JP2006074318A - ディジタル画像伝送装置、ディジタル画像伝送方法、及びディジタル画像伝送プログラム - Google Patents

ディジタル画像伝送装置、ディジタル画像伝送方法、及びディジタル画像伝送プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】ディジタル画像伝送をする際に、伝送中パケットのエラーや欠落が発生した場合の異常なデコード画像を出力しないようにする。
【解決手段】送信側で、無線区間の伝送パケットの連続性を示す識別番号と、伝送誤り検出符号を付加し、受信側では伝送誤りを検出しない伝送パケットのなかで連続性が確認できたパケットについて画像デコードと映像出力を行い、それ以外の場合、次に見つけるフレーム内符号化した画像の先頭を検出するまで映像出力を停止する。
【選択図】図1

Description

本発明は、遠隔監視カメラなどの映像を伝送する、ディジタル画像伝送装置、方法、及びプログラムに関する。
従来のディジタル画像伝送装置には、特開2003−116136号に記載されたものがある。動画像のフレームを、ブロックに分割して符号化したデータを受信する際に、フレーム内で画像のエラーコンシールメント処理を行った動画像符号化データのブロック数をカウントし、カウント数が所定の閾値を上回った場合には復号化データの一時記憶用フレームメモリへの出力を停止して更新されない静止画像を出力し、カウント数が所定の閾値を下回った場合にはフレームメモリへの出力を再開して動画像を出力するものである。
特開2003−116136号公報(第4−5頁、図1)
しかしながら、従来のディジタル画像伝送装置は、以下に述べる理由から、監視カメラ映像のリアルタイム伝送をする映像監視用途に適さない。すなわち、動画像符号化データのブロックにエラーが多く連続する場合に、フレームメモリへの出力が停止し更新されない過去の画像が静止画として連続して出力されるので、伝送遅延を考慮したとしても、リアルタイムに撮像している画像と受信側で出力している画像が異なることとなり、リアルタイム映像監視を目的とする映像伝送には使用できないという問題があった。さらに、エラーコンシールメント処理は、厳密な意味ではカメラで撮像された画像と異なる画像を生成するものであるので、その生成方法によっては監視映像の証拠能力が低下するという問題があった。
上記問題を解決するために本発明は、送信側で伝送順序が識別可能な符号を付加し、受信側で伝送エラーおよび欠落を検出し、伝送エラーまたは欠落が発生した場合に映像出力を停止し、リアルタイム映像監視として好ましい映像だけを出力するものである。
本発明の請求項1に記載の発明は、画像から構成される映像に対し、前記画像を画像内相関と画像間相関を利用して符号化され、符号化した画像を分割され、分割した画像の伝送順序を表す順序符号と分割した画像とを含むように生成されたパケットを受信し、パケットを復号化した画像から映像を再生し出力するディジタル画像伝送装置において、連続して受信した2つ以上の前記パケットに含まれる前記順序符号から、前記パケットの送信側における前記パケットの伝送順序から外れた順序符号系列であることを検出する手段と、前記受信したパケットから、画像内相関を利用し画像間相関を利用しないで符号化された画像符号の先頭を探索する手段とを備え、n番目のパケット(nは自然数)において前記伝送順序から外れた前記符号系列を検出したあと、n+1番目の前記パケット以降で前記先頭が探索されるまでの期間に、前記受信したn番目のパケット以降に対応する映像の出力が停止されることを特徴とするものであり、伝送エラーまたは欠落のあるパケット位置から、再生した映像の出力を停止させるという効果を有する。
本発明の請求項2に記載の発明は、前記停止後に、n+1番目の前記パケット以降で再び前記先頭を検出したときから、前記先頭を含むパケット以降を復号化した画像から再生された前記映像の出力が再開されることを特徴とするものであり、伝送エラー発生後に伝
送エラーのない画像から出力を再開するという効果を有する。
本発明の請求項3に記載の発明は、前記停止中に、前記受信したパケットを復号化した画像から再生された前記映像の出力に代えて、代替の映像が出力されるものであり、伝送された映像の出力停止中に代わりとなる映像を出力するという効果を有する。
本発明の請求項4に記載の発明は、前記伝送順序から外れた前記符号系列の検出に使用するパケットとして、前記パケットに送信側で付加された誤り検出符号の中から、受信側において前記誤り検出符号に誤りが検出されなかったパケットのみを使用するものであり、正しく伝送されたパケットだけから再生された映像を出力するという効果を有する。
