專利名稱：分層分隔視頻信號(hào)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用以使兩數(shù)據(jù)流間的壓縮視頻數(shù)據(jù)予以分隔的系統(tǒng)。
數(shù)字式高清晰度視頻數(shù)據(jù)可通過(guò)產(chǎn)生壓縮視頻數(shù)據(jù)，于其高低優(yōu)先次序信息間分隔其視頻數(shù)據(jù)，并分別將高低優(yōu)先次序數(shù)據(jù)正交調(diào)幅于各獨(dú)立載波上，于地面電視頻道上予以成功的發(fā)送。此調(diào)制后的載波系包括于6MHz頻譜內(nèi)，于是此組合信號(hào)乃予變換而占用一標(biāo)準(zhǔn)廣播頻道之頻譜。高優(yōu)先數(shù)據(jù)以較高功率發(fā)送，而低優(yōu)先數(shù)據(jù)以較低功率發(fā)送。高優(yōu)先數(shù)據(jù)系為足以使圖像重現(xiàn)之視頻數(shù)據(jù)，惟其品質(zhì)較高清晰度圖像為差。
本發(fā)明之目的系為用以使在高低優(yōu)先次序視頻數(shù)據(jù)之間壓縮視頻數(shù)據(jù)據(jù)予以分離。為說(shuō)明此一揭示之方便，茲假定此視頻數(shù)據(jù)系依MPEG般之格式(即使任何可依優(yōu)先層次分層之?dāng)?shù)據(jù)格式皆可予使用)予以壓縮?！癕PEG般”之意義，乃為與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織所訂定之標(biāo)準(zhǔn)化編碼格式相類似之編碼格式。此一標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)述于“國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織”之文件[SOIECJT(1/SC2/WC1)，電影與相關(guān)音頻之編碼(CodingofMovingPicturesandAssociatedAudio)，1990年12月18日MPEG90/176Rev.2中，此一文件已予納入本說(shuō)明中作為一般代碼格式之說(shuō)明之參考。
MPEG標(biāo)準(zhǔn)系每一非交織幀發(fā)送240線條(NTSC)，此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)典型的系經(jīng)由只將交織源視頻信號(hào)之奇數(shù)或偶數(shù)場(chǎng)予以編碼之方式達(dá)成之。傳輸高清晰度電視信號(hào)時(shí)，此標(biāo)準(zhǔn)修改為提供，例如，每場(chǎng)480線，而且系奇數(shù)偶數(shù)兩場(chǎng)皆予傳輸。此外，每一線條之像素?cái)?shù)目亦增加為，例如，1440。概念上言，此等改變只影響及數(shù)據(jù)率而不致影響及壓縮原理。關(guān)于此編碼格式特別有興趣的乃是，各連續(xù)幀系依照循環(huán)順序予以編碼，其中，特定順序幀系予幀間編碼(I幀)，其他幀(P幀)系正向幀間編碼，而更另外有其他幀(B幀)系兼采正向和反向幀間編碼，每一種編碼類別之幀，其編碼信號(hào)格式系相類似，但是，編碼后各種幀對(duì)于圖像重現(xiàn)之相對(duì)重要性系I、P、B。圖像可由單一I幀中使之重現(xiàn)，但是，P或B幀之圖像重現(xiàn)卻須要有由先前解碼的I或P幀中所導(dǎo)出之信息。
相關(guān)各編碼后之幀，其數(shù)據(jù)位量則變化廣泛。此外在相關(guān)幀間在名義上被視為低優(yōu)先層次數(shù)據(jù)之信息百分比可有極廣泛之變化。因此在高低優(yōu)先層次波道間分配數(shù)據(jù)并非只分析每一幀數(shù)據(jù)有某一特定K百分比屬于高優(yōu)先層次波道，而其余(100-K)百分比為低優(yōu)先層次頻道這樣簡(jiǎn)單事情。如編碼后幀類別之相對(duì)重要性系包括于優(yōu)先化程序中時(shí)，此一分析乃更趨繁復(fù)矣。
