JP4020883B2 - 動画像復号装置 - Google Patents
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Description
図8は、これらの符号化方式における動画像のフレーム構成を説明する図である。動画像は、動画を構成する画面1枚分のフレームをコマ送り表示することにより、動画像として人間の目に認識される。この例では、フレームF1、F2、F3、F4、F5、F6の順序で切り替わって表示される。
動画像のデータは、情報量が多いために、符号化が行われて、符号化データとして、記憶媒体に記憶されたり、また、通信サービスに提供される。この符号化の方法としては、フレーム間符号化とフレーム内符号化がある。例として、フレームF1、F3、F4、F6はフレーム間符号化されたフレームである。フレームF2、F5はフレーム内符号化されたフレームである。
シーンチェンジでは、フレーム間で画像内容が大きく切り替わるためにフレーム間での相関が低いことから情報量の削減効果が期待できないことから、フレーム内符号化のフレームが使用される。
リフレッシュは、フレーム間符号化の欠点であるフレーム間のエラー伝播を防ぐために、周期的にフレーム内符号化のフレームが挿入され、それがフレーム間符号化の起点となる。それ以前のフレーム間符号化のフレームは差分参照用としてはクリアされる。また、放送サービスのように、受信側が任意のタイミングで受信開始する場合、フレーム間符号化のフレームから開始しても差分の起点となるフレームが存在しないと復号できないので、フレーム内符号化のフレームを起点として、以降のフレーム間符号化のフレームを復号することができる。地上波デジタル放送において、このリフレッシュの周期は、MPEG−2では、500ミリ秒が推奨されている。H.264では、2秒(1.5〜5秒)が推奨されている。
ム間符号化のフレームの場合は、フレーム間の相関を利用したコンシールメント処理(修
復処理)が行われる。フレーム内符号化のフレームの場合は、フレーム内の近隣の画像の
相関を利用したコンシールメント処理(修復処理)が行われる。
また、動画像伝送装置がある(例えば、特許文献1参照。)。この、動画像伝送装置に
おいては、伝送路誤りで復号不可能となったブロックに適用する動き補償予測の候補をフ
レーム内の隣接するブロックに対応するもののうちから適切に選択している。
[非特許文献1]「Draft ITU-T Recommendation and Final Draft International S
tandard of Joint Video Specification 」、ITU-T Rec.H.264 ISO/IEC 14496-10 AVC、
2003年5月
[特許文献1] 特開平6−311502号公報(第1〜26頁、図1〜図24)
フレームのデータ構成として、各スライスの先頭のスタートコードSCとスライスとから構成される。スライスは、更に、当該スライスの符号化方法を示すスライスヘッダー(符号化識別データ)と、当該スライスの画像符号化データを持つスライスデータとから構成される。スライスデータは、更に、マクロブロックMBの集合により構成される。なお、フレームの表示タイミングは、PTS(Presentation Time Stamp)により行われる。
MPEG−4 Simple Profileの場合は、フレーム間符号化を示すP−VOP(Video Object Plane)、又はフレーム内符号化を示すI−VOPの2種類である。MPEG−4では、送信機側は、このフレーム内符号化を示すI−VOPをシーンチェンジ目的およびリフレッシュ目的の両方で使用するが、受信機側でそれを判別できる符号化識別データ構成にはなっていない。
エラー検出部1は、符号化ストリーム1aにエラーが含まれているかを検出する。符号化種別検出部2は、スライスヘッダー(符号化識別データ)をチェックして、当該スライスの符号化種別を認識する。復号部3は、符号化種別に則り、スライスデータを復号画像バッファ5(DPB:Decoded Picture Buffer)に蓄積されている画像等を参照して復号し、再び復号画像バッファ5に蓄積する。
また、エラーが含まれている場合、コンシールメント部4は、符号化種別に則り、復号画像バッファ5に蓄積されている画像を参照してコンシールメント処理(修復処理)を行い、画像を再生して、再び復号画像バッファ5に蓄積する。
フレームメモリ6は、再生した画像をフレーム単位で記憶する。画像出力部7は、フレーム画像データをコマ送りで連続して表示を行い、使用者はこれを動画像として認識する。
フレームF2は、シーンチェンジ用のI−フレームであり、すなわち、フレームF1とフレームF2とは画像内容が大きく切り替わっており、フレーム間の相関は小さい。従って、フレームF2内のエラーが発生したマクロブロックの近隣のマクロブロックを利用して、エラーが発生したマクロブロックをコンシールメント処理(符合F2a)する。