本発明の請求項5に記載の発明は、画像から構成される映像に対し、送信されたパケットは送信側のパケット伝送順序どおりに受信されたパケットから成る画像が復号化され伝送順序から外れたパケットをもとに再生される映像の出力が停止されるよう使用されるディジタル画像伝送装置において、画像が画像内相関と画像間相関を利用して符号化され、分割された前記画像について、その伝送順序を示す順序符号を生成する手段と、前記順序符号を含む前記パケットを生成する手段を備え、符号化した画像がパケットとして送信されるものであり、前記順序符号は、前記送信から前記受信がなされる間に欠落または誤りを検出すべき数の連続した前記パケット相互間ですべて異なることを特徴とするものであり、伝送エラーまたは欠落のあるパケットを受信側において検出するための情報を付加するという効果を有する。
本発明の請求項6に記載の発明は、請求項1ないし4に記載の受信機能を有するディジタル画像伝送装置と、請求項5に記載の送信機能を有するディジタル画像伝送装置を備えたものであり、映像を送受信し、伝送エラーまたは欠落のあるパケット位置から、再生した映像の出力を停止させるという効果を有する。
本発明の請求項7に記載の発明は、前記順序符号は、サイクリックな数値または記号列であり、前記数値または記号列が最初の値に戻るまでの時間間隔が、前記画像における、画像内相関を利用し画像間相関を利用しないで符号化された画像符号同士の時間間隔以上であるものであり、前記の時間間隔によって定まるパケット数以下の、伝送エラーおよび欠落のあるパケットを、的確に検出するという効果を有する。
本発明の請求項8に記載の発明は、画像から構成される映像に対し、前記画像を画像内相関と画像間相関を利用して符号化され、符号化された画像を分割し、分割した画像の伝送順序を表す順序符号と分割した画像とを含むように生成されたパケットを受信し、パケットを復号化した画像から映像を再生し出力するディジタル画像伝送方法であって、連続して受信した2つ以上の前記パケットに含まれる前記順序符号から、前記パケットの送信側における前記パケットの伝送順序から外れた順序符号系列であることの検出と、前記受信したパケットから、画像内相関を利用し画像間相関を利用しないで符号化された画像符号の先頭の探索をするステップと、n番目のパケット(nは自然数)において前記伝送順序から外れた前記符号系列を検出するステップと、n+1番目の前記パケット以降で前記先頭が探索されるまでの期間に、前記受信したn番目のパケット以降に対応する映像の出力を停止するステップを有するものであり、伝送エラーまたは欠落のあるパケット位置から、再生した映像の出力を停止させるという効果を有する。
本発明の請求項9に記載の発明は、前記停止後に、n+1番目の前記パケット以降で再び前記先頭を検出したときから、前記先頭を含むパケット以降を復号化した画像から再生された前記映像の出力が再開されるステップを有するものであり、伝送エラー発生後に伝送エラーのない画像から出力を再開するという効果を有する。
本発明の請求項10に記載の発明は、前記停止中に、前記受信したパケットを復号化した画像から再生された前記映像の出力に代えて、代替の映像を出力するステップを有するものであり、伝送された映像の出力停止中に代わりとなる映像を出力するという効果を有する。
本発明の請求項11に記載の発明は、画像から構成される映像に対し、画像を画像内相関と画像間相関を利用して符号化し、符号化した画像をパケットとして送信し、送信されたパケットは送信側のパケット伝送順序どおりに受信されたパケットから成る画像が復号化され伝送順序から外れたパケットをもとに再生される映像の出力が停止されるよう使用されるディジタル画像伝送方法であって、分割された前記画像について、その伝送順序を示す順序符号を生成するステップと、前記順序符号を含む前記パケットを生成するステップを有し、前記順序符号は、前記送信から前記受信がなされる間に欠落または誤りを検出すべき数の連続した前記パケット相互間ですべて異なることを特徴とするものであり、伝送エラーまたは欠落のあるパケットを受信側において検出するための情報を付加するという効果を有する。
本発明の請求項12に記載の発明は、前記順序符号は、サイクリックな数値または記号列であり、前記数値または記号列が最初の値に戻るまでの時間間隔が、前記画像における、画像内相関を利用し画像間相関を利用しないで符号化された画像符号同士の時間間隔以上であるものであり、過去に発生したエラーに依存せず復号化が可能な画像より、映像出力を再開するという効果を有する。
