JP3604290B2 - 動画像復号方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は動画像復号方法及び装置に関し、例えば、ITU−T(International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector )で勧告されたH.263やISO(International Organization for Standardization)で標準化されたMPEG2で、符号化された動画像を復号する方法及び装置に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
文献1:『特開平9−200743号公報』
ディジタル通信において、膨大な情報量を持つ動画像データを送信しようとする場合には、動画像データは情報圧縮が施されて冗長を削られる。一般に標準になっている動画像符号化方法において、その圧縮方法には、時間的に前のフレームとの差分を符号化(フレーム間符号化と呼ぶ)して時間方向の冗長度を削減する方法がある。
【0003】
このような方法で圧縮された動画像データに誤りが生じたり、データが途中で無くなってしまった場合には、その時のフレームの画像が大きく歪むと共に、時間的に前のフレームとの差分を符号化しているために、後続するフレームに歪みが伝播していくことになる。
【0004】
例えば、現在標準になっているH.263やMPEG2の動画像符号化方式では、図2に示すように、フレームをある大きさ(16画素*16画素)のブロック(このブロックを「マクロブロック」と呼ぶ)に区切って符号化し、符号化されたマクロブロックを1個又は複数個まとめ、このまとめたそれぞれの符号化データの間に同期をとるための可変長符号である同期符号語を挿入している。このようなマクロブロックのまとまりをGOB(Group Of Block)、スライス、ビデオパケット等と呼ぶが、ここでは、統一して「スライス」と呼ぶことにする。ここで、データが欠落したり、誤り検出されたりすると、同期符号語により次のスライスからは復号可能となるが、データ欠落又は誤りのあるスライスは復号することができなくなる。
【0005】
そのため、上記文献1に開示された動画像復号方法には、データ欠落又は誤りのあったスライスに、そのスライスと同じ位置にある前のフレームの画像部分を挿入して、できるだけ誤りの少ない画像に近づける方法が示されている。この方法は、図3のように、動きの比較的少ないような動画像に対して有効である。
【0006】
図4は、上記文献1に開示された動画像復号方法を実現する従来の動画像復号装置の構成を示すブロック図である。以下、従来の動画像復号方法について、図4を参照しながら説明する。
【0007】
図4において、ビットストリーム復号部100では、与えられたビットストリームから可変長符号等が復号されて解釈が行われ、その結果、このビットストリームが可変係数情報と動きベクトル情報とに分離される。ここで、可変長符号表に現れない符号語が出現したり、あり得ない場所に同期符号語が出現する等の場合には、誤りを検出したとして誤り検出信号が誤り検出情報通知部106に出力される。
【0008】
予測誤差復号部101では、ビットストリーム復号部100で分離された変換係数情報が復号されて、予測誤差が復元される。例えば、H.263やMPEG2の符号化方式においては、予測誤差復号部101が図5に示す詳細構成を有するものであり、変換係数情報が逆量子化部107に入力されて逆量子化され、その後、逆変換部108で逆DCT(Discrete Cosine Transform )変換されることによって、予測誤差が復元される。ここで、逆量子化された時点で、変換係数のDC(直交変換)値が所定値内に収まっていない場合、誤りを検出したとして誤り検出信号が誤り検出情報通知部106に出力される。
【0009】
動きベクトル復号部102では、ビットストリーム復号部100で分離された動きベクトル情報が復号されて、動きベクトルが復元される。ここで、動きベクトルがフレーム外の場所を示している等のあり得ないものであった場合には、誤りを検出したとして誤り検出信号が誤り検出情報通知部106に出力される。
【0010】
予測画像構成部103では、復元画像記憶部105に記憶されている1つ前に復元したフレームの画像に、動きベクトル復号部102で復元された動きベクトルが加えられて、予測画像が構成される。
【0011】
予測誤差加算部104では、予測画像構成部103で構成された予測画像に、予測誤差復号部101で復元された予測誤差が加算されて、画像が復元されることになる。ここで、復元された画像は、次のフレーム画像の復元に用いるために、復元画像記憶部105に保持される。なお、復元画像記憶部105は、1つ前の1フレーム分だけの画像情報を保持できる容量を持っている。
【0012】
ここで、ビットストリーム復号部100、予測誤差復号部101、又は動きベクトル復号部102で誤りが検出され、誤り検出通知部106に誤り検出信号が与えられた場合には、復元画像記憶部105で、その誤り検出されたスライスと同じ位置の前のフレームの画像部分が出力され、予測画像構成部103で、その画像部分が誤り検出されたスライスに挿入され、予測誤差加算部104でそのスライスに予測誤差が加算されないように、誤り検出通知部106が、予測画像構成部103と予測誤差加算部104と復元画像記憶部105とに通知する。その結果、復元された画像の誤りが検出されたスライスには、そのスライスと同じ位置にある1つ前のフレームの画像部分がそのまま挿入されることになる。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の動画像復号方法では、誤りが検出されたスライスに、そのスライスと同じ位置にある1つ前のフレームの画像部分がそのまま挿入されるので、誤りが検出されたスライスの画像部分の動きベクトル(時間的変化)が大きい場合には、誤りが検出されたスライスの画像部分がそれ以外の画像に対してずれてしまい、復元された画像が歪んでしまう。
