JP2005516500A - 画像データの欠如の際の知覚される視覚出力品質を向上するための画像処理方法及びシステム - Google Patents

画像データの欠如の際の知覚される視覚出力品質を向上するための画像処理方法及びシステム Download PDF

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Abstract

処理モジュールが、十分なデータが受信される標準の状況よりも少ないデータパケットを用いるデジタルビデオ処理システムが開示される。本デジタルビデオ処理システムは、チャネル変化の場合に、データの欠如がある期間の間、従来技術システムよりも多くの画像を作成することができる。これらの画像は、標準の処理から得られるものよりも低い品質を有するが、人は、従来技術のものよりも高い画質を知覚する。

Description

本発明は、中断の前のデータパケットの第1のシーケンス及び前記中断の後のデータパケットの第2のシーケンスを受信するための受信手段と、データパケットの前記第1の及び第2のシーケンスをそれぞれ処理して連続した画像信号を形成するための処理手段であって、前記連続した画像信号の各々は、所定の数のデータパケットの前記第1の及び第2のシーケンスを処理することによって作成され、該処理手段は、前記中断に際し代わりの連続した画像信号を形成するように構成される処理手段とを有するデジタルビデオ処理システムに関する。本発明は、このようなシステムを駆動するためのビデオ処理方法にも関する。
消費者向けマルチメディア端末システム(例えばデジタルTV及びセットトップボックス)は、入力(フロントエンド受信器)と出力(ディスプレイ、記憶装置)との間の多くの処理経路から構成されていることができる。各経路は、多くの処理ブロック(例えばチャネルデコーディング及びビデオエンハンシング)において区別される。一部のブロックはハードウェア内に残る(例えばチャネルデコーディング)と考えられる一方で、他のブロックは、ソフトウェアで実現されることを選択される(例えばソースデコーディング)。
インタレースビデオシステムにおいては、それぞれ奇数の及び偶数のラインを有する2つの連続したフィールドが、1つのフレームに属する。一部のアプリケーションにおいてはフレームが処理される一方で、他のアプリケーションにおいてはフィールドが処理される。しかし、用語「フィールド」又は「フレーム」処理の選択は、本発明には関連しない。以下では、「フィールド」又は「フレーム」の両方が、フレームと呼ばれる。
経済的な理由のために、MPEG等の、デジタル画像処理システムのための入力信号は、異なったコンテンツを有するフレームから構成されている。全てのフレームが画像全体を含むわけではない。いわゆるIフレームは、画像全体の情報を含んでおり、定期的に存在する。Iフレームに続くフレームは、画像の相対的な変化に関する情報しか含まない。Iフレーム及び相対的な変化に関する情報から、Pフレーム及びBフレームが予測されることができる。デジタルTVにおけるチャネル変更の間、MPEGビデオデコーダは、Iフレームの第1のシーケンスヘッダが到着するのを待たなければならない。シーケンスヘッダは、新しいチャネルの新しいフレームのシーケンスの開始を示す。シーケンスヘッダは、定期的にしか現れない。従って、チャネル変化の後、画像処理システムのためのデータの欠如がある期間がある。現在、最大で1秒の遅延がある。しかし、消費者向け端末では、厳しい期限があり、フィールド／フレーム周期(50／60／100Hz)ごとに、新しいフィールド／フレームの表示の準備ができているべきである。現在、チャネル変更の間、新しいデータの第1のシーケンスヘッダが到着し、新しいデータが処理されて、表示の準備が完了するまで、黒い画像が表示される。2つの連続したチャネル間の黒い画像は、知覚される出力品質を低下させる。
米国特許第5,933,192号において、現在のチャネル及び最も見込みのある次のチャネルを受信するマルチチャネルビデオ受信器を用いることによってチャネル変化の間の黒いスクリーンを回避する方法が、説明されている。最も見込みのある次のチャネルの予測は、ユーザのスクロール挙動を調査することによって行われる。この解決策は、ユーザが予測可能な態様でチャネルをスクロールしているときにしか働かない。予測されたチャネルがユーザによって実際に選択されないならば、依然として黒い画像が現れる。
