JPH10271507A - 画像復号化装置 - Google Patents

画像復号化装置

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JPH10271507A
JPH10271507A JP6945497A JP6945497A JPH10271507A JP H10271507 A JPH10271507 A JP H10271507A JP 6945497 A JP6945497 A JP 6945497A JP 6945497 A JP6945497 A JP 6945497A JP H10271507 A JPH10271507 A JP H10271507A
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  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 データ欠落があった場合でも、後に送信され
てくるIフレームを待たずにPフレームを復号可能で、
かつ画質劣化からの復帰を早める。 【解決手段】 画像復号化装置から画像符号化装置に対
し、先に受信した符号化データについての復号異常の有
無を送信することにする。これにより、画像符号化装置
は、画像復号化装置側で復号できたフレームを参照フレ
ームとする符号化を行なうことができる。また、画像復
号化装置において、今後参照画像に使用される可能性の
高いフレームを優先的に残しておくことにより、受信し
た符号化データの参照画像が、フレームメモリ内に既に
存在しないために復号化できない確率を低下させ、符号
化効率を向上させることができる。また、これにより、
画像復号化装置における参照フレームメモリサイズを必
要最小限まで制限することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は画像復号化装置に関
する。例えば、画像伝送におけるデータ誤りや欠落等に
起因した画像品質の低下を改善する機能に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】近年、テレビ電話システム、テレビ会議
システム、ビデオオンデマンド(VOD:Video On Dem
and )システム等といった動画像伝送システムの実現に
向け、動画像符号化方法の国際標準化が進められてお
り、代表的な国際標準規格としてITU−T勧告H.2
61やMPEG(Moving Picture Experts Group)など
が知られている。
【0003】例えば、ITU−T勧告H.261におい
ては、図2に示すように、時間順に並んだフレームを定
期的にフレーム内符号化(Iフレームa,i)し、その
間に並ぶPフレーム(フレーム間符号化フレーム)(b
〜h,j〜)については前フレームを参照画像としてフ
レーム間符号化することにより時間的な変化に係わる冗
長度の除去がなされている。以下、フレーム内符号化し
たフレームをIフレームと呼び、フレーム間符号化した
フレームをPフレームと呼ぶ。
【0004】なお、かかる技術を説明した文献として、
「安田浩編著,マルチメディア符号化の国際標準,丸
善,pp84−97(1991).」がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、H.261
は、前フレームを参照してフレーム間符号化を行なう符
号化方式であるため、全フレームが確実に順序良く伝送
される必要がある。従って、電話回線やISDN回線の
ように、相手方と回線を確立してからデータ伝送を開始
できる場合には、データが途中で欠落することなく順次
相手に届けることができるので伝送上の問題はない。
【0006】しかし、イーサネット等のようにLANや
ATMでは回線を確立させず、小さなデータ単位(パケ
ットやセル)に分割して伝送することになるので、パケ
ットが途中で欠落したり、経路の違いから順序が入れ替
わったりする事態が生じ得る。
【0007】一般的には、係る事態を回避するために、
送信側でパケットに通し番号を付加して伝送し、受信側
で順番を並べ変えたり、到着確認や届かなかったパケッ
トの再送要求を送信側に返送したりするプロトコル(T
CP:TransmissionControlProtocol等)を用いること
