JP4616537B2 - 動画像通信システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＡＮやインターネットのようなネットワーク上でディジタル圧縮された動画像を伝送する動画像通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の動画像通信システムでは、フレーム周期に従って原画像データのキャプチャ及び圧縮符号化処理を動画像送信装置にて行い、ＬＡＮやインターネットのようなネットワークを通じてディジタル圧縮された画像データを動画像表示装置に伝送し、動画像表示装置にて圧縮画像データを復号処理することで得られる再生画像をディスプレイ等に表示していた。ここで、動画像の圧縮符号化方式としては、ＭＰＥＧ４やＨ．２６３等のように時間的に近接するフレーム間の類似性を利用したフレーム間予測（動き補償）が用いられている。
【０００３】
例えばＨ．２６３では、図８に示すように１フレームの原画像Ｘ１全体を符号化したＩフレーム（フレーム内符号化フレーム）Ｉ１と、次の原画像Ｘ２とのフレーム間における差分から得られる、つまり順方向予測されるＰフレーム（フレーム間符号化フレーム）Ｐ１とが生成され、ＩフレームＩ１の間に１乃至複数のＰフレームＰ１が挿入される形で画像の圧縮符号化が行われる。但し、Ｉフレームはデータ量が大きいが単独での再生（表示）が可能であるのに対し、Ｐフレームはデータ量が少ないものの単独での再生（表示）が不可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような動画像通信システムでは、一般的に２０〜３０ｆｐｓ程度のフレームレートで符号化及び復号化処理が行われており、１秒間に１〜２程度のＩフレームを挿入することにより再生画像をリフレッシュさせている。しかしながら、上記従来の動画像通信システムにおいては、動画像送信装置における圧縮符号化処理の遅延や動画像送信装置から動画像表示装置への圧縮画像データの伝送遅延又は伝送エラーによって、動画像表示装置における再生画像の画質劣化や遅延時間の累積が発生するという問題があった。例えば、図９に示すように動画像送信装置では所定のフレーム周期に従ってキャプチャした原画像データｆ０，ｆ１，…からＩフレーム及びＰフレームの圧縮画像データＩ０，Ｉ１，…、Ｐ０，Ｐ１，…を生成して動画像表示装置に送信し、動画像表示装置にて圧縮画像データＩ０，Ｉ１，…、Ｐ０，Ｐ１，…を復号化して原画像に近い再生画像データｆ０’，ｆ１’，…を生成しディスプレイ等に表示している場合を考える。このとき、動画像送信装置においてＰフレームＰ３の圧縮符号化処理に遅延が生じると、それ以降のＰフレームＰ４，Ｐ５，…に伝送遅延が発生し、動画像表示装置においては遅延時間が累積されたり、あるいは、伝送エラーによってＰフレームＰ５が伝送されずに欠落してしまうことがある。このような状況では、上述のような再生画像のリフレッシュが行われないため、再生画像の画質が著しく低下したり、動画像が全く表示されなくなる虞があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、圧縮符号化処理の遅延や圧縮画像データの伝送遅延又は伝送エラーによる再生画像の画質劣化や遅延時間の累積を防止した動画像通信システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、動画像の原画像データをフレーム間予測により圧縮符号化した圧縮画像データをネットワークを通じて送信する動画像送信装置と、ネットワークを通じて受信する圧縮画像データを復号化した再生画像データを表示する動画像表示装置とからなる動画像通信システムにおいて、動画像送信装置は、原画像データからフレーム内符号化フレーム並びにフレーム間符号化フレームの２種類の圧縮画像データを生成する圧縮符号化手段と、圧縮画像データをネットワークを通じて送信する送信手段とを具備し、動画像表示装置は、ネットワークを通じて圧縮画像データを受信する受信手段と、受信手段で受信した圧縮画像データを復号化する復号化手段と、復号化された再生画像データを表示する表示手段とを具備し、動画像送信装置の圧縮符号化手段は、１フレームの圧縮符号化の処理時間が、予めフレーム周期を超えない所定の値に設定される閾値を越えたときはダミー信号を送信手段よりネットワークを通じて送信させるとともに当該フレームの圧縮符号化処理が完了した時点で圧縮画像データを送信手段からネットワークを通じて送信させ、動画像表示装置は、ダミー信号を受信した場合に表示手段が復号化処理が完了している再生画像データの表示を継続することを特徴とし、圧縮符号化処理の遅延による画質の劣化が防止できる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、ダミー信号を受信せず且つ圧縮画像データを予め設定される規定時間内に受信しない場合に圧縮符号化手段に対して圧縮符号化処理のリセット要求をネットワークを通じて送信するリセット要求手段を動画像表示装置に具備することを特徴とし、動画像送信装置から次のフレーム内符号化フレームを送信されるまではフレーム間符号化フレームが送信されても動画像表示装置において再生画像を正常に表示できないことをリセット要求により動画像送信装置に知らせることができる。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、動画像送信装置の圧縮符号化手段は、リセット要求を受け取ると現在の圧縮符号化処理を中断して最新のフレーム内符号化フレームからフレーム間符号化フレームを生成する処理を実行して送信手段よりネットワークを通じて送信させることを特徴とし、リセット要求があった場合に最新のフレーム内符号化フレームから生成されるフレーム間符号化フレームを動画像送信装置から動画像表示装置に送信することにより、データ容量の大きいフレーム内符号化フレームを送信する場合に比較してデータ容量も小さくて済み、リセット要求後に正常に再生画像を表示するまでの回復時間が短縮できる。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかの発明において、送信手段は、フレーム内符号化フレーム並びにフレーム間符号化フレームの圧縮画像データを周期的にパケット送信し、一周期内においてフレーム内符号化フレームの送信期間をフレーム間符号化フレームの送信期間よりも長い時間に設定したことを特徴とし、データ容量の大きいフレーム内符号化フレームの伝送遅延により動画像表示装置において再生画像が表示できなくなる頻度を低下させることができ、再生画像の画質劣化が防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を説明する前に、本発明の参考例について説明する。
