JP2012231532A - ビデオ誤り隠蔽法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】伝送誤りの結果として失われたビデオ情報を再構築するためのシステムおよび方法は四つの側面がある:(1)ビットレートおよび/またはパケットレートを変える、(2)冗長情報をビデオビットストリームに挿入する、(3)ビデオの、ある領域の周期的な自動リフレッシュを提供する、(4)符号化された諸マクロブロックを送信のためにいくつかの多岐グループにインターリーブすることにより紛失パケットの影響を空間的に拡散させる。すると、画像再構築はこれら三つの側面を活用して伝送損失が存在するときに向上された結果を提供しうる。
【選択図】図2
Description
・ビットレートおよび/またはパケットレートを変える。
・ビデオビットストリームに補足(冗長)情報を挿入する。
・ビデオエンコーダに自動リフレッシュ機構および航跡検出を設ける。
・符号化されたマクロブロックを伝送に先立って多岐グループにインターリーブする。
これら4つの要素は効率的な誤り隠蔽および回復を容易にするためにさまざまな仕方で組み合わせることができる。さらに、これらの要素は典型的にはビデオエンコーダおよびデコーダにおいて実装されており、これらビデオエンコーダおよびデコーダはさまざまな形を取ることができ、それには専用または共用の汎用のハードウェア、ソフトウェアおよびファームウェアのさまざまな組み合わせが含まれる。さらに、さまざまな要素は、ゲートウェイ、マルチポイント制御ユニット(MCU: multipoint control unit)などといったビデオ・サーバー・デバイスとともに実装され、修正され、あるいはその他の仕方で該ビデオ・サーバー・デバイスと対話しうる。ビデオ・サーバー・デバイスも汎用または専用のハードウェア、ソフトウェアおよびファームウェアのさまざまな組み合わせから構築されうる。
〈ビットレートおよび/またはパケットレートの変更〉
伝送誤り、特に紛失パケットまたは紛失ビットによって引き起こされる伝送誤りに対処する第一のアプローチは、ビットレートおよび/またはパケットレートを下げることである。いくつかの場合には、紛失パケットの原因は部分的には、パケットの送出が所与のネットワーク要素が受信できるよりも速いことである。別のいくつかの場合には、パケットオーバーヘッドがネットワーク輻輳を悪化させていることがありうる。これらいずれの場合にも、パケットレートを下げることで誤り率を低下させうる。出力パケットレートが、特に低めのビットレートの場合には部分的にはフレームレートに依存していることに注意しておく。
〈ビデオビットストリーム中への補足的(冗長)情報の挿入〉
ここに記載される誤り訂正技術の一つの要素は、ビデオビットストリームへの冗長情報の挿入である。この冗長情報は、送信者と受信者との間でのパケット紛失の結果として何らかの情報が失われていたとしても、受信者(エンドポイントまたはゲートウェイまたはMCU)が画像を再構築できることを保証する。ビットストリーム中に挿入される冗長情報は、ビデオフレーム中の各マクロブロックがどのように符号化されたか(インターかイントラか)の「マップ」および動きベクトル場(すなわち、各インター符号化ブロックのための動きベクトル)を含む。この情報は一般にビットストリーム中に多様な仕方でエンコードされうるが、その仕方は当業者には明らかである。どのようにエンコードされようとも、この冗長情報は、受信者にとって、パケット紛失の結果として欠けているデータを以下の手順に従って再構築するために十分である。
(a)映像の左端では、
x<0ならばx=0
(b)映像の右端では、
x>0ならばx=0
(c)映像の上端では,
y>0ならばy=0
(d)映像の下端では、
y<0ならばy=0
失われたマクロブロックがイントラ符号化されたマクロブロックの場合、インターリーブ(後述)がオンになっている場合にのみマクロブロックは再構築される。しかし、失われたイントラ・マクロブロックが映像の端にある場合にはインターリーブがオンであってもなくても再構築されないことを注意しておくべきであろう。インターリーブがオンになっていなければ、欠けているマクロブロックは、何だろうと使用されているビデオエンコードアルゴリズムに従って符号化されなかったかのように扱われる。ブロックが再構築される場合には、レンダリングされる映像とデコーダ参照フレームとの両方がこの再構築ブロックを使って更新される。
〈自動リフレッシュ機構および航跡検出〉
ここに記載される誤り隠蔽技術の第二の主要な要素は、リフレッシュ機構および/または航跡検出(wake detection)アルゴリズムである。リフレッシュ機構は、パケット紛失から生じる残りのエンコーダ/デコーダ参照フレーム不一致を始末するために使用されるべきである。リフレッシュ機構は、画像中のマクロブロックを決定論的パターンに従ってイントラ符号化する。これは特に動きのある領域において、誤りの伝搬を限定する。画像中の各マクロブロックを指定されたレートで系統的にリフレッシュする限り、いかなるリフレッシュパターンを使用してもよい。一つの好適なリフレッシュ機構は遍歴(walk around)リフレッシュである。これは次のように動作する。遍歴間隔wは、イントラ符号化されたブロック間の間隔を指定する。よって、(開始ブロックsから始まって)w番目ごとのマクロブロックはイントラとして符号化される。開始ブロックsは次の映像については(l+w) mod bとしてリセットされる。ここでlはこの映像においてリフレッシュされた最後のブロック、bは当該映像中のブロック数である。(modはもちろんモジュロすなわち剰余演算である)
