JP2001224032A - 画像送信装置、画像受信装置、および、画像伝送システム - Google Patents
画像送信装置、画像受信装置、および、画像伝送システムInfo
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Abstract
での伝送と円滑な動画像の再生とを両立的に実現する。 【解決手段】 画像圧縮部11は、入力画像PS0の各
フレーム群の中で、フレーム内圧縮を施す1個のフレー
ムを共通の基準フレームとして、他のフレームに対して
フレーム間圧縮を施す。それによって得られる間引きの
自由度を生かして、再配列部12は、フレーム群の中
で、再生画像の円滑性を保持する上での重要度にもとづ
く時系列とは異なる一定の順序へと、フレームの再配列
を行う。送信バッファ13は、再配列後のフレームを一
時的に保持する。送信制御部14は、フレーム群ごと
に、再配列後の順序で、一定時間内にフレームを出力す
る。一定時間内に出力されないフレームが送信バッファ
13内に残されていても、それらは放棄され、つぎのフ
レーム群のフレームの出力が開始される。
Description
画像受信装置、および、画像伝送システムに関し、特
に、伝送路の帯域に制約があっても、高い圧縮率での伝
送と円滑な動画像の再生とを両立的に実現するための改
良に関する。
て説明する。本明細書では、冗長な記載を避けるため
に、その全体を通じて、画像を表現する信号をも、等し
く、画像と記載する。
動画像を伝送する際に、そのネットワークでは必要な通
信帯域の確保が困難な場合があり、このことが、動画像
の伝送にとって、最大の障害となっている。特に多数の
ネットワークが介在し、トラフィックが膨大な通信経路
等において、この問題が顕在化している。
伝送する方式としては、静止画像の圧縮形式であるJP
EG方式をベースにした、MotionJPEG方式に
よる伝送が行われてきた。この方式では、フレーム単位
でのフレーム内圧縮がなされた画像の伝送を、個々に行
うため、伝送に必要となる通信帯域が大きくなり、高フ
レームレートでの伝送が困難であるという問題点があっ
た。ただし、個々のフレームデータが独立しているため
に、伝送におけるフレーム間引きの自由度が高く、伝送
されたフレームの時間配分を均一化し易いという利点が
あった。
スの圧縮技術においては、MPEG方式をはじめとして
フレーム間圧縮が採用されている。この方式では、直前
のフレームに対する差分情報を圧縮して伝送する方式で
あるため、MotionJPEG方式よりも圧縮率が高
いという利点がある。
される圧縮画像は、図27または図28が示すように、
基準フレーム(Iピクチャ)と差分フレーム(Pまたは
Bピクチャ)から構成されている。Iピクチャは、フレ
ーム内圧縮が施されたフレームであり、Pピクチャは過
去のフレームを基準としてフレーム間圧縮が施されたフ
レームであり、Bピクチャは、過去と未来の双方のフレ
ームを基準としてフレーム間圧縮が施されたフレームで
ある。Pピクチャの展開(差分画像から非圧縮画像を再
生すること)のためには直前のIピクチャ及び現フレー
ムまでに存在する全てのPピクチャが、またBピクチャ
の展開のためには近接するPピクチャの展開画像が、そ
れぞれ必要とされる。
高い従来の動画像の伝送方式では、フレーム間圧縮が用
いられるので、受信側で画像の再生を行うためには、直
前までのフレーム情報が必要となる。このため、基準フ
レーム(Iピクチャ)から各差分フレーム(Pピクチ
ャ)を順番に伝送する必要があった。すなわち、任意の
フレームを間引いて伝送することが困難であるという問
題点があった。
いような伝送路では、フレームの間引きを均等に行うこ
とが出来ず、受信側で再生される動画像が、視覚上、ぎ
こちなくなってしまうという問題点があった。言い換え
ると、必要な帯域を確保できない伝送路においては、I
ピクチャから次のIピクチャまでの間に挿入されるPピ