本参考例の動画像通信システムは、図１に示すように動画像の原画像データをフレーム間予測により圧縮符号化した圧縮画像データをネットワークを通じて送信する動画像送信装置１０と、ネットワークを通じて受信する圧縮画像データを復号化した再生画像データを表示する動画像表示装置２０とを基本構成とする。但し、図２に示すようにイーサネット（Ｒ）のようなＬＡＮを構築するハブ１及びルータ２を含む場合も有れば、複数の動画像通信システム同士をＬＡＮ並びにインターネットを介して接続する場合もある。
【００１１】
動画像送信装置１０は、テレビカメラ等を用いて動画像をキャプチャする画像キャプチャ手段１１と、画像キャプチャ手段１１にてキャプチャされた動画像の原画像データを圧縮符号化（例えば、Ｈ．２６３の動画像圧縮方式による圧縮符号化）することで原画像データからフレーム内符号化フレーム（以下、「Ｉフレーム」と呼ぶ）並びにフレーム間符号化フレーム（以下、「Ｐフレーム」と呼ぶ）の２種類の圧縮画像データを生成する圧縮符号化手段１２と、圧縮画像データ（Ｉフレーム及びＰフレーム）をネットワークを通じて送信する送信手段１３と、フレーム周期信号を生成するフレーム周期信号生成手段１４とを具備し、画像キャプチャ手段１１並びに圧縮符号化手段１２はフレーム周期信号に同期してそれぞれの処理を行っている。なお、圧縮符号化手段１２における圧縮符号化処理、すなわちＩフレーム及びＰフレームの生成方法については従来技術でも説明したように既に周知であるから詳細な説明は省略する。
【００１２】
一方、動画像表示装置２０は、ネットワークを通じて圧縮画像データ（Ｉフレーム及びＰフレーム）を受信する受信手段２１と、受信手段２１で受信した圧縮画像データを復号化する復号化手段２２と、復号化された再生画像データを表示する表示手段２３と、フレーム周期信号を生成するフレーム周期信号生成手段２４とを具備し、復号化手段２２並びに表示手段２３はフレーム周期信号に同期してそれぞれの処理を行っている。なお、復号化手段２２における復号化処理、すなわちＩフレーム及びＰフレームから再生画像データを生成する方法については従来技術でも説明したように既に周知であるから詳細な説明は省略する。
【００１３】
次に、図３を参照して本参考例の動作を説明する。図３における時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，…はフレーム周期毎に等間隔で区切られた処理開始時刻を示している。また、ｆ０，ｆ１，ｆ２，…はそれぞれ時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，…にキャプチャされた原画像データ、Ｉ０はＩフレームの圧縮画像データ、Ｐ１，Ｐ２，…はＰフレームの圧縮画像データ、ｆ０’，ｆ１’，ｆ２’，…は圧縮画像データＩ０，Ｐ１，Ｐ２，…を復号化して得られる再生画像データをそれぞれ示している。
【００１４】
まず、動画像送信装置１０の動作を説明すると、画像キャプチャ手段１１がフレーム周期信号に同期して各処理開始時刻ｔ０，ｔ１，…に動画像をキャプチャして原画像データｆ０，ｆ１，…を得ると、圧縮符号化手段１２が各処理開始時刻ｔ１，ｔ２，…に原画像データｆ０，ｆ１，…に対する圧縮符号化処理を開始してＩフレームＩ０並びにＰフレームＰ１，Ｐ２，…の圧縮画像データを生成し、圧縮符号化処理が完了した圧縮画像データを各処理開始時刻ｔ２，ｔ３，…に送信手段１３からネットワークを通じて動画像表示装置２０に送信する。ここで、圧縮符号化手段１２では原画像データｆ０全体をイントラ符号化（フレーム内符号化）することでＩフレームＩ０の圧縮画像データを生成し、当該ＩフレームＩ０と次の原画像データｆ１との差分をとる（フレーム間符号化する）ことでＰフレームＰ１を生成するとともに、ＩフレームＩ０とＰフレームＰ１から得られる画像データ（再生画像データｆ０’と同じ画像データ）をフレームメモリに記憶し当該画像データと次の原画像データｆ２とをフレーム間符号化することで次のＰフレームＰ２を生成する。
【００１５】
一方、動画像表示装置２０では、ネットワークを通じて受信手段２１により受信した圧縮画像データに対して、復号化手段２２が各処理開始時刻ｔ３，ｔ４，…に復号化処理を開始してＩフレームＩ０並びにＰフレームＰ１，Ｐ２，…の圧縮画像データから再生画像データｆ０’，ｆ１’，…を生成し、表示手段２３が各処理開始時刻ｔ４，ｔ５，…に再生画像データｆ０’，ｆ１’，…の再生処理を開始してディスプレイ等に再生画像を表示する。
【００１６】
ところで動画像送信装置１０の圧縮符号化手段１２は、１フレーム（Ｉフレーム又はＰフレーム）の圧縮符号化の処理時間が予め設定される閾値Ｔｘを越えたときに当該フレームの圧縮符号化処理を中止して次フレームの圧縮符号化処理を行う。例えば、ＰフレームＰ３の圧縮符号化処理が処理開始時刻ｔ４から閾値Ｔｘを経過しても完了しなかったとすると、圧縮符号化手段１２はＰフレームＰ３の圧縮符号化処理を中止して次のフレーム、すなわちＰフレームＰ４の圧縮符号化処理を開始し、中止する前のフレーム（ＰフレームＰ２）からの差分としてＰフレームＰ４を生成する。なお、ＰフレームＰ４の圧縮符号化処理を本来の処理開始時刻ｔ５に開始するためには、閾値Ｔｘをフレーム周期を超えない適当な値に設定する必要がある。
【００１７】