フレームF4を復号開始する前(タイミングT4)には、フレームF4以前のフレームであるフレームF1〜F3の復号画像データがそれぞれバッファBUF1〜BUF3に記憶されている(B41〜B43)。そして、フレームF4がP−フレーム、つまりフレーム間符号化であることが認識されると、フレームF1〜F3の復号画像データはフレームF4の復号で参照されるべきであるため、「used for short term referenceまたは、used for long term reference」(参照)がフレームF1〜F3の復号画像データと共に記憶される(B41〜B43)。
しかし、本実施例では、フレームF5の直前のフレームF4の復号画像データに対して、フレームF5でエラーが発生した時のコンシールメント処理(修復処理)用に、修復用情報であることを示す「used for IDR concealment」(IDR修復用)を設定する。そして、フレームF4の復号画像データと共に記憶して残しておく(B54)。なお、この「used for IDR concealment」の設定は、直前のフレームF4のピ復号画像データに限らず、復号画像バッファ5に記憶されているフレームならば、いずれのフレームの復号画像データに対して設定してもよい。
しかし、本実施例では、タイミングT5時のB54の情報は「used for IDR concealment」であり、これを、タイミングT6時にはB64の情報「unused for reference」に戻す処理を行う。
フレームの復号を開始するにあたって、まず、当該フレームの符号化種別をチェックする(ステップS1)。これがリフレッシュ用I−フレーム(H.264ではIDR)であれば(図4のF5。タイミングT5)、直前のフレーム(F4)の復号画像データを「used for IDR concealment」(IDR修復用)に設定する(ステップS2。図4のB54)。
そして、「used for short term referenceまたは、used for long term reference」(参照)を持つフレームの復号画像データ(図4のB41、B42、B43)に対しては、「unused for reference」(非参照)を設定して(図4のB51、B52、B53)、非参照(クリア)とする(ステップS3)。
そして、リフレッシュ用I−フレームにエラーがある場合の復号処理において、復号画像バッファ内に「used for IDR concealment」(IDR修復用)の情報を持つ参照フレームがあれば、当該参照フレームを用いて修復処理を行う。エラーがない場合の復号処理においては、I−フレームの復号であるため、前フレームを参照しないので、復号画像バッファ内に「used for IDR concealment」(IDR修復用)の情報を持つ参照フレームが残っていても影響はない。
以上の処理の後、規格に従った処理を行う(ステップS5)。この詳細説明は省略する。
復号修復処理では、マクロブロック単位で、復号化処理を行い(ステップS11)、並行してエラー検出を行う(ステップS12)。エラー無しの場合、復号化処理(ステップS11)を継続し、復号した画像データを復号画像バッファ5に蓄積する。
エラー有りの場合、当該マクロブロックが存在するスライスの符号化識別データをチェックする(ステップS13)。そして、符号化識別データがI−SLICE IDR(図4のタイミングT5)であれば、フレーム内符号化ではあるが、これはリフレッシュ用であるので、前フレームとの相関が強いと判断して、前フレームよりコンシールメント処理を行う(ステップS14)。これは、図4で説明した復号画像バッファ内に「used for IDR concealment」(IDR参照用)の情報を持つ参照フレーム(図4のB54)があれば、当該参照フレームを用いることにより修復処理が行われる。
符号化識別データがI−SLICE Non−IDRであれば(ステップS15でI−SLICE Non−IDR)、これはシーンチェンジ用であるので、前フレームとの相関は弱いため、現フレームよりコンシールメント処理を行う(ステップS16)。
符号化識別データがP−SLICEであれば(ステップS15でP−SLICE)、これはフレーム間符号化用であるので、前フレームとの相関が強いため、前フレームよりコンシールメント処理を行う(ステップS17)。
MPEG−4では、送信(符号化装置)側は、I−VOPについては、リフレッシュ用かシーンチェンジ用かを認識して送信しているが、符号化識別データにこの区別がないため、復号装置側では直接判別することはできない。この判別方法について、以下に説明する。