本発明の請求項13に記載の発明は、請求項8ないし12に記載のディジタル画像伝送方法をコンピュータ上で実行するためのプログラムであり、伝送エラーまたは欠落のあるパケット位置から、再生した映像の出力を停止させるという効果を有する。
本発明により、伝送エラーまたは欠落が発生した場合に映像出力を停止し、リアルタイム映像監視に好ましい映像だけが出力できるという効果を有する、優れたディジタル画像伝送装置が得られる。無線などの伝送データエラーレートが比較的大きい伝送路を使用する場合には、さらに有効である。加えて、エラーコンシールメントなどの、カメラで撮像された画像の加工を一切行わないため、監視映像の証拠能力を損なわないという効果を有する。
以下、本発明の実施の形態について、図1、図2を用いて説明する。図1に、本願発明の実施の形態であるディジタル画像伝送装置のブロック図を示す。図1において、1は映像入力部であり、伝送対象となる映像信号を入力する。2は画像符号器であり、H.263によるフレーム内およびフレーム間画像符号化を行い、画像ストリームを生成する。3はペイロード生成部であり、伝送パケットのうち画像伝送に関わるデータの組み立てたペイロードを生成する。4はPSN生成部であり、伝送中に受信側まで到達しないパケットがあったことを検出するためのパケット順序番号を生成する。5はCRC算出部であり、伝送パケットのデータエラー検出を検出するための誤り検出符号を計算する。6はパケット組立部であり、伝送のための制御情報と誤り検出符号をペイロードに付加した伝送パケットを組み立てる。7は無線送信部であり、送信手順制御、変調、無線送信を行う。
9は無線受信部であり、無線受信、復調、受信手順制御を行う。10はCRC検査部であり、受信した伝送パケットの誤り検出符号の検査を行う。11はパケットフィルタAであり、誤り検出符号エラーを検出しなかった伝送パケットから、ペイロードを抽出する。
12はPSN検査部であり、最後に受信した伝送パケットのペイロードのPSNの値を保持し、パケットフィルタAを通過して得たペイロードに対してパケット順序番号の連続性の検査を行う。13はパケットフィルタBであり、パケット順序番号の生成規則に則った順序で到着した伝送パケット列のみを通過させる機能と、また全伝送パケットを通過させる機能と、両機能を外部信号により切り換える機能を備える。14は画像復号器であり、H.263による画像復号化を行う。15はハント信号トリガ部であり、H.263で符号化された画像ストリームから、フレーム内符号化された画像フレームの先頭を検出する指示を出力する。16は映像出力部であり、復号化された画像を映像信号として出力する。17は画像符号化と送信に関わる機能を備える画像送信部、18は受信と画像復号化に関わる機能を備える画像受信部である。また、8として本装置の外側に、伝送パケットが伝送されるパスである無線伝送路がある。
つぎに、本願発明の実施の形態であるディジタル画像伝送装置の動作を説明する。図1において、まず画像送信部17の動作を説明する。映像入力部1は外部インターフェースとなり映像信号を外部から入力し画像のベースバンド画像信号を画像符号器2へ送る。画像符号器2は、H.263のフレーム内符号化およびフレーム間符号化を行う。画像符号器2から出力される画像ストリームは、ペイロード生成部3に渡り、ペイロード生成部3は画像ストリームを、伝送パケットを構成する画像データの伝送単位に分割する。
PSN発生部4では、伝送単位ごと、伝送単位の伝送順序を示す順序記号PSN(Packet Sequence Number)を生成する。ここでPSNは、次の規則で生成した数値とする。
(1)初期値
画像送信部17の電源投入、ハードウェアリセット、画像符号器2によるフレーム内符号化の開始、のいずれかのイベントによって値0(ゼロ)にする。
(2)更新
伝送単位毎に、1を、正の整数Nを法として加算する。
ここで、伝送エラーを保護すべき最大長を、フレーム内符号化されたフレーム間の最大間隔までとし、画像ストリームの最大伝送レートをR[bit/s]、フレーム内符号化されたフレーム間の最大時間間隔をT[s]、伝送パケットのビット長をL[バイト]として、
N ≧ R ×T/L/8
となるNを選定する。
R=4Mbit/s、T=1s、L=2048バイトとすると、
N ≧ 256
(1Mbit=1024×1024ビット)
であり、たとえばN=256を選定する。このとき生成されるPSNの系列は、その生成順序に書き下すと、
0,1,2,3,...,254,255,0,1,2,3,...
