專利名稱：視頻信號(hào)編碼方法和視頻信號(hào)編碼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在發(fā)送側(cè)能夠高效率并有效地編碼數(shù)字信號(hào)的視頻信號(hào)編碼方法和視頻信號(hào)編碼器。更具體地說，本發(fā)明涉及當(dāng)編碼運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)時(shí)，適于控制在單通路上以可變位率進(jìn)行編碼操作的視頻信號(hào)編碼方法和視頻信號(hào)編碼器。
通常，視頻信號(hào)不會(huì)保持不變，并且每一圖像的信息數(shù)量隨時(shí)間而變化。因此公知的是，如果使用相同的編碼數(shù)量，則借助可變位率編碼而不借助恒定位率編碼可以實(shí)現(xiàn)高圖像質(zhì)量。
例如，2次通過型可變位率編碼一般用于在DVD視頻上記錄的視頻信號(hào)。2次通過型涉及兩次編碼操作，包括用于確定編碼數(shù)量的一次、和根據(jù)確定的編碼數(shù)量可變地控制位率進(jìn)行的一次。盡管該技術(shù)提供有效地開發(fā)能夠使用的編碼位率的數(shù)量的優(yōu)點(diǎn)，但是伴隨對(duì)于該處理操作需要大于運(yùn)動(dòng)圖像序列的持續(xù)期兩倍的時(shí)間段的缺點(diǎn)，所以該技術(shù)不適宜實(shí)時(shí)處理操作。
日本專利申請(qǐng)公開第7-311418和9-113141的說明書和附圖披露了1次通過型可變位率編碼方法，試圖減少處理時(shí)間。
附圖的
圖1示意性地說明通過應(yīng)用該公知的1次通過型可變位率編碼方法實(shí)現(xiàn)的、用于運(yùn)動(dòng)圖像的編碼器的結(jié)構(gòu)，圖2示出使用該1次通過型可變位率編碼方法的處理操作的流程圖。
參照示出公知運(yùn)動(dòng)圖像編碼器的方框圖的圖1，施加到輸入端子200的輸入運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)被發(fā)送到編碼難度計(jì)算電路201和延遲電路203。然后，編碼難度計(jì)算電路201的輸出發(fā)送到分配的位數(shù)量計(jì)算電路202，計(jì)算每一單位時(shí)間的分配的位數(shù)量，并且分配的位數(shù)量計(jì)算電路202的輸出發(fā)送到運(yùn)動(dòng)圖像編碼電路204。運(yùn)動(dòng)圖像編碼電路204將延遲電路203的輸出信號(hào)相應(yīng)于分配的位數(shù)量計(jì)算電路202輸出的分配的位數(shù)量編碼，并從端子205輸出編碼信號(hào)作為編碼的位流。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2的流程圖描述圖1的運(yùn)動(dòng)圖像編碼器的操作。
參照?qǐng)D2，在步驟S401，饋送到端子200的運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)輸入到編碼難度計(jì)算電路201，確定每一單位時(shí)間輸入圖像的編碼難度d，典型的單位時(shí)間為0.5秒。編碼難度計(jì)算單元201的計(jì)算操作通常通過編碼輸入運(yùn)動(dòng)圖像、固定量化步長(zhǎng)、以及計(jì)算預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)生成的代碼的數(shù)量來執(zhí)行。
接著，在步驟S402，分配的位數(shù)量計(jì)算電路202計(jì)算確定與通過編碼難度計(jì)算電路201獲得的編碼難度d相關(guān)的分配的位數(shù)量b。對(duì)于該操作，當(dāng)基準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像序列以預(yù)定的平均位率經(jīng)歷可變位率編碼時(shí)，事先為每一單位時(shí)間獲取編碼難度d和可行的分配的位數(shù)量b之間的關(guān)系。保持用于基準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像序列的每一單位時(shí)間的分配的位數(shù)量，使其少于用于信號(hào)記錄的、正在使用的記錄介質(zhì)的存儲(chǔ)容量。圖3示出表明編碼難度d和分配的位數(shù)量b之間的關(guān)系圖。
參照?qǐng)D3，該圖的水平軸代表編碼難度d，該圖的垂直軸代表在基準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)圖像序列中編碼難度d的出現(xiàn)概率h(d)。對(duì)于任何給定的編碼難度，分配的位數(shù)量是基于函數(shù)b(d)計(jì)算的。該函數(shù)通過以預(yù)定平均位率進(jìn)行編碼許多運(yùn)動(dòng)圖像序列(比如，電影)、并評(píng)估每一序列的圖像質(zhì)量的大量實(shí)驗(yàn)，基于嘗試和誤差成分從經(jīng)驗(yàn)上獲取。換句話說，它代表這個(gè)世界上可觀測(cè)到的任何運(yùn)動(dòng)圖像序列可用的一般關(guān)系。日本專利申請(qǐng)公開第7-311418的說明書和附圖公開了一種獲取該函數(shù)的方法。由此，分配的位數(shù)量計(jì)算電路202根據(jù)圖3中所示的關(guān)系，針對(duì)通過端子200輸入的圖像的每一單位時(shí)間的編碼難度d，確定分配的位數(shù)量b。
由于對(duì)單位時(shí)間的輸入圖像的編碼難度計(jì)算電路201和分配的位數(shù)量計(jì)算電路202的處理操作是在該單位時(shí)間內(nèi)完成的，所以在1次通過型運(yùn)動(dòng)圖像編碼器中提供延遲電路203，以延遲輸入到運(yùn)動(dòng)圖像編碼電路204的圖像信號(hào)一個(gè)單位時(shí)間。
接著，在步驟403，運(yùn)動(dòng)圖像編碼電路204編碼每一單位時(shí)間的輸入運(yùn)動(dòng)圖像，以便表示為由分配的位數(shù)量計(jì)算電路202給定的、用于該運(yùn)動(dòng)圖像的分配的位數(shù)量。換句話說，運(yùn)動(dòng)圖像編碼電路204使用根據(jù)分配的位數(shù)量限定的量化步長(zhǎng)大小，編碼每一單位時(shí)間的輸入運(yùn)動(dòng)圖像。
利用該1次通過型方法，可以以相應(yīng)于實(shí)際信號(hào)的編碼難度的最佳的分配位數(shù)量、實(shí)時(shí)地對(duì)輸入視頻信號(hào)執(zhí)行可變位率編碼的操作。
然而，盡管圖3的關(guān)系適用于幾乎所有的運(yùn)動(dòng)圖像序列，但是并不適用于其中運(yùn)動(dòng)圖像編碼電路204生成的總位數(shù)量超出可用總位數(shù)量的某些特殊序列，從而運(yùn)動(dòng)圖像序列不能記錄在所傾向的記錄介質(zhì)上。
傳統(tǒng)的2次通過型方法不能用于實(shí)時(shí)地以可變位率對(duì)具有預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度的運(yùn)動(dòng)圖像序列進(jìn)行編碼，并在具有特定存儲(chǔ)容量水平的記錄介質(zhì)上記錄。另一方面，盡管傳統(tǒng)的1次通過型方法能夠?qū)崟r(shí)地以可變位率對(duì)幾乎所有的運(yùn)動(dòng)圖像序列編碼，并在具有特定存儲(chǔ)容量水平的記錄介質(zhì)上存儲(chǔ)具有預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度的序列，但是，它不適用于編碼的總位數(shù)量超出可用的總位數(shù)量的某些特殊序列，從而具有預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度的序列不能記錄在記錄介質(zhì)上。