而して、動画像送信装置１０からＰフレームＰ３の圧縮画像データが送信されず、動画像表示装置２０ではＰフレームＰ３を復号化した再生画像データｆ３’が欠落することになるが、次のＰフレームＰ４を復号化した再生画像データｆ４’がフレーム周期に同期して生成されるために従来例で説明した遅延時間の累積が防止できるものである。
【００１８】
一方、図４に示すように、仮にＩフレームＩ３の圧縮符号化処理が処理開始時刻ｔ４から閾値Ｔｘを経過しても完了しなかったとすると、圧縮符号化手段１２はＩフレームＩ３の圧縮符号化処理を中止して次のフレームの圧縮符号化処理を開始する。このとき、本来ならばＰフレームを生成するのであるが、ＩフレームＩ３が欠落していることから、圧縮符号化手段１２は原画像ｆ４よりＩフレームＩ４を生成する。
【００１９】
而して、動画像送信装置１０からＩフレームＩ３の圧縮画像データが送信されない場合でも次のフレームとしてＩフレームＩ４が生成されて送信されるため、動画像表示装置２０ではＩフレームＩ３を復号化した再生画像データｆ３’が欠落することになるが、次のＩフレームＩ４を復号化した再生画像データｆ４’がフレーム周期に同期して生成されるために従来例で説明した画質の劣化が防止できるものである。
【００２０】
（実施形態）
本実施形態の動画像通信システムは、図５に示すようにリセット要求手段２５を動画像表示装置２０に具備するとともに、リセット要求手段２５から送信されるリセット要求をネットワークを通じて受信する受信手段１５を動画像送信装置１０に具備する点に参考例との差異があり、これ以外の構成については参考例と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２１】
次に、図６を参照して本実施形態の動作を説明する。例えば、動画像送信装置１０の圧縮符号化手段１２において、ＰフレームＰ３の圧縮符号化処理が処理開始時刻ｔ４から閾値Ｔｘを経過しても完了しなかったとすると、圧縮符号化手段１２はＰフレームＰ３の圧縮符号化処理を継続しつつ、次の処理開始時刻ｔ５にダミー信号（図６中では「ダミー」と表示）を送信手段１３よりネットワークを通じて送信させるとともに、ＰフレームＰ３の圧縮符号化処理が完了した時点でその圧縮画像データ（ＰフレームＰ３）を送信手段１３からネットワークを通じて送信させる。なお、この場合にはＰフレームＰ３の次のフレーム（ＰフレームＰ４）の処理はスキップさせる。
【００２２】
一方、動画像表示装置２０では、ネットワークを通じて受信手段２１によりダミー信号を受信した場合、表示手段２３が復号化処理が完了している再生画像データ、この場合は１つ前のＰフレームＰ２から生成された再生画像データｆ２’の表示を、本来ＰフレームＰ３から生成される再生画像データｆ３’の表示を開始する処理開始時刻ｔ７から継続する。そして、遅延していた次のＰフレームＰ３の圧縮画像データの複合化が完了すれば、その再生画像データｆ３’を次の処理開始時刻ｔ８から表示する。
【００２３】
而して、参考例では圧縮符号化処理の遅延が生じた場合に再生画像データの欠落が生じていたが、本実施形態では欠落した再生画像データをその１つ前の再生画像データで埋めることにより画質の劣化を抑制することができるものである。また、動画像表示装置２０でダミー信号を受信した場合には、次に表示すべき圧縮画像データを受信していない原因が伝送エラーや伝送遅延ではなく、動画像送信装置１０における圧縮符号化処理の遅延であることが判別でき、このように圧縮符号化処理の遅延が原因であるときには、次に説明するリセット要求を動画像表示装置２０から動画像送信装置１０に送信しないため、動画像送信装置１０並びに動画像表示装置２０においてリセット要求処理に要する時間分だけ再生画像の画質が劣化する時間（すなわち、再生画質が正常に復帰するまでの時間）を短縮することができる。
【００２４】
ところで本実施形態においては、伝送エラーや伝送遅延によりダミー信号を受信せず且つ圧縮画像データを予め設定される規定時間内に受信しない場合、例えば動画像送信装置１０からダミー信号が送信されず、且つＰフレームＰ６の圧縮画像データが動画像表示装置２０の受信手段２１で受信されない時間が予め設定される規定時間を超えた場合、動画像表示装置２０のリセット要求手段２５が圧縮符号化手段１２に対して圧縮符号化処理のリセット要求をネットワークを通じて送信するとともに、次の圧縮画像データが送信されてくるまでの間、表示手段１３が１つ前のＰフレームＰ５から生成された再生画像データｆ５’の表示を継続する。
【００２５】
一方、動画像送信装置１０においては、ネットワークを通じて受信手段１５にてリセット要求を受信すると、圧縮符号化手段１２では以降のフレームを送信しても動画像表示装置２０において再生画像を正常に表示できないと判断し、その時点で行っているフレーム（図６においてはＰフレームＰ８）の圧縮符号化処理を中断して最新のＩフレーム（図６においてはＩ０）からＰフレームＰ９を生成する処理を実行して送信手段１３よりネットワークを通じて送信させる。
【００２６】
ＰフレームＰ９の圧縮画像データを受信した動画像表示装置２０においては、復号化手段２２がメモリに記憶している最新のＩフレームＩ０とＰフレームＰ９の差分から再生画像データｆ９’を復号化して生成し、表示手段２３により再生画像データｆ９’の表示を行う。
【００２７】
而して、リセット要求があった場合に最新のＩフレームから生成されるＰフレームを動画像送信装置１０から動画像表示装置２０に送信することにより、データ容量の大きいＩフレームを送信する場合に比較してデータ容量も小さくて済み、リセット要求後に正常に再生画像を表示するまでの回復時間が短縮できるという利点がある。また、ＰフレームＰ９を生成する場合に最新のＰフレームＰ７をもとに生成する場合に比較してメモリの消費量を減らすことができる。すなわち、最新のＰフレームをもとに次のＰフレームを生成する場合、伝送遅延や伝送エラーが何時発生するか不明であるため、最新のＩフレーム以降の全てのＰフレームについて再生画像データをメモリに記憶する必要が生じてメモリの消費量が増大するからである。
【００２８】
