JP3027492B2 - Ａｔｍネットワーク用ビデオ信号の二層符号化方法とその装置 - Google Patents

Ａｔｍネットワーク用ビデオ信号の二層符号化方法とその装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はビデオ画像（テレビ画像
も含む）処理に関し、特に、ビデオ（テレビ）の画質に
対する損失セルの影響を制限するようにビデオ符号化パ
ラメータをＡＴＭネットワーク負荷条件に適合させる方
法とその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】非同期伝送モード（ＡＴＭ）は、Ｂ−Ｉ
ＳＤＮを実現する好ましい方法として広く認識されてお
り、このＢ−ＩＳＤＮはネットワーク上に音声データと
ビデオデータとを同時に搬送するようマルチサービスを
提供できる。
【０００３】このＡＴＭネットワークは、統計的多重化
方法を用いて、符号化ビデオ信号を短い固定長の情報の
セルとして伝送する。ＡＴＭネットワークは、複数の優
先度を用いて、伝送データを伝送でき、これにより、ネ
ットワークは各セルを高優先度、あるいは低優先度の何
れかとしてマークすることができる。輻輳が発生する
と、このＡＴＭネットワークは、高優先度セルをドロッ
プする前に、低優先度セルをドロップする。ビデオ信号
は、ビデオ画像を重要な部分と重要でない部分とに分割
することにより、複数の優先度を用いて符号化される。
このより重要な部分は、ベース層と称するが、一般的
に、復合化装置用にベーシックビデオ情報を有し、最低
の受け入れ可能な画像を再構成し、ＡＴＭネットワーク
により、高優先度ビットストリームにより伝送される。
また、重要でない部分は、画質向上層とも称し、画質を
強調して、低優先度ビットストリームで伝送される。ビ
デオデータ信号を高優先度と低優先度に分割することの
詳細は、動画専門グループ（Phase 2 Test Model 5 Dra
ft Version 2,Doc.MPEG93/225,April,1993(MPEG-2 TM
5）に記載されている。この方法は、空間的スケーラビ
リティ（変換性）、周波数スケーラビリティ、ＳＮ比
（ＳＮＲ）のスケーラビリティとデータ区分とを含む。
【０００４】このＡＴＭネットワークにおける問題点
は、各ネットワーク源（ソース）には、そのピーク条件
より狭いバンド幅が割当られているだけなので、伝送
中、セルが喪失したり、遅延したりすることがある。こ
のような喪失または遅延の確率は、ネットワークの負荷
が増加するにつれて増加する。さらに、セルは、ランダ
ムビットエラーが、伝送中に、セルヘッダに導入される
と、かなり喪失する。この喪失または遅延したセルは、
受信したビデオ信号の画質に悪影響を及ぼす可能性があ
る。それはリアルタイムのビデオに信号は、喪失または
遅延したセルを再伝送するまで、待つことはできないか
らである。所定フレームにおける喪失セルは、復号化に
際し、エラーを引き起こし、これは後続のフレーム、あ
るいはより大きな空間領域に伝播する。遠隔端における
高ビデオ画質を提供するような符号化方法は、ネットワ
ークにおいて、セル喪失がある場合でさえ、セル喪失に
対し、柔軟性（回復性）があると称される。しかし、セ
ル喪失の柔軟性は、ネットワークにおいて、セルの喪失
が存在しない場合、例えば、ネットワークの負荷が低い
場合には、あまり重要ではない。ネットワークの負荷が
低い時には、良好な圧縮効率でもって、ビデオ信号を符
号化し、ネットワークトラフィックが輻輳する時には、
セル喪失に対し、良好な回復性でもって符号化するのが
好ましい。
【０００５】従来のビデオ信号符号化システムは、ＡＴ
Ｍの高優先度と低優先度の伝送能力を用いて、セル喪失
に対し、回復性がある方法であるが、この方法は、遠隔
端から符号化装置にフィードバックされた情報に応答し
て、動的に符号化方法を修正するような適用型符号化装
置を有している。例えば、従来のシステムは、セル喪失
に応答して、高優先度と低優先度に符号化されたデータ
間の区分を調整し、一方、固定化した符号化アルゴリズ
ムを用いて、統計的な多重化効率を改善している。この
従来のシステムは、全体として必ずしも満足のいくもの
ではない。その理由は、ＡＴＭネットワーク上のすべて
のソースは、呼び許可（接続）プロセスを複雑にするよ
うな同一の区分体系を用いることを受け入れるよう要求
するからである。これは結果的に、ＡＴＭネットワーク
は、ソースが呼びを許可する前に、受け入れを実行する
ことを確認する必要があるからである。
【０００６】別の従来のシステムは、セル喪失に対する
回復性を提供するのに、受信信号を復号化することによ
り、遠隔端末における喪失セルに含まれるブロックの数
とアドレスを決定している。そして、この決定情報は、
符号化装置に送られて、そこで遠隔端末で復号化された
画像が影響されるピクチャ領域を計算し、このエラー領
域を用いずに、エラーブロックの点から現在符号化され
たフレームまで、符号化することを許可する。このシス
テムは、符号化装置に対し、如何なるフィードバック信
号が、この符号化装置にリレーされる前に、伝送された
ビットストリームを完全に復号化し、処理することが必
要である。このシステムは、低いネットワーク負荷にお
いて、圧縮効率のめやすを提供するが、ネットワークの
負荷が増加するにつれて、このようなシステムにおい
て、固有のフィードバック遅延は、この遅延が符号化装
置のリアルタイムの符号化要件以上の時は、適用型符号
