JPH11514825A - ビデオ伝送システム - Google Patents

ビデオ伝送システム

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Abstract

(57)【要約】 ビデオ伝送システムにおいて、ビデオサーバ(4)は、送信手段(6)を介してATM網(12)に接続される。手ごろなコストにて良好な伝送品質を得るために、送信機(2)は、伝送契約を画面単位で取り決めるためのリクエスト手段(8)を有する。

Description

【発明の詳細な説明】 ビデオ伝送システム 発明の属する技術分野 本発明は、符号化されたビデオ信号を供給するためのビデオソースを持つ送信 機を有するビデオ伝送システム、特に、前記送信機が、前記符号化されたビデオ 信号をパケット交換網を介して受信機に送信するための送信手段を有するビデオ 伝送システムに関する。 本発明は、また、上述のビデオ伝送システム内で用いられるための送信機、並 びに、ビデオ伝送方法に関する。 背景技術 冒頭のような伝送システムが、公開された欧州特許出願第517 273 A 2号に開示されている。 この従来の方法によると、ビデオ信号をデジタル形式にて伝送するために、ビ デオ信号は、ビデオ符号器を用いて符号化される。ビデオ信号内の画像は、しば しば異なる特性を持つために、所定の品質にてビデオ信号を符号化するために要 求されるビット速度は一定ではなく、可変である。ビデオ信号の符号化に要求さ れるビット速度は、画像シーケンス内に存在する画像内の細密部分の量と動きの 量に依存する。 このように、ビット速度が可変であるために、近い将来においては、可変ビッ ト速度で符号化されたビデオ信号を伝送する際、パケット交換網が一層重要とな りうる。これらパケット交換網は、ATM標準に従って動作することが見込まれ る。パケット交換網は、特に、可変ビット速度を持つユーザ信号を伝送するのに 適する。これは、パケット交換網は、接続のための完全な回路を構築するのでは なく、単に、パケットを、ソースから宛先に、呼の設定時に決定された経路を介 して伝送するためである。例えば、一時的に伝送されるべきパケットがなくなっ た場合は、今までの伝送のために要求されていた資源を別の接続からのパケット を伝送するために用いることが可能である。 パケット交換網内の輻湊を回避するために、呼の設定時において、網によって 保証されるべきサービスの等級が、送信機とパケット交換網との間で取り決めさ れる、いわゆるトラヒック契約により定義される。このトラヒック契約によって 、網が資源を統計的ベースにて割当てること、および、網が送信機に対して、送 信機が動作できる限度を課すことが可能となる。送信機と網との間で取り決めさ れるべき接続の要素には、例えば、CBR(Constant Bit Rate;定ビット速度 )、VBR(Variable Bit Rate;可変ビット速度)、ABR(Available Bit R ate;アベイラブルビット速度)、UBR(Unspecified Bit Rate;無指定ビッ ト速度)などがある。また、サービスの等級(grade of service;GoS)には 、例えば、CLR(Cell Loss Ratio;セル損失比)、maxCTD(maximum Cell Transfer Dely;最大セル伝送遅延)、ピーク・ピークCDV(Cell Delay Var iation;セル遅延変動)などがある。 通常に用いられているビデオ符号器の一つの問題は、要求されるトラヒックパ ラメータが、常に事前に得られるとは限らないことである。このために、網から リクエストしたサービスの等級が低すぎ、符号化されたビデオ信号を送信するこ とが不可能となったり、逆に、サービスの等級が要求されるより高すぎ、コスト を不要に高くなったりする。 上述の特許出願による伝送システムにおいては、ビデオ符号器は、ビット速度 が網からリクエストしたサービスの等級を超える場合は、符号化されたビデオ信 号のビット速度を低減するように構成される。このビット速度の低減は、結果と して、符号化された画像の品質の低下につながる。逆に、場合によっては、リク エストしたサービスの等級が要求されるもの以上であり、結果として、不必要に 高いコストが発生するという事実は、不本意ながらも容認されている。 