JP2004524741A - 無線画像伝送装置及び画像伝送方法 - Google Patents

無線画像伝送装置及び画像伝送方法 Download PDF

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Abstract

【課題】符号化された画像データの品質の低下を抑えて伝送する無線画像伝送装置であって、一定の時間で伝送を可能とし、帯域の有効利用を図ること。
【解決手段】符号化された画像データを情報Ａと情報Ｂに区分けし、各情報を異なる変調方式で変調して伝送する画像伝送において、情報Ａと情報Ｂのビット数を計数し、情報Ａのビット数と情報Ａの変調方式から情報Ａと情報Ｂのビット数を計数し、情報Ａの伝送に使用可能な時間を演算し、情報Ｂの伝送に使用可能な時間と情報Ｂの変調方式から情報
Ｂの伝送可能なビット数を演算し、情報Ｂの伝送可能ビット数と情報Ｂの計数されたビット数から、伝送可能ビット数を超えた情報Ｂの未伝送ビット数を演算し、情報Ｂの未伝送ビット数を次の全伝送時間に確保して伝送すること。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は符号化された画像データを無線伝送する装置に関し、特にOFDM等、伝送速度の異なる変調方式を時分割で利用可能な無線路において、符号化画像データを伝送する無線画像伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線伝送技術の進歩はめざましく、情報の伝送スピードは飛躍的に向上している。
数年前まではPHS(Personal Handy phone)の64kbpsが最高の伝送速度であった。現在では、2.4GHz帯のIEEE802.11bでは、最高11Mbpsの伝送が可能となっている。さらに５ＧＨｚ帯のIEEE802.11aやMMAC(Multimedia Mobile Access Comminucation System) HiSWANa(High Speed Wireless Access Network Type a)及びＢＲＡＮ（Ｂｒｏａｄｂａｎｄ Ｒａｄｉｏ Ａｃｃｅｓｓ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ）ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２では20〜30Mbps以上の伝送速度が実現される。伝送速度がこのレベルになれば、MPEG(Moving picture expert group)1/MPEG2/MPEG4等を始めとした動画像符号化方式によって符号化された複数の動画像データをリアルタイムに無線伝送することが十分に可能である。
また、前記IEEE802.11a、HiSWANa、ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２はOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)という変調方式を用いている。ユーザの要求に合わせて、伝送品質は高いが、伝送速度の低い変調方式を用いたチャネルと、伝送品質は低いが高速な伝送が可能な変調方式を用いたチャネルとを時分割で多重化できる。
【０００３】
尚、伝送品質とは、データを伝送し、再現する性能を評価するパラメータであり、ＢＥＲ（Ｂｉｔ Ｅｒｒｏｒ Ｒａｔｅ）等の値を用いる場合が多い。
【０００４】
一方、MPEG1/MPEG2/MPEG4に代表される動画像符号化方式によって符号化された画像を無線伝送する場合に、その品質の低下を抑える技術として、特開平１１−３３０９８４号公報に記載の「誤り訂正符号化装置及び復号装置」がある。上記公報によれば、OFDMのような変調方式を用いた無線伝送路で符号化された画像ストリームの伝送を行う場合に、ストリームを重要情報Ａと非重要情報Ｂとに分ける。重要情報部分は、伝送品質が高く伝送速度は遅い変調方式αで伝送する。非重要情報は、伝送品質は低いが、伝送速度の速い変調方式βで変調して伝送する。このようにすれば、比較的高い画像伝送レートを保ちつつ、画像品質の大きな乱れを防止することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前述した背景技術は、次のような問題点を有している。一般的に、動画像符号化では、出力ビットストリームのビットレート（伝送速度）がその動画像の内容によってダイナミックに変化するVBR(Variab1e Bit Rate)と、ビットレートが一定になるように制御されたCBR(Constant Bit Rate)とが用意されている。これらは用途によって使い分けされる。ネットワーク上のリアルタイム伝送の場合には、伝送速度が一定となるCBRが適している。
【０００６】
しかし、ＯＦＤＭのような変調方式で、伝送速度の異なる２種類の変調方式を用いて伝送する場合には、CBRのように伝送速度が一定になる方式を用いても、単位時問当たりの前記重要情報Ａと非重要情報Ｂとのビット数の構成比が変化すると、伝送速度が随時変化してしまう。
【０００７】
第１３Ａ図、第１３Ｂ図は、伝送速度の様子を示す図である。ＣＢＲのビットストリームは、第１３Ａ図に示すように、重要情報Ａと非重要情報Ｂの比率が変化しても、単位時問当たりの総ビット数はほぼ一定となる。但し、ビットレート制御のアルゴリズム上発生する誤差を除く。１変調方式でこの情報を伝送する場合には、（１）と（２）のようにＡとＢとの構成比が変化しても、一定の時間を確保できれば、問題なく伝送可能である。しかし、第１３Ｂ図に示すように、ビットストリームの重要情報Ａを変調方式αにより、非重要情報Ｂを変調方式βにより変調して無線路へ送信する場合は、例えば（１）と（２）とで示すように、単位時間当たりの重要情報Ａと非重要情報Ｂとの構成比が変化すると、変調方式αと変調方式βとの単位時間当たりの伝送量の違いにより、伝送時間が変化してしまう。すなわち、単位時間当たりに伝送される総ビット数（伝送速度）が変化する。
【０００８】