化により得られた利点を相殺する可能性がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＡＴ
Ｍネットワークにおいて、セルの喪失レベルが高い場合
にも画像を劣化することなく、符号化および復号化する
方法を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ＡＴＭ
ネットワークの遠隔端において、高優先度と低優先度を
有する二層ビデオ符号化技術を用いた伝送システムを用
いて、受信されたビデオ画像の画質は、高セル喪失レベ
ルにおいても、二層ビデオ符号化技術を用いて改善さ
れ、この符号化技術は、ＡＴＭネットワークにおいて、
セル喪失のレベルに対し、低優先度ビットストリームで
伝送される情報を符号化し、ネットワークの負荷が低い
時には、その圧縮効率を高く、ネットワークの負荷が高
い時には、セル喪失に対する回復性が高いようにする。
【０００９】具体的には、本発明の符号化装置は、画質
向上層の予測エラーブロックを空間予測、または時間予
測、またはその両者の組み合わせを用いて、ＡＴＭネッ
トワークのセル喪失のレベルを表すセル喪失情報信号に
応答して符号化する。このセル喪失情報信号は、符号化
装置から遠隔端の復号化装置に伝送される。低セル喪失
状況、またはセル喪失のない状況においては、現行のブ
ロックを符号化するために、この符号化装置は、時間予
測または空間予測を、その何れかが最良の圧縮効率を生
成するかに応じて、選択する。しかし、所定数のフレー
ムにわたって、セル喪失の平均レベルが増加するにつれ
て、本発明の符号化装置は、空間予測をより多く使用し
て、セル喪失から発生する復号化エラーが後続のフレー
ムに伝播しないようにする。このセル喪失レベルが十分
に減少すると、本発明の符号化装置は、前と同様に最良
の予測方法を選択する。
【００１０】また、本発明の符号化装置は、低優先度ビ
ットストリームに導入されるスライス−スタート（slic
e-start）同期コードの周波数を変化させることによ
り、セル喪失情報信号に応答して、符号化方法を採用す
る。この符号化装置は、セル喪失のレベルが、ＡＴＭネ
ットワークで増加するにつれて、より頻繁にスライス−
スタート同期コードを挿入し、復号化装置が、セル喪失
状態からより早く回復するようにしている。
【００１１】本発明の方法は、セル喪失が高いレベルに
おいて、画質を向上させる以外に多くの技術的利点があ
る。例えば、呼び許可プロセスは単純化され、符号化装
置へのフィードバック遅延は最小になり、より早くネッ
トワーク負荷条件の変化に対応し、また符号化装置は、
セル喪失特性ではなく、平均ネットワーク特性に適合し
て、適合応答を改善し、ネットワークの負荷が軽い時に
は、圧縮効率が高くなるという利点がある。
【００１２】
【実施例】図１において、符号化ユニット１５と復号化
ユニット９５とＡＴＭネットワーク７０とが示され、こ
れらは高優先度伝送と低優先度伝送を行うことができ
る。入力ビデオ信号ＶＩＤＩＮはフレームを含み、符号
化ユニット１５の二層ビデオ符号化装置１０に供給され
る。このビデオ信号は従来公知のものである。二層ビデ
オ符号化装置１０は、このビデオ信号を２個のビットス
トリームに分割し、符号化する。一つのビットストリー
ムは、符号化ベース層を有し、他のビットストリーム
は、符号化画質向上層を含む。これらのビットストリー
ムのベース層ビットストリームは、ＢＬとして、画質向
上ビットストリームは、ＥＬとして図１に示されてい
る。ベース層ビットストリームＢＬは、ＡＴＭネットワ
ーク７０を介して、高優先度でもって、画質向上ビット
ストリームＥＬは、低優先度でもって伝送される。
【００１３】図１の実施例においては、空間スケーラビ
リティが、入力信号ＶＩＤＩＮからのベース層ビットス
トリームＢＬと画質向上層ビットストリームＥＬを生成
するベースとして用いられている。他の応用において
は、ＳＮＲまたは周波数スケーラビリティを用いること
もできる。ＢＬは、低解像度ベース層イメージを符号化
することにより生成され、その方法は、例えば、動画専
門グループのＰｈａｓｅ１の標準（ＭＰＥＧ−１）を用
いて行われる。これについては、国際標準化機構の委員
会Ｄｒａｆｔ １１１７２−２の「１．５Ｍｂ／ｓまで
のデジタル蓄積メディア用の動画と関連オーディオの符
号化」（１９９１年１１月号）に開示されている。ＭＰ
ＥＧ−１は、ビデオ信号を変換符号化および予測符号化
の組み合わせを用いて符号化している。このベース層
は、符号化装置ベース層平滑バッファ２０を用いた一定
ビットレートを用いて符号化される。ベース層速度制御
装置３０は、二層ビデオ符号化装置１０への入力とし
て、符号化装置画質向上層平滑化バッファ４０からの入
力信号に応答して、符号化装置画質向上層平滑化バッフ
ァ４０の完全性（FULLNESS）を表すベース層の各マイク
ロブロックに対し、量子化ステップサイズＱBLを生成す
る。この量子化ステップサイズＱBLは、ベース層を符号
化するのに使用される唯一の可変パラメータである。ベ
ース層を符号化する符号化アルゴリズムによって使用さ
れる他のすべてのパラメータは固定である。ベース層の
符号化のこの一定速度は、呼びの許可プロセスを単純化
させる。その理由は、一定速度チャネルは、ＡＴＭネッ
トワーク７０を介して、高優先度で伝送されるＢＬに割
当可能だからである。
【００１４】ＥＬは、ＶＩＤＩＮと未サンプル化ベース
層イメージとの差を符号化することにより生成され、こ
のベース層画像は、符号化装置ベース層平滑バッファ２