ところで、上述の参考例並びに実施形態において、動画像送信装置１０の送信手段１３から圧縮画像データを送信する際に、図７に示すようにＩフレーム並びにＰフレームの圧縮画像データを周期的にパケット送信し、一周期内においてＩフレームの送信期間ＴＩをＰフレームの送信期間ＴＰよりも長い時間に設定すれば、データ容量の大きいＩフレームの伝送遅延により動画像表示装置２０にて再生画像が表示できなくなる頻度を低下させることができ、再生画像の画質劣化が防止できて望ましいものである。
【００２９】
なお、参考例並びに実施形態では動画像の圧縮符号化方式としてＨ．２６３を例示したが、これに限定する趣旨ではなく、ＭＰＥＧ４やフレーム間予測を利用する他の圧縮符号化方式を採用する動画像通信システム全般に本発明の技術思想が適用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、動画像の原画像データをフレーム間予測により圧縮符号化した圧縮画像データをネットワークを通じて送信する動画像送信装置と、ネットワークを通じて受信する圧縮画像データを復号化した再生画像データを表示する動画像表示装置とからなる動画像通信システムにおいて、動画像送信装置は、原画像データからフレーム内符号化フレーム並びにフレーム間符号化フレームの２種類の圧縮画像データを生成する圧縮符号化手段と、圧縮画像データをネットワークを通じて送信する送信手段とを具備し、動画像表示装置は、ネットワークを通じて圧縮画像データを受信する受信手段と、受信手段で受信した圧縮画像データを復号化する復号化手段と、復号化された再生画像データを表示する表示手段とを具備し、動画像送信装置の圧縮符号化手段は、１フレームの圧縮符号化の処理時間が、予めフレーム周期を超えない所定の値に設定される閾値を越えたときはダミー信号を送信手段よりネットワークを通じて送信させるとともに当該フレームの圧縮符号化処理が完了した時点で圧縮画像データを送信手段からネットワークを通じて送信させ、動画像表示装置は、ダミー信号を受信した場合に表示手段が復号化処理が完了している再生画像データの表示を継続するので、圧縮符号化処理の遅延による画質の劣化が防止できるという効果がある。
【００３１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、ダミー信号を受信せず且つ圧縮画像データを予め設定される規定時間内に受信しない場合に圧縮符号化手段に対して圧縮符号化処理のリセット要求をネットワークを通じて送信するリセット要求手段を動画像表示装置に具備するので、動画像送信装置から次のフレーム内符号化フレームを送信されるまではフレーム間符号化フレームが送信されても動画像表示装置において再生画像を正常に表示できないことをリセット要求により動画像送信装置に知らせることができるという効果がある。
【００３２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、動画像送信装置の圧縮符号化手段は、リセット要求を受け取ると現在の圧縮符号化処理を中断して最新のフレーム内符号化フレームからフレーム間符号化フレームを生成する処理を実行して送信手段よりネットワークを通じて送信させるので、リセット要求があった場合に最新のフレーム内符号化フレームから生成されるフレーム間符号化フレームを動画像送信装置から動画像表示装置に送信することにより、データ容量の大きいフレーム内符号化フレームを送信する場合に比較してデータ容量も小さくて済み、リセット要求後に正常に再生画像を表示するまでの回復時間が短縮できるという効果がある。
【００３３】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかの発明において、送信手段は、フレーム内符号化フレーム並びにフレーム間符号化フレームの圧縮画像データを周期的にパケット送信し、一周期内においてフレーム内符号化フレームの送信期間をフレーム間符号化フレームの送信期間よりも長い時間に設定したので、データ容量の大きいフレーム内符号化フレームの伝送遅延により動画像表示装置において再生画像が表示できなくなる頻度を低下させることができ、再生画像の画質劣化が防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例を示すブロック図である。
【図２】 同上のシステム構成例を示す図である。
【図３】 同上の動作説明用のタイムチャートである。
【図４】 同上の動作説明用のタイムチャートである。
【図５】 本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図６】 同上の動作説明用のタイムチャートである。
【図７】 同上の動作説明用のタイムチャートである。
【図８】 圧縮符号化方式の一例を説明する説明図である。
【図９】 従来例の動作説明用のタイムチャートである。
【符号の説明】
１０ 動画像送信装置
１１ 画像キャプチャ手段
１２ 圧縮符号化手段
１３ 送信手段
２０ 動画像表示装置
２１ 受信手段
２２ 復号化手段
２３ 表示手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＡＮやインターネットのようなネットワーク上でディジタル圧縮された動画像を伝送する動画像通信システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の動画像通信システムでは、フレーム周期に従って原画像データのキャプチャ及び圧縮符号化処理を動画像送信装置にて行い、ＬＡＮやインターネットのようなネットワークを通じてディジタル圧縮された画像データを動画像表示装置に伝送し、動画像表示装置にて圧縮画像データを復号処理することで得られる再生画像をディスプレイ等に表示していた。ここで、動画像の圧縮符号化方式としては、ＭＰＥＧ４やＨ．２６３等のように時間的に近接するフレーム間の類似性を利用したフレーム間予測（動き補償）が用いられている。
【０００３】
