssystem folgendes umfaßt: einen ersten Komparator das Vergleichen von Makroblöcken in aufeinanderfolgenden Einzelbildern in dem Ausgangssignal des Decodierers, das Anwenden des spezifischen Differenzkriteriums, um eine Anzeige bereitzustellen, ob Prädiktion zwischen Einzelbildern angewandt werden soll oder nicht, und einen zweiten Komparator zum Vergleichen des Ausgangssignals des ersten Komparators mit einem Ausgangssignal des Decodierers, wodurch angezeigt wird, ob der letzte empfangene Makroblock im Zwischeneinzelbildprädiktionsformat vorlag oder nicht, und der wirkt, um ein Fehlersignal zu erzeugen, wenn eine Divergenz detektiert wird.
Das die vorliegende Erfindung realisierende Videosignalfehlerdetektionssystem wird nun beispielhaft mit Bezug auf die beigefügten Diagrammzeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eines Videoübertragungssystems; und
2 ein Blockschaltbild eines Videoempfangssystems.
Das in 1 gezeigte Videoübertragungssystem umfaßt eine Videokamera 2, die ein Videoausgangssignal erzeugt, das ein Einzelbild repräsentiert.
Das Ausgangssignal der Kamera 2 wird einem Codierer 8 zugeführt. Das Ausgangssignal des Codierers 8 wird über eine Verzögerungsschaltung 4 einem Pufferspeicher 6 und direkt einem Sender 10 zugeführt, der über eine Antenne 12 das Signal zu einer abgesetzten Station sendet. Der Codierer 8 vergleicht die gerade aus der Kamera 2 empfangenen aktuellen Einzelbildsignale mit in dem Pufferspeicher 6 gespeicherten unmittelbar vorausgehenden Einzelbildsignalen.
Der Codierer 8 nutzt die Korrelation zwischen sukzessiven Einzelbildern aus. Die derzeitigen Videocodierungsstandards verwenden Blockvergleichs-Bewegungskompensationstechniken zur Prädiktion zwischen Einzelbildern. Bei diesem Ansatz werden, wenn der aktuelle Bildblock einem anderen Block in dem vorherigen Einzelbild (Bild) in dem Suchbereich ähnlich ist, der Verschiebungs- (Bewegungs-)Vektor und die Differenz zwischen diesen beiden Blöcken codiert (INTER-Modus). Andernfalls wird das aktuelle Bild ohne jegliche Prädiktion zwischen Einzelbildern codiert (INTRA-Modus).
Jeder im folgenden als Makroblock bezeichneter Block kann einen 16 × 16-Pixel-Block umfassen.
Das in 2 gezeigte Videoempfangssystem enthält eine Antenne 14, die einen Empfänger 16 speist. Das Ausgangssignal des Empfängers 16 wird einem Decodierer 18 zugeführt. Der Decodierer 18 decodiert den Bitstrom, der außerdem ein Modusanzeigesignal aus dem Empfänger enthält. Diese Modusinformationen werden einer Modusentscheidungsschaltung 24 zugeführt. Das rekonstruierte Bild wird einer Fehlerverbergungsschaltung 28 zugeführt, und außerdem einem Puffer 22, so daß der Puffer 22 immer so aktualisiert wird, daß er das vorherige (unmittelbar vorausgehende) Einzelbild bereitstellt.
Das Ausgangssignal der Fehlerverbergungsschaltung 28 wird auf einer visuellen Anzeigeeinheit (VDU) 20 angezeigt.
Die Modusentscheidungsschaltung 24 reagiert auf das Ausgangssignal des Decodierers 18 und des Puffers 22, um einen ähnlichen Entscheidungsfindungsprozeß auszuführen, wie der im Codierer 8 ausgeführte, d.h. er versucht, vorherzusagen, ob sich die beiden Makroblöcke, die verglichen werden, für INTER- oder INTRA-Modus-Behandlung qualifizieren. Eine Vergleichsschaltung 26 vergleicht dann das Ausgangssignal der Entscheidungsschaltung mit dem Modusanzeiger aus dem Decodierer 18. Wenn keine Konkordanz erkannt wird, besteht eine große Wahrscheinlichkeit eines Fehlers. Die Fehlerverbergungsschaltung 28 versucht, verfälschte Daten wieder herzustellen, wenn die Vergleichsschaltung 26 eine Fehleranzeige signalisiert, und verwendet dabei bekannte Techniken.
Die Modusentscheidungsschaltung 24 kann ähnlich wie das Videocodec-Testmodell Version 8 (TMN8) konstruiert werden, das von Thomas R Gardos in Proceedings of the video coding experts group question 15 (Q15-A-59), Portland, 24.-27.6.1997, beschrieben wird, wobei auf dieses Material hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.
