JP5374768B2 - 追加的なネットワーク抽象化層(nal)を用いるマルチメディア・データの保護方法 - Google Patents
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Description
・1Mb/s未満のビット速度を有する、有線又は無線(UMTS等)を通じたリアルタイムの二重通信(duplex)音声サービス(テレビ電話技術)と、
・現状のビデオサービス、又は衛星を経由する高品質ビデオサービス、xDSL、あるいは1〜8Mb/sのビット速度を有するDVDと、
・インターネットのような低いビット速度(<2Mb/s)を有する低品質ビデオと
である。
−それがソース(多重記述による符号化、分配された符号化、「冗長スライス」の使用)のレベルにあるか、ネットワーク(ARQ(自動再送要求)タイプの反復、FEC冗長性の追加)のレベルにあるか、又は無線アクセス(FEC)のレベルにあるかにかかわらず、第二のチャンネル又は第二の流れを介した追加的な冗長性と、
−適合性の問題(稀有であり、むしろ学問的又は理論的作業の中に存在する)を考慮しない、最初の流れへの冗長性の直接的な追加と
に基づく。
・冗長構造としての追加的構造の識別と、
・それに冗長性が関連する初期データ構造の識別と、
・データ伝送に用いられる誤り訂正コード。
・冗長NALとしての構造の識別と、
・それに冗長性が関連する初期データ構造の識別と、
・データ伝送に用いられる誤り訂正コード。
・ユーザーがもはや低い層に依存しないため、それは使用されるビデオ規格及び伝送チェーンの残りに引き続き準拠し続けながら、適用レベル、従ってビデオ符号化装置の出来る限り近くにおける保護を可能にし、
・それは問題のビデオ規格(H.264AVC)との適合性を確保し、
・それは設置の容易さ及び、現行の解決策に関する透明性を備え、
・それはエラーに対する保護の増加を可能にする。
1.初期にパディングのために備えられる、典型的にはタイプ12のNALのような特別な情報のない、又は「ブランク」NALの使用と、
2.冗長性を運ぶ追加的なNALの追加(使用されるエンコーダの情報を含み、ペイロードとして送信器側で生成される冗長性を運ぶ、新たなタイプのNALの導入)。
a)ビットのロス又は消去に対して闘うための、NALごとの冗長性。情報NALはそのとき冗長NALにより保護される。
b)パケットのロスに対して闘うための、NALを横断する冗長性。
H.264/AVCのビットストリームは、フォーマット0x00...0x00 0x01(少なくとも3バイト)を有する開始コードにより分離された、幾つかのネットワーク抽象化層又はNALへと分割される。流れ内の最初の二つのNALは、復号されるべきビデオに対する全体的情報を含み、第一のNALはSPS(シーケンス・パラメータ・セット)であり、第二のNALは画像のパラメータ又は英語の“Picture Parameter Set(画像パラメータ・セット)”に関するPPSである。
本発明のアイデアはとりわけ、それに相関技術が適用されるメッセージの長さを増加させるために、(それらが追加の有用な情報を運ばないという意味で)一つ以上の冗長NALを用いることである。
誤り訂正コードは、例えば記憶の用途(例えばCD−Rom)、又は勿論エラーの傾向がある伝送チャンネルにわたって行なわれる無線伝送の分野といった多くの用途で用いられる技術である。その原理はデータが損なわれたか、失われたビットが存在しているか、あるいはビットの値が変更されているか(0と1の反転又はその逆)どうかを、デコーダが検証出来るようにするであろう冗長性をデータに加えることである。この考えは、デコーディングにおいてエラーのビット及びエラーのパケットの影響を減らすためである。
上記に定められたように、ビデオコーディング層(VCL)とも呼ばれるビデオデータは、ネットワーク抽象化層又はNALを生成するために、NALヘッダによりカプセル化される。このヘッダは通常、以下を含む単一のバイトから成る。
・ゼロに等しくなければならない禁止ビット。
・NALに含まれるVCLに対して情報を与える2ビット。それがゼロに等しい場合、該スライスは基準として使用されないであろう。
・それが含むスライスのタイプ(IDR、データ分割、シーケンス・パラメータ、画像パラメータ・セット)に情報を与える、その上にNALタイプが符号化される5ビット。
RSエンコーダは次に、ビットストリームをKバイトの幾つかのブロックへと分割することにより始めることができる。ビットストリームの長さLがKの倍数ではない場合、最後のブロックはゼロで一杯にされる。これらブロックの各々は次に、ソースブロック及びN−K冗長バイトを生成するRSエンコーダに送られる。これらのバイトは各々の符号化されたブロックに対して記憶され、それらの得られた長さ
