JP4295079B2 - Special video data processing method, special video data processing apparatus and special video data processing system - Google Patents
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Description
この発明は、映像をサーバに記録蓄積し、端末からの要求によって蓄積している映像ストリームを要求のあった端末に配信する映像配信システムにおいて、通常の再生に対して速度及び/もしくは再生方向を変更した、例えば早送り、早巻き戻し、一時停止などの特殊再生を実現するためのデータ処理方法、データ処理装置に関するものである。 The present invention relates to a video distribution system that records and stores video in a server and distributes a video stream stored in response to a request from a terminal to a requested terminal. The present invention relates to a modified data processing method and data processing apparatus for realizing special reproduction such as fast forward, fast rewind, and pause.
従来、特にネットワークを利用した映像再生システムにおいて、MPEG−2等で圧縮された映像ストリーム(以下、特殊再生ストリームと区別するために通常再生ストリームと称する)について、再生の速度及び/もしくは再生方向を変更した特殊再生を実行しようとする場合、通常再生ストリームから時間的に断続したフレーム内符号化ピクチャ(Iフレーム)のみを抽出し、さらに抽出したIフレームを連続的に端末に配信し、端末で受信後再生する構成をとるのが一般的であった。しかしながらこの方法では、通常再生ストリームからIフレームのみを抽出するので、本来のMPEG−2の構造から逸脱したストリームになる場合がある。そのため再生側のデコーダにIフレームのみから構成される特殊再生ストリームの再生を可能にするために、何らかの仕組みを用意しなければならない問題があった。また、符号量の大きなIフレームのみを高速に抽出し、連続して配信することから、単位時間当たりの転送符号量(転送レート)が非常に大きくなるために、伝送路上にあるバッファ、例えば多重装置や分離装置のバッファがオーバーフローを発生したり、ネットワークの帯域制限を越えたり、再生側のデコーダバッファのオーバーフローを発生したりする問題を有していた。そのため、転送レートが増大した特殊再生ストリームの転送を可能にするためにネットワークの帯域を拡大したり、伝送路の各バッファメモリサイズを大きくしたりするなどの対策が必要であった。特にネットワーク帯域についての問題は深刻で、Iフレームのみを利用した特殊再生方法ではIフレームの符号量にもよるが通常再生に比べて一般的に3倍程度の帯域を必要とした。しかしながら、現実的に特殊再生のために帯域を上げることは困難である。
そこでひとつの対策として特殊再生ストリームを別途用意する方法が用いられる。しかし、この方法では、システムの構成上は簡単ではあるが、通常再生ストリームに加え特殊再生ストリームを別途用意するため、蓄積するデータ量が多くなる上、通常再生ストリームと特殊再生ストリームを関連付けて管理することが必要であるという問題があった。
Conventionally, particularly in a video playback system using a network, a playback speed and / or a playback direction of a video stream compressed by MPEG-2 or the like (hereinafter referred to as a normal playback stream to be distinguished from a special playback stream) is set. When the modified special playback is to be executed, only the intra-frame coded pictures (I frames) that are intermittent in time are extracted from the normal playback stream, and the extracted I frames are continuously delivered to the terminal. In general, it is configured to reproduce after reception. However, in this method, only the I frame is extracted from the normal reproduction stream, so that the stream may deviate from the original MPEG-2 structure. For this reason, there has been a problem that some mechanism has to be prepared in order to enable the reproduction decoder to reproduce a special reproduction stream composed of only I frames. In addition, since only I frames having a large code amount are extracted at high speed and continuously distributed, the transfer code amount (transfer rate) per unit time becomes very large. There has been a problem that the buffer of the device or the separation device has overflowed, exceeded the bandwidth limit of the network, or has overflowed the decoder buffer on the reproduction side. Therefore, it is necessary to take measures such as expanding the bandwidth of the network and increasing the size of each buffer memory in the transmission path in order to enable transfer of the special reproduction stream having an increased transfer rate. In particular, the problem regarding the network bandwidth is serious, and the special reproduction method using only the I frame generally requires about three times the bandwidth compared with the normal reproduction although it depends on the code amount of the I frame. However, it is difficult to actually increase the bandwidth for special reproduction.
Therefore, as one countermeasure, a method of separately preparing a special reproduction stream is used. However, with this method, although the system configuration is simple, since a special playback stream is prepared separately in addition to the normal playback stream, the amount of data to be stored increases, and the normal playback stream and the special playback stream are associated and managed. There was a problem that it was necessary to do.
この問題について特許文献1では特殊再生ストリームとしてフレームもしくはフィールド内符号化されたデータに続いて、マクロブロックの動きベクトルを0、予測誤差を0に符号化されたリピートピクチャを挿入し、データを配信する方法が提案された。このリピートピクチャを挿入する方法によると、特殊再生の実行において符号量の大きいIフレームに続いて、符号量の非常に少ないリピートピクチャを追加することによって転送レートを大幅に削減することができるので、転送レートの上昇を防ぎ、特殊再生用に大きなメモリを確保する必要がない。さらに生成される特殊再生ストリームはシンタックス的に通常再生ストリームと同じ構成にできるため、特殊ストリームを扱う上で別途ロジックや回路の増設を必要とせず、また特殊再生時に専用のロジックに切り替える必要もない。
With respect to this problem,
しかしながらこの方法では、複数のストリームを同時に変換するときやレートの高いストリームを変換するときでも、通常再生ストリームから、特殊再生の速度に応じた固定なレートでIフレームを選択抽出するため、蓄積しておく蓄積装置や入力される伝送装置などの負荷が高くなってしまい、特殊再生ストリームを生成できなくなるという問題があった。 However, with this method, even when converting multiple streams at the same time or converting a stream with a high rate, the I frame is selectively extracted from the normal playback stream at a fixed rate according to the speed of special playback. There is a problem in that a special reproduction stream cannot be generated because the load on the storage device to be stored and the input transmission device is increased.
更に他の従来技術として、特許文献2に記載されたように、端末側から要求を出して、この要求に基づいてサーバ側で特殊再生映像を用意して配信し、端末は、ただそのまま受信するシステムが示されている。この場合、特殊再生のためにデータ変換部が指定された順序でIピクチャ等が選択されてスケジューリング部に出力されてストリームを形成して、端末に送られる。しかしこの方法では、特殊再生の種類によってフレームの順序と数が決まっているので、複数の端末からの再生要求が集中すると、一般的には再生内容や開始時間が異なるので、サーバはこれら異なるフレームをデータ記憶部から取出そうとして、読出し動作が出来なくなることがある。
従来の特殊再生を行う方法では、特許文献2に示される改良されたものであっても、複数のストリームを同時に変換するときや再生レートの高いストリームを変換するときも、固定レートでフレーム内符号化ピクチャを抽出しているため、蓄積装置や伝送装置からの読み出し負荷が高くなり、特殊再生ストリームの生成ができないことがあるという課題がある。
In the conventional method of performing special reproduction, even if the improved method disclosed in
本発明は、上述のような課題を解消するためになされたもので、蓄積された通常再生ストリームから特殊再生ストリームを生成する場合、または伝送装置から通常再生ストリームを入力して特殊再生ストリームを生成する場合に、読出しの負荷が少なく高速に生成可能な映像データ処理方法及び映像データ処理装置を提供するものである。 The present invention has been made to solve the above-described problems. When a special playback stream is generated from an accumulated normal playback stream, or when a normal playback stream is input from a transmission device, the special playback stream is generated. In this case, the present invention provides a video data processing method and a video data processing apparatus that can generate data at a high speed with little load on reading.
この発明に係る特殊映像データ処理装置は、フレーム間予測を用いて符号化された蓄積映像のストリームから要求に応じて特殊再生映像ストリームを送信または中継するサーバ装置において、
上記蓄積映像から所定の映像を読み出す負荷に応じて抽出するフレーム内符号化ピクチャの送出間隔を定めてピクチャ解析をする解析部と、上記解析部の解析結果に基づいて上記フレーム内符号化ピクチャのパラメータを変更するフレーム内符号化ピクチャ変換処理部と、上記抽出したフレーム内符号化ピクチャと同じ表示を示すリピートピクチャ付加部とを設けた、特殊再生処理部を備えた。
またこの発明に係る特殊映像データ処理方法は、フレーム間予測を用いて符号化された蓄積映像のストリームから要求に応じて特殊再生映像ストリームを送信または中継する映像データ処理方法において、
上記蓄積映像から所定の映像を読み出す負荷に応じてフレーム内符号化ピクチャの送出間隔を定めてピクチャ解析をする送出間隔設定・ピクチャ解析ステップと、
上記ピクチャ解析の解析結果に基づいて上記フレーム内符号化ピクチャのパラメータを変更するフレーム内符号化ピクチャデータ変換ステップと、
上記抽出したフレーム内符号化ピクチャと同じ表示を示すリピートピクチャを付加するリピートピクチャ付加ステップ、とを設けた。
A special video data processing device according to the present invention is a server device that transmits or relays a special playback video stream according to a request from a stream of stored video encoded using inter-frame prediction.