上記のように、伝送時間がしばしば変わると、ビットストリームが要求する時間が増大する。従って、増大した分の時間が確保できずにビットストリームの伝送に遅延や損失が発生して、再生動画像に著しい劣化が発生したりすることが考えられる。また、他の通信アプリケーションの伝送時間が不足してしまうこともある。尚、画像符号化手段からの要求に逐一応答して、伝送時間の動的な確保を行うようにすることもできるが、このようにするとシステムが複雑化し、無線送受信装置に大きな負担をかけることになる。
【０００９】
本発明の目的は、伝送レートの異なる複数の変調方式を使用して動画像ビットストリームを伝送する場合にも、一定の時間で伝送することにより、帯域を有効利用することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一観点によれば、第１変調方式により変調される第１情報と、前記第１変調方式とは異なる第２変調方式により変調される第２情報とを含む複合画像情報を、符号化されたビットストリームとして出力する画像符号化装置であって、量子化値に基づき入力データの量子化を行う量子化手段を含み、前記複合画像データを符号化する符号化器と、該符号化器の符号量制御を行う符号量制御手段であって、前記第１情報のビット数を計数する第１情報計数手段と、前記第２情報のビット数を計数する第２情報計数手段と、前記第１情報計数手段により計数された前記第１情報のビット数に基づいて、符号化された前記第１情報を前記第１変調方式で伝送するのに必要な時間を演算する第１情報伝送時間演算手段と、符号化された前記第１情報を伝送するのに必要な時間と、伝送に使用可能な合計時間である全伝送時間とに基づいて、符号化された前記第２情報の伝送に使用可能な時間を演算する第２情報伝送時間演算手段と、符号化された前記第２情報の伝送に使用可能な時間と前記第２変調方式とに基づいて伝送可能な前記第２情報のビット数を演算する第２情報伝送可能ビット数演算手段と、前記第２情報伝送可能ビット数と第２情報計数手段により計数された前記第２情報のビット数とに基づいて、伝送可能な前記第２情報のビット数を超えた未伝送ビット数を演算する未伝送ビット数演算手段と、前記未伝送ビット数に基づいて、次の画像符号化処理に用いる量子化値を演算し前記量子化手段に出力する量子化値演算手段とを備えた画像符号化装置が提供される。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、第１情報に対する変調方式である第１変調方式と、前記第１情報とは異なる第２情報と、伝送に使用可能な合計時間である全伝送時間とを指定する通信制御手段と、それぞれの前記変調方式に基づいて画像データの変調を行う変調手段と、該変調手段により変調された信号を出力するとともに、送られてきた無線信号を受信する無線送受信手段と、該無線送受信手段が受信した信号を受け取り、前記通信制御手段により指定された変調方式により前記受信した信号を復調する復調手段と、入力された画像データを符号化してビットストリームを生成する画像符号化手段であって、前記通信制御手段から指示された前記第１情報変調方式と前記第２情報変調方式と前記全伝送時間とに基づき、前記画像データに対して前記第１変調方式で変調される前記第１情報データと前記第２情報方式で変調される前記第２情報データとのそれぞれの符号化データのうち、前記全伝送時間内において伝送できなかった方の符号化データのビット数に基づいて、次の全伝送期間における符号化制御の際の符号量制御を行う画像符号化手段とを有する無線画像伝送装置が提供される。
【００１２】
本発明の別観点によれば、第１情報に対する変調方式である第１変調方式と、前記第１情報とは異なる第２情報と、伝送に使用可能な合計時間である全伝送時間とを指定する通信制御手段と、前記変調方式に基づいて画像データの変調を行う変調手段と、該変調手段により変調された信号を出力するとともに、送られてきた無線信号を受信する無線送受信手段と、該無線送受信手段が受信した信号を受け取り、前記通信制御手段により指定された変調方式により前記受信した信号を復調する復調手段と、入力された画像データを符号化してビットストリームを生成する画像符号化手段であって、前記通信制御手段から指示された前記第１情報変調方式と前記第２情報変調方式と前記全伝送時間とに基づき、前記画像データに対して前記第１変調方式で変調される前記第１情報データと前記第２情報方式で変調される前記第２情報データとのそれぞれの符号化データのうち、前記全伝送時間内において伝送できなかった方の符号化データのビット数に基づいて、次の全伝送期間における符号化制御の際の符号量制御を行う画像符号化手段とを有する無線画像伝送装置を備えた無線基地局と；前記無線基地局で符号化され無線路に送出された画像データを復号することが可能な複数の移動局とを備えた無線画像伝送システムが提供される。
【００１３】
本発明のさらに他の観点によれば、第１変調方式により変調される第１情報と、前記第１変調方式とは異なる第２変調方式により変調される第２情報とを含む複合画像情報を、符号化されたビットストリームとして出力する画像符号化方法であって、量子化値に基づき入力データの量子化を行う量子化処理を含み、前記複合画像データを符号化する符号化ステップと、該符号化ステップにおいて符号量の制御を行う符号量制御ステップであって、前記第１情報のビット数を計数するサブステップと、前記第１情報を計数するサブステップにおいて計数された前記第１情報のビット数に基づいて、符号化された前記第１情報を前記第１変調方式で伝送するのに必要な時間を演算する第１情報伝送時間演算サブステップと、符号化された前記第１情報を伝送するのに必要な時間と、伝送に使用可能な合計時間である全伝送時間とに基づいて、符号化された前記第２情報の伝送に使用可能な時間を演算する第２情報伝送時間演算サブステップと、符号化された前記第２情報の伝送に使用可能な時間と前記第２変調方式とに基づいて伝送可能な前記第２情報のビット数を演算する第２情報伝送可能ビット数演算サブステップと、前記第２情報のビット数を計数するサブステップと、前記第２情報伝送可能ビット数と第２情報計数手段により計数された前記第２情報のビット数とに基づいて、伝送可能な前記第２情報のビット数を超えた未伝送ビット数を演算する未伝送ビット数演算サブステップと、前記未伝送ビット数に基づいて、次の画像符号化処理に用いる量子化値を演算し前記量子化手段に出力する量子化値演算サブステップとを有する符号量制御ステップとを備えた画像符号化方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施の形態について説明する前に、まず、発明者が行った考察について第１図を参照して説明する。
