JP2833950B2 - 動画像符号伝送方式 - Google Patents

動画像符号伝送方式

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、動画像の圧縮符号化方
式に関し、特に、圧縮符号の伝送方式に関する。
【0002】
【従来の技術】動画像圧縮符号化技術は、動画像信号の
高い時間相関,空間相関を利用して膨大な情報量を大幅
に圧縮する技術である。この動画像符号化技術は幾つも
の要素技術から成り立っている。
【0003】フレーム間予測符号化技術は、動画像信号
の時間方向の相関を利用する技術であり、フレーム間予
測符号化方式は、符号化処理済の先行フレームから現フ
レームの予測を行い、予測誤差信号を伝送する方式であ
る。このフレーム間予測符号化方式を改良した動き補償
フレーム間予測符号化方式や、フレーム間予測をフィー
ルド間に置き換えたフィールド間予測符号化方式や、更
にフレーム間予測符号化方式や、動き補償フレーム間予
測符号化方式や、フィールド間予測符号化方式や、時間
方向の予測を行わずフレームやフィールド内での処理を
行うフレーム内符号化方式やフィールド内符号化方式等
の複数の符号化方式を適応的に切り替える適応予測符号
化方式がある。これらの符号化方式のうち、適応予測符
号化方式は高い符号化効率をあげることが知られてい
る。
【0004】変換符号化技術は、複数の信号を線形変換
することで情報量を圧縮する技術であり、適応予測符号
化方式に対しては、予測誤差信号に対して空間方向(水
平,垂直方向)に適用されるのが普通である。この変換
によって、画像信号の空間方向の冗長性が顕現する。変
換符号化方式にも、前述の適応予測符号化方式と同様
に、フレームでの変換符号化や、フィールドでの変換符
号化や、水平方向だけの変換符号化など複数の変換方式
を適応的に切り替える適応変換符号化方式がある。
【0005】可変長符号化技術は、信号レベルの確率分
布の偏りを用いて情報量を圧縮する技術である。
【0006】一般に用いられている動画像圧縮符号化技
術は、フレーム間予測符号化技術で動画像信号を適応予
測で用いた予測方式,動きベクトル,予測誤差信号に
し、変換符号化技術で予測誤差信号を適応変換に用いた
変換方式と変換係数に変え、可変長符号化技術で予測方
式,動きベクトル,変換方式,変換係数を可変長符号に
することで、非常に高い圧縮率を実現している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】一般の伝送路は、伝送
路符号化のエラー訂正によりエラーの起きない伝送路と
みなせるが、ATMでのセルロスのように、伝送エラー
を訂正できない伝送路も存在する。このような伝送路で
動画像符号列を伝送する場合、いくつかの問題が発生す
る。
【0008】第一の問題は、伝送エラーを起こした場
合、その符号以降は復号できないことである。一般に可
変長符号化では、伝送エラー対策のために再同期符号を
ある間隔で挿入している。再同期符号は、他の可変長符
号のいかなる組み合わせとも一致しないビットパターン
となっており、伝送エラーにより復号が不可能になった
場合でも、再同期符号は検出できるようになっている。
これにより、次の再同期符号からは復号が可能になる。
図4にその状況を示す。図4では、ブロック#2の途中
で伝送エラーが発生し、それ以降のブロック#3,#4
は復号できないが、再同期符号以降のブロック#5は復
号できる。
【0009】第二の問題は、フレーム間予測符号化技術
を用いているために、伝送エラーによって失われたブロ
ックが発生したノイズが、時間空間方向に拡がることで
ある。フレーム内符号化を用いたリフレッシュにより、
ノイズの拡がりはある程度抑制されているが、最大だと
リフレッシュ周期分もの時間、ノイズが空間方向に拡が
りながら残ることになる。通常、ノイズを小さくするた
めに、伝送エラーによって失われたブロックを、画像空
間での近傍ブロックの情報から適当に補間するコンシー
ルメント処理が施される。例えば、簡単なコンシールメ
ント処理では、失われたブロックに隣接する8近傍ブロ
ックから、最も多く使われている予測方式と動きベクト
ルを求め、失われたブロックを補間する。コンシールメ
ント処理が成功した場合には、伝送エラーはほとんど検
知されないが、失敗した場合、大きな歪を発生し、大き
な視覚的妨害となる。
【0010】伝送エラーが避けられないATM用の符号