により、ネットワークの信頼性を向上させている。
【0008】しかしながら、ネットワークが不安定でパ
ケットが頻繁に欠落するような場合には、上記プロトコ
ルを用いて再送処理を行なうと遅延が蓄積されるので、
動画像のリアルタイム伝送には不適切なこともある。特
に新しい画像データが表示可能であるのなら、古いデー
タをわざわざ再送して表示するよりも、コマ落しになっ
ても新しいデータを表示した方が良い場合もある。
【0009】また、1回のパケット送信により同時に多
地点に向けてデータ伝送を実現する仕組みとしてブロー
ドキャストやマルチキャストがあるが、ある1地点への
伝送中にパケットの欠落が生じたからといって、上述の
プロトコルような再送処理を適用することにすると、他
の地点については、同じ内容のパケットが再送されるこ
とになるので、ネットワーク負荷が著しく上昇するとい
う問題があった。
【0010】そこで、ブロードキャストやマルチキャス
トでは、再送処理を行なわないプロトコル(UDP:Us
er Datagram Protocol等)を使用するのが普通になって
いる。しかしその分、パケット欠落が発生する確率は高
くなるという問題があった。
【0011】また、無線ネットワークを利用する場合に
は、パケット分割して伝送する場合だけでなく、回線を
確立して伝送する場合でもデータの誤り率や欠落率が高
くなるという問題があった。特に受信側で誤りを検出し
ても、誤り訂正能力以上の誤りが重畳された場合は、他
の部分を正常に処理するためにある区間のデータを廃棄
する方法も採られるため、データ欠落は有線ネットワー
クと比較して大きいという問題がある。
【0012】この他、送受信端末間の処理速度は必ずし
も一致しないという問題もある。例えば、受信端末の処
理速度の方が遅い場合、全画像フレームを復号処理して
表示すると、処理待ちのフレームデータが蓄積され、遅
延が大きくなる。そこで、このような場合には、受信側
が適応的にコマ落しをする必要があるが、従来のフレー
ム間符号化を採用している場合は、前フレームの復号デ
ータがないと現フレームは復号できないので、コマ落し
が自由に行なえないという問題があった。
【0013】例えば、図3のように、フレームeに途中
でデータ欠落が生じたり、処理が間に合わずに復号でき
ない事態が生じると、次のIフレームiが到着するまで
は、その間のPフレーム(f,g,h)は正常に復号で
きなかった。
【0014】そこで、従来はこのようにデータ欠落やコ
マ落しが頻繁に発生するネットワークにおいては、全フ
レームを確実に伝送するため、全フレームをフレーム内
符号化だけで伝送する方式が有効とされるが、かかる場
合には、フレーム間符号化を行なわないため時間的な冗
長度の削減が期待できず、データ伝送効率が悪化する問
題があった。
【0015】以上のことから、データ欠落等が頻繁に発
生するようなネットワークを介して動画像を伝送する場
合にも、符号化効率の低下が見られず、しかも、画質劣
化からの復帰が早い画像符号化方式が望まれている。
【0016】
【問題を解決するための手段】かかる問題を解決するた
め、本発明においては、予測符号化されてなる符号化デ
ータとその参照画像のフレーム番号(またはフレーム番
号とブロック番号)を伝送路を介して受信する受信手段
と、その受信手段によって受信された符号化データをそ
の参照画像のフレーム番号(またはフレーム番号とブロ
ック番号)が示す参照画像を用いて復号する復号化手段
と、復号化手段における各符号化データの復号結果を表
す復号異常有無信号とともに、その符号化データに対応
するフレーム番号(またはフレーム番号とブロック番
号)を画像符号化装置へ出力する復号異常有無信号送信
手段とを有する画像復号化装置において、以下のように
したことを特徴とする。
【0017】すなわち、過去に参照画像として使用され
た画像のうち、最新のフレーム(またはブロック)を、
優先してフレームメモリ内に消去せずに残す参照フレー
ム選択消去手段を備えたことを特徴とする。
【0018】また、本発明においては、画像符号化装置
として、参照画像を基準に、入力画像を順次予測符号化
して出力する符号化手段と、当該符号化手段で符号化さ
れた符号化データとその参照画像のフレーム番号(また
はフレーム番号とブロック番号)を画像復号化装置へ送
信する送信手段と、画像復号化装置から通知される復号