本發(fā)明目的系為針對(duì)用于以確定來(lái)自相關(guān)視頻信息編碼后各幀之?dāng)?shù)據(jù)有多少百分比或分?jǐn)?shù)系將予分配于高低優(yōu)先層次波道。此項(xiàng)分?jǐn)?shù)為每一幀單獨(dú)決定的。高及低優(yōu)選頻道包括速率緩沖器，分?jǐn)?shù)系以速率緩沖器的占用率決定，幀內(nèi)編碼幀的壓縮視頻數(shù)據(jù)系分配于高優(yōu)先速率緩沖器以便實(shí)質(zhì)上填充速率緩沖器，各幀群剩余之幀間編碼幀的壓縮視頻數(shù)據(jù)系分配于高優(yōu)先速率緩沖器，其數(shù)量可供速率緩沖器實(shí)質(zhì)上空出幀群。


圖1為實(shí)施本發(fā)明之視頻信號(hào)壓縮系統(tǒng)之方塊圖。
圖2為由圖1壓縮電路所提供各數(shù)據(jù)層次之圖示。
圖3為由圖1壓縮電路所提供數(shù)據(jù)格式之概括化圖示。
圖4為可用以實(shí)施圖1優(yōu)先層次選擇電路之示范電路方塊圖。
圖5為表示產(chǎn)生數(shù)據(jù)分隔點(diǎn)過(guò)程之流程圖。
圖6為用以確定須分配予相關(guān)高低優(yōu)先層次波道之相關(guān)幀數(shù)據(jù)分?jǐn)?shù)之程序流程圖。
圖1所示為可用以發(fā)送高清晰度電視(HDTV)信號(hào)之視頻信號(hào)壓縮系統(tǒng)方塊圖。在此系統(tǒng)中，視頻信號(hào)開始系依照MPEG類似格式予以壓縮。其后，MPEG類似信號(hào)碼字乃依照其相關(guān)碼字類別之相對(duì)重要程序分析為兩種位流。此兩位流系各予獨(dú)立處理，而施加誤差校正一般位，然后使其正交調(diào)幅(QAM)相關(guān)載波。經(jīng)調(diào)制之載波乃相組合供傳輸之用。相對(duì)較為重要和較不重要之位流乃分別稱之為高優(yōu)先(HP)和低優(yōu)先(LP)波道。此高優(yōu)先波道大約以兩倍低優(yōu)先波道之功率發(fā)送。高優(yōu)先/低優(yōu)先信息比約為1∶4。其約略凈數(shù)率，于正向誤差校正后系為4.5MbpsHP及18MbpsLP。
在圖1中，來(lái)自例如可為HDTV攝像機(jī)之源10之視頻信號(hào)乃施加于壓縮電路12上。此壓縮電路12使視頻信號(hào)依照經(jīng)辨識(shí)為幀群GOF(參閱圖2)之循環(huán)編碼順序予以壓縮。GOF編碼序列包括有第一幀(I)系依幀內(nèi)編碼，隨后接著為若干B幀(雙向幀間編碼)，它們與P幀(正向幀間編碼)規(guī)則地散布。P編碼幀之編碼數(shù)據(jù)包括有在實(shí)際視頻與預(yù)計(jì)來(lái)自最后產(chǎn)生之I或P幀之幀之間之壓縮差異。各B幀編碼數(shù)據(jù)包括有實(shí)際幀與預(yù)計(jì)來(lái)自有特定B幀配置其間之I和P幀中兩預(yù)計(jì)幀中較佳者之間之壓縮差異，所有各幀中編碼數(shù)據(jù)皆予分割為片段，包括有，例如，相關(guān)圖像水平部分之編碼數(shù)據(jù)，每一部分為16像素倍數(shù)高。此等片段又分割為巨塊。每一巨塊系由6小塊所組成，包括四亮度小塊，一U彩色小塊和一V彩色小塊。一小塊代表像素矩陣，例如，8×8，其上可進(jìn)行例如離散余弦變換(DCT)。四亮度小塊系為鄰接亮度塊之2×2矩陣，代表一16×16像素矩陣。彩色(U和V)小塊代表與四亮度小塊相同之總面積。即彩色信號(hào)，在壓縮之前，通過(guò)與亮度相關(guān)之水平方向和垂直方向之雙倍次取樣。
由壓縮器12所提供之編碼輸出信號(hào)通常系為疊層格式，如圖3所示。上層系由各方格列L1所示之幀群(GOF)所組成。每一GOF(L2)包括有標(biāo)題，跟著有圖像數(shù)據(jù)段。GOF標(biāo)題可包括與水平和垂直圖像尺寸、寬高比、場(chǎng)/幀率、位速率等相關(guān)之?dāng)?shù)據(jù)。
與相關(guān)幀相對(duì)應(yīng)之圖像數(shù)據(jù)(L3)包括有標(biāo)題，接著有片段數(shù)據(jù)(L4)。圖像標(biāo)題可包括幀數(shù)及圖像碼類別。每一片段(L4)包括有標(biāo)題，跟著為若干數(shù)據(jù)塊Mbi。此片段標(biāo)題可包括群數(shù)及量化參數(shù)。