【００１５】
本発明による無線画像伝送装置では、画像符号化処理及び伝送処理を時間Ｔ（全割り当て時間）毎に行う。加えて、符号化された画像データを情報Ａと情報Ｂとに分け、情報Ａは変調方式αにより、情報Ｂは変調方式βにより送信する。
【００１６】
第１図は、時間Ｔで区切られた各期間（１）から（３）に、無線画像伝送装置が内部に持つ画像符号化手段から出力された符号を、割り当てられた「全割り当て時間」内にどのように伝送するかを示す図である。
【００１７】
期間（１）において、画像符号化手段で生成した情報Ａに相当する符号Ａ１と情報Ｂに相当する符号Ｂ１とは、一時的にバッファメモリ内に蓄積される。バッファメモリ内に蓄積された全符号のうち、符号Ａ１の伝送時間は期間（２）の「全割り当て時間」内に、変調方式αで変調した場合に伝送に必要な時間ＴＡ１として確保され、期間（２）の間に全てが伝送される。符号Ｂ１は、「全割り当て時間」のうちの残りの時間ＴＢ１ａで伝送されるが、符号Ｂ１を変調方式βで変調した場合、その伝送時間ＴＢ１は残り時間ＴＢ１ａよりも大きくなることがある。
【００１８】
このような場合には、その残りの符号Ｂ１ｂを伝送するための時間ＴＢ１ｂ（＝ＴＢ１−ＴＢ１ａ）は、期間（３）において確保する。すなわち、期間（１）でバッファに貯めたデータＢ１のうち、期間（２）で伝送できなかった未伝送分Ｂ１ｂは、期間（３）で読み出して伝送する。
【００１９】
一方で、期間(3)においては、期間（２）において画像符号化手段で発生した情報Ａに相当する符号Ａ２と、情報Ｂに相当する符号Ｂ２も伝送する。従って、ＴＢ１ｂ＋ＴＡ２（Ａ２を伝送するのに要する時間）＋ＴＢ２（Ｂ２を伝送するのに要する時間）が「全割り当て時間」を超えた場合は、その超えた分の時間ＴＢ２ｂは、別の期間（４）において確保する必要がある。但し、符号Ａ２については期間（３）内に最優先で伝送に必要な時間ＴＡ２が確保される。基本的には、上記の処理を繰り返し行う。しかしながら、画像符号化手段による発生符号量が「全割り当て時間」で伝送可能な符号量を超える状態が続くと、発生した符号でバッファメモリ内が一杯になり、符号データが損なわれ、正常な動作ができなくなってしまう。
【００２０】
発明者は、ある期間で画像符号化手段により発生した情報Bに相当する符号のうち次の期間で伝送できない符号の符号量を計数し、計数した符号量を累積加算することを思い付いた。累積加算した値が、ある値より大きくなった場合には、次の期間の符号化において、情報Ｂに相当する符号の発生符号量が減るように画像符号化の量子化パラメータを制御すれば良く、累積加算した値が、ある値より小さくなった場合には、次の期間の符号化において、符号発生量が増えるように画像符号化の量子化パラメータを制御すれば良い。
【００２１】
発明者の以上の考察に基づいて、本発明の第１の実施の形態による無線画像伝送装置について、図面を参照して以下説明する。
【００２２】
以下の本発明の第１の実施の形態による無線画像伝送装置においては、符号化された画像データを情報Ａと情報Ｂに分けることを前提として説明する。情報Ａと情報Ｂの分類の方法は、例えば、符号化方式にＭＰＥＧ２を用いた場合では、以下のような方法が用いられる。
【００２３】
第２図は、ＭＰＥＧ２のビットストリームの層構造を示したものである。図の上部に描かれた層の内容ほど、元画像データのより広い範囲に影響を及ぼすデータである。そこで、例えば情報Ａに、シーケンス層１、ＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ ｏｆ Ｐｉｃｔｕｒｅ）層３，ピクチャ層５及びスライス層７を割り当てる。情報Ｂには、マクロブロック層１１とブロック層１５とを割り当てる。
【００２４】
情報Ａに対しては、伝送速度は低いが信頼性の高い（伝送品質の良い）変調方式を用いる。情報Ｂに対しては、信頼性の低いが伝送速度の高い変調方式を用いる。このようにすることによって、比較的高い伝送速度を保ちつつ、再生画像の乱れを抑制することができる。
【００２５】
第３図は、本発明による画像伝送装置の構成を示す図である。画像伝送装置Ｘは、符号化された画像を情報Ａと情報Ｂとに分け、それぞれ異なる変調方式によって変調し伝送する装置である。画像伝送装置Ｘは、画像符号化手段２００と、通信制御手段２１０と、無線パケット化手段２２０と、変調手段２３０と、無線送受信手段２４０とを有している。さらに、画像伝送装置Ｘは、復調手段２５０と、無線データ抽出手段２６０と、バッファ２７０とを有している。
【００２６】
第３図の各ブロックの動作を以下に説明する。第４図に示すように、通信制御手段２１０は、本発明の第１の実施の形態による無線画像伝送装置５００が、通信相手側の装置５１０と通信を行う際の変調方式や復調方式、割り当て帯域などを決定する。通信相手側の装置５１０と無線プロトコル（ＩＥＥＥ８０２．１１ａ、ＭＭＡＣ ＨｉＳＷＡＮａ、ＢＲＡＮ ＨｉｐｅｒＬＡＮ／２等）に従ってメッセージをやり取りする。また、その際、画像伝送装置５００は、通信制御手段２１０により、変調方式、復調方式及び割り当て帯域を、これらが変更されるまで保持する。無線プロトコルに依存するメッセージなどは、この通信制御手段２１０で作成／出力される。また、通信制御手段２１０は、上記入力されたメッセージを解読する。
【００２７】
通信制御手段２１０が、上記のようなメッセージのやり取りによって画像伝送を行う前に決定する画像送信用のパラメータは、例えば、「情報Ａ変調方式」、「情報Ｂ変調方式」、「全割り当て時間」などがある。伝送すべき符号化された画像データは、情報Ａと情報Ｂとに分割される。ここで、情報Ａを伝送するための変調方式を「情報Ａ変調方式」と称し、情報Ｂを伝送するための変調方式を「情報Ｂ変調方式」と称する。