An analysis unit that analyzes a picture by determining a transmission interval of an intra-frame coded picture extracted according to a load for reading a predetermined video from the stored video, and an intra-frame coded picture based on an analysis result of the analysis unit A special reproduction processing unit provided with an intra-frame coded picture conversion processing unit for changing parameters and a repeat picture addition unit showing the same display as the extracted intra-frame coded picture is provided.
A special video data processing method according to the present invention is a video data processing method for transmitting or relaying a special playback video stream according to a request from a stored video stream encoded using inter-frame prediction.
A transmission interval setting / picture analysis step of performing picture analysis by determining a transmission interval of an intra-frame encoded picture according to a load for reading a predetermined video from the stored video;
An intra-frame coded picture data conversion step for changing parameters of the intra-frame coded picture based on the analysis result of the picture analysis;
A repeat picture adding step for adding a repeat picture showing the same display as the extracted intra-frame encoded picture.
この発明によれば、所定時間あたりの読出し負荷量に応じてIフレームの読出し間隔を変えるようにしたので、端末への伝送レートを変えることなく特殊再生ストリームを生成して配信できる効果がある。 According to the present invention, since the I frame read interval is changed according to the read load amount per predetermined time, there is an effect that the special reproduction stream can be generated and distributed without changing the transmission rate to the terminal.
実施の形態1.
図1は、本発明の一実施の形態であるネットワーク上から映像を受信して蓄積し、再配信するサーバと、サーバから配信された映像を受信し再生を行う端末から構成される映像蓄積配信システムを示している。本映像蓄積配信システムでは、映像が記録された速度と同一の再生速度である通常再生と、通常再生に対して速度を変更した特殊再生、例えば、通常再生の速度に対して2倍、5倍、15倍等の速度を変えた早送り再生、さらに早送り再生に対して再生方向を逆にした早巻き戻し再生、また同じ映像を継続的に表示する一時停止を実現する。ここで、本実施の形態で使用する映像ストリームはISO/IEC13818−1、いわゆるMPEG−2のプログラムストリームで記録されているものとする。
FIG. 1 is a video storage / distribution comprising a server that receives and accumulates and redistributes video from a network according to an embodiment of the present invention, and a terminal that receives and reproduces video distributed from the server. Shows the system. In this video storage / delivery system, normal playback at the same playback speed as the speed at which the video was recorded, and special playback with the speed changed from normal playback, for example, twice or five times the normal playback speed. Fast-forward playback with a speed of 15 times, etc., fast-rewind playback with the playback direction reversed with respect to fast-forward playback, and pause for continuously displaying the same video are realized. Here, it is assumed that the video stream used in the present embodiment is recorded as an ISO / IEC13818-1, so-called MPEG-2 program stream.
サーバ1は、ハードウェア構成として、以下の各要素を持つ。即ち、まず、内部に映像ストリームを保存するための蓄積部2を有し、通常再生ストリームを複数保存する。また、サーバ1に映像ストリームを蓄積する際には、ネットワーク受信部21を介して受信した映像通常映像ストリームをGOP抽出部22によってGOP(Group of Picture)単位に分割し、書き込み部3によって蓄積部2に書き込まれる。また、GOP抽出部22は蓄積部2に書き込まれたGOP単位のデータのアドレスと再生タイムスタンプをアドレスマップ23に記録する。読み出し部4は再生制御部6からの指示により、アドレスマップ23に記録されているタイムスタンプとアドレス情報を元に、蓄積部2から該当ストリームの該当アドレスに記録されたGOPデータを読み出す。また読み出し負荷検出部19は、蓄積部2から読み出しを行う際の負荷量を検知し、再生制御部6へ通知する。再生制御部6は後述する端末51〜53からの再生要求が通常再生か、特殊再生かによって読み出し部4、スイッチ5、スイッチ7を制御することによって、蓄積部2からのストリームの流れを制御する。さらに再生制御部6は読み出し負荷検出部19からの読み出し負荷量に応じて、Iピクチャ抽出部12が読み出すIピクチャの数を制御する。Iピクチャ抽出部12は通常再生ストリームからMPEG−2の映像単位の先頭を示すシーケンスヘッダから最初のピクチャデータであるフレーム内符号化ピクチャデータまでを抽出する。本実施の形態では、通常再生ストリームはプログラムストリーム形式で保存されているので、前記抽出作業に平行してプログラムストリームをエレメンタリーストリームに分離するデマルチプレックスも合わせて行う。
The
特殊再生処理部11は、入力されたフレーム内符号化ピクチャの解析を行う解析部13、生成する特殊再生ストリームのデコーダバッファの計算を行うデコーダバッファ計算部14、入力されたフレーム内符号化ピクチャの符号化パラメータを変更するフレーム内符号化ピクチャデータ変換処理部15、フレーム内符号化ピクチャと同じ映像表示を行うリピートピクチャを生成するリピートピクチャ付加部16、生成する特殊再生ストリームの発生符号量を制御する符号量制御部17、さらに特殊再生ストリームと同じ形式のプログラムストリームに多重化を行うPS化部18から構成され、通常再生ストリームのフレーム内符号化ピクチャを基に特殊再生ストリームの生成を行う。解析部13は入力されたフレーム内符号化ピクチャのVBV Delay、Temporal Reference、Picture Coding Type、符号量等の解析を行い、特殊再生処理部11内で必要なパラメータを取得する。デコーダバッファ計算部14では前記解析部13から取得したパラメータをもとに、生成する特殊再生ストリームのVBV Delayの計算を行う。フレーム内符号化ピクチャデータ変換処理部15は入力したフレーム内符号化ピクチャが生成する特殊再生ストリームに適するように、例えばTemporal ReferenceやVBV Delay及びシーケンスヘッダ以降フレーム内符号化ピクチャまでのBit Rate ValueやVBV Buffer Size Valueを変更する。リピートピクチャ付加部16は先行するフレーム内符号化ピクチャと表示内容が同じになるように、動きベクトルを0かつ予測誤差を0に符号化し、かつスキップドマクロブロックを使用することによって符号量を大幅に削減したデータを生成する。符号量制御部17は生成する特殊再生ストリームの目標転送レートに対して、発生する符号量を予測し、予測符号量が目標転送レートに比べて小さいなら、スタッフィングによって目標転送レートに近づけ、一方予測符号量が目標転送レートを上回りそうであれば、一時的に目標符号量を上げるとともに関連する例えばBit Rate ValueやSCRの再調整を行い、MPEGの規格に対して矛盾が生じない処理を行うことによって、発生符号量の制御を行う。PS化部18はビデオエレメンタリーストリームの形式で生成された特殊再生ストリームをパック単位に分割し、プログラムストリームの形式に変換を行う。配信部8は通常再生ストリーム及び特殊再生ストリームについて、例えば映像をストリーミング再生するための伝送プロトコルであるRTP(Real-time Transport Protocol)に従ってネットワーク31を介して配信要求がなされた端末51に対して配信を行う。
The special
次に端末の構成について説明する。端末51〜53は全て同一構成をとるため、ここでは端末51について説明を行う。端末51はネットワーク31を介して接続されたサーバ1に対して蓄積または配信を要求し、蓄積の際には希望する映像ストリームのネットワークアドレス、映像種別、蓄積時刻などを指定する。
Next, the configuration of the terminal will be described. Since the terminals 51 to 53 all have the same configuration, the terminal 51 will be described here. The terminal 51 requests the
また、配信の際には希望する映像ストリームの種類、通常再生か特殊再生か、特殊再生の場合は再生方向と再生速度を指定する。端末51はサーバ1から配信された映像ストリームを受信し、さらにデコードすることによって通常再生及び特殊再生を行う。端末51はユーザからの操作を受け付ける再生入力部43、受け付けたユーザの要求を内部のコマンドに変換しネットワークを介してサーバ1に送信する再生指示部44、またサーバ1からの映像ストリームを受信する受信部45、受信した映像ストリームをデコードするデコーダ46、デコードした映像を表示する表示部47より構成される。
Also, at the time of distribution, the type of desired video stream, normal playback or special playback, and in the case of special playback, the playback direction and playback speed are specified. The terminal 51 receives the video stream distributed from the
再生入力部43はユーザが再生を希望するストリームの種類及び通常再生、早送り、早巻き戻し、一時停止等の再生状態の受け付けを行う。再生指示部44はネットワーク31を介してサーバ1に論理的に接続されている。再生入力部43で受け付けられたユーザ要求が再生指示部44で内部のコマンドに変換され、接続されたサーバ1に送信される。受信部45は端末51で受信すべきストリームの受信を行い、受信したRTPパケットから必要な映像ストリームを抜き出す。デコーダ46はMPEG−2圧縮されたストリームをデコードし、表示部47で表示を行う。
The reproduction input unit 43 accepts the type of stream that the user desires to reproduce and the reproduction state such as normal reproduction, fast forward, fast rewind, and pause. The playback instruction unit 44 is logically connected to the