本発明の目的は、冒頭のようなビデオ伝送システムであって、符号化品質の低 下を回避可能なシステムを提供することにある。 発明の開示 本発明によるビデオ伝送システムは、前記送信機が、画面(シーン)変化指示 を与える画面変化指示手段、および前記画面の変化後に続く画面に対して要求さ れるサービスの等級を指示するサービス等級指示手段を含み、さらに、前記送信 機が、前記画面変化指示に応答して前記要求されるサービス等級に従ってパケッ ト交換網からサービスをリクエストするためのリクエスト手段を有することを特 徴とする。 本発明は、符号化されたビデオ信号に対して要求されるビット速度が、画面間 で大幅に変動するという認識に基づく。新たな画面に対して要求されるサービス の等級に応じて網からサービスをリクエストすることにより、網からリクエスト したサービスの等級が、符号化されたビデオ信号によって要求されるサービスの 等級により良く適合することが確保される。 本発明の一つの実施例は、改善点として、前記リクエスト手段が、少なくとも 、ピークビット速度測度、平均ビット速度測度、およびバースト性測度によって 定義されるサービスをリクエストするように構成されることを特徴とする。 ピークビット速度、平均ビット速度、およびピークビット速度を持つバースト の最大サイズの組み合わせが、ビデオ符号器の出力信号の特性を表すのに適した 方法であることがわかった。 本発明のもう一つの実施例は、改善点として、前記パケット交換網が前記送信 機に受理メッセージを送信するための手段を有し、リクエストされたサービスを パケット交換網によって提供することができないことを示す前記受理メッセージ が示す場合は、前記ビデオソースは、リクエストされたサービス等級より低い等 級のサービスを要求する符号化されたビデオ信号を供給するように構成される。 画面の開始時に網からリクエストしたサービスの等級が、偶然、前記画面の継 続中に不十分なことがわかることがあり得る。このような場合、本発明によると 、網に伝送されるデータを、前記画面に対するトラヒック契約の限度内に保つた めに、前記ビデオ符号器が、その出力ビット速度を、画像品質のわずかな劣化を 犠牲にして制限するように構成される。 図面の簡単な説明 図1は本発明の第一の実施例によるビデオ伝送システムを示す図である。 図2は本発明の第二の実施例によるビデオ伝送システムを示す図である。 図3は図2による伝送システムにおいて用いられるべきビデオ符号器の一つの 実施例を示す図である。 図4は、フレーム当たりに要求されるビット速度を、典型的な映画材料につい ての時間関数として表した図である。 発明を実施するための最良の形態 図1の伝送システムにおいては、ここではサーバ4とされるビデオソースの第 一の出力は、符号化されたビデオ信号Dを伝送する。この第一の出力は、送信手 段6の第一の入力に接続される。サーバ4の第二の出力は、画面変化指示信号N Sを供給する。この第二の出力は、リクエスト手段8の第一の入力に接続される 。サーバ4の第三の出力は、次の画面に対して要求されるサービスの等級の指示 信号GoSを提供する。この第三の出力は、リクエスト手段8の第二の入力に接 続される。リクエスト手段8の第一の出力は、送信手段6の第二の入力に接続さ れ、リクエスト手段8の第二の出力は、サーバ4に接続される。送信手段6の出 力は、ATM網12に接続される。ATM網12の出力は、送信機2内のシグナ リング受信機10に接続される。シグナリング受信機10は、速度指示信号Rを 伝送す る。シグナリング受信機10の出力は、リクエスト手段8の第三の入力に接続さ れる。 ATM網12のもう一つの出力は、受信機14に接続される。受信機14内で 、ATM網からの信号は、網終端装置16によって受信される。網終端装置16 の出力は、ビデオ復号器18に接続される。ビデオ復号器18の出力の所で、復 号されたビデオ信号が利用できる。 図1の伝送システムのサーバ4内においては、伝送されるべきビデオ信号は、 圧縮された形式にてサーバ4上に格納される。ビデオ信号は、好ましくは、MP EG−2標準に従って圧縮されるが、これは、3〜15Mビット/秒のビット速 度での高いビデオ品質を可能にする。