JPWO2012114774A1 - 動画像符号化装置および動画像復号装置 - Google Patents
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Abstract
小さいメモリ容量で圧縮効率が高いストリームを生成する動画像符号化装置であって、符号化済みのフレームの復号画像を参照して符号化対象フレームを符号化することにより、符号化対象フレームの符号化データを生成する符号化部(105)と、生成された符号化データを動画像復号装置に送信する送信部(106)と、所定数の連続するフレームすべての符号化データを正しく受信できたことを示す信号である正常受信信号、またはいずれかの符号化データを正しく受信できなかったことを示す信号である異常受信信号を、受信側装置から取得し、正常受信信号を取得した場合には、取得部が正常受信信号を取得したタイミングで符号化される符号化対象フレームの復号画像をキーフレームとしてメモリ(101)に格納し、異常受信信号を取得した場合には、メモリに格納されているいずれかのキーフレームを参照して符号化対象フレームを符号化部に符号化させる制御部(108)とを備える。
Description
本発明は動画像符号化装置および動画像復号装置に関し、例えば、MPEG(Moving Picture Experts Group)−4方式、または、ITU−T H.264方式を用いて動画像データを符号化する動画像符号化装置および動画像復号装置に関する。
近年、ADSLまたは光ファイバを用いた高速ネットワーク環境が普及し、一般家庭でも数十Mbit/sを越えるビットレートでのデータ通信が可能となっている。そこで、MPEG−1、MPEG−2、MPEG−4、MPEG−4 AVCおよびH.264等の画像符号化技術を用いることで、専用回線を用いた企業だけでなく、一般家庭でもTV放送品質またはHDTV放送品質のTV電話システム・TV会議システムの導入が進むと予想される。
ところで、ネットワークを介して符号化した画像データ、すなわちストリームを伝送する際には、ネットワーク輻輳などでストリームの一部が消失する可能性がある。ストリームの一部が消失した場合には、受信側で消失したストリームに対応する箇所の画像を正しく復号できないので、画質劣化が発生する。
さらに、たとえフレーム単位で復号処理がされたとしても、復号処理された画素を正しく復号できるとは限らない。例えば、MPEG−1、MPEG−2、MPEG−4、MPEG−4 AVCおよびH.264等では、消失したストリームの次のフレームを復号する際に、次のフレームがすべて画面内符号化されている場合(Iフレーム)では、画面内符号化されているスライスのストリームのみで画素を正しく復号できる。しかし、消失したストリームの次のフレームを復号する際に、次のフレームが画面間符号化されている場合(Pフレーム)には、次のフレームは直前に復号したフレーム、すなわちストリーム消失で画質劣化があるフレームとの相関を利用して(直前に復号したフレームを参照して)復号を行うので、正しく画素を復号できない。
このように、ストリームが消失した場合に、消失したストリームの次のフレームが画面間符号化されていると正しく復号できず、さらに再帰的に後続のフレームも正しく復号できなくなるという課題がある。
そこで、画面が正しく復号できない場合に、正しく画素を復号できない状態が後続フレームに伝播することを防止する方法として、例えば、図16、図17、および図18に示す技術が知られている。
図16は従来のACK/NACKと画面内符号化を用いた動画像符号化方法の説明図である。送信側では動画像データをフレーム単位で符号化して圧縮されたストリームを生成する。送信側が受信側にストリームを送信し、受信側がストリームを復号する。これにより、受信側で動画像が復元され、復元された動画像が再生される。
動画像の最初のフレームは、Iフレーム符号化し、以後のフレームは直前に符号化したフレームを参照したPフレームとして符号化する(左側のフレームに向かう破線で示す矢印は、符号化で参照するフレームを示す)。図16の横軸は時間経過を示し、右に行くほど時間が経過する。P0、P1、P2、P3はフレームの番号である0番目、1番目、2番目、3番目をそれぞれ表している。送信側の各フレームから受信側の各フレームに向かう矢印は、送信側のフレームとそれに対応する受信側のフレームとの対応関係を示す。矢印の向きが右下や右上となっているのは、送信側から受信側にストリームを送信する場合に経過する時間(送受信間の伝送路遅延)だけ時刻が右に移動することを意味している。また、「×」印は、通信エラーによるパケットロスが生じたことを示す。
受信側では、受信したフレームが正しく復号できた場合に、ACKを送信側に送信する。例えば、フレームP0、フレームP1、およびフレームP2が正しく受信できた場合に、受信側はそれぞれACKを送信側に送信する。送信側では、ACKを受信することで、フレーム番号に対応するフレームが正しく受信側で復号できたことがわかる。
さて、フレームP17が伝送路でのエラーにより、受信側で正しく復号できなかったとする。その場合、フレームP17だけでなく、フレームP17を参照して逐次復号を行うフレームP18、P19、P20、およびP21も正しく復号することができない。受信側ではフレームP17を正しく復号できないため、ACKではなく、NACKを送信側に送信する。
送信側ではNACKを受信することで、受信側で当該フレーム(P17)を正しく復号できていないことを知ることができる。その結果、NACKを受信した直後において符号化が完了していないフレームP22をPフレーム(画面間予測)ではなくIフレーム(画面内予測)で符号化して伝送する。
受信側ではIフレームであるフレームI22を受信し、受信したフレームI22を復号する。これにより、正しく復号できなかったフレームを参照することによるエラー伝播を停止できるので、フレームP23以降のPフレームも正しく復号可能になる。
図17は従来のACKと画面間符号化を用いた動画像符号化方法の説明図であり、図16を改良したものである。受信側では、受信したフレームが正しく復号できた場合は、正しく復号できたフレームを特定する番号を付与したACKを送信側に送信する。例えば、フレームP0、フレームP1、フレームP2が正しく受信できた場合に、受信側はそれぞれACK0、ACK1、およびACK2を送信側に送信する。
送信側では、ACKとフレーム番号とを受信することで、フレーム番号に対応するフレームが正しく受信側で復号できたことがわかる。
さて、フレームP17が伝送路でのエラーにより、受信側で正しく復号できなかったとする。その場合、フレームP17だけでなく、フレームP17を参照して逐次復号を行うフレームP18、P19、P20、およびP21も正しく復号することができない。受信側ではフレームP17を正しく復号できないため、ACKを送信側に送信しない。
送信側ではフレームP17に対応するACKを受信しないことで、受信側で正しく復号できていないことを知ることができる。一方、ACK16を受信しているので、フレームP16を正しく復号できていることは確認できる。従って、フレームP22をIフレームではなく、フレームP16を参照したPフレームとして符号化して伝送する。
受信側では正しく復号できたフレームP16を参照したフレームP22を受信し、受信したフレームP22を復号する。これにより、正しく復号できなかったフレームを参照することによるエラー伝播を停止できるので、フレームP23以降のPフレームも正しく復号可能になる。
このように、図17の動画像符号化方法では、圧縮効率の悪いIフレームではなく、圧縮効率の高いPフレームでエラー伝播を停止できるので、図16よりも圧縮効率が高いストリームを生成し送信することができる。なお、図17ではACKを用いて受信側から送信側に正しく復号できなかったことを通知したが、NACKを用いて通知することも可能である。
図18は従来のNACKと画面間符号化とを用いた動画像符号化方法の説明図ある。図18では、ACKの代わりに、受信側では、受信したフレームが正しく復号できなかった場合に、正しく復号できないフレームを特定する番号を付与したNACKを送信側に送信する。例えば、フレームP17が正しく受信できなかった場合、受信側はNACK17を送信側に送信する。
送信側ではフレームP17に対応するNACKを受信することで、受信側で正しく復号できていないことを知ることができる。その結果、NACKを受信していない最新のフレームであるP16を参照して、フレームP22をPフレームとして符号化して伝送する。これにより、図17と同様に、圧縮効率の悪いIフレームではなく、圧縮効率の高いPフレームでエラー伝播を停止できるので、図16よりも圧縮効率が高いストリームを生成し、送信することができる(特許文献1参照)。
しかしながら、上記図17および図18の動画像符号化方法では、ACK/NACKが通知されたときに参照する参照フレームを格納するために多くのメモリを必要とする。例えば、図17の送信側でフレームP22を参照可能とするためには、フレームP16が参照フレームとしてメモリに格納されている必要がある。すなわち、この例では、まだACKを受信していない送信済みのフレームである、フレームP16、P17、P18、P19、P20、およびP21の6フレーム分をすべてメモリに格納しておく必要がある。これは、ACK/NACKをフレーム単位で受信し、NACKを受信した後に、最後に受信したACKに対応するフレームを参照可能とするためである。このメモリに格納が必要なフレーム数は、伝送遅延に比例して大きくなるため、伝送遅延が大きいとフレームを格納するために必要なメモリ容量も大きくなる。
また、受信側では、送信側でNACK受信時に参照する可能性のある参照フレームをすべてメモリに格納しておくことが必要である。従って、受信側でも送信側と同じく、フレームP16、P17、P18、P19、P20、およびP21の6フレーム分を格納するメモリ容量が必要となる。