【0014】
ここで、従来の動画像復号方法では、1つ前に復元された画像に動きベクトルを加えて画像を復元するので、前に復元された画像が誤り検出によって歪んでしまった場合に、それ以降に復元される画像にも歪みが伝播してしまうという課題があった。
【0015】
具体的に、図6を参照しながら説明すると、nフレーム目の動きベクトルの大きいスライス部分で誤りが検出され、その部分の画像が復元できない場合には、n−1フレーム目の同じスライス部分の画像で置き換えられることになるが、置き換えられるスライス部分の動きベクトルが大きいために、そのスライス部分の画像がそれ以外の画像に対してずれてしまい、復元された画像が歪んでしまう。ここで、n+1フレームはnフレームの画像に動きベクトルを加えて復元するので、n+1フレームにもnフレームの歪みが伝播してしまうことになる。
【0016】
そのため、誤り検出による画像の歪みが後続する画像に伝播しない動画像復号方法及び装置が求められていた。
【0017】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため、第1の本発明は、動き補償機能を有する予測画像符号化方式で符号化された動画像符号化データを復号する動画像復号方法において、(1)過去に復元した時刻が異なる複数の画像と、その各画像について、誤り検出された、符号化の際に動きベクトルを算出する単位である部分領域を指定する誤り領域指定情報とを記憶し、(2)現時刻の画像における復号しようとしている画素毎に、その復号対象画素が属する部分領域について到来した受信動きベクトルを参照用動きベクトル候補の初期値にすると共に、現時刻画像の直前の過去画像を参照用過去画像候補の初期値にし、参照用過去画像候補上で参照用動きベクトル候補で規定される、復号対象画素に対応する画素が、上記誤り領域指定情報に基づけば誤っているか否かの判別を、誤っていないという結果が得られるまで繰り返し、誤っていないという結果が得られた場合には、その時点の参照用過去画像候補及び参照用動きベクトル候補をそれぞれ、参照用過去画像及び参照用動きベクトルに決定し、一方、誤っているという結果が得られた場合には、参照用過去画像候補を、今のものより一つ過去のものに更新すると共に、上記受信動きベクトルを、更新された上記参照用過去画像候補の時刻と現時刻との時間差に応じて定まる整数倍したものに、上記参照用動きベクトル候補を更新し、(3)決定された参照用過去画像及び参照用動きベクトルを参照して、復号対象画素を復号することを特徴とする。
【0018】
また、第2の本発明は、動き補償機能を有する予測画像符号化方式で符号化された動画像符号化データを復号する動画像復号方法において、(1)過去に復元した時刻が異なる複数の画像と、その各画像について、誤り検出された、符号化の際に動きベクトルを算出する単位である部分領域を指定する誤り領域指定情報と、過去に復元した各画像の構成要素である各部分領域について到来した過去受信動きベクトルとを記憶し、(2)現時刻の画像における復号しようとしている画素毎に、その復号対象画素が属する部分領域について到来した受信動きベクトルを参照用動きベクトル候補の初期値にすると共に、現時刻画像の直前の過去画像を参照用過去画像候補の初期値にし、参照用過去画像候補上で参照用動きベクトル候補で規定される、復号対象画素に対応する画素が、上記誤り領域指定情報に基づけば誤っているか否かの判別を、誤っていないという結果が得られるまで繰り返し、誤っていないという結果が得られた場合には、その時点の参照用過去画像候補及び参照用動きベクトル候補をそれぞれ、参照用過去画像及び参照用動きベクトルに決定し、一方、誤っているという結果が得られた場合には、参照用過去画像候補を、今のものより一つ過去のものに更新すると共に、上記参照用動きベクトル候補を、更新前後の参照用過去画像候補間に係る記憶されている過去受信動きベクトルを参照して更新し、(3)決定された参照用過去画像及び参照用動きベクトルを参照して、復号対象画素を復号することを特徴とする。
【0019】
さらに、第3の本発明は、動き補償機能を有する予測画像符号化方式で符号化された動画像符号化データを復号する動画像復号装置において、(1)過去に復元した時刻が異なる複数の画像と、その各画像について、誤り検出された、符号化の際に動きベクトルを算出する単位である部分領域を指定する誤り領域指定情報とを記憶する記憶手段と、(2)現時刻の画像における復号しようとしている画素毎に、その復号対象画素が属する部分領域について到来した受信動きベクトルを参照用動きベクトル候補の初期値にすると共に、現時刻画像の直前の過去画像を参照用過去画像候補の初期値にし、参照用過去画像候補上で参照用動きベクトル候補で規定される、復号対象画素に対応する画素が、上記誤り領域指定情報に基づけば誤っているか否かの判別を、誤っていないという結果が得られるまで繰り返し、誤っていないという結果が得られた場合には、その時点の参照用過去画像候補及び参照用動きベクトル候補をそれぞれ、参照用過去画像及び参照用動きベクトルに決定 し、一方、誤っているという結果が得られた場合には、参照用過去画像候補を、今のものより一つ過去のものに更新すると共に、上記受信動きベクトルを、更新された上記参照用過去画像候補の時刻と現時刻との時間差に応じて定まる整数倍したものに、上記参照用動きベクトル候補を更新する復号時参照情報決定手段と、(3)決定された参照用過去画像及び参照用動きベクトルを参照して、復号対象画素を復号する画像復号手段とを有することを特徴とする。
【0020】