異常有無信号、そのフレーム番号(またはフレーム番号
とブロック番号)に基づいて、参照画像の更新を制御す
る参照画像更新手段とを有することを特徴とする画像符
号化装置を使用するものとする。
【0019】このように、画像復号化装置において、今
後参照画像に使用される可能性の高いフレーム(または
ブロック)を優先的に残しておくことにより、受信した
符号化データの参照画像がメモリ内に既に存在しないた
めに復号化できない確率が低下し、符号化効率が向上す
る。
【0020】また、最適なフレーム(またはブロック)
だけをメモリに記憶するため、画像復号化装置における
参照フレームメモリサイズを必要最小限まで制限するこ
とが可能となる。
【0021】
【発明の実施の形態】
(A)第1の実施形態 以下、第1の実施形態に係る動画像復号化装置(受信
側)の構成、動作及び効果について、図面を参照しなが
ら説明する。
【0022】ここで、本発明では、参照画像の更新処理
を、フレーム単位、またはフレームを複数の領域に分割
したブロック単位で実現する。フレーム単位で処理を行
なう場合には、復号異常有無信号をフレームごとに返送
し、参照画像をフレームごとに更新する。また、ブロッ
ク単位で処理を行なう場合には、復号異常有無信号をブ
ロックごとに返送し、参照画像をブロックごとに更新す
る。なお、以下の説明では、フレーム単位の場合のみを
説明している部分があるが、ブロック単位でも同様に構
成・動作する。
【0023】(A−1)第1の実施形態の特徴 この第1の実施形態に係る動画像復号化装置(受信側)
の特徴は、復号化側で過去に参照画像に使用された画像
のうち最新のフレーム(またはブロック)(以後、最新
参照フレームと呼ぶ)を優先してフレームメモリに残す
ようにした点である。
【0024】(A−2)第1の実施形態の構成 図1に、第1の実施形態に係る動画像復号化装置(受信
側)100の機能構成例を示す。
【0025】この図において、動画像復号化装置(受信
側)100は、復号データ受信部101と、参照フレー
ム比較部102と、参照フレーム更新部103と、参照
フレームメモリ部104と、フレームメモリ部105
と、参照フレーム選択消去部106と、復号化部107
と、確認信号送信部108と、動画像出力部109と、
リフレッシュ信号送信部110とから構成されている。
【0026】符号データ受信部101は、符号化された
動画像データを送信側の動画像符号化装置から受信する
手段であり、符号データとデータに多重されているintr
a/inter を表すフラグや参照フレーム番号などを復号化
部107へ渡し、必要に応じて多重されている送信元情
報なども復号化部107へ渡す。また、参照フレーム番
号を参照フレーム比較部102へ渡す。
【0027】参照フレーム比較部102は、フレームご
と(またはブロックごと)に受信した参照フレーム番号
と、参照フレームメモリ部104に記憶されている自端
末の参照フレーム番号を比較し、参照フレーム番号が異
なる場合は、参照フレーム更新部103へ参照フレーム
更新要求を通知し、新しい参照フレーム番号を渡す。
【0028】参照フレーム更新部103は、参照フレー
ム比較部102から更新要求を受けると、フレームメモ
リ部105から新しい参照フレーム番号のフレームデー
タ(またはブロックデータ)を読み込み、参照フレーム
メモリ部104へフレーム番号とともに書き込み更新す
る。また、参照フレーム番号を参照フレーム選択消去部
106へ渡す。
【0029】参照フレームメモリ部104は、フレーム
間復号に使用する参照フレームデータを記憶するメモリ
回路などの媒体であり、参照フレーム更新部103と復
号化部107によって更新される。
【0030】フレームメモリ部105は、復号したフレ
ームデータ(またはブロックデータ)を記憶するメモリ
回路などの媒体であり、復号化部107によって新しく
復号されたフレーム(またはブロック)データが書き込
まれ、参照フレーム選択消去部106によって適宜消去
される。また、どのフレーム(またはブロック)が最新
参照フレームであるかを管理する。
【0031】参照フレーム選択消去部106は、最新参
照フレームを優先的にフレームメモリ部105に残す手
段である。すなわち、参照フレーム更新部103から受
けた参照フレーム番号をもとに最新参照フレームを管理
し、最新参照フレームよりも古いフレーム(またはブロ