鑒于該問題，已經(jīng)提出以當(dāng)編碼具有適宜記錄在記錄介質(zhì)上的時(shí)間長(zhǎng)度的信號(hào)時(shí)、使生成的位數(shù)量少于在記錄介質(zhì)上記錄該信號(hào)可以使用的位數(shù)量的方式，通過控制實(shí)際分配的位數(shù)量，保證具有預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度的信號(hào)能夠記錄在具有特定存儲(chǔ)容量水平的記錄介質(zhì)上的技術(shù)。
更具體地說，假定使用預(yù)定的分配的位數(shù)量b_av編碼每一單位時(shí)間的輸入信號(hào)，比較到當(dāng)前時(shí)間為止分配的位數(shù)量的和B_av與到當(dāng)前時(shí)間為止實(shí)際生成編碼位的數(shù)量和B_gen，如果(B_av-B_gen)的值為正，則允許給出多于用于保證的b_av的分配位的數(shù)量。
每一單位時(shí)間預(yù)定的分配位數(shù)量b_av由下式確定b_av＝T_unit time×B_V/T_SEQ其中B_V在信號(hào)記錄介質(zhì)中記錄運(yùn)動(dòng)圖像的可用的位數(shù)量；T_SEQ可以在信號(hào)記錄介質(zhì)中記錄的運(yùn)動(dòng)圖像序列的時(shí)間長(zhǎng)度；和T_unit time單位時(shí)間長(zhǎng)度。
根據(jù)當(dāng)將分配的編碼位數(shù)量的基準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換到分配的編碼位數(shù)量的實(shí)際值時(shí)獲得的信息對(duì)輸入信號(hào)預(yù)濾波，然后編碼所獲得的信號(hào)，以使由于編碼信號(hào)的劣化不明顯。更具體地說，當(dāng)分配的編碼位數(shù)量的實(shí)際值小于分配的編碼位數(shù)量的基準(zhǔn)值時(shí)，通過令輸入圖像通過一低通濾波器，使由于編碼信號(hào)的劣變不明顯。
當(dāng)編碼信號(hào)和在記錄介質(zhì)上記錄編碼的信號(hào)的操作分成順序執(zhí)行的操作段時(shí)，上述的(B_av-B_gen)或相應(yīng)的值存儲(chǔ)在記錄介質(zhì)中。因此，當(dāng)將信號(hào)存儲(chǔ)在記錄介質(zhì)的空存儲(chǔ)區(qū)時(shí)，從記錄介質(zhì)中讀出上述(B_av-B_gen)或相應(yīng)的值，并根據(jù)讀出值計(jì)算每一單位時(shí)間分配給信號(hào)的位數(shù)量，以便能夠有效和高效地利用記錄介質(zhì)的存儲(chǔ)容量。
當(dāng)輸入信號(hào)屬于運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)，每隔一預(yù)定時(shí)間周期，根據(jù)有關(guān)輸入圖像的圖像特征的信息確定編碼難度，并使用有關(guān)圖像特征的信息，根據(jù)反映人類特征的分配的編碼位數(shù)量編碼該信號(hào)。
圖4示出通過應(yīng)用保證具有預(yù)定長(zhǎng)度的信號(hào)記錄在具有存儲(chǔ)容量特定水平的記錄介質(zhì)上的1次通過型可變位率編碼方法實(shí)現(xiàn)的、用于運(yùn)動(dòng)圖像的編碼器的方框圖。
參照?qǐng)D4，輸入到端子101的運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)S1發(fā)送到運(yùn)動(dòng)向量計(jì)算電路102。運(yùn)動(dòng)向量計(jì)算電路102輸出關(guān)于輸入運(yùn)動(dòng)圖像的運(yùn)動(dòng)向量(運(yùn)動(dòng)向量和預(yù)測(cè)誤差)的信息。然后將運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)和運(yùn)動(dòng)向量信息輸入到編碼難度計(jì)算電路103。編碼難度計(jì)算電路103計(jì)算每一單位時(shí)間輸入運(yùn)動(dòng)圖像S1的編碼難度d。接著，將獲得的編碼難度d輸入到分配的位數(shù)量計(jì)算電路104，計(jì)算每一單位時(shí)間分配的位數(shù)量。更具體地說，分配的位數(shù)量計(jì)算電路104計(jì)算每一單位時(shí)間用于編碼輸入圖像的分配的位數(shù)量的基準(zhǔn)值b。然后將分配的位數(shù)量的基準(zhǔn)值b輸入到控制器105。控制器105將分配的位數(shù)量的基準(zhǔn)值b轉(zhuǎn)換為分配的位數(shù)量的實(shí)際值b_x并將其輸出?？刂破?05還輸出關(guān)于預(yù)濾波器107的處理操作的信息S4。延遲電路106將輸入到預(yù)濾波器107的具有單位時(shí)間長(zhǎng)度的輸入運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)S1延遲該單位時(shí)間，或者一直到分配的位數(shù)量計(jì)算電路104的處理操作和控制器105的處理操作完成為止。由延遲電路106延遲的輸入運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)S2由預(yù)濾波器107根據(jù)處理信息S4處理，并且預(yù)濾波器107輸出處理的信號(hào)S3。預(yù)濾波器107根據(jù)處理信息S4自適應(yīng)地改變其濾波特性，以便當(dāng)輸入運(yùn)動(dòng)圖像復(fù)雜并需要每一單位時(shí)間分配給它較大的位數(shù)量時(shí)，防止在編碼時(shí)通過使信號(hào)通過一低通濾波器而導(dǎo)致輸入運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)劣變的可能。運(yùn)動(dòng)圖像編碼電路108編碼處理的圖像信號(hào)S3，以便使其占用該每一單位時(shí)間分配的位數(shù)量b_x。然后運(yùn)動(dòng)圖像編碼電路108輸出編碼的位流S5、以及每一單位時(shí)間生成的位數(shù)量b_gen，其中編碼的位流S5從端子109輸出。
使用該1次通過型方法，分配的位數(shù)量的實(shí)際值可以這樣控制，根據(jù)實(shí)時(shí)信號(hào)的編碼難度、以及當(dāng)編碼具有允許記錄在記錄介質(zhì)上的信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度少于用于在記錄介質(zhì)上記錄該信號(hào)的可用位數(shù)量的信號(hào)時(shí)、獲得的生成的位數(shù)量的總和，使用最佳分配的位數(shù)量，以可變位率編碼輸入運(yùn)動(dòng)圖像。
但是，上述根據(jù)編碼難度確定分配的位數(shù)量的方法伴隨如下問題，當(dāng)輸入運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)在起始階段表現(xiàn)出較大的編碼難度時(shí)，(B_av-B_gen)將不會(huì)為正值，由此不可能改善圖像質(zhì)量，這是因?yàn)槿绻麍D像信號(hào)的后面部分表現(xiàn)出較小的編碼難度，則不可能每一單位時(shí)間為表現(xiàn)出較大的起始編碼難度的圖像信號(hào)部分分配足夠的位數(shù)量。
另外，伴隨上述方法存在另外一個(gè)問題。當(dāng)(B_av-B_gen)變?yōu)檎狄员隳軌蛎恳粏挝粫r(shí)間分配大于普通程度的位數(shù)量時(shí)，輸入運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)連續(xù)表現(xiàn)出較大的編碼難度，從而實(shí)際分配大于普通程度的每一單位時(shí)間的位數(shù)量，但是隨后(B_av-B_gen)突然變?yōu)樨?fù)值，每一單位時(shí)間分配的位數(shù)量猛然下降。
另一方面，當(dāng)輸入運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)連續(xù)表現(xiàn)出較小的編碼難度時(shí)，也提出一個(gè)問題，即小于普通程度的每一單位時(shí)間的位數(shù)量的分配繼續(xù)下去，則記錄的圖像的質(zhì)量將降低到低于以固定編碼率編碼圖像時(shí)獲得的圖像質(zhì)量的程度，盡管(B_av-B_gen)為正值、并且每一單位時(shí)間分配的每一位數(shù)量大于普通程度。