【００２８】
また、第５図に示すように、「全割り当て時間」とは、時間Ｔで区切られた期間に、情報Ａと情報Ｂを伝送するために使用可能な合計の時間のことである。前記３種のパラメータは画像符号化手段２００へと供給される。
【００２９】
通信制御手段２１０は、画像データを符号化したビットストリームの無線路への伝送タイミングの制御を行う。画像符号化手段２００から与えられる「情報Ａ要求時間」、「情報Ｂ要求時間」(詳細は後述)に基づき、通信相手装置５１０と交渉して、情報Ａ、情報Ｂ各々の伝送時刻を決定し、前記伝送開始時刻に従い、バッファ２７０からの伝送ビットストリームの読み出しを指示する。
【００３０】
第３図に示すように、無線パケット化手段２２０は、通信制御手段２１０で作成されたメッセージ又は画像符号化手段２００によって作成されたビットストリーム３１（第７図）を無線路に送出するパケット３７（第７図）の形式に変換する。主として、暗号化、エラー検出符号３３（第７図）の付加やヘッダ３５の付加等が行われる。
【００３１】
変調手段２３０は、入力データに対し、時分割でＢＰＳＫ（Ｂｉｎａｒｙ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）やＱＰＳＫ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）、１６ＱＡＭ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）等の変調を切り換えて施すことのできるブロックである。無線プロトコルの規定によって変調方式があらかじめ決められている場合を除き、通信制御手段２１０の指定する変調方式を使用して変調を行う。無線プロトコルの規定によって変調方式が決まっている場合には、その変調方式により変調する。
【００３２】
無線送受信手段２４０は、変調手段２３０により変調された信号を無線路に出力すると共に、通信相手装置５１０（第４図）から送られて来た無線信号を受信し、復調手段２５０に渡す。
【００３３】
復調手段２５０は、無線送受信手段２４０から受け取った信号を、通信制御手段２１０の指定する復調方式で復調を行うブロックである。変調手段２３０と同様に、時分割で復調方式を切り換えることが可能である。無線プロトコルによって復調方式を規定されているものについては、プロトコルの規定に従った復調方式により復調する。
【００３４】
無線データ抽出手段２６０は、第７図に示すように、復調された無線パケットから、メッセージ等を抽出するブロックである。主として、暗号解読、エラー検出、ヘッダの削除を行う。抽出されたデータは、通信制御手段２１０に送られる。
【００３５】
画像符号化手段２００は、入力画像データを符号化してビットストリームを生成する。通信制御手段２１０から与えられる「全割り当て時間」、「情報Ａ変調方式」、「情報Ｂ変調方式」に基づいて、入力画像に、現在確保されている「全割り当て時間」で伝送できる符号量となるように符号化を施し、パラメータ「情報Ａ要求時間」、「情報Ｂ要求時間」を通信制御手段２１０に返す。符号化したビットストリームは、バッファ２７０へ書き込む。バッファ２７０は、ビットストリーム３１を記憶し、通信制御手段２１０の指示により出力する。
【００３６】
ここで、画像符号化手段２００についてさらに説明する。第３図の画像符号化手段２００を詳細に示す第８Ａ図に示されるように、画像符号化手段２００は、情報Ａ計数手段１００と、情報Ｂ計数手段１０２と、情報Ａ時間演算手段１０５と、情報Ｂ時問演算手段１１０と、情報Ｂビット数演算手段１１２と、未伝送ビット数演算手段１１３と、量子化値演算手段１１５とを有する。さらに画像符号化手段２００は、符号化器１８０を有している。
【００３７】
第８Ｂ図に示すように、符号化器１８０は、可変長符号化手段１２５と、量子化手段１３０と、ＤＣＴ手段１３５と、逆量子化手段１４０と、逆ＤＣＴ手段１４５と、加算器１５０と、メモリ手段１５５と、動き予測手段１６０と、動き補償手段１６５と、減算器１７０とを有している。この構造は、一般的な動画像符号化器(ＭＰＥＧ１/２/４等)と同等の構成となっており、例えば、「最新MPEG教科書」藤原洋監修に詳細が記述されている。
【００３８】
以下、第８Ａ図に示す画像符号化手段２００の動作について詳細に説明する。ここで説明する動画像符号化手段２００では、主たる処理を画像ブロック毎に行うものとする。画像ブロック７１ａとは、第９図に示すように、画像フレーム７１中のある１単位であり、画素７３を８×８画素並べたものである。
【００３９】
第８Ｂ図に示すように、画像データ１９０は、減算器１７０と動き予測手段１６０とに入力される。減算器１７０において、画像データから動き補償手段１６５の出力値が減算される。但し、動き補償を行わない場合（イントラブロックの場合）には、動き補償１６５の出力値の代わりに０が用いられ、減算器１７０の出力は入力画像データそのものとなる。尚、イントラブロックとは、フレーム間予測を使用しないで、同じ画像フレーム内のデータのみで符号化を行う画像ブロックのことである。
【００４０】
減算器１７０の出力は、ＤＣＴ手段１３５に入力され、ＤＣＴ(Discrete Cosine Transform)演算を施される。この出力は、量子化手段１３０へと送られる。
【００４１】
量子化手段１３０では、量子化値演算手段１１５によって演算された量子化値に基づき、入力データの量子化が行われる。量子化値は、初めは何らかの初期値が設定されている。以後ある周期毎(例えば１画像フレーム毎)にその値が変化する。符号化器１８０と同様の構成をとるMPEGをはじめとする動画像符号化方式では、主としてこの量子化手段１３０で発生符号量の調整が行われる。量子化されたデータと量子化値とは、可変長符号化手段１２５及び逆量子化手段１４０へと送られる。
【００４２】
逆量子化手段１４０は、量子化されたデータと量子化値とを乗算することにより逆量子化を行う。画像データは有限のビット数(例えば８ビット)で与えられるので、逆量子化されたデータは量子化値が１でない限り、量子化前の値とは異なる値のデータとなる。逆量子化されたデータは、逆ＤＣＴ手段１４５へと送られる。逆ＤＣＴ手段１４５は、逆量子化されたデータをさらに逆ＤＣＴ演算する。