さらに、図17のように各フレームでACKを返す場合には、ACKを送信する頻度が多く、低ビットレート通信においてはACKの送信ビットレートが動画像データの送受信可能ビットレートに対して無視できない。すなわち、ACKを送受信するビットレートの分だけ、動画像データの送受信ビットレートを低くしなければならないという問題も発生する。
そこで、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、参照フレームを格納するメモリ容量をほとんど増やさずに、Pフレーム(画面間予測)でエラーの伝播を停止できる仕組みを提供し、小さいメモリ容量で圧縮効率が高いストリームを送信することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明の一形態に係る動画像符号化装置は、符号化済みのフレームの復号画像を参照して符号化対象フレームを符号化することによって、前記符号化対象フレームの符号化データを生成する符号化部と、前記符号化済みのフレームの復号画像を格納するための領域を備えるメモリと、生成された前記符号化データを動画像復号装置に送信する送信部と、所定数の連続するフレームすべての前記符号化データを正しく受信できたことを示す信号である正常受信信号、または、前記所定数の連続するフレームのうちのいずれかの符号化データを正しく受信できなかったことを示す信号である異常受信信号を、前記動画像復号装置から取得する取得部と、前記取得部が前記正常受信信号を取得した場合には、前記取得部が前記正常受信信号を取得したタイミングで符号化される符号化対象フレームの復号画像をエラー復帰用フレームとして前記メモリに格納し、前記取得部が前記異常受信信号を取得した場合には、前記メモリに格納されているいずれかのエラー復帰用フレームを参照することにより前記符号化対象フレームを前記符号化部に符号化させる制御部とを備える。
これによれば、動画像符号化装置は、取得部が正常受信信号の1つを受信した時点において、当該時点と、過去の最も新しい正常受信信号を受信した時点との間に符号化された複数のフレームを動画像復号装置が正しく受信したことを知ることができる。また、動画像復号装置が当該複数のフレームのうちの一部を通信エラーによるパケットロスにより受信できなかった場合に、新たに符号化するフレームの参照先がエラー復帰用フレームに限られる。そのため、動画像符号化装置は、通信エラーによるパケットロスに備えてすべてのフレームを格納する必要がなく、メモリ容量を小さく抑えることができる。よって、動画像符号化装置は、小さいメモリ容量で圧縮効率が高いストリームを送信することができる。
また、本発明の一形態に係る動画像復号装置は、動画像の画面間予測符号化により得られた符号化ストリームを動画像符号化装置から受信する動画像復号装置であって、受信された前記符号化ストリームを、復号済みのフレームの復号画像を参照して画面間予測復号する復号部と、受信された前記符号化ストリームに含まれる所定数の連続するフレームすべての符号化データを正しく取得できた場合には、前記動画像符号化装置に正常受信信号を送信し、前記符号化ストリームに含まれるいずれかのフレームの符号化データを正しく取得できなかった場合には異常受信信号を送信し、前記正常受信信号を送信した場合には、復号対象フレームの復号画像をエラー復帰用フレームとしてメモリに格納し、前記異常受信信号を送信した場合には、前記メモリに格納されているいずれかのエラー復帰用フレームを参照することにより前記復号対象フレームを前記復号部に復号させる第2の制御部とを備える。
これによれば、動画像復号装置は、所定数の連続するフレームを正しく受信できたことを1つの正常受信信号を動画像符号化装置に送信することにより通知することができる。また、動画像復号装置が当該所定数の連続するフレームを受信できなかった場合に、動画像符号化装置において新たに符号化されるフレームの参照先がエラー復帰用フレームに限られる。そのため、動画像復号装置は、通信エラーによるパケットロスに備えてすべてのフレームを格納する必要がなく、メモリ容量を小さく抑えることができる。よって、動画像復号装置は、小さいメモリ容量で圧縮効率が高いストリームを受信することができる。
なお、本発明は、装置として実現するだけでなく、このような装置が備える処理手段を備える集積回路として実現したり、その装置を構成する処理手段をステップとする方法として実現したり、それらステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、そのプログラムを示す情報、データまたは信号として実現したりすることもできる。そして、それらプログラム、情報、データおよび信号は、CD−ROM等の記録媒体またはインターネット等の通信媒体を介して配信してもよい。
以上のように、本発明によれば、前記正常受信信号を取得した場合には、前記符号化対象フレームの復号画像をエラー復帰用フレームとしてメモリに格納し、前記異常検知信号を取得した場合には、前記メモリに格納されているいずれかのエラー復帰用フレームを参照して、符号化対象フレームを符号化するので、参照フレームを格納するメモリ容量を増やさずに、Pフレーム(画面間予測)でエラーの伝播を停止できる。その結果、小さいメモリ容量で圧縮効率が高いストリームを生成することができる。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
以下、本発明の各実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
図1は本発明の各実施の形態に用いられるACKとNACKと画面間符号化とを用いた動画像符号化方法を説明するための図である。以下、図1の動作について説明する。
本発明の各実施の形態では、フレームの集合としてGOKP(Group Of pictures between Key Pictures)を定義する。GOKPは、動画像を構成するフレームの集合である。各GOKP内の最後にはキーフレームが設定される。キーフレームとは、伝送路上でエラーが生じたときに画面間予測フレームのエラーの伝搬を断ち切るために、参照フレームとして保存されるエラー復帰用参照フレームのことである。
GOKPには、IフレームまたはPフレームが含まれる。Iフレームは、画面内予測フレームであって符号化ストリームの先頭で1フレームだけ送信され、符号化ストリームの最初のキーフレームとして単独でGOKPを構成する。Pフレームは、符号化済みのフレームを参照する画面間予測フレームである。
受信側では、現在復号対象のフレーム(以下、復号対象フレーム)の直前に復号されたフレームが、参照フレームとしてフレームメモリに格納される。その際に、正しく復号できたキーフレームとそれ以外の参照フレームとが別の領域に格納され、正しく復号された最新のキーフレームと最新の参照フレームとが常にメモリに格納される。
また、受信側は、受信したGOKPのすべてのフレームが正しく復号できた場合には、当該フレームの属するGOKPの識別番号を添付して、ACK(正常受信信号)を送信側に送信する。一方、フレームを正しく復号できなかった場合には、NACK(異常受信信号)を送信する。このACKあるいはNACKにはGOKPを識別する番号を付与する。
送信側では、ACKを受信した場合に、ACKを受信したときに符号化が完了していないフレームを新たなキーフレームとして符号化し、当該フレームを含むGOKPを完結して、新しいGOKPを構成する。
NACKを受信しない場合には、ACKを受信した場合を含め、送信側は、フレーム間の相関が大きい、最新の参照フレームを参照することにより符号化対象フレーム(Pフレーム)の符号化を行う。
一方、NACKを受信した場合には、送信側は、現在符号化中のフレームの符号化を完了した後、この現在符号化中フレームが属するGOKPを完結する。そして、送信側は、次の符号化対象のフレームをキーフレームとして単独フレームで新たなGOKPを構成し、それまでに受信したACKの中で最新のACKに対応するGOKPのキーフレームを参照することにより、符号化する。
具体的には、図1の場合、送信側は、NACKを受信したときには、フレームP21の符号化中である。そこで、送信側は、フレームP21の符号化を完了した後、フレームP21が属するGOKP5を完結する。そして、送信側は、次のフレームP22をキーフレームとして単独で新たなGOKP6を構成する。ここで、NACK4を受信するまでに、送信側は、最新のACKとしてACK3を受信している。従って、送信側は、受信したACK3に対応するキーフレーム、すなわち、GOKP3のキーフレームであるフレームP15を参照することによりフレームP22を符号化する。
なお、送信側では、参照フレームについて、受信側と同様に、キーフレームとそれ以外のフレームとで、フレームメモリへの格納領域が区別されている。
このようにして、フレームP17が伝送エラーによって正しく復号できなかったとしても、フレームP22では正しく復号できたフレームP15を参照したPフレームとして復号できるので、エラーの伝播を停止することができる。
以下、図1で示した本発明のACKとNACKと画面間符号化とを用いた動画像符号化方法を実現する動画像符号化装置および動画像復号装置の具体的な構成および動作について、各実施の形態で説明する。
(実施の形態1)
図2Aは、本発明の実施の形態1における動画像符号化装置1の構成の一例を示すブロック図である。図2Aに示されるように、動画像符号化装置1は、符号化部1aと、メモリ1bと、送信部1cと、取得部1dと、制御部1eとを備える。
図2Aは、本発明の実施の形態1における動画像符号化装置1の構成の一例を示すブロック図である。図2Aに示されるように、動画像符号化装置1は、符号化部1aと、メモリ1bと、送信部1cと、取得部1dと、制御部1eとを備える。