例えばＨ．２６３では、図８に示すように１フレームの原画像Ｘ１全体を符号化したＩフレーム（フレーム内符号化フレーム）Ｉ１と、次の原画像Ｘ２とのフレーム間における差分から得られる、つまり順方向予測されるＰフレーム（フレーム間符号化フレーム）Ｐ１とが生成され、ＩフレームＩ１の間に１乃至複数のＰフレームＰ１が挿入される形で画像の圧縮符号化が行われる。但し、Ｉフレームはデータ量が大きいが単独での再生（表示）が可能であるのに対し、Ｐフレームはデータ量が少ないものの単独での再生（表示）が不可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような動画像通信システムでは、一般的に２０〜３０ｆｐｓ程度のフレームレートで符号化及び復号化処理が行われており、１秒間に１〜２程度のＩフレームを挿入することにより再生画像をリフレッシュさせている。しかしながら、上記従来の動画像通信システムにおいては、動画像送信装置における圧縮符号化処理の遅延や動画像送信装置から動画像表示装置への圧縮画像データの伝送遅延又は伝送エラーによって、動画像表示装置における再生画像の画質劣化や遅延時間の累積が発生するという問題があった。例えば、図９に示すように動画像送信装置では所定のフレーム周期に従ってキャプチャした原画像データｆ０，ｆ１，…からＩフレーム及びＰフレームの圧縮画像データＩ０，Ｉ１，…、Ｐ０，Ｐ１，…を生成して動画像表示装置に送信し、動画像表示装置にて圧縮画像データＩ０，Ｉ１，…、Ｐ０，Ｐ１，…を復号化して原画像に近い再生画像データｆ０’，ｆ１’，…を生成しディスプレイ等に表示している場合を考える。このとき、動画像送信装置においてＰフレームＰ３の圧縮符号化処理に遅延が生じると、それ以降のＰフレームＰ４，Ｐ５，…に伝送遅延が発生し、動画像表示装置においては遅延時間が累積されたり、あるいは、伝送エラーによってＰフレームＰ５が伝送されずに欠落してしまうことがある。このような状況では、上述のような再生画像のリフレッシュが行われないため、再生画像の画質が著しく低下したり、動画像が全く表示されなくなる虞があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、圧縮符号化処理の遅延や圧縮画像データの伝送遅延又は伝送エラーによる再生画像の画質劣化や遅延時間の累積を防止した動画像通信システムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、上記目的を達成するために、動画像の原画像データをフレーム間予測により圧縮符号化した圧縮画像データをネットワークを通じて送信する動画像送信装置と、ネットワークを通じて受信する圧縮画像データを復号化した再生画像データを表示する動画像表示装置とからなる動画像通信システムにおいて、動画像送信装置は、原画像データからフレーム内符号化フレーム並びにフレーム間符号化フレームの２種類の圧縮画像データを生成する圧縮符号化手段と、圧縮画像データをネットワークを通じて送信する送信手段とを具備し、動画像表示装置は、ネットワークを通じて圧縮画像データを受信する受信手段と、受信手段で受信した圧縮画像データを復号化する復号化手段と、復号化された再生画像データを表示する表示手段とを具備し、動画像送信装置の圧縮符号化手段は、１フレームの圧縮符号化の処理時間が、予めフレーム周期を超えない所定の値に設定される閾値を越えたときはダミー信号を送信手段よりネットワークを通じて送信させるとともに当該フレームの圧縮符号化処理が完了した時点で圧縮画像データを送信手段からネットワークを通じて送信させ、動画像表示装置は、ダミー信号を受信した場合に表示手段が復号化処理が完了している再生画像データの表示を継続することを特徴とし、圧縮符号化処理の遅延による画質の劣化が防止できる。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、ダミー信号を受信せず且つ圧縮画像データを予め設定される規定時間内に受信しない場合に圧縮符号化手段に対して圧縮符号化処理のリセット要求をネットワークを通じて送信するリセット要求手段を動画像表示装置に具備することを特徴とし、動画像送信装置から次のフレーム内符号化フレームを送信されるまではフレーム間符号化フレームが送信されても動画像表示装置において再生画像を正常に表示できないことをリセット要求により動画像送信装置に知らせることができる。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、動画像送信装置の圧縮符号化手段は、リセット要求を受け取ると現在の圧縮符号化処理を中断して最新のフレーム内符号化フレームからフレーム間符号化フレームを生成する処理を実行して送信手段よりネットワークを通じて送信させることを特徴とし、リセット要求があった場合に最新のフレーム内符号化フレームから生成されるフレーム間符号化フレームを動画像送信装置から動画像表示装置に送信することにより、データ容量の大きいフレーム内符号化フレームを送信する場合に比較してデータ容量も小さくて済み、リセット要求後に正常に再生画像を表示するまでの回復時間が短縮できる。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかの発明において、送信手段は、フレーム内符号化フレーム並びにフレーム間符号化フレームの圧縮画像データを周期的にパケット送信し、一周期内においてフレーム内符号化フレームの送信期間をフレーム間符号化フレームの送信期間よりも長い時間に設定したことを特徴とし、データ容量の大きいフレーム内符号化フレームの伝送遅延により動画像表示装置において再生画像が表示できなくなる頻度を低下させることができ、再生画像の画質劣化が防止できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を説明する前に、本発明の参考例について説明する。
本参考例の動画像通信システムは、図１に示すように動画像の原画像データをフレーム間予測により圧縮符号化した圧縮画像データをネットワークを通じて送信する動画像送信装置１０と、ネットワークを通じて受信する圧縮画像データを復号化した再生画像データを表示する動画像表示装置２０とを基本構成とする。但し、図２に示すようにイーサネット（Ｒ）のようなＬＡＮを構築するハブ１及びルータ２を含む場合も有れば、複数の動画像通信システム同士をＬＡＮ並びにインターネットを介して接続する場合もある。