０によるＢＬを遠隔端で復号化することにより生成され
る。画像向上層は、符号化装置画質向上層平滑化バッフ
ァ４０を使用することにより一定ビットレートでもって
符号化される。画質向上層速度制御装置５０は、二層ビ
デオ符号化装置１０への入力として、符号化装置画質向
上層平滑化バッファ４０からの入力信号に応答して、画
像向上層の各マクロブロックに対し、符号化装置画質向
上層平滑化バッファ４０の完全性を表す量子化ステップ
サイズＱELを生成する。量子化ステップサイズＱELは、
画像向上層を符号化するのに使用される第１の可変符号
化パラメータである。この画像向上層は、本発明による
画質向上層適合化装置６０により生成された第２の可変
パラメータと第３の可変パラメータを用いても符号化さ
れる。この第２の可変符号化パラメータは、空間−時間
荷重パラメータｗである。この第３の可変符号化パラメ
ータは、各符号化フレーム内に挿入されるスライス−ス
タート（slice-start）同期コードの数Ｎstrtである。
画像向上層を符号化するのに使用される残りのパラメー
タは固定である。空間−時間荷重パラメータｗとスライ
ス−スタート同期パラメータＮstrtは、画質向上層適合
化装置６０により二層ビデオ符号化装置１０への入力と
して生成される。
【００１５】図２において、ＭＰＥＧ−２ ＴＭ５に開
示されたように、ベース層と画像向上層との間のルーズ
な結合が存在し、これらの層を符号化するに使用される
符号化アルゴリズムは独立で、しかし、画像向上符号化
アルゴリズムは、ベース層アルゴリズムにより生成され
る復号化画像を利用することができる。図２において、
ライン１８上の予測画像は、ライン１１上の元の画像か
ら減算されて、ライン１２上のエラー画像を生成し、ラ
イン１３上に符号化される。この予測画像は、先行フレ
ームからの画像向上層画像と現行フレームからのベース
層画像との重み付き平均から得られる。ここで、この画
像向上層画像は、画像向上層ビットストリームを復号化
し、その得られた結果を未サンプルのベース層画像に加
えた後、生成される。この予測画像は、遠隔端で復号化
されたエラー画像に加えられ、ライン１５上で、復号化
された画像向上層画像のエラーフリーバージョンを生成
する。空間−時間荷重パラメータｗは、この画像向上層
符号化アルゴリズムが、現行フレームのベース層画像か
らの空間予測を用いたか、あるいは先行フレームからの
画像向上層画像からの時間予測を用いたか、あるいはそ
の両方の組み合わせを用いたかを決定する。空間−時間
荷重パラメータｗは、符号化ユニット１５の画質向上層
適合化装置６０により生成され、その生成方法は後述す
る。マクロブロックのすべてのペルと同一場所の予測ペ
ルは、以下の式を用いて決定される。 ｘp＝ｗ＊ｘb＋（１−ｗ）＊ｘe （１） ここで、ｘpは、予測ペル、ｘbは、ベース層からのペ
ル、ｘeは、画像向上層からのペルである。空間−時間
荷重パラメータｗ＝０の場合には、予測ブロックは、時
間予測からのみ得られ、空間−時間荷重パラメータｗ＝
１の場合は、予測ブロックは空間予測のみ得られる。こ
のパラメータｗが１または０以外の値の場合には、予測
ブロックは、時間予測と空間予測の組み合わせから得ら
れる。
【００１６】従来は、セル喪失がない場合のＡＴＭネッ
トワークの空間−時間荷重パラメータｗの選択は、時間
または空間の何れかの予測モードを用いて、最良の圧縮
効率を生成するような最小残留エラーエネルギーを生成
するような予測モードを用いていた。これは通常パラメ
ータｗ＝０である時間予測を用いた符号化装置になる。
しかし、パラメータｗ≠１を用いた如何なる予測も、セ
ル喪失に対し回復性がない。その理由は、画像向上層ビ
ットストリームの如何なる喪失データもエラーを生成
し、多くの後続画像向上層画像に伝播して、ビデオの画
質を劣化させる。別法として、パラメータｗ＝１の空間
予測のみを用いる場合には、セル喪失に対し、回復性を
提供するが、無喪失条件において、以前に伝送され受信
した情報を最大限に利用できず、その結果、圧縮効率の
低下となり、ビデオ画質の低下となる。かくして、従来
の方法により、空間−時間荷重パラメータｗを選択する
ことは、上述したように符号化装置がネットワーク条件
の変化に応じて、圧縮効率とセル喪失に対する回復性の
間で、ダイナミックに選択することができない。
【００１７】しかし、パラメータｗは、変化するセル喪
失レベルとＡＴＭネットワーク負荷条件に適合し、ＡＴ
Ｍネットワークの負荷が低く、セル喪失が少ない場合に
は、高圧縮と高画質を提供し、ＡＴＭネットワークの負
荷とセル喪失のレベルが増加すると、セル喪失に対する
回復性が改良される。所定のマクロブロックに対し、こ
のパラメータｗは、最新の時間間隔における喪失セルの
数の関数として、およびフレームの数の関数として決定
される。それは、このマクロブロックは、空間条件のみ
で最後に伝送されるからである。符号化ユニット１５の
画質向上層適合化装置６０により実行される適合性は、
遠隔端における高ビデオ画質を提供し、さらに、またこ
の適合性を用いて、ＡＴＭネットワークにおいて、唯一
のソース（情報源）の場合でも当てはまる。さらに、こ
の適合性は、他のソースの性能に良好、または悪い何れ
の影響も及ぼさず、また、ネットワークは、如何なる適
合性が行われているか知る必要もない。
【００１８】図３は、画質向上層適合化装置６０により
実行されるパラメータｗの決定の原理を表すフローチャ
ートである。このルーチンは、二層ビデオ符号化装置１