符号化部1aは、動画像データを圧縮符号化し、圧縮符号化された動画像データを送信部1cへ出力する。
メモリ1bは、参照フレームを格納するための領域を備えたメモリである。
送信部1cは、符号化部1aが出力した圧縮符号化された動画像データに対し、伝送用のヘッダ情報(RTPヘッダ、IPヘッダ等)などを付加し、符号化データを生成して、動画像復号装置に送信する。
取得部1dは、動画像復号装置から正常受信信号(ACK)または異常受信信号(NACK)を受信し、制御部1eに通知する。
制御部1eは、取得部1dが正常受信信号(ACK)を取得した場合には、取得部1dが正常受信信号を取得したタイミングの符号化対象フレームの復号画像をエラー復帰用フレームとしてメモリに格納する。また、取得部1dが異常受信信号(NACK)を取得した場合には、メモリに格納されているいずれかのエラー復帰用フレームを参照することにより符号化対象フレームを符号化部1aに符号化させる。
なお、符号化部1aと、メモリ1bと、制御部1eとを含むエンコーダ部11aを備えてもよい。また、送信部1cを含むパケット化部11bを備えてもよい。
図2Bは、本発明の実施の形態1における動画像符号化装置11の構成の一例を示すブロック図である。図3は、本発明の実施の形態1における動画像符号化装置11の処理手順を示すフローチャートである。以下、図2Bに示した動画像符号化装置11の動作を、図3を用いて説明する。
図2Bに示すように、実施の形態1の動画像符号化装置11は、画面間予測部100、フレームメモリ101、イントラ/インター判定部102、予測画像選択部103、予測画像減算部104、画像符号化部105、多重化送信部106、画像復号部107、制御部108、GOKP更新部110、付加情報符号化部111および予測画像加算部112を備える。ここで、画面間予測部100、フレームメモリ101、イントラ/インター判定部102、予測画像選択部103、予測画像減算部104、画像符号化部105、画像復号部107、制御部108、GOKP更新部110、付加情報符号化部111および予測画像加算部112は、エンコーダ部11aに相当する。また、多重化送信部106は、パケット化部11bに相当する。以下で各ブロックについて詳細に説明する。
動画像入力データとして入力端子に入力された動画像は、画面間予測部100と予測画像減算部104とに入力される。
フレームメモリ101は、2つのキーフレームを含む参照フレームを格納するための領域を備えたメモリである。
画面間予測部100は、フレームメモリ101の参照フレーム領域に格納された参照フレームデータを参照することにより、予測画像データを生成する。また、画面間予測部100は、符号化対象フレームをPフレームとして符号化する際に必要な、動きベクトル等の動き情報を画面間符号化の付加情報として生成する。そして、画面間予測部100は、生成した付加情報を付加情報符号化部111に通知する。
イントラ/インター判定部102は、最初のフレームをIフレーム、その他のフレームはPフレームとして符号化するよう、予測画像選択部103にイントラ/インター判定信号を用いて通知する。
予測画像選択部103は、イントラ/インター判定信号が示す指示に従い、符号化対象フレームがPフレームの場合は、画面間予測部100によってフレームメモリ101から読み出された予測画像データを予測画像減算部104に入力する。また、符号化対象フレームがIフレームの場合は、入力なし(値0)を選択して予測画像減算部104に入力する。予測画像減算部104は、入力端子から入力された動画像データと予測画像選択部103によって選択された予測画像データとの差分値を計算して、予測誤差画像データを生成する。画像符号化部105は、生成された予測誤差画像データを圧縮符号化し、圧縮符号化によって得られた符号化データを多重化送信部106に出力する。画像復号部107は符号化データを伸張復号して復号予測誤差画像データを生成する。予測画像加算部112は、画像復号部107で生成された復号予測誤差画像データと予測画像選択部103で選択された予測画像データとを加算して得られる復号画像データを、フレームメモリ101に出力する。
制御部108は、予測画像加算部112からフレームメモリ101に入力された復号画像データを、復号された復号対象フレームがキーフレームであるかまたはキーフレーム以外のフレームであるかに応じて、あらかじめ定められた参照フレーム領域に格納するとともに、各フレームの復号画像データが格納された参照フレーム領域を示す情報を参照フレーム指定情報の一部として画面間予測部100に出力する。
制御部108は、動画像符号化装置の内部または外部の図示しない受信部で受信されたACK/NACK通知ストリームにより、ACKまたはNACKを取得する(S100)。制御部108は、ACKを受信した場合は(S101でYES)、GOKP更新部110で現在の符号化対象フレームをキーフレームとして符号化し、次のフレームから更新した新たなGOKPで符号化するようにGOKP識別情報を付加情報符号化部111に通知する。また、制御部108は、直前のフレームを参照画像とすることを示す参照フレーム指定情報を、フレームメモリ101、画面間予測部100、および付加情報符号化部111に送信する(S102)。なお、キーフレームとして符号化するフレームは、GOKP更新部110で現在符号化しているフレームの直後のフレームとしてもよい。
画面間予測部100に入力された参照フレーム指定情報は、画面間符号化における付加情報の一部として付加情報符号化部111に通知される。さらに、フレームメモリ101のキーフレームを格納する領域のうち、受信したACKに対応するフレームの領域とは異なる領域、すなわち、ACK未受信のキーフレームもしくは過去に受信したACKに対応するキーフレーム格納領域に当該キーフレームを格納する(S103)。
制御部108は、NACKを受信した場合には(S104でYES)、GOKP更新部110で、現在符号化を完了している最新のフレームまでからなる最新のGOKPを完結させる。次いで、制御部108は、現在のフレームをキーフレームとして符号化するとともに、当該キーフレームだけからなるGOKPを生成させる。さらに、制御部108は、キーフレームの次のフレームから、新たなGOKPで符号化するように、それぞれのGOKPに対するGOKP識別情報を算出して、付加情報符号化部111に通知する。
また、制御部108は、ACKを受信した最新のキーフレームを参照画像データとするように、参照フレーム指定情報でフレームメモリ101に通知する(S105)。
画面間予測部100に入力された参照フレーム指定情報は、画面間符号化の付加情報の一部として付加情報符号化部111に通知される。さらに、フレームメモリ101のキーフレームを格納する領域のうち、最新のACKに対応するフレーム領域とは異なる領域、すなわち、ACK未受信キーフレームもしくは2回以上前のACKに対応するキーフレーム格納領域に当該キーフレームを格納する(S106)。
ACKもNACKも受信しない場合には(S104でNO)、GOKP更新部110はGOKP識別情報を更新せず、付加情報符号化部111に通知すると共に、制御部108に通知する。
制御部108は、フレームメモリ101に格納されている最新の参照フレーム(キーフレームもしくはキーフレームではないフレームのうちで最新のフレーム)を参照画像データとするように参照フレーム指定情報でフレームメモリ101に通知する(S107)。
画面間予測部100に入力された参照フレーム指定情報は、画面間符号化の付加情報の一部として付加情報符号化部111に通知される。さらに、フレームメモリ101の格納領域のうち、キーフレーム以外の参照フレームを格納する領域に当該フレームを格納する(S108)。
付加情報符号化部111は、(i)Iフレーム/Pフレームの識別を示すイントラ/インター判定信号、(ii)画面間予測部100の動き情報を示す画面間符号化の付加情報、(iii)参照フレームを指示する参照フレーム指定情報、(iv)GOKP番号を示す。そして、付加情報符号化部111は、現在のフレームをキーフレームとして符号化するか否かを示すGOKP識別情報、および(v)符号化された符号化対象フレームの復号画像データの格納領域を示す情報を符号化し、付加情報として多重化送信部106に通知する。
多重化送信部106は、符号化データと付加情報とを多重化して符号化ストリームを構成し、受信側の動画像復号装置に送信する(S109)。
図4Aは、本実施の形態1に係る動画像符号化装置が備えるフレームメモリにおけるメモリ領域の区分を示す図である。フレームメモリ101は図4Aに示すように、キーフレームとキーフレーム以外のフレームとを区別して格納するために、メモリでの格納領域が区別されている。
メモリ容量は、現在符号化/復号中のフレームが1フレーム分、キーフレームのための格納領域が2フレーム分、その他のフレームのための格納領域が1フレーム分の合計4フレーム分が最低必要である。現在符号化/復号中のフレームは、1フレーム分の符号化/復号が完了したときに、キーフレーム以外のフレームの格納領域、またはキーフレームの格納領域のいずれかにコピーされる。
その後、現在符号化/復号中のフレームの格納領域は、次のフレームの符号化/復号で利用される。図4Aに示すように、フレームメモリ101にはキーフレーム格納領域が2フレーム分あるので、最新のACKに対応したキーフレームと、それ以外のキーフレームとを格納できる。
なお、1フレーム分の符号化/復号が完了したときに、現在符号化/復号中のフレーム画像を、キーフレーム以外のフレームの格納領域、またはキーフレームの格納領域にコピーする代わりに、現在符号化/復号中のフレームメモリ101内の格納位置を示す格納アドレスを、コピー元とコピー先とで交換することにより、コピーと同等の動作となる処理を行ってもよい。