此外，還存在一個(gè)問題，即由于在實(shí)際操作中沒有限定最大分配的位數(shù)量和最小分配的位數(shù)量，所以在編碼操作之后會(huì)出現(xiàn)分配的位數(shù)量極大的部分和分配的位數(shù)量極小的部分，并由此不能以較好的協(xié)調(diào)方式為輸入圖像分配位。
最后，如果以相同率分配位，則對(duì)于人類的視覺而言，盡管一些部分的圖像的圖像質(zhì)量可能顯現(xiàn)出被降低，而其他部分則不會(huì)，對(duì)于該問題還沒有提出滿意的手段。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述情況，由此本發(fā)明的目的是提供一種視頻信號(hào)編碼方法和視頻信號(hào)編碼器，能夠分配足夠的位并跟隨編碼難度的任何變化，從而當(dāng)其能夠以高于普通速率的速率分配位、并且輸入視頻信號(hào)連續(xù)表現(xiàn)出較大的編碼難度時(shí)，以及當(dāng)輸入視頻信號(hào)連續(xù)表現(xiàn)出較低的編碼難度時(shí)，即使輸入視頻信號(hào)在起始階段集中表現(xiàn)出較大的編碼難度，也能有效和高效率地編碼輸入視頻信號(hào)。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，上述目的通過提供一種視頻信號(hào)編碼方法實(shí)現(xiàn)，該方法包括確定每一單位時(shí)間的輸入視頻信號(hào)的編碼難度d的步驟；根據(jù)預(yù)先與每一單位時(shí)間所述輸入視頻信號(hào)的編碼難度d相關(guān)的每一單位時(shí)間分配的編碼位數(shù)量b的函數(shù)b(d)，確定用于分配編碼位的基準(zhǔn)值的步驟；根據(jù)該基準(zhǔn)值確定分配的編碼位的實(shí)際數(shù)量b_x的步驟；以及根據(jù)所述分配的編碼位的實(shí)際數(shù)量b_x，通過編碼每一單位時(shí)間的輸入視頻信號(hào)生成編碼數(shù)據(jù)的步驟。
為了將分配的編碼位的數(shù)量的基準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換為分配的編碼位的數(shù)量的實(shí)際值，當(dāng)根據(jù)上述基準(zhǔn)值獲取分配的編碼位的實(shí)際數(shù)量時(shí)，預(yù)先將每一單位時(shí)間分配的編碼位的數(shù)量的和的部分存儲(chǔ)為用于一定時(shí)間周期的虛擬緩沖器，并通過將每一單位時(shí)間分配的編碼位的數(shù)量的和減去存儲(chǔ)為虛擬緩沖器的部分再除以所述一定時(shí)間周期，確定分配的編碼位的數(shù)量的實(shí)際基準(zhǔn)值。結(jié)果，如果在持續(xù)所述一時(shí)間周期的編碼操作的起始狀態(tài)中，輸入運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)連續(xù)表現(xiàn)出較大的編碼難度，則可以以高于每一單位時(shí)間分配的位數(shù)量的基準(zhǔn)值的速率分配位。
更具體地說，當(dāng)將分配的編碼位的數(shù)量的基準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換為分配的編碼位的數(shù)量的實(shí)際值時(shí)，預(yù)先將用于一定時(shí)間周期T_vbr的每一單位時(shí)間分配的位數(shù)量b_av的和部分B_av或B_av＝b_av×T_vbr存儲(chǔ)為虛擬緩沖器V_vbr，分配的編碼位數(shù)量的實(shí)際基準(zhǔn)值b_real通過下式獲得b_real＝(B_av-V_vbr)/T_vbr以便只要V_vbr＞0，即給出不小于b_real的分配的位數(shù)量，否則，給出小于b_real的數(shù)量。
結(jié)果，當(dāng)根據(jù)可變位率控制編碼操作時(shí)，能夠保證所述一定時(shí)間周期T_vbr生成的位的和小于B_av。
當(dāng)將輸入圖像的編碼難度與每一單位時(shí)間分配的位數(shù)量相關(guān)時(shí)，通過采用前一單位時(shí)間的編碼難度、分配的編碼位的數(shù)量、實(shí)際生成的位數(shù)量之間的關(guān)系、以及前一單位時(shí)間的編碼難度和當(dāng)前單位時(shí)間的編碼難度之間的關(guān)系，確定基準(zhǔn)值。結(jié)果，當(dāng)輸入視頻信號(hào)連續(xù)地表現(xiàn)出較大編碼難度或較小編碼難度一段時(shí)間，從而導(dǎo)致分配的位數(shù)量突然下降的情形時(shí)，通過考慮前一單位時(shí)間的編碼難度和分配的位數(shù)量確定分配的位數(shù)量。此外，如果可能，當(dāng)輸入視頻信號(hào)的編碼難度較低時(shí)，可以分配較大的位數(shù)量。
另外，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)每一單位時(shí)間以大于或小于基準(zhǔn)值分配位時(shí)，通過預(yù)先限定作為基準(zhǔn)值的函數(shù)的、每一單位時(shí)間所分配的位數(shù)量的上限和下限，可以以較好的協(xié)調(diào)方式分配位。那么，可以有效地避免局部分配極大或極小量的位的情形。
此外，當(dāng)由于編碼難度較低而分配少于基準(zhǔn)值的位數(shù)量時(shí)，可以將下限限定為由于編碼引起的劣變非常明顯的部分的比例函數(shù)，以便于通過考慮輸入視頻信號(hào)的視覺特性，防止明顯降低圖像質(zhì)量的編碼操作發(fā)生。
如上所指出的，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)根據(jù)從與編碼難度的關(guān)系獲得的分配的編碼位的數(shù)量、確定基準(zhǔn)值(用于分配的編碼位的數(shù)量)、以及根據(jù)該基準(zhǔn)確定實(shí)際分配的編碼位的數(shù)量時(shí)，每一單位時(shí)間分配的編碼位的數(shù)量和的部分預(yù)先存儲(chǔ)，作為一定時(shí)間周期的虛擬緩沖器，并且通過將每一單位時(shí)間分配的編碼位的數(shù)量的和減去存儲(chǔ)為虛擬緩沖器的部分再除以所述一定時(shí)間周期，確定分配的編碼位數(shù)量的實(shí)際基準(zhǔn)值。結(jié)果，如果在持續(xù)所述一定時(shí)間周期的編碼操作的起始狀態(tài)中、輸入運(yùn)動(dòng)圖像連續(xù)地表現(xiàn)出較大的編碼難度，則可以以高于每一單位時(shí)間分配的位數(shù)量的基準(zhǔn)值的速率分配位。
當(dāng)將輸入圖像的編碼難度與每一單位時(shí)間分配的位數(shù)量相關(guān)時(shí)，通過采用前一單位時(shí)間的編碼難度、分配的編碼位的數(shù)量、實(shí)際生成的位數(shù)量之間的關(guān)系、以及前一單位時(shí)間的編碼難度和當(dāng)前單位時(shí)間的編碼難度之間的關(guān)系，確定基準(zhǔn)值。結(jié)果，當(dāng)輸入視頻信號(hào)連續(xù)地表現(xiàn)出較大編碼難度或較小編碼難度一段時(shí)間，從而導(dǎo)致分配的位數(shù)量突然下降的情形時(shí)，通過考慮前一單位時(shí)間的編碼難度和分配的位數(shù)量確定分配的位數(shù)量。此外，如果可能，當(dāng)輸入視頻信號(hào)的編碼難度較低時(shí)，可以分配較大的位數(shù)量。
此外，根據(jù)本發(fā)明，可以將下限限定為由于編碼引起的劣變非常明顯的部分的比例函數(shù)，以便于通過考慮輸入視頻信號(hào)的視覺特性，防止明顯降低圖像質(zhì)量的編碼操作發(fā)生。