０における入力ビデオ信号ＶＩＤＩＮの現行フレームの
到着により、ステップ３００で開始する。ステップ３０
１から３０３において、画質向上層適合化装置６０は現
行フレーム数を初期化し、ｆ＝０にし、先行受信喪失を
ゼロ（Ｌf-F…Ｌf＝０）にし、そして、すべてのマクロ
ブロックの最新の更新（Ｎup［０］…Ｎup［Ｎmb lks］
＝０）とし、ここで、Ｎmblksは、フレーム内のマクロ
ブロックの数である。ステップ３０４において、画質向
上層適合化装置６０は、復号化ＡＡＬ装置７５から、Ｌ
f-D、Ｄフレーム前のセル喪失の数を受信し、ここで、
Ｄは最後のＦフレームにおけるセル喪失の数の動的平均
を伝送し、バッファし、計算することにより課された遅
延である。 ここで、Ｆが増加すると、ネットワーク条件の変化に反
応する遅延も増加する。しかし、Ｆも余りにも短いと、
画質向上層適合化装置６０は、実際のネットワーク条件
よりも、個別のセル喪失に適合する。例えば、二層ビデ
オ符号化装置１０から符号化ユニット１５の範囲におけ
るＦの値は、画質向上層適合化装置６０が個別のセル喪
失よりも、平均ネットワーク条件に適合するようにな
る。そのため、非常に輻輳したネットワークにおいて
は、画質向上層適合化装置６０は、それが適合する前
に、セル喪失に関する情報を受信するまで待つ必要はな
い。その理由は、起こる可能性があるセル喪失の情報を
既に受信し、符号化パラメータの生成を調整できるから
である。
【００１９】ステップ３０５において、画質向上層適合
化装置６０（図１）は、どの程度の頻度でもって、二層
ビデオ符号化装置１０（図１）がスライス−スタート同
期コードを画像向上層ビットストリームに挿入するかを
決定する。この実施例において、スライス−スタート同
期コードは、フレーム全体に等しく分散しており、スラ
イス−スタート同期パラメータＮstrtは、各スライス−
スタート同期コードの間のマクロブロックの数に式
（３）により計算されるに従って等しい。 Ｎstrt＝Ｍａｘ（２，Ｍｉｎ（１＋Ｌavg＊３，υ）） （３） ここで、υはフレームの垂直方向に含まれるマクロブロ
ックの数である。従って、スライスの最低数は、フレー
ム内の垂直方向のマクロブロックの数に等しい。一方、
その最大数は、フレーム内のマクロブロックの全数の二
分の一に等しい。ネットワーク内にセル喪失がない場合
には、最適のビデオ画像は、各新たなスライスが画像向
上層ビットストリームの少なくとも４０ビットのオーバ
ーヘードを消費する際に、一個の単一のスライス−スタ
ート同期コードをフレームごとに入れるときに得られ
る。しかし、より多くの数のスライスは、エラーに対
し、より多くの耐性を提供する。その理由は、二層ビデ
オ符号化装置９０がランダムビットエラー、または喪失
セルの何れかによって、ビットストリームを符号化する
際に喪失すると、次のスライス−スタート同期コードを
待つことによって再生されるからである。それ故に、セ
ルのネットワークにおけるセル喪失が増加すると、セル
喪失の空間量は減少し、スライス−スタート同期コード
のより多くの数が式（３）により、低優先度ビットスト
リーム内に挿入されると、ビデオ画質は向上する。
【００２０】ステップ３０６において、画質向上層適合
化装置６０はマクロブロック数を初期化し、ｉ＝０に
し、フレームの符号化を開始する。ステップ３０７にお
いて、画質向上層適合化装置６０は空間予測と最適時間
予測を手元の画像向上層画像を用いて、公知の方法によ
り、例えば、ＭＰＥＧ−１ビデオ符号化標準化方法によ
り決定する。
【００２１】ステップ３０８において、画質向上層適合
化装置６０はフレームの最大数Ｎma x［ｉ］を計算す
る。このＮmax［ｉ］は、マクロブロックｉがベース層
画像からの空間予測を用いて、送信される前に、経過す
る。 Ｎmax［ｉ］＝１５−Ｌavg＊３−ｒ （４） ここで、ｒは、−２と２の間の適当な整数である。この
ランダムな要素が導入されると、ベース層画像からのす
べての予測は、式（４）により生成され、ただ一つのフ
レーム内で発生するのではなく、複数のフレーム内にラ
ンダムに分布している。
【００２２】ステップ３０９において、画質向上層適合
化装置６０は、Ｎup［ｉ］とＮmax［ｉ］の二つの値を
計算する。Ｎup［ｉ］≧Ｎmax［ｉ］であるならば、画
質向上層適合化装置６０はステップ３１３で、ｗ＝１に
セットし、二層ビデオ符号化装置１０は空間予測のみを
用いて符号化し、他の場合はステップ３１０で行われ
る。
【００２３】ステップ３１０において、画質向上層適合
化装置６０は、先行フレームＥenhからの画像向上層画
像の時間予測後のエラー内の残留エネルギーを計算し、
現行ベース層画像Ｅbaseからの空間予測後のエラーの残
留エネルギーを計算する。これらの計算は、当業者には
公知であるので、ここでは触れない。
【００２４】ステップ３１１において、画質向上層適合
化装置６０は、調整済みエラーＥad jを計算する。 Ｅadj＝Ｅoffest＋Ｅenh＊Ｅslope （５） ここで、本発明の場合は以下である。 Ｅoffest＝（Ｎup［ｉ］＋１）＊Ｌavg＊３＊Ｆ （６） Ｅslope＝１＋Ｌavg（Ｎup［ｉ］＋１）／４ （７）
【００２５】ステップ３１２において、画質向上層適合
化装置６０（図１）は二つの値Ｅad jとＥbaseを比較す
る。Ｅadj＞Ｅbaseの場合、画質向上層適合化装置６０
は、ステップ３１３で、ｗ＝１にセットし、二層ビデオ
符号化装置１０は空間予測のみを使用して、画像向上層
画像を符号化し、ステップ３１４で、現行のマクロブロ