なお、従来の動画像符号化方法および従来の動画像復号方法でも現在符号化/復号中のフレームの格納が必要であることから、本発明によってフレームメモリ101のメモリ容量が大幅に削減できていることが明確である。
以上のように、実施の形態1によれば、フレームメモリ101として現在符号化/復号中の1フレームを格納する領域に加え、キーフレームを格納する領域が2フレーム、その他(キーフレーム以外)のフレームのための格納領域が1フレーム分あれば、Pフレームで画面間予測符号化することにより符号化ストリームのデータ量を低減しつつ、エラーの伝播を停止できる。これにより、小さいメモリ容量で圧縮効率が高いストリームを送信することが可能である。
なお、図3のフローチャートでは記載を省略したが、動画像符号化装置において、符号化ストリームの送信を開始する際の最初のフレームは面内予測符号化され、Iフレームとして送信される。具体的には、符号化ストリームの最初のフレームに対し、予測画像選択部103はイントラ/インター判定信号に従って値0を選択する。このため、予測画像減算部104では、最初のフレームの画像データと予測画像データとの予測誤差画像データを算出しない。画像符号化部105では、予測画像減算部104から入力される画像データをIフレームとして面内予測符号化し、多重化送信部106に出力する。
また、Iフレームの送信は、必ずしも1回に制限される必要はなく、符号化ストリームの途中の任意のタイミングでIフレームが挿入されるとしてもよい。さらに、最初に送信されたIフレームが、受信側で正しく復号されなかった場合、すなわち、最初のフレームに対してNACKを受信した場合には、NACKを受信した際に符号化が完了していないフレームを、再度、面内予測符号化によりIフレームとして送信するとしてもよい。
さらに、制御部108は、受信側の動画像復号装置からACKもNACKも受信しないまま、一定のタイムアウト時間を経過した場合には、NACKを受信したときと同じ処理を行うとしてもよい。このタイムアウト時間は、好ましくは、動画像符号化装置と動画像復号装置との間の伝送路における伝送遅延の2倍程度に定める。この場合、例えば、制御部108は定期的に伝送遅延時間を計測し、計測された遅延時間をもとにタイムアウト時間を定めるとしてもよい。制御部108は、最初に符号化ストリームの送信を開始する際に1回だけ遅延時間を計測し、計測した遅延時間に基づいてタイムアウト時間を定めるとしてもよい。また、最初から、統計値などに基づいて、一定の時間をタイムアウト時間と定めておいてもよい。
さらに、上記実施の形態1では、送信側から受信側にキーフレームを示す情報として、符号化対象フレームを含むGOKPのGOKP識別情報を、ストリーム中の符号化対象フレームの付加情報の中に符号化するとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、符号化対象フレームがキーフレームであることを示す情報を、符号化ストリームとは別に、受信側に送信するとしてもよい。
また、上記実施の形態では、ACKまたはNACKを受信した直後のフレームをキーフレームとしたが、キーフレームは、必ずしもACKまたはNACKの直後のフレームでなくてもよい。例えば、一定枚数のフレームごとに、キーフレームとするよう定めておいてもよい。さらに、ACKまたはNACKを受信してから、1フレーム後、または2フレーム後などの任意のフレームをキーフレームとしてもよい。
さらに、一定枚数のフレームごと、または一定期間ごとに1枚のフレームをキーフレームとする定めをしておく場合には、送信側の動画像符号化装置から受信側の動画像復号装置に対して、どのフレームがキーフレームであるかを示す情報を送信する必要はない。
図4Bは、本発明の動画像符号化装置を含む動画転送システムの一例の機能概要図である。本発明の実施の形態1における動画像符号化装置11は、図4Bの(a)に示される。動画像符号化装置11は、エンコーダ部11a、パケット化部11bおよび通信部11cを備える。
通信部11cは、ネットワークに接続しており、動画像復号装置と論理的に接続されている。通信部11cは、パケット化部11bが出力したパケットに対し通信に必要な情報を付加し、動画像復号装置を宛先としてネットワークへパケットを送信する。また、通信部11cは、動画像復号装置からのパケットロスに関する情報(ACK/NACK)を受信し、エンコーダ部11aへ通知する。なお、通信部1cは、複数の動画像符号化装置と同時に論理的に接続されてもよい。
(実施の形態2)
図5Aは、本発明の実施の形態2における動画像復号装置2の構成の一例を示すブロック図である。図5Aに示されるように、動画像復号装置2は、復号部2aと、第2の制御部2cとを備える。なお、さらに、メモリ2bを備えてもよい。
図5Aは、本発明の実施の形態2における動画像復号装置2の構成の一例を示すブロック図である。図5Aに示されるように、動画像復号装置2は、復号部2aと、第2の制御部2cとを備える。なお、さらに、メモリ2bを備えてもよい。
復号部2aは、動画像復号装置が受信した符号化ストリームを画面間予測復号する。
メモリ2bは、参照フレームを格納するための領域を備えたメモリである。
第2の制御部2cは、キーフレームまで符号化データを正しく受信した場合には正常受信信号(ACK)を送信側に通知し、一部でも正しく受信できなかった場合は異常受信信号(NACK)を送信側に通知する。また、符号化データに含まれる画面間予測符号化で参照するフレームを示す情報を取得し、その情報が示す復号画像データをメモリに格納されているフレームから読み出すことで参照画像データとする。復号対象フレームは、復号部2aで、前記参照画像データを参照して復号する。
なお、復号部2aと、メモリ2bと、第2の制御部2cとを含むデコーダ部12aを備えてもよい。
図5Bは本発明の実施の形態2における動画像復号装置12の構成を示すブロック図である。図6は本実施の形態2における動画像復号方法のフレームごとの処理手順を示すフローチャートである。以下、図5Bに示した動画像復号装置12の動作を、図6を参照しながら説明する。
図5Bに示すように、本実施の形態の動画像復号装置12は、受信分離部200、画像復号部201、予測画像加算部202、付加情報復号部203、フレームメモリ205、予測画像選択部207および制御部208を備える。
入力端子から入力された符号化されたストリームは、受信分離部200で予測誤差画像データの符号化データと付加情報の符号化データとに分離される。
付加情報復号部203は画面間予測符号化の付加情報の符号化データから、参照フレーム指定情報の符号化データ、復号画像データを格納するメモリ領域を指定する符号化データ、イントラ/インター判定信号の符号化データ、およびGOKP識別情報の符号化データを分離する。
制御部208は、フレームメモリ205から、参照フレーム指定情報で指定された参照フレームを読み出して、参照画像データとし、参照画像データを参照し、動き情報等を含む画面間符号化の付加情報に基づいて、予測画像データを生成する。予測画像選択部207は、イントラ/インター判定信号に従い、Pフレームの場合は予測画像データを予測画像加算部202に入力し、Iフレームの場合は入力なし(値0)を選択して予測画像加算部202に入力する。
画像復号部201は、受信分離部200によって分離された予測誤差画像データの符号化を復号して、復号予測誤差画像データを予測画像加算部202に出力する。予測画像加算部202は、画像復号部201で得られた復号予測誤差画像データと、予測画像選択部207から入力された予測画像データとの和を復号画像データとして出力する(S200)。画像復号部201は受信分離部200から入力された予測誤差画像データの符号化データを復号するときに、伝送エラー等により正しく復号できないフレームがあった場合は、復号エラーが発生したことを示すエラー通知信号により復号エラーの発生を制御部208に通知する。
エラー通知信号が、現在フレームの復号エラーを示している場合は(S201でYES)、制御部208でNACKのACK/NACK通知ストリームを送信側の動画像符号化装置に送信し(S202)、復号対象フレームの処理を終了する。
エラー通知信号が、復号対象フレームを正常に復号できたことを示している場合は(S201でNO)、制御部208は、さらに、復号対象フレームを含むGOKPのすべてのフレームが正しく復号できたか否かを判定する(S203)。ステップS203において、GOKP内のすべてのフレームが正しく復号できている場合(S203でYES)、制御部208はさらに、復号された復号対象フレームがキーフレーム(GOKPの最後のフレーム)であるか否かを判定する(S204)。復号対象フレームがキーフレームであれば(S204でYES)、制御部208は復号対象フレームのGOKP識別情報を付与したACKを、送信側に送信する(S205)。 なお、以下のようにしてもよい。復号エラーがない場合は(S201でNO)、GOKP正常受信判定部208でキーフレームであるか(GOKPの最後のフレームであるか)を判定し(S203のYES)する。キーフレームであればGOKPのすべてのフレームでエラーなく復号できた場合に(S204でYES)、GOKP番号情報S211を付与したACKのACK/NACK通知ストリームS214を、ACK/NACK送信部U209で送信側に通知する。
一方、ステップS203において、復号対象フレームが含まれるGOKPにおいて復号エラーがなく(S203でYES)、復号対象フレームがキーフレームでない場合は(S204でNO)、制御部208は何も送信しない。次いで、制御部208は、予測画像加算部202から出力された復号対象フレームの復号画像データを、後続の復号で参照画像データとして参照するため、フレームメモリ205内の付加情報で指定された格納領域に格納し(S206)、復号対象フレームの処理を終了する。