クチャの時間的分布が不均一となり、見た目の画像の円
滑性が損なわれるという問題点があった。
題点を解消するためになされたもので、伝送路の帯域が
すべてのフレームを送信するに十分でない場合でも、高
い圧縮率での伝送と円滑な動画像の再生とを両立的に実
現する画像送信装置、画像受信装置、および、画像伝送
システムを提供することを目的とする。
力画像を圧縮して出力する画像送信装置であって、前記
入力画像の4個以上の連続するフレームを含むフレーム
群ごとに、1個のフレームを共通の基準フレームとし
て、残りのフレームに対してフレーム間圧縮を施す画像
圧縮部と、前記フレーム群ごとに、時系列とは異なる一
定の順序にフレームを再配列する再配列部と、を備え
る。
送信装置において、前記画像圧縮部が、前記基準フレー
ムに対して、フレーム内圧縮を施す。
発明の画像送信装置において、再配列されたフレームを
順次保持する送信バッファと、外部からの要求信号に応
答して、前記送信バッファからフレームを、保持された
順に読み出し、出力するとともに、一定時間内に一つの
前記フレーム群の読み出しが完了しないときには、当該
フレーム群内の残されたフレームは廃棄して、つぎのフ
レーム群に属するフレームを読み出す送信制御部と、を
さらに備える。
ずれかの発明の画像送信装置が出力する前記画像を受信
し、伸張して出力する画像受信装置であって、前記画像
送信装置が出力する前記フレームを、順次保持する受信
バッファと、前記送信バッファからフレームを、保持さ
れた順に読み出し、時系列に沿った順序へ再配列する別
の再配列部と、再配列されたフレームに対して、圧縮を
解除する処理を施し、出力する画像伸張部と、を備え
る。
信装置において、前記画像送信装置が出力する前記フレ
ームを受信するごとに、つぎのフレームの送信を要求す
る要求信号を出力する送信要求部を、さらに備える。
ムであって、第1ないし第3のいずれかの発明の画像送
信装置と、第4または第5の発明の画像受信装置と、こ
れらを互いに中継する伝送路と、を備える。
による画像伝送システムでは、図1が示すように、伝送
される圧縮画像にはIピクチャである基準フレームI
と、Pピクチャである個々の差分フレームP1〜P3が
含まれる。フレームP1〜P3は、いずれも、基準フレ
ームIに対する差分圧縮画像として生成される。したが
って、受信側では、直前の一つのフレームが受信されな
くても、基準フレームIにもとづいて、差分フレームP
2,P3を展開することが可能となる。
を確保する上での重要度に対応して、伝送優先度(以
下、優先度と略記する)がフレームごとに付され、各フ
レームの伝送が、優先度に沿った順序で、非時系列的に
行われる。したがって、伝送路の帯域が、すべてのフレ
ームを伝送するのに十分でないときでも、画像の円滑性
を確保することが可能となる。
MPEG方式と同等の高い圧縮率と同時に、静止画像を
ベースとする圧縮技術であるMotionJPEG方式
と同等のフレーム間引きの自由度が達成され、この間引
きの自由度を生かして、重要度を反映した順序で伝送が
行われることによって、伝送路の帯域上の制約の中で
も、再生画像の視覚上の質が最良となるような動画像の
伝送が達成される。
に、本実施の形態の画像伝送システムは、図3のブロッ
ク図が示すように構成される。この画像伝送システム4
は、送信装置1、受信装置2、および、それらを中継す
る伝送路3とを備えている。
としての画像PS0に対して、画像圧縮処理を施し、画
像PS1を出力する。画像PS0は、連続する複数個の
フレームを1群とするフレーム群に、観念上分割され
る。図4は、8個のフレームで構成される一つのフレー
ム群を例示している。そして、一つのフレーム群の中で
は、一つのフレームに対して、フレーム内圧縮が施さ
れ、Iピクチャが生成される。一つのフレーム群の中
の、Iピクチャを除く他のフレームに対しては、Iピク
チャを基準フレームとして、フレーム間圧縮が施され
る。すなわち、PピクチャであるフレームP1〜P7