さらにまた、第4の本発明は、動き補償機能を有する予測画像符号化方式で符号化された動画像符号化データを復号する動画像復号装置において、(1)過去に復元した時刻が異なる複数の画像と、その各画像について、誤り検出された、符号化の際に動きベクトルを算出する単位である部分領域を指定する誤り領域指定情報と、過去に復元した各画像の構成要素である各部分領域について到来した過去受信動きベクトルとを記憶する記憶手段と、(2)現時刻の画像における復号しようとしている画素毎に、その復号対象画素が属する部分領域について到来した受信動きベクトルを参照用動きベクトル候補の初期値にすると共に、現時刻画像の直前の過去画像を参照用過去画像候補の初期値にし、参照用過去画像候補上で参照用動きベクトル候補で規定される、復号対象画素に対応する画素が、上記誤り領域指定情報に基づけば誤っているか否かの判別を、誤っていないという結果が得られるまで繰り返し、誤っていないという結果が得られた場合には、その時点の参照用過去画像候補及び参照用動きベクトル候補をそれぞれ、参照用過去画像及び参照用動きベクトルに決定し、一方、誤っているという結果が得られた場合には、参照用過去画像候補を、今のものより一つ過去のものに更新すると共に、上記参照用動きベクトル候補を、更新前後の参照用過去画像候補間に係る記憶されている過去受信動きベクトルを参照して更新する復号時参照情報決定手段と、(3)決定された参照用過去画像及び参照用動きベクトルを参照して、復号対象画素を復号する画像復号手段とを有することを特徴とする。
【0021】
【発明の実施の形態】
(A) 第1の実施形態
以下、本発明による動画像復号方法及び装置を適用した第1の実施形態について、図面を参照しながら詳述する。
【0022】
(A−1) 構成の説明
図1は、第1の実施形態の動画像復号装置の構成を示すブロック図である。図1において、この実施形態の動画像復号装置は、ビットストリーム復号部200と、予測誤差復号部201と、動きベクトル復号部202と、予測画像構成部203と、予測誤差加算部204と、復元画像記憶部205と、誤り検出情報通知部206と、動きベクトル計算部207と、誤り情報記憶部208とを有する。
【0023】
まず、各構成要素について説明する。
【0024】
ビットストリーム復号部200は、与えられたビットストリームから可変長符号等を復号して解釈を行い、その結果、ビットストリームを可変係数情報と動きベクトル情報とに分離するものである。ここで、ビットストリーム中に、可変長符号表に現れない符号語が出現したり、あり得ない場所に同期符号語が出現する等の場合には、誤りが検出されたとして誤り検出信号を誤り検出情報通知部206に出力する。
【0025】
予測誤差復号部201は、ビットストリーム復号部200で分離された変換係数情報を復号して、予測誤差を復元するものである。ここで、変換係数の値が所定値内に収まっていない等のあり得ないものであった場合には、誤りが検出されたとして誤り検出信号を誤り検出情報通知部206に出力する。
【0026】
動きベクトル復号部202は、ビットストリーム復号部200で分離された動きベクトル情報を復号して、予測画像を構成するときに用いる動きベクトルを復元するものである。ここで、動きベクトルがフレーム外の場所を示している等のあり得ないものであった場合には、誤りを検出したとして誤り検出信号が誤り検出情報通知部206に出力される。
【0027】
なお、与えられたビットストリームはマクロブロック単位で符号化されたものであるので、予測誤差復号部201及び動きベクトル復号部202で復元される予測誤差及び動きベクトルはマクロブロック単位で復元されることになる。
【0028】
予測画像構成部203は、誤り検出情報通知部206から誤り検出信号が与えられた旨の通知がない場合で、誤り情報記憶部208から参照復元画像誤り信号が与えられないときには、動きベクトル復号部202で復元された動きベクトルのマクロブロックに対応する1つ前のフレームの画像部分を復元画像記憶部205から参照し、動きベクトル復号部102で復元された動きベクトルをこの参照画像部分に加えて、このマクロブロックの予測画像部分を生成し、各マクロブロックの予測画像部分を同様に生成することによって、予測画像を構成するものである。また、誤り情報記憶部208から参照復元画像誤り信号が与えられたときには、動きベクトル復号部202で復元された動きベクトルのマクロブロックに対応する、復元画像記憶部205から出力される所定の複数前のフレームの画像部分に、動きベクトル計算部207で計算された計算後動きベクトルを加えて、このマクロブロックの予測画像部分を生成するものである。一方、誤り検出情報通知部206から誤り検出信号が与えられた旨の通知があった場合には、その通知があったスライスと同じ位置ある1つ前のフレームの画像部分を復元画像記憶部205から参照し、その画像部分をそのままそのスライスに挿入して予測画像にするものである。
【0029】
予測誤差加算部204は、予測画像構成部203で構成された予測画像に、予測誤差復号部201で復元された予測誤差を加算して、画像を復元するものである。ここで、誤り検出情報通知部206から誤り検出信号が与えられた旨の通知があった場合には、その通知があったスライスには予測誤差を加えないで、画像を復元するものである。なお、この復元された画像は、次のフレームの復元に用いるために、復元画像記憶部205に記憶されることになる。
【0030】