【００４３】
逆ＤＣＴ演算を施されたデータは、加算器１５０へと送られる。加算器１５０は、入力データが減算器１７０で動き補償手段１６５の出力値を減算処理されたデータ(非イントラブロック)であった場合に、動き補償手段１６５の出力値を加算して、入力画像データに相当するデータ(量子化→逆量子化の処理によって生ずる差分だけ値が異なる)を作成してメモリ１５５へと書き込む。イントラブロックに相当するデータは、減算器１７０で減算処理されていないため、０を加算する。その際、加算器１５０の出力は逆ＤＣＴ値そのものとなる。
【００４４】
第１０Ａ図、第１０Ｂ図を参照して、動きベクトル１９５の算出手順を説明する。上記のようにして作成されたデータは、第１０Ｂ図に示す参照画像フレームデータとして、メモリ１５５に書き込まれ、動き予測手段１６０の動き予測処理や動き補償手段１６５の動き補償処理において参照される。
【００４５】
動き予測手段１６０は、メモリ１５５に記憶されている参照画像データ（第１０Ｂ図）から、処理すべき画像ブロックＡ（第１０Ａ図）に近似した画像ブロックＡ’を探索し、ＡとＡ’との相対位置に基づき、動きベクトル１９５を算出する。求められた動きベクトル１９５は、動き補償手段１６５に送られて動き補償処理に使用されるとともに、符号化のために可変長符号化手段１２５に送られる。
【００４６】
動き補償手段１６５は、動き予測手段１６０から供給される動きベクトル１９５に従って、メモリから画像データを読み出し、減算器１７０へ送る。
【００４７】
可変長符号化手段１２５は、量子化手段１３０から受け取った量子化データや動き予測手段１６０から受け取った動きベクトル１９５を可変長符号化し、ビットストリームを生成し、出力する。
【００４８】
以上、符号化器１８０の動作を簡単に説明したが、この構成のみに限定されるものではない。
【００４９】
第８Ａ図及び第８Ｂ図において、画像符号化手段２００中の、情報Ａ計数手段１００と、情報Ｂ計数手段１０２と、情報Ａ時間演算手段１０５と、情報Ｂ時間演算手段１１０と、情報Ｂビット数演算手段１１２と、未伝送ビット数演算手段１１３と、量子化値演算手段１１５とは、符号化器１８０の符号量制御を行う。第６図をも参照して、符号量制御処理のフローについて説明する。
【００５０】
ステップＳ１において、情報Ａ計数手段１００は、可変長符号化手段１２５から出力されるビットストリームの情報Ａの部分のビット数を計数する。この計数は、第５図に示されたような、時間で区切られた期間毎に行われる。そして、期間の切り替わりでリセットされ、新たに計数される。また、期間の終了時に計数したビット数(情報Ａ符号化ビット数)を情報Ａ時間演算手段１０５へと供給する。
【００５１】
ステップＳ２において、情報Ａ時間演算手段１０５は、時間Ｔで区切られた期間の終了時に、情報Ａ計数手段から得た「情報Ａ符号化ビット数」と通信制御手段２１０から供給される「情報Ａ変調方式」から、情報Ａを送信するのに必要な時間「情報Ａ要求時間」を算出し、情報Ｂ時間演算手段１１０及び通信制御手段２１０（第３図）へと送る。
【００５２】
ステップＳ３において、情報Ｂ時間演算手段１１０は、時間Ｔで区切られた前記期間の終了時に、通信制御手段２１０から与えられる「全割り当て時間」（全伝送時間）から、情報Ａ時間演算手段１０５から供給される「情報Ａ要求時間」を減算することにより、「情報Ｂ要求時間」を算出する。求めた「情報Ｂ要求時間」を、情報Ｂビット数演算手段１１２及び通信制御手段２１０へと供給する。例えば、第１１図に示すように、「情報Ａ要求時間」がＡ１の場合は、「情報Ｂ要求時間」はＢ１となる。一方、「情報Ａ要求時間」がＡ２の場合には、「情報Ｂ要求時間」はＢ２となる。Ａ１とＢ１との比と、Ａ２とＢ２との比は異なっても、「情報Ａ要求時間」と「情報Ｂ要求時間」との合計は常にほぼ一定となる。
【００５３】
ステップＳ４において、情報Ｂビット数演算手段１１２は、時間Ｔで区切られた前記期間の終了時に、情報Ｂ時間演算手段１１０から与えられる「情報Ｂ要求時間」と通信制御手段２１０から与えられる「情報Ｂ変調方式」とから、時間Ｔで区切られた前記期間中に伝送可能な情報Ｂのビット数（情報Ｂ伝送ビット数）を演算し、未伝送ビット演算手段１１３へと供給する。
【００５４】
ステップＳ４’において、情報Ｂ計数手段１０２は、可変長符号化手段１２５から出力されるビットストリームの情報Ｂの部分のビット数を計数する。この計数は、情報Ａ計数手段１００と同様に、第５図に示されたように時間Ｔで区切られた期間毎に行われ、期間の切り替わりでリセットされ、新たに計数が開始される。また、前記期間の終了時に計数したビット数(情報Ｂ符号化ビット数)を、未伝送ビット数演算手段１１３へと供給する。
【００５５】
ステップＳ５において、未伝送ビット数演算手段１１３は、時間Ｔで区切られた前記期間終了時に、情報Ｂ計数手段１０２より与えられステップＳ４’で求められた「情報Ｂ符号化ビット数」から、情報Ｂビット数演算手段１１２より与えられステップＳ４で求められた「情報Ｂ伝送ビット数」を減算する。連続した画像データを符号化する間、その値を累積加算し続ける。そして、累積加算値(情報Ｂ未伝送ビット数)を求め、量子化値演算手段１１５へと送る。尚、累積加算値は負の値は取らない。
【００５６】
ステップＳ６において、量子化値演算手段１１５は、「情報Ｂ未伝送ビット数」と可変長符号化手段１２５からのビットストリームの出力ビット数とを観察して、ビットストリームの符号量が伝送に適した量になるよう、次の全伝送期間において行われる符号化処理において用いる量子化値を演算し、量子化手段１３０に与える。
【００５７】
ステップＳ７において、演算した量子化値に基づいて、発生符号量の制御を行う。例えば、「情報Ｂ未伝送ビット数」の値が、ある基準値よりも大きくなった場合は、量子化値を大きくして発生符号量を減らす。「情報Ｂ未伝送ビット数」の値がある基準値よりも小さくなった場合は、量子化値を小さくして発生符号量を増やす。ステップＳ８において、情報Ｂ未伝送ビットを、次の全割り当て時間（全伝送時間）内に伝送する。次の全割り当て時間（全伝送時間）内における符号化処理においては、新たに求めた量子化値を用いる。