は、いずれも、Iピクチャである基準フレームIに対す
る差分圧縮画像として生成される。
レーム間圧縮」と仮称する。このようにして、画像PS
1を構成する各フレーム群には、基準フレームである一
つのIピクチャと、これを共通の基準とする複数の差分
フレームであるPピクチャとが含まれる。
ム群の中で、フレームに優先度が付され、この優先度に
沿ってフレームの並び替えが行われる。優先度は、一つ
のフレーム群の中で、再生画像の視覚上の円滑さを保持
する上での重要度の高さを反映するように設定される。
したがって、基準フレームIに、最高の優先度(第1優
先度)が付与される。第2優先度以下は、例えば、フレ
ーム群を均等に分割する順序で、決定されるとよい。
レーム数をkとすると、例えば、I、P〔k/2〕、P
〔k/4〕、P〔3k/4〕、P〔k/8〕、・・・・の順
序で、優先度が付される。ただし、フレーム番号を表す
括弧〔〕の中の数値が、小数を含む場合には、その小数
は切り上げられる。図2は、k=7の例を示している。
図2において、右端に描かれる基準フレームI2は、フ
レームI,P1,・・,P7で構成されるフレーム群のつ
ぎに現れるフレーム群の基準フレームである。
うに、並び替えられた順に、画像PS2として出力され
る。なお、優先度を決定する一般的手順については、後
に詳述する。
ーム群を保持可能なバッファである。送信インタフェー
スとしての送信制御部14は、送信バッファ13に保持
される画像を、保持された順序で画像PS3として読み
出し、画像PS4として、伝送路3を通じて、送信装置
2へ送信する。すなわち、伝送路3を通じて、送信装置
1から受信装置2へと、フレーム群ごとに、優先度にも
とづく順序で、圧縮画像が伝送される。
ての送信要求部21が備わり、画像PS4を構成する1
フレームを受信するごとに、つぎのフレームの送信を要
求する要求信号RSを、伝送路3を通じて、送信装置1
へ送出する。送信制御部14は、要求信号RSに応答し
て、つぎの1フレームを送信する。
現在の時刻が、つぎのフレーム群を送信すべき時刻に達
すると、送信バッファ13に保持される現在のフレーム
群の中で、未だ送信されていないフレームを廃棄し、つ
ぎのフレーム群の送信を開始する。
っており、受信された画像PS4は、画像PS5とし
て、この受信バッファ22へ入力される。受信バッファ
22は、画像PS5の1フレーム群を一時的に保持可能
である。
ム群に属する第1〜第4優先の範囲のフレームI,P
4,P2,P6が伝送が完了した時点では、受信バッフ
ァ22に、フレームI,P4,P2,P6が保持されて
いる。そして、図6(a) が示すように、送信バッファ1
3には、残りのフレームP1,P5,P3,P7につづ
いて、つぎのフレーム群のフレームI2,P2-1,P2-
2,P2-3が、すでに保持されている。この状態で、つ
ぎのフレーム群を送信すべき時刻に達すると、送信バッ
ファ13に残されるフレームP1,P5,P3,P7
は、図7(a) が示すように、破棄され、その後は、つぎ
のフレーム群のフレームI2,P2-1,P2-2,P2-
3,・・・・の送信が開始される。
される画像を画像PS6として読み出し、再配列部12
で設定された優先度にもとづいて、図7(b) が示すよう
に、時系列順へと並び替える。そして、並び替えられた
フレーム、例えば、フレームI,P4,P2,P6は、
その本来の時間間隔(図4に例示される時間的位置)を
もって、画像PS7として画像伸張部27へ送られる。
画像PS7は、画像伸張部24によって、伸張され(す
なわち、圧縮が解かれ)、圧縮解除後の画像PS8とし
て、出力される。
伝送路3の帯域上の制約のために、フレームの間引きが
行われても、等間隔に近いフレームが優先的に伝送され
るので、伝送された画像から、視覚上滑らかな動画像を
再生することが可能である。フレーム群に属するすべて
のPピクチャが共通のIピクチャを基準とした差分画像
として生成されることが、優先度に応じた選択的伝送を
可能にしてる。