まず、符号化識別データをチェックして、I−VOPかP−VOPかを判断する。そして、I−VOPであれば、そのI−VOPが属するI−フレームに付随するPTS(Presentation Time Stamp)の間隔を複数回測定する。例えば10回分の平均値を算出し、これがI−フレームの平均的な周期であり、これを記憶する(ステップS21)。I−フレームは、リフレッシュ用とシーンチェンジ用が混在しているが、動画像の特性上、リフレッシュ用の方がシーンチェンジ用に比べると頻度が多い。そのため、例えば10周期の平均値をとれば、周期的に送信されるリフレッシュ用のI−フレームの周期が略、得られる。
これと並行して、通常の復号処理(ステップS22)とエラー検出(ステップS23)を行う。
ステップS24で、P−VOPの場合、これはフレーム間符号化用であるので、前フレームとの相関が強いため、前フレームよりコンシールメント処理を行う(ステップS30)。
2 符号化種別検出部
3 復号部
4 コンシールメント部
5 復号画像バッファ
6 フレームメモリ
7 画像出力部
Claims (6)
- 動画像を構成する複数の画像フレームのうちの少なくとも2つのフレーム間の相関関係を利用して符号化された第1の符号化データ、1つの画像フレームに基づいて符号化され且つ動画像のリフレッシュに用いられる第2の符号化データ、および1つの画像フレームに基づいて符号化され且つシーンチェンジで用いられる第3の符号化データを復号する復号手段と、前記第1乃至第3の符号化データを復号して得られた画像フレーム、およびこの画像フレームに対応付けて前記第1の符号化データを復号するときに参照する画像フレームであるか否かを示す参照または非参照を記憶するメモリを備えた動画像復号装置において、
前記符号化データがエラーを含んでいるかを検出するエラー検出手段と、
前記第2の符号化データを検出すると、前記メモリに記憶されている参照のうち、1つの画像フレームに対応して記憶されている参照を前記第2の符号化データのエラー修復に用いることを示す修復用に、残りの画像フレームに対応して記憶されている参照を非参照に変更する参照情報更新手段と、
前記エラー検出手段が前記第2の符号化データにエラーを検出すると、前記メモリに記憶されている修復用に対応付けられた画像フレームに含まれる画像データを用いて前記第2の符号化データのエラーが検出された位置の画像データを修復し、前記第3の符号化データにエラーを検出すると、この第3の符号化データから復号できた画像データを用いてこの第3の符号化データのエラーが検出された位置の画像データを修復する修復手段と
を具備したことを特徴とする動画像復号装置。 - 動画像を構成する複数の画像フレームのうちの少なくとも2つのフレーム間の相関関係を利用して符号化された第1の符号化データ、1つの画像フレームに基づいて符号化され且つ動画像のリフレッシュに用いられる第2の符号化データ、および1つの画像フレームに基づいて符号化され且つシーンチェンジで用いられる第3の符号化データを復号する復号手段と、前記第1乃至第3の符号化データを復号して得られた画像フレーム、およびこの画像フレームに対応付けて前記第1の符号化データを復号するときに参照する画像フレームであるか否かを示す参照または非参照を記憶するメモリを備えた動画像復号装置において、
前記符号化データがエラーを含んでいるかを検出するエラー検出手段と、
前記第2の符号化データを検出すると、この第2の符号化データの直前に復号されて前記メモリに記憶されている画像フレームに対応して記憶されている参照を前記第2の符号化データのエラー修復に用いることを示す修復用に、残りの画像フレームに対応して記憶されている参照を非参照に変更する参照情報更新手段と、
前記エラー検出手段が前記第2の符号化データにエラーを検出すると、前記メモリに記憶されている修復用に対応付けられた画像フレームに含まれる画像データを用いて前記第2の符号化データのエラーが検出された位置の画像データを修復し、前記第3の符号化データにエラーを検出すると、この第3の符号化データから復号できた画像データを用いてこの第3の符号化データのエラーが検出された位置の画像データを修復する修復手段と
を具備したことを特徴とする動画像復号装置。 - 動画像を構成する複数の画像フレームのうちの少なくとも2つのフレーム間の相関関係を利用して符号化された第1の符号化データ、1つの画像フレームに基づいて符号化され且つ動画像のリフレッシュ及びシーンチェンジで用いられる第2の符号化データを復号する復号手段と、前記第1乃至第2の符号化データを復号して得られた画像フレーム、およびこの画像フレームに対して第1の符号化データを復号するときに参照する画像フレームであるか否かを示す参照または非参照を記憶するメモリを備えた動画像復号装置において、
前記符号化データがエラーを含んでいるかを検出するエラー検出手段と、
前記第2の符号化データの画像フレームの周期を任意の回数測定して平均値を求め、この平均値と略同じ周期の第2の符号化データの画像フレームをリフレッシュ用と判定し、この平均値と略同じでない周期の第2の符号化データの画像フレームをシーンチェンジ用と判定する符号化種別判定手段と、