【００１１】
動画像送信装置１０は、テレビカメラ等を用いて動画像をキャプチャする画像キャプチャ手段１１と、画像キャプチャ手段１１にてキャプチャされた動画像の原画像データを圧縮符号化（例えば、Ｈ．２６３の動画像圧縮方式による圧縮符号化）することで原画像データからフレーム内符号化フレーム（以下、「Ｉフレーム」と呼ぶ）並びにフレーム間符号化フレーム（以下、「Ｐフレーム」と呼ぶ）の２種類の圧縮画像データを生成する圧縮符号化手段１２と、圧縮画像データ（Ｉフレーム及びＰフレーム）をネットワークを通じて送信する送信手段１３と、フレーム周期信号を生成するフレーム周期信号生成手段１４とを具備し、画像キャプチャ手段１１並びに圧縮符号化手段１２はフレーム周期信号に同期してそれぞれの処理を行っている。なお、圧縮符号化手段１２における圧縮符号化処理、すなわちＩフレーム及びＰフレームの生成方法については従来技術でも説明したように既に周知であるから詳細な説明は省略する。
【００１２】
一方、動画像表示装置２０は、ネットワークを通じて圧縮画像データ（Ｉフレーム及びＰフレーム）を受信する受信手段２１と、受信手段２１で受信した圧縮画像データを復号化する復号化手段２２と、復号化された再生画像データを表示する表示手段２３と、フレーム周期信号を生成するフレーム周期信号生成手段２４とを具備し、復号化手段２２並びに表示手段２３はフレーム周期信号に同期してそれぞれの処理を行っている。なお、復号化手段２２における復号化処理、すなわちＩフレーム及びＰフレームから再生画像データを生成する方法については従来技術でも説明したように既に周知であるから詳細な説明は省略する。
【００１３】
次に、図３を参照して本参考例の動作を説明する。図３における時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，…はフレーム周期毎に等間隔で区切られた処理開始時刻を示している。また、ｆ０，ｆ１，ｆ２，…はそれぞれ時刻ｔ０，ｔ１，ｔ２，…にキャプチャされた原画像データ、Ｉ０はＩフレームの圧縮画像データ、Ｐ１，Ｐ２，…はＰフレームの圧縮画像データ、ｆ０’，ｆ１’，ｆ２’，…は圧縮画像データＩ０，Ｐ１，Ｐ２，…を復号化して得られる再生画像データをそれぞれ示している。
【００１４】
まず、動画像送信装置１０の動作を説明すると、画像キャプチャ手段１１がフレーム周期信号に同期して各処理開始時刻ｔ０，ｔ１，…に動画像をキャプチャして原画像データｆ０，ｆ１，…を得ると、圧縮符号化手段１２が各処理開始時刻ｔ１，ｔ２，…に原画像データｆ０，ｆ１，…に対する圧縮符号化処理を開始してＩフレームＩ０並びにＰフレームＰ１，Ｐ２，…の圧縮画像データを生成し、圧縮符号化処理が完了した圧縮画像データを各処理開始時刻ｔ２，ｔ３，…に送信手段１３からネットワークを通じて動画像表示装置２０に送信する。ここで、圧縮符号化手段１２では原画像データｆ０全体をイントラ符号化（フレーム内符号化）することでＩフレームＩ０の圧縮画像データを生成し、当該ＩフレームＩ０と次の原画像データｆ１との差分をとる（フレーム間符号化する）ことでＰフレームＰ１を生成するとともに、ＩフレームＩ０とＰフレームＰ１から得られる画像データ（再生画像データｆ０’と同じ画像データ）をフレームメモリに記憶し当該画像データと次の原画像データｆ２とをフレーム間符号化することで次のＰフレームＰ２を生成する。
【００１５】
一方、動画像表示装置２０では、ネットワークを通じて受信手段２１により受信した圧縮画像データに対して、復号化手段２２が各処理開始時刻ｔ３，ｔ４，…に復号化処理を開始してＩフレームＩ０並びにＰフレームＰ１，Ｐ２，…の圧縮画像データから再生画像データｆ０’，ｆ１’，…を生成し、表示手段２３が各処理開始時刻ｔ４，ｔ５，…に再生画像データｆ０’，ｆ１’，…の再生処理を開始してディスプレイ等に再生画像を表示する。
【００１６】
ところで動画像送信装置１０の圧縮符号化手段１２は、１フレーム（Ｉフレーム又はＰフレーム）の圧縮符号化の処理時間が予め設定される閾値Ｔｘを越えたときに当該フレームの圧縮符号化処理を中止して次フレームの圧縮符号化処理を行う。例えば、ＰフレームＰ３の圧縮符号化処理が処理開始時刻ｔ４から閾値Ｔｘを経過しても完了しなかったとすると、圧縮符号化手段１２はＰフレームＰ３の圧縮符号化処理を中止して次のフレーム、すなわちＰフレームＰ４の圧縮符号化処理を開始し、中止する前のフレーム（ＰフレームＰ２）からの差分としてＰフレームＰ４を生成する。なお、ＰフレームＰ４の圧縮符号化処理を本来の処理開始時刻ｔ５に開始するためには、閾値Ｔｘをフレーム周期を超えない適当な値に設定する必要がある。
【００１７】
而して、動画像送信装置１０からＰフレームＰ３の圧縮画像データが送信されず、動画像表示装置２０ではＰフレームＰ３を復号化した再生画像データｆ３’が欠落することになるが、次のＰフレームＰ４を復号化した再生画像データｆ４’がフレーム周期に同期して生成されるために従来例で説明した遅延時間の累積が防止できるものである。
【００１８】
一方、図４に示すように、仮にＩフレームＩ３の圧縮符号化処理が処理開始時刻ｔ４から閾値Ｔｘを経過しても完了しなかったとすると、圧縮符号化手段１２はＩフレームＩ３の圧縮符号化処理を中止して次のフレームの圧縮符号化処理を開始する。このとき、本来ならばＰフレームを生成するのであるが、ＩフレームＩ３が欠落していることから、圧縮符号化手段１２は原画像ｆ４よりＩフレームＩ４を生成する。
【００１９】
而して、動画像送信装置１０からＩフレームＩ３の圧縮画像データが送信されない場合でも次のフレームとしてＩフレームＩ４が生成されて送信されるため、動画像表示装置２０ではＩフレームＩ３を復号化した再生画像データｆ３’が欠落することになるが、次のＩフレームＩ４を復号化した再生画像データｆ４’がフレーム周期に同期して生成されるために従来例で説明した画質の劣化が防止できるものである。
【００２０】
（実施形態）
