KR100762812B1 - 비디오 에러 은닉 방법 - Google Patents

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Abstract

전송 에러의 결과로서 손실된 비디오 정보를 재구성하는 시스템 및 방법이 여기에 개시되어 있다. 상기 시스템 및 방법은 (1) 비트 속도 및/또는 패킷 속도를 변경시키는 단계; (2) 중복 정보를 상기 비디오 비트스트림내에 삽입하는 단계; (3) 주기적으로 비디오의 특정 영역의 자동 리프레쉬를 제공하는 단계; 및 (4) 손실된 패킷의 효과를 공간적으로 퍼뜨리도록, 전송을 위해 디버시티 그룹내로, 코딩된 매크로블록을 인터리빙하는 단계;를 포함하는 4개의 태양을 갖고 있다. 그리하여, 이미지 재구성은 전송 손실의 존재시에 강화된 결과를 제공하기 위해 이러한 3개의 태양을 이용할 수 있다.
에러 은닉, 비디오 비트스트림, 전송 에러, 매크로블록, 자동 리프레쉬, 손실된 패킷, 디버시티 그룹

Description

비디오 에러 은닉 방법{VIDEO ERROR CONCEALMENT METHOD}
도 1a-c는 둘러싸인 매크로블록을 참조하여 손실된 매크로블록의 운동 벡터를 추정하는 기술을 도시하는 도면,
도 2a-b는 논-오버래핑된 인터 맵(도 2a) 및 오버래핑된 인터 맵(도 2b)을 포함하는 패킷의 내용을 도시하는 도면, 및
도 3a-b는 모션 웨이크 및 모션 웨이크 식별 알고리즘을 도시하는 도면.
1. 본 발명의 분야
본 발명은 일반적으로 비디오 통신에 관한 것이고 보다 상세하게는 비디오 비트스트림내의 에러를 검출하고 은닉하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 여기의 개념이 일반적으로 임의의 디지털 인코딩되는 비디오 스트림에 적용가능하지만, 화상회의에 대하여 기술되어 있고 특히 화상회의에 적용가능하다.
2. 관련 분야의 설명
비디오 이미지의 디지털화는 점차 중요해지고 있다. 글로벌 통신(예를 들어, 화상회의)에 사용되는 것 이외에, 디지털 비디오 레코딩을 위한 비디오 이미지 의 디지털화는 역시 점차 보편화되고 있다. 이러한 애플리케이션의 각각에서, 비디오 정보는 전화선, ISDN, DSL, 및 무선 주파수와 같은 통신 링크를 통해 전송되거나 DVDs 및 SVCDs와 같은 다양한 미디어 디바이스에 저장된다. 많은 경우에, 전송 및/또는 저장은 에러가 비디오 비트스트림내에 유입되는 것에 취약하다.
비디오 데이터의 효율적인 전송, 수신 및/또는 저장은 보통 비디오 데이터를 인코딩하고 압축하는 단계를 필요로 한다. 소스 비디오 신호를 인코딩하고 압축하는 복수의 접근법 및 스탠더드가 존재한다. 일부 스탠더드는 비디오 화상 애플리케이션내에 확장되어 사용되는 ITU-T 권고 H.261, H.263, 및 H.264와 같은 특정 애플리케이션을 위해 설계되어 있다. 또한, 동화전문가그룹(MPEG-2, MPEG-4)에 의해 발표된 스탠더드는 가전 및 다른 애플리케이션에 보편적으로 적용되어 왔다. 이러한 스탠더드의 각각은 온전히 언급되어 통합되어 있다.
임의의 경우에, 디지털 이미지는 개별 픽셀의 장방형 어레이로 구성되어 있다. 보통, 전체 이미지는 한번에 처리되지 않고 개별적으로 처리되는 블록으로 분할되어 있다. 각각의 블록은 소정의 수의 루미넌스 또는 루마 픽셀(일반적으로 픽셀의 휘도를 한정한다) 및 소정의 수의 크로미넌스 또는 크로마 픽셀(일반적으로 픽셀의 컬러를 한정한다)의 장방형 그리드를 포함하고 있다. 소정의 수의 블록은 대부분의 상황에서 처리되는 기본 단위를 형성하는 매크로블록으로 조합된다. 이러한 처리 유닛의 계층의 일부 태양이 아래에 설명되어 있지만, 처리를 위한 이미지의 블록에 기초한 처리를 위한 방법 및 기술은 일반적으로 당업분야에서 일반적으로 알려져 있고 따라서 여기에서 상세하게 반복하지 않는다.
이미지 데이터의 매크로블록은 2개의 기본 기술중 하나로 인코딩될 수 있다. 예를 들어, 이전의 프레임으로부터 상응하는 매크로블록과 같은, 이력 데이터를 참조함 없이 오리지널 매크로블록이 인코딩되는, "인트라" 코딩이 사용될 수 있다. 대안으로, 이전의 프레임으로부터 상응하는 매크로블록과 같은, 데이터의 기준 매크로블록과 상기 매크로블록 사이의 차이에 대하여 이미지 데이터의 매크로블록이 인코딩되는 "인터" 코딩이 사용될 수 있다. 이러한 2개의 기본적인 스킴에 대한 많은 변화는 당업자에게 알려져 있고, 따라서 여기에서 상세하게 설명하지 않는다. 데이터의 매크로블록을 기술하기 위해 가장 적은 수의 비트를 요구하는 인코딩 기술을 선택하는 것이 일반적으로 바람직하다. 인트라 코딩은 보통 블록을 나타내기 위해 보다 많은 비트를 필요로 하고, 따라서, 인터 코딩이 일반적으로 선호된다.