wを選ぶには、映像中でスキップされるブロックがないよう注意を払う必要がある。wはまた、あるフレーム中のイントラ符号化されたブロックを多岐グループにわたって均一に拡散させるよう、多岐数(後述)の倍数とすべきでないことが提案される。wがこれらの制約条件を満たすことを保証する単純な方法は、wを多岐数の因数でない素数にすることである。
〈インターリーブ/多岐グループ〉
ここに記載される誤り訂正技術の第三の要素は、インターリーブされたマクロブロック、またの名を多岐グループ(diversity group)の使用である。通常、H.263においては、マクロブロックはラスタ走査順に送られる。たとえば、CIF映像においては、0(左上)から395(右下)までの送信指数(transmission index)をもつ396個のマクロブロックがある。諸マクロブロックは、映像中で空間的に隣接している複数のブロックグループ(GOB)に編成される。マクロブロック・インターリーブが使用される場合、マクロブロック送信番号は次のように変更される:まず、各マクロブロックが、(送信指数)mod(多岐数)を取ることによって多岐グループに割り振られる(多岐数は多岐グループの数である)。多岐グループは本質的には、空間的に隣接しない諸ブロックを有するGOBである。これは、紛失パケットからの誤りを空間的に拡散させ、誤り隠蔽のためのさまざまな補間方法を許容する。エンコードのためにH.264ベースライン・プロファイルが使用される場合、FMO(flexible macroblock ordering[柔軟マクロブロック配列])が多岐グループを作成するために使用されうることを注意しておく。
DG0:
0,3,6,9,12,15,18,21,24,27,30,33,36,39,42,45,48,51,54,57,60,63,66,69,72,75,78,81,84,87,90,93,96
DG1:
1,4,7,10,13,16,19,22,25,28,31,34,37,40,43,46,49,52,55,58,61,64,67,70,73,76,79,82,85,88,91,94,97
DG2:
2,5,8,11,14,17,20,23,26,29,32,35,38,41,44,47,50,53,56,59,62,65,68,71,74,77,80,83,86,89,92,95,98
3つの多岐グループのそれぞれは別個のパケットとして送られる必要があることを注意しておくべきであろう。
ここに記載された誤り訂正アルゴリズムの要素のそれぞれは、所与の計算容量またはその他の機能枠組みの範囲内での所望の誤り訂正レベルを達成するために個々にまたは合わせて実装されうる。さらに、諸技術はハードウェア、ソフトウェアおよびファームウェアのさまざまな組み合わせにおいて実装されることができ、適宜ビデオエンコーダ、デコーダ、ゲートウェイ、MCUなどにおいて実装されることができる。たとえば、ここで記載されているシステムのある種の要素はエンコーダによる特定の動作を要求するが、そのようなストリームを受信できるデコーダが、一つまたは複数のビデオパケットの紛失に反応して、エンコーダがこれらの機能の一つまたは複数を使ってビットストリームを送信するよう要求してもよい。そのようなシステムの実装のために必要なさまざまな詳細、たとえば補足情報を搬送するために必要となる特定のビットストリーム修正やここにおいて記載された諸項目を決定するための計算アルゴリズムの構築は、本開示の恩恵を受ける当業者には明らかであり、よってここでは再現されない。
〔態様1〕
ビットストリームの一部分の紛失によって引き起こされる誤りの隠蔽を容易にするようビットストリームをデジタル的にエンコードする方法であって:
冗長情報をビデオビットストリームに挿入することを含んでおり、前記冗長情報が:(a)各ブロックがイントラ符号化またはインター符号化のどちらを使って符号化されたかを指定するマップ、および(b)インター符号化された各ブロックについての冗長な動きベクトル、のうちの少なくとも一つを含んでいることを特徴とする方法。
〔態様2〕
前記冗長情報が受信者の要求でビットストリームに挿入されることを特徴とする、態様1記載の方法。
〔態様3〕
ビデオビットストリームの各ブロックを、決定論的なパターンを使って定期的にイントラ符号化ブロックとして符号化することをさらに含むことを特徴とする、態様1記載の方法。
〔態様4〕
態様3記載の方法であって、前記決定論的なパターンが遍歴リフレッシュであることを特徴とする方法。
〔態様5〕
ビデオビットストリームのうち動き航跡中にあると判定された各ブロックを、イントラ符号化ブロックとして符号化することをさらに含むことを特徴とする、態様1記載の方法。
〔態様6〕
符号化されたマクロブロックを送信のために複数の多岐グループにインターリーブすることをさらに含んでおり、空間的に隣接するマクロブロックどうしは異なる多岐グループに割り振られることを特徴とする、態様1記載の方法。
〔態様7〕
冗長情報を複数のパケットに重畳させ、各パケットが一つまたは複数の以前のパケットに対応する冗長情報を含むようにすることをさらに含むことを特徴とする、態様1記載の方法。
〔態様8〕
複数のマクロブロックのそれぞれを複数の多岐グループうちの一つに、各多岐グループが空間的に隣接でないマクロブロックを含むように割り振ることをさらに含んでおり、前記複数の多岐グループが別個のパケットで送信されることを特徴とする、態様1記載の方法。
〔態様9〕
ビデオビットストリームをデコードする方法であって:
少なくとも一部が失われているビデオビットストリームを受信し、
少なくとも一つの失われたマクロブロックを同定し、
前記ビデオストリーム中に埋め込まれているインター・マクロブロック・マップを参照して前記失われたマクロブロックを再構築する方法を決定する、
ことを含むことを特徴とする方法。
〔態様10〕
前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがインター符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックがビデオビットストリームに埋め込まれた冗長動きベクトルを使って再構築されることを特徴とする、態様9記載の方法。
〔態様11〕
前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがインター符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックが一つまたは複数の周囲のマクロブロックから動きベクトルを推定することによって再構築されることを特徴とする、態様9記載の方法。
〔態様12〕
態様11記載の方法であって、一つまたは複数の周囲のマクロブロックから動きベクトルを推定することが、複数の近隣マクロブロックの動きベクトルのメジアンを計算することを含むことを特徴とする方法。
〔態様13〕
前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがイントラ符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックが符号化されていないマクロブロックとして再構築されることを特徴とする、態様9記載の方法。
〔態様14〕
前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがイントラ符号化されていたことを示しており、該マクロブロックが映像の端にある場合に、該マクロブロックが再構築されないことを特徴とする、態様9記載の方法。
〔態様15〕
前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがイントラ符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックが隣接マクロブロックの空間的補間によって再構築されることを特徴とする、態様9記載の方法。
〔態様16〕
ビデオビットストリームをデコードする方法であって:
少なくとも一部が失われているビデオビットストリームを受信し、
送信者が一つまたは複数の誤り訂正要素を送るよう要求することを含んでおり、
前記誤り訂正要素が、ビットレートおよび/またはパケットレートを下げる、冗長情報をビデオビットストリームに挿入する、自動リフレッシュ機構を提供する、動き航跡検出を提供する、符号化されたマクロブロックを送信に先立ち多岐グループにインターリーブする、ことからなる群から選択されることを特徴とする方法。
〔態様17〕
態様16記載の方法であって:
少なくとも一つの失われたマクロブロックを同定し、
前記ビデオストリーム中に埋め込まれているインター・マクロブロック・マップを参照して前記失われたマクロブロックを再構築する方法を決定する、
ことを含むことを特徴とする方法。
〔態様18〕
前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがインター符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックがビデオストリームに埋め込まれている冗長な動きベクトルを使って再構築されることを特徴とする、態様17記載の方法。
〔態様19〕
前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがインター符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックが一つまたは複数の周囲のマクロブロックから動きベクトルを推定することによって再構築されることを特徴とする、態様17記載の方法。
〔態様20〕
態様19記載の方法であって、一つまたは複数の周囲のマクロブロックから動きベクトルを推定することが、複数の近隣マクロブロックの動きベクトルのメジアンを計算することを含むことを特徴とする方法。
〔態様21〕
前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがイントラ符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックが符号化されていないマクロブロックとして再構築されることを特徴とする、態様17記載の方法。
〔態様22〕
前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがイントラ符号化されていたことを示しており、該マクロブロックが映像の端にある場合に、該マクロブロックが再構築されないことを特徴とする、態様17記載の方法。
〔態様23〕
前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがイントラ符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックが隣接マクロブロックの空間的補間によって再構築されることを特徴とする、態様17記載の方法。
〔態様24〕