本実施形態の動画像通信システムは、図５に示すようにリセット要求手段２５を動画像表示装置２０に具備するとともに、リセット要求手段２５から送信されるリセット要求をネットワークを通じて受信する受信手段１５を動画像送信装置１０に具備する点に参考例との差異があり、これ以外の構成については参考例と共通であるから、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２１】
次に、図６を参照して本実施形態の動作を説明する。例えば、動画像送信装置１０の圧縮符号化手段１２において、ＰフレームＰ３の圧縮符号化処理が処理開始時刻ｔ４から閾値Ｔｘを経過しても完了しなかったとすると、圧縮符号化手段１２はＰフレームＰ３の圧縮符号化処理を継続しつつ、次の処理開始時刻ｔ５にダミー信号（図６中では「ダミー」と表示）を送信手段１３よりネットワークを通じて送信させるとともに、ＰフレームＰ３の圧縮符号化処理が完了した時点でその圧縮画像データ（ＰフレームＰ３）を送信手段１３からネットワークを通じて送信させる。なお、この場合にはＰフレームＰ３の次のフレーム（ＰフレームＰ４）の処理はスキップさせる。
【００２２】
一方、動画像表示装置２０では、ネットワークを通じて受信手段２１によりダミー信号を受信した場合、表示手段２３が復号化処理が完了している再生画像データ、この場合は１つ前のＰフレームＰ２から生成された再生画像データｆ２’の表示を、本来ＰフレームＰ３から生成される再生画像データｆ３’の表示を開始する処理開始時刻ｔ７から継続する。そして、遅延していた次のＰフレームＰ３の圧縮画像データの複合化が完了すれば、その再生画像データｆ３’を次の処理開始時刻ｔ８から表示する。
【００２３】
而して、参考例では圧縮符号化処理の遅延が生じた場合に再生画像データの欠落が生じていたが、本実施形態では欠落した再生画像データをその１つ前の再生画像データで埋めることにより画質の劣化を抑制することができるものである。また、動画像表示装置２０でダミー信号を受信した場合には、次に表示すべき圧縮画像データを受信していない原因が伝送エラーや伝送遅延ではなく、動画像送信装置１０における圧縮符号化処理の遅延であることが判別でき、このように圧縮符号化処理の遅延が原因であるときには、次に説明するリセット要求を動画像表示装置２０から動画像送信装置１０に送信しないため、動画像送信装置１０並びに動画像表示装置２０においてリセット要求処理に要する時間分だけ再生画像の画質が劣化する時間（すなわち、再生画質が正常に復帰するまでの時間）を短縮することができる。
【００２４】
ところで本実施形態においては、伝送エラーや伝送遅延によりダミー信号を受信せず且つ圧縮画像データを予め設定される規定時間内に受信しない場合、例えば動画像送信装置１０からダミー信号が送信されず、且つＰフレームＰ６の圧縮画像データが動画像表示装置２０の受信手段２１で受信されない時間が予め設定される規定時間を超えた場合、動画像表示装置２０のリセット要求手段２５が圧縮符号化手段１２に対して圧縮符号化処理のリセット要求をネットワークを通じて送信するとともに、次の圧縮画像データが送信されてくるまでの間、表示手段１３が１つ前のＰフレームＰ５から生成された再生画像データｆ５’の表示を継続する。
【００２５】
一方、動画像送信装置１０においては、ネットワークを通じて受信手段１５にてリセット要求を受信すると、圧縮符号化手段１２では以降のフレームを送信しても動画像表示装置２０において再生画像を正常に表示できないと判断し、その時点で行っているフレーム（図６においてはＰフレームＰ８）の圧縮符号化処理を中断して最新のＩフレーム（図６においてはＩ０）からＰフレームＰ９を生成する処理を実行して送信手段１３よりネットワークを通じて送信させる。
【００２６】
ＰフレームＰ９の圧縮画像データを受信した動画像表示装置２０においては、復号化手段２２がメモリに記憶している最新のＩフレームＩ０とＰフレームＰ９の差分から再生画像データｆ９’を復号化して生成し、表示手段２３により再生画像データｆ９’の表示を行う。
【００２７】
而して、リセット要求があった場合に最新のＩフレームから生成されるＰフレームを動画像送信装置１０から動画像表示装置２０に送信することにより、データ容量の大きいＩフレームを送信する場合に比較してデータ容量も小さくて済み、リセット要求後に正常に再生画像を表示するまでの回復時間が短縮できるという利点がある。また、ＰフレームＰ９を生成する場合に最新のＰフレームＰ７をもとに生成する場合に比較してメモリの消費量を減らすことができる。すなわち、最新のＰフレームをもとに次のＰフレームを生成する場合、伝送遅延や伝送エラーが何時発生するか不明であるため、最新のＩフレーム以降の全てのＰフレームについて再生画像データをメモリに記憶する必要が生じてメモリの消費量が増大するからである。
【００２８】
ところで、上述の参考例並びに実施形態において、動画像送信装置１０の送信手段１３から圧縮画像データを送信する際に、図７に示すようにＩフレーム並びにＰフレームの圧縮画像データを周期的にパケット送信し、一周期内においてＩフレームの送信期間ＴＩをＰフレームの送信期間ＴＰよりも長い時間に設定すれば、データ容量の大きいＩフレームの伝送遅延により動画像表示装置２０にて再生画像が表示できなくなる頻度を低下させることができ、再生画像の画質劣化が防止できて望ましいものである。
【００２９】