また、復号対象フレームが含まれるGOKP内のいずれかのフレームでエラーが発生したときは、復号画像データをフレームメモリ205内に格納せず、復号対象フレームの処理を終了する。この結果、復号エラーが発生したフレームの復号画像データがフレームメモリ205に格納されないことにより、エラー発生前のフレームの復号画像データがフレームメモリ205内に保持され続け、表示もまた、エラー発生前のフレームの復号画像が表示され続けることになる。
以上のように実施の形態2の動画像復号装置によれば、実施の形態1の動画像符号化装置と同じフレームを参照する。これにより、フレームメモリ205内に現在復号中のフレームを格納するための1フレームの格納領域に加え、キーフレームを格納するための領域が2フレーム、その他のキーフレーム以外のフレームを格納するための領域が1フレーム分あれば、Pフレーム(画面間予測)でありながらエラーの伝播を停止できる。その結果、小さいメモリ容量で圧縮効率が高いストリームを受信することが可能となる。
なお、上記実施の形態2では、GOKP内のすべてのフレームを正常に復号できた場合に制御部208がACKを送信するとしたが、これに限らず、GOKP内のすべてのフレームを受信できたときにACKを送信するとしてもよい。例えば、符号化ストリームを伝送するパケットには、符号化ストリーム内のフレーム順にパケット番号が付与されている。このパケット番号を利用して、受信側の動画像復号装置において、一定時間内に受信したパケットをバッファ内に蓄積し、蓄積したパケットをパケット番号順に並べ替え、抜けているパケット番号がないかを調べることにより、すべてのフレームを受信できたかを確認することができる。これにより、GOKPのうちで受信できないパケットがある場合には、符号化されたストリームを復号する前の段階でNACKを送信することができ、伝送エラーからのより早い復旧を図ることができる。
本発明の実施の形態2における動画像復号装置12は、図4Bの(b)に示される。動画像復号装置12は、デコーダ部12a、デパケット化部12bおよび通信部12cを備える。
通信部12cは、ネットワークに接続しており、動画像符号化装置と論理的に接続されている。通信部12cは、圧縮符号化された動画像データを含むパケットをネットワークから受信し、通信に必要な情報を削除し、圧縮符号化された動画像データをデパケット化部12bへ出力する。また、デコーダ部12aからパケットロスに関する情報(ACK/NACK)を受信したら、動画像符号化装置へ当該情報を送信する。
(実施の形態3)
実施の形態2の動画像復号装置では、正しく復号できなかったフレームは、フレームメモリ205に格納しなかった。これは、正しく復号できないフレームは復号しても表示しない場合には、表示のために復号した画像データをフレームメモリ205に格納することは無意味であるからである。
実施の形態2の動画像復号装置では、正しく復号できなかったフレームは、フレームメモリ205に格納しなかった。これは、正しく復号できないフレームは復号しても表示しない場合には、表示のために復号した画像データをフレームメモリ205に格納することは無意味であるからである。
しかしながら、動画像復号装置の構成上、正しく復号できなかった画像データも表示したい場合は、常にフレームをフレームメモリに格納する方が好ましい場合は、図7のフローチャートに示すように正しく復号できないフレームもフレームメモリに格納してもよい。この場合は、復号した画像を表示すると正しく復号できなかった部分が正しく表示されないものの、その他の部分の画像は正しく表示される可能性があるので、部分的にでもより多くの復号画像を確認したい場合に有効である。
図7は本実施の形態3における動画像復号方法のフレームごとの処理手順を示すフローチャートである。図7において、図6に示したステップと同じ処理については、既に説明しているので説明を省略する。
図7のステップS201の処理において、エラー通知信号が、復号対象フレームを正常に復号できたことを示している場合は(S201でNO)、制御部208はさらに、復号された復号対象フレームがキーフレーム(GOKPの最後のフレーム)であるか否かを判定する(S301)。復号対象フレームがキーフレームであれば(S301でYES)、制御部208は、さらに、復号対象フレームを含むGOKPのすべてのフレームが正しく復号できたか否かを判定する(S302)。
GOKP内のすべてのフレームが正しく復号できている場合(S302でYES)、制御部208は、復号対象フレームのGOKP識別情報を付与したACKを、ACK/NACK通知ストリームを用いて送信側に送信した後(S303)、復号対象フレームの復号画像データを、フレームメモリ205内の付加情報で指定された格納領域に格納し(S206)、復号対象フレームの処理を終了する。
GOKP内のいずれかのフレームでエラーがあった場合には(S302でNO)、ステップS303における処理をスキップして、復号対象フレームの復号画像データを、フレームメモリ205内の付加情報で指定された格納領域に格納し(S206)、復号対象フレームの処理を終了する。
また、ステップS201でエラー通知信号が復号対象フレームの復号エラーを示している場合、ステップS202で、ACK/NACK通知ストリームを用いてNACKを送信した後、復号対象フレームの復号画像データを、フレームメモリ205内の付加情報で指定された格納領域に格納し(S206)、復号対象フレームの処理を終了する。
(実施の形態4)
本発明の実施の形態4において、動画像復号装置の通信部がパケットロスを検出したときに、動画像符号化装置にACK/NACKを送信する動作形態の例を示す。パケットロスの検出、ACK/NACKの送信、および、ACK/NACKに含まれる情報について説明する。
本発明の実施の形態4において、動画像復号装置の通信部がパケットロスを検出したときに、動画像符号化装置にACK/NACKを送信する動作形態の例を示す。パケットロスの検出、ACK/NACKの送信、および、ACK/NACKに含まれる情報について説明する。
図8は、本発明の実施の形態4における動画像符号化装置15の処理手順を示すフローチャートである。動画像符号化装置15の動作について、動画像符号化装置11と異なる部分について説明する。動画像符号化装置15が動画像符号化装置11と異なるのは、符号化対象フレームがIフレームであるか否かを判定し、符号化対象フレームがIフレームである場合に所定の処理を行う点である。以下で詳細に説明する。
制御部108は、ACKまたはNACKを受信したか否かの判定(S101およびS104)を行った後に、符号化対象フレームがIフレームであるか否かを判定する(S104a)。
符号化対象フレームがIフレームである場合には(S104aでYES)、制御部108は、GOKPを更新し、Iフレームをキーフレームとして符号化する。そして、その後もう一度GOKPを更新する(S104b)。
次に、キーフレームの格納領域に符号化した画像を格納する(S104c)。その後、動画像符号化装置11における場合と同様、ステップS109の処理を行う。
一方、符号化対象フレームがIフレームでない場合には(S104aでNO)、動画像符号化装置11における場合と同様、ステップS107およびステップS108の処理を行う。
以上のように、符号化対象フレームがIフレームである場合、当該Iフレームの直前のフレームにおいてGOKPを完結させ、次に当該Iフレームだけを含むGOKPを構成し、その後、新たなGOKPを構成する。
以上より、GOKPが更新されるのは、Iフレームを符号化するとき、NACK受信時、および、ACK受信時である。上記の内容は、表1のようにまとめられる。
図9は、動画像符号化装置15の通信部15cが送信する、圧縮符号化された動画像データに記載される制御用パケットフィールドの一例を示す図である。表2は、図9に示されるパケットフィールドの説明である。表2の説明において、「フレーム単位」とは、パケット化により1フレームが複数のパケットに分割される場合に、当該フレームを構成する複数のパケットのそれぞれに当該フィールドが記述されることを意味する。
なお、このパケットフィールドは、通信パケットの任意の箇所に記述される。例えば、RTPパケットの拡張フィールドに記述される。
以下で、本発明の実施の形態4における動画像復号装置3について説明する。
図10は、本発明の実施の形態4における動画像復号装置3の構成の一例を示すブロック図である。図10に示されるように、動画像復号装置3は、復号部2aと、メモリ2bと、第2の制御部2cと、受信部3dとを備える。
復号部2aと、メモリ2bと、第2の制御部2cとのそれぞれは、動画像復号装置2において対応するブロックと同一である。
受信部3dは、動画像符号化装置が送信した符号化データを受信する。
なお、復号部2aと、メモリ2bと、第2の制御部2cとを含むデコーダ部12aを備えてもよい。また、受信部3dを含む通信部16cを備えてもよい。
図11は、本発明の実施の形態4における動画像復号装置3の構成の一例を示すブロック図である。図11に示されるように、動画像復号装置3は、受信分離部200、画像復号部201、予測画像加算部202、付加情報復号部203、フレームメモリ205および予測画像選択部207を備える。実施の形態2の動画像復号装置2の構成と異なる点は、動画像復号装置3は、制御部を含まない点である。
図12に示されるように、本実施の形態の動画像復号装置16は、受信分離部200、画像復号部201a、予測画像加算部202、付加情報復号部203a、フレームメモリ205、および予測画像選択部207を備える。
画像復号部201aは、受信分離部200によって分離された予測誤差画像データの符号化を復号して、復号予測誤差画像データを予測画像加算部202に出力する。
付加情報復号部203aは、画面間予測符号化の付加情報の符号化データから、参照フレーム指定情報の符号化データ、復号画像データを格納するメモリ領域を指定する符号化データ、イントラ/インター判定信号の符号化データ、およびGOKP識別情報の符号化データを分離する。