【００５８】
その際、発生ビットストリーム数の増減に対して「情報Ｂ未伝送ビット数」がどのように増減するかを測定しておき、発生する符号量の制御のためのアルゴリズムとして利用しても良い。
【００５９】
以下、本発明の第１の実施の形態による画像伝送装置全体の動作について、第５図を参照して説明する。
【００６０】
画像伝送装置は、全割り当て時間（全伝送時間）である時間Ｔを基準に処理を行う。符号化し伝送すべき画像データをグループ(例えば、１ＧＯＰ(第２図参照)を１グループとする)に分け、このグループに属する画像データを時間Ｔ毎に処理する。まず、期間１では画像グループ１が画像符号化手段２００で符号化される。期間１の終わりには、画像グループ１の情報Ａ要求時間（１）と情報Ｂ要求時間（１）とが得られる。従って、情報Ａ要求時間（１）と情報Ｂ要求時間（１）とに基づき、期間２で画像グループ１の伝送を行うための伝送時間を求め、その時間を確保する。この伝送時間の確保は、通信制御手段２１０により行われる。また、期間１の終わりでは情報Ｂ未伝送ビット数(１)も得られるので、これを用いて、情報Ｂの発生符号量の制御を行う。
【００６１】
上記のように、期間１で符号化される画像グループ１の符号化データの伝送は期間２で行われる。この期間２において、情報Ｂ未伝送ビット数(１)と画像グループ２の符号量が、期間１で新たに求められた量子化値に基づいて行われる。画像グループ１の符号化データは、期間１で一旦バッファに書きこまれ、期間２になってから読み出されて伝送される。バッファメモリ内のデータの読み出しタイミングの指定は通信制御手段２１０が行う。
【００６２】
例えば、情報Ａ１と情報Ｂ１とのうち、伝送可能期間（２）において伝送できなかった未伝送ビットＢ１ｂは、次の期間（３）において伝送期間を確保する。
時間Ｔ毎に上記の処理を繰り返することによって、画像データを符号化し伝送する。
【００６３】
上記の構成例では符号化の次の期間で伝送することになっているが、バッファの容量が２Ｔ以上の時間のデータを記憶することができる容量であれば、符号化後、数期間のインターバルを置いてから伝送を行うようにしても良い。
【００６４】
次に、本発明の第２の実施の形態による無線システムについて、第１２図を参照して説明する。
【００６５】
本発明の第２の実施の形態による無線システムは、本発明の第１の実施の形態による無線画像伝送装置を用いて構成される。
【００６６】
第１２図において、符号１２００は、第１の実施の形態による無線画像伝送装置（以下、単に「無線画像伝送装置」と称する。）及び画像を蓄積するためのストレージデバイス１２００ａや有線・無線のＴＶチューナ１２００ｂなどを備えた無線基地局である。
【００６７】
第１２図の符号１２１０から１２５０までは、無線画像伝送装置が送る画像データ（情報Ａと情報Ｂとに分割され、各々が異なる変調方式を用いて変調されている。）を復調し、元の画像データへと戻す機能を有する第１から第５までの無線移動局である。
【００６８】
このような無線システムの動作について説明する。基地局１２００は、ストレージデバイス１２００ａなどに蓄積された画像又はＴＶチューナ１２００ｂなどにより受信した画像を、無線画像伝送装置を用いて符号化し伝送する。第１の実施の形態で説明したように、上記の無線画像伝送装置を用いることにより、伝送時間を一定とすることが可能である。
【００６９】
仮に、伝送時間を０．２秒に設定したとすると、５つの無線移動局１２１０から１２５０に、各々５つの別個の画像をリアルタイムに伝送することが可能である。
【００７０】
すなわち、第１から第５の５つの無線移動局１２１０から１２５０で、各々異なった映画やＴＶを鑑賞することが可能な無線システムが実現できる。
【００７１】
従来は、１つ１つの画像伝送に要する時間が増減するため、同時に伝送することが可能な画像の数が少なくなってしまっていた。例えば、平均の伝送時間は上記と同じ０．２秒であっても、最も時間を要するときには０．３秒を費やしてしまうような画像データでは、この０．３秒を費やす場合を想定して伝送を行う必要がある。
【００７２】
この場合に４つ以上の画像データを同時に伝送すると、伝送中の複数の画像が同時に伝送時間のピークを迎えた場合に、伝送中の画像の一部又は全部に大きな劣化が生じてしまう。従って、同時に伝送できる画像は、３つだけになってしまう。また、このような時間割り当てを行うと、伝送時間の利用効率が低下する。
【００７３】
尚、第１２図に示す無線システムを用いると、画像伝送と他のデータ通信とが混在している場合でも、画像伝送量が突発的に増加することに起因するデータ通信速度の低下を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上のように、本発明による無線伝送装置を用いると、伝送レートの異なる複数の変調方式を使用して動画像ビットストリームを伝送する場合にも、一定の時間で伝送が可能となり、帯域の有効利用が可能となる。また、QoS(Qua1ity of Service)を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】全割り当て時間に対する情報Ａと情報Ｂの比率を示した図である。
【図２】ＭＰＥＧ２の層構造と各層のデータ構成を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による無線画像伝送装置の画像符号化手段の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による無線画像伝送装置とその通信相手側の装置とを示した図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態による無線画像伝送装置の処理手順を示した図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態による無線画像伝送装置を用いた情報の伝送時間の割り当て手順を示すフローチャート図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態による無線画像伝送装置を用いて無線伝送するメッセージやデータのパケット化処理を説明する図である。