なお、参考例並びに実施形態では動画像の圧縮符号化方式としてＨ．２６３を例示したが、これに限定する趣旨ではなく、ＭＰＥＧ４やフレーム間予測を利用する他の圧縮符号化方式を採用する動画像通信システム全般に本発明の技術思想が適用可能である。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１の発明は、動画像の原画像データをフレーム間予測により圧縮符号化した圧縮画像データをネットワークを通じて送信する動画像送信装置と、ネットワークを通じて受信する圧縮画像データを復号化した再生画像データを表示する動画像表示装置とからなる動画像通信システムにおいて、動画像送信装置は、原画像データからフレーム内符号化フレーム並びにフレーム間符号化フレームの２種類の圧縮画像データを生成する圧縮符号化手段と、圧縮画像データをネットワークを通じて送信する送信手段とを具備し、動画像表示装置は、ネットワークを通じて圧縮画像データを受信する受信手段と、受信手段で受信した圧縮画像データを復号化する復号化手段と、復号化された再生画像データを表示する表示手段とを具備し、動画像送信装置の圧縮符号化手段は、１フレームの圧縮符号化の処理時間が、予めフレーム周期を超えない所定の値に設定される閾値を越えたときはダミー信号を送信手段よりネットワークを通じて送信させるとともに当該フレームの圧縮符号化処理が完了した時点で圧縮画像データを送信手段からネットワークを通じて送信させ、動画像表示装置は、ダミー信号を受信した場合に表示手段が復号化処理が完了している再生画像データの表示を継続するので、圧縮符号化処理の遅延による画質の劣化が防止できるという効果がある。
【００３１】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、ダミー信号を受信せず且つ圧縮画像データを予め設定される規定時間内に受信しない場合に圧縮符号化手段に対して圧縮符号化処理のリセット要求をネットワークを通じて送信するリセット要求手段を動画像表示装置に具備するので、動画像送信装置から次のフレーム内符号化フレームを送信されるまではフレーム間符号化フレームが送信されても動画像表示装置において再生画像を正常に表示できないことをリセット要求により動画像送信装置に知らせることができるという効果がある。
【００３２】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、動画像送信装置の圧縮符号化手段は、リセット要求を受け取ると現在の圧縮符号化処理を中断して最新のフレーム内符号化フレームからフレーム間符号化フレームを生成する処理を実行して送信手段よりネットワークを通じて送信させるので、リセット要求があった場合に最新のフレーム内符号化フレームから生成されるフレーム間符号化フレームを動画像送信装置から動画像表示装置に送信することにより、データ容量の大きいフレーム内符号化フレームを送信する場合に比較してデータ容量も小さくて済み、リセット要求後に正常に再生画像を表示するまでの回復時間が短縮できるという効果がある。
【００３３】
請求項４の発明は、請求項１〜３の何れかの発明において、送信手段は、フレーム内符号化フレーム並びにフレーム間符号化フレームの圧縮画像データを周期的にパケット送信し、一周期内においてフレーム内符号化フレームの送信期間をフレーム間符号化フレームの送信期間よりも長い時間に設定したので、データ容量の大きいフレーム内符号化フレームの伝送遅延により動画像表示装置において再生画像が表示できなくなる頻度を低下させることができ、再生画像の画質劣化が防止できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例を示すブロック図である。
【図２】 同上のシステム構成例を示す図である。
【図３】 同上の動作説明用のタイムチャートである。
【図４】 同上の動作説明用のタイムチャートである。
【図５】 本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図６】 同上の動作説明用のタイムチャートである。
【図７】 同上の動作説明用のタイムチャートである。
【図８】 圧縮符号化方式の一例を説明する説明図である。
【図９】 従来例の動作説明用のタイムチャートである。
【符号の説明】
１０ 動画像送信装置
１１ 画像キャプチャ手段
１２ 圧縮符号化手段
１３ 送信手段
２０ 動画像表示装置
２１ 受信手段
２２ 復号化手段
２３ 表示手段
Claims (4)
- 動画像の原画像データをフレーム間予測により圧縮符号化した圧縮画像データをネットワークを通じて送信する動画像送信装置と、ネットワークを通じて受信する圧縮画像データを復号化した再生画像データを表示する動画像表示装置とからなる動画像通信システムにおいて、動画像送信装置は、原画像データからフレーム内符号化フレーム並びにフレーム間符号化フレームの２種類の圧縮画像データを生成する圧縮符号化手段と、圧縮画像データをネットワークを通じて送信する送信手段とを具備し、動画像表示装置は、ネットワークを通じて圧縮画像データを受信する受信手段と、受信手段で受信した圧縮画像データを復号化する復号化手段と、復号化された再生画像データを表示する表示手段とを具備し、動画像送信装置の圧縮符号化手段は、１フレームの圧縮符号化の処理時間が、予めフレーム周期を超えない所定の値に設定される閾値を越えたときはダミー信号を送信手段よりネットワークを通じて送信させるとともに当該フレームの圧縮符号化処理が完了した時点で圧縮画像データを送信手段からネットワークを通じて送信させ、動画像表示装置は、ダミー信号を受信した場合に表示手段が復号化処理が完了している再生画像データの表示を継続することを特徴とする動画像通信システム。
- ダミー信号を受信せず且つ圧縮画像データを予め設定される規定時間内に受信しない場合に圧縮符号化手段に対して圧縮符号化処理のリセット要求をネットワークを通じて送信するリセット要求手段を動画像表示装置に具備することを特徴とする請求項１記載の動画像通信システム。
- 動画像送信装置の圧縮符号化手段は、リセット要求を受け取ると現在の圧縮符号化処理を中断して最新のフレーム内符号化フレームからフレーム間符号化フレームを生成する処理を実行して送信手段よりネットワークを通じて送信させることを特徴とする請求項２記載の動画像通信システム。
- 送信手段は、フレーム内符号化フレーム並びにフレーム間符号化フレームの圧縮画像データを周期的にパケット送信し、一周期内においてフレーム内符号化フレームの送信期間をフレーム間符号化フレームの送信期間よりも長い時間に設定したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の動画像通信システム。
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