次に本実施の形態における動作を説明する。まず、端末51においてユーザが視聴したいデータを通常再生する場合について説明する。端末51ではユーザがリクエストしたストリームの種類及び再生状態(通常再生)が再生入力部43に入力され、再生指示部44はユーザのリクエスト内容を内部のコマンドに変換し、ネットワーク31を経由してサーバ1の再生制御部6に命令を送信する。再生制御部6は再生指示部44からの命令を受信し、命令の内容に従って読み出し部4、スイッチ5、スイッチ7を制御する。今回の場合、通常再生が指示されているので、スイッチ5をa側に、スイッチ7をc側に設定する。再生制御部6は再生すべきストリームについて、アドレスマップ23に保持されているタイムスタンプと蓄積部2の蓄積アドレスとを対応付けたテーブルを元に、再生すべきタイムスタンプから蓄積アドレスを求め、読み出し部4に対して概アドレスに記録された1つのGOPデータを読み出すように指示を出す。読み出し部4は指示されたアドレスに記録されたGOPデータを蓄積部2から読み出し、読み出したGOPのデータをスイッチ5及びスイッチ7を経由して配信部8に送る。配信部8はプログラムストリーム形式の通常再生ストリームをRTPパケット化し、ネットワーク帯域と転送レート及び再生タイムスタンプを鑑みながらネットワーク31に配信を行う。このときRTPパケットはリクエストのあった端末51のIPアドレスを指定して送信が行われ、別の端末が誤って受信しないようになっている。
このように、1つのGOPの配信が終了すると再生制御部6は次の配信すべきタイムスタンプと蓄積アドレスをアドレスマップ23から求め、次の再生すべきGOPの蓄積アドレスを読み出すように読み出し部4に指示を出す。読み出されたGOPデータは配信部8により、先のGOPデータに続いて配信が行われる。この動作を繰り返すことによって通常再生ストリームが順次読み出され、RTPパケット化されたデータとしてネットワークに送出される。
Next, the operation in this embodiment will be described. First, a case where data that the user wants to view on the terminal 51 is normally reproduced will be described. In the terminal 51, the type of stream requested by the user and the playback state (normal playback) are input to the playback input unit 43, and the playback instruction unit 44 converts the user's request content into an internal command and sends the server via the
As described above, when the distribution of one GOP is completed, the
次に端末51における通常再生ストリームの受信動作を説明する。端末51では受信部45がネットワーク31を経由してサーバ1から送信されたRTPパケットのうち、送信先として端末51のIPアドレスが指定されたRTPパケットのみを受信する。受信したRTPパケットから再生に不要なRTPパケットヘッダを取り除きプログラムストリームに変換する。さらにデコーダ46によってMPEG−2のデコードを行い、表示部47で表示を行う。RTPパケットは端末51の受信及び再生状態によらずサーバ1から次々と送信されてくる。よって受信部45は端末51で送信先として端末51のIPアドレスが記述されたRTPパケットであれば全て受信を行い、受信したデータを次々とデコーダ46へ送信を行う。このような動作により、サーバ1と端末51間のRTP通信による通常再生が可能となっている。
Next, the normal playback stream reception operation in the terminal 51 will be described. In the terminal 51, the receiving
次に特殊再生の動作を説明する。端末51でユーザが特殊再生、例えば早送りの指示を再生入力部43に行うと、再生指示部44がネットワーク31を経由して対応する命令をサーバ1の再生制御部6に伝える。再生制御部6は特殊再生を行う場合、スイッチ5をb側に、スイッチ7をd側に設定し、特殊再生処理部11に映像ストリームが流れるようにする。本実施の形態において早送りを行う場合、全てのGOPを再生するのではなく、早送りの速度に応じて幾つかのGOPをスキップする。スキップするGOPの数は特殊再生ストリームに付加されるリピートピクチャ数にも依存する。例えば、リピートピクチャを2個使用し、GOPあたり3つのピクチャからなる特殊再生ストリームを構成する場合、5倍速の早送りであれば通常再生ストリームの全てのGOPを読み出し、15倍速であれば3GOP毎に該当GOPを読み出すような構成をとる。再生制御部6は早送りの速度に合わせてアドレスマップ23に保持されたタイムスタンプと蓄積アドレスの対応テーブルから早送りとして再生すべきタイムスタンプに対応する蓄積アドレスを求め、その蓄積アドレスを蓄積部2から読み出すように読み出し部4に命令を送る。
Next, the special playback operation will be described. When the user instructs the playback input unit 43 to perform special playback, for example, fast-forwarding, at the terminal 51, the playback instruction unit 44 transmits a corresponding command to the
読み出し部4は蓄積アドレスに記録された特殊再生を行うストリームのGOPデータを蓄積部2から読み出し、スイッチ5を経由して抽出部12に送る。抽出部12はプログラムストリームの形式である通常再生ストリームをビデオエレメンタリーにデマルチプレックスし、さらにフレーム内符号化ピクチャのみを抽出する。抽出したフレーム内符号化ピクチャは特殊再生処理部11に送られ、特殊再生ストリームを生成する処理が行われる。特殊再生処理部11では、まず解析部13において入力されたフレーム内符号化ピクチャからVBV Delay、Temporal Reference、Picture Coding Type、符号量等のパラメータを抽出及び解析を行い、生成する特殊再生ストリームのフレーム構成を組み立てる。
The
ここで本実施の形態の特殊再生処理部11で生成される早送りの特殊再生ストリームのフレーム構成を図2に示す。図2の上側が特殊再生ストリームを生成する元となる通常再生ストリームでM=3、N=15のGOP構造を持つ。下側が早送りの通常再生ストリームから生成した特殊再生ストリームであり、通常再生ストリームのフレーム内符号化ピクチャI0 とI0 に続いてI0 の表示内容を繰り返す2フレームのリピートピクチャBRから構成されている。その後に次のGOPがI15と2個のリピートピクチャBR が続いている。そしてその後に、端末への所定の伝送レートに合致するまでの間、図7のS76で最小限のスタッフィング・ビットを挿入する。図2の上側と下側を比較するとわかるように、元がGOP内のフレーム数が15フレームである通常再生ストリームに対して、特殊再生ストリームではGOP内のフレーム数が3にまで削減されており、結果として5倍速の早送り映像表示を行うことができる。同様にフレーム内符号化ピクチャI0と2個のリピートピクチャBR の後に、I15を続けずに図示されていないがさらに次のGOPのフレーム内符号化ピクチャであるI30と2個のリピートピクチャBRを続けることによって10倍速を実現できる。このように早送りの速度に合わせて通常再生ストリームからIフレームを選択的に抽出することによって早送りの速度を調整することができる。
FIG. 2 shows the frame structure of the fast-forward special reproduction stream generated by the special
一方で、リピートピクチャとはフレーム内符号化ピクチャの表示内容を繰り返して表示するように符号化されたもので、例えば動きベクトル0、予測誤差0となるように符号化を行っており、さらにデータ量削減のためマクロブロックの符号化を省略したスキップドマクロブロックを使用する。ここではリピートピクチャの符号化方式として双方向予測ピクチャを用いることとするが、順方向予測ピクチャを用いてもよい。このリピートピクチャを用いることによって、図2で示すように、本実施の形態で示す特殊再生ストリームでは通常再生ストリーム1つのGOP内のB1 からB14までのピクチャデータを一切使用せず、2個のリピートピクチャBRと若干のスタッフィングで置き換えるので符号量が非常に小さくなるとともに、生成された特殊再生ストリームを構成するフレーム内符号化ピクチャI0と2個のリピートピクチャBR から構成されるGOPの転送レートも小さくすることができる。そのため一般的な特殊再生として行われるIフレームのみの転送ではその転送レートが非常に大きくなるのに対して、本実施の形態で示す特殊再生方法による特殊再生ストリームでは転送レートの上昇を防ぐことができる。例えば6Mbpsの転送レート、1GOPが15フレームからなる通常再生ストリームについてIフレームのみを転送することによって15倍速の特殊再生を行う場合、一般的に18Mbpsの帯域が必要となる。しかしながら本実施の形態で示すようにリピートピクチャを2個利用した特殊再生では全てのGOPを再生した場合は5倍速の再生速度で6Mbps、3GOP毎の再生であれば15倍速でも同じく6Mbpsの帯域で特殊再生を行うことができる。この構成をとった特殊再生ストリームについて再生を行うと、同じ映像が3フレーム分再生されるが、視覚上まったく問題がない。ピクチャータイプは本実施の形態では双方向予測ピクチャとするが、もちろん順方向予測ピクチャであってもよい。 On the other hand, a repeat picture is encoded so that the display content of an intra-frame encoded picture is repeatedly displayed. For example, encoding is performed so that a motion vector is 0 and a prediction error is 0. In order to reduce the amount, a skipped macroblock in which encoding of the macroblock is omitted is used. Here, a bidirectional prediction picture is used as a coding scheme for a repeat picture, but a forward prediction picture may be used. By using this repeat picture, as shown in FIG. 2, the special reproduction stream shown in the present embodiment does not use any picture data from B 1 to B 14 in one GOP in the normal reproduction stream. GOP with the code amount is very small since replaced by repeat pictures B R and some stuffing of intra-frame coded picture I 0 constituting the generated trick play stream from two repeat pictures B R constituted The transfer rate can also be reduced. For this reason, the transfer rate becomes very large in transfer of only I frames performed as general special playback, whereas in the special playback stream by the special playback method shown in this embodiment, an increase in transfer rate can be prevented. it can. For example, when 15-times special playback is performed by transferring only I frames for a normal playback stream having a transfer rate of 6 Mbps and 1 GOP of 15 frames, a bandwidth of 18 Mbps is generally required. However, as shown in the present embodiment, in special playback using two repeat pictures, when all GOPs are played back, 5 Mbps playback speed is 6 Mbps, and if playback is performed every 3 GOPs, 15 Gbps speed is also in the 6 Mbps band. Special playback can be performed. When playback is performed on the special playback stream having this configuration, the same video is played back for three frames, but there is no visual problem at all. The picture type is a bidirectional prediction picture in the present embodiment, but may of course be a forward prediction picture.