幾つかのシミュレーションがリード−ソロモン・コードRS(128,43)、RS(128,64)、RS(128,85)、及びRS(128,120)を用いてなされた。三つの基準ビデオシーケンス(ITU−Tシーケンスの‘Foreman(フォアマン)’、‘Mobile Calendar(モバイル・カレンダー)’、及び‘Akiyo(アキヨ)’)は各シーケンスにつき255のフレームを有する。‘Akiyo’はフレーム間に非常に小さな動きを伴う“head and shoulders(ヘッド・アンド・ショルダーズ(頭と肩))”タイプと呼ばれるビデオであり、一方で‘Mobile Calendar’はオブジェクトのより多くの動きと出現を含む。シーケンス‘Foreman’はその二つの中間である。GOPに対して選ばれるサイズは15フレームであり、最大で5フレームが基準として使用され得る。該ビデオは伝送チャンネル用に固定されたビット速度を得るために符号化された。‘Foreman’及び‘Akiyo’は128kb/sで、‘Mobile Calendar’は256kb/sにおいてである。従って平均の冗長レベルが変化する時、考えられるソースビット速度もまた変化する。符号化のアウトプットが増加する場合、圧縮のアウトプットは減少し、又その逆も生じ、それはエラーのない状態で、高いS/N比(信号対雑音比)において、PSNRの値が同一でないことを説明する。最後に、与えられた結果が三つの異なるタイプのチャンネル−バイナリの対称なチャンネル(BSC)、付加的な白色ガウス雑音(AWGN)チャンネル、及びギルバート(エリオット・チャンネル(Gilbert−Elliot channel)(無線チャンネルをわたるフレームによる伝送を代表する))に関して備えられる。エラー保護コード以外の性能は、場合により仮想的に完全なチャンネル上を除いて、冗長NALの追加で得られるものよりも大幅に低いことが認められる。問題のケースにおいて、少ないノイズを伴うチャンネルのための非常に高いFEC符号化アウトプット(例えばRS(128,120))か、次に少し多いノイズ(BER>10−3)を伴うチャンネルのための平均的なFEC符号化アウトプット(例えばRS(128,85))の使用を、それゆえ推奨することができる。
上記で与えられた例は、ビデオデータNALが冗長NALにより直接保護される場合において詳細に述べられており、前記冗長性はリード−ソロモン・コードにより生成されている。本発明の範囲から逸脱することなく、該方法は他のFECコードの使用に当てはまる。その上、それは導入された冗長性の数量を最適化するため、又は伝送の制約に適合するために、様々なタイプのエラーに対して闘うことを可能にする、他の保護の構想にもまた一般化され得る。
・1 info NAL − 1 redundancy(冗長)NAL(上記で詳細に記述された例)
・1 info NAL − M redundancy(冗長)NALs
この場合は、FFCコードのアウトプットが1/2よりも小さく、それゆえ冗長NALがデータNALの、伝送ネットワークにおいて存在する制約に応じて固定され得るサイズ(例えばIPネットワークをわたる伝送に対するMTU(最大搬送ユニット:Maximum Transfer Unit)サイズ)を超えるとき、サイズの理由のため特に考えられる。この場合、上で説明されたモデルは冗長NALの追加ヘッダ内で、それに冗長性が適用されるビデオNALの数に加え、前記冗長性のシーケンスの数を示す領域を定義することにより、容易に一般化される。
この場合は非常に高いアウトプットの冗長性が使われ、従って冗長NALは次に続く伝送(例えば高い割合のパディングを生じ得るRTPパケット内への配置)に、場合によっては非常にうまく適合しない、非常に小さなサイズを持つであろう時に、とりわけ考慮され得る。この場合、上に説明されたモデルは冗長NALの追加ヘッダにおいて、問題のフレームの番号ではなく、様々な番号及び、連結された冗長性の各々に関するサイズ又は位置の、場合によっては可能性のある情報を示す領域を定義することにより、容易に一般化される。
ブロック符号化の構想と同様に、この場合は冗長性を生成する注意が払われるならば、NAL毎ではなく横断的なやり方で、それがパケットのエラーに対する闘いを可能にする値を有する。この場合、上で説明されたモデルはFECエンコーダの入力の所で、列において読まれるであろうマトリックス内にデータNALを一直線に配置することにより冗長性を生成し、そして次に各冗長NALの追加的なNALヘッダにおいて、デコーディングの逆動作に必要な情報(該マトリックスのサイズ、冗長NALのシーケンスの数、該マトリックスにおけるビデオデータNALのそれぞれの位置(又はサイズ))を定義することにより、一般化され得る。必要であれば、伝送を単純化し冗長NALのヘッダサイズを減少させるため、冗長マトリックスを記述する情報(使用されるFECコード、マトリックスのサイズ、マトリックス内のデータNALの数及び位置、又はサイズ)が、(必要であればCRCにより保護され、及び/又はそのロスに対して闘う目的のために反復される)特定の冗長NALにおいて伝送されることを提案し、そしてそのような冗長データが追加のシーケンス数の情報と共に、上で述べられた従来タイプの冗長NALにおいて伝送されるのを提案することが又可能である。
・マトリックスの最上部、すなわち各々に対する、スタート−NALの行+列アドレスにおける、N個のビデオデータNALの位置決めと、