図13は、本発明の実施の形態4における動画像復号装置3のフレームごとの処理手順を示すフローチャートである。
まず、受信部3dは、符号化データを受信する(S400)。
次に、受信部3dは、受信した符号化データにパケットロスによる受信エラーがあるか否かを判定する(S401)。
ステップS401において受信エラーがなかった場合(S401でNO)、GOKPのすべてのフレームでエラーがなかったか否かを判定する(S402)。ステップS402でエラーがなかった場合(S402でYES)、受信した中で最も新しい符号化データの制御用パケットフィールドを参照し、A=1(ACK enable)であるか否かを判定する(S403)。A=1である場合(S403でYES)には、動画像符号化装置にACKを送信する(S404)。その後、符号化データに対し復号処理を行う(S407)。復号処理の詳細は実施の形態2の動画像復号装置12の対応する処理と同一であるため説明を省略する。
一方、ステップS401において受信エラーがあった場合(S401でYES)、受信エラーが発生した符号化データを含むフレームの他の符号化データの制御用パケットフィールドを参照し、N=1であるか否かを判定する(S405)。N=1(NACK enable)である場合(S405でYES)には、動画像符号化装置にNACKを送信する(S406)。
なお、ACK/NACKのパケットフィールドの一例を表3に示す。ACK/NACKパケットは、少なくとも、ACKまたはNACKのいずれかを示すビットとGOKPNUMとを含む。
図12は、本実施形態の動画像符号化装置および動画像復号装置を含む動画転送システムの一例の機能概要図である。図12の(a)に示される動画像符号化装置15は、実施の形態1の動画像符号化装置11と同一である。図12の(b)に示される動画像復号装置16は、デコーダ部16d、デパケット化部16bおよび通信部16eを備える。
通信部16cは、圧縮符号化された動画像データを含むパケットをネットワークから受信し、通信制御に用いられる情報と圧縮符号化された動画像データとを分離し、圧縮符号化された動画像データをデパケット化部16bへ出力する。さらに、通信部16cは、パケットの受信エラーの有無を検出し、動画像符号化装置に対してパケットの受信可否に関する情報(ACKまたはNACK)を送信する。
デパケット化部16bは、動画像復号装置12のデパケット化部12bと同じである。
デコーダ部16dは、デパケット化部16bが出力した圧縮符号化された動画像データを復号し、動画像データを復元する。
以上で、実施の形態4に係る動画像符号化装置および動画像復号装置の動作の詳細について説明した。さらに、動画像符号化装置および動画像復号装置が以下の動作をすることも本発明の内容に含まれる。
動画像符号化装置は、ACKを受信した後、所定時間経過後にACKを返すことを要求するフレームを送信するようにしてもよい。これによれば、動画像符号化装置と動画像復号装置との間の往復通信時間が短いときにACKが大量に送信されるのを防ぐことができる。動画像符号化装置と動画像復号装置との間の往復通信時間が短いときに、動画像符号化装置がACKを受信後すぐにACKを返すことを要求するフレームを送信すると、その後すぐにACKが送信される。これにより、ACKとACKを返すことを要求するフレームとが大量に送信されることになる。
動画像符号化装置は、キーフレーム送信後の所定時間にACKまたはNACKのいずれも受信しないときには、NACKを受信したと判定してその後の処理を行うようにしてもよい。ACKが受信できないことは、動画像復号装置が所定数の連続するフレームを受信できていないこと、または所定数の連続するフレームを受信した後に送信したACKがパケットロスにより失われたことを意味する。このように、いずれもパケットロスがあったことを意味するため、NACKを受信したと判定することが妥当であるためである。
動画像符号化装置が、ネットワークを介して複数の動画像復号装置と論理的に接続する構成における、ACKおよびNACKの受信と判定方法について以下のようにしてもよい。
複数の動画像符号化装置と接続する場合、以下のようにしてACKまたはNACKを受信したとみなす。
(1)すべての動画像符号化装置からACKを受信したら、ACKを受信したとみなす。
(2)少なくとも1つの動画像符号化装置からNACKを受信したら、NACKを受信したとみなす。
(3)一部の動画像符号化装置からACKを受信し、残りの動画像符号化装置から何も受信しない場合(タイムアウト)、NACKを受信したとみなす。
図14Aは、ACK/NACKの受信の説明図(ACK受信時)である。図14Aに示される構成は、1つの動画像符号化装置(図14Aの「送信側」)と、2つの動画像復号装置(図14Aの「受信側1」および「受信側2」)とを含む。図14Aに、送信側がフレームP0を受信側1および受信側2のそれぞれに送信し、それに対して受信側1および受信側2が応答するシーケンスが示される。
図14Aに示されるように、受信側1および受信側2のそれぞれがフレームP0を受信した後にACKを送信し、送信側がこれらのACKを受信したら、ACKを受信したとみなす(上記(1)に該当)。
図14Bは、ACK/NACKの受信の説明図(NACK受信時)である。図14Bに示されるように、受信側1および受信側2のそれぞれがフレームP0を受信せず、NACKを送信し、送信側がこれらのNACKを受信したら、NACKを受信したとみなす(上記(2)に該当)。
図14Cは、ACK/NACKの受信の説明図(ACKおよびNACK受信時)である。図14Cに示されるように、受信側1がフレームP0を受信しACKを送信し、受信側2が受信せずにNACKを送信したら、送信側はNACKを受信した時点でNACKを受信したとみなす(上記(2)に該当)。
図14Dは、ACK/NACKの受信の説明図(タイムアウト時)である。図14Dに示されるように、受信側1がフレームP0を受信した後にACKを送信し、受信側2がフレームP0を受信せず、さらに何らかの原因で送信側がACKまたはNACKのいずれも受信しない場合は、送信側はACKを受信してから所定時間経過後にNACKを受信したとみなす(上記(3)に該当)。
なお、上記の複数の動画像復号装置との通信は、複数の1対1通信、および、1対多通信(通信相手の動画像復号装置が特定されている場合)に適用できる。これにより、複数の動画像符号化装置との通信においても、実施の形態1〜4の動作を実現することができる。
(実施の形態5)
以下、実施の形態5について説明する。
以下、実施の形態5について説明する。
ここでは、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法および動画像復号方法を実現するためのプログラムを、フレキシブルディスク等の記録媒体に記録するようにする。それにより、上記各実施の形態で示した処理を、独立したコンピュータシステムにおいて簡単に実施することが可能となる。
図15は、上記各実施の形態の動画像符号化方法および動画像復号方法を、フレキシブルディスク等の記録媒体に記録されたプログラムを用いて、コンピュータシステムにより実施する場合の説明図である。
図15(b)は、フレキシブルディスクの正面からみた外観、断面構造、およびフレキシブルディスクを示し、図15(a)は、記録媒体本体であるフレキシブルディスクの物理フォーマットの例を示している。フレキシブルディスクFDはケースF内に内蔵され、該ディスクの表面には、同心円状に外周からは内周に向かって複数のトラックTrが形成され、各トラックは角度方向に16のセクタSeに分割されている。従って、上記プログラムを格納したフレキシブルディスクでは、上記フレキシブルディスクFD上に割り当てられた領域に、上記プログラムが記録されている。
また、図15(c)は、フレキシブルディスクFDに上記プログラムの記録再生を行うための構成を示す。動画像符号化装置および動画像復号装置を実現する上記プログラムをフレキシブルディスクFDに記録する場合は、コンピュータシステムCsから上記プログラムをフレキシブルディスクドライブを介して書き込む。また、フレキシブルディスク内のプログラムにより動画像符号化装置および動画像復号装置をコンピュータシステム中に構築する場合は、フレキシブルディスクドライブによりプログラムをフレキシブルディスクから読み出し、コンピュータシステムに転送する。
なお、上記説明では、記録媒体としてフレキシブルディスクを用いて説明を行ったが、光ディスクを用いても同様に行うことができる。また、記録媒体はこれに限らず、ICカード、ROMカセット等、プログラムを記録できるものであれば同様に実施することができる。
なお、動画像符号化装置および動画像復号装置の各機能ブロックは典型的には集積回路であるLSIとして実現される。これらは個別に1チップ化されてもよいし、一部またはすべてを含むように1チップ化されてもよい。例えばメモリ以外の機能ブロックが1チップ化されていてもよい。ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。
また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路または汎用プロセッサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
さらに、半導体技術の進歩または派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。また、各機能ブロックのうち、動画像符号化装置および動画像復号装置の対象となるデータを格納する手段だけ1チップ化せずに別構成としてもよい。