化方式の多くは、ATMの優先セル/非優先セルの機能
を用い、失われた場合に大きな視覚的妨害となる重要度
の高い符号を優先セルで伝送することで、伝送エラーの
問題を解決している。しかし、この方式はATM交換機
が優先セル/非優先セルの機能をサポートしていること
を前提としており、サポートしていなければ、伝送エラ
ーの問題は依然残されたままである。また、優先セル/
非優先セルの機能はATM交換機のコストを増加させる
ことになり、伝送エラーの問題は解決しても、画像伝送
全体でのコストの増加という新たな問題が生じている。
【0011】本発明の目的は、以上に述べた従来方式の
伝送エラーに対する問題点を、伝送路の機能に頼ること
なく、改善する動画像伝送方式を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明の動画像符号再配
置方式は、動画像を圧縮符号化して得られる動画像符号
列の各符号ごとに伝送エラーに対する画質劣化の大きさ
に応じて重要度を与える重要度識別手段と、前記動画像
符号列を前記重要度により複数の部分符号列に分解する
動画像符号列分解手段と、前記部分符号列を保持する記
憶手段と、前記重要度順に前記記憶手段から前記部分符
号列を読み出して重要度順符号列を構成する重要度順符
号列構成手段とを有し、再同期符号から次の再同期符号
までの処理単位内で符号列の再配置を行うことを特徴と
する。
【0013】また本発明の動画像符号再構成方式は、重
要度順号列を重要度ごとに複数の部分符号列に分解する
重要度符号列分解手段と、再構成中の動画像符号列の重
要度により前記部分符号列を読み出して動画像符号列を
再構成する再構成手段と、再構成中の動画像符号列から
前記再構成手段に重要度を与える重要度識別手段とを有
し、再同期符号から次の再同期符号までの処理単位内で
符号列の再構成を行うことを特徴とする。
【0014】
【作用】可変長符号を復号する場合、途中でエラーが発
生すると以後の符号は復号できなくなる。このため、再
同期符号が挿入されているが、図3に示すように、エラ
ーを起こした符号から再同期符号までは復号できない。
逆に、ある符号が復号できる条件は、再同期符号からそ
の符号までの全ての符号が正しく伝送されることであ
る。ある符号iが有効である確率v(i)は、エラーが
ランダムに発生するとして、再同期符号の先頭ビットか
ら符号iの最終ビットまでのビット数d(i)と、エラ
ーレートeで表せる。
【0015】
【数1】
【0016】つまり、重要度の高い符号ほど再同期符号
の直後に伝送したほうが良い。
【0017】ここで、各符号の重要度について考える。
例えば、エラーを起こした符号が変換方式を示している
場合、変換係数の符号が復号できても全く利用できな
い。この関係は、変換方式の方が変換係数よりも重要で
あることを示している。同様に、動きベクトルが失われ
れば変換方式や変換係数は利用できず、予測方式が失わ
れれば全てが失われたことと等価となる。すなわち、予
測方式,動きベクトル,変換方式,変換係数の順に、重
要度が高いことが分かる。また、コンシールメント処理
の成否が視覚的妨害の大きさをほぼ決定していることか
ら、予測方式,動きベクトルは非常に重要度が高いと言
える。
【0018】例として、予測方式,動きベクトルを重要
度1の符号、変換方式,変換係数を重要度0の符号とし
て再配置を行って伝送する場合の状況を図3に示す。図
3では、重要度0のブロック#2の途中で伝送エラーが
発生し、それ以降の重要度0のブロック#3,#4は復
号できないが、重要度1のブロック#3,#4は復号で
きている。このため、図4のように再配置を行わない場
合と比較して、予測方式、動きベクトルは失われておら
ず、コンシールメント処理は行われないので、大きな視
覚的妨害は発生しない。
【0019】
【実施例】本発明をアイエスオー/アイイーシージェー
ティーシー1/エスシー29/ダブリュージー11エム
ペグ(ISO/IECJTC1/SC29/WG11M
PEG)で用いられている符号化方式に適用した場合の
第一の実施例を図1に示す。
【0020】図1において、重要度識別手段1は、入力
された動画像符号列を解釈して、次に来るべき符号が変
換係数であれば重要度0、それ以外の再同期符号,ヘッ
ダ情報,位置情報,予測方式,動きベクトル等の情報で
あれば重要度1として、各符号毎に重要度を識別して、
動画像符号列分解手段2に供給する。動画像符号列分解
手段2は、入力された動画像符号列の各符号毎に、再同