ック)をフレームメモリ部105から消去する。最新参
照フレームは更新されるまで、消去しない。
【0032】復号化部107は、入力された符号データ
を復号化する手段であり、復号データを動画像出力部1
09へ送る。復号に際して、Iフレームの場合は復号デ
ータをフレーム番号とともに参照フレームメモリ部10
4とフレームメモリ部105へ書き込み参照フレーム画
像を更新する。またPフレームの場合は、参照フレーム
メモリ部104のデータを参照して復号し、復号データ
をフレーム番号とともにフレームメモリ部105へ書き
込む。また、CRCなどによる伝送誤りを検出した場合
や、参照フレームデータが参照フレームメモリ104に
存在せず画像データを復号できなかった場合など、復号
異常があった場合は、参照フレームメモリ部104やフ
レームメモリ部105への書き込みは行なわない。
【0033】確認信号送信部108は、どのフレームを
復号できたかの確認信号を送信側の動画像符号化装置へ
送信する手段である。
【0034】動画像出力部109は、復号化部107か
ら受けた復号データをモニタ用の表示装置などに出力す
る手段である。
【0035】リフレッシュ信号送信部110は、ユーザ
からのリフレッシュ要求に従い、送信側の動画像符号化
装置へリフレッシュ信号を送信する手段である。
【0036】(A−3)第1の実施形態の動作 次に、第1の実施形態に係る動画像復号化装置(受信
側)の動作を説明する。
【0037】図4に、復号異常なしの信号(ACK)に
起因して参照フレームを更新する方法において、第1の
実施形態に係る参照フレーム選択消去手段106を利用
しない場合の動作例を示す。ここでは、フレームメモリ
部105が3フレームを記録できるメモリを有する場合
の例を示す。
【0038】正常に復号できたフレーム(a,b,c,
d)を、復号後にフレームメモリ部105に記録する。
また、フレームメモリ部105が全部記録されている状
態の時には、最も古いフレームを消去してから新しいフ
レームを記録する。例えば、フレームdを記録する場合
は、フレームaを消去する。フレームaを消去する動作
を省略して、直接フレームaの上にフレームdを上書き
しても良い。伝送誤りや復号異常があったフレームe
は、フレームメモリ部105に記録しない。
【0039】参照フレーム選択消去手段106を使用し
ない場合は、復号異常なしの信号(ACK)に誤りが連
続して発生した場合に問題が発生する。フレームf、g
は正常復号できたので、フレームメモリ部105に記録
するが、動画像符号化装置へ返送した復号異常なしの信
号(ACK)に誤りが発生したため、フレームf、gは
参照フレームとして利用されない。
【0040】次のフレームhも正常復号でき、フレーム
メモリ部105に記録するが、この時フレームdを消去
してしまう。次のフレームiでは、正常に受信したにも
関わらず、参照フレームdを既にフレームメモリ部10
5から消去しているため、復号できない。
【0041】このように、復号異常有無信号の誤りが連
続すると、必要な参照フレームを消去してしまう可能性
があり、符号化効率が低下する。
【0042】図5に、復号異常なしの信号(ACK)に
起因して参照フレームを更新する方法において、第1の
実施形態に係る参照フレーム選択消去手段106を利用
した場合の動作例を示す。ここでは、フレームメモリ部
105が3フレームを記録できるメモリを有する場合の
例を示す。
【0043】正常に復号できたフレーム(a,b,c,
d)を、復号後にフレームメモリ部105に記録する。
この時、最新参照フレームにはフラグを立てたり、ポイ
ンタで示すなどして、特別に管理する。図5では、フレ
ーム記号に丸印を付加している。
【0044】フレームメモリ部105が全部記録されて
いる状態の時に、新しいフレームを記録する場合は、最
新参照フレーム以外で最も古いフレームを消去してから
新しいフレームを記録する。例えば、フレームdを記録
する場合は、フレームaを消去する。フレームaを消去
する動作を省略して、直接フレームaの上にフレームd
を上書きしても良い。
【0045】伝送誤りや復号異常があったフレームe
は、フレームメモリ部に記録しない。また、復号異常の
あった場合は、最新参照フレームを一時的に無効にす
る。図5では、フレームeの時点で、丸印を消去してい
る。これは、復号異常が発生すると、それまでの最新参