である。
ペイロード生成部3は、PSN生成部4が生成したPSNを、伝送単位に分割した画像ストリームの末尾に図2に示すように連接させた、ペイロードを組み立てる。さらに、パケット組立部6は、伝送制御のための伝送パケット識別する符号、伝送パケットの境界を示す符号、伝送経路情報などからなるヘッダHDR、トレイラTRRをペイロードに付加する、CRC算出部5は、ペイロード、ヘッダHDR、トレイラTRRを連接したデータに対して誤り検出符号CRC(Cyclic Redundancy Check Code)を生成し、伝送パケットのCRCフィールドへ書き込む。
ここでCRCの算出には、16ビットCRCの生成多項式CRC−CCITT
G(x)=x16+x12+x5+1
を用いる。結果として図2に示すフォーマットの伝送パケットが得られる。
無線送信部7は、伝送パケットをPSNの系列の順で無線伝送路8へ伝送する。
つぎに、図3を説明に加え、画像受信部18の動作を説明する。無線受信部9は、伝送パケットを受信する。伝送パケットは、CRC検査部10はペイロード、ヘッダHDR、トレイラTRRの誤り検出符号を送信側のCRC算出部5の演算と同一の生成多項式によって算出し、算出した値を伝送パケットのCRCフィールドの値と比較し、比較結果をパケットフィルタA11へ通知する。比較結果が一致の場合には、パケットフィルタA11は、伝送パケットからペイロードを切り出し、ペイロードのみを通過させる。また、比較結果が不一致の場合には、パケットフィルタA11は、当該伝送パケットを破棄する(31)。
PSN検査部12は、保持している最後に受信した伝送パケットのPSNの値を次のように設定する。
(1)初期値
画像受信部18の電源投入、ハードウェアリセット、ハント信号トリガ部15によりフレーム内符号化フレーム先頭を検出、のいずれかのイベントによって値0(ゼロ)にする。
(2)更新
保持しているPSNの値を、パケットフィルタA11を通過した伝送パケットが得られるごとに、その伝送パケットのPSNの値に更新する。
PSN検査部12は、保持している最後に受信した伝送パケットのPSNの値に Nを法として1を加算した値を算出する。
さらにPSN検査部12は、算出した値が今回受信した伝送パケットのペイロードのPSNの値と一致するか否かを検査し、検査結果をパケットフィルタB13とハント信号検出部15へ出力する。一致の場合、パケットフィルタB13は、ペイロードを通過させる。不一致の場合、パケットフィルタB13は当該ペイロードを破棄する(32)。パケットフィルタB13は、破棄されることなく残ったペイロードから、PSNフィールドを除去した画像データ部分を切り出し、画像ストリームとして画像復号器14へ出力する。
ここまでの処理によって、誤り検出符号の検出能力範囲でエラーの認められない伝送パケットで、かつ、画像符号器が生成した順序で途中の抜けのない伝送パケットだけが画像ストリームが得られる。
画像復号器14は、画像ストリームを復号化してベースバンド画像信号を再生し、映像出力部16はベースバンド画像信号を映像信号へ変換する。一方、PSN検査部12の検査結果が不一致となった場合には、ハント信号トリガ部15は、画像復号器14に対し、画像ストリームの中から次に到着するフレーム内符号化がされたフレームの先頭を探索する内部状態であるハントモードへ移行を指示するハントトリガ信号を、画像復号器14へ出力する(33)。
画像復号器は、ハントトリガ信号を受信すると、復号化動作を停止させ、画像ストリームの中からフレーム内符号化がされたフレーム先頭の検出を開始する(34)。同時に、ハント信号トリガ部15は、映像出力部16へベースバンド画像信号を映像信号として出力する動作の停止を指示する(35)とともに、画像復号器14が使用する全ペイロードの通過をパケットフィルタB13へ指示する。画像復号器14が、フレーム内符号化がさ
れたフレームの先頭を検出すると、画像復号器14は、復号化モードへ内部状態を移行させ(36)、フレーム内符号化されたフレーム先頭から復号化を再開し、映像出力部16にベースバンド画像信号の映像出力を再開させ、PSN検査部にPSNの値の初期値を設定する(37)。