ックの最新更新をリセットし、Ｎup［ｉ］＝０とする。
他の場合には、画質向上層適合化装置６０は、ステップ
３１５で、ｗ＝１にセットして、二層ビデオ符号化装置
１０は時間予測を使用し、ステップ３１６で、現行マク
ロブロックの最新更新を増分し、Ｎup［ｉ］＋＝１にす
る。より一般的な場合で、パラメータｗが０または１以
外の前記のプロセスの場合は、当業者には明かである。
例えば、ＭＰＥＧ−２ ＴＭ５の付録Ｇ．１で説明され
ているような方法は、空間−時間荷重パラメータが画像
向上層画像の各フィールドに選択されるような本発明を
用いて、適当に実行できる。例えば、パラメータｗ＝
０．５が両方のフィールドに適用できる。
【００２６】図４は、図３のフローチャートのステップ
３１１から３１６の動作を理解するためのものである。
図４に示した斜線の領域は、空間予測が使用されるＥ
baseとＥenhの組み合わせを表す。白い領域は、時間予
測が使用されるＥbaseとＥenhの組み合わせを表す。こ
の二つの領域を分ける線の上の点は、空間予測領域に帰
属する。この二つの領域を分ける線は、現行マクロブロ
ックｉの最終空間予測依頼のフレーム数の関数として、
および図３のステップ３１０により決定されるＥof fset
とＥslopeの値に応じた最終Ｆ個のフレーム内の喪失セ
ルの平均数の関数として変化する。図４はネットワーク
上で、多くのセル喪失がある時には、空間予測の利用が
増加する可能性を示している。この実施例において、Ｅ
offsetの値の決定は、これらの領域の予測エラーが余り
大きくなく、時間予測にわたって、圧縮効率の多くが失
われないので、セル喪失に対する回復性を得るために、
フレーム内の平坦領域は、空間予測を用いて符号化され
る。Ｅslopeの値の決定は、最終のＦ個のフレーム内の
セル喪失の数が増加するにつれて、スロープが１から増
加し、あるいは最終空間予測が増加するにつれて、フレ
ームの数につれて、スロープが１から増加するように選
択される。従って、Ｅoffset＝０とＥslope＝１の場合
は、最終のＦ個のフレーム内にセル喪失が存在しないと
きである。図４に示された以外の形状については、本発
明の別の応用について利点がある。
【００２７】図３において、ステップ３１７において、
現行のマクロブロックは、二層ビデオ符号化装置１０
（図１）により、ステップ３１３または３１５により、
パラメータｗに対し、画質向上層適合化装置６０により
生成された値を用いることにより符号化される。ステッ
プ３１８において、マクロブロックの数ｉは、ｉ＋＝１
でもって増分される。ステップ３１９において、マクロ
ブロック数ｉの値は、フレーム内のマクロブロックの数
Ｎmblksと比較される。ｉ＞Ｎmblksの場合には、処理は
３２０に行く。ｉ＜Ｎmblksの場合には、処理は戻っ
て、ステップ３０７に戻るで繰り返される。ステップ３
２０において、フレーム数ｆが増分されたｆ＋＝１に戻
る。ステップ３２１において、二層ビデオ符号化装置１
０は符号化するビデオ信号ＶＩＤＩＮからの複数のフレ
ームがあるかどうかを決定する。符号化すべきフレーム
がまた存在する場合には、ステップ３０４に戻って、こ
のプロセスを繰り返す。符号化すべきフレームがもう存
在しない場合には、二層ビデオ符号化装置１０は３２１
の符号化を中止する。
【００２８】図１に戻って、入力ビデオ信号ＶＩＤＩＮ
が分割され、二層ビデオ符号化装置１０により符号化さ
れた後、ＢＬとＥＬが符号化装置ベース層平滑バッファ
２０と符号化装置画質向上層平滑化バッファ４０にそれ
ぞれ入力として伝送され、そこで、これらのビットスト
リームは、符号化ＡＡＬ装置６５の符号化装置の出力に
ＦＩＦＯベースで記憶される。符号化ＡＡＬ装置６５は
ＢＬとＥＬをＡＴＭネットワーク７０の伝送用にビット
ストリームのＢＬＰＡＣＫとＥＬＰＡＣＫとして、固定
長セルにパケット化する。符号化装置ベース層平滑バッ
ファ２０の完全性の支持は、上記のようにベース層を符
号化するための量子化ステップサイズＱBLを決定するた
めに、ベース層速度制御装置３０により受信される。同
様に、符号化装置画質向上層平滑化バッファ４０の完全
性の指示は、画質向上層を符号化するために、量子ステ
ップサイズＱELを決定するために、画質向上層速度制御
装置５０により受信される。バッファとＡＡＬ装置とそ
の機能は公知である。
【００２９】復号化ユニット９５で、復号化ＡＡＬ装置
７５は、パケット化されたベース層ビットストリームＢ
ＬＰＡＣＫRと同じくパケット化された画像向上層ビッ
トストリームＥＬＰＡＣＫＥRでパケット化し、ビデオ
の各フレーム内の喪失セルの数を計算する（ここで、添
え字Ｒは復号化ユニット９５内のビットストリームは、
ＡＴＭネットワーク７０を伝送する間セル喪失に起因す
るエラーを含むこともあるを意味する）。各フレーム期
間において、復号化ユニット９５内の復号化ＡＡＬ装置
７５は、ビットストリームＬＯＳＳ内のフレームのセル
喪失の数をＡＴＭネットワーク７０を介して、画質向上
層適合化装置６０に送信する。この画質向上層適合化装
置６０は、パラメータｗとスライス−スタート同期パラ
メータＮstrtをＡＴＭネットワーク７０にセル喪失率に
適合させる。このセル喪失率は、復号化ＡＡＬ装置７５
によりモニタされる。ビットストリームＬＯＳＳはフレ
ームごとの喪失セルの単純なカウントからなり、エラー
ブロックの正確な位置からなるものではない。このため
二層ビデオ符号化装置１０へのフィードバックの遅延が
減少する。このフィードバックの遅延は、往復の伝送遅