以上、本発明の動画像符号化装置および動画像復号装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
本発明は、動画像符号化装置および動画像復号装置に利用でき、特に、ネットワークを利用した動画像双方向通信に有用である。また、本発明は、動画像配信、監視カメラなど、動画像を符号化して送受信する通信機器およびセット機器等にも有用である。
1、11、15 動画像符号化装置
1a 符号化部
1b メモリ
1c 送信部
1d 取得部
1e 制御部
2、3、12、16 動画像復号装置
2a 復号部
2b メモリ
2c 第2の制御部
11a エンコーダ部
11b パケット化部
11c、12c、16c 通信部
12a、16a デコーダ部
12b、16b デパケット化部
13 ネットワーク
100 画面間予測部
101、205 フレームメモリ
102 イントラ/インター判定部
103、207 予測画像選択部
104 予測画像減算部
105 画像符号化部
106 多重化送信部
107、201、201a 画像復号部
108、208 制御部
110 GOKP更新部
111 付加情報符号化部
112、202 予測画像加算部
200 受信分離部
203、203a 付加情報復号部
1a 符号化部
1b メモリ
1c 送信部
1d 取得部
1e 制御部
2、3、12、16 動画像復号装置
2a 復号部
2b メモリ
2c 第2の制御部
11a エンコーダ部
11b パケット化部
11c、12c、16c 通信部
12a、16a デコーダ部
12b、16b デパケット化部
13 ネットワーク
100 画面間予測部
101、205 フレームメモリ
102 イントラ/インター判定部
103、207 予測画像選択部
104 予測画像減算部
105 画像符号化部
106 多重化送信部
107、201、201a 画像復号部
108、208 制御部
110 GOKP更新部
111 付加情報符号化部
112、202 予測画像加算部
200 受信分離部
203、203a 付加情報復号部
Claims (26)
- 符号化済みのフレームの復号画像を参照して符号化対象フレームを符号化することによって、前記符号化対象フレームの符号化データを生成する符号化部と、
前記符号化済みのフレームの復号画像を格納するための領域を備えるメモリと、
生成された前記符号化データを動画像復号装置に送信する送信部と、
所定数の連続するフレームすべての前記符号化データを正しく受信できたことを示す信号である正常受信信号、または、前記所定数の連続するフレームのうちのいずれかの符号化データを正しく受信できなかったことを示す信号である異常受信信号を、前記動画像復号装置から取得する取得部と、
前記取得部が前記正常受信信号を取得した場合には、前記取得部が前記正常受信信号を取得したタイミングで符号化される符号化対象フレームの復号画像をエラー復帰用フレームとして前記メモリに格納し、前記取得部が前記異常受信信号を取得した場合には、前記メモリに格納されているいずれかのエラー復帰用フレームを参照することにより前記符号化対象フレームを前記符号化部に符号化させる制御部と
を備える動画像符号化装置。 - 前記制御部は、前記符号化部の符号化対象フレームがIフレームである場合に、前記Iフレームの復号画像をエラー復帰用フレームとして前記メモリに格納する
請求項1記載の動画像符号化装置。 - 前記符号化部は、フレームごとに前記メモリに格納されている符号化済みのフレームの復号画像を参照することにより、前記符号化対象のフレームを画面間予測符号化し、
前記制御部は、
(i)前記取得部が正常受信信号を取得した場合に、(a)前記メモリに格納されている前記復号画像を参照することにより前記符号化対象フレームを画面間予測符号化し、前記符号化対象フレームの復号画像を新たなエラー復帰用フレームとして前記メモリに格納し、(b)前記所定数の連続するフレームの集合をグループとし、前記新たなエラー復帰用フレームが属する前記グループの識別情報を、前記新たなエラー復帰用フレームに関連付けて符号化ストリームに格納するとともに、(c)グループとその識別情報とを更新し、
(ii)前記取得部が前記異常受信信号を取得した場合には、(a)グループとその識別情報を更新するとともに、(b)前記メモリに格納されているエラー復帰用フレームのうち、既に取得した正常受信信号の中で最新のものに対応するエラー復帰用フレームを参照することにより前記符号化対象フレームを画面間予測符号化し、前記符号化対象フレームの復号画像を新たなエラー復帰用フレームとして前記メモリに格納し、(c)前記新たなエラー復帰用フレームが属する前記グループの識別情報を、前記新たなエラー復帰用フレームに関連付けて前記符号化ストリームに格納し、(d)さらに、グループとその識別情報とを更新し、
(iii)正常受信信号も異常受信信号も取得しない場合には、(a)前記メモリに格納されている復号画像を参照して前記符号化対象フレームを画面間予測符号化し、(b)符号化した前記符号化対象フレームの復号画像を前記メモリに格納する
請求項1記載の動画像符号化装置。 - 前記制御部は、前記送信部が前記メモリにエラー復帰用フレームの復号画像を格納してから、前記エラー復帰用フレームに対する前記動画像復号装置からの応答を受信するまでに符号化されたフレームの集合を前記グループとし、前記グループの識別情報を符号化ストリームに格納する
請求項3記載の動画像符号化装置。 - 前記メモリは、2つのエラー復帰用フレームを格納するための2つの専用の領域を備え、
前記制御部は、前記取得部が前記正常受信信号を取得した場合には、前記2つの専用領域のうち、古い方のエラー復帰用フレームが格納されている専用領域を、前記新たなエラー復帰用フレームで上書きすることによって更新する
請求項1記載の動画像符号化装置。 - 前記制御部は、前記取得部が前記異常受信信号および前記正常受信信号のいずれをも取得しない場合には、前記符号化部に、前記符号化対象フレームの直前の符号化済みフレームの復号画像を参照することにより前記符号化対象フレームを符号化させるとともに、
前記符号化対象フレームの復号画像を、前記メモリ内の前記専用の領域とは異なる領域に格納する
請求項5記載の動画像符号化装置。 - 前記制御部は、エラー復帰用フレームとなる符号化対象フレームの符号化データに対し、前記符号化対象フレームがエラー復帰用フレームとなることを示す情報を付加する
請求項1記載の動画像符号化装置。 - 前記制御部は、エラー復帰用フレームとなる符号化対象フレームの符号化データに対し、前記符号化対象フレームがエラー復帰用フレームとなることを示す情報として、前記符号化対象フレームが属する前記グループを特定するためのグループ識別情報を付加する
請求項3記載の動画像符号化装置。 - 前記制御部は、前記取得部が前記正常受信信号を受信した場合に、前記動画像復号装置に新たな正常受信信号を送信させるための信号である正常受信要求信号を含む符号化データを送信する
請求項1記載の動画像符号化装置。 - 前記制御部は、前記所定数の連続するフレームに対応する符号化データのいずれかを前記動画像復号装置が受信できなかった場合に、前記動画像復号装置に異常受信信号を送信させるための信号である異常受信要求信号を含む符号化データを送信する
請求項1記載の動画像符号化装置。 - 前記制御部は、前記信号をRTP(Real-time Transport Protocol)拡張ヘッダに格納し、前記RTP拡張ヘッダを含む符号化データを前記動画像復号装置に送信する
請求項9または請求項10記載の動画像符号化装置。 - 前記動画像符号化装置は、前記符号化データを動画像の送信先である複数の動画像復号装置に送信し、
前記制御部は、
前記取得部が前記複数の動画像復号装置のすべてから正常受信信号を取得したときに、前記動画像の送信先が前記所定数の連続するフレームの前記符号化データの取得を行ったと判定し、当該取得のタイミングの前記符号化対象フレームの復号画像をエラー復帰用フレームとして前記メモリに格納し、
前記取得部が前記複数の動画像復号装置の少なくとも1つから異常受信信号を受信したときに、前記動画像の送信先が前記所定数の連続するフレームの前記符号化データを正しく受信しなかったと判定し、前記メモリに格納されているいずれかのエラー復帰用フレームを参照することにより前記符号化対象フレームを前記符号化部に符号化させる
請求項1記載の動画像符号化装置。 - 前記制御部は、前記符号化部に対し、前記符号化ストリームの最初のフレームを面内予測符号化させ、面内予測符号化された前記フレームの復号画像を最初のエラー復帰用フレームとして前記メモリに格納する
請求項1〜8のいずれか1項に記載の動画像符号化装置。 - 前記制御部は、前記取得部が前記最初のエラー復帰用フレームに対する異常受信信号を取得した場合には、前記符号化部に前記符号化対象フレームを面内予測符号化させ、新たなエラー復帰用フレームとして前記メモリに格納する
請求項13記載の動画像符号化装置。 - 前記符号化部は、フレームごとに前記メモリに格納されている符号化済みのフレームの復号画像を参照することにより、前記符号化対象のフレームを画面間予測符号化し、
前記制御部は、
(i)前記取得部が正常受信信号を取得した場合に、(a)前記メモリに格納されている前記復号画像を参照することにより前記符号化対象フレームを画面間予測符号化し、前記符号化対象フレームの復号画像を新たなエラー復帰用フレームとして前記メモリに格納し、(b)前記所定数の連続するフレームの集合をグループとし、前記新たなエラー復帰用フレームが属する前記グループの識別情報を、前記新たなエラー復帰用フレームに関連付けて符号化ストリームに格納するとともに、(c)グループとその識別情報とを更新し、