因此，根據(jù)本發(fā)明，可以保證具有預(yù)定時(shí)間長(zhǎng)度的輸入視頻信號(hào)存儲(chǔ)在具有特定存儲(chǔ)容量的記錄介質(zhì)中，以有效利用記錄介質(zhì)的存儲(chǔ)容量，使用作為輸入視頻信號(hào)的編碼難度的函數(shù)的可變位率，自適應(yīng)地控制編碼操作。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參照說明具體依照編碼運(yùn)動(dòng)圖像的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的附圖，描述根據(jù)本發(fā)明的視頻信號(hào)編碼方法和視頻信號(hào)編碼器。
圖5為應(yīng)用依據(jù)本發(fā)明的視頻信號(hào)編碼方法實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)圖像編碼器的一個(gè)實(shí)施例的示意方框圖。
參照?qǐng)D5，輸入到端子31的運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)S1發(fā)送到運(yùn)動(dòng)向量計(jì)算電路32、編碼難度計(jì)算電路33、視覺特征估量電路35和延遲電路36。
視覺特征估量電路35估量輸入運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)S1的視覺特征，并將獲得的關(guān)于視覺特征的信息R_visual發(fā)送給分配的位數(shù)量計(jì)算電路/控制器34。運(yùn)動(dòng)向量計(jì)算電路32輸出獲得的關(guān)于輸入運(yùn)動(dòng)圖像的運(yùn)動(dòng)向量(運(yùn)動(dòng)向量和預(yù)測(cè)誤差)的信息。關(guān)于運(yùn)動(dòng)向量的信息和運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)S1一起發(fā)送到編碼難度計(jì)算電路33。
編碼難度計(jì)算電路33根據(jù)運(yùn)動(dòng)向量計(jì)算電路32發(fā)送的關(guān)于運(yùn)動(dòng)向量的信息、從下文將描述的運(yùn)動(dòng)圖像編碼電路38饋送的有關(guān)生成的位數(shù)量b_gen的信息、Q比例q_scale、和亮度值活動(dòng)率的偏差，為每一單位時(shí)間計(jì)算編碼難度d。然后，將編碼難度d輸入到分配的位數(shù)量計(jì)算電路/控制器34。盡管可以將依據(jù)MPEG的1個(gè)GOP(圖像組)用作本發(fā)明目的的典型單位時(shí)間，但是本發(fā)明并不僅限于此。
分配的位數(shù)量計(jì)算電路/控制器34根據(jù)輸入其中的編碼難度d、從端子30輸入的分配的位的平均數(shù)量b_av、從視覺特征估量電路35饋送的視覺特征R_visual，計(jì)算編碼輸入運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)每一單位時(shí)間的分配的位數(shù)量b_x。然后，將所獲得的分配的位數(shù)量b_x輸出到運(yùn)動(dòng)圖像編碼電路38。分配的位數(shù)量計(jì)算電路/控制器34還輸出處理信息S4到預(yù)濾波器37。
延遲電路36延遲輸入到預(yù)濾波器37的輸入運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)S1一個(gè)單位時(shí)間，直到編碼難度計(jì)算電路33和分配的位數(shù)量計(jì)算電路/控制器34的處理操作完成為止。然后，延遲電路36延遲的運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)S2由預(yù)濾波器37根據(jù)處理信息S4進(jìn)行處理，接著輸出處理信息S3到運(yùn)動(dòng)圖像編碼電路38。
運(yùn)動(dòng)圖像編碼電路38以表現(xiàn)出上述分配的位數(shù)量b_x的方式編碼每一單位時(shí)間的處理過的視頻信號(hào)S3。運(yùn)動(dòng)圖像編碼電路38輸出編碼的位流S5、每一單位時(shí)間的生成的位數(shù)量b_gen、亮度值活動(dòng)率的偏差、以及分配的Q比例q_scale。編碼的位流S5從端子39輸出。
利用上述的配置，編碼難度計(jì)算電路33和分配的位數(shù)量計(jì)算電路/控制器34根據(jù)從與編碼難度的關(guān)系獲得的分配的編碼位數(shù)量、確定一個(gè)基準(zhǔn)值(比如，用于分配的編碼位數(shù)量的基準(zhǔn)值)，并預(yù)先存儲(chǔ)用于一定時(shí)間周期的每一單位時(shí)間的分配的位數(shù)量的和的部分、作為虛擬緩沖器，以便通過將該為每一單位時(shí)間分配的編碼位的數(shù)量和減去存儲(chǔ)為虛擬緩沖器的部分再除以所述一定時(shí)間周期，確定分配的編碼位的數(shù)量的實(shí)際基準(zhǔn)值。
更具體地說，當(dāng)確定與每一單位時(shí)間的編碼難度d相關(guān)的分配的編碼位的數(shù)量的基準(zhǔn)值、以及將該分配的編碼位的數(shù)量的基準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換為分配的編碼位的數(shù)量的實(shí)際值b_s時(shí)，將用于一定時(shí)間周期T_vbr的每一單位時(shí)間分配的位數(shù)量的和部分B_av、或者B_av＝b_av×T_vbr預(yù)先存儲(chǔ)為虛擬緩沖器V_vbr，分配的編碼位數(shù)量的實(shí)際基準(zhǔn)值b_real通過下式獲得b_real＝(Bav-V_vbr)/T_vbr以便只要V_vbr＞0，即給出不小于b_real的分配的位數(shù)量，否則，給出小于b_real的數(shù)量。盡管時(shí)間周期T_vbr可以為大約1分鐘，但是本發(fā)明并不僅限于此。
通過采用前一單位時(shí)間的編碼難度、分配的編碼位的數(shù)量、實(shí)際生成的位數(shù)量之間的關(guān)系、以及前一單位時(shí)間的編碼難度和當(dāng)前單位時(shí)間的編碼難度之間的關(guān)系，確定基準(zhǔn)值。
預(yù)先確定當(dāng)分配的位數(shù)量超出上述b_real時(shí)，相應(yīng)于每一單位時(shí)間的分配的位數(shù)量b_av的上限數(shù)量，以及預(yù)先確定當(dāng)分配的位數(shù)量少于上述b_real時(shí)，相應(yīng)于每一單位時(shí)間的分配的位數(shù)量b_av的下限數(shù)量。
此外，考慮人類的視覺特性，為由于編碼可能導(dǎo)致顯著劣變的圖像的視頻信號(hào)、提供相應(yīng)于劣變程度的分配的位數(shù)量下限。
如果在所述時(shí)間周期T_vbr中的編碼操作結(jié)束時(shí)，在該時(shí)間周期實(shí)際生成的位數(shù)量的和B_gen和在該時(shí)間周期可用的位數(shù)量的和B_av之間的差(B_av-B_gen)為正值，則將該差值延續(xù)并添加到下一時(shí)間周期的可用位數(shù)量的和中。如果作為延續(xù)該差值的結(jié)果，可用的位數(shù)量的和超出作為延續(xù)該差值的結(jié)果的起始和B_av、R_total倍，則作為該比例的函數(shù)增加每一單位時(shí)間實(shí)際分配的位的基準(zhǔn)值b_real。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D6至12的流程圖描述用于確定圖5的編碼難度計(jì)算電路33和分配的位數(shù)量計(jì)算電路/控制器34的分配的位數(shù)量的算法。
首先參照?qǐng)D6，用于確定分配的位數(shù)量的處理操作從步驟S50開始，然后在步驟S51，編碼難度計(jì)算電路33輸入運(yùn)動(dòng)圖像，并在步驟S52中使用初始值d_Default初始化編碼難度d_Avg的基準(zhǔn)值。