延と符号化バッファ遅延を加えたものに制限される。そ
の理由は、セルの喪失は、復号化する前に検知されるか
らである。それ故に、復号化ユニット９５が入力ビット
ストリームを検知するのに、必要な時間は二層ビデオ符
号化装置１０の適合化応答時間におけるファクタではな
い。
【００３０】復号化ＡＡＬ装置７５は、デパケット化さ
れたベース層ビットストリームＢＬRとデパケット化さ
れた画質向上層ビットストリームＥＬRを復号化ベース
層平滑化バッファ８０と復号化画質向上層平滑化バッフ
ァ８５に入力として、それぞれ供給し、そこで、この二
つのビットストリームは、二層ビデオ符号化装置９０へ
の出力としてＦＩＦＯベースで記憶される（ここで、同
じく添え字Ｒは、復号化ユニット９５内のビットストリ
ームは、ＡＴＭネットワーク７０を伝送する間、セル喪
失に起因するエラーを含むことがあることを意味す
る）。二層ビデオ符号化装置９０はＢＬRとＥＬRを復号
化ベース層平滑化バッファ８０と復号化画質向上層平滑
化バッファ８５を使用することにより、一定ビットレー
トで復号化する。二層ビデオ符号化装置９０は出力ビデ
オ信号ＶＩＤＯＵＴとして、入力ビデオ信号ＶＩＤＩＮ
の再構成されたバージョンとして供給する。二層ビデオ
符号化装置９０とそれを実現する技術は公知である。
【００３１】本発明は、ビデオ信号を用いて説明した
が、本発明は、双方向通信がユニットに分解され、符号
化できるような如何なる信号を用いても、実現できる場
合には適用可能である。例えば、他の応用例としては、
ニュースの取り出しサービスとデータベースアクセスも
含む。
【００３２】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明のＡＴＭネット
ワークの符号化・復号化装置は、ＡＴＭネットワークの
遠隔端において、高優先度と低優先度を有する二層ビデ
オ符号化技術を用いて、受信されたビデオ画像の画質を
向上させる
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の符号化装置と復号化装置とを表わすブ
ロック図で、高優先度伝送と低優先度伝送能力を有する
ＡＴＭのブロック図である。
【図２】図１に用いられる画質向上層を符号化する方法
を表わすブロック図である。
【図３】本発明による空間−時間荷重パラメータとスラ
イス−スタート同期パラメーを決定するフローチャート
である。
【図４】図１の実施例に用いられる画像向上層を符号化
する空間予測、または時間予測の残留エラー−エネルギ
ーの組み合わせを表す図である。
【符号の説明】 １０ 二層ビデオ符号化装置 １５ 符号化ユニット ２０ 符号化装置ベース層平滑化バッファ ３０ ベース層速度制御装置 ４０ 符号化装置画質向上層平滑化バッファ ５０ 画質向上層速度制御装置 ６０ 画質向上層適合化装置 ６５ 符号化ＡＡＬ装置 ７０ ＡＴＭネットワーク ７５ 復号化ＡＡＬ装置 ８０ 復号化ベース層平滑化バッファ ８５ 復号化画質向上層平滑化バッファ ９０ 二層ビデオ符号化装置 ９５ 復号化ユニット
フロントページの続き (72)発明者 アミー ルーツ レイブマン アメリカ合衆国 07733 ニュージャー ジー、ホムデル、エーティーアンドティ ーベル研究所内 (56)参考文献 特開 平４−220839（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−111695（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−235985（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−254837（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04L 12/28 H04N 7/32

Claims (24)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像表示を含むフレームを有するビデオ
    信号をＡＴＭネットワークの伝送用出力として符号化す
    るために符号器によって用いられるビデオ符号化パラメ
    ータをＡＴＭネットワークに適合化する、ＡＴＭネット
    ワーク用ビデオ信号の二層符号化方法において、該方法
    は、 ａ．各フレームを、高優先度ビットストリームと低優先
    度ビットストリームに符号化するステップと、 ｂ．符号化フレームをセルにパケット化し、該セルを前
    記ＡＴＭネットワークに伝送用に出力するステップと、 ｃ．前記セルをデパケット化して前記符号化フレームを
    得るステップと、 ｄ．前記符号化フレームのそれぞれで発生するセル喪失
    のレベルをモニタするステップと、 ｅ．前記符号化フレームのそれぞれに対するセル喪失の
    レベル表示を生成するステップと、 ｆ．前記セル喪失のレベル表示を、前記ＡＴＭネットワ
    ークの前記符号器に送信するステップと、 ｇ．前記セル喪失のレベル表示に応答して、前記低優先
    度ビットストリームを符号化するために用いられる前記
    符号化パラメータを適合化するステップとからなり、 前記ステップｇは、前記高優先度ビットストリームの符
    号化とは独立して行われることを特徴とするＡＴＭネッ
    トワーク用ビデオ信号の二層符号化方法。
  2. 【請求項２】 前記ステップｇは、前記セル喪失のレベ
    ル表示に応答して、前記低優先度ビットストリームを符