Bei TMN8 werden die folgenden Parameter berechnet, um die INTRA/INTER-Entscheidung zu treffen:
INTRA-Modus wird im Fall A < B gewählt
Dabei ist
β = {600 mv = 0
{500 mv ≠ 0
Der Parameter previous (i,j) entspricht dem Bestübereinstimmungsblock in dem vorherigen Einzelbild, der für Bewegungskompensation verwendet wird, und mv ist der Bewegungsvektor.
Da der Decodierer nicht die ursprünglichen Werte besitzt, wurde der Ausdruck „ursprünglich" durch den Ausdruck „rekonstruiert" ersetzt. Der Wechsel von dem Fall mit zwei Ergebnissen zu dem Fall mit drei Ergebnissen wird durch Betrachtung einer Fehlerreserve aufgrund der oben besprochenen Probleme erreicht:
INTRA-Modus für A < B – E
UNBEKANNT für B – E < A < B + E
INTER-Modus für B + E < A
Ein Moduswechsel von INTER zu INTRA (oder umgekehrt) zeigt an, daß der aktuelle Block verfälscht ist und deshalb entsprechende Fehlerverbergungstechniken verwendet werden sollten, wie zum Beispiel die bereits beschriebene.
Offensichtlich sollte der Wert von E abhängig von dem benutzten System abgestimmt werden. Er ist ein Kompromiß zwischen der Genauigkeit und der Detektionsrate der Verfälschungsblöcke. Wenn der Decodierer und Codierer beide dasselbe Verfahren zur Modusauswahl verwenden, kann ein kleineres E gewählt werden.
Die Differenz zwischen den ursprünglichen und decodierten Pixelwerten hängt dabei von dem Quantisierungsparameter q ab. Deshalb sollte E eine Funktion von q sein. Diese Funktion sollte durch Betrachtung des Quantisierers bestimmt werden. Für den TMN8-Quantisierer wird der E-Wert folgendermaßen definiert:
E = {256 für q < 4
{64q für q > = 4

Claims

Videosignalfehlerdetektionsvorrichtung zur Verwendung in einem Empfänger mit einem Decodierer (18) zum Empfangen von durch einen Codierer in einem Sender codierten Videosignalen, wobei der Decodierer selektiv wirkt, um nur Differenzen zwischen entsprechenden Makroblöcken in aufeinanderfolgenden Einzelbildern zu senden, wenn ein spezifisches Differenzkriterium zwischen den entsprechenden Makroblöcken nicht überschritten wird, wobei die Detektionsvorrichtung folgendes umfaßt: einen ersten Komparator (24) zum Vergleichen eines Makroblocks in einem decodierten Videoeinzelbild mit entsprechenden Makroblöcken in dem vorherigen decodierten Videoeinzelbild und Anwenden des spezifischen Differenzkriteriums, um eine erste Anzeige bereitzustellen, ob eine Prädiktion zwischen Einzelbildern dafür gelten soll oder nicht, einen zweiten Komparator (26) zum Vergleichen der Ausgabe des ersten Komparators (24) mit einer Ausgabe des Decodierers (18), wodurch eine zweite Anzeige bereitgestellt wird, ob der Makroblock in einem Format der Prädiktion zwischen Einzelbildern codiert wurde oder nicht, wobei der zweite Komparator (26) ein Fehlersignal erzeugt, wenn eine Divergenz zwischen den beiden Anzeigen erkannt wird.
System nach Anspruch 1 mit einer auf die Ausgabe des Decodierers reagierenden Fehlerverbergungsschaltung und Puffer zum Wiederherstellen verfälschter Daten, wenn der zweite Komparator einen Fehler anzeigt.
System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der erste Komparator als eine Modusentscheidungsschaltung wirkt, die eines von drei Ergebnissen erzeugen kann, nämlich Prädiktion zwischen Einzelbildern, keine Prädiktion zwischen Einzelbildern und unbekannt.
System nach Anspruch 3, wobei die Modusentscheidungsschaltung auf jeden Makroblock jedes Einzelbildes aus der Ausgabe des Decodierers reagiert, um einen Mittelwert für die Pixel zu bestimmen, und auf die Differenz A zwischen den rekonstruierten Werten der Pixel in dem Makroblock und dem Mittelwert, die Differenz B zwischen den rekonstruierten Werten der Pixel des aktuellen Makroblocks und den rekonstruierten Werten der Pixel des entsprechenden Makroblocks des unmittelbar vorausgehenden Einzelbildes und die Fehlerreserve E reagiert, um im Fall A < B – E ein erstes Ergebnis, im Fall B – E < A < B + E ein zweites Ergebnis und im Fall B + E < A ein drittes Ergebnis bereitzustellen.
System nach Anspruch 2, wobei die Fehlerverbergungsschaltung wirkt, um jeden verfälschten Makroblock mit einem entsprechenden Makroblock in dem unmittelbar vorausgehenden Einzelbild zu ersetzen.