接著，在步驟S53，使用下式根據(jù)圖5的端子30輸入的每一單位時(shí)間的分配的位的平均數(shù)量b_av，確定當(dāng)控制可變位率時(shí)的基準(zhǔn)位率b_realb_real＝b_av×R_vbr[Mbps]應(yīng)該注意當(dāng)控制可變位率時(shí)的基準(zhǔn)位率的比例或R_vbr限定為0＜R_vbr＜1。例如，可以使用R_vbr＝0.9。根據(jù)MPEG的1個(gè)GOP(圖像組)的時(shí)間周期可以用作典型的單位時(shí)間。
在步驟S54，使用下式在用于時(shí)間周期T_vbr的可變位率控制開始時(shí)，保護(hù)用于控制可變位率的虛擬緩沖器V_vbr。如果當(dāng)時(shí)前一編碼操作在V_vbr中具有任何殘余，則將該殘余延續(xù)到隨后的時(shí)間周期T_vbr。
V_vbr＝V_vbr+(1-R_vbr)×T_vbr×b_av[Mbit]通過使用虛擬緩沖器V_vbr，將大于b_real的信息數(shù)量分配給表現(xiàn)出較大編碼難度的圖像，將小于b_real的信息數(shù)量分配給表現(xiàn)出較低編碼難度的圖像。
現(xiàn)在參照?qǐng)D13描述虛擬緩沖器的概念。在圖13中，獲得的時(shí)間周期T_vbr的每一單位時(shí)間分配的位數(shù)量的和部分(B_av＝b_av×T_vbr)預(yù)先存儲(chǔ)為虛擬緩沖器V_vbr。如果該虛擬緩沖器的每一單位時(shí)間的位數(shù)量是v_vbr，則V_vbr＝v_vbr×T_vbr。另外，每單位時(shí)間實(shí)際分配的位數(shù)量的實(shí)際基準(zhǔn)值b_real表達(dá)為b_real＝(B_av-V_vbr)/T_vbr。對(duì)于時(shí)間周期T_vbr，可以使用典型值T_vbr＝1[min]。
在步驟S55中，對(duì)于每一單位時(shí)間將用于當(dāng)前正在編碼的圖像信號(hào)的單位時(shí)間的編碼難度d、以及視覺特征R_visual輸入到分配的位數(shù)量計(jì)算電路/控制器34。
能夠用于估計(jì)每一單位時(shí)間的編碼難度d的參數(shù)可以包括上述單位時(shí)間之前的單位時(shí)間的預(yù)測(cè)誤差ME_error、運(yùn)動(dòng)向量MV、表示亮度值活動(dòng)率(activity)的偏差的索引、生成的信息數(shù)量b_gen、以及Q比例q_scale。
編碼難度計(jì)算電路33使用下式估計(jì)編碼難度d。
<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ d＝ME_error×W_ME+MV×W_MV+activity×W_AC+b_gen× W_GEN+q_scale×W_Q]]></pre>
其中W_ME運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)誤差的權(quán)重；W_MV運(yùn)動(dòng)向量的權(quán)重；W_AC亮度值偏差的權(quán)重；W_GEN生成位的數(shù)量的權(quán)重；W_QQ比例的權(quán)重。
在步驟S56中，校正輸入編碼難度d。該步驟為借助上限值d_Max和下限值d_Min用于限制編碼難度d的處理操作。圖7為說明該操作的詳細(xì)流程圖。
參照?qǐng)D7，該校正編碼難度d的操作從步驟S70開始，并且如果在步驟S71中發(fā)現(xiàn)估計(jì)的編碼難度超出編碼難度的上限值d_Max，則在步驟S73中將該單位時(shí)間的編碼難度確定為等于d_Max。另一方面，如果在步驟S72中發(fā)現(xiàn)估計(jì)的編碼難度小于編碼難度的下限值d_Min，則在步驟S74中將該單位時(shí)間的編碼難度確定為等于d_Min。換句話說，即<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ if(d＞d_Max)，d＝d_Max； if(d＜d_Min)，d＝d_Min。]]></pre>在步驟S72、S73和S74之后，在步驟S75結(jié)束該校正編碼難度的操作。
現(xiàn)在回到圖6，在步驟S57中通過使用分配的位數(shù)量的基準(zhǔn)值b_real、編碼難度d、以及編碼難度的基準(zhǔn)值d_Avg，確定分配的位數(shù)量b_x。換句話說，即b_x＝b_real×d/d_Avg[Mbps]在步驟S58中，根據(jù)視覺特征R_visual調(diào)整或校正分配的位數(shù)量的下限b_Min，這是因?yàn)橛删幋a操作引起的圖像質(zhì)量的可察覺劣變會(huì)根據(jù)輸入圖像的視覺特征而變化。圖8示出步驟S58的操作流程圖。
參照?qǐng)D8，該校正視覺特征值的操作從步驟S80開始，并且如果在步驟S81中發(fā)現(xiàn)輸入圖像的視覺特征值R_visual大于預(yù)定值Th_visual，則在步驟S82中使用下式校正分配的位數(shù)量的下限b_Min，即<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ if(R_visual＞Th_visual) b_Min＝b_Min×(1-Th_visual+R_visual)。]]></pre>如果在步驟S83中發(fā)現(xiàn)該校正的分配位的數(shù)量的下限值b_Min超出分配的位數(shù)量的上限值b_Max，則在步驟S84中使下限值b_Min等于分配的位數(shù)量的上限值b_Max。換句話說，即if(b_Min＞b_Max)，b_Min＝b_Max。在此使用的視覺特征值可以指輸入圖像中皮膚顏色或中間色調(diào)的比例，并可以表達(dá)為0＜Th_visual＜1和0＜R_visual＜1。由于Th_visual代表一個(gè)恒定值，所以使其等于典型值0.5。在步驟S81和S84之后，在步驟S85結(jié)束校正視覺特征值的操作。
再回到圖6，在步驟S59中，通過參照預(yù)定的分配的位數(shù)量的上限值b_Max和下限值b_Min，校正在步驟S57中確定的每一單位時(shí)間的分配的位數(shù)量。圖9為該校正分配的位數(shù)量的操作的詳細(xì)流程圖。
參照?qǐng)D9，該校正分配的位數(shù)量的操作從步驟S90開始，并且如果在步驟S91中發(fā)現(xiàn)分配的位數(shù)量b_x超出分配的位數(shù)量的上限值b_Max，則在步驟S93中使該分配的位數(shù)量等于b_Max。另一方面，如果在步驟S92中發(fā)現(xiàn)分配的位數(shù)量b_x少于分配的位數(shù)量的下限值b_Min，則在步驟S94中使該分配的位數(shù)量等于b_Min。換句話說，即<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ if(b_x＞b_Max)，b_x＝b_Max； if(b_x＜b_Min)，b_x＝b_Min。]]></pre>下面的典型值可以分別用作分配的位數(shù)量的上限值b_Max和分配的位數(shù)量的下限值b_Min，b_Max＝2.0b_real b_Min＝0.5b_real。在步驟S92、S93和S94之后，在步驟S95結(jié)束該校正分配的位數(shù)量的操作。
現(xiàn)在回到圖6，在步驟S60中，根據(jù)用于編碼難度的預(yù)定的絕對(duì)定值(rating)，校正分配的位數(shù)量。圖10是校正該絕對(duì)位數(shù)量的操作的詳細(xì)流程圖。
參照?qǐng)D10，該校正絕對(duì)位數(shù)量的操作從步驟100開始，接著，如果在步驟S101中確定估計(jì)的編碼難度d超出編碼難度的絕對(duì)值的上限d_High、并且分配的位數(shù)量b_x降為分配的位數(shù)量的絕對(duì)值的下限b_Low之下，則在步驟S103中使分配的位數(shù)量等于b_Low。另一方面，如果在步驟S102中確定估計(jì)的編碼難度d降為編碼難度的絕對(duì)值的下限d_Low之下、并且分配的位數(shù)量b_x超出分配的位數(shù)量的絕對(duì)值的上限b_High，則在步驟S104中使分配的位數(shù)量等于b_High。換句話說，即<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ if(d＞d_High&&b_x＜b_low) b_x＝b_Low；if(d＜d_Low&&b_x＞b_High) b_x＝b_High。]]></pre>下面的典型值可以分別用作分配的位數(shù)量的絕對(duì)值的下限b_Low和分配的位數(shù)量的絕對(duì)值的上限b_High，b_Low＝1.2b_real b_High＝0.8b_real。在步驟S102、S103和S104之后，在步驟S105中結(jié)束校正分配的位數(shù)量的操作。