화상회의 "호출"은 2개의 기술중 하나를 사용하여 이루어진다. 전통적으로 회로 교환망(예를 들어, ISDN 전화선)이 사용되었다. 보통, 이러한 호출은 국제 전기 통신 연합(ITU) 권고 H.320, "Narrow-Band Visual Telephone Systems And Terminal Equipment"에 따라 이루어진다. 보다 최근에, 인터넷과 같은 패킷 교환망이 화상회의를 위해 보다 광범위하게 사용되게 되었다. 다양한 패킷 교환 멀티미디어 통신 프로토콜이 존재하는데, 그중 한 예는 ITU 권고 H.323, "Packet-based Multimedia Communications Systems"이다. 이러한 권고의 각각은 여기에 언급되어 통합되어 있다. 여기의 설명이 이러한 2개의 프로토콜중 하나의 콘텍스트에서 설명되어 있지만, 본 발명이 이러한 프로토콜에만 제한되지 않는다는 것에 주목해야 한다.
비디오 비트스트림은 자주, 양 네트워크 기술을 통하여 병행되어 전송된다. 예를 들어, H.320/H.323 게이트웨이는 비디오 호출이 2개의 구내 통신망을 연결할 수 있도록 하기 위해 사용될 수 있다. 또 다른 일반적인 예는 MCU로의 일부 접속이 H.323을 사용할 수도 있고 다른 것들은 H,320을 사용할 수 있는 멀티포인트 호출이다. 비디오 트랜스코더는 선택적으로 H.323/H.320 프로토콜 컨버젼에 배치된다. 그러나, 비디오 트랜스코더는 비용이 비싸고, 호출에 지연을 더한다. 따라서, 이러한 트랜스코딩 없이 프로토콜을 전환시키는 것이 유리하다.
어느 하나의 기술을 사용하여 전송된 비디오 호출은 많은 경우에 전송시 에러에 취약하다. 패킷 스위칭된 네트워크가 전송을 위해 사용도리 때, 전송 에러는 하나 이상의 패킷이 손실되도록 한다. (RTP와 같은) 패킷 스위칭된 네트워크 프로토콜에 의해 수신기는 하나 이상의 패킷이 손실되었는지를 검출할 수 있다. ISDN과 같은 회로 스위칭된 네트워크가 H.320의 전송을 위해 사용될 때, 전송 에러에 의해 비트스크림내의 하나 이상의 에러 비트가 발생된다. BCH 코드가 일부 에러 보정을 위해 사용되지만, 에러 버스트는 자주 보정하기에는 너무 많은 에러를 포함한다.
이러한 전송 에러에 의해 디코더는 자주 동기화를 상실한다. 이러한 경우에, (보정되어 수신되었음에도 불구하고) 상기 에러 바로 다음의 비트는 동기화가 재달성될 때까지 폐기되어야 한다. 예를 들어, RFC 2429를 사용하여 패킷화된 H.263 비디오 스트림을 가진 패킷이 손실된다면, 이어서 수신된 패킷은 GOB(블록의 그룹) 헤더 또는 PSC(픽쳐 스타트 코드)가 발견될 때까지 폐기된다. 마찬가지로, H.263 비디오가 H.320(회선 교환) 접속에 의해 전송될 때, 전송 에러후에 그리고 그다음의 GOB 헤더 또는 PSC 이전에 수신된 비트는 폐기된다.
전통적으로, 디코더가 비트 스트림 에러를 검출할 때, 디코더는 2개의 옵션을 가지고 있다. 제1 옵션은 디스플레이를 동결하고 전송기로부터 고속 갱신을 요청하는 것이다. 전송기는 이러한 요청에 대해 인트라 프레임을 전송한다. 수신기의 디스플레이는 인트라 프레임이 수신될 때까지 동결된 상태로 남는다. 이러한 동결된 비디오의 시간은 사용자 경험에 달려 있다. 제2 옵션은 고속 갱신을 요청하지만 에러를 가졌던 프레임을 계속 디스플레이하는 것이다. 요청된 인트라 프레임이 도착할 때까지, 밝은 컬러 블록, 블랙 블록, 또는 스크램블링된 이미지등의 결함이 존재한다. 이러한 결합은 보통 동결된 디스플레이보다 사용자 경험에 보다 더 혼돈을 주기 때문에, 화상회의 분야에서는 일반적으로, 제1 옵션을 선택함으로써, 즉, 디스플레이를 동결시킴으로써 에러를 숨겼다.
그러나, 여기에 언급된 2개의 옵션중 어느 것도 바람직하지 않다. 따라서, 당업분야에서 필요한 것은 사용자 경험에 보다 덜 혼돈을 주는 비디오 전송에 있어서 에러를 은닉하는 대안의 기술이다. 바람직한 기술은 디코더가 전송 손실(예를 들어, 패킷 손실)에 의해 손실되거나 오염된 데이터를 재구성하는 것이다. 이를 위하여, 특정 정보가 중복 전송되거나 블록이 미싱 데이터가 보간법에 의해 재구성될 수 있도록 배열된다면 도움이 된다. 본 발명은 이러한 시스템을 목표로 하고 있다. 화상회의 시스템에 대하여 설명되었지만, 여기에 설명된 개념은 임의의 코딩 및 디코딩 애플리케이션에 동일하게 채택될 수 있다.