を決定する手順について説明する。この手順では、各フ
レームの優先度を格納する配列fが定義され、はじめ
に、最も優先度の高いIピクチャに対して、優先度が決
定される。その後、残りのピクチャに対する優先度が、
再帰的に求められる。
ーチャートである。この処理は、再配列部12(図3)
で実行される。処理が開始されると、まず、ステップS
1において、配列fが定義される。すなわち、1つのフ
レーム群に属するフレームの個数がnであるとき、要素
数nの配列f〔0:n−1〕が定義される。図9が示す
ように、各要素f
群内のIピクチャ及びP〔1〕〜P〔n−1〕の優先度
(0以上の整数。0が最も優先度が高い。)が、順に格
納されるものとする。配列fの各要素の値(各フレーム
の優先度)は、配列を定義した段階では全て不定であ
る。なお、要素数nは、4以上の整数である。
先度(f
属するフレーム群内の全てのPピクチャに対する基準と
なるため、優先度は最も高い。したがって、図10が示
すように、f
レーム数nがどのような値であっても、変わりがない。
Pピクチャに対する優先度(f〔1〕〜f〔n・1〕)
を決定する処理が実行される。この処理では、再帰アル
ゴリズムが適用され、「配列分割処理」と仮称する単位
処理が、再帰的に反復される。
列(f〔a〕〜f〔b〕)を2分し、部分配列の中点に
該当する要素を求めることにより、優先度が算出され、
代入される。この要素(f〔(a+b)/2〕)により
分断された2つの配列(f〔a〕〜f〔(a+b)/2
−1〕及びf〔(a+b)/2+1〕〜f〔b〕〕に対
し、さらなる配列分割処理が、それぞれ適用される。こ
うして、分割される配列の要素がこれ以上分けられなく
なるまで、配列分割処理の適用が再帰的に繰り返され
る。
を示すフローチャートである。サブルーチンとしてのス
テップS3の処理に対しては、呼び出し元(以下、親と
称する)である図8の処理からいくつかのパラメータが
渡される。配列分割対象となる部分配列の、先頭の添字
aと最終の添字b、親で処理された要素の添字x、親か
ら継承される変数mがパラメータとして与えられる。ス
テップS3の処理の開始時点、すなわち、一番最初の配
列分割処理の適用時(f
には、これらのパラメータは以下のように与えられる。
字a=1;最終の添字b=n−1;親で処理された要素
の添字x=0;および、親から継承される変数m=0;
と定められる。変数mは配列分割処理がおこなわれた回
数を表すものであり、はじめて配列分割処理が適用され
るときは、m=0が与えられる。これらの設定は、ステ
ップS2(図8)で行われる。ステップS3の処理で
は、与えられた4つのパラメータを用いて、配列分割処
理が実行される。
めに、aとbの中点x2が求められる(ステップS3
1)。x2は、親より与えられた部分配列f〔a〕〜f
〔b〕の中点を求めるための変数であり、図13が示す
ように、aとbの平均値(x2=(a+b)/2。ただ
し、小数点切り捨て。)が代入される。記号INTは、
小数点以下を切り捨てることにより整数化を行う演算
を、表現している。
され、代入される(ステップS32〜S34)。親の添
字xとの大小関係により、以下のように条件分けがされ
る。
+2(m-1)が与えられる。すなわち、親の添字よりもX
2が小さいときは、親の優先度に2(m-1)を加えた値が
代入される。また、x<x2 の時には、f〔x2〕=f
〔x〕+2mが与えられる。すなわち、親の添字よりも
x2が大きいときは、親の優先度に2mを加えた値が代入
される。
し、それぞれ配列分割処理が適用される(ステップS3
5〜S38)。すなわち、x2によって分割された2つ
の部分配列f〔a〕〜f〔x2−1〕、f〔x2+1〕
〜f〔b〕に対し、それぞれ配列分割処理が適用され
る。ただし、適用されるのは、それぞれの部分配列につ
いて、分割すべき要素が残っている場合に限られる(ス
テップS37)。
あれば、図14が示すように、先頭の添字=a、最終の
添字=x2−1、親の添字=x2、継承変数=m+1とし