この発明の主旨である、負荷量に応じてIフレームの読出し間隔を変える動作を説明する。
図3はこれを説明する図であり、図3(a)の通常再生ストリームに対して、解析部13が図4に示す処理を行う。サーバ1が端末からの要求に基づいて特殊再生フレームを組み立てて送信するシステムでは、複数の端末からの読出し要求が重なると、読出しの負荷が重くなり、要求速度に追随しなくなる。解析部13は、図4のステップS61で、この負荷量を知り、ステップS62で適切なIフレームの送出間隔を設定して以降の特殊再生処理部11に伝える。更にVBV Delayや符号量等を解析する。蓄積部2の読出し負荷が軽い場合、つまり読出しストリーム数が少ない場合は、図3(b)の「低負荷時早送りストリーム」で示されるように、通常再生ストリーム中のIフレームを3つのGOP毎に読み出し、リピートピクチャBR を2個追加して、滑らかな特殊再生ストリームを配信する。しかし蓄積部2の読出し負荷が重い場合、つまり複数の読出し要求があって配信する場合には、S62で設定する間隔を間引き、図3(c)の「高負荷時早送りストリーム」で示される、10個のGOP毎にIピクチャを読み出すようにする。こうして配信される伝送レートを維持しながら、負荷を減らして、呼び出し部4の動作を維持できる。
この場合は早送り再生の場合を説明したが、他の特殊再生に対してもこの機能は同様に適用できる。
The operation of changing the I-frame reading interval according to the load amount, which is the gist of the present invention, will be described.
FIG. 3 is a diagram for explaining this, and the
In this case, the case of fast-forward playback has been described, but this function can be similarly applied to other special playback.
さて、この解析部13で得られたVBV Delay及び通常再生ストリームの符号量を元にデコーダバッファ計算部14では特殊再生ストリームのVBV Delayの計算を行う。通常VBV Delayは連続するストリームのVBVバッファに占めるピクチャデータの遷移を示し、VBV DelayはVBVバッファをオーバーフロー及びアンダーフローを発生させないような値でなければならない。よってVBV Delayを決定する場合、VBVの遷移をシミュレートすることによって正確な値の制御を行うことが必要となる。本実施の形態ではデコーダバッファ計算部14においてVBV Delayが導出されたものとする。フレーム内符号化ピクチャデータ変換処理部15では生成される特殊再生ストリームに対応したフレーム内符号化ピクチャになるように、そのTemporal ReferenceやVBV Delay及びシーケンスヘッダ以降フレーム内符号化ピクチャまでのBit Rate ValueやVBV Buffer Size Valueが変更される。例えば、通常再生ストリームにおいてフレーム内符号化ピクチャのTemporal Referenceが2であり、特殊再生ストリームでリピートピクチャを1個付加する場合は、Temporal Referenceは1に変更される。またVBV Delayもデコーダバッファ計算部14で計算された特殊再生ストリーム用のVBV Delayに置き換えられる。リピートピクチャ付加部16はフレーム内符号化ピクチャの表示内容と同じ表示を行うリピートピクチャのデータを生成し、フレーム内符号化ピクチャの後に符号化を行う。さらに符号量制御部17では、予測する符号量が目標とする転送レートに対して少ないようであればスタッフィングを行い、上回るようであれば目標転送レートを一時的に上昇させ生成する特殊再生ストリームのデータが転送できるように調整を行う。最後にPS化部18で生成された特殊再生ストリームをプログラムストリームにマルチプレックスを行う。以上のように特殊再生処理部11で生成された特殊再生ストリームはスイッチ7を経由して配信部8に送られる。配信部8では通常再生ストリームと同様にリクエストを行った端末を送信先IPアドレスとしてRTPパケット化を行い、配信を行う。この操作を特殊再生ストリームとして利用するGOP単位で繰り返すことによって特殊再生ストリームの配信が行える。
The decoder buffer calculation unit 14 calculates the VBV delay of the special reproduction stream based on the VBV delay obtained by the
次に端末51における特殊再生ストリームの受信動作を説明する。端末51では通常再生ストリームを受信するのと同様に受信部45がネットワーク31を経由してサーバ1から送信されたRTPパケットのうち、送信先として端末51のIPアドレスが指定されたRTPパケットのみを受信する。受信したRTPパケットから再生に不要なRTPパケットヘッダを取り除きプログラムストリームに変換する。プログラムストリームに戻された特殊再生ストリームは映像ストリームの内容は特殊再生である早送り映像であるが、シンタックス上は通常のプログラムストリームと何ら変わりがない。そのため通常再生と同様にデコーダ46にてMPEG−2のデコードを行い、表示部47に再生画を表示することが可能である。
Next, the reception operation of the special reproduction stream in the terminal 51 will be described. In the terminal 51, only the RTP packet in which the IP address of the terminal 51 is specified as the transmission destination among the RTP packets transmitted from the
図5に一時停止の場合の特殊再生ストリームを示す。図2で示した早送り再生の構成に対して、使用するIフレームが常に同じI0 を用いる以外同じ構成をとる。一時停止においては、通常再生ストリームにおける一時停止として表示したいGOPのフレーム内符号化ピクチャI0を利用し、I0 に続いてリピートピクチャBR を2個続ける。さらに同じ映像を構成するために繰り返しI0とリピートピクチャBR を2個続ける構成を繰り返す。本構成により継続的に同じ映像を示す一時停止用の特殊再生ストリームを構成できる。一時停止の場合は継続的に同じ映像を表示すればいいので、リピートピクチャBRの数を増やすことによって、サーバ及びネットワークの負荷を下げるようにすることもできる。 FIG. 5 shows a special reproduction stream in the case of pause. The configuration of the fast-forward reproduction shown in FIG. 2, take the same construction except for using always the same I 0 is I frame used. In pause, using intra-frame coded picture I 0 of the GOP to be displayed as a pause in the normal play stream is continued two repeat pictures B R Following I 0. Further repeated two continue configuring the I 0 and repeat pictures B R repeatedly to configure the same picture. With this configuration, it is possible to configure a special reproduction stream for pause that shows the same video continuously. Since in the case of pause can I view continuously same image, by increasing the number of repeat pictures B R, it is also possible to lower the load on the server and network.
次に図1を用いて一時停止を行う動作について説明する。図1で再生制御部6はアドレスマップ23を参照しながら常に同じタイムスタンプデータの蓄積アドレスを蓄積部2から読み出すように読み出し部4に対して指示を行う。読み出されたGOPデータは特殊再生処理部11によって図3に示すような特殊再生ストリームに変換され、配信部8から端末51に対して配信が行われる。生成された一時停止用の特殊再生ストリームは継続的に同じ再生画が表示されるデータ構造を持ち、端末51は通常再生や早送りのときと同じように順次デコード及び再生処理を継続するだけで一時停止の再生画を表示することができる。
Next, an operation for performing a temporary stop will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the
図6に早巻き戻しの場合の特殊再生ストリームを示す。図の上側にある(a)が特殊再生ストリームを生成する元となる通常再生ストリームでM=3、N=15のGOP構造を持つ。下側が通常再生ストリームから生成した早巻き戻しの特殊再生ストリームである。早巻き戻しでは時間的に後の映像が先に表示されるように構成されなければならない。そのため早巻き戻しの特殊再生ストリームは通常再生ストリームの時間的に後のフレーム内符号化ピクチャI15を先に、続いてリピートピクチャBR を2個続け、さらにその後に本来時間的に先に表示されるべきフレーム内符号化ピクチャI0 及びリピートピクチャBRを2個続ける構成をとる。この構成により表示映像の順が通常再生ストリームと反対になった早巻き戻し再生用の特殊再生ストリームを生成することができる。図4の上側と下側を比較するとわかるように、元がGOP内のフレーム数が15フレームである通常再生ストリームが、特殊再生ストリームではGOP内のフレーム数が3にまで削減されており、結果として5倍速の早巻き戻し映像表示を行うことができる。さらに作成する特殊再生ストリームに使用するフレーム内符号化ピクチャを2GOP毎にすれば10倍速、3GOP毎にすれば15倍速の早巻き戻しが可能である。 FIG. 6 shows a special reproduction stream in the case of fast rewinding. (A) on the upper side of the figure is a normal reproduction stream from which a special reproduction stream is generated, and has a GOP structure of M = 3 and N = 15. The lower side is a fast rewind special reproduction stream generated from the normal reproduction stream. In fast rewinding, it is necessary to be configured so that a video later in time is displayed first. Temporally intra-frame coded picture I 15 after the order fast rewind trick play stream normal play stream earlier, followed two repeat pictures B R continues, further followed inherently temporally previously displayed the intra-frame coded picture I 0 and repeat pictures B R to be taken two continue configuration. With this configuration, it is possible to generate a special playback stream for fast rewind playback in which the order of the displayed video is opposite to that of the normal playback stream. As can be seen from the comparison between the upper side and the lower side in FIG. 4, the normal playback stream originally having 15 frames in the GOP is reduced to 3 in the special playback stream, and the result is as follows. As a result, it is possible to display a fast-rewind video display at 5 × speed. Further, if the intra-frame coded picture used for the special reproduction stream to be created is set every 2 GOPs, fast rewinding at 10 times speed can be achieved if every 3 GOPs.