발명의 요약
여기에 전송 에러의 결과로서 손실된 비디오 정보를 재구성하기 위한 시스템 및 방법이 개시되어 있다. 이 시스템 및 방법은, (1) 비트 및/또는 패킷 속도를 변경시키는 단계; (2) 비디오 비트스트림내에 중복 정보를 삽입시키는 단계; (3) 주기적으로 비디오의 특정 영역의 자동 리프레쉬를 제공하는 단계; 및 (4) 손실된 패킷의 효과를 공간적으로 퍼뜨리기 위해 전송에 대한 디버시티(diversity) 그룹으로, 코딩된 매크로블록을 인터리빙하는 단계를 포함하는 4개의 태양을 포함한다. 그후에, 이미지 재구성은 전송 손실시 강화된 결과를 제공하기 위해 이러한 3개의 태양을 사용할 수 있다
본 발명의 상세한 설명
상술된 바와 같이, 비디오 스트림으로부터 손실된 정보를 재구성하는 방법을 제공하는 것이 바람직하다. 일 태양에서, 본원은 다음의 엘리먼트중 하나 이상을 포함하는 에러 보정 기술에 관한 것이다:
- 비트 속도 및/또는 패킷 속도를 변경시키는 단계,
- 비디오 비트스트림내에 보충 (중복) 정보를 삽입하는 단계,
- 비디오 인코더에 자동 리프레쉬 메커니즘 및 웨이크 디텍션을 제공하는 단계,
- 전송 전에 디버시티 그룹내에 코딩된 매크로블록을 인터리빙하는 단계.
이러한 4개의 엘리먼트는 효과적인 에러 은닉 및 복구를 위해 다양한 방법으로 조합될 수 있다. 또한, 이러한 엘리먼트는 전용되거나 공유된 범용 하드에어, 소프트웨어 및 펌웨어의 다양한 조합을 포함하는 다양한 형태를 취할 수 있는 비디오 인코더 및 디코더에서 보통 구현된다. 또한, 다양한 엘리먼트가 범용 및 전용 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어의 다양한 조합으로부터 구성될 수 있는, 게이트웨이, 멀티포인트 컨트롤 유닛(MCUs) 등과 같은 비디오 서버 디바이스와 함께 구현되거나, 수정되거나, 대화할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 수신기는 네트워크 품질을 모니터링하고 센더를 요청하여 엘리먼트의 특정 조합을 제공한다. 이 센더는 다른 팩터를 고려할 수 있다(예를 들어, 동일한 스트림을 수신하고 있는 다른 디바이스로부터의 요청 또는 (중간 게이트웨이 또는 MCU의 경우에) 그 응답시 실제 센더의 용량). 당업분야에서 주지된 바와 같이, 다른 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 적합한 은닉 모드에서 센더에 선험적 또는 대역외 정보가 제공될 수 있다. 또는 센더는 적합한 모드를 선택하기 위해 사용하는 (예를 들어, RTCP로부터) 네트워크 품질 통계값을 수신할 수 있다.
본 발명의 또 다른 태양은 에러의 정도를 최소화하는 것에 관한 것이다. 상술된 바와 같이, 전송 에러와 이어지는 동기화 헤더(예를 들어, GOB 헤더 또는 PSC) 사이에 전송된 비트는 이들이 정확하게 수신되었다 할지라도 폐기되어야 한다. 바람직한 실시예에서, 각각의 전송된 패킷은 동기화 헤더와 함께 개시한다. 이로인해 재동기화로 인해, 정확하게 수신된 패킷을 폐기해야 할 필요가 없게 된다. 마찬가지로, H.320 프로토콜로부터 H.323 프로토콜로 전환하는 경우에, 게이트웨이 또는 MCU는 수신된 동기화 헤더에 시작하기 위해 각각의 패킷을 맞춘다. 이상적으로, 각 패킷은 (패킷 스타트시 초기 것 이외의) 다른 내장된 동기화 헤더를 포함하지 않는다. 패킷을 동기화 헤더에 맞춤으로써 에러 전파 정도를 최소화할 수 있고, 비디오 트랜스코딩의 필요 없이 프로토콜 전환 디바이스내에 구현될 수 있다.
비트 속도 및/또는 패킷 속도 변경
전송 에러, 특히 손실된 패킷 또는 손실된 비트에 의해 야기된 전송 에러를 처리하는 첫번째 방법은 비트 속도 및/또는 패킷 속도를 감소시키는 것이다. 어떤 경우에, 손실된 패킷은 주어진 네트워크 엘리먼트가 패킷을 수신할 수 있는 것보다 빨리 패킷을 전송하는데 일부 기인할 수 있다. 다른 경우에, 패킷 오버헤드는 네트워크 혼잡을 악화시킬 수도 있다. 이러한 경우중 어느 하나에서, 패킷 속도를 감소시킴으로써 에러율을 감소시킬 수 있을 것이다. 출력 패킷 속도가 특히 낮은 비트속도에서 프레임 속도에 부분적으로 종속되어 있다는 것에 주목해야 한다.
또한, 다양한 다른 에러 은닉 기술은 비트속도 및/또는 패킷 속도를 증가시키고, 그래서 에러가 네트워크 혼잡의 결과로서 발생되고 있다면, 여기에 기술된 다른 에러 기술을 사용함으로써 은닉되거나 보정된 것보다 많은 에러를 실제로 유발시킬 수 있다. 따라서, 추가 에러 은닉 기술에 의해 유발된 증가된 비트속도 및/또는 패킷속도를 대략 오프셋하는 양만큼 비트속도 및/또는 패킷속도를 감소시키 는 것이 바람직하다.
비디오 비트스트림내에 보충(중복) 정보 삽입하기
여기에 기술된 에러 보정 기술의 한 엘리먼트는 비디오 비트스트림내에 중복 정보를 삽입하는 것이다. 이러한 중복 정보는 일부 정보가 전송기와 수신기 사이의 패킷 손실의 결과로서 손실되더라도 수신기(엔드포인트 또는 게이트웨이 또는 MCU)가 이미지를 재구성할 것을 보장한다. 비트스트림내에 삽입된 주옥 정보는 어떻게 비디오 프레임내의 각각의 매크로블록이 코딩되었는지의 "맵" (즉, 인터 또는 인트라) 및 운동 벡터 필드(즉, 각 인터 코딩된 블록에 대한 운동 벡터)를 포함한다. 이러한 정보는 일반적으로 당업자에게 분명한 다양한 방법으로 비디오 비트스트림내에 인코딩될 수 있다. 그러나 인코딩된 이러한 중복 정보는 다음의 프로시져에 따른 패킷 손실의 결과로서의 미싱 데이터를 수신기가 재구성하는데 충분하다.