上記実施の形態において、映像出力部16は、ハンドトリガ信号が入力されたとき画像復号器14の出力停止に代えて、全面が青色などの固定の映像信号を出力するよう構成しても、同様に実施できる。
また、PSN検査12は3つ以上の連続する伝送パケットのペイロードについて、PSNの連続性を検査するように構成しても、同様に実施できる。
また、符号化方式はMPEG−2,MPEG−4、H.264など他の符号化方式としても同様に実施できる。
PSNは上述の伝送エラーを保護すべき最大長の範囲で、一意の数値ないし記号であるように構成しても、同様に実施できる。
以上のように本発明に記載のディジタル画像伝送装置、ディジタル画像伝送方法、及びディジタル画像伝送プログラムは、伝送エラーまたは欠落が発生した場合に映像出力を停止し、リアルタイム映像伝送に好ましい映像だけが出力できるという効果を有する。
さらに、エラーコンシールメントなどの、カメラで撮像された画像の加工を一切行わないため、監視映像の証拠能力を損なわないという効果を有し、遠隔監視カメラなどの映像などを伝送する、画像伝送システム等として有用である。無線などの伝送データエラーレートが比較的大きい伝送路を使用する画像伝送システムには、より有用である。
本発明のディジタル画像伝送装置のブロック図 本発明のディジタル画像伝送装置のパケットのフォーマットを示す図 本発明のディジタル画像伝送装置の動作タイミング図
符号の説明
1 映像入力部
2 画像符号器
3 ペイロード生成部
4 PSN生成部
5 CRC算出部
6 パケット組立部
7 無線送信部
8 無線伝送路
9 無線受信部
10 CRC検査部
11 パケットフィルタA
12 PSN検査部
13 パケットフィルタB
14 画像復号器
15 ハント信号トリガ部
16 映像出力部
17 画像送信部
18 画像受信部
21 ヘッダ
22 分割した画像ストリーム
23 順序記号
24 誤り検出符号
25 トレイラ

Claims (13)

  1. 画像から構成される映像に対し、前記画像を画像内相関と画像間相関を利用して符号化され、符号化した画像を分割され、分割した画像の伝送順序を表す順序符号と分割した画像とを含むように生成されたパケットを受信し、パケットを復号化した画像から映像を再生し出力するディジタル画像伝送装置において、
    連続して受信した2つ以上の前記パケットに含まれる前記順序符号から、前記パケットの送信側における前記パケットの伝送順序から外れた順序符号系列であることを検出する手段と、
    前記受信したパケットから、画像内相関を利用し画像間相関を利用しないで符号化された画像符号の先頭を探索する手段と
    を備え、
    n番目のパケット(nは自然数)において前記伝送順序から外れた前記符号系列を検出したあと、n+1番目の前記パケット以降で前記先頭が探索されるまでの期間に、前記受信したn番目のパケット以降に対応する映像の出力が停止されることを特徴とする、ディジタル画像伝送装置。
  2. 前記停止後に、n+1番目の前記パケット以降で再び前記先頭を検出したときから、前記先頭を含むパケット以降を復号化した画像から再生された前記映像の出力が再開されることを特徴とする、請求項1に記載のディジタル画像伝送装置。
  3. 前記停止中に、前記受信したパケットを復号化した画像から再生された前記映像の出力に代えて、代替の映像が出力される、請求項1ないし2に記載のディジタル画像伝送装置。
  4. 前記伝送順序から外れた前記符号系列の検出に使用するパケットとして、前記パケットに送信側で付加された誤り検出符号の中から、受信側において前記誤り検出符号に誤りが検出されなかったパケットのみを使用する、請求項1ないし3に記載のディジタル画像伝送装置。
  5. 画像から構成される映像に対し、送信されたパケットは送信側のパケット伝送順序どおりに受信されたパケットから成る画像が復号化され伝送順序から外れたパケットをもとに再生される映像の出力が停止されるよう使用されるディジタル画像伝送装置において、
    画像が画像内相関と画像間相関を利用して符号化され、分割された前記画像について、その伝送順序を示す順序符号を生成する手段と、