照フレームbを残しておくべきかどうかが、判定できな
くなるためである。ただし、最新参照フレームをbのま
まにしていても問題は発生しない。
【0046】復号異常なしの信号(ACK)に誤りが連
続して発生した場合でも問題は発生しない。フレーム
f、gは正常復号できたので、フレームメモリ部105
に記録するが、動画像符号化装置へ返送した復号異常な
しの信号(ACK)に誤りが発生したため、フレーム
f、gは参照フレームとして利用されない。この間、参
照フレームはフレームdのままなので、最新参照フレー
ムとしてフレームdをフレームメモリ部105から消去
しない。従って、その後のフレームh、iも正常に復号
できる。
【0047】図6に、復号異常なしの信号(ACK)と
復号異常有りの信号(NACK)とを両方用い、更新モ
ードを切替えながら参照フレームを更新する方法におい
て、第1の実施形態に係る参照フレーム選択消去手段1
06を利用した場合の動作例を示す。ここでも、フレー
ムメモリ部105が3フレームを記録できメモリを有す
る場合の例を示す。
【0048】フレームa〜dとフレームk以降はNAC
Kに起因するモード、フレームe〜jはACKに起因す
るモードである。図6では、符号化側がNACK信号を
受信するか、どちらの信号も受信しない場合にACKモ
ードに切り替わり、ACK信号を2つ連続で受信した場
合にNACKモードに切り替わる例を示している。
【0049】復号異常なしの信号(ACK)に起因する
例と同様に、正常に復号できたフレームを、復号後にフ
レームメモリ部105に記録し、最新参照フレームを管
理する。また、伝送誤りがあったフレームe,hや、参
照フレームがなくて復号できなかったフレームfは、フ
レームメモリ部に記録せず、最新参照フレームを一時的
に無効にする。
【0050】復号異常なしの信号(ACK)に誤りが連
続して発生した場合でも問題は発生しない。フレーム
i、jは正常復号できたので、フレームメモリ部105
に記録するが、動画像符号化装置へ返送した復号異常な
しの信号(ACK)に誤りが発生したため、フレーム
i、jは参照フレームとして利用されない。この間、参
照フレームはフレームgのままなので、最新参照フレー
ムとしてフレームgをフレームメモリ部105から消去
しない。従って、その後のフレームk、lも正常に復号
でき、そのままNACKモードへ移行することができ
る。
【0051】(A−4)第1の実施形態の効果 以上のように、第1の実施形態によれば、最新参照フレ
ーム(またはブロック)を優先してフレームメモリ部に
残すように制御するので、復号異常有無信号に連続して
誤りが発生した時でも、必要な参照フレームを消去して
しまう可能性が低くなり、符号化効率が向上する。
【0052】また、最適なフレーム(またはブロック)
だけをメモリに記憶するため、画像復号化装置における
参照フレームメモリサイズを必要最小限まで制限するこ
とが可能となる。
【0053】(A−5)第1の実施形態の変形例 図1では、参照フレームメモリ部104とフレームメモ
リ部105を別々に分けて構成したが、このような構成
に限定するものではない。一つのメモリ上にフレームデ
ータを書き込み、参照フレームはメモリ位置を示すポイ
ンタ等で表すようにしても好ましい。この場合に、参照
フレーム更新時にフレームメモリ部105から参照フレ
ームメモリ部104へデータをコピーする必要がなく、
ポインタを移動させるだけで実現できるので、回路構成
を簡単にすることができる。
【0054】(B)他の利用形態 (1)上述の各実施形態において説明した動画像復号化
装置は、ハードウェアによって実現してもソフトウェア
によって実現しても良い。
【0055】(2)また、上述の各実施形態において
は、被伝送データを動画像データとして説明したが、被
伝送データは、音声データであっても、2値データであ
っても良い。
【0056】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、画像復
号化装置から画像符号化装置に対して、復号異常有無信
号とフレーム番号(またはフレーム番号とブロック番
号)とを送信させることにし、一方、画像符号化装置側
では、当該復号異常有無信号及びフレーム番号(または
フレーム番号とブロック番号)に基づいて、参照画像の
更新を制御させるようにしたことにより、符号化データ