일실시예에서, 중복 정보는 완전한 비디오 인코딩 또는 디코딩을 요구함 없이 게이트웨이 또는 MCU에 의해 삽입되거나 제거될 수 있다. 이러한 정보는 동기화 헤더 근방에 배치되어 비트스트림 심볼의 일부만을 디코딩함으로써 제거가 이루어질 수 있다. 정보는 바이트-정렬되어 그 제거를 단순화한다. 중복 정보를 삽입하기 위해, 비트스트림내의 심볼의 대부분은 중복 정보를 추출하기 위해 디코딩될 필요가 있다. 그러나, 이미지내의 화소는 디코딩될 필요가 없고, 이는 상당한 계산 리소스를 절약하고 지연을 감소시킨다.
비트스트림내로의 중복 정보의 제거/삽입을 촉진시킴으로써, 여기에 기술된 기술은 예를 들어, 에러가 발생하고 있는 네트워크 링크에만 이러한 정보를 더하기 위해, 중복 정보를 선택적으로 MCU (또는 게이트웨이)가 추가할 수 있도록 한다. 이러한 동작 모드에서, MCU는 비트스트림내의 손실된 정보를 재구성하기 위해 중복 정보를 사용한다. 예를 들어, 중복 운동 벡터는 비트스트림의 스탠더드-컴플라이언트 부분내로 손실된 인터-코딩된 블록을 재삽입하도록 사용될 수 있다. 상술된 바와 같이, 이러한 수리는 트랜스코딩 없이 달성될 수 있다.
또한, (H.263과 같은) 스탠더드 비트스트림만을 수신할 수 있는 엔드포인트가 여기에 기술된 다양한 하나 이상의 에러 은닉 기술사용하는 컨퍼런스에 포함될 수 있다. MCU 와 이러한 엔드포인트 사이의 링크가 이러한 중복 정보를 운반할 수 없지만, 중복 보충 정보를 전송하는 엔드포인트로부터 수신된 비트스트림 에러를 MCU가 수리하고 있기 때문에 모든 다른 엔드포인트가 이 발명으로부터 유익을 얻을 수 있다.
인터 매크로블록 맵이 손실된 매크로블록이 인트라 코딩되지 않았다는 것을 지시한다면, (즉, 인터 코딩되었다면), 디코더(즉, 수신기; 엔드포인트, 게이트웨이, 또는 MCU중 어느 하나)는 아무런 코딩된 계수 없이 모션 보상된 인터 블록으로서 손실된 매크로블록을 재구성한다. 렌더링된 픽쳐 및 디코더 레퍼런스 프레임 모두는 이러한 재구성된 블록을 사용하여 갱신된다. 확장된 인터 맵(즉, 운동 벡터를 포함하는 것)이 수신된다면, 이 인터 맵으로부터의 중복 운동 벡터 데이터는 재구성된 블록을 위해 사용된다. 대안으로, 인터 맵이 손실되었다면, 또는 인터 맵이 중복 운동 벡터 정보를 포함하지 않는다면, 재구성된 블록에 대한 인터 맵의 운동 벡터의 추정값이 이웃하는 블록의 운동 벡터를 검사함으로써 계산된다.
일실시예에서, 추정된 운동 벡터는 3개의 이웃하는 매크로블록의 운동 벡터(a,b,c로 표시됨)의 중간값으로서 계산될 수 있다. 구체적으로, 손실된 매크로블록(m)에 대한 운동 벡터는 (x,y)로 계산되는데, 여기에서, x=중간값(ax,bx,cx)이고, ax,bx,cx는 매크로블록의 운동 벡터(a,b,c)의 x성분이다. 마찬가지로, y=중간값(ay,by,cy)이고, ay,by,cy는 매크로블록의 운동 벡터(a,b,c)의 y성분이다. 재구성된 매크로블록의 다양한 배열 및 이 재구성된 매크로블록에 대한 운동 벡터를 계산하는데 사용된 이웃하는 매크로블록은 도 1a-도 1c에 도시되어 있다. 예를 들어, 대부분의 매크로블록에 대하여, 도 1a의 배열은 적합할 것이다. 블록이 탑 픽쳐 에지상에 있다면, 도 1a의 반사가 도 1b에 도시된 바와 같이 사용된다. 재구성된 블록이 이미지의 코넝 있다면, 오직 3개의 인접한 블록만이 도 1c에 도시된 바와 같이 사용된다. 또한, 픽쳐 에지에서 운동 벡터를 재구성하기 위하여 다음의 경계 조건이 적용된다:
(a) 픽쳐의 좌측 에지에서
x<0이면 x=0;
(b) 픽쳐의 우측 에지에서
x>0이면 x=0;
(c) 픽쳐의 상부 에지에서
y>0이면, y=0;
(d) 픽쳐의 바닥 에지에서
y<0이면 y=0.
손실된 매크로블록이 인트라 코딩된 매트로블록이라면, 그것은 인터리빙(아래에 설명됨)이 턴온되어 있을 경우에만 재구성된다. 그러나, 손실된 인트라 매크로블록이 픽쳐의 에지에 있다면 인터리빙이 온되어 있는지 여부에 관계없이 재구성되지 않는다면 것에 주목해야 한다. 인터리빙이 온되어 있지 않다면, 미싱 매크로블록은 그것이 비디오 인코딩 알고리즘이 사용되는지에 따라 코딩되지 않은 것처럼 처리된다. 블록이 재구성되어 있다면, 렌더링된 픽쳐 및 디코더 레퍼런스 프레임 모두 이러한 재구성된 블록을 사용하여 갱신된다.