ビットストリームの一部分の紛失によって引き起こされる誤りの隠蔽を容易にするようビデオビットストリームを送信のためにパケット化する方法であって:各パケットに単一の同期ヘッダを挿入することを含んでおり、該単一の同期ヘッダが対応するパケットの始まりと整列されることを特徴とする方法。
〔態様25〕
マルチポイント制御ユニットが、リンクを通じたビデオビットストリームの一部の紛失によって引き起こされる少なくとも一つのリンク上の誤りの隠蔽を容易にするような、マルチポイントビデオ会議を遂行する方法であって:
ビデオビットストリーム中に冗長情報を挿入し、該冗長情報が:(a)各ブロックがイントラ符号化またはインター符号化のどちらを使って符号化されたかを指定するマップ、および(b)インター符号化された各ブロックについての冗長な動きベクトル、のうちの少なくとも一つを含んでいることを特徴とする方法。
〔態様26〕
マルチポイント制御ユニットが、ビデオビットストリームの一部の紛失によって引き起こされる誤りの隠蔽を容易にするような、マルチポイントビデオ会議を遂行する方法であって:
そのような情報をサポートしないエンドポイントに送信されるビデオストリームからは冗長情報を削除することを含んでおり、前記冗長情報は前記エンドポイントや前記マルチポイント制御ユニット以外のデバイスによってビデオビットストリーム中に入れられており、前記冗長情報が:(a)各ブロックがイントラ符号化またはインター符号化のどちらを使って符号化されたかを指定するマップ、および(b)インター符号化された各ブロックについての冗長な動きベクトル、のうちの少なくとも一つを含んでいることを特徴とする方法。
Claims (24)
- ビデオビットストリームの一部分の紛失によって引き起こされる誤りの隠蔽を容易にするようビデオビットストリームをデジタル的にエンコードする方法であって:
冗長情報をビデオビットストリームに挿入することを含んでおり、前記冗長情報が:(a)各ブロックがイントラ符号化またはインター符号化のどちらを使って符号化されたかを指定するマップ、および(b)インター符号化された各ブロックについての冗長な動きベクトル、のうちの少なくとも一つを含んでおり、前記冗長な動きベクトルは動きベクトルの一つまたは複数の冗長なコピーであり、前記ビデオビットストリームの各パケットについての冗長情報が複数のパケットに繰り返して含められ、各パケットはnを自然数としてその直前のn個のパケットについての情報を含み、
前記冗長情報が受信者の要求でビットストリームに挿入される、
方法。 - 前記冗長情報がMCUによってビットストリームに挿入されることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- ビデオビットストリームの各ブロックを、決定論的なパターンを使って定期的にイントラ符号化ブロックとして符号化することをさらに含むことを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 請求項3記載の方法であって、前記決定論的なパターンが遍歴リフレッシュであることを特徴とする方法。
- ビデオビットストリームのうち動き航跡中にあると判定された各ブロックを、イントラ符号化ブロックとして符号化することをさらに含むことを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 符号化されたマクロブロックを送信のために複数の多岐グループにインターリーブすることをさらに含んでおり、空間的に隣接するマクロブロックどうしは異なる多岐グループに割り振られることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- 前記複数の多岐グループが別個のパケットで送信されることを特徴とする、請求項1記載の方法。
- ビデオビットストリームをデコードする方法であって:
少なくとも一部が失われているビデオビットストリームを受信し、ここで、前記ビットストリームは冗長情報を含んでおり、前記冗長情報は:(a)各ブロックがイントラ符号化またはインター符号化のどちらを使って符号化されたかを指定するインター・マクロブロック・マップ、および(b)インター符号化された各ブロックについての冗長な動きベクトル、のうちの少なくとも一つを含んでおり、前記冗長な動きベクトルは動きベクトルの一つまたは複数の冗長なコピーであり、前記ビデオビットストリームの各パケットについての冗長情報が複数のパケットに繰り返して含められ、各パケットはnを自然数としてその直前のn個のパケットについての情報を含み、
少なくとも一つの失われたマクロブロックを同定し、
受信者の要求でMCUによって前記ビデオストリーム中に埋め込まれているインター・マクロブロック・マップを参照して前記失われたマクロブロックを再構築する方法を決定する、
ことを含むことを特徴とする方法。 - 前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがインター符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックが、受信者の要求でMCUによってビデオビットストリームに埋め込まれた冗長動きベクトルを使って再構築されることを特徴とする、請求項8記載の方法。
- 前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがインター符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックが一つまたは複数の周囲のマクロブロックから動きベクトルを推定することによって再構築されることを特徴とする、請求項8記載の方法。
