JP4616537B2 - 動画像通信システム - Google Patents
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Description
【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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