인트라 매크로블록이 재구성될 것이라면, 손실된 인트라 매트라블록의 내용의 추정값은 인접하는 매크로블록의 공간 보간으로부터 발생된다. 바람직한 보간방법은 다양한 내상이 사용될 수도 있겠지만 양선형 보간이다.
구체적으로, 매크로블록의 상부 좌측 코너의 8×8 루미넌스 블록에 대하여, 바로 위의 매크로블록의 픽셀의 마지막 행으로부터의 8개의 픽셀 및 매크로블록의 최우측 열로부터 좌측으로 8개의 픽셀이, 손실된 매크로블록과 연관된 픽셀 값을 새성하기 위해 2차원 양선형 보간된다. 마찬가지로, 상부 우측 코너의 8x8 블록에 대하여, 바로 위 매크로블록의 픽셀의 마지막 행으로부터 8개의 팩셀 및 매크로블록의 최좌측으로부터 우측으로 8개의 픽셀이 2차원 양선형 보간된다. 나머지 블록은 유사한 방법으로 처리된다. 각각의 크로마 블록에 대하여, 바로 위의 매크로블록의 마지막 행으로부터 8개의 픽셀 및 매크로블록의 최우측 열로부터 좌측으로 8 개의 픽셀이 2차원 양선형 보간된다.
적당한 패킷 손실율에서조차, 동일한 패킷에 대한 주요 비디오 및 중복 맵/운동 벡터 정보 모두가 손실되는 것이 가능하다. 예를 들어, 패킷 손실율이 1/6이라면, 픽쳐 정보의 양 소스를 손실한 나머지는 1/36이다. 초당 30 프레임의 비디오 호출에서, 이것은 초당 대략 한번 발생할 것이다. 중복 데이터를 오버래핑함으로써 실질적으로 이러한 나머지를 줄일 수 있다.
오버랩이 사용되지 않을 때, 각 프레임내의 제1 패킷은 아무런 인터 맵 또는 운동 벡터 정보를 홀딩하지 않는다. 프레임내의 각 연속 패킷은 이전의 패킷에 대한 인터 맵 및 운동 벡터 정보를 홀딩한다. 최종 비디오 패킷에 이어, 최종 비디오 패킷으로부터의 맵 정보를 홀딩하는 맵 종료 패킷이 전송된다. 예를 들어, 6의 디버시티 넘버를 가진 CIF 프레임을 고려해보자. 각 프레임은 도 2a에 도시된 바와 같은 맵 엘리먼트와 함께, 적어도 7개의 패킷을 가질 것이다.
오버래핑이 사용될 때, 중복 정보는 한번보다 많이 전송된다. 구체적으로, 각 맵 엔트리는 복수번 전송된다. n의 오버랩에 대하여, 각 패킷은 이전의 n+1 패킷에 대하여 맵 정보를 홀딩한다. n+1 보다 적은 패킷이 전송되었다면, (매트로블록 0으로부터 시작하는) 전체 맵이 전송된다. 최종 비디오 패킷이 전송된 후에, 복수의 맵 종료 엔트리가 프레임내의 모든 패킷에 대하여 요구되는 중복성을 얻기 위해 전송된다. 오버랩이 3으로 설정되면, 각각의 프레임은 도 2b에 도시된 바와 같은 맵 엘리먼트와 함께, 전송할 10개의 패킷을 필요로 할 것이다.
일예로서, 오버랩이 2로 설정되어 있다면, 운동 벡터는 (매트로블록 자체에 더하여) 각 매크로블록에 대하여 3회 전송된다. 이러한 전송은 별개의 패킷에 의한다. 따라서, 매크로블록에 대한 운동 벡터는 매크로블록을 포함하는 패킷에 이은 다음 3개의 패킷의 각각에 전송될 것이다. 상기 예에서, 1/6의 패킷 손실율과 초당 30 프레임의 프레임 속도에 있어서, 맵 및 매크로블록 모두를 손실한 나머지는 1/1296 또는 대략 매 40초로 감소된다. 그러나, 운동 벡터를 복수회 전송하는 것은 비트 속도 오버헤드에 상당한 더해지기 때문에 오버랩은 보다 높은 비트 속도에서 대부분 유익하다. 인터리브(아래에 설명됨)가 사용되고 있다면, 오버랩은 디버시티 그룹의 수를 초과할 수 없다. 인터리브가 사용되고 있지 않다면, 오버랩은 이미지내의 GOB의 수를 초과할 수 없다.
자동 리프레쉬 메커니즘 및 웨이크 검출
여기에 기술된 에러 은닉 기술의 두번째 주요 엘리먼트는 리프레쉬 메커니즘 및/또는 웨이크 검출 알고리즘이다. 리프레쉬 메커니즘은 패킷 손실으로부터 유발되는 레지듀얼 인코더/디코더 레퍼런스 프레임 부정합을 깨끗이하는데 사용되어야 한다. 이 리프레쉬 메커니즘은 결정적 패턴내의 이미지내의 매크로블록을 인트라-코딩한다. 이것은 특이 이동 에어리어에서의 에러의 전파를 제한한다. 임의의 리프레쉬 패턴이 특정 속도에서 이미지내의 각각의 매크로블록을 유기적으로 리프레쉬하는한 사용될 수 있다. 하나의 적합한 리프레쉬 메커니즘은 다음과 같이 동작하는 워크 어라운드 리프레쉬이다. 워크-어라운드 인터벌(w)은 인트라-코딩된 블록 사이의 간격을 특정한다. 따라서, 모든 w th 매크로블록은 (스타팅 블록(s)으로 부터 시작하는) 인트라로서 코딩된다. 스타팅 블록(s)은 (l + w) mod b로서 다음 픽쳐에 대하여 재설정되는데, 여기에서 l은 이러한 픽쳐내에서 리프레슁되는 마지막 블록이고, b는 이 픽쳐내의 블록의 수이다. ("Mod"는 물론, 모듈로 또는 모듈로 함수이다.)