期符号であれば、バッファ3へ供給するとともに、境界
符号をバッファ4に供給し、それ以外の符号であれば、
重要度識別手段1から与える重要度に応じて、重要度1
ならバッファ3に供給し、重要度0ならバッファ4に供
給する。この処理によって、バッファ3には再同期符号
と重要度1の符号列が入り、バッファ4には境界符号と
重要度0の符号列が入る。この境界符号は、重要度1の
可変長符号のいかなる組み合わせとも一致しないビット
パターンとなっており、重要度1の符号列の終了が判る
ようになっている。バッファ3は、動画像符号列分解手
段2から供給される再同期符号と重要度1の符号をバッ
ファリングし、重要度順符号列構成手段5に供給する。
バッファ4は、動画像符号列分解手段2から供給される
境界符号と重要度0の符号をバッファリングし、重要度
順符号列構成手段5に供給する。重要度順符号列構成手
段5は、バッファ3から再同期符号と重要度1の符号を
次の再同期符号の前まで読み出し、バッファ4から境界
符号と重要度0の符号を次の境界符号の前まで読み出す
という処理を繰り返すことで、再同期符号,重要度1の
符号列,境界符号,重要度0の符号列という、重要度順
符号列を構成し、伝送路へ出力する。
【0021】第一の実施例に対応する、本発明の第二の
実施例を図2に示す。図2において、重要度順符号列分
解手段6は、入力された重要度順符号列の、再同期符号
をバッファ7とバッファ8に供給し、再同期符号の次か
ら境界符号の前までの重要度1の符号をバッファ7に供
給し、境界符号を廃棄し、境界符号の次から再同期符号
の前までの重要度0の符号をバッファ8に供給する。こ
の処理によって、バッファ7には再同期符号、重要度1
の符号列が入り、バッファ8には再同期符号、重要度0
の符号列が入る。バッファ7は、重要度順符号列分解手
段6から供給される再同期符号と重要度1の符号をバッ
ファリングし、再構成手段9に供給する。バッファ8
は、重要度順符号列分解手段6から供給される再同期符
号と重要度0の符号をバッファリングし、再構成手段9
に供給する。再構成手段9は、重要度識別手段10から
供給される重要度が1の場合、バッファ7から符号を読
み出して出力するとともに、その符号が再同期符号であ
れば、バッファ8の符号列を再同期符号まで廃棄する。
重要度が0の場合、バッファ8の次に読み出すべき符号
が再同期符号であれば、伝送エラーによりデータが失わ
れていることを示しているので、エラーインディケーシ
ョンを出力し、それ以外の符号であれば、バッファ8か
ら符号を読み出して出力する。出力する動画像符号列は
重要度識別手段10にも供給する。重要度識別手段10
は、重要度識別手段1と同様に、再構成手段9から供給
される動画像符号列を解釈して、各符号毎に重要度を識
別し、再構成手段9に供給する。伝送エラーが発生し、
エラーインディケーションがあった場合でも、動画像符
号列の解釈の状態を変換係数の符号列が終了したときの
状態に遷移させることで、次の重要度1の符号は正常に
処理できる。
【0022】本発明による効果の具体的な大きさについ
て考える。エラーがランダムに発生するとして、1ブロ
ック内で重要度の高い符号のビット数をa、重要度の低
い符号のビット数をbとして、再同期符号からk番目の
ブロックの重要度の高い符号が有効である確率v(k)
は、従来方式では、
【0023】
【数2】
【0024】となるが、本発明では、
【0025】
【数3】
【0026】となる。逆にブロックの重要な情報が失わ
れて、コンシールメント処理がαの確率で失敗したとす
ると、k番目のブロックが大きな視覚的妨害を発生する
確率E(k)は、
【0027】
【数4】
【0028】となる、全ブロックでの平均を考えると、
再同期符号がnブロック毎として、
【0029】
【数5】
【0030】となる。本発明による改善は、大きな視覚
的妨害が発生する確率をどれだけ低下させられるかで評
価できるので、伝送エラーの抑圧率をSとして、
【0031】
【数6】
【0032】がどれだけ小さいかで表せる。一般に伝送
エラーが発生する確率は非常に低く、e<<1であるか
ら、1−(1−e)m ≒emにより近似できる。
【0033】
【数7】
【0034】例えば、アイエスオー/アイイーシージェ
ーティーシー1/エスシー29/ダブリュージー11エ
ムペグ(ISO/IECJTC1/SC29/WG11
MPEG)の符号化方式を用いて4Mbpsで符号化