・当然N(マトリックス内におけるデータNALの位置の数)の値及びM(冗長数のカウンター)の値の情報を伴う、マトリックスの最下部マトリックス(又は実際に、ユーザーが行の最初にそのような整列したNALを作り出すため、自分自身を制約する場合は、各冗長NALに対する行アドレス)における、M個の冗長NALの位置決め。
・失われたパケットのサイズ及び失われたワードの正確な位置が、単に様々なNALのアドレスの差によって、そこで完全に知られるため、(例えばサブタイプ01と呼ばれる)M個の冗長NALの各々に、パケットのロスを非常に容易に処理することを可能にする、マトリックスを記述する完全な情報を配置すること、
・又は、例えば信号DATAのグループを、冗長ワードを含まないであろう(例えばサブタイプ00と呼ばれる)第一のNALに配置し、次に冗長信号自体及び符号化パラメータの反復を供給する冗長性を含む、(例えばサブタイプ10と呼ばれる)各NALに配置することにより、使用されるビットに関して非常に正確にマトリックス記述情報を分配すること。
Claims (11)
- 伝送される情報構造が、使用されるデータのカプセル化構造、情報を搬送する新たな構造を作り出すための基礎として役立ち得る構造の形である、伝送システムにおけるデータの保護方法において、
同期化がそこにおいて生じる長さを増加させるために、その内容及び流れの中での位置がデコーダに知られている、少なくとも一つの追加的な冗長NALであって、
追加的な冗長NALが、冗長NALフォーマットの冗長NALヘッダと、データストリームを分割して得られるブロックから、冗長NALヘッダに定められたフォーマットに応じて生成された冗長性を含み、この冗長NALをユーザーがデータストリームに加えるステップを含むことを特徴とする方法。 - データストリームを分割して得られるブロックを、冗長性から分離されるブロックに連結して訂正し、訂正されたデータストリームを再構成するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載のデータの保護方法。
- データの保護方法であって、
冗長NALが誤り訂正情報を搬送し、
冗長NALが、
冗長性、及び、
・冗長構造としての構造の識別と、
・それに冗長性が関連する初期データ構造の識別と、
・データ伝送に用いられる誤り訂正コードと
のために必要な情報を含む、少なくとも一つのそのような追加的構造
を含むことを特徴とする、請求項1または2に記載のデータの保護方法。 - データの保護方法であって、
該データがH.264規格により符号化されたマルチメディア・データであり、該データがネットワーク抽象化層又はNALタイプの構造においてカプセル化され、ユーザーが、
・冗長NALとしての構造の識別と、
・それに冗長性が関連する初期データ構造の識別と、
・データ伝送に用いられる誤り訂正コードと
のために必要な情報を含む少なくとも一つの冗長NALを挿入することを特徴とする、請求項3に記載のデータの保護方法。 - 冗長NALが初期の圧縮符号化演算の間に加えられることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- 伝送されるべきデータがコード変換器に入るときに冗長NALが加えられることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- 冗長NALが(ビデオデータの)情報のNALの前に置かれ、冗長NALのヘッダが、使用される誤り訂正コードを示す領域を備えることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- ユーザーが冗長NALのヘッダ内に、冗長性が適用されるビデオNALの番号を示す領域を含むことを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- ユーザーが冗長NALのヘッダに、冗長性NALが適用される様々なNAL番号を示す領域を加えることを特徴とする、請求項4に記載の方法。
- リード−ソロモン・コードが誤り訂正コードとして使用されることを特徴とする、請求項4〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 伝送される情報構造が、使用されるデータのカプセル化構造の形態である、伝送システムにおけるデータ保護用の装置であって、構造が同期化情報を搬送する新たな構造を作り出すための基礎として用いられることができる装置において、請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法のステップを実行するために適したプロセッサを含む、少なくとも一つのエンコーダを備えることを特徴とする装置。
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Frescura et al. | Backward-compatible interleaving technique for robust JPEG2000 wireless transmission |
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