こうして符号化されたビデオ信号は、送信 手段6に供給され、ATM網12を介して伝送される。 新たな画面が始まる度に、信号NSが、信号GoSと共に、サーバ4からリク エスト手段8に伝送される。信号NSとGoSは、符号化されたビデオ信号に同 期してサーバ4上に格納される。結果的に、信号NSは、符号化されたビデオ信 号によって表されるビデオ信号内の画面の変化を示し、信号GoSは、次の画面 に対して要求されるサービスの等級を示す。本発明の概念によると、リクエスト 手段8は、信号GoSによって示されるサービス要求の等級に従ってATM網と 新たなトラヒック契約について取り決めする。ITU−T B−ISDN標準Q .2931は、ある単一の接続の最中に、トラヒック帯域幅記述子(PCR、S CRおよびMBS)を修正する可能性を有する。この取り決めプロセスの実行は 、以下の2つの可能性を与える。 第一の可能性として、リクエスト手段8は、送信機6を介して、サービスの等 級に対するリクエストを信号GoSにて定義して網12に送り、網12は、受信 機10を介して、リクエストされたサービスの等級が提供できるか否かを示すメ ッセージを送り返す。リクエストされたサービスの等級を提供することができな い場合は、前に取り決めされたトラヒック契約が引き続いて有効となり、リクエ スト手段8は、信号Rをサーバ4に送ることで、サーバ4の出力を前に取り決め したトラヒック契約の限度内に保つように、サーバ4に指示する。 第二の可能性として、リクエスト手段8は、送信機6を介して、サービスの等 級に対するリクエストを信号GoSにて定義して網12に送り、網12は、リク エストされたサービスの等級が提供できることを示す、あるいは、網が提供でき るサービスの等級を表すメッセージを送り返す。後者の場合は、リクエスト手段 8は、網からの提供を受理するか否かを、ATM網に送り返す。 ATM網12は、送信機2からのデータを加入者14に伝達する。ATM網1 2からのデータは、網終端装置16によって受信され、ビデオ復号器18に伝送 される。ビデオ復号器18の出力の所で、復号されたビデオ信号が利用可能とな る。 図2の送信機においては、符号化されてないビデオ信号が、ビデオソース20 の入力と、画面変化検出器24の入力に供給される。ビデオソース20の第一の 出力は、送信手段22の入力に接続される。ビデオソース20の第二の出力は、 リクエスト手段26の第一の入力に接続される。画面変化検出器24の出力は、 リクエスト手段26の第二の入力に接続される。リクエスト手段26の第一の出 力は、ビデオソース20に接続される。リクエスト手段26の第二の出力は、送 信手段22の第二の入力に接続される。送信手段22の出力は、送信機2の出力 を構成する。送信機2の入力は、受信機28に接続される。受信機28の出力は 、リクエスト手段26の第三の入力に接続される。 ビデオソース20は、入力端子に供給される符号化されてないビデオ信号をリ アルタイムにて符号化するように設計される。こうして符号化されたビデオ信号 Dは、送信手段22に供給され、ここからATM網に伝送される。画面変化検出 器24は、符号化されてないビデオ信号から、新たな画面の開始を示す信号NS を得る。新たな画面の開始を検出するためには、様々な方法が利用可能である。 画面変化を検出するための第一の方法においては、2つの連続する画像が比較さ れる。より詳細には、画素値の差分を取り、画素差が画像全体を通じて総和され る。2つの画像間の差の測度eは、以下のように記述することができる: 式(1)において、P1[i、j]は、第一の画像の画素値を表し、P2[i、j ]は、第二の画像の画素値を表す。Mは、1ライン内の画素の数を表し、Nは、 1画像内のラインの数を表す。この値eが所定の閾値を超えることは、画像の変 化が生じたことを示唆する。 画面変化を検出するための第二の方法においては、2つの連続する画像の輝度 値のヒストグラムが生成される。このヒストグラムに、所定の輝度値の発生の数 が、輝度値の関数として格納される。画面の変化は、2つの連続する画像のヒス トグラムが大幅に異なることによって示される。連続するヒストグラム間の差の 測度dは、以下のように記述することができる: 式(2)において、H1(i)は、第一の画像のヒストグラムを表し、H2(i) は、第二の画像のヒストグラムを表す。