再參照?qǐng)D6，在步驟S61，使用當(dāng)前單位時(shí)間的編碼難度d，根據(jù)反應(yīng)速度Reactor更新編碼難度的基準(zhǔn)值d_Avg。換句話說，即d_Avg＝(d_Avg×(1-Reactor)+d×Reactor)其中反應(yīng)速度Reactor為0＜Reactor＜1，并且典型值為0.5。
在步驟S62中，如果存在場(chǎng)景變化，則進(jìn)行場(chǎng)景變化的處理操作。圖11示出處理場(chǎng)景變化的操作的詳細(xì)流程圖。
參照?qǐng)D11，處理場(chǎng)景變化的操作從步驟S110開始，并且如果在步驟S111中檢測(cè)到場(chǎng)景變化，則將編碼難度的基準(zhǔn)值d_Avg用初始值d_Default初始化。如果在步驟S113中發(fā)現(xiàn)用于虛擬緩沖器所需的信息數(shù)量V_vbr還有剩余，則在步驟S114中根據(jù)緊跟場(chǎng)景變化之后分配的位率的比例R_SC，校正分配的位率。該處理操作可以表示如下<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ if(scene_change){ d_Avg＝d_Default)； if(V_vbr＞(R_SC-1)×b_vbr×0.5){ b_x＝b_av×R_SC； } }]]></pre>其中分配的位率的比例R_SC1為≤R_SC，并且典型值可以為R_SC＝1.5。在步驟S111、S113、S114之后，在步驟S115結(jié)束處理場(chǎng)景變化的操作。
接著，在圖6的步驟S63中，執(zhí)行與虛擬緩沖器V_vbr有關(guān)的處理操作。圖12示出處理虛擬緩沖器的操作的詳細(xì)流程圖。
參照?qǐng)D12，處理虛擬緩沖器的操作從步驟S120開始，并且如果在步驟S121中發(fā)現(xiàn)虛擬緩沖器V_vbr的殘余小于0、以及分配的位數(shù)量b_x少于分配的位數(shù)量的基準(zhǔn)值b_real，則操作前進(jìn)到步驟S125，在此使分配的位數(shù)量b_x等于分配的位數(shù)量的基準(zhǔn)值b_real。換句話說，即<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ if(V_vbr＜0&&b_x＞b_real) b_x＝b_real。]]></pre>接著，如果在步驟S122中發(fā)現(xiàn)虛擬緩沖器V_vbr超出虛擬緩沖器的預(yù)定上限值V_Max，則在步驟S123中使用下式校正分配的位數(shù)量b_x。
<pre listing-type="program-listing"><![CDATA[ if(V_vbr＞V_Max){ b_x＝V_vbr/V_Max×b_x； }]]></pre>虛擬緩沖器的上限值V_Max可以典型地表達(dá)為V_Max＝2.0V_vbr。
接著，在步驟S124中，將分配的位數(shù)量b_x和分配的位數(shù)量的基準(zhǔn)值b_real之間的差值從虛擬緩沖器V_vbr的殘余中減去，以更新虛擬緩沖器V_vbr的殘余，在步驟S125、S124之后，在步驟S126結(jié)束處理虛擬緩沖器的操作。
再次參照?qǐng)D6，如果在步驟S64中發(fā)現(xiàn)用于正在對(duì)(GOP)進(jìn)行的處理操作的單位時(shí)間是時(shí)間周期T_vbr的最后一個(gè)單位時(shí)間，則操作前進(jìn)到步驟S63。否則，操作返回到步驟S55，開始下一個(gè)單位時(shí)間的處理操作。如果在步驟S65中發(fā)現(xiàn)該單位時(shí)間是用于處理序列的最后一個(gè)，則操作前進(jìn)到步驟S66，結(jié)束處理操作。否則，操作返回到步驟S55，增補(bǔ)虛擬緩沖器V_vbr，并開始下一時(shí)間周期T_vbr的處理操作。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D14詳細(xì)描述可以應(yīng)用本實(shí)施例的信號(hào)記錄/再現(xiàn)裝置。圖14的裝置適用于使用硬盤作為記錄介質(zhì)。
參照?qǐng)D14，通常借助天線接收的電視廣播信號(hào)通過輸入端子101，發(fā)送到可以為地面波調(diào)諧器的調(diào)諧器1。然后調(diào)諧器1的視頻輸出和音頻輸出饋送到輸入切換開關(guān)電路2。類似地，分別通過輸入端子102和輸入端子103，來自外部信號(hào)源的復(fù)合視頻信號(hào)和音頻信號(hào)也饋送到輸入切換開關(guān)電路2。輸入切換開關(guān)電路2根據(jù)來自系統(tǒng)控制器16的指令選擇所期望的信號(hào)。復(fù)合視頻信號(hào)輸出到Y(jié)/C分離電路3，而音頻信號(hào)輸出到A/D轉(zhuǎn)換器10。
系統(tǒng)控制器16控制該裝置的所有部件塊，將在下文中描述。另外，如果需要，系統(tǒng)控制器16訪問并控制ROM(只讀存儲(chǔ)器)17和/或RAM(隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)18。
Y/C分離電路3從其收到的復(fù)合視頻信號(hào)中分離Y(亮度)信號(hào)和C(色度)信號(hào)，生成圖像的基本流(ES)并饋送到輸入切換開關(guān)4。輸入切換開關(guān)4選擇來自外部S視頻輸入端子104的信號(hào)或者Y/C分離電路3的輸出，并將所選擇的信號(hào)饋送到NTSC解碼器5。
輸入到NTSC解碼器5的視頻信號(hào)經(jīng)歷A/D轉(zhuǎn)換、色度編碼和其他操作，并被轉(zhuǎn)換為數(shù)字成分視頻信號(hào)(在下文中稱作視頻數(shù)據(jù))，然后將視頻數(shù)據(jù)饋送到預(yù)處理(預(yù)視頻信號(hào)處理)電路7。另外，NTSC解碼器5將參照輸入視頻信號(hào)的水平同步信號(hào)生成的時(shí)鐘、以及通過同步分離獲取的垂直同步信號(hào)和場(chǎng)區(qū)分信號(hào)提供給同步控制電路6。
同步控制電路6生成時(shí)鐘和適用于下文中將要描述的各塊所需的定時(shí)的同步信號(hào)，并將它們提供給各個(gè)塊。
預(yù)處理(預(yù)視頻信號(hào)處理)電路7對(duì)輸入視頻數(shù)據(jù)執(zhí)行各種視頻信號(hào)處理操作，比如預(yù)濾波和噪聲抑制，并將該處理的信號(hào)提供給MPEG(運(yùn)動(dòng)圖形專家組)編碼器8和后處理(后視頻信號(hào)處理)電路20。
視頻編碼器8對(duì)來自預(yù)處理電路7的視頻數(shù)據(jù)執(zhí)行比如塊檢測(cè)(離散余弦變換)的各種編碼操作，生成圖像的基本流(ES)并將編碼的信號(hào)提供給多路復(fù)用器/多路分解器9。盡管在本實(shí)施例中使用MPEG壓縮系統(tǒng)，但是處于本發(fā)明的目的，也可以替換使用其他的壓縮系統(tǒng)。此外，信號(hào)也可能無需壓縮。
另一方面，輸入切換開關(guān)電路2所選擇的音頻信號(hào)由A/D轉(zhuǎn)換器10轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號(hào)，并接著饋送到可以是典型的MPEG音頻編碼器的音頻編碼器11。然后，根據(jù)MPEG格式由MPEG音頻編碼器將該信號(hào)壓縮，接著生成ES，從而將該信號(hào)和ES提供給多路復(fù)用器/多路分解器9，如與視頻信號(hào)的情況下一樣。對(duì)于音頻信號(hào)，盡管在本實(shí)施例中使用MPEG壓縮系統(tǒng)，但是處于本發(fā)明的目的，也可以替換使用其他的壓縮系統(tǒng)。此外，信號(hào)也可能無需壓縮。