【図８−Ａ】本発明の第１の実施の形態による無線画像伝送装置の画像符号化手段の構成を示すブロック図であり、第８Ａ図は、画像符号化手段の全体構成を示す図である。
【図８−Ｂ】本発明の第１の実施の形態による無線画像伝送装置の画像符号化手段の構成を示すブロック図であり、第８Ｂ図は画像符号化手段のうち、一般的な符号化器と同様の構成となる部分を示す図である。
【図９】画像ブロックの構成を示す図である。
【図１０】第１０Ａ図、第１０Ｂ図は、画像符号化における動きベクトルを説明する図である。
【図１１】本発明の第１の実施の形態による無線画像伝送装置を用いて全割り当て時間に対する情報Ａと情報Ｂの比率を示した図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態によるシステムであり、第１の実施の形態で示した無線画像伝送装置を用いたシステム構成図である。
【図１３】第１３Ａ図は、ＣＢＲのビットストリームの構成を示す図であり、図１３Ｂ図は、ストリームを２種類の変調方式で伝送した場合の伝送時間を示す図である。

Claims (12)

  1. 第１変調方式により変調される第１情報と、前記第１変調方式とは異なる第２変調方式により変調される第２情報とを含む複合画像情報を、符号化されたビットストリームとして出力する画像符号化装置であって、
    量子化値に基づき入力データの量子化を行う量子化手段を含み、前記複合画像データを符号化する符号化器と、
    該符号化器の符号量制御を行う符号量制御手段であって、
    前記第１情報のビット数を計数する第１情報計数手段と、
    前記第２情報のビット数を計数する第２情報計数手段と、
    前記第１情報計数手段により計数された前記第１情報のビット数に基づいて、符号化された前記第１情報を前記第１変調方式で伝送するのに必要な時間を演算する第１情報伝送時間演算手段と、
    符号化された前記第１情報を伝送するのに必要な時間と、伝送に使用可能な合計時間である全伝送時間とに基づいて、符号化された前記第２情報の伝送に使用可能な時間を演算する第２情報伝送時間演算手段と、
    符号化された前記第２情報の伝送に使用可能な時間と前記第２変調方式とに基づいて伝送可能な前記第２情報のビット数を演算する第２情報伝送可能ビット数演算手段と、
    前記第２情報伝送可能ビット数と第２情報計数手段により計数された前記第２情報のビット数とに基づいて、伝送可能な前記第２情報のビット数を超えた未伝送ビット数を演算する未伝送ビット数演算手段と、
    前記未伝送ビット数に基づいて、次の画像符号化処理に用いる量子化値を演算し前記量子化手段に出力する量子化値演算手段と
    を備えた画像符号化装置。
  2. 前記第１変調方式と前記第２変調方式とは、伝送品質又は伝送速度のうち少なくともいずれか一方が異なる
    請求項１に記載の画像符号化装置。
  3. 第１情報に対する変調方式である第１変調方式と、前記第１情報とは異なる第２情報と、伝送に使用可能な合計時間である全伝送時間とを指定する通信制御手段と、
    それぞれの前記変調方式に基づいて画像データの変調を行う変調手段と、
    該変調手段により変調された信号を出力するとともに、送られてきた無線信号を受信する無線送受信手段と、
    該無線送受信手段が受信した信号を受け取り、前記通信制御手段により指定された変調方式により前記受信した信号を復調する復調手段と、
    入力された画像データを符号化してビットストリームを生成する画像符号化手段であって、前記通信制御手段から指示された前記第１情報変調方式と前記第２情報変調方式と前記全伝送時間とに基づき、前記画像データに対して前記第１変調方式で変調される前記第１情報データと前記第２情報方式で変調される前記第２情報データとのそれぞれの符号化データのうち、前記全伝送時間内において伝送できなかった方の符号化データのビット数に基づいて、次の全伝送期間における符号化制御の際の符号量制御を行う画像符号化手段と
    を有する無線画像伝送装置。
  4. 前記画像符号化手段は、
    量子化値に基づき入力データの量子化を行う量子化手段を含み、前記複合画像データを符号化する符号化器と、
    該符号化器の符号量制御を行う符号量制御手段であって、
    前記第１情報のビット数を計数する第１情報計数手段と、
    前記第２情報のビット数を計数する第２情報計数手段と、
    前記第１情報計数手段により計数された前記第１情報のビット数に基づいて、符号化された前記第１情報を前記第１変調方式で伝送するのに必要な時間を演算する第１情報伝送時間演算手段と、
    符号化された前記第１情報を伝送するのに必要な時間と、伝送に割り当てられた全伝送時間とに基づいて、符号化された前記第２情報の伝送に使用可能な時間を演算する第２情報伝送時間演算手段と、
    符号化された前記第２情報の伝送に使用可能な時間と前記第２変調方式とに基づいて伝送可能な前記第２情報のビット数を演算する第２情報伝送可能ビット数演算手段と、
    前記第２情報伝送可能ビット数と第２情報計数手段により計数された前記第２情報のビット数とに基づいて、伝送可能な前記第２情報のビット数を超えた未伝送ビット数を演算する未伝送ビット数演算手段と、
    前記未伝送ビット数に基づいて、次の画像符号化処理に用いる量子化値を演算し前記量子化手段に出力する量子化値演算手段と
    を備えた
    請求項３に記載の無線画像伝送装置。
  5. 前記通信制御手段は、
    さらに、伝送路のプロトコルと、前記第１情報の伝送に必要な時間と、前記第２情報の伝送に必要な時間とに基づいて、前記第１情報と前記第２情報との伝送に必要な帯域を前記全伝送時間に対してそれぞれ割り当てる
    請求項３に記載の無線画像伝送装置。
  6. 前記第１変調方式と前記第２変調方式とは、伝送品質又は伝送速度のうち少なくともいずれか一方が異なる
    請求項３に記載の無線画像伝送装置。