Pは、ヒストグラムのビン(階級)の数 を表す。画面の変化は、測度dが所定の閾値を超えた場合に存在するものとみな される。ヒストグラムを使用する方法における利点は、移動による2つの画像間 の差の影響が少なくなることである。これは、画像内の要素の位置の変化が、式 (1)における差分値eには影響するが、ヒストグラムには全く影響がないこと による。画面変化を検出するための方法については、1994年発行のSPIE Vol.2308、ページ1411〜1421に掲載のJ.LeeおよびB.W.Dicki nsonによる論文“Adaptive Frame Type Selection for Low Bit-Rate Video Cod ing”において詳しく述べられているので参照されたい。 画面変化が存在する場合は、リクエスト手段26は、次の画面に対する要求サ ービスの等級の推定値GoSをビデオソース20から読み出す。リクエスト手段 26は、ビデオソース20によって要求されるサービスの等級に応じたトラヒッ ク契約に対するリクエストをATM網12に送る。このリクエストが受理された 場合は、ビデオ符号器は、この新たなトラヒック契約に従って送信することが可 能となる。反対に、このリクエストが拒絶された場合は、リクエスト手段26は 、信号Rをビデオソース20に送る。これにより、ビデオ符号器が、その出力を 前に取り決めしたサービス契約に応じて制限すべきであることが通知される。網 が、現在のサービスの等級とリクエストされたサービスの等級の中間のサービス の等級を通知した場合は、リクエスト手段26は、ビデオソース20に、新たな サービス契約のパラメータについて知らせる。 送信機によってリクエストされるサービスの等級は、アプリケーションのタイ プに大きく依存する。例えば、生のビデオ伝送の場合は、リクエストされるサー ビスの等級は、後の使用のためにデジタルビデオレコーダに記録する予定のビデ オ伝送に対する要求サービスの等級よりも高い。最初に、使用する接続のタイプ が選択される。以下のテーブルには、様々なサービスのカテゴリーが、網からリ クエストすることが考えられるGoSパラメータと共に示される。 CBR(定ビット速度)接続がリクエストされた場合は、指定されるべきトラ ヒック記述子は、PCR(ピークセル速度)値のみである。この値は、ビデオソ ース20からのビット速度から決定される必要がある。伝送の単位は、一つの画 像であり得るが、MPEGビデオ符号器においては、伝送の単位は、GOP(画 像のグループ)でもあり得る。MPEG符号化においては、さまざまな異なるタ イプの符号化された画像が存在する。例えば、隣接する画像からの情報を用いる ことなく符号化されるいわゆるI画像、隣接する画像からの情報を用いて符号化 されるいわゆるBおよびP画像などが存在する。B画像の符号化においては、前 の画像と次の画像からの情報が用いられ、P画像の符号化においては、前の画像 からの情報のみが用いられる。1つのI画像を有する2つのI画像間の画像のグ ループは、GOPと呼ばれる。通常、I画像の符号化には、最大のビット速度が 要求される。そして、画面変化検出器は、符号器が新たなGOPを開始できるよ うに、符号器に対して画面の変化を通知することが必須とされる。 伝送の単位が1画像である場合は、ある画面内の最大のI画像に対して要求さ れるPCR(ピークセル速度)が網からリクエストされる。一方、伝送の単位が 、GOPである場合は、画面内の最大GOPに対して要求されるPCR(ピーク セル速度)が網からリクエストされる。伝送単位としてのGOPによって要求さ れるPCR(ピークセル速度)は、典型的な映画材料の場合は、伝送単位として の1画像によって要求されるPCR(ピークセル速度)の約半分である。 網に対してVBR(可変ビット速度)サービスがリクエストされた場合は、ト ラヒック記述子として、PCR(ピークセル速度)、SCR(維持可能なセル速 度)、およびMBS(最大バーストサイズ)が指定される。