本発明の目的は、デジタルビデオ処理装置におけるチャネル変化又は一般にはビデオストリーム変化の間の知覚される画質を向上することである。
本発明は、中断の前のデータパケットの第1のシーケンス及び前記中断の後のデータパケットの第2のシーケンスを受信するための受信手段と、データパケットの前記第1の及び第2のシーケンスをそれぞれ処理して連続した画像信号を形成するための処理手段であって、前記連続した画像信号の各々は、所定の数のデータパケットの前記第1の及び第2のシーケンスを処理することによって作成され、該処理手段は、前記中断に際し代わりの連続した画像信号を形成するように構成される処理手段とを有するデジタルビデオ処理システムにおいて、前記処理手段は、前記中断の後の該処理手段の処理を、前記代わりの連続した画像信号を形成するために前記所定の数のデータパケットよりも少ないデータパケットを用いるように変更するように構成される、ことを特徴とするデジタルビデオ処理システムに関する。
本発明によるシステムは、チャネル変化(又は一般にはビデオストリーム変化)の間、知覚される画質を改善する。
本発明は、
−中断の前のデータパケットの第1のシーケンス及び前記中断の後のデータパケットの第2のシーケンスを受信するステップと、
−データパケットの前記第1の及び第2のシーケンスを処理するステップと、
−連続した画像信号を形成するステップであって、前記連続した画像信号の各々は、所定の数のデータパケットの前記第1の及び第2のシーケンスを処理することによって作成される、ステップと、
−前記中断に際して代わりの連続した画像信号を形成するステップと、
を有する方法において、前記代わりの連続した画像信号は、前記所定の数のデータパケットよりも少ないデータパケットを用いて形成される、ことを特徴とするビデオ処理方法にも関する。
以下で、本発明は、幾つかの図面を参照して説明されるが、これら図面は、説明の目的のみを意図しており、添付の図面に規定された保護の範囲を制限するものではない。
図1は、現状技術の消費者向けマルチメディアシステムで見られることができるような1つの処理経路を有する可能なビデオ処理システム1のブロック図を示す。ビデオ処理経路は、多くの処理ブロックから構成されている。入力信号(例えば放送信号)は、チューナ／チャネルデコーダ2に入力される。チューナ／チャネルデコーダ2の出力は、シーケンスヘッダの検出のためのシーケンスヘッダ検出器(図示されない)を有するビデオデコーダ3に入力される。ビデオ及びオーディオ情報の分離のためのデマルチプレクサ並びにオーディオデコーダは、示されない。ビデオデコーダの出力は、ビデオエンハンサ4に入力される。ビデオエンハンサ4から来るデータは、ビデオディスプレイプロセッサ5に入力される。ビデオディスプレイプロセッサ5の出力は、適当なディスプレイ装置13(例えばデジタルTVのモニタ)によって表示されることができるビデオ信号である。チューナ／チャネルデコーダ2は、チャネル選択ユニット6に接続されている。このチャネル選択ユニット6は、特定の放送チャネルを選択するためにユーザによって操作される。システム制御ユニット7は、チューナ／チャネルデコーダ2、ビデオデコーダ3、ビデオエンハンサ4及びビデオディスプレイプロセッサ5と通信するためにある。全ての部品は、ソフトウェア及びハードウェアの両方において実現されることができる。
図2において、2つの処理経路を有するビデオ処理システム8の例を表すブロック図が示される。第1の経路は、図1に示されるビデオ処理経路に類似しているが、追加のセレクタ11を有する。第2の経路は、チューナ／チャネルデコーダ9、ビデオデコーダ10及びセレクタ11並びに上述のビデオエンハンサ4及びビデオディスプレイプロセッサ5から構成されている。