次に図1を用いて早巻き戻しを行う動作について説明する。図1で再生制御部6は早巻き戻しの速度に合わせて読み出すべき通常再生ストリームのタイムスタンプを決定する。さらにアドレスマップ23を参照し読み出すべきタイムスタンプデータの蓄積アドレスを決定し、蓄積部2から該当GOPデータを読み出す。読み出されたGOPデータは特殊再生処理部11によって早巻き戻しの特殊再生ストリームに変換される。同様に早巻き戻し速度に合わせて次の読み出しタイムスタンプを決定し、アドレスマップ23から蓄積アドレスを求め、該当GOPデータを蓄積部2から読み出し特殊再生処理部11に送りこむ動作を続けることによって図6に示すような特殊再生ストリームが生成される。生成された早巻き戻しの特殊再生ストリームは配信部8から端末51に対して配信が行われる。生成された早巻き戻しの特殊再生ストリームは再生画が時間的に逆になったデータ構造を持ち、端末51は通常再生のときと同じように順次デコード及び再生処理を継続するだけで早巻き戻しの再生画を表示することができる。
Next, the operation for fast rewinding will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the
以上のように本実施の形態で示す特殊再生装置によると、特殊再生ストリームはリアルタイムに生成するため、あらかじめ記録媒体に特殊再生ストリームを用意しておく必要や、あらかじめ用意しておいた特殊再生ストリームに対する特別な管理を行う必要がない。また生成する特殊再生ストリームは通常再生ストリームから抽出したIフレームに、符号量の少ないリピートピクチャを付加し、秒あたりの符号量を削減しているのでネットワークの負荷を上昇させることなく転送が可能である。また生成された特殊再生ストリームは再生側で通常の速度で再生することによって、あたかも特殊再生されたかのような映像を呈するように生成されているので、再生側で特殊再生ストリームを再生するにあたり特別な仕組みを設ける必要がない。さらに通常再生ストリームから抽出し特殊生成ストリームに使用するIフレームの符号化パラメータの値を、生成する特殊再生ストリーム及びMPEG−2ストリームの規約に従うように再設定を行うので、符号化パラメータが不正な値をとることによる再生映像の乱れや、多重装置における多重化の失敗がなくなる。またデコーダバッファを制御するVBV Delayについて値を設定しなおすので、デコーダバッファの破綻を防ぐことができる。また、VBV Delayが適正な値になっているので、もし特殊再生ストリームが配信される経路上に多重装置があっても多重ミスを生じることがない。さらに生成する特殊再生ストリームに対して転送レートの調整の制御ができるので、通常再生と同じ転送レートにしたり、特殊再生のときのみ転送レート変化させたりすることができる。これらの結果、特殊再生の再生において映像の乱れが発生することがない。さらに蓄積時にGOPもしくはIフレームのアドレスを記録しているので、特殊再生ストリームを高速に生成することができる。また蓄積装置または伝送装置の負荷に応じてIフレームの読み込み量を加減するので、負荷が高くなっても確実に特殊再生ストリームを生成することができる。 As described above, according to the special reproduction apparatus shown in the present embodiment, the special reproduction stream is generated in real time, so that it is necessary to prepare the special reproduction stream on the recording medium in advance or the special reproduction stream prepared in advance. There is no need for special management. The special playback stream to be generated can be transferred without increasing the load on the network because a repeat picture with a small code amount is added to the I frame extracted from the normal playback stream to reduce the code amount per second. is there. Also, since the generated special playback stream is generated at the playback side at a normal speed so as to present the video as if it had been specially played back, a special playback stream is played back on the playback side. There is no need to set up a mechanism. Furthermore, since the encoding parameter value of the I frame that is extracted from the normal playback stream and used for the special generation stream is reset so as to comply with the rules of the special playback stream and MPEG-2 stream to be generated, the encoding parameter is invalid. The disturbance of the reproduced video due to the value and the failure of multiplexing in the multiplexing device are eliminated. Also, since the value is reset for the VBV Delay that controls the decoder buffer, it is possible to prevent the decoder buffer from failing. Further, since VBV Delay is an appropriate value, no multiplex error occurs even if there is a multiplex device on the route to which the special playback stream is distributed. Furthermore, since the adjustment of the transfer rate can be controlled for the special reproduction stream to be generated, it is possible to make the transfer rate the same as the normal reproduction or to change the transfer rate only during the special reproduction. As a result, there is no video disturbance during special playback. Further, since the GOP or I frame address is recorded at the time of accumulation, a special reproduction stream can be generated at high speed. Further, since the amount of I-frame reading is adjusted according to the load on the storage device or the transmission device, the special reproduction stream can be generated reliably even when the load increases.
上記説明では、サーバ1はハードウェア要素から構成されるとして動作を説明したが、特に特殊再生処理部11を、ハードウェアのストリーム・メモリと、ピクチャ抽出部12以降PS化部18までを同等の機能を持つソフトウェアで構成してもよい。即ち図7に特殊再生処理部11が行う機能をプログラムで構成したフローを示す。
特殊再生送信の指示を受けたプログラムによる特殊再生処理部は、ステップS71とS72で解析部13相当の動作を行う。即ち負荷解析してIフレーム送出間隔を算出し、更にVBV DelayやTemporal Reference、符号量等の解析を行う。S73ではデコーダバッファ計算部14相当の動作をし、S74ではハードウェアのフレーム内符号化ピクチャデータ変換処理部15相当の動作をする。図示しないハードウェアのストリーム・メモリに必要なIピクチャを記憶して、S75ではIピクチャに続いて、特殊再生の種類に応じて必要なリピートピクチャを付加する。S76では、端末への伝送レートを考えて必要なスタッフィング・ビットを挿入してプログラムストリーム変換をして、完成した特殊再生ストリームをスイッチ7経由で配信部8に送る。
In the above description, the operation has been described on the assumption that the
The special reproduction processing unit by the program that has received the special reproduction transmission instruction performs an operation corresponding to the
実施の形態2.