PCR(ピークセル 速度)、SCR(維持可能なセル速度)、MBS(最大バーストサイズ)と、実 際のビット速度にて読み込まれオーバフローすることなく一定の速度のSCRに て読み出される(仮想)バッファメモリのサイズLとの間には、以下の関係が成 り立つ: そして、バッファメモリのサイズLは、PCR(ピークセル速度)、SCR(維 持可能なセル速度)、およびMBS(最大バーストサイズ)の関数として以下に よって与えられる: 式(4)から、Lは、PCR(ピークセル速度)がSCR(維持可能なセル速度 )よりかなり大きな場合は大きくなり、PCR(ピークセル速度)がSCR(維 持 可能なセル速度)に実質的に等しい場合は、小さくなることが明らかである。L は、網内に要求されるバッファメモリのサイズに対する尺度であるために、Lの 値が大きなことは、加入者に対するコストが高くなることを意味する。PCR( ピークセル速度)が高いことも、加入者に対するコストが高くなることを意味す る。逆に、加入者機器を、PCR(ピークセル速度)、SCR(維持可能なセル 速度)、およびMBS(最大バーストサイズ)を所望の値に設定することで負担 するコストを最小に抑えることができる。 図3のビデオソース20においては、入力は、MPEGビデオ符号器30に接 続される。MPEGビデオ符号器30の第一の出力は、出力信号CVを伝送する 。この第1の出力は、バッファメモリ34の入力に接続される。MPEGビデオ 符号器30の第二の出力は、出力信号RATEを伝送する。この第二の出力は、 サービス等級推定手段32の入力に接続される。サービス等級推定手段32の出 力は、要求されるサービス等級についての出力信号GoSを供給する。バッファ メモリ34の第一の出力は、出力信号Dを伝送する。この第一の出力は、ビデオ ソース20の出力信号を構成する。バッファメモリ34の第二の出力は、出力信 号Fを伝送する。この第二の出力は、MPEGビデオ符号器30の制御入力に接 続される。入力信号Rがバッファメモリ34の第二の入力に加えられる。 ビデオ符号器30内においては、入力ビデオ信号が、周知のMPEG−2符号 化標準に従って符号化される。MPEG2ビデオ符号器30の出力部分で符号化 されたビデオ信号CVは、バッファメモリ34内に一時的に格納される。この符 号化されたビデオ信号は、バッファメモリから、速度信号Rによって決定される ビデオ速度にて読み出される。このビット速度は、1つの画面を通じて一定であ るものと想定される。つまり、画面毎のCBR(定ビット速度)トラヒック契約 が想定される。速度Rは、リクエスト手段26によって、ATM網12によって 提供されうるサービスの等級に応答して決定される。信号Fは、バッファメモリ 34に格納する速度を示し、バッファメモリがオーバーフローする傾向にあると き、出力速度を低減するためにMPEGビデオ符号器30により用いられる。M PEGビデオ符号器30は、符号化プロセスで用いられる、いわゆるDCT(離 散コサイン変換)係数を量子化するのに用いられる量子化レベルの数を減らすこ とにより、出力速度を低減することができる。 図4のグラフには、一般的な映画材料の場合のフレーム当たりに要求されるビ ット数が示される。図4から、要求されるビット速度は、画面間で大きく変動す ることがはっきりとわかる。以下のテーブルには、“Four Weddings and a Fune ral”という題名の30分間のMPEG2符号化された部分に対するトラヒック 記述子(ノンスケーラブル、メインプロフィル、メインレベル)が示される。こ れらの記述子は、サービスの等級が接続の開始においてのみ取り決めされる従来 の技術による伝送システムと、サービスの等級が画面の変化があったときに再取 り決めされる本発明による伝送システムの場合について比較して示される。 このテーブルによれば、従来の技術による伝送システムの場合の方が、本発明 が用いられる伝送システムと比べて、網からより高いサービスの等級をリクエス トすることが必要なことが明らかである。より具体的には、従来の技術によるシ ステムの場合は、MBSの値が高く、網内に非常に大きなバッファが要求される 。 CBRについては、従来の技術による伝送システムの場合は、Lの値は、画像 ベースの伝送では520098であり、GOPベースの伝送の場合は53677 0である。これに対して、本発明によるシステムの場合は、画像ベースとGOP ベースの伝送の両方で、Lの最大値は27000、平均値は2500である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 プロンク,セルベリウス ペトルス パウ ルス オランダ国5656、アーアー、アインドーフ ェン、プロフ、ホルストラーン、6 (72)発明者 タウニス,ヘンドリックス ゲムアルドス ジャコブス オランダ国5656、アーアー、アインドーフ ェン、プロフ.ホルストラーン、6