    号化するために用いられる予測モードを選択することを
    特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記ステップｇは、前記セル喪失のレベ
    ル表示に応答して、同期情報を符号化低優先度ビットス
    トリームに挿入することを特徴とする請求項１に記載の
    方法。
  4. 【請求項４】 前記ステップｄは、前記符号化フレーム
    のそれぞれの喪失セルの数を計算することを特徴とする
    請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記ステップｆは、前記符号化フレーム
    のそれぞれにおける喪失セルの数を前記符号器に送信す
    ることを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記ステップｇは、前記セル喪失のレベ
    ル表示に応答して、スライス−スタート同期コードを符
    号化低優先度ビットストリームに挿入することを特徴と
    する請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 画像表示を含むフレームを有するビデオ
    信号をＡＴＭネットワークの伝送用出力として符号化す
    るために符号器によって用いられるビデオ符号化パラメ
    ータをＡＴＭネットワークに適合化する、ＡＴＭネット
    ワーク用ビデオ信号の二層符号化方法において、該方法
    は、 ｈ．各フレームを、高優先度ビットストリームと低優先
    度ビットストリームに符号化するステップと、 ｉ．前記ＡＴＭネットワークにおけるセル喪失のレベル
    表示に応答して、前記低優先度ビットストリームを符号
    化するために用いられる前記符号化パラメータを適合化
    するステップとからなり、 前記ステップｉは、前記高優先度ビットストリームの符
    号化とは独立して行われることを特徴とするＡＴＭネッ
    トワーク用ビデオ信号の二層符号化方法。
  8. 【請求項８】 前記ステップｉは、前記セル喪失のレベ
    ル表示に応答して、前記低優先度ビットストリームを符
    号化するために用いられる予測モードを選択することを
    特徴とする請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記ステップｉは、前記セル喪失のレベ
    ル表示に応答して、同期情報を符号化低優先度ビットス
    トリームに挿入することを特徴とする請求項７に記載の
    方法。
  10. 【請求項１０】 前記ステップｉは、前記セル喪失のレ
    ベル表示に応答して、スライス−スタート同期コードを
    符号化低優先度ビットストリームに挿入することを特徴
    とする請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 画像表示を含むフレームを有するビデ
    オ信号をＡＴＭネットワークのパケット化セル形式の伝
    送用出力として符号化して高優先度ビットストリームと
    低優先度ビットストリームに符号化するために符号器に
    よって用いられるビデオ符号化パラメータをＡＴＭネッ
    トワークに適合化する、ＡＴＭネットワーク用ビデオ信
    号の二層符号化方法において、 前記低優先度ビットストリームを符号化するのに用いら
    れる符号化パラメータは、前記ＡＴＭネットワークのセ
    ル喪失のレベル表示に応答して適合化され、該適合化
    は、前記高優先度ビットストリームの符号化とは独立し
    て行われ、 前記方法は、 ｊ．前記高優先度ビットストリームと低優先度ビットス
    トリームを有する伝送パケット化セルを受信するステッ
    プと、 ｋ．前記伝送パケット化セルをデパケット化して前記符
    号化フレームを得るステップと、 ｌ．前記符号化フレームのそれぞれで発生するセル喪失
    のレベルをモニタするステップと、 ｍ．前記符号化フレームのそれぞれに対するセル喪失の
    レベル表示を生成するステップと、 ｎ．前記セル喪失のレベル表示を前記ＡＴＭネットワー
    クの前記符号器に送信するステップとからなることを特
    徴とするＡＴＭネットワーク用ビデオ信号の二層符号化
    方法。
  12. 【請求項１２】 前記ステップｌは、前記符号化フレー
    ムのそれぞれの喪失セルの数を計算することを特徴とす
    る請求項１１に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 画像表示を含むフレームを有するビデ
    オ信号をＡＴＭネットワークの伝送用出力として符号化
    するために符号器によって用いられるビデオ符号化パラ
    メータをＡＴＭネットワークに適合化する、ＡＴＭネッ
    トワーク用ビデオ信号の二層符号化装置において、該装
    置は、 各フレームを、高優先度ビットストリームと低優先度ビ
    ットストリームに符号化する手段と、 符号化フレームをセルにパケット化し、該セルを前記Ａ
    ＴＭネットワークに伝送用に出力するパケット化手段
    と、 前記セルをデパケット化して前記符号化フレームを得る
    手段と、 前記符号化フレームのそれぞれで発生するセル喪失のレ
    ベルをモニタするモニタ手段と、 前記符号化フレームのそれぞれに対するセル喪失のレベ