    前記順序符号を含む前記パケットを生成する手段を備え、
    符号化した画像がパケットとして送信されるものであり、
    前記順序符号は、前記送信から前記受信がなされる間に欠落または誤りを検出すべき数の連続した前記パケット相互間ですべて異なること
    を特徴とするディジタル画像伝送装置。
  6. 請求項1ないし4に記載の受信機能を有するディジタル画像伝送装置と、
    請求項5に記載の送信機能を有するディジタル画像伝送装置
    を備えたディジタル画像伝送装置。
  7. 前記順序符号は、サイクリックな数値または記号列であり、前記数値または記号列が最初の値に戻るまでの時間間隔が、前記画像における、画像内相関を利用し画像間相関を利用しないで符号化された画像符号同士の時間間隔以上である、請求項1ないし6に記載のディジタル画像伝送装置。
  8. 画像から構成される映像に対し、前記画像を画像内相関と画像間相関を利用して符号化され、符号化した画像を分割され、分割した画像の伝送順序を表す順序符号と分割した画像とを含むように生成されたパケットを受信し、パケットを復号化した画像から映像を再生し出力するディジタル画像伝送方法であって、
    連続して受信した2つ以上の前記パケットに含まれる前記順序符号から、前記パケットの送信側における前記パケットの伝送順序から外れた順序符号系列であることの検出と、前記受信したパケットから、画像内相関を利用し画像間相関を利用しないで符号化された画像符号の先頭の探索をするステップと、
    n番目のパケット(nは自然数)において前記伝送順序から外れた前記符号系列を検出するステップと、
    n+1番目の前記パケット以降で前記先頭が探索されるまでの期間に、前記受信したn番目のパケット以降に対応する映像の出力を停止するステップを
    有する、ディジタル画像伝送方法。
  9. 前記停止後に、n+1番目の前記パケット以降で再び前記先頭を検出したときから、前記先頭を含むパケット以降を復号化した画像から再生された前記映像の出力が再開されるステップを有する、請求項8に記載のディジタル画像伝送方法。
  10. 前記停止中に、前記受信したパケットを復号化した画像から再生された前記映像の出力に代えて、代替の映像を出力するステップを有する、請求項8ないし9に記載のディジタル画像伝送方法。
  11. 画像から構成される映像に対し、画像を画像内相関と画像間相関を利用して符号化し、符号化した画像をパケットとして送信し、送信されたパケットは送信側のパケット伝送順序どおりに受信されたパケットから成る画像が復号化され伝送順序から外れたパケットをもとに再生される映像の出力が停止されるよう使用されるディジタル画像伝送方法であって、
    分割された前記画像について、その伝送順序を示す順序符号を生成するステップと、
    前記順序符号を含む前記パケットを生成するステップ
    を有し、
    前記順序符号は、前記送信から前記受信がなされる間に欠落または誤りを検出すべき数の連続した前記パケット相互間ですべて異なること
    を特徴とするディジタル画像伝送方法。
  12. 前記順序符号は、サイクリックな数値または記号列であり、前記数値または記号列が最初の値に戻るまでの時間間隔が、前記画像における、画像内相関を利用し画像間相関を利用しないで符号化された画像符号同士の時間間隔以上である、請求項8ないし11に記載のディジタル画像伝送方法。
  13. 請求項8ないし12に記載のディジタル画像伝送方法をコンピュータ上で実行するためのディジタル画像伝送プログラム。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7688726B2 (en) 2007-10-30 2010-03-30 Kabushiki Kaisha Toshiba Broadcast reception apparatus, TS packet reproduction apparatus, broadcast reception method and program

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