図3において、2つのデジタルチャネル間のチャネル変化からの遷移期間の例が説明される。この例では、ビデオ処理システム1は単一の処理経路(例えば図1に示されるモジュール2、3、4、5)しか含まないと仮定される。処理時間を消費するモジュールは、ビデオデコーダ3、ビデオエンハンサ4及びビデオディスプレイプロセッサ5である。図3において、垂直線は、入って来るデジタルビデオ信号の連続したフレーム周期の開始を示す。モジュール3、4、5の各処理ステップは、小さい水平のバーとして描かれる。全てのフレーム周期において、左のVdecによって示される一番上のバーは、ビデオデコーダ3の処理時間に対応する。中間のバーVenhは、ビデオエンハンサ4の処理時間に対応する。一番下のバーVdispは、ビデオディスプレイプロセッサ5の処理時間に対応する。特定の処理ステップのために用いられるデータパケットは、対応するバーのすぐ上の添字として描かれる。ここでは用語「データパケット」は広義に用いられる。これは、所定の大きさのビデオデータの一部(例えば1つのフィールド)に関連する。以下で示されるように、1つの処理ステップにおいて、複数のこのような部分が処理されてもよい。
ビデオデコーダ3は、受信データを処理するためにI及びPフレームに情報を記憶する。Pフレームは、Iフレームから予測される。入って来るI及びPフレームの順序は規定されていないので、図3中で「I/P」は、I又はPフレームを表す。垂直線の最上部の添字(例えばi-1)は、処理経路の入力パケットの相対的なフレーム番号(添字)を示す。垂直線の最下部の添字(例えばi-5)は、表示される画像の番号を示す。
全てのモジュール3、4、5は、(異なった)優先度を与えられている。最も高い優先度は、ビデオディスプレイプロセッサ5に与えられる。これは、新しいフレーム周期ごとに、出力画像が必要であるからである。2番目に高い優先度は、ビデオデコーダ3に与えられ、最も低い優先度は、ビデオエンハンサ4に与えられる。なぜならこれは重要性のより低い要素であるからである。
時間t=ti-1で、第1のチャネルに属するデータパケットi-1が、処理経路に入力される。この時に、画像i-6が表示され、システムは定常状態モードで機能している。この例では、ビデオデコーダ3のビデオデコーディングのために1つ、ビデオエンハンサ4のビデオエンハンスメントのために2つ、そして、ビデオディスプレイプロセッサ5のビデオディスプレイプロセスのために1つのフレーム遅延が仮定される。従って、データパケットi-1がシステムに到達したときには、ビデオディスプレイプロセッサ5はデータパケットi-5を扱っており、ビデオデコーダ3はデータパケットi-1を扱っており、ビデオエンハンサ4はデータパケットi-3を扱っており、このためフレーム周期4つ分の待ち時間が引き起こされる。
パケットi-1及びiの入力の受信の間の瞬間t=trequestで、チャネルを変える要求が発生する。このような要求は、ユーザによって操作されてチャネル選択ユニット6によって生成され、チューナ／チャネルデコーダ2に伝送される。この瞬間に、ビデオディスプレイプロセッサ5は、ディスプレイ装置13に示される画像i-5を作成する。新しいフレーム周期が開始し、ビデオディスプレイプロセッサ5はデータパケットi-4及びi-3を扱う。これらのデータパケットは、前のフレーム周期から得ることが可能であった。ビデオデコーダ3は、第2のチャネルへのチャネル変化が発生し、該ビデオデコーダ3は第2のチャネルのシーケンスヘッダを待たなければならないことを、システム制御ユニット7(又はチャネルデコーダ2)から知らされる。ビデオエンハンサ4は、入力を待つが受け取らず、従って、ブロックする。次のフレーム周期において、第2のチャネルのシーケンスヘッダが到着していないならば、ビデオディスプレイプロセッサ5は、自身の入力キューにデータを受け取らず、従って、最後の画像i-4を作成した後にブロックする。このとき、システムは、最後に作成された画像i-4を表示することによって例外処理を実行し、出力／表示は静止する。k個のフレーム周期の後、時間t=ti+kで、新しいチャネルからのシーケンスヘッダが、チューナ／チャネルデコーダ2によって受信される。このとき、新しいチャネルの第1のデータパケットjが、処理経路に入力される。この第1のデータパケットjは、j(I)によって示されるIフレームを含む。次に、ビデオデコーダ3は、Pフレームを復号するために用いられる新しいデータパケットを処理する。I及びPフレームの両方が、間のBフレームを予測するのに必要である。