復元画像記憶部205は、予測誤差加算部204で復元された画像を、1フレーム分だけの画像情報を記憶できるだけでなく、所定の複数フレーム分の画像情報を記憶でき、予測画像構成部203で参照される画像部分を出力するものである。ここで、図7は、復元画像記憶部205の詳細構成を示すブロック図である。図7において、復元画像記憶部205は、各フレームの画像を記憶するN+1個のフレーム記憶部209−0〜209−Nと、空いているフレーム記憶部または一番古いフレームが格納されているフレーム記憶部を選定し、この選定したフレーム記憶部に予測誤差加算部204で復元した画像を記憶させると共に、その記憶させたフレーム記憶部の識別情報を誤り情報記憶部208に出力する記憶制御切替部210と、誤り検出情報通知部206又は誤り情報記憶部208からの信号に基づいて予測画像構成部203で参照されるフレームを記憶するフレーム記憶部を選定して予測画像構成部203に出力する出力切替部211と有する。なお、出力切替部211では、誤り検出通知部206から誤り検出信号が与えられた旨の通知があった場合には、その誤りスライスを、そのスライスと同じ位置の1つ前のフレームの画像部分で置き換えるため、1つ前に復元されたフレームが記憶されているフレーム記憶部が選定され、それ以外の場合で誤り情報記憶部208から参照復元画像誤り信号が与えられたときには、後述する図9に示すアルゴリズムに従ってフレーム記憶部が選定され、それ以外のときは1つ前に復元されたフレームが格納されているフレーム記憶部が選定されることになる。
【0031】
誤り検出情報通知部206は、ビットストリーム復号部200、予測誤差復号部201、又は動きベクトル復号部202で誤りが検出されて誤り検出信号が与えられた場合に、復元画像記憶部205で誤りが検出されたスライスと同じ位置の1つ前の画像部分が予測画像構成部203に出力され、予測画像構成部203で誤りが検出されたスライスにそのスライスと同じ位置の1つ前の画像部分が挿入されて予測画像が構成され、予測誤差加算部204でその構成した予測画像の誤りが検出されたスライスに予測誤差が加えられないように、予測画像構成部203と予測誤差加算部204と復元画像記憶部205とに通知するものである。また、誤り検出情報通知部206は、誤り検出信号が与えられた場合に、その誤りが検出されたスライスの位置情報と、そのスライスを有するフレーム番号情報と、そのフレームを記憶する復元画像記憶部205のフレーム記憶部の識別情報とから構成される復元画像誤り情報を、誤り情報記憶部208に記憶させるものである。なお、フレーム番号情報は、誤り検出されたフレームがどのフレームであるかを識別できるものであり、同時にそのフレームの時間情報をも知ることができる。すなわち、誤り情報記憶部208には、どのフレームのどの部分(スライス)で誤り検出され復号不可能であったかという情報が保持されていることになる。
【0032】
動きベクトル計算部207は、誤り情報記憶部208から参照復元画像誤り信号が与えられた場合に、後述する図9に示すアルゴリズムに従って参照されるフレームと、本来参照されるべき1つ前のフレームとの時間差分を考慮して、動きベクトル復号部202で復元された動きベクトルを計算し直した動きベクトルを出力するものである。
【0033】
誤り情報記憶部208は、誤り検出情報通知部206からの復元画像誤り情報を記憶すると共に、この復元画像誤り情報に基づいて復元画像記憶部205から予測画像構成203に出力されて参照される画像部分が誤りを検出したものである場合に、復元画像記憶部で後述する図9に示すアルゴリズムに従って参照するフレームの画像部分が出力され、動きベクトル計算部207でその選定された参照フレームに基づく動きベクトルが計算し直され、予測画像構成部203でこの参照フレームにこの計算後動きベクトルが加えられたものが予測画像部分になるように、予測画像構成部203と復元画像記憶部205と動きベクトル計算部207とに参照復元画像誤り信号を出力するものである。
【0034】
(A−2) 動作の説明
以上のような構成を有する動画像復号装置の動作について、従来とは異なる点を中心に説明する。
【0035】
まず、概念的な動作について、図8を参照しながら説明する。図8において、n+1フレーム目の図示するマクロブロックを復号しようとする際に、参照するnフレーム目の薄いグレーの部分(スライス)が誤って復号不可能であった場合、動きベクトルが示す部分に含まれる画像歪みがそのまま予測画像として用いられてしまう。これを避けるために、nフレーム目の薄いグレーの部分を参照する代わりに、動きベクトルを2倍の大きさにして、n−1フレーム目を参照する(n−1フレーム目の濃いグレーの部分)。このようにすると、nフレーム目の画像歪みをそのまま利用することなく予測画像を構成することができる。
【0036】
なお、ここでは、n−1フレームの参照する画像部分が誤っていない場合について説明したが、n−1フレームが誤っている場合には、n−2フレームさらにn−3フレーム…と誤っていないフレームが見つかるまで参照されることになる。また、この場合、動きベクトルの倍率をかえる必要があるが、その倍率を何倍にするかは後述する。
【0037】
次に、この実施形態の予測画像構成の動作について、図1及び図7と図9のフローチャートとを参照しながら説明する。なお、図9のフローチャートは、画素毎に動作させるものである。
【0038】
まず、動きベクトル復号部202から出力される動きベクトルVを計算後動きベクトルVdに代入しておく(ステップA1)。ステップA2で、計算後動きベクトルVdから参照すべき復元画像の位置を求め、その復元画像が誤っていないかを誤り情報記憶部208の誤り情報から調べ、参照すべき復元画像が誤っている場合には、ステップA3に進む。参照すべき復元画像が誤っている場合とは、計算後動きベクトルVdの示す部分が図8のnフレーム目の薄いグレーのスライスに含まれている場合である。参照すべき復元画像が誤っていない場合には、計算後動きベクトルVdと参照すべき復元画像から予測画像を構成する(ステップA6)。ステップA3では、参照すべき復元画像よりも時間的に1つ前に復元されたフレームが復元画像記憶部205のフレーム記憶部209−0〜Nのいずれに存在するか否かを調べる。ステップA3で偽である場合には、現在の計算後動きベクトルVdと選ばれている復元画像とから予測画像を構成することになる(ステップA6)。ステップA3で真である場合には、参照すべき復元画像よりも時間的1つ前に復元されたフレームを参照すべき復元画像とする(ステップA4)。そしてステップA5で参照すべき復元画像のフレーム番号、復元としている画像のフレーム番号、及び復元しようとしている画像の1つ前に復元された画像のフレーム番号から、計算後動きベクトルVdを計算し直す。計算後動きベクトルVdの計算方法は下記式1のようになる。