  7. さらに、前記第１情報と前記第２情報とを符号化したビットストリームを記憶するバッファメモリを有する
    請求項３に記載の無線画像伝送装置。
  8. さらに、前記通信制御手段は、前記ビットストリームの送信タイミングを管理し、前記バッファメモリに対して、記憶されたビットストリームを出力するタイミングを指示する
    請求項７に記載の無線画像伝送装置。
  9. 第１情報に対する変調方式である第１変調方式と、前記第１情報とは異なる第２情報と、伝送に使用可能な合計時間である全伝送時間とを指定する通信制御手段と、
    前記変調方式に基づいて画像データの変調を行う変調手段と、
    該変調手段により変調された信号を出力するとともに、送られてきた無線信号を受信する無線送受信手段と、
    該無線送受信手段が受信した信号を受け取り、前記通信制御手段により指定された変調方式により前記受信した信号を復調する復調手段と、
    入力された画像データを符号化してビットストリームを生成する画像符号化手段であって、前記通信制御手段から指示された前記第１情報変調方式と前記第２情報変調方式と前記全伝送時間とに基づき、前記画像データに対して前記第１変調方式で変調される前記第１情報データと前記第２情報方式で変調される前記第２情報データとのそれぞれの符号化データのうち、前記全伝送時間内において伝送できなかった方の符号化データのビット数に基づいて、次の全伝送期間における符号化制御の際の符号量制御を行う画像符号化手段と
    を有する無線画像伝送装置を備えた無線基地局と；
    前記無線基地局で符号化され無線路に送出された画像データを復号することが可能な複数の移動局と
    を備えた無線画像伝送システム。
  10. 前記画像符号化手段は、
    量子化値に基づき入力データの量子化を行う量子化手段を含み、前記複合画像データを符号化する符号化器と、
    該符号化器の符号量制御を行う符号量制御手段であって、
    前記第１情報のビット数を計数する第１情報計数手段と、
    前記第２情報のビット数を計数する第２情報計数手段と、
    前記第１情報計数手段により計数された前記第１情報のビット数に基づいて、符号化された前記第１情報を前記第１変調方式で伝送するのに必要な時間を演算する第１情報伝送時間演算手段と、
    符号化された前記第１情報を伝送するのに必要な時間と、伝送に割り当てられた全伝送時間とに基づいて、符号化された前記第２情報の伝送に使用可能な時間を演算する第２情報伝送時間演算手段と、
    符号化された前記第２情報の伝送に使用可能な時間と前記第２変調方式とに基づいて伝送可能な前記第２情報のビット数を演算する第２情報伝送可能ビット数演算手段と、
    前記第２情報伝送可能ビット数と第２情報計数手段により計数された前記第２情報のビット数とに基づいて、伝送可能な前記第２情報のビット数を超えた未伝送ビット数を演算する未伝送ビット数演算手段と、
    前記未伝送ビット数に基づいて、次の画像符号化処理に用いる量子化値を演算し前記量子化手段に出力する量子化値演算手段と
    を備える
    請求項９に記載の無線画像伝送システム。
  11. 第１変調方式により変調される第１情報と、前記第１変調方式とは異なる第２変調方式により変調される第２情報とを含む複合画像情報を、符号化されたビットストリームとして出力する画像符号化方法であって、
    量子化値に基づき入力データの量子化を行う量子化処理を含み、前記複合画像データを符号化する符号化ステップと、
    該符号化ステップにおいて符号量の制御を行う符号量制御ステップであって、
    前記第１情報のビット数を計数するサブステップと、
    前記第１情報を計数するサブステップにおいて計数された前記第１情報のビット数に基づいて、符号化された前記第１情報を前記第１変調方式で伝送するのに必要な時間を演算する第１情報伝送時間演算サブステップと、
    符号化された前記第１情報を伝送するのに必要な時間と、伝送に使用可能な合計時間である全伝送時間とに基づいて、符号化された前記第２情報の伝送に使用可能な時間を演算する第２情報伝送時間演算サブステップと、
    符号化された前記第２情報の伝送に使用可能な時間と前記第２変調方式とに基づいて伝送可能な前記第２情報のビット数を演算する第２情報伝送可能ビット数演算サブステップと、
    前記第２情報のビット数を計数するサブステップと、
    前記第２情報伝送可能ビット数と第２情報計数手段により計数された前記第２情報のビット数とに基づいて、伝送可能な前記第２情報のビット数を超えた未伝送ビット数を演算する未伝送ビット数演算サブステップと、
    前記未伝送ビット数に基づいて、次の画像符号化処理に用いる量子化値を演算し前記量子化手段に出力する量子化値演算サブステップと
    を有する符号量制御ステップと
    を備えた画像符号化方法。
  12. 第１情報に対する変調方式である第１変調方式と、前記第１情報とは異なる第２情報と、伝送に使用可能な合計時間である全伝送時間とを指定する通信制御ステップと、
    それぞれの前記変調方式に基づいて画像データの変調を行う変調ステップと、
    該変調ステップにより変調された信号を出力するとともに、送られてきた信号を受信する無線送受信ステップと、
    該無線送受信ステップにおいて受信した信号を受け取り、前記通信制御ステップにおいて指定された変調方式により前記受信した信号を復調する復調ステップと、
    入力された画像データを符号化してビットストリームを生成する画像符号化手段であって、前記通信制御手段から指示された前記第１情報変調方式と前記第２情報変調方式と前記全伝送時間とに基づき、前記画像データに対して前記第１変調方式で変調される前記第１情報データと前記第２情報方式で変調される前記第２情報データとのそれぞれの符号化データのうち、前記全伝送時間内において伝送できなかった方の符号化データのビット数に基づいて、次の全伝送期間における符号化制御の際の符号量制御を行う画像符号化ステップと
    を有する画像伝送方法。
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