對(duì)于記錄操作，多路復(fù)用器/多路分解器9將視頻ES(基本流)、音頻ES和各種控制信號(hào)多路復(fù)用。對(duì)于再現(xiàn)操作，它將傳送流(TS)分離。多路復(fù)用器/多路分解器9將MPEG視頻ES(基本流)、MPEG音頻ES和各種控制信號(hào)多路復(fù)用，并生成典型的MPEG系統(tǒng)的TS。然后，將它們饋送到緩沖器控制電路14。
緩沖器控制電路14控制將連續(xù)輸入的TS間歇地發(fā)送到下游硬盤驅(qū)動(dòng)器(HDD)15的操作。例如，由于當(dāng)HDD(硬盤驅(qū)動(dòng)器)15搜尋數(shù)據(jù)時(shí)不能用于寫入TS，所以該TS信號(hào)臨時(shí)存儲(chǔ)在緩沖器中。另一方面，當(dāng)HDD15適宜用于寫入TS信號(hào)時(shí)，則以高于TS信號(hào)的輸入速率的速率將其寫入，從而能夠沒有遺漏地將連續(xù)輸入的TS信號(hào)記錄。
在系統(tǒng)控制器16的控制下，HDD15將TS信號(hào)記錄在預(yù)定的地址中。
盡管在本實(shí)施例中將IDE(智能驅(qū)動(dòng)器電子電路)作為用于緩沖器控制電路14和HDD15的協(xié)議，但是本發(fā)明并不僅限于此。類似地，盡管本實(shí)施例是參照HDD作為記錄介質(zhì)描述的，但是也可以用光盤、磁光盤或固態(tài)存儲(chǔ)器替代，不會(huì)有任何問題。
現(xiàn)在將描述本實(shí)施例的信號(hào)再現(xiàn)操作。
HDD15在系統(tǒng)控制器16的控制下搜尋預(yù)定的地址，以讀出TS(傳送流)信號(hào)，并將其提供給緩沖器控制電路14。緩沖器控制電路14控制緩沖器，以便將間歇輸入的信號(hào)恢復(fù)為連續(xù)的信號(hào)，并將TS信號(hào)饋送到多路復(fù)用器/多路分解器9。多路復(fù)用器/多路分解器9從時(shí)間標(biāo)記中提取PES(分組的基本流)，并將其饋送到AV(音頻/視頻)解碼器19，典型的為MPEGAV解碼器。
MPEGAV解碼器19分離輸入PES的視頻ES和音頻ES，并分別將它們饋送到用于解碼的視頻MPEG解碼器和音頻MPEG解碼器。作為該處理操作的結(jié)果，獲得基帶的視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)，并饋送到后處理(后視頻信號(hào)處理)電路20和切換開關(guān)23。
后處理電路執(zhí)行比如選擇來自前處理(前視頻信號(hào)處理)電路7的視頻數(shù)據(jù)、合成地組合信號(hào)、和/或?yàn)V波信號(hào)的操作，并將獲得的視頻數(shù)據(jù)提供給OSD(屏幕顯示)電路21。
OSD電路21生成將在顯示屏幕上顯示的圖形，并執(zhí)行其他的比如將它們疊加到視頻數(shù)據(jù)或在部分屏幕上顯示它們的操作。然后，將獲得的視頻數(shù)據(jù)饋送到NTSC編碼器22。
NTSC編碼器22將輸入視頻數(shù)據(jù)(數(shù)字成分信號(hào))轉(zhuǎn)換成YC(亮度、色度信號(hào))，然后YC信號(hào)經(jīng)歷D/A轉(zhuǎn)換，以生成模擬的復(fù)合視頻信號(hào)和S視頻信號(hào)，其中分別借助輸出端子106和輸出端子107，將復(fù)合視頻信號(hào)和S視頻信號(hào)輸出到外部。
另外，切換開關(guān)23選擇從MPEG AV解碼器19輸入的音頻數(shù)據(jù)或者自A/D轉(zhuǎn)換器10輸入的音頻數(shù)據(jù)，如此選擇的信號(hào)由音頻A/D轉(zhuǎn)換器24轉(zhuǎn)換為模擬音頻信號(hào)。來自音頻A/D轉(zhuǎn)換器24的模擬音頻信號(hào)然后借助輸出端子108輸出到外部。
現(xiàn)在將描述借助數(shù)字輸入/輸出端子105輸出和饋送的數(shù)字信號(hào)。例如，當(dāng)記錄借助比如遵循IEEE1394的數(shù)字接口、從外部IRD(集成接收器解碼器)輸入的信號(hào)時(shí)，該數(shù)字信號(hào)輸入到數(shù)字接口電路12。
數(shù)字接口電路12執(zhí)行比如使信號(hào)符合當(dāng)前系統(tǒng)的格式轉(zhuǎn)換的處理操作，并生成TS，然后將該TS饋送到多路復(fù)用器/多路分解器9。多路復(fù)用器/多路分解器9分析并生成伴隨其他信號(hào)的控制信號(hào)，并將TS轉(zhuǎn)換成符合當(dāng)前系統(tǒng)的信號(hào)，然后將其饋送到下游裝置。所有的順序處理操作與在上面描述的視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)的操作相同。與此同時(shí)，多路復(fù)用器/多路分解器9分離數(shù)字信號(hào)的成分并將獲得的PES提供給MPEG AV解碼器19，以獲取模擬視頻信號(hào)和模擬音頻信號(hào)。
下面將描述數(shù)字接口電路12的信號(hào)再現(xiàn)操作。到多路復(fù)用器/多路分解器9的操作與上面描述的相同，因此將不再詳細(xì)描述。
一旦接收到TS信號(hào)，并且如果有必要，多路復(fù)用器/多路分解器9分析并生成控制信號(hào)，并將其提供給數(shù)字接口電路12。數(shù)字接口電路12執(zhí)行與其執(zhí)行的用于記錄的操作相反的轉(zhuǎn)換操作，以生成符合外部IRD的數(shù)字信號(hào)，然后借助數(shù)字輸入/輸出端子105將該數(shù)字信號(hào)輸出。與此同時(shí)，多路復(fù)用器/多路分解器9執(zhí)行分離的處理操作，并將PES提供給MPEG AV解碼器19，以生成模擬視頻信號(hào)和模擬音頻信號(hào)。盡管本實(shí)施例是關(guān)于連接到IRD描述的，但是也可以替換連接到比如電視機(jī)或個(gè)人計(jì)算機(jī)的AV裝置。
盡管上面描述的圖14的信號(hào)記錄介質(zhì)是硬盤，但是也可以用任何適當(dāng)?shù)男盘?hào)記錄介質(zhì)替換，比如光盤、軟盤、諸如磁帶的磁記錄介質(zhì)、諸如IC卡的半導(dǎo)體記錄介質(zhì)、或一些其他的存儲(chǔ)器，用于記錄本實(shí)施例編碼的信號(hào)?？梢杂糜谝罁?jù)本發(fā)明的編碼器的光盤包括那些適于逐位記錄信號(hào)的光盤、隨同相變型光盤及有機(jī)染料物質(zhì)型光盤的磁光盤、適于使用紫外線激光束記錄的光盤、以及具有多層記錄膜的光盤。
權(quán)利要求
1.一種視頻信號(hào)編碼方法，包括下列步驟確定每一單位時(shí)間的輸入視頻信號(hào)的編碼難度d；根據(jù)預(yù)先與每一單位時(shí)間所述輸入視頻信號(hào)的編碼難度d相關(guān)的每一單位時(shí)間分配的編碼位數(shù)量b的函數(shù)b(d)，確定用于分配編碼位的基準(zhǔn)值；根據(jù)該基準(zhǔn)值確定分配的編碼位的實(shí)際數(shù)量b_x；以及根據(jù)所述分配的編碼位的實(shí)際數(shù)量b_x，通過編碼每一單位時(shí)間的輸入視頻信號(hào)生成編碼數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的視頻信號(hào)編碼方法，其中通過采用當(dāng)時(shí)的前一單位時(shí)間的編碼難度、分配的編碼位的數(shù)量、實(shí)際生成的位數(shù)量之間的關(guān)系、以及當(dāng)時(shí)的前一單位時(shí)間的編碼難度和當(dāng)前單位時(shí)間的編碼難度之間的關(guān)系，確定所述基準(zhǔn)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的視頻信號(hào)編碼方法，其中所述根據(jù)該基準(zhǔn)值確定實(shí)際數(shù)量編碼位的步驟，是通過控制分配的位的實(shí)際數(shù)量實(shí)現(xiàn)的，以便在編碼一定時(shí)間周期T_vbr的輸入視頻信號(hào)時(shí)獲得的生成位的和、不超出在記錄介質(zhì)上用于記錄具有該時(shí)間周期T_vbr長(zhǎng)度的信號(hào)的可用位數(shù)量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的視頻信號(hào)編碼方法，其中預(yù)先將用于一定時(shí)間周期T_vbr的每一單位時(shí)間分配的位數(shù)量b_av的和部分B_av或B_av＝b_av×T_vbr存儲(chǔ)為虛擬緩沖器V_vbr，分配的編碼位數(shù)量的實(shí)際基準(zhǔn)值b_real通過下式獲得b_real＝(B_av-V_vbr)/T_vbr以便在根據(jù)所述基準(zhǔn)值確定分配的編碼位實(shí)際數(shù)量的所述步驟中，只要V_vbr＞0，即給出不小于b_real的分配的位數(shù)量，否則，給出小于b_real的數(shù)量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的視頻信號(hào)編碼方法，其中當(dāng)給定分配的位數(shù)量超出所述b_real時(shí)，根據(jù)分配的位數(shù)量b_av，預(yù)先提供一上限。