【0039】
式1:Vd={(TRd−TRr)/(TRd−TRp)} * V
ここで、TRdは、復号しようとする画像のフレーム番号から計算される時間情報、TRrは、参照すべき画像のフレーム番号から計算される時間情報、TRpは、復号しようとする画像の1つ前に復元された画像のフレーム番号から計算される時間情報を表す。この実施形態の場合、フレーム番号がそのまま時間情報を表すとすると、下記式2のように、計算後動きベクトルVdの値は、動きベクトルVの2倍となる。
【0040】
計算後動きベクトルVdを計算した後、ステップA2に戻り、再び、計算後動きベクトルVdが示す参照すべき復元画像が誤っているか否かを調べる。ステップA2からステップA5を繰り返すことにより、誤り検出される復号不可能となっていない参照すべき復元画像を見つけだし、その復元画像から予測画像を構成することができる。
【0041】
(A−3) 効果の説明
以上のように、第1の実施形態によれば、(1)誤り検出信号が与えられた場合に、その誤りが検出されたスライスの位置情報と、そのスライスを有するフレーム番号情報と、そのフレームを記憶する復元画像記憶部205のフレーム記憶部の識別情報とから構成される復元画像誤り情報を、誤り情報記憶部208に記憶させる誤り検出情報通知部206と、(2)復元画像誤り情報に基づいて、予測画像構成203で参照される画像部分が誤りを検出したものである場合に、参照復元画像誤り信号を出力する誤り情報記憶部208と、(3)予測誤差加算部204で復元された画像を所定の複数フレーム分記憶し、誤り情報記憶部208から参照復元画像誤り信号が与えられた場合に、図9に示すアルゴリズムに従って参照するフレームの画像部分を出力する復元画像記憶部205と、(4)誤り情報記憶部208から参照復元画像誤り信号が与えられた場合に、図9に示すアルゴリズムに従って参照されるフレームと本来参照されるべき1つ前のフレームとの時間差分を考慮して、動きベクトル復号部202で復元された動きベクトルを計算し直した動きベクトルを出力する動きベクトル計算部207と、(5)復元画像記憶部205からの参照フレームの画像部分に、動きベクトル計算部207からの計算後動きベクトルを加えて予測画像を構成する予測画像構成部203とを有するので、1つ前に復元された画像が誤り検出によって歪んでしまった場合でも、それ以降に復元される画像に歪みが伝播することを防ぐことができる。
【0042】
具体的に、図10を参照しながら説明すると、動きのある部分で誤りがあった(nフレーム目)としても、その部分は予測画像として用いないで、代わりに、それよりも時間的に前に復元されたフレーム(n−1フレーム目)を用いて予測画像を構成するように制御しているので、図10のnフレーム目の画像歪みがその後のフレーム(n+1フレーム目)に影響しないようになる。
【0043】
(B) 第2の実施形態
以下、本発明による動画像復号方法及び装置を適用した第2の実施形態について、図面を参照しながら詳述する。
【0044】
図11は、第2の実施形態の動画像復号装置構成を示すブロック図である。図11において、この実施形態の動画像復号装置は、ビットストリーム復号部300と、予測誤差復号部301と、動きベクトル復号部302と、予測画像構成部303と、予測誤差加算部304と、復元画像記憶部305と、誤り検出情報通知部306と、動きベクトル計算部307と、誤り情報記憶部308と、動きベクトル記憶部312とを有する。
【0045】
なお、図11において、動きベクトル計算部307及び動きベクトル記憶部312以外の構成要素は、図1に示した第1の実施形態の同一名の構成要素と同様であり、説明を省略する。従って、以下、動きベクトル計算部307及び動きベクトル記憶部312の構成要素について説明する。
【0046】
動きベクトル計算部307は、誤り情報記憶部308から参照復元画像誤り信号が与えられた場合に、後述する図13に示すアルゴリズムに従って参照されるフレームの画像部分と本来参照されるべき1つ前のフレームの画像部分との間の動きベクトルが、動きベクトル記憶部312に記憶された復元された画像の動きベクトルに基づいて計算されて、さらにこの計算された動きベクトルと動きベクトル復号部302で復号された動きベクトルとを合成した動きベクトルを予測画像構成部303に出力するものである。
【0047】
動きベクトル記憶部312は、動きベクトル復号部302で復元された動きベクトルを、復元画像記憶部305で記憶できるフレーム分記憶するものである。ここで、記憶されている動きベクトルは、誤り情報記憶部308から復元画像誤り信号を受け取ったときに、動きベクトル計算部307での動きベクトル計算に用いられることになり、動きベクトル記憶部312と動きベクトル計算部307とに接続されており、また、誤り情報記憶部308からの復元画像誤り信号を与えられるようになっている。
【0048】
次に、このような構成を有する動画像復号装置の動作について、第1の実施形態とは異なる点を中心に説明する。
【0049】