図8に広域監視システムにおける適用事例を示す。本実施の形態ではカメラ101〜103で撮影された映像をサーバ120に蓄積保存し、複数台の端末111〜113から蓄積された映像を視聴できるシステムを示している。端末は任意の映像を通常の再生速度で視聴できるほかに、早送り、早巻き戻し、一時停止などの特殊再生も可能である。
FIG. 8 shows an application example in a wide area monitoring system. In the present embodiment, a system is shown in which videos captured by the
システムは、以下のように構成されている。監視カメラ101〜103は、撮影した映像をMPEG−2プログラムストリームに圧縮を行い、さらにRTPプロトコルに対応したRTP/UDPパケット化を行い、ネットワーク100を経由してサーバ120へ送信する。サーバ120はカメラ101〜103が撮影した映像ストリームについて3つの蓄積方法を有しており、初期設定で選択が可能である。1つめは、カメラ101〜103からのマルチキャストストリームをエンドレスに常時受信・蓄積を行う一次蓄積サーバ機能、2つめはカメラ101〜103からのマルチキャストストリームを、アラームをトリガに受信・蓄積するアラーム蓄積サーバ機能、また別のサーバに蓄積された映像ストリームを退避する画像保存サーバ機能で、これら3つの機能を初期設定で切り替えて使用できる。ここではサーバ120は一次蓄積サーバ機能に設定されていると仮定して以下説明を続ける。サーバ120は外部からの蓄積及び配信要求に応じる要求受付モジュール121を設けている。要求受付モジュール121は端末111〜113及び図に示されていない別のサーバからの映像の配信及び蓄積の要求を受け付けるとともに、サーバ120内の他のモジュールに対して内部I/Fを利用して制御を行う。また要求のあった端末もしくはサーバに対して要求に対する応答メッセージ送信も行う。
要求受付モジュール121はRTSP(Real Time Streaming Protocol)に対応しており、サーバ120に蓄積されている映像ストリームの通常再生及び特殊再生が可能になっている。また要求受付モジュール121は映像データベース123を利用した各種検索機能も備えており、例えば時間や撮影されたカメラを検索キーにして対象となる映像ストリームを検索することも可能である。
The system is configured as follows. The
The
受信モジュール122はカメラ101〜103からマルチキャスト配信されたストリームの受信処理を行う。カメラ101〜103がマルチキャストで送信するメリットは、1つの映像ストリームを他のサーバで同時に保存が可能であることと、端末111〜113から直接カメラの映像を視聴可能にするためであり、サーバ120に対してのみ送信したいのであればユニキャストで送信してもよい。受信モジュール122は、RTP/UDPパケットの送信IPアドレスがサーバ120のIPアドレスもしくはマルチキャストアドレスで、かつポート番号が一致していたときのみ受信を行う。またRTP/UDPパケットで送られたGOPの先頭データが受信モジュール122によって受信された時刻をタイムスタンプとして取得する。受信したRTP/UDPパケットはRTP/UDPヘッダが付加されているのでそれらを取り除き、RTP/UDPパケットのペイロード部を結合し、プログラムストリームにする。蓄積モジュール125は受信したプログラムストリームである映像ストリームについてGOP単位でHDD127に蓄積を行うとともに、HDD127に蓄積されたデータについてGOP単位で管理を行う。映像データベース123は蓄積モジュール125が管理・蓄積を行っている映像ストリーム及びGOPのメタ情報についての記録・管理及び検索機能を提供する。映像ストリームのメタ情報の種類としては、例えばカメラ番号、映像の圧縮方式及び圧縮レベル、受信モジュール122で取得した時間を示すタイムスタンプ、撮影時刻等がある。配信モジュール124は要求受付モジュール121からの要求に従い蓄積モジュール125が管理する映像ストリームをネットワーク100に配信を行う。映像ストリームをネットワーク100経由で例えば端末111に対して通常再生ストリームとして配信するときは、送信データであるプログラムストリームをRTP/UDPパケット化し、送信先IPアドレスとして端末111のIPアドレスを設定するとともに、映像データベース123に記録されているGOP毎の受信タイムスタンプを基にGOP単位の送信のタイミングの制御を行う。
The
一方特殊再生ストリームを配信するときは、蓄積モジュール125から読み出した通常再生ストリームを一旦特殊再生モジュール126に送信し、特殊再生モジュール126が生成した特殊再生ストリームについて配信を行う。特殊再生ストリームの配信タイミングは早送り及び早巻き戻しについては配信するGOPの受信タイムスタンプ間隔を15倍速であれば1/15になるように配信を行う。特殊再生モジュール126を利用するには、通常再生ストリームからフレーム内符号化ピクチャ(Iフレーム)を抽出して特殊再生モジュール126に渡すとともに、特殊再生ストリームを生成するために必要とされるパラメータ、例えば通常再生ストリームの転送レート、希望する特殊再生ストリームの転送レート等のパラメータについても特殊再生モジュール126に渡し、特殊再生ストリーム生成を行う。端末111〜113はサーバ120に蓄積された映像ストリームを視聴することが可能であり、サーバ120の要求受付モジュール121に再生のリクエストを送ることによって視聴が可能になる。端末111が視聴したい映像ストリームをサーバ120にリクエストすると対応する映像ストリームがRTP/UDPパケット単位でサーバ120から配信される。端末111はネットワーク上のRTP/UDPパケット内の送信IPアドレス及びポート番号が一致しているパケットについて受信を行うことによってリクエストした映像ストリームの再生を行うことができる。
On the other hand, when the special reproduction stream is distributed, the normal reproduction stream read from the
次に図9を用いて特殊再生モジュール126について説明する。特殊再生モジュール126には配信モジュール124から転送されるIフレームを受信するためのIフレームバッファ131、受信したIフレームデータのデータ構造や符号化パラメータの解析を行う解析部132、生成する特殊再生ストリームのVBV Delayの計算を行うデコーダバッファ計算部133、特殊再生ストリームに利用するIフレームデータについてパラメータの変更を行うIフレームデータ変換処理部134、Iフレームに続き、Iフレームと同じ表示内容を示すリピートピクチャを生成・付加するリピートピクチャ付加部135、生成する特殊再生ストリームの符号量を目標とする転送レートに合うように制御を行う符号量制御部136、生成された特殊再生ストリームをプログラムストリームに変換するPS化部137、及び生成した特殊再生ストリームを配信モジュール124に伝えるための特殊再生ストリームバッファ138から構成される。
Next, the
次に本実施の形態の動作について説明する。サーバ120は蓄積方法としてカメラ101〜103からのマルチキャストストリームをエンドレスに常時受信・蓄積を行う一次蓄積サーバに設定がなされているものとする。一次蓄積サーバに設定がなされると受信モジュール122は常時ネットワーク100のRTP/UDPパケットについて監視を行い、RTP/UDPパケットの送信先IPアドレスが自らのIPアドレスもしくはマルチキャストアドレスであり、さらにポート番号が一致していれば該当RTP/UDPパケットの受信を行う。受信したパケット単位の映像ストリームはプログラムストリームに変換された後に、蓄積モジュール125によってGOP単位でHDD127に記録が行われる。また映像データベース123は該当GOPが受信された時刻のタイムスタンプやカメラ情報、映像の圧縮方式及び圧縮レベルなどのメタ情報の記録を行う。この動作をパケット毎に繰り返すことによってサーバ120に映像ストリームが蓄積されていく。
Next, the operation of the present embodiment will be described. Assume that the
次に再生方法について説明する。まず例えば端末111から任意の映像を選択し、再生する場合について説明する。まず端末111はサーバ120の要求受付モジュール121に対して、サーバ120内に蓄積されている映像ストリームの一覧を取得する。映像ストリームの一覧を要求するには、映像データベース123の検索機能を利用し、検索キーとして特に何も指定しないで検索を実行すると、蓄積された映像ストリームの一覧を取得することができる。こうして取得した映像ストリームの一覧から端末111は任意の希望する映像ストリームを選択することができる。映像ストリームはそれぞれについて重複しない映像IDが割り当てられており、映像ストリームの特定には映像IDが利用される。次に選択した映像ストリームを再生するために、要求受付モジュール121に対して選択した映像IDの再生要求コマンドを発行する。再生要求を受けた要求受付モジュール121は配信モジュール124に対して指定された映像IDの再生を開始するように命令を送る。配信モジュール124は映像IDに一致し、かつ再生時間に一致する映像ストリームを取得すべく、蓄積モジュール125に指示を出す。蓄積モジュール125は対応する映像ID及び再生時間に一致した映像ストリームのGOPをHDD127から読み出し、配信モジュール124に送る。配信モジュール124は蓄積モジュール125から取得したGOPの配信を行う。配信モジュール124による配信は映像ストリームのGOPをRTP/UDPパケット化し送信先IPアドレスとして端末111のIPアドレス及び受信する端末と同一のポート番号を指定し、さらに映像データベース123に記録しておいた配信データのメタ情報のひとつである受信タイムスタンプを基に配信タイミングの制御を行う。つまり配信モジュール124は該当GOPの配信タイミングとして、受信モジュール122でGOPを受信した時刻である受信タイムスタンプを再現するようにGOPの配信を行う。即ち、指定のタイムスタンプを時間起点とする通常の画像配信として、カメラにて撮影され、さらにエンコードされた映像データのカメラからの配信タイミングが再現され、ネットワーク及び再生環境における各種バッファにおいてオーバーフロー及びアンダーフローを発生することなく、リアルタイムなデコード再生が可能になる。配信モジュール125から配信されたRTP/UDPパケットは、送信先である端末111により受信される。端末111は連続的に配信されるRTP/UDPパケットについてRTP/UDPヘッダを取り除き、複数のRTP/UDPパケットのペイロードをつなぎ合わせることによってプログラムストリームの形をした通常再生ストリームを取得できる。
以上より、端末111は図示しないが内部のデコーダによって取得した通常再生ストリームを再生することができる。
Next, a reproduction method will be described. First, for example, a case where an arbitrary video is selected from the terminal 111 and reproduced will be described. First, the terminal 111 acquires a list of video streams stored in the
From the above, the terminal 111 can reproduce the normal reproduction stream acquired by the internal decoder (not shown).
次に特殊再生について説明する。ここでは代表的な特殊再生のひとつである早送りの方法について説明する。説明の簡略化のために、蓄積されている通常再生データはMPEG−2プログラムストリームで、N=15とする。早送りの場合GOP内のIフレームのみを順次再生すれば15倍速であるが、リピートピクチャを2枚使用すると仮定すると5倍速になる。さらに早送りの速度を高速にするには、離散的にGOPを読み出せばよく、例えば3GOP毎に読み出せば15倍速、6GOP毎に読み出せば30倍速の早送りを行うことができる。
さて、端末111から任意の映像について15倍速の早送りの特殊再生がリクエストされたものと仮定する。通常再生の場合と同じように端末111はサーバ120の要求受付モジュール121に対して特殊再生を行う映像IDと特殊再生を行う命令を発行する。再生要求を受け付けた要求受付モジュール121は配信モジュール124に対して選択された映像IDと早送りのコマンドを発行する。配信モジュール124は映像データベース123を用いて選択された映像IDのストリームのメタ情報を取得し、15倍速の早送りを実現するための読み込み対象のGOPを決定する。
Next, special reproduction will be described. Here, a fast-forward method, which is one of typical special reproductions, will be described. For simplicity of explanation, it is assumed that the normal reproduction data stored is an MPEG-2 program stream and N = 15. In the case of fast-forwarding, if only I frames in the GOP are reproduced sequentially, the speed is 15 times faster. However, assuming that two repeat pictures are used, the speed is 5 times faster. In order to further increase the speed of fast-forwarding, GOPs may be read discretely. For example, 15-times fast reading is possible every 3 GOPs, and 30-times fast forwarding is possible every 6 GOPs.