て、配列分割処理が適用される。このとき、継承変数は
1増えてm+1となる。
すように、先頭の添字=x2+1、最終の添字=b、親
の添字=x2、継承変数=m+1として、配列分割処理
が適用される。このとき、継承変数は1増えてm+1と
なる。
ップS39)、図11の内部処理は終了し、処理は、親
(図8の処理)へ戻る。ステップS3の処理が終了する
と、配列fのそれぞれの要素には、優先度が代入されて
いる。各フレームの優先度は、各配列の要素の小さいも
の順に高いものとする。
=7の(1個のIピクチャと6個のPピクチャを含む)
フレーム群への、図8および図11の手順の適用例につ
いて説明する。
に、まず、配列として、図16が示すように、f〔6〕
が定義される。
示すように、Iピクチャの優先度が、f
定される。
て、a=1、b=6、x=0、m=0として、配列分割
処理が適用される(図18参照)。
切り捨てられるので、x2 =(1+6)/2=3が与え
られる(図19参照)。
が代入される。x=0、x2=3より、x<x2であるか
ら、f〔x2〕=f〔x〕+2m=0+1=1が与えられ
る(図20参照)。
配列に対して、配列分割処理が再適用される。a=1、
x2−1=2より、a<x2−1であるから、a2=a=
1、b2=x2−1=2、m2=m+1=1が与えられる
(図21参照)。
列に対する配列分処理が行われる。与えられたパラメー
タは、a=1、b=2、x=3、m=1である。この設
定は、ステップS38(図11)で行われる。図11に
おいて、a2,b2,m2は、新たに設定されたa,b,
mの値を表している。小数切り捨て後の平均値x2=
(1+2)/2=1、x>x2より、f〔x2〕=f
〔x〕+2m-1=2が代入される(図22参照)。
た配列に対し、配列分割処理が適用される。ただし、a
=1、x2−1=0より、a≦x2−1は成立しない。す
なわち、これ以上処理を行うべき部分配列が前半部分に
は存在しない。次に、b=2、x2+1=2より、b≧
x2+1は成立するので、a2=2、b2=2、m2=2、
x=1として後半部分に対して、配列分割処理が適用さ
れる(図23参照)。
行われる。平均値x2=2、x<x2より、f〔x2〕=
f〔x〕+2m=6が代入される。この要素の前後に
は、これ以上分割すべき配列は存在しない。すなわち、
a≦x2−1 、b≧x2+1のいずれも成立しない。こ
のため、その後、処理は親(上記の手順3.4.5.)へ戻る
(図24参照)。
の部分配列を呼び出し終えているため、処理は、さらに
その親(上記の手順3.4.3.)へ戻る。
分に対する適用はすでに終えているが、後半部分はb=
6、x2+1=4であり、b≧x2+1が成立する。した
がって、a2=x2+1=4、b2=6、x2=4、m2=
m+1=1として配列分割処理が適用される(図25参
照)。
して、配列分割処理が適用される。すなわち、x2 =
(4+6)/2=5、f〔x2〕=f〔x〕+2m=1+
21=3が代入される。また、a≦x2−1が成立するの
で、更に分割された配列に対して、配列分割処理が適用
される。以下の処理はこれまでの手順と同様に行い、f
〔4〕=5、f〔6〕=7が求められる。ここで全ての
要素に対する優先度が求まり、配列分割処理全体が終了
する(図26参照)。
さいものから高いものへ至る順に、優先度は低くなる。
したがって、優先度は、フレームI,P3,P1,P
5,P4,P2,P6の順に低くなる。
フレームに対して、フレーム内圧縮が施されたが、圧縮
率は幾分劣るものの、基準フレームに対して圧縮を施さ
ず、基準フレームを非圧縮フレームとすることも可能で
ある。
で、1個のフレームを共通の基準フレームとして、他の
フレームに対するフレーム間圧縮が施されるので、比較
的高い圧縮率とフレーム間引きの自由度とが、両立的に
実現する。間引きの自由度を生かして、フレーム群の中
で、時系列とは異なる一定の順序へフレームの再配列が
行われる。このため、伝送路の帯域上の制約等により、