이 픽쳐내의 아무런 블록도 스킵핑되지 않도록 w를 선택하는데 주의를 해야한다. 또한, 디버시티 그룹에 걸쳐서 프레임내의 인트라-코딩된 블록을 골고루 퍼뜨리기 위해 w는 복수의 디버시티 넘버(아래에 설명됨)가 아니어야 함이 제안되어 있다. w가 이러한 제약을 충족시키는 것을 보장하는 단순한 방법은 w를 디버시티 넘버의 팩터가 아닌 소수로 하는 것이다.
웨이크 검출 알고리즘이 또한 포함될 수 있다. 비디오를 코딩할 때, 이동 오브젝트 m이 배경의 일부를 드러낸 비디오 프레임내의 영역이 자주 존재한다. 이러한 배경 영역 w은 모션 웨이크 또는 보다 간단하게 웨이크라고 불리고, 도 3a에 도시되어 있다. 에러 은닉을 실행할 때, 모션 웨이크내에서 발생하는 모션 예측 에러는 분간하기 어려운 경향이 있는데, 이것은 혼란스러운 시각적 결함을 유발한다. 모션 웨이크내의 매크로블록을 인코딩하면 이러한 결함을 줄일 수 있다. 또한, 픽쳐의 이동 에어리어 주변에서 배경을 샤프한 상태로 유지하기 위해, 웨이크내의 코딩 임계값 및 양자화 파라미터를 감소시키는 것이 바람직하다.
모션 웨이크를 검출하는 한가지 기술은 다음과 같다: 아무런 모션도 보이지 않는 주어진 매크로블록에 대하여, 인접한 매크로블록의 운동 벡터가 체크된다. 4개의 테스트가 실행되는데, 각각은 좌측, 우측, 상부, 또는 하부 모션중 하나를 체 크한다. 이러한 테스트중 어느 하나가 트루라면, 매크로블록은 모션 웨이크내에 있는 것으로 식별되고, 인트라 코딩되어야 한다. 도 3b는 좌측에 대한 테스트를 도시한다(다른 방향에 대한 테스트 역시 유사하고, 그래서 상세하게 설명하지 않는다). 매크로블록 m의 3개의 좌측 네이버(도 3b에서 "a"로 라벨 붙여짐)는 좌측에 있어서의 모션을 도시하고 매크로블록 "m"이 거의 또는 아무런 연관된 모션을 가지고 있지 않다면 매크로블록 m은 모션 웨이크내에 있다고 말할 수 있다. 보다 구체적으로, 아무런 모션도 명시하지 않는 조건은 ｜MVx｜< 2 및 ｜MVy｜< 2로 쓸 수 있는데, 여기에서 MVx 및 MVy는 매크로블록 "m"의 x 및 y 운동 벡터 성분이다.
인터리브 / 디버시티 그룹
여기에 기술된 에러 보정 기술의 제3 엘리먼트는 인터리빙된 매크로블록, 아카 디버시티 그룹을 사용하는 것이다. 보통, H.263에서, 매크로블록은 래스터 주사 순서로 전송된다. 예를 들어, CIF 픽쳐에서, 0(좌상부)ㄹ부터 395(우하부)의 버무이를 갖는 전송 인덱스를 갖는 396개의 매크로블록이 존재한다. 이 매크로블록들은 픽쳐내에 공간적으로 인접한 블록의 그룹(GOBs)내로 편성된다. 그러나, 에러 복구에 사용될 수 있는 추가 기술은 매크로블록 인터리빙이다. 매크로블록 인터리빙이 사용된다면, 매크로블록 전송 넘버는 다음과 같이 변경된다: 제1 각 매크로블록이 전송 인덱스 mod 디버시티 넘버를 취함으로써 디버시티 그룹에 할당된다. (디버시티 넘버는 디버시티 그룹의 수이다.) 디버시티 그룹은 본질적으로, 비공간적으로 인접한 블록을 포함하는 GOB이다. 이것은 에러를 손실된 패킷으로부터 공간적으로 퍼뜨리고, 이것은 에러 은닉을 위한 다양한 보간 방법을 사용가능하게 한 다. H.264 베이스라인 프로파일이 인코딩을 위해 사용될 때, FMO(플렉시블 매크로블록 오더링)가 디버시티 그룹을 생성하는데 사용될 수 있음에 주목해야한다.
디버시티 그룹이 특별한 종류의 GOB이기 때문에, 비트스트림은 디버시티 그룹 인덱스를 GOB 넘버로서 사용하는 GOB 헤더를 포함할 수 있다. 디버시티 그룹에 할당된 후에, 매크로블록은 (먼저 그룹 0을 제1로 하여) 디버시티 그룹에 의해 (재) 오더링된다. 디버시티 그룹내에, 매크로블록은 이들의 어드레스가 단순히 증가하도록 전송된다. 파엔드가 매크로블록 인터리빙을 요청하였을 때, 디버시티 넘버를 구체화한다. 디버시티 넘버는 (a) 이미지내의 매크로블록의 수의 제수일 필요가 없고; (b) 행 당 매크로블록의 제수가 되지 않고(그렇지 않으면 상술된 재구성 기술은 정확하게 동작하지 않을 것이다); (c) 범위 2-30내에 있을 것이고; (d) 이미지내의 GOB의 수를 초과하지 않을 것이다.