Now, it is assumed that 15 × fast-forward special playback is requested from an arbitrary video from the terminal 111. As in the case of normal playback, the terminal 111 issues a video ID for performing special playback and a command for performing special playback to the
図10に低負荷時と高負荷時の、GOPと受信タイムスタンプの関係を示す。図10においてシステムの負荷が低い時は、N=15時に15倍速を実現するために、リピートピクチャが2枚として、3GOP毎の読み出しを行えばよい。またシステムの負荷が高い場合は、リピートピクチャを9枚として、10GOP毎の読み出しを行えばよい。このようにして早送り速度とシステムの負荷に応じて読み込みGOPを決定し、決定したGOPを蓄積モジュール125がHDD127から読み出しを行う。配信モジュール124は取得した通常再生ストリームのGOPデータからIフレームを抽出し、特殊再生モジュール126に送る。図9において、特殊再生モジュールのIフレームバッファ131には配信モジュール124から送られたIフレームデータが格納される。解析部132はIフレームバッファ131に格納されたIフレームデータのVBV Delay、Temporal Reference、Picture Coding Type、符号量の解析を行い、特殊再生モジュール126内の各処理で必要なパラメータを取得する。デコーダバッファ計算部133では前記解析部132から取得したパラメータをもとに、生成する特殊再生ストリームのVBV Delayの計算を行う。VBV Delayの計算方法については実施の形態1で示した方法を用いるものとする。Iフレームデータ変換処理部134は入力したIフレームピクチャが生成される特殊再生ストリームに適合するように、例えばTemporal ReferenceやVBV Delay及びシーケンスヘッダ以降IフレームまでのBit Rate ValueやVBV Buffer Size Valueを変更する。リピートピクチャ付加部135は先行するIフレームと表示内容が同じになるように、動きベクトルを0かつ予測誤差を0になるように、かつスキップドマクロブロックを使用しデータ量を大幅に削減するように符号化されたデータを作成する。符号量制御部136は生成する特殊再生ストリームの目標転送レートに対して、発生する符号量を予測し、予測符号量が目標転送レートに比べて小さいなら、スタッフィングによって目標転送レートに近づけ、一方予測符号化量が目標転送レートを上回りそうであれば、一時的に目標転送レートを上げるとともに関連する例えばBit Rate ValueやSCRの再調整を行い、MPEGの規格に対して矛盾が生じない処理を行うことによって、発生符号量の制御を行う。PS化部137はビデオエレメンタリーストリームの形式で生成された特殊再生ストリームをパック単位に分割し、プログラムストリームの形式に変換を行う。生成されたプログラムストリームは特殊再生ストリームバッファに保存され、当該データを配信モジュール124に渡す。
FIG. 10 shows the relationship between the GOP and the reception time stamp when the load is low and when the load is high. In FIG. 10, when the system load is low, in order to realize 15 times speed when N = 15, it is sufficient to read out every 3 GOPs with two repeat pictures. Further, when the system load is high, nine repeat pictures may be used and readout may be performed every 10 GOPs. In this way, the read GOP is determined according to the fast-forward speed and the system load, and the
配信モジュール124は受け取った特殊再生ストリームについても通常再生ストリームと同様にRTP/UDPパケット化し送信先IPアドレスとして端末111のIPアドレス及びポート番号を指定し、さらに映像データベース123に記録しておいた配信データのメタ情報のひとつであるGOP毎の受信タイムスタンプを基に早送り速度を鑑みながら、つまり15倍速であればGOP間の受信タイムスタンプの間隔が1/15になるように、GOP単位での配信タイミングの制御を行う。配信モジュール124から配信されたRTP/UDPパケットは、送信先である端末111により受信される。端末111は連続的に配信されるRTP/UDPパケットについてRTP/UDPヘッダを取り除き、プログラムストリームのパケットにし、さらに複数のペイロードパケットをつなぎ合わせることによって特殊再生ストリームを取得できる。取得した特殊再生ストリームを通常再生ストリームと同様に再生することによって、15倍速の早送りの特殊再生を実現することができる。この特殊再生ストリームはシンタックス上通常再生ストリームとなんら変わりがないため通常再生ストリームと同様に扱うことが可能である。
以上より、端末111は取得した特殊再生ストリームを再生することができる。
The
As described above, the terminal 111 can reproduce the acquired special reproduction stream.
ここでは早送りの15倍速について例示したが、早送りの30倍速であれば低負荷時で6GOP毎、高負荷時には20GOP毎に1つのIフレームを読み出し、また配信するタイムテーブルの時間間隔を1/15にすればよく、また早巻き戻しであれば逆方向に読み出して特殊再生モジュール126に送ればよい。また一時停止であれば同じGOPのデータを繰り返し特殊再生モジュール126に送ればよい。
In this example, the fast-forward 15 times speed is illustrated, but if the fast-forward 30 times speed, one I frame is read every 6 GOPs at low load and every 20 GOPs at high load, and the time interval of the time table to be distributed is 1/15 If it is fast-rewinding, it may be read in the reverse direction and sent to the
早送り及び早巻き戻しの特殊再生ストリームの配信タイミングについては、受信時のタイムスタンプを元に配信することによってリアルタイム性を確保できたが、一時停止の特殊再生において配信を行うタイミングは受信時刻が同一であるため受信タイムテーブルを使用するのは無意味である。したがって、生成した特殊再生ストリームの時刻情報をもとに配信を行なう方法をとる。 Regarding the delivery timing of fast-forward and fast-rewind special playback streams, real-time performance could be secured by delivering based on the time stamp at the time of reception, but the timing of delivery in pause special playback is the same as the reception time Therefore, it is meaningless to use the reception time table. Therefore, a method of distributing based on the time information of the generated special reproduction stream is adopted.
さて、本実施の形態で示した特殊再生ストリームは再生側で通常の速度で再生することによって、あたかも特殊再生されたかのような映像を呈するように生成されているので、再生側で特殊再生ストリームを再生するにあたり特別な仕組みを設ける必要がなく通常再生ストリームと同様に扱うことができる。しかしながら、通常再生から特殊再生、もしくは特殊再生から通常再生に遷移するときに、シームレスに再生を続けるためにはプログラムストリームのSCR(System Clock Reference)及びPTS(Presentation Time Stamp)やDTS(Decoding Time Stamp)の時間情報の連続性を保証することが必要である。もしこれらの時間情報が連続していないと、デコーダによってはデコーダバッファのオーバーフローやアンダーフローが発生したり、デコードの一時中断や停止が発生したりする恐れがある。したがって通常再生と特殊再生間の切り替え時には先行するストリームの最終SCRを元に後続するストリームのSCRが連続するように後続するストリームのSCRにオフセットを行うことが望ましい。さらに後続するストリームのPTS及びDTSについてもSCRがおこなったオフセット相当を行うことも必要である。 Now, the special playback stream shown in the present embodiment is generated at the playback side at a normal speed so as to present the video as if it had been specially played back. It is not necessary to provide a special mechanism for reproduction, and it can be handled in the same manner as a normal reproduction stream. However, in order to continue playback seamlessly when transitioning from normal playback to special playback or from special playback to normal playback, the SCR (System Clock Reference), PTS (Presentation Time Stamp) and DTS (Decoding Time Stamp) of the program stream ) To ensure the continuity of time information. If these pieces of time information are not continuous, depending on the decoder, the decoder buffer may overflow or underflow, or the decoding may be interrupted or stopped. Therefore, when switching between normal reproduction and special reproduction, it is desirable to offset the SCR of the subsequent stream so that the SCR of the subsequent stream is continuous based on the final SCR of the preceding stream. Furthermore, it is also necessary to perform the offset equivalent to the SCR for the subsequent stream PTS and DTS.