(ii)前記取得部が前記異常受信信号を取得した場合には、(a)グループとその識別情報を更新するとともに、(b)前記メモリに格納されているエラー復帰用フレームのうち、既に取得した最新の正常受信信号に対応するエラー復帰用フレームを参照することにより前記符号化対象フレームを画面間予測符号化し、前記符号化対象フレームの復号画像を新たなエラー復帰用フレームとして前記メモリに格納し、(c)前記新たなエラー復帰用フレームが属する前記グループの識別情報を、前記新たなエラー復帰用フレームに関連付けて前記符号化ストリームに格納し、(d)さらに、グループとその識別情報とを更新し、
(iii)前記符号化部の符号化対象フレームがIフレームである場合には、(a)グループとその識別情報を更新するとともに、(b)Iフレームを新たなエラー復帰用フレームとして前記メモリに格納し、(c)前記新たなエラー復帰用フレームが属する前記グループの識別情報を、前記新たなエラー復帰用フレームに関連付けて前記符号化ストリームに格納し、(d)さらに、グループとその識別情報とを更新し、
(iv)正常受信信号の異常受信信号いずれも取得せず、かつ、前記符号化部の符号化対象フレームがIフレームでない場合には、(a)前記メモリに格納されている復号画像を参照して前記符号化対象フレームを画面間予測符号化し、(b)符号化した前記符号化対象フレームの復号画像を前記メモリに格納する
請求項1記載の動画像符号化装置。 - 動画像の画面間予測符号化により得られた符号化ストリームを動画像符号化装置から受信する動画像復号装置であって、
受信された前記符号化ストリームを、復号済みのフレームの復号画像を参照して画面間予測復号する復号部と、
受信された前記符号化ストリームに含まれる所定数の連続するフレームすべての符号化データを正しく取得できた場合には、前記動画像符号化装置に正常受信信号を送信し、前記符号化ストリームに含まれるいずれかのフレームの符号化データを正しく取得できなかった場合には異常受信信号を送信し、
前記正常受信信号を送信した場合には、復号対象フレームの復号画像をエラー復帰用フレームとしてメモリに格納し、前記異常受信信号を送信した場合には、前記メモリに格納されているいずれかのエラー復帰用フレームを参照することにより前記復号対象フレームを前記復号部に復号させる第2の制御部と
を備える動画像復号装置。 - 前記第2の制御部は、前記所定数の連続するフレームをすべて正しく復号できた後に前記正常受信信号を送信する
請求項16記載の動画像復号装置。 - 前記第2の制御部は、前記異常受信信号を送信すると、正しく取得されなかったフレームより前に復号された、前記メモリに格納されている最新のエラー復帰用フレームを参照することにより前記異常受信信号を送信した後の復号対象フレームを前記復号部に復号させる
請求項16または請求項17記載の動画像復号装置。 - 前記動画像復号装置は、さらに、
動画像符号化装置が送信した符号化データを受信する受信部を備え、
前記第2の制御部は、
前記受信部が前記符号化ストリームに含まれる所定数の連続するフレームの符号化データを正しく受信し、かつ、前記受信部が受信した符号化データに新たな正常受信信号を送信させるための信号である正常受信要求信号が含まれ、かつ、当該所定数の連続するフレームより過去のフレームに対して第2の制御部が異常受信信号を送信済みでない場合に、前記動画像符号化装置に正常受信信号を送信する
請求項16記載の動画像復号装置。 - 前記第2の制御部は、
前記受信部が前記符号化ストリームに含まれるいずれかのフレームの符号化データを受信できず、かつ、前記受信部が受信した符号化データに異常受信信号を送信させるための信号である異常受信要求信号が含まれる場合に、前記動画像符号化装置に異常受信信号を送信する
請求項19記載の動画像復号装置。 - 符号化部が、符号化済みのフレームの復号画像を参照して符号化対象フレームを符号化することによって、前記符号化対象フレームの符号化データを生成し、
送信部が、生成された前記符号化データを前記動画像復号装置に送信し、
取得部が、所定数の連続するフレームすべての前記符号化データを正しく受信できたことを示す信号である正常受信信号、または、いずれかの符号化データを正しく受信できなかったことを示す信号である異常受信信号を、前記動画像復号装置から取得し、
制御部が、前記取得部において前記正常受信信号が取得された場合には、前記符号化対象フレームの復号画像をエラー復帰用フレームとしてメモリに格納し、前記取得部において前記異常受信信号が取得された場合には、前記メモリに格納されているいずれかのエラー復帰用フレームを参照することにより前記符号化対象フレームを前記符号化部に符号化させる
動画像符号化方法。 - 動画像の画面間予測符号化により得られた符号化ストリームを動画像符号化装置から受信する動画像復号方法であって、
復号部が、受信された前記符号化ストリームを、復号済みのフレームの復号画像を参照して画面間予測復号し、
第2の制御部が、受信された前記符号化ストリームに含まれる所定数の連続するフレームすべての符号化データを正しく取得できた場合には、前記動画像符号化装置に正常受信信号を送信し、前記符号化ストリームに含まれるいずれかのフレームの符号化データを正しく取得できなかった場合には異常受信信号を送信し、
第2の制御部が、前記正常受信信号を送信した場合には、復号対象フレームの復号画像をエラー復帰用フレームとしてメモリに格納し、前記異常受信信号を送信した場合には、前記メモリに格納されているいずれかのエラー復帰用フレームを参照することにより前記復号対象フレームを前記復号部に復号させる
動画像復号方法。 - 動画像符号化装置のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記プログラムは、
符号化部が、符号化済みのフレームの復号画像を参照して符号化対象フレームを符号化することによって、前記符号化対象フレームの符号化データを生成し、
送信部が、生成された前記符号化データを前記動画像復号装置に送信し、
取得部が、所定数の連続するフレームすべての前記符号化データを正しく受信できたことを示す信号である正常受信信号、または、いずれかの符号化データを正しく受信できなかったことを示す信号である異常受信信号を、前記動画像復号装置から取得し、
制御部が、前記取得部において前記正常受信信号が取得された場合には、前記符号化対象フレームの復号画像をエラー復帰用フレームとしてメモリに格納し、前記取得部において前記異常受信信号が取得された場合には、前記メモリに格納されているいずれかのエラー復帰用フレームを参照することにより前記符号化対象フレームを前記符号化部に符号化させるようコンピュータを動作させる
記録媒体。 - 動画像の画面間予測符号化により得られた符号化ストリームを動画像符号化装置から受信する動画像復号装置のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
前記プログラムは、
復号部が、受信された前記符号化ストリームを、復号済みのフレームの復号画像を参照して画面間予測復号し、
第2の制御部が、受信された前記符号化ストリームに含まれる所定数の連続するフレームすべての符号化データを正しく取得できた場合には、前記動画像符号化装置に正常受信信号を送信し、前記符号化ストリームに含まれるいずれかのフレームの符号化データを正しく取得できなかった場合には異常受信信号を送信し、
第2の制御部が、前記正常受信信号を送信した場合には、復号対象フレームの復号画像をエラー復帰用フレームとしてメモリに格納し、前記異常受信信号を送信した場合には、前記メモリに格納されているいずれかのエラー復帰用フレームを参照することにより前記復号対象フレームを前記復号部に復号させるようコンピュータを動作させる
記録媒体。 - 動画像符号化装置を実装する集積回路であって、
符号化済みのフレームの復号画像を参照して符号化対象フレームを符号化することによって、前記符号化対象フレームの符号化データを生成する符号化部と、
前記符号化済みのフレームの復号画像を格納するための領域を備えるメモリと、
生成された前記符号化データを前記動画像復号装置に送信する送信部と、
所定数の連続するフレームすべての前記符号化データを正しく受信できたことを示す信号である正常受信信号、または、いずれかの符号化データを正しく受信できなかったことを示す信号である異常受信信号を、前記動画像復号装置から取得する取得部と、
前記取得部が前記正常受信信号を取得した場合には、前記符号化対象フレームの復号画像をエラー復帰用フレームとしてメモリに格納し、前記異常受信信号を取得した場合には、前記メモリに格納されているいずれかのエラー復帰用フレームを参照することにより前記符号化対象フレームを前記符号化部に符号化させる制御部と、
を備える集積回路。 - 動画像の画面間予測符号化により得られた符号化ストリームを動画像符号化装置から受信する動画像復号装置を実装する集積回路であって、
受信された前記符号化ストリームを、復号済みのフレームの復号画像を参照して画面間予測復号する復号部と、
受信された前記符号化ストリームに含まれる所定数の連続するフレームすべての符号化データを正しく取得できた場合には、前記動画像符号化装置に正常受信信号を送信し、前記符号化ストリームに含まれるいずれかのフレームの符号化データを正しく取得できなかった場合には異常受信信号を送信し、
前記正常受信信号を送信した場合には、復号対象フレームの復号画像をエラー復帰用フレームとしてメモリに格納し、前記異常受信信号を送信した場合には、前記メモリに格納されているいずれかのエラー復帰用フレームを参照することにより前記復号対象フレームを前記復号部に復号させる第2の制御部と、
を備える集積回路。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A711 | Notification of change in applicant |
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