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的視頻信號(hào)編碼方法，其中當(dāng)給定分配的位數(shù)量小于所述b_real時(shí)，根據(jù)分配的位數(shù)量b_av，預(yù)先提供一下限。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的視頻信號(hào)編碼方法，其中當(dāng)給定分配的位數(shù)量小于所述b_real時(shí)，通過考慮輸入圖像的視覺特性，根據(jù)作為編碼結(jié)果明顯劣變的場(chǎng)景的比例提供該上限。
8.根據(jù)權(quán)利要求4的視頻信號(hào)編碼方法，其中在所述時(shí)間周期T_vbr的編碼操作結(jié)束時(shí)，當(dāng)在該時(shí)間周期實(shí)際生成的位數(shù)量的和B_gen和在該時(shí)間周期可用的位數(shù)量的和B_av之間的差(B_av-B_gen)為正值時(shí)，將該差值延續(xù)并添加到下一時(shí)間周期的可用位數(shù)量的和中。
9.根據(jù)權(quán)利要求4的視頻信號(hào)編碼方法，其中當(dāng)可用的位數(shù)量的和超出作為延續(xù)該差值的結(jié)果的起始和B_av、R_total倍時(shí)，根據(jù)該比例增加每一單位時(shí)間實(shí)際分配的位的基準(zhǔn)值b_real。
10.一種視頻信號(hào)編碼器，包括用于確定每一單位時(shí)間的輸入視頻信號(hào)的編碼難度d的裝置；根據(jù)預(yù)先與每一單位時(shí)間所述輸入視頻信號(hào)的編碼難度d相關(guān)的每一單位時(shí)間分配的編碼位數(shù)量b的函數(shù)b(d)，確定用于分配編碼位的基準(zhǔn)值的裝置；用于根據(jù)該基準(zhǔn)值確定分配的編碼位的實(shí)際數(shù)量b_x的裝置；以及用于根據(jù)所述分配的編碼位的實(shí)際數(shù)量b_x，通過編碼每一單位時(shí)間的輸入視頻信號(hào)生成編碼數(shù)據(jù)的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的視頻信號(hào)編碼器，其中通過采用當(dāng)時(shí)的前一單位時(shí)間的編碼難度、分配的編碼位的數(shù)量、實(shí)際生成的位數(shù)量之間的關(guān)系、以及當(dāng)時(shí)的前一單位時(shí)間的編碼難度和當(dāng)前單位時(shí)間的編碼難度之間的關(guān)系，確定所述基準(zhǔn)值。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的視頻信號(hào)編碼器，其中所述根據(jù)該基準(zhǔn)值確定實(shí)際數(shù)量編碼位的裝置，以如下方式控制分配的位的實(shí)際數(shù)量，即在編碼一定時(shí)間周期T_vbr的輸入視頻信號(hào)時(shí)獲得的生成位的和、不超出在記錄介質(zhì)上用于記錄具有該時(shí)間周期T_vbr長(zhǎng)度的信號(hào)的可用位數(shù)量。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的視頻信號(hào)編碼器，其中預(yù)先將用于一定時(shí)間周期T_vbr的每一單位時(shí)間分配的位數(shù)量b_av的和部分B_av或B_av＝b_av×T_vbr存儲(chǔ)為虛擬緩沖器V_vbr，分配的編碼位數(shù)量的實(shí)際基準(zhǔn)值b_real通過下式獲得b_real＝(B_av-V_vbr)/T_vbr以便在根據(jù)所述基準(zhǔn)值確定分配的編碼位實(shí)際數(shù)量的所述步驟中，只要V_vbr＞0，即給出不小于b_real的分配的位數(shù)量，否則，給出小于b_real的數(shù)量。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的視頻信號(hào)編碼器，其中當(dāng)給定分配的位數(shù)量超出所述b_real時(shí)，根據(jù)分配的位數(shù)量b_av，預(yù)先提供一上限。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的視頻信號(hào)編碼器，其中當(dāng)給定分配的位數(shù)量小于所述b_real時(shí)，根據(jù)分配的位數(shù)量b_av，預(yù)先提供一下限。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的視頻信號(hào)編碼器，其中當(dāng)給定分配的位數(shù)量小于所述b_real時(shí)，通過考慮輸入圖像的視覺特性，根據(jù)作為編碼結(jié)果明顯劣變的場(chǎng)景的比例提供該上限。
17.根據(jù)權(quán)利要求13的視頻信號(hào)編碼器，其中在所述時(shí)間周期T_vbr的編碼操作結(jié)束時(shí)，當(dāng)在該時(shí)間周期實(shí)際生成的位數(shù)量的和B_gen和在該時(shí)間周期可用的位數(shù)量的和B_av之間的差(B_av-B_gen)為正值時(shí)，將該差值延續(xù)并添加到下一時(shí)間周期的可用位數(shù)量的和中。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的視頻信號(hào)編碼器，其中當(dāng)可用的位數(shù)量的和超出作為延續(xù)該差值的結(jié)果的起始和B_av、R_total倍時(shí)，根據(jù)該比例增加每一單位時(shí)間實(shí)際分配的位的基準(zhǔn)值b_real。
全文摘要
對(duì)輸入視頻信號(hào)用1次通過型編碼系統(tǒng)高效地編碼。編碼難度計(jì)算單元33確定輸入運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)的編碼難度d并發(fā)送到分配的位數(shù)量計(jì)算電路/控制器34,在此根據(jù)編碼難度d確定分配的編碼位的數(shù)量的基準(zhǔn)值,當(dāng)將該基準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換為分配的編碼位的實(shí)際數(shù)量bx時(shí),預(yù)先存儲(chǔ)一定時(shí)間周期的每一單位時(shí)間分配的位數(shù)量的和部分作為虛擬緩沖器,并通過將該每一單位時(shí)間分配的編碼位的數(shù)量和減去存儲(chǔ)為虛擬緩沖器的部分再除以一定時(shí)間周期,獲得分配的編碼位的數(shù)量的實(shí)際基準(zhǔn)值。
文檔編號(hào)H04N7/26GK1340967SQ0112284
公開日2002年3月20日 申請(qǐng)日期2001年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月14日
發(fā)明者伊木信彌, 加藤元樹 申請(qǐng)人:索尼公司