従って、デコーダは、連続ストリームの定常状態を達成するために、最初に復号されたIフレームを直ちに出力しない。t = ti+k+1(即ちt = tj+1(ここでj=i+k))で、ビデオデコーダ3は、新しいデータパケットj+1を出力する。ビデオエンハンサ4の新しいモードは、新しい出力を供給することができるようになる前に、更に2つのデータパケット(即ちj+2、j+3)を必要とする。データパケットj+2及びj+3を受信した後に、ビデオエンハンサ4は、ビデオディスプレイプロセッサ5のためにデータパケットj+1を作成する。ここで、ビデオディスプレイプロセッサ5は、ビデオエンハンサ4からデータパケットj+2を受信するために更に1つのフレーム周期の間待ってから、t=tj+6で最初の新しいデータ画像j+1を出力する。
上述した処理は、図3の出力品質図の破線によって示されているように、k+5のフレーム周期の間の表示された画像i-4の静止を生じる。加えて、第1のチャネルの3つのフレーム周期(即ちi-1、i-2、i-3)からのデータは、捨てられる。
本発明の第1の実施例において、前述の静止時間を減少させるために、代替の画像処理が用いられる(図4も参照されたい)。定常状態のビデオデコーダ3は、P又はBフレームを復号する際に助けになる2つのフレームをメモリに有する。従って、第1のチャネルからの次のデータパケットを待つ間、第2のチャネルに変化する前に、ビデオデコーダ3は、既に復号されていてメモリに保持されているもう1つのフレームを出力することができる。これは、ビデオエンハンサ4及びビデオディスプレイプロセッサ5があと1つのフレーム周期の間通常の処理を行うことを生じる(図4の破線のバー参照)。図4で分かるように、この処理方式は、ビデオディスプレイプロセッサ5がti+2で画像i-3を作成することが可能になるという結果を生じる一方で、従来技術では、(図3に示すように)ビデオディスプレイプロセッサ5によって作成されることができる最後の画像は、ti+1におけるi-4であった。
好適には、類似した代替処理が第2のチャネルのために用いられ、これは、t=ti+kで発生する新しいシーケンスヘッダの後に処理される。時間t=ti+kで、ビデオデコーダ3は、最初のIフレームのコピーを作ってこのコピーをビデオエンハンサ4に出力することができて、同時に、これを次のフレームで復号するためにメモリに保存することができる。このことは、ビデオエンハンサ4が時間tj+3で既に3つのデータパケットj、j+1、j+2を有するので、1つの追加のフレーム周期の規則的な処理を生じる。即ち、ビデオエンハンサ4は、図3で説明した従来技術におけるよりも1フレーム周期前に、処理を開始することができる。これは、図4のt=tj+2とt=tj+3との間の破線のバーのすぐ上の文字jによって示される。このようにして、静止時間は、再び1つのフレーム周期分減少する。図4で分かるように、合計の静止時間はこのときk+3フレーム周期に等しく、これは、図3の従来技術によるk+5フレーム周期よりも2フレーム周期少ない。
本発明の第2の実施例において、ビデオデコーダ3の処理は第1の実施例と同様に起こるが、これに加えて、ビデオエンハンサ4及びビデオディスプレイプロセッサ5内の処理が、段階的に変更される。ビデオエンハンサ4が次のフレームを出力するためには3つのデータパケットを必要とすると仮定する。この処理ステップはプログラマブル要素を含むので、これは処理の間、変更されることができる。このときビデオエンハンサ4の処理は、該ビデオエンハンサ4が2つのデータパケットしか必要とせず、しかも次のフレーム周期においては、出力を供給し続けるためには1つのデータパケットしか必要としないように、変更される。従って、ビデオエンハンサ4は、更に2つのフレーム周期の間、出力を供給する。好適には、類似した処理がビデオディスプレイプロセッサ5について用いられ、従って、更にもう1つのフレーム周期をゲインする(図5の断続線を参照)。従って、ビデオエンハンサ4は、tiとti+1との間では、データパケットI/P、i-1及びi-2を処理し、ti+1とti+2との間では、データパケットI/P及びi-1を処理し、ti+2とti+3との間では、データパケットI/Pのみを処理する。更に、ビデオディスプレイプロセッサ5は、ti+2とti+3との間では、データパケットi-1及びi-2を処理することが可能であり、ti+3とti+4との間では、データパケットI/P及びi-1を処理することが可能であり、最後に、ti+4とti+5との間ではデータパケットI/Pを処理することが可能である。これは、図4と比較すると合計で3つの処理期間のゲインである。このとき出力は、時間t=ti+5で静止する。