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 符号化されたビデオ信号を供給するためのビデオソースを持つ送信機を 有するビデオ伝送システムであって、前記送信機が前記符号化されたビデオ信号 をパケット交換網を介して受信機に送信するための送信手段を有し、前記送信機 は、画面変化指示を与える画面変化指示手段、および前記画面の変化に続く画面 に対して要求されるサービスの等級を指示するサービス等級指示手段を含み、さ らに、前記送信機は、前記画面変化指示に応答して前記要求されるサービス等級 に従ってパケット交換網からサービスをリクエストするためのリクエスト手段を 有することを特徴とするビデオ伝送システム。 2. 前記リクエスト手段は、少なくとも、ピークビット速度測度、平均ビッ ト速度測度、およびバースト性測度によって定義されるサービスをリクエストす るように構成されることを特徴とする請求項1のビデオ伝送システム。 3. 前記パケット交換網は前記送信機に受理メッセージを送信するための手 段を有し、リクエストされたサービスをパケット交換網によって提供することが できないことを前記受理メッセージが示す場合は、前記ビデオソースは、リクエ ストされたサービス等級より低い等級のサービスを要求する符号化されたビデオ 信号を供給するように構成されることを特徴とする請求項1あるいは2に記載の ビデオ伝送システム。 4. ビデオ伝送システムに対する送信機であって、この送信機は符号化され たビデオ信号を供給するためのビデオソースを有し、この送信機は前記符号化さ れたビデオ信号をパケット交換網を介して受信機に送信するための送信手段を有 し、前記送信機は、画面変化指示を与える画面変化指示手段、および前記画面の 変化に続く画面に対して要求されるサービスの等級を示すサービス等級指示手段 を有し、さらに、前記送信機は、前記画面変化指示に応答して前記要求されるサ ービス等級に従ってパケット交換網からサービスをリクエストするためのリクエ スト手段を有することを特徴とするビデオ伝送システムに対する送信機。 5. 前記リクエスト手段は、少なくとも、ピークビット速度測度、平均ビッ ト速度測度、およびバースト性測度によって定義されるサービスをリクエストす るように構成されることを特徴とする請求項4の送信機。 6. リクエストされたサービスをパケット交換網によって提供することがで きないことを前記受理メッセージが示す場合は、前記ビデオソースは、リクエス トされたサービス等級より低い等級のサービスを要求する符号化されたビデオ信 号を供給するように構成されることを特徴とする請求項4あるいは5に記載の送 信機。 7. ビデオ伝送方法であって、この方法は、符号化されたビデオ信号を供給 するステップ、および前記符号化されたビデオ信号をパケット交換網を介して受 信機に送信するステップを有し、この方法は、画面変化指示を与えるステップ、 および前記画面の変化に続く画面に対して要求されるサービスの等級を供給する ステップを有し、さらに、この方法は、前記画面変化指示に応答して前記要求さ れるサービス等級に従ってパケット交換網からサービスをリクエストするステッ プを有することを特徴とするビデオ伝送方法。 8. 前記方法は、少なくとも、ピークビット速度測度、平均ビット速度測度 、およびバースト性測度によって定義されるサービスをリクエストするステップ を有することを特徴とする請求項7のビデオ伝送方法。 9. 前記方法は、前記パケット交換網からの前記受理メッセージが前記リク エストされたサービスを提供することができないことを示す場合は、前記リクエ ストされたサービス等級より低い等級のサービスを要求する符号化されたビデオ 信号を提供するステップを有することを特徴とする請求項7あるいは8に記載の ビデオ伝送方法。
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