예를 들어, 3의 디버시티 넘버를 갖는 QCIF 레졸루션 이미지(11개의 매크로블록의 9개의 행)를 고려해보자. 보통, 99개의 매크로블록은 순차적으로 전송된ㄷ(0-99). 이 매크로블록은 각각 11개의 매크로블록의 9개의 GOB(0-8로 넘버링됨)로 편성된다. 그러나, 인터리빙 온시에, 매크로블록은 3개의 디버시티 그룹(DG0, DG1, DG2)로 그룹핑되고 매크로블록은 다음 순서로 전송된다:
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이 3개의 디버시티 그룹의 각각은 별개의 패킷으로서 전송되어야 함에 주목해야 한다.
여기에 기술된 에러 보정 알고리즘의 엘리먼트의 각각은 개별적으로 또는 함께 구현될 수 있어 주어진 계산 용량 또는 다른 기능 프레임워크내에서, 요구되는 레벨의 에러 보정을 달성한다. 또한, 이 기술은 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어의 다양한 조합으로 구현될 수 있고, 필요에 따라 비디오 인코더, 디코더, 게이트웨이, MCUs등으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 여기에 기술된 시스템의 특정 엘리먼트가 인코더에 의해 특정 액션을 요청한다고 할지라도, 이러한 스트림을 수신할 수 있는 디코더는 하나 이상의 비디오 패킷의 손실에 응답하여 이러한 특징의 하나 이상을 사용하여 인코더어 비트스트림을 전송할 것을 요청할 수 있다. 이러한 시스템의 구현에 필요한 다양한 상세사항, 예를 들어, 여기에 기술된 아이템을 결정하기 위해 계산 알고리즘의 보충 정보 또는 구성을 전달하기 위해 필요한 특정 비트스트림 수정은 이러한 개시를 이용하는 당업자에게 명백하고, 따라서 여기에 기술하지 않는다.
여기에 기술된 기술이 주로 패킷 손실을 처리하기 위해 설계되었지만, 이들 은 또한 H.320과 전화망 프로토콜에 적용가능하다. 이것은 패킷망 및 전화망에서의 엔드포인트를 포함하는 게이트웨이 및 멀티포인트 컨퍼런스를 위한 에러 은닉 및 복구를 제공한다.
본 발명은 실시예를 통하여 설명되었다. 본발명의 보다 넓은 정신 및 범위로부터 벗어남 없이 다양한 수정이 행해질 수 있음을 당업자는 잘 알 것이다 또한, 본 발명이 특정 환경에서의 구현 및 특정 적용을 위해 설명되었지만, 본발명의 유용성은 이에 제한되지 않고 본 발명이 임의의 수의 환경 및 구현에서 유익하게 사용될 수 있다는 것을 당업자는 인식할 것이다. 따라서, 상기 설명 및 도면은 제한이 아닌 예시로서 이해되어야 할 것이다.
본 발명에 의하면 전송 에러의 결과로서 손실된 비디오 정보를 재구성하기 위한 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.

Claims (26)

  1. 비디오 비트스트림의 일부의 손실에 의해 발생된 에러의 은닉을 촉진시키기 위한 상기 비디오 비트스트림의 디지털 인코딩 방법에 있어서,
    상기 비디오 비트스트림내에 중복 정보를 삽입하는 단계를 포함하고, 상기 중복 정보는 (a) 각 블록이 인트라 또는 인터 코딩을 사용하여 코딩되었는지 여부를 명시하는 맵 및 (b) 각 인터 코딩된 블록에 대한 중복 운동 벡터중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디지털 인코딩 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중복 정보는 수신기의 요청시에 상기 비디오 비트스트림내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디지털 인코딩 방법.
  3. 제1항에 있어서, 결정 패턴을 사용하여 상기 비디오 비트스트림의 각 블록을 인트라 코딩된 블록으로서 주기적으로 코딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디지털 인코딩 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 결정 패턴은 워크 어라운드 리프레쉬인 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디지털 인코딩 방법.
  5. 제1항에 있어서, 인트라 코딩된 블록으로서 모션 웨이크내에 있도록 결정된 상기 비디오 비트스트림의 각 블록을 코딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디지털 인코딩 방법.
  6. 제1항에 있어서, 코딩된 매크로블록을 전송을 위해 복수의 디버시티 그룹내로 인터리빙하는 단계를 더 포함하고, 공간적으로 인접한 매크로블록이 상이한 디버시티 그룹에 할당되는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디지털 인코딩 방법.
  7. 제1항에 있어서, 각 패킷이 하나 이상의 이전의 패킷에 상응하는 중복 정보를 포함하도록 복수의 패킷 위에 중복 정보를 오버래핑하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디지털 인코딩 방법.
  8. 제1항에 있어서, 각 디버시티 그룹이 비공간적으로 인접한 매크로블록을 포함하도록 복수의 디버시티 그룹중 하나에 복수의 매크로블록의 각각을 할당하는 단계를 더 포함하고, 상기 디버시티 그룹은 별개의 패킷으로 전송되는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디지털 인코딩 방법.