他の実施例においては、シーケンスヘッダがtjで受信されると直ちに、類似した代替処理が第2のチャネルの処理のために行われる。更に2つのデータパケットを待つ代わりに、ビデオエンハンサ4は、既に1つのデータパケットを扱ってより低い品質の出力を供給することができる。類似した代替処理が、ビデオディスプレイプロセッサ5において行われる。これは、時間t=tj+2で低品質の出力画像jを生じる。このとき結果の合計の静止期間はk-3のフレーム周期に等しい(図5の一番下の出力品質ラインを参照)。
更に他の実施例において、ビデオ処理システム8は、図2で示す2つの処理経路(例えば2-3-11-4-5及び9-10-11-4-5)を含む。これは、2つの異なったチャネルが同じ入力又は異なった入力から並行して受信されて処理されることができることを意味する。セレクタ11は、ビデオデコーダ3、10の出力のうちの1つを選択して、ビデオエンハンサ4にこのストリームを供給する。
ビデオデコーダ10は、ビデオデコーダ3として更にシーケンスヘッダ検出器を有する(示されない)。新しいシーケンスヘッダがt=ti+kで現れたあと、第2の処理経路は、第1の画像を作成することができるようになる前に、更に2つのフレーム周期を必要とする(図6のt=tj+2を参照)。t=tj+2までは、第1の経路2-3-11-4-5の第1のチャネルで規則的な処理が行われ、高品質の画像を生じる。その後で、第2の処理経路が引き継ぎ、図6の上向きの傾斜によって示されるように第2のチャネルの穏やかな品質増加が開始する。この傾斜は実際には階段状であるが、単純性のために傾斜が用いられることに注意されたい。
2つのチャネルが並行して処理されるので、第2のチャネルが標準の高品質の方法で処理されるまで第1のチャネルを処理して表示することによって、遷移時間は完全に回避されることができる。しかし、ユーザは、ボタンを押した後に第2のチャネルが現れる前にしばらく(例えば1秒)待たなければならない。これによって不快感が生じる可能性があり、これは、低い知覚品質と考えられることができる。従って、本発明では、たとえ初めは低品質であることを意味しても、第2のチャネルができるだけ早く示される。
提案されたシステムは、チャネル変化という場合について説明される。しかし、アルゴリズムの入力のデータの欠如を生じる可能性があり、且つ、低い品質の画像は静止画像よりは良いというようなあらゆる場合について、これらのアプローチは有効である。このような場合の例は、以下の通りである
−映画と、該映画とは異なったエンコーダによって符合化されているコマーシャルとの間の切替え。
−MPEG復号、他のビデオストリーム又は混合されたMPEG及びビデオストリームの何れかを伴う2つのデコーダ経路間の切替え。
−TiVoの類のアプリケーションは、データをローカル記憶装置から読み取ることによって、ユーザが、同じであるが時間移動がなされた放送されたチャネルのコンテンツを見ることを許可する。記憶装置のデータは、コード変換されており、従って、放送装置によって最初に符号化されたのとは異なったフォーマットで符合化されている。
本発明は好適な実施例と関連して説明されたが、当業者には、上記で概略された原理の範囲内の上記実施例の修正例が明らかであることは理解される。例えば図2及び3においては、システム制御7は1つのブロックとして描かれるが、システム制御は処理経路全体について同じでなくともよい。本発明の1つの実施例においては、ビデオディスプレイプロセッサ5は別個のシステム制御を有する別個のユニットである。
本発明は、好適な実施例に限られるものではなく、このような修正を含むことを意図される。