した場合、パラメータはそれぞれn=44、a=23、
b=78となった。本発明による伝送エラーの抑圧率S
4Mbps は、
【0035】
【数8】
【0036】となり、4倍以上高品質な伝送路を用いた
場合と等価になる。同様に、9Mbpsで符号化した場
合、パラメータはそれぞれn=44、a=23、b=2
04となった。本発明による伝送エラーの抑圧率S
9Mbps は、
【0037】
【数9】
【0038】となり、9倍以上高品質な伝送を用いた場
合と等価になる。
【0039】
【発明の効果】以上のように、本発明により、ネットワ
ークの機能に頼ることなく、伝送エラーに対する耐性の
向上した伝送方式が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の実施例を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明の第二の実施例を示すブロック図であ
る。
【図3】本発明による伝送エラーに対する動作を示す図
である。
【図4】従来方式の伝送エラーに対する動作を示す図で
ある。
【符号の説明】
1 重要度識別手段 2 動画像符号列分解手段 3 バッファ 4 バッファ 5 重要度順符号列構成手段 6 重要度順符号列分解手段 7 バッファ 8 バッファ 9 再構成手段 10 重要度識別手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 SPIE Vol.1001 Visua l Communications a nd Image Processin g(1988)p,991−998”Variab le−bit−rate Coding Capable of Compen sating for Packet Loss"

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】動画像を圧縮符号化して得られる動画像符
    号列の各符号ごとに伝送エラーに対する画質劣化の大き
    さに応じて重要度を与える重要度識別手段と、 前記動画像符号列を前記重要度により複数の部分符号列
    に分解する動画像符号列分解手段と、 前記部分符号列を保持する記憶手段と、 前記重要度順に前記記憶手段から前記部分符号列を読み
    出して重要度順符号列を構成する重要度順符号列構成手
    段とを有し、 再同期符号から次の再同期符号までの処理単位内で符号
    列の再配置を行うことを特徴とする動画像符号再配置方
    式。
  2. 【請求項2】請求項1記載の重要度順符号列を請求項1
    記載の重要度ごとに複数の部分符号列に分解する重要度
    順符号列分解手段と、 再構成中の動画像符号列の重要度により前記部分符号列
    を読み出して動画像符号列を再構成する再構成手段と、 再構成中の動画像符号列から前記再構成手段に重要度を
    与える重要度識別手段とを有し、 再同期符号から次の再同期符号までの処理単位内で符号
    列の再構成を行うことを特徴とする動画像符号再構成方
    式。
  3. 【請求項3】動画像を圧縮符号化して得られる動画像符
    号列の各符号ごとに伝送エラーに対する画質劣化の大き
    さに応じて重要度を与える重要度識別手段と、前記動画
    像符号列を前記重要度により複数の部分符号列に分解す
    る動画像符号列分解手段と、前記部分符号列を保持する
    記憶手段と、前記重要度順に前記記憶手段から前記部分
    符号列を読み出して重要度順符号列を構成し伝送路へ送
    出する重要度順符号列構成手段とを有し、再同期符号か
    ら次の再同期符号までの処理単位内で符号列の再配置を
    行う動画像符号再配置方式と、 前記伝送路を経て送られてきた前記重要度順符号列を前
    記重要度ごとに複数の部分符号列に分解する重要度順符
    号列分解手段と、再構成中の動画像符号列の重要度によ
    り前記部分符号列を読み出して動画像符号列を再構成す
    る再構成手段と、再構成中の動画像符号列から前記再構
    成手段に重要度を与える重要度識別手段とを有し、再同
    期符号から次の再同期符号までの処理単位内で符号列の
    再構成を行うことを特徴とする動画像符号再構成方式
    と、 を備えることを特徴とする動画像符号伝送方式。
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