  9. 비디오 비트스트림의 디코딩 방법에 있어서,
    적어도 일부가 손실된 비디오 비트스트림을 수신하는 단계
    적어도 하나의 손실된 매크로블록을 식별하는 단계; 및
    상기 손실된 매크로블록의 재구성 방법을 결정하기 위해 상기 비디오 비트스트림내에 내장된 인터 매크로블록 맵을 참조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 인터 매크로블록 맵이 상기 손실된 매크로블록이 인터 코딩되었음을 나타낸다면, 상기 손실된 매크로블록은 상기 비디오 비트스트림내에 내장된 중복 운동 벡터를 사용하여 재구성되는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 인터 매크로블록 맵이 상기 손실된 매크로블록이 인터 코딩되었음을 나타낸다면, 상기 손실된 매크로블록은 하나 이상의 둘러싸인 매크로블록으로부터 운동 벡터를 추정함으로써 재구성되는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  12. 제11항에 있어서, 하나 이상의 둘러싸인 매크로블록으로부터 운동 벡터를 추정하는 단계는 복수의 이웃하는 매크로블록의 운동 벡터의 메디언을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 인터 매크로블록 맵이 상기 손실된 매크로블록이 인트라 코딩되었음을 나타낸다면, 상기 손실된 매크로블록은 언코딩된 매크로블록으로서 재구성되는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 인터 매크로블록 맵이 상기 손실된 매크로블록이 인트라 코딩되었고 상기 매크로블록이 픽쳐의 에지에 있다는 것을 나타낸다면, 상기 매크로블록은 재구성되지 않는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  15. 제9항에 있어서, 상기 인터 매크로블록 맵이 상기 손실된 매크로블록이 인트라 코딩되었음을 나타낸다면, 상기 손실된 매크로블록은 인접 매크로블록의 공간 보간에 의해 재구성되는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  16. 비디오 비트스트림의 디코딩 방법에 있어서,
    적어도 일부가 손실된 비디오 비트스트림을 수신하는 단계; 및
    전송기가 하나 이상의 에러 보정 엘리먼트를 전송할 것을 요청하는 단계;를 포함하고, 상기 에러 보정 엘리먼트는, 비트 속도 및/또는 패킷 속도를 감소시키는 단계, 중복 정보를 상기 비디오 비트스트림내에 삽입하는 단계, 자동 리프레쉬 메커니즘을 제공하는 단계, 모션 웨이크 검출을 제공하는 단계 및 전송 전에 디버시티 그룹내로, 코딩된 매크로블록을 인터리빙하는 단계로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    적어도 하나의 손실된 매크로블록을 식별하는 단계; 및
    상기 손실된 매크로블록의 재구성 방법을 결정하기 위해 상기 비디오 비트스트림내에 내장된 인터 매크로블록 맵을 참조하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 인터 매크로블록 맵이 상기 손실된 매크로블록이 인터 코딩되었음을 나타낸다면, 상기 손실된 매크로블록은 상기 비디오 비트스트림내에 내장된 중복 운동 벡터를 사용하여 재구성되는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  19. 제17항에 있어서, 상기 인터 매크로블록 맵이 상기 손실된 매크로블록이 인터 코딩되었음을 나타낸다면, 상기 손실된 매크로블록은 하나 이상의 둘러싸인 매크로블록으로부터 운동 벡터를 추정함으로써 재구성되는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  20. 제19항에 있어서, 하나 이상의 둘러싸인 매크로블록으로부터 운동 벡터를 추정하는 단계는 복수의 이웃하는 매크로블록의 운동 벡터의 메디언을 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  21. 제17항에 있어서, 상기 인터 매크로블록 맵이 상기 손실된 매크로블록이 인트라 코딩되었음을 나타낸다면, 상기 손실된 매크로블록은 언코딩된 매크로블록으로서 재구성되는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  22. 제17항에 있어서, 상기 인터 매크로블록 맵이 상기 손실된 매크로블록이 인트라 코딩되었고 상기 매크로블록이 픽쳐의 에지에 있다는 것을 나타낸다면, 상기 매크로블록은 재구성되지 않는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  23. 제17항에 있어서, 상기 인터 매크로블록 맵이 상기 손실된 매크로블록이 인트라 코딩되었음을 나타낸다면, 상기 손실된 매크로블록은 인접 매크로블록의 공간 보간에 의해 재구성되는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 디코딩 방법.
  24. 비디오 비트스트림의 일부의 손실에 의해 발생된 에러의 은닉을 촉진시키기 위한 전송용 비디오 비트스트림의 패킷화 방법에 있어서, 각 패킷내에 단일 동기화 헤더를 삽입하는 단계를 포함하고, 상기 단일 동기화 헤더는 상응하는 패킷의 스타트와 함께 맞추어지는 것을 특징으로 하는 비디오 비트스트림의 패킷화 방법.
  25. 멀티포인트 화상회의 실행 방법으로서, 멀티포인트 컨트롤 유닛이 비디오 비트스트림내에 중복 정보를 삽입하는 단계에 의해, 적어도 하나의 링크를 따라 상기 비디오 비트스트림의 일부의 손실에 의해 발생된 적어도 하나의 링크에서의 에러의 은닉을 촉진시키고, 상기 중복 정보는 (a) 각 블록이 인트라 또는 인터 코딩을 사용하여 코딩되었는지 여부를 명시하는 맵 및 (b) 각 인터 코딩된 블록에 대한 중복 운동 벡터중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 화상회의 실행 방법.
  26. 멀티포인트 화상회의 실행 방법으로서, 멀티포인트 컨트롤 유닛이 비디오 비트스트림의 일부의 손실에 의해 발생된 에러의 은닉을 촉진시키고,
    상기 방법은 중복 정보를 지원하지 않는 엔드포인트로 전송되는 비디오 비트스트림으로부터 중복 정보를 삭제하는 단계를 포함하고, 상기 중복 정보는 멀티포인트 컨트롤 유닛 또는 엔드포인트 이외의 디바이스에 의해 비디오 비트스트림내에 배치되어 있고, 상기 중복 정보는 (a) 각 블록이 인트라 또는 인터 코딩을 사용하여 코딩되었는지 여부를 명시하는 맵 및 (b) 각 인터 코딩된 블록에 대한 중복 운동 벡터중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티포인트 화상회의 실행 방법.
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