現状技術からのビデオ処理経路を表すブロック図を示す。 現状技術からの2つの並列のビデオ処理経路を表すブロック図を示す。 静止画像における遷移期間の間の画質を図式で示す。 記憶された画像データを利用したときの遷移期間の間の画質を図式で示す。 記憶された画像データ及び他の処理を利用したときの遷移期間の間の画質を図式で示す。 2つの処理経路を備え、第2の経路が新しい画像を配信する準備ができるまで第1の処理経路が画像を作成する装置を用いたときの遷移期間の間の画質を図式で示す。

Claims (7)

  1. 中断の前のデータパケットの第1のシーケンス及び前記中断の後のデータパケットの第2のシーケンスを受信するための受信手段と、
    データパケットの前記第1の及び第2のシーケンスをそれぞれ処理して連続した画像信号を形成するための処理手段であって、前記連続した画像信号の各々は、所定の数のデータパケットの前記第1の及び第2のシーケンスを処理することによって作成され、該処理手段は、前記中断に際し代わりの連続した画像信号を形成するように構成される処理手段と、
    を有するデジタルビデオ処理システムにおいて、
    前記処理手段は、前記中断の後の該処理手段の処理を、前記代わりの連続した画像信号を形成するために前記所定の数のデータパケットよりも少ないデータパケットを用いるように変更するように構成される、ことを特徴とするデジタルビデオ処理システム。
  2. 請求項1に記載のデジタルビデオ処理システムにおいて、前記処理手段は、連続した処理期間の間、前記代わりの連続した画像信号を形成するためにデータパケットの前記第1のシーケンスを処理するときに、段階的により少ないデータパケットを用いるように構成される、ことを特徴とするデジタルビデオ処理システム。
  3. 請求項2に記載のデジタルビデオ処理システムにおいて、前記代わりの連続した画像信号は、連続した処理期間の間、前記処理手段が処理すべきいかなる新しいデータパケットも受信しない瞬間の後は、同一である、ことを特徴とするデジタルビデオ処理システム。
  4. 請求項1に記載のデジタルビデオ処理システムにおいて、前記処理手段は、連続した処理期間の間、前記代わりの連続した画像信号を形成するためにデータパケットの前記第2のシーケンスを処理するときに、段階的により多くのデータパケットを用いるように構成される、ことを特徴とするデジタルビデオ処理システム。
  5. 請求項1に記載のデジタルビデオ処理システムにおいて、データパケットの前記第1のシーケンスを受信するための第1の受信手段及びデータパケットの前記第1のシーケンスを処理するための第1の処理手段を有する第1の処理経路と、データパケットの前記第2のシーケンスを受信するための第2の受信手段及びデータパケットの前記第2のシーケンスを処理するための第2の処理手段を有する第2の処理経路とを有することを特徴とするデジタルビデオ処理システム。
  6. 請求項5に記載のデジタルビデオ処理システムにおいて、前記第2の処理手段は、連続した処理期間の間、前記代わりの連続した画像信号を形成するためにデータパケットの前記第2のシーケンスを処理するときに、段階的により多くのデータパケットを用いるように構成され、前記第1の処理手段は、前記第2の処理手段が画像信号をデータパケットの前記第2のシーケンスから形成するまで、前記代わりの連続した画像信号を形成するために前記所定の数のデータパケットを用いて処理するように構成される、ことを特徴とするデジタルビデオ処理システム。
  7. −中断の前のデータパケットの第1のシーケンス及び前記中断の後のデータパケットの第2のシーケンスを受信するステップと、
    −データパケットの前記第1の及び第2のシーケンスを処理するステップと、
    −連続した画像信号を形成するステップであって、前記連続した画像信号の各々は、所定の数のデータパケットの前記第1の及び第2のシーケンスを処理することによって作成される、ステップと、
    −前記中断に際して代わりの連続した画像信号を形成するステップと、
    を有するビデオ処理方法において、
    前記代わりの連続した画像信号は、前記所定の数のデータパケットよりも少ないデータパケットを用いて形成される、ことを特徴とするビデオ処理方法。
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