を送信する伝送路が、伝送誤りの少ない伝送品質の高い
伝送路である場合には高画質を維持でき、伝送誤りの多
い伝送品質の低い伝送路である場合には、後に送られて
くるIフレームを待たずにPフレームを復号できるよう
になる。
【0057】また、画像復号化装置において、参照フレ
ームメモリを効率良く制御することにより、必要な参照
フレーム(またはブロック)の消去される確率を低下
し、符号化効率を向上させることができる。また、最適
なフレーム(またはブロック)だけをメモリに記憶する
ため、画像復号化装置における参照フレームメモリサイ
ズを必要最小限まで制限することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態の動画像復号化装置(受信側)
の機能構成例を示すブロック図である。
【図2】従来の符号化動作例を示す概念図である。
【図3】従来の伝送誤り発生時の符号化動作例を示す概
念図である。
【図4】第1の実施形態の参照フレーム選択消去手段を
利用しない場合の動作例を示す概念図である。
【図5】第1の実施形態の参照フレーム選択消去手段を
利用した場合の動作例を示す概念図(1)である。
【図6】第1の実施形態の参照フレーム選択消去手段を
利用した場合の動作例を示す概念図(2)である。
【符号の説明】
100・・動画像復号化装置、101・・符号データ受
信部、102・・参照フレーム比較部、103・・参照
フレーム更新部、104・・参照フレームメモリ部、1
05・・フレームメモリ部、106・・参照フレーム選
択消去部、107・・復号化部、108・・確認信号送
信部、109・・動画像出力部、110・・リフレッシ
ュ信号送信部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予測符号化されてなる符号化データと当
    該予測符号化に用いる参照フレームの参照フレーム番号
    を伝送路を介して受信する受信手段と、当該受信手段に
    よって受信された符号化データをその参照フレーム番号
    が示すフレームデータを用いて復号する復号化手段と、
    当該復号化手段における各符号化データの復号結果を表
    す復号異常有無信号と共に、当該符号化データに対応す
    るフレーム番号を画像符号化装置へ出力する復号異常有
    無信号送信手段とを有する画像復号化装置において、 前記復号化手段で正常に復号された複数のフレームデー
    タを記録し、過去において参照フレームとして使用され
    たフレームのうち最も新しいフレームを最新参照フレー
    ムとして管理するフレームデータ記録手段と、 前記フレームデータ記録手段のフレームデータを消去す
    る必要が生じた時に、最新参照フレーム以外で最も古い
    フレームを選択して消去する参照フレーム選択消去手段
    とを備えたことを特徴とする画像復号化装置。
  2. 【請求項2】 フレームをブロックに分割し、当該ブロ
    ック毎に予測符号化されてなる符号化データと当該予測
    符号化に用いる参照フレームの参照フレーム番号および
    ブロック番号を伝送路を介して受信する受信手段と、当
    該受信手段によって受信された符号化データをその参照
    フレーム番号およびブロック番号が示すブロックデータ
    を用いて復号する復号化手段と、当該復号化手段におけ
    る各符号化データの復号結果を表す復号異常有無信号と
    共に、当該符号化データに対応するフレーム番号および
    ブロック番号を画像符号化装置へ出力する復号異常有無
    信号送信手段とを有する画像復号化装置において、 前記復号化手段で正常に復号された複数のフレームデー
    タをブロック毎に記録し、過去において参照フレームと
    して使用されたフレームのうち最も新しいフレームをブ
    ロック毎に最新参照フレームとして管理するフレームデ
    ータ記録手段と、 前記フレームデータ記録手段のフレームデータを消去す
    る必要が生じた時に、ブロック毎に最新参照フレーム以
    外で最も古いフレームの当該ブロックを選択して消去す
    る参照フレーム選択消去手段とを備えたことを特徴とす
    る画像復号化装置。
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