- 請求項10記載の方法であって、一つまたは複数の周囲のマクロブロックから動きベクトルを推定することが、複数の近隣マクロブロックの動きベクトルのメジアンを計算することを含むことを特徴とする方法。
- 前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがイントラ符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックが符号化されていないマクロブロックとして再構築されることを特徴とする、請求項8記載の方法。
- 前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがイントラ符号化されていたことを示しており、該マクロブロックが映像の端にある場合に、該マクロブロックが再構築されないことを特徴とする、請求項8記載の方法。
- 前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがイントラ符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックが隣接マクロブロックの空間的補間によって再構築されることを特徴とする、請求項8記載の方法。
- ビデオビットストリームをデコードする方法であって:
少なくとも一部が失われているビデオビットストリームを受信し、
送信者が前記ビデオビットストリーム中に冗長情報を挿入するよう要求することを含んでおり、前記冗長情報は:(a)各ブロックがイントラ符号化またはインター符号化のどちらを使って符号化されたかを指定するインター・マクロブロック・マップ、および(b)インター符号化された各ブロックについての冗長な動きベクトル、のうちの少なくとも一つを含み、前記冗長な動きベクトルは動きベクトルの一つまたは複数の冗長なコピーであり、前記ビデオビットストリームの各パケットについての冗長情報が複数のパケットに繰り返して含められ、各パケットはnを自然数としてその直前のn個のパケットについての情報を含む、
方法。 - 請求項15記載の方法であって:
少なくとも一つの失われたマクロブロックを同定し、
前記ビデオストリーム中に埋め込まれているインター・マクロブロック・マップを参照して前記失われたマクロブロックを再構築する方法を決定する、
ことを含むことを特徴とする方法。 - 前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがインター符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックがビデオストリームに埋め込まれている冗長な動きベクトルを使って再構築されることを特徴とする、請求項16記載の方法。
- 前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがインター符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックが一つまたは複数の周囲のマクロブロックから動きベクトルを推定することによって再構築されることを特徴とする、請求項16記載の方法。
- 請求項18記載の方法であって、一つまたは複数の周囲のマクロブロックから動きベクトルを推定することが、複数の近隣マクロブロックの動きベクトルのメジアンを計算することを含むことを特徴とする方法。
- 前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがイントラ符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックが符号化されていないマクロブロックとして再構築されることを特徴とする、請求項16記載の方法。
- 前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがイントラ符号化されていたことを示しており、該マクロブロックが映像の端にある場合に、該マクロブロックが再構築されないことを特徴とする、請求項16記載の方法。
- 前記インター・マクロブロック・マップが失われたマクロブロックがイントラ符号化されていたことを示している場合に、失われたマクロブロックが隣接マクロブロックの空間的補間によって再構築されることを特徴とする、請求項16記載の方法。
- 請求項1記載の方法であって:各パケットに単一の同期ヘッダを挿入することをさらに含んでおり、該単一の同期ヘッダが対応するパケットの始まりと整列されることを特徴とする方法。
- マルチポイント制御ユニットが、リンクを通じたビデオビットストリームの一部の紛失によって引き起こされる少なくとも一つのリンク上の誤りの隠蔽を容易にするような、マルチポイントビデオ会議を遂行する方法であって:
ビデオビットストリーム中に冗長情報を挿入し、該冗長情報が:(a)各ブロックがイントラ符号化またはインター符号化のどちらを使って符号化されたかを指定するマップ、および(b)インター符号化された各ブロックについての冗長な動きベクトル、のうちの少なくとも一つを含んでおり、前記冗長な動きベクトルは動きベクトルの一つまたは複数の冗長なコピーであり、前記ビデオビットストリームの各パケットについての冗長情報が複数のパケットに繰り返して含められ、各パケットはnを自然数としてその直前のn個のパケットについての情報を含む、ことを特徴とする方法。
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