    ル表示を生成する手段と、 前記セル喪失のレベル表示を、前記ＡＴＭネットワーク
    の前記符号器に送信する送信手段と、 前記セル喪失のレベルの表示に応答して、前記低優先度
    ビットストリームを符号化するために用いられる前記符
    号化パラメータを適合化する適合化手段とからなり、 前記適合化手段は、前記高優先度ビットストリームの符
    号化とは独立して適合化を行うことを特徴とするＡＴＭ
    ネットワーク用ビデオ信号の二層符号化装置。
  14. 【請求項１４】 前記適合化手段は、前記セル喪失のレ
    ベル表示に応答して、前記低優先度ビットストリームを
    符号化するために用いられる予測モードを選択する手段
    を有することを特徴とする請求項１３に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記適合化手段は、前記セル喪失のレ
    ベル表示に応答して、同期情報を符号化低優先度ビット
    ストリームに挿入する手段を有することを特徴とする請
    求項１３に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記モニタ手段は、前記符号化フレー
    ムのそれぞれの喪失セルの数を計算する手段を有するこ
    とを特徴とする請求項１３に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記送信手段は、前記符号化フレーム
    それぞれにおける喪失セルの数を前記符号器に送信する
    手段を有することを特徴とする請求項１６に記載の装
    置。
  18. 【請求項１８】 前記適合化手段は、前記セル喪失のレ
    ベル表示に応答して、スライス−スタート同期コードを
    符号化低優先度ビットストリームに挿入する手段を有す
    ることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
  19. 【請求項１９】 画像表示を含むフレームを有するビデ
    オ信号をＡＴＭネットワークの伝送用出力として符号化
    するために符号器によって用いられるビデオ符号化パラ
    メータをＡＴＭネットワークに適合化する、ＡＴＭネッ
    トワーク用ビデオ信号の二層符号化装置において、該装
    置は、 各フレームを、高優先度ビットストリームと低優先度ビ
    ットストリームに符号化する手段と、 前記ＡＴＭネットワークにおけるセル喪失のレベル表示
    に応答して、前記低優先度ビットストリームを符号化す
    るために用いられる前記符号化パラメータを適合化する
    適合化手段とからなり、 前記適合化手段は、前記高優先度ビットストリームの符
    号化とは独立して適合化を行うことを特徴とするＡＴＭ
    ネットワーク用ビデオ信号の二層符号化装置。
  20. 【請求項２０】 前記適合化手段は、前記セル喪失のレ
    ベル表示に応答して、前記低優先度ビットストリームを
    符号化するために用いられる予測モードを選択する手段
    を有することを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  21. 【請求項２１】 前記適合化手段は、前記セル喪失のレ
    ベル表示に応答して、同期情報を符号化低優先度ビット
    ストリームに挿入する手段を有することを特徴とする請
    求項１９に記載の装置。
  22. 【請求項２２】 前記適合化手段は、前記セル喪失のレ
    ベル表示に応答して、スライス−スタート同期コードを
    符号化低優先度ビットストリームに挿入する手段を有す
    ることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 画像表示を含むフレームを有するビデ
    オ信号をＡＴＭネットワークのパケット化セル形式の伝
    送用出力として符号化して高優先度ビットストリームと
    低優先度ビットストリームに符号化するために符号器に
    よって用いられるビデオ符号化パラメータをＡＴＭネッ
    トワークに適合化する、ＡＴＭネットワーク用ビデオ信
    号の二層符号化装置において、 前記低優先度ビットストリームを符号化するのに用いら
    れる符号化パラメータは、前記ＡＴＭネットワークのセ
    ル喪失のレベル表示に応答して適合化され、該適合化
    は、前記高優先度ビットストリームの符号化とは独立し
    て行われ、 前記装置は、 前記高優先度ビットストリームと低優先度ビットストリ
    ームを有する伝送パケット化セルを受信する手段と、 前記伝送パケット化セルをデパケット化して前記符号化
    フレームを得る手段と、 前記符号化フレームのそれぞれで発生するセル喪失のレ
    ベルをモニタするモニタ手段と、 前記符号化フレームのそれぞれに対するセル喪失のレベ
    ル表示を生成する手段と、 前記セル喪失のレベル表示を前記ＡＴＭネットワークの
    前記符号器に送信する手段とからなることを特徴とする
    ＡＴＭネットワーク用ビデオ信号の二層符号化装置。
  24. 【請求項２４】 前記モニタ手段は、前記符号化フレー
    ムのそれぞれの喪失セルの数を計算する手段を有するこ
    とを特徴とする請求項２３に記載の装置。
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