受信側に、フレーム群内の末尾のフレームに至るまでの
全てのフレームの伝達が、達成されない場合でも、出力
されたフレームにもとづいて、円滑な動画像を再生する
ことが可能となる。
してフレーム内圧縮が施されるので、圧縮率がさらに高
められる。
信制御部とが備わるので、受信側あるいは伝送路の状況
に応じて、フレームの伝送レートが自動的に調節され、
無用なフレームの出力を回避することができるととも
に、フレームを優先度の高い順に確実に受信側へ届ける
ことができる。
が出力するフレームが一時的に保持され、さらに、フレ
ーム群の中で時系列に沿って再配列された上で、伸張処
理にかけられる。このため、第1の発明の装置が出力す
る画像にもとづいて、再生画像を得ることが可能であ
る。
るごとに、要求信号が出力されるので、要求信号にもと
づいてフレームを逐一出力する送信装置と接続すること
により、画像受信装置あるいは伝送路の状況に応じて、
フレームの伝送レートを自動的に調節することができ
る。
画像送信装置と、第2の発明の画像受信装置とが、伝送
路を通じて中継されているので、伝送路の帯域、混雑度
等に由来して、フレーム群内の一部のフレームが伝送さ
れなくても、画像受信装置は円滑な動画像を再生するこ
とが可能となる。
る。
る。
る。
チャートである。
ーチャートである。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
る。
Claims (6)
- 【請求項1】 入力画像を圧縮して出力する画像送信装
置であって、 前記入力画像の4個以上の連続するフレームを含むフレ
ーム群ごとに、1個のフレームを共通の基準フレームと
して、残りのフレームに対してフレーム間圧縮を施す画
像圧縮部と、 前記フレーム群ごとに、時系列とは異なる一定の順序に
フレームを再配列する再配列部と、 を備える画像送信装置。 - 【請求項2】 前記画像圧縮部は、前記基準フレームに
対して、フレーム内圧縮を施す、請求項1に記載の画像
送信装置。 - 【請求項3】 再配列されたフレームを順次保持する送
信バッファと、 外部からの要求信号に応答して、前記送信バッファから
フレームを、保持された順に読み出し、出力するととも
に、一定時間内に一つの前記フレーム群の読み出しが完
了しないときには、当該フレーム群内の残されたフレー
ムは廃棄して、つぎのフレーム群に属するフレームを読
み出す送信制御部と、 をさらに備える、請求項1または請求項2に記載の画像
送信装置。 - 【請求項4】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
載の画像送信装置が出力する前記画像を受信し、伸張し
て出力する画像受信装置であって、 前記画像送信装置が出力する前記フレームを、順次保持
する受信バッファと、 前記送信バッファからフレームを、保持された順に読み
出し、時系列に沿った順序へ再配列する別の再配列部
と、 再配列されたフレームに対して、圧縮を解除する処理を
施し、出力する画像伸張部と、 を備える画像受信装置。 - 【請求項5】 前記画像送信装置が出力する前記フレー
ムを受信するごとに、つぎのフレームの送信を要求する
要求信号を出力する送信要求部を、さらに備える、請求
項4に記載の画像受信装置。 - 【請求項6】 請求項1ないし請求項3のいずれかに記
載の画像送信装置と、 請求項4または請求項5に記載の画像受信装置と、 これらを互いに中継する伝送路と、 を備える画像伝送システム。
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JP2000033248A JP3927346B2 (ja) | 2000-02-10 | 2000-02-10 | 画像送信装置、画像受信装置、および、画像伝送システム |
Publications (2)
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