前記第2の符号化データがリフレッシュ用と判定されると、前記メモリに記憶されている参照のうち、1つの画像フレームに対応して記憶されている参照をこの第2の符号化データのエラー修復に用いることを示す修復用に、残りの画像フレームに対応して記憶されている参照を非参照に変更する参照情報更新手段と、
前記エラー検出手段が前記リフレッシュ用と判定された第2の符号化データにエラーを検出すると、前記メモリに記憶されている修復用に対応付けられた画像フレームに含まれる画像データを用いてこの第2の符号化データのエラーが検出された位置の画像データを修復し、前記シーンチェンジ用と判定された第2の符号化データにエラーを検出すると、この第2の符号化データから復号できた画像データを用いてこの第2の符号化データのエラーが検出された位置の画像データを修復する修復手段と
を具備したことを特徴とする動画像復号装置。 - 前記符号化種別判定手段は、
前記第2の符号化データの画像フレームの周期を任意の回数測定して最多発生の周期を算出し、この最多発生の周期と略同じ周期の第2の符号化データの画像フレームをリフレッシュ用と判定し、この最多発生の周期と略同じでない周期の第2の符号化データの画像フレームをシーンチェンジ用と判定する
ことを特徴とする請求項3に記載の動画像復号装置。 - 動画像を構成する複数の画像フレームのうちの少なくとも2つのフレーム間の相関関係を利用して符号化された第1の符号化データ、1つの画像フレームに基づいて符号化され且つ動画像のリフレッシュに用いられる第2の符号化データ、および1つの画像フレームに基づいて符号化され且つシーンチェンジで用いられる第3の符号化データを復号する復号手段と、前記第1乃至第3の符号化データを復号して得られた画像フレーム、およびこの画像フレームに対して第1の符号化データを復号するときに参照する画像フレームであるか否かを示す参照または非参照を記憶するメモリを備えた動画像復号装置において、
前記符号化データを構成するブロック単位にエラーを含んでいるかを検出するエラー検出手段と、
前記第2の符号化データを検出すると、前記メモリに記憶されている参照のうち、1つの画像フレームに対応して記憶されている参照を前記第2の符号化データのエラー修復に用いることを示す修復用に、残りの画像フレームに対応して記憶されている参照を非参照に変更する参照情報更新手段と、
前記エラー検出手段が前記第2の符号化データを構成するブロックにエラーを検出すると、前記メモリに記憶されている修復用に対応付けられた画像フレームの同一位置のブロックを用いて前記エラーが検出された第2の符号化データのブロックに対応した画像データを修復し、前記第3の符号化データを構成するブロックにエラーを検出すると、この第3の符号化データに含まれるエラーの生じていないブロックから得た画像データを用いて前記エラーが検出された第3の符号化データのブロックに対応する画像データを修復する修復手段と
を具備したことを特徴とする動画像復号装置。 - 動画像を構成する複数の画像フレームのうちの少なくとも2つのフレーム間の相関関係を利用して符号化された第1の符号化データ、1つの画像フレームに基づいて符号化され且つ動画像のリフレッシュに用いられる第2の符号化データ、および1つの画像フレームに基づいて符号化され且つシーンチェンジで用いられる第3の符号化データを復号する復号手段と、前記第1乃至第3の符号化データを復号して得られた画像フレーム、およびこの画像フレームに対して第1の符号化データを復号するときに参照する画像フレームであるか否かを示す参照または非参照を記憶するメモリを備えた動画像復号装置において、
前記符号化データを構成するブロック単位にエラーを含んでいるかを検出するエラー検出手段と、
前記第2の符号化データを検出すると、この第2の符号化データの直前に復号されて前記メモリに記憶されている画像フレームに対応して記憶されている参照を前記第2の符号化データのエラー修復に用いることを示す修復用に、残りの画像フレームに対応して記憶されている参照を非参照に変更する参照情報更新手段と、
前記エラー検出手段が前記第2の符号化データを構成するブロックにエラーを検出すると、前記メモリに記憶されている修復用に対応付けられた画像フレームの同一位置のブロックを用いて前記エラーが検出された第2の符号化データのブロックに対応した画像データを修復し、前記第3の符号化データを構成するブロックにエラーを検出すると、この第3の符号化データに含まれるエラーの生じていないブロックから得た画像データを用いて前記エラーが検出された第3の符号化データのブロックに対応する画像データを修復する修復手段と
を具備したことを特徴とする動画像復号装置。
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