以上のように本実施の形態で示す特殊再生方法によると、特殊再生ストリームはリアルタイムに生成するため、あらかじめ記録媒体に特殊再生ストリームを用意しておく必要や、あらかじめ用意しておいた特殊再生ストリームに対する特別な管理を行う必要がない。また生成する特殊再生ストリームは通常再生ストリームから抽出したIフレームに、符号量の少ないリピートピクチャを付加し、秒あたりの符号量を削減しているのでネットワークの負荷を上昇させることなく転送が可能である。また生成された特殊再生ストリームは再生側で通常の速度で再生することによって、あたかも特殊再生されたかのような映像を呈するように生成されているので、再生側で特殊再生ストリームを再生するにあたり特別な仕組みを設ける必要がない。さらに通常再生ストリームから抽出し特殊生成ストリームに使用するIフレームの符号化パラメータの値を、生成する特殊再生ストリーム及びMPEG−2ストリームの規約に従うように再設定を行うので、符号化パラメータが不正な値をとることによる再生映像の乱れや、多重装置における多重化の失敗がなくなる。また生成する特殊再生ストリームに対して転送レートの調整の制御ができるので、通常再生と同じ転送レートにしたり、特殊再生のときのみ転送レートを変化したりすることができる。また特殊再生ストリームを生成する際に、システムの負荷に応じて動的または静的に蓄積部からの読み取り負荷を調整できるので、負荷を押さえて確実にストリームを生成できる。これらの結果、特殊再生の再生において映像の乱れが発生することがない。 As described above, according to the special reproduction method shown in the present embodiment, the special reproduction stream is generated in real time. Therefore, it is necessary to prepare the special reproduction stream on the recording medium in advance, or the special reproduction stream prepared in advance. There is no need for special management. The special playback stream to be generated can be transferred without increasing the load on the network because a repeat picture with a small code amount is added to the I frame extracted from the normal playback stream to reduce the code amount per second. is there. Also, since the generated special playback stream is generated at the playback side at a normal speed so as to present the video as if it had been specially played back, a special playback stream is played back on the playback side. There is no need to set up a mechanism. Furthermore, since the encoding parameter value of the I frame that is extracted from the normal reproduction stream and used for the special generation stream is reset so as to comply with the rules of the special reproduction stream and MPEG-2 stream to be generated, the encoding parameter is invalid. The disturbance of the reproduced video due to the value and the failure of multiplexing in the multiplexing device are eliminated. Further, since the transfer rate adjustment can be controlled for the special reproduction stream to be generated, the transfer rate can be set to the same as the normal reproduction, or the transfer rate can be changed only during the special reproduction. Further, when the special reproduction stream is generated, the reading load from the storage unit can be adjusted dynamically or statically according to the load of the system, so that the stream can be reliably generated while suppressing the load. As a result, there is no video disturbance during special playback.
以上のように、本発明によれば、蓄積装置の負荷が上昇した場合でも、通常再生ストリームからのフレーム内符号化ピクチャの読み出し間隔を変えることができるので、確実に特殊再生ストリームを生成することができる。 As described above, according to the present invention, even when the load on the storage device increases, the interval for reading intra-frame coded pictures from the normal playback stream can be changed, so that a special playback stream can be generated reliably. Can do.
1 サーバ(装置)、2 蓄積部、3 書き込み部、4 読み出し部、5 スイッチ、6 再生制御部、7 スイッチ、8 配信部、11 特殊再生処理部、12 Iピクチャ抽出部、13 解析部、14 デコーダバッファ計算部、15 フレーム内符号化ピクチャデータ変換処理部、16 リピートピクチャ付加部、17 符号量制御部、18 PS化部、21 受信部、22 GOP抽出部、23 アドレスマップ、31 ネットワーク、41 蓄積入力部、42 蓄積指示部、43 再生入力部、44 再生指示部、45 受信部、46 デコーダ、47 表示部、51 端末、52 端末、53 端末、100 ネットワーク、101 カメラ1、102 カメラ2、103 カメラ3、111 端末1、112 端末2、113 端末3、120 サーバ、121 要求受付モジュール、122 受信モジュール、123 映像データベース、124 配信モジュール、125 蓄積モジュール、126 特殊再生モジュール、127 HDD、131 Iフレームバッファ、132 解析部、133 デコーダバッファ計算部、134 Iフレームデータ変換処理部、135 リピートピクチャ付加部、136 符号量制御部、137 PS化部、138 特殊再生ストリームバッファ。
1 server (device), 2 storage unit, 3 writing unit, 4 reading unit, 5 switch, 6 playback control unit, 7 switch, 8 distribution unit, 11 special playback processing unit, 12 I picture extraction unit, 13 analysis unit, 14 Decoder buffer calculation unit, 15 intra-frame coded picture data conversion processing unit, 16 repeat picture addition unit, 17 code amount control unit, 18 PS conversion unit, 21 reception unit, 22 GOP extraction unit, 23 address map, 31 network, 41 Accumulation input unit, 42 Accumulation instruction unit, 43 Reproduction input unit, 44 Reproduction instruction unit, 45 Receiving unit, 46 Decoder, 47 Display unit, 51 terminal, 52 terminal, 53 terminal, 100 network, 101
Claims (5)
蓄積映像ストリームを入力して特殊再生映像ストリームを生成する特殊再生処理部を備え、
上記特殊再生処理部は、
蓄積映像ストリームを読み出す負荷に応じてフレーム内符号化ピクチャの送出間隔を定め、定めた送出間隔に基づいて上記蓄積映像ストリームからフレーム内符号化ピクチャを抽出して特殊再生映像ストリームの一部に含めるとともに、抽出したフレーム内符号化ピクチャのピクチャ解析をする解析部と、
上記解析部の解析結果に基づいて、上記フレーム内符号化ピクチャの符号化パラメータを特殊再生映像ストリームに対応する符号化パラメータに変更するフレーム内符号化ピクチャ変換処理部と、
上記解析部が抽出したフレーム内符号化ピクチャと同じ表示を示すリピートピクチャを生成して、生成したリピートピクチャをフレーム内符号化ピクチャに付加することによりリピートピクチャを上記特殊再生映像ストリームの一部に含めるリピートピクチャ付加部と
を備えたことを特徴とする特殊映像データ処理装置。 In response to a request from the terminal, the storage movies generates Zosu stream or al special playback video stream, generated trick play video streams you send to the terminal a special video data encoded using inter-frame prediction In the processing device,
A special playback processing unit that inputs the stored video stream and generates a special playback video stream is provided.
The special reproduction processing unit
The transmission interval of the intra-frame encoded picture is determined according to the load for reading the stored video stream, and the intra- frame encoded picture is extracted from the stored video stream based on the predetermined transmission interval and included in a part of the special playback video stream In addition, an analysis unit that performs picture analysis of the extracted intra-frame encoded picture ;
Based on the analysis result of the analysis unit, the intra-frame coded picture conversion processing unit for changing a coding parameter of the intra-frame coded picture in the coding parameter corresponding to the trick play video streams,
A repeat picture showing the same display as the intra-frame encoded picture extracted by the analysis unit is generated, and the generated repeat picture is added to the intra-frame encoded picture to make the repeat picture a part of the special playback video stream. Repeat picture addition part to include
Special video data processing apparatus characterized by comprising a.
上記特殊映像データ処理装置に上記要求を送信し、上記特殊映像データ処理装置から上記特殊再生映像ストリームを受信する1以上の端末と
を備えた構成とすることを特徴とする特殊映像データ処理システム。 A special video data processing apparatus according to claim 1;
Sending the request to the specialized video data processing apparatus, a special, characterized in that a structure having a <br/> with one or more terminals to receive the special playback video stream from the special video data processing apparatus Video data processing system.
上記特殊再生処理部の解析部が、蓄積映像ストリームを読み出す負荷に応じてフレーム内符号化ピクチャの送出間隔を定め、定めた送出間隔に基づいて上記蓄積映像ストリームからフレーム内符号化ピクチャを抽出して特殊再生映像ストリームの一部に含めるとともに、抽出したフレーム内符号化ピクチャのピクチャ解析をする解析ステップと、
上記特殊再生処理部のフレーム内符号化ピクチャ変換処理部が、上記解析ステップにおける上記解析部の解析結果に基づいて、上記フレーム内符号化ピクチャの符号化パラメータを特殊再生映像ストリームに対応する符号化パラメータに変更するフレーム内符号化ピクチャデータ変換ステップと、
上記特殊再生処理部のリピートピクチャ付加部が、上記解析ステップにおいて上記解析部が抽出したフレーム内符号化ピクチャと同じ表示を示すリピートピクチャを生成して、生成したリピートピクチャをフレーム内符号化ピクチャに付加することによりリピートピクチャを上記特殊再生映像ストリームの一部に含めるリピートピクチャ付加ステップと
を備えたことを特徴とする特殊映像データ処理方法。 Special video data that includes a special playback processing unit that generates a special playback video stream from an accumulated video stream encoded using inter-frame prediction in response to a request from the terminal, and transmits the generated special playback video stream to the terminal In the video data processing method of the processing device ,
The analysis unit of the special reproduction processing unit determines the transmission interval of the intra-frame encoded picture according to the load for reading the stored video stream, and extracts the intra-frame encoded picture from the stored video stream based on the determined transmission interval. An analysis step that includes a part of the specially reproduced video stream and analyzes the extracted intra-frame encoded picture ;
The intra-frame coded picture conversion processing unit of the special reproduction processing unit encodes the coding parameter of the intra-frame coded picture corresponding to the special reproduction video stream based on the analysis result of the analysis unit in the analysis step. An intra-frame coded picture data conversion step to change to a parameter ;
The repeat picture adding unit of the special reproduction processing unit generates a repeat picture showing the same display as the intra-frame encoded picture extracted by the analysis unit in the analysis step, and the generated repeat picture is converted into an intra-frame encoded picture. special video data processing method of the repeat pictures, characterized by comprising <br/> and repeat pictures added steps included as part of the trick play video streams by adding.
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