每一塊Mbi(L5)代表一巨塊及包括有標(biāo)題，跟著有動(dòng)態(tài)向量和變換系數(shù)(例如，離散余弦變換系數(shù))。Mbi標(biāo)題可包括有巨塊地址，巨塊類別和量化參數(shù)。變換系數(shù)見(jiàn)示于層L6，塊系數(shù)一塊一次設(shè)有首先產(chǎn)生之DCT，DC系數(shù)，跟著有依其相對(duì)重要性順序之相關(guān)DCTAC系數(shù)。塊碼末端EOB系附于每一連續(xù)產(chǎn)生之?dāng)?shù)據(jù)塊末端。
來(lái)自壓縮器12之?dāng)?shù)據(jù)系施加于優(yōu)先層次處理器14，此處理器使HP與LP波道間之?dāng)?shù)據(jù)予以分析，經(jīng)優(yōu)先化數(shù)據(jù)系耦合至相關(guān)HP與LD速率緩沖器15A和15B上。
一如所熟知，壓縮視頻數(shù)據(jù)系依各種速率產(chǎn)生，而數(shù)據(jù)之傳輸則宜依與波道容量相當(dāng)之恒定速率實(shí)施，俾使波道得以有效使用。速率緩沖器15A和15B可實(shí)施可變以至恒定不變之?dāng)?shù)據(jù)速率之轉(zhuǎn)移。亦能知悉者乃是，依照緩沖器占用層次以調(diào)整由壓縮器12所提供數(shù)據(jù)量。因此，緩沖器15A和15B乃包括有用以表示其相關(guān)占用層次之電路。此等顯示系施加于控制器18上，以調(diào)整經(jīng)由壓縮器12所提供之平均數(shù)據(jù)率。
如圖3所顯示，依組構(gòu)層次格式化之壓縮視頻數(shù)據(jù)系耦合至優(yōu)先選擇元件14上，此元件分析高優(yōu)先波道HP與低優(yōu)先波道LP間之編碼數(shù)據(jù)。一般而言，高優(yōu)先信息系指其喪失和敗壞會(huì)使重現(xiàn)圖像產(chǎn)生最大惡化之信息。反過(guò)來(lái)說(shuō)，系為產(chǎn)生圖像時(shí)，縱非完美圖像時(shí)，所需最少之?dāng)?shù)據(jù)。低優(yōu)先數(shù)據(jù)乃為其余的信息。此高優(yōu)先信息實(shí)質(zhì)上包括依不同組構(gòu)層次所包含之所有標(biāo)題信息，加上相關(guān)塊的DC系數(shù)及相關(guān)塊的AC系數(shù)部分(層次6，圖3)。
在電路16內(nèi)，信號(hào)可耦合至傳輸調(diào)制解調(diào)器上，其中，HP波道數(shù)據(jù)乃正交調(diào)幅第一載波，而LP波道數(shù)據(jù)乃正交調(diào)幅從第一載波位移約2.88MHz之第二載波。經(jīng)調(diào)制之第一和第二載波之6dB頻帶寬度系分別為約0.96MHz和3.84MHz。調(diào)制后之第一載波發(fā)送時(shí)之功率比調(diào)制后之第二載波約大9dB。由于HP信息系以較大功率發(fā)送，其經(jīng)由發(fā)送波道而敗壞之可能性要少得多。此HP載波系位置于通常系由標(biāo)準(zhǔn)之NTSC電視信號(hào)殘留邊帶所占據(jù)之，例如，NTSC電視，發(fā)送波道之頻譜部分內(nèi)。LP載波之位置須使LP數(shù)據(jù)頻譜占據(jù)通常系由標(biāo)準(zhǔn)NTSC電視信號(hào)亮度信息之上邊帶所占據(jù)之NTSC波道的部分。
所發(fā)送之壓縮數(shù)據(jù)可能系依統(tǒng)計(jì)方式予以編碼。統(tǒng)計(jì)編碼工作可于壓縮器12內(nèi)或在其數(shù)據(jù)優(yōu)先化之時(shí)或之后實(shí)施之。姑不論此統(tǒng)計(jì)編碼系在何處實(shí)施，為說(shuō)明方便計(jì)，茲假定此壓縮器12所提供的不僅是壓縮碼字，而且有關(guān)于每一碼字之類別及每一碼字長(zhǎng)度之?dāng)?shù)據(jù)。如此等碼字系于優(yōu)先化之后予以統(tǒng)計(jì)編碼時(shí)，其長(zhǎng)度將與統(tǒng)計(jì)編碼及碼字長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)。并假定此壓縮器12包括有用以儲(chǔ)存每一壓縮數(shù)據(jù)幀及其相關(guān)碼字長(zhǎng)度和類別之輸出存儲(chǔ)器，而使提