まず、概念的な動作について、図12を参照しながら説明する。図12において、n+1フレーム目の図示するマクロブロックを復号しようとする際に、参照するnフレーム目の薄いグレーの部分(スライス)が誤って復号不可能であった場合、動きベクトルが示す部分に含まれる画像歪みがそのまま予測画像として用いられてしまう。これを避けるために、nフレーム目の薄いグレーの部分を参照する代わりに、動きベクトルを計算し直して、n−1フレーム目を参照する。参照すべき復元画像が存在する部分は、動きベクトルVを用いてnフレーム目から予測画像を構成し復元画像が存在しない部分(濃いグレー部分)は、計算し直した動きベクトルVdを用いてn−1フレーム目から予測画像を構成する。
【0050】
次に、動きベクトルの計算方法について、図12を参照しながら説明する。まず、復号しようとするマクロブロックの動きベクトルVが指し示す1つ前のフレームの画像部分(図12ではnフレーム目の太枠部分)のうち参照すべき復元画像の一部分だけでも存在するか否かを調べる。もし存在する場合には、対応する復元画像の動きベクトルが動きベクトル記憶部312に保持されているはずであるので、その動きベクトルを取り出す。図12では、nフレーム目のPとQのマクロブロックは復号できるので、それらのマクロブロックに対する動きベクトルVPとVQを取り出す。Vdは、下記式3に示すように、その動きベクトルを重み付けして和をとり、動きベクトルVに足し込む。なお、重みa及びbは、動きベクトルVが指し示す1つ前のフレームの画像部分(図12ではnフレーム目の太枠部分)で、マクロブロックP、Qがそれぞれ占めている面積の比を表している。また、Vdの初期値はVである。
【0051】
式3:Vd=Vd+(a*VP)+(b*VQ)
上記式3は、図12に示すように、参照すべき復元画像が2つのみの場合であるが、3つ以上のマクロブロックにまたがっている場合には、下記式4のように計算する。なお、重みa1、a2、…、anは、動きベクトルVが指し示す1つ前のフレームの画像部分で、それぞれのマクロブロックが占めている面積比を表す。また、Vdの初期値はVである。
【0052】
式4:Vd=Vd+(a1*V1)+(a2*V2)+…+(an*Vn)
復号しようとするマクロブロックの動きベクトルVが指し示す1つ前のフレームの画像部分(図12ではnフレーム目の太枠部分)のうち参照すべき復元画像が全く存在しない場合(参照すべき復元画像が誤りスライスに完全に含まれてしまう場合)は、第1の実施形態と同様に動きベクトルVdを計算する。このようにすると、nフレーム目の画像歪みをそのまま利用することなく予測画像を構成することができる。
【0053】
次に、この実施形態の予測画像構成の動作について、図11及び図12と図13のフローチャートとを参照しながら説明する。なお、図13のフローチャートは、画素毎に動作させるものである。
まず、動きベクトル復号部302から出力される動きベクトルVを計算後動きベクトルVdに代入しておく(ステップB1)。ステップB2で、計算後動きベクトルVdから参照すべき復元画像の位置を求め、その復元画像が誤っていないかを誤り情報記憶部308の誤り情報から調べ、参照すべき復元画像が誤っている場合には、ステップB3に進む。参照すべき復元画像が誤っている場合とは、計算後動きベクトルVdの示す部分が図12のnフレーム目の薄いグレーのスライスに含まれている場合である。参照すべき復元画像が誤っていない場合には、計算後動きベクトルVdと参照すべき復元画像から予測画像を構成する(ステップB8)。ステップB3では、参照すべき復元画像よりも時間的に1つ前に復元されたフレームが復元画像記憶部305のn+1個のフレーム記憶部のいずれに存在するか否かを調べる。ステップB3で偽である場合には、現在の計算後動きベクトルVdと選ばれている復元画像とから予測画像を構成することになる(ステップB8)。ステップB3で真である場合には、参照すべき復元画像よりも時間的に1つ前に復元されたフレームを参照すべき復元画像とする(ステップB4)。そして、復号しようとするマクロブロックに対する参照すべき復元画像が一部分でも残っているか否かを判定する(ステップB5)。ステップB5で真である場合には、動きベクトル記憶部312で記憶されている動きベクトルを用いて上記式3又は式4のように計算後動きベクトルVdを計算し直し(ステップB6)、ステップB2に戻る。ステップB5で偽である場合には、ステップB7で参照すべき復元画像のフレーム番号、復号化しようとしている画像のフレーム番号、及び復号化しようとしている画像の1つ前に復元された画像のフレーム番号から動きベクトルVdを計算し直す。この計算後動きベクトルVdの計算方法は第1の実施形態で示した上記式1のように行う。そして、ステップB2に戻り、再び計算後動きベクトルVdが示す参照すべき復元画像が誤っているか否かを調べる。ステップB2からステップB6又はB7を繰り返すことにより、誤り検出される復号不可能となっていない参照すべき復元画像を見つけ出し、その復元画像から予測画像を構成することができる。
【0054】
以上のように、第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様な効果が得られる。
【0055】
また、第2の実施形態によれば、第1の実施形態では、動きベクトル計算部での動きベクトル計算は、フレームの時間間隔にのみ比例するので、画像内の物体の動きが等速度運動しているものに対してのみ有効であったが、第2の実施形態ではそれに加えて、過去に復号された動きベクトルをも用いて復号するので、画像内の物体の動きに加速度があっても対応することができる。
【0056】
(C) 他の実施形態
上記各実施形態においては、誤り検出通知部が受け取る誤り検出信号は、ビットストリーム復号部、予測誤差復号部、及び動きベクトル復号部から受け取っていたが、動画像復号装置の外部に誤り検出機能を持つ場合には、その外部からの誤り検出信号を受け取るようにしても良い。
【0057】
また、第2の実施形態では、動きベクトル計算部での動きベクトルの計算(上記式4に示す計算)は、動きベクトル記憶部に格納されている動きベクトルのみを用いているが、第1の実施形態の計算方法も考慮に入れ、下記式5のように計算することもできる。なお、重みa1、a2、…、anの比は、動きベクトルVが指し示す1つ前のフレームの画像部分で、それぞれのマクロブロックが占めている面積の比を表す。また、Vdの初期値はVである。
【0058】
式5:Vd=b1*{Vd+(a1*V1)+(a2*V2)+…+(an*Vn)} +b2*[{(TRd−TRr)/(TRd−TRp)*V}]
さらに、第2の実施形態では、上記式4での重みa1、a2、…、anは、必ずしも、動きベクトルVが指し示す1つ前のフレームの画像部分でそれぞれのマクロブロックが占めている面積の比である必要も無く、別の値にすることもできる。
【0059】
さらにまた、第2の実施形態では、動きベクトル記憶部の容量は、復元画像記憶部に記憶されている復元画像分の動きベクトルを保持するための容量が必要であるように説明したが、それより少なくても良い。この場合、復元画像のみが記憶されていて、それに対応する動きベクトルが記憶されていない場合があるが、そのような場合には、上記式4又は式5のように動きベクトルを計算する代わりに、第1の実施形態のように式2で計算すれば動作可能である。
【0060】
また、上記各実施形態では、図8及び図12に示すように、復号するフレームの1つ(又は複数)前のフレームの画像部分において、復元画像がある部分は、動きベクトルを用いて予測画像部分を生成し、一方、復元画像がない部分は、さらに1つ前のフレームの画像部分から計算後動きベクトルを用いて予測画像部分を生成するものを示したが、1つ前のフレームの画像部分に復元画像がある部分においても、さらに1つ前のフレームの画像部分から計算後動きベクトルを用いて予測画像部分を生成するものであっても良い。
【0061】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、復号しようとする領域部分に対応する受信動きベクトルに係る過去画像の領域部分が誤り検出されて参照できない場合であっても、復号しようとする領域部分が参照できる参照用過去画像と参照用動きベクトルとを画素毎に決定し、この決定した参照用過去画像及び参照用動きベクトルによって復号しようとしている部分領域についての復元画像を得ることができ、誤り検出による画像の歪みが後続する画像に伝播することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態の動画像復号装置の構成を示すブロック図である。
【図2】マクロブロックとスライスの説明図である。
【図3】従来の動画像復号方法において、動きの小さい部分に誤りを検出した場合の説明図である。
【図4】従来の動画像復号装置の構成を示すブロック図である。
【図5】従来の動画像復号装置の予測誤差復号部101の詳細構成を示すブロック図である。
【図6】従来の動画像復号方法において、動きの大きい部分に誤りを検出した場合の説明図である。
【図7】第1の実施形態の復元画像記憶部205の詳細構成を示すブロック図である。
【図8】第1の実施形態の動作概念の説明図である。
【図9】第1の実施形態の予測画像構成の動作を示すフローチャートである。
【図10】第1の実施形態による効果の説明図である。
【図11】第2の実施形態の動画像復号装置の構成を示すブロック図である。
【図12】第2の実施形態の動作概念の説明図である。
【図13】第2の実施形態の予測画像構成の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
203…予測画像構成部、205…復元画像記憶部、207…動きベクトル計算部、208…誤り情報記憶部。
Claims (8)
- 動き補償機能を有する予測画像符号化方式で符号化された動画像符号化データを復号する動画像復号方法において、
過去に復元した時刻が異なる複数の画像と、その各画像について、誤り検出された、符号化の際に動きベクトルを算出する単位である部分領域を指定する誤り領域指定情報とを記憶し、
現時刻の画像における復号しようとしている画素毎に、その復号対象画素が属する部分領域について到来した受信動きベクトルを参照用動きベクトル候補の初期値にすると共に、現時刻画像の直前の過去画像を参照用過去画像候補の初期値にし、参照用過去画像候補上で参照用動きベクトル候補で規定される、復号対象画素に対応する画素が、上記誤り領域指定情報に基づけば誤っているか否かの判別を、誤っていないという結果が得られるまで繰り返し、誤っていないという結果が得られた場合には、その時点の参照用過去画像候補及び参照用動きベクトル候補をそれぞれ、参照用過去画像及び参照用動きベクトルに決定し、一方、誤っているという結果が得られた場合には、参照用過去画像候補を、今のものより一つ過去のものに更新すると共に、上記受信動きベクトルを、更新された上記参照用過去画像候補の時刻と現時刻との時間差に応じて定まる整数倍したものに、上記参照用動きベクトル候補を更新し、
決定された参照用過去画像及び参照用動きベクトルを参照して、復号対象画素を復号する
ことを特徴とする動画像復号方法。 - 動き補償機能を有する予測画像符号化方式で符号化された動画像符号化データを復号する動画像復号方法において、
過去に復元した時刻が異なる複数の画像と、その各画像について、誤り検出された、符号化の際に動きベクトルを算出する単位である部分領域を指定する誤り領域指定情報と、過去に復元した各画像の構成要素である各部分領域について到来した過去受信動きベクトルとを記憶し、
現時刻の画像における復号しようとしている画素毎に、その復号対象画素が属する部分領域について到来した受信動きベクトルを参照用動きベクトル候補の初期値にすると共に、現時刻画像の直前の過去画像を参照用過去画像候補の初期値にし、参照用過去画像候補上で参照用動きベクトル候補で規定される、復号対象画素に対応する画素が、上記誤り領域指定情報に基づけば誤っているか否かの判別を、誤っていないという結果が得られるまで繰り返し、誤っていないという結果が得られた場合には、その時点の参照用過去画像候補及び参照用動きベクトル候補をそれぞれ、参照用過去画像及び参照用動きベクトルに決定し、一方、誤っているという結果が得られた場合には、参照用過去画像候補を、今のものより一つ過去のものに更新すると共に、上記参照用動きベクトル候補を、更新前後の参照用過去画像候補間に係る記憶されている過去受信動きベクトルを参照して更新し、
決定された参照用過去画像及び参照用動きベクトルを参照して、復号対象画素を復号する
ことを特徴とする動画像復号方法。 - 上記参照用動きベクトル候補の更新は、更新前後の参照用過去画像候補間に係る過去受信動きベクトルが記憶されている場合には、更新後の参照用過去画像候補において復号対象画素に対応する画素が属する部分領域に対応する、更新前の参照用過去画像候補における1又は複数の部分領域のそれぞれに対する過去受信動きベクトルを、対応面積比を重み付け値として重み付け加算し、さらに、更新前の上記参照用動きベクトル候補を足し込むことで行うことを特徴とする請求項2に記載の動画像復号方法。
- 上記参照用動きベクトル候補の更新は、更新前後の参照用過去画像候補間に係る過去受信動きベクトルが記憶されていない場合には、更新後の参照用動きベクトル候補を、上記受信動きベクトルを、更新された上記参照用過去画像候補の時刻と現時 刻との時間差に応じて定まる整数倍したものにすることで行うことを特徴とする請求項3に記載の動画像復号方法。
- 動き補償機能を有する予測画像符号化方式で符号化された動画像符号化データを復号する動画像復号装置において、
過去に復元した時刻が異なる複数の画像と、その各画像について、誤り検出された、符号化の際に動きベクトルを算出する単位である部分領域を指定する誤り領域指定情報とを記憶する記憶手段と、
現時刻の画像における復号しようとしている画素毎に、その復号対象画素が属する部分領域について到来した受信動きベクトルを参照用動きベクトル候補の初期値にすると共に、現時刻画像の直前の過去画像を参照用過去画像候補の初期値にし、参照用過去画像候補上で参照用動きベクトル候補で規定される、復号対象画素に対応する画素が、上記誤り領域指定情報に基づけば誤っているか否かの判別を、誤っていないという結果が得られるまで繰り返し、誤っていないという結果が得られた場合には、その時点の参照用過去画像候補及び参照用動きベクトル候補をそれぞれ、参照用過去画像及び参照用動きベクトルに決定し、一方、誤っているという結果が得られた場合には、参照用過去画像候補を、今のものより一つ過去のものに更新すると共に、上記受信動きベクトルを、更新された上記参照用過去画像候補の時刻と現時刻との時間差に応じて定まる整数倍したものに、上記参照用動きベクトル候補を更新する復号時参照情報決定手段と、
決定された参照用過去画像及び参照用動きベクトルを参照して、復号対象画素を復号する画像復号手段と
を有することを特徴とする動画像復号装置。 - 動き補償機能を有する予測画像符号化方式で符号化された動画像符号化データを復号する動画像復号装置において、
過去に復元した時刻が異なる複数の画像と、その各画像について、誤り検出された、符号化の際に動きベクトルを算出する単位である部分領域を指定する誤り領域指定情報と、過去に復元した各画像の構成要素である各部分領域について到来した過去受信動きベクトルとを記憶する記憶手段と、
現時刻の画像における復号しようとしている画素毎に、その復号対象画素が属する部分領域について到来した受信動きベクトルを参照用動きベクトル候補の初期値にすると共に、現時刻画像の直前の過去画像を参照用過去画像候補の初期値にし、参照用過去画像候補上で参照用動きベクトル候補で規定される、復号対象画素に対応する画素が、上記誤り領域指定情報に基づけば誤っているか否かの判別を、誤っていないという結果が得られるまで繰り返し、誤っていないという結果が得られた場合には、その時点の参照用過去画像候補及び参照用動きベクトル候補をそれぞれ、参照用過去画像及び参照用動きベクトルに決定し、一方、誤っているという結果が得られた場合には、参照用過去画像候補を、今のものより一つ過去のものに更新すると共に、上記参照用動きベクトル候補を、更新前後の参照用過去画像候補間に係る記憶されている過去受信動きベクトルを参照して更新する復号時参照情報決定手段と、
決定された参照用過去画像及び参照用動きベクトルを参照して、復号対象画素を復号する画像復号手段と
を有することを特徴とする動画像復号装置。 - 上記復号時参照情報決定手段は、上記参照用動きベクトル候補の更新を、更新前後の参照用過去画像候補間に係る過去受信動きベクトルが記憶されている場合には、更新後の参照用過去画像候補において復号対象画素に対応する画素が属する部分領域に対応する、更新前の参照用過去画像候補における1又は複数の部分領域のそれぞれに対する過去受信動きベクトルを、対応面積比を重み付け値として重み付け加算し、さらに、更新前の上記参照用動きベクトル候補を足し込むことで行うことを特徴とする請求項6に記載の動画像復号装置。
- 上記復号時参照情報決定手段は、上記参照用動きベクトル候補の更新は、更新前後の参照用過去画像候補間に係る過去受信動きベクトルが記憶されていない場 合には、更新後の参照用動きベクトル候補を、上記受信動きベクトルを、更新された上記参照用過去画像候補の時刻と現時刻との時間差に応じて定まる整数倍したものにすることで行うことを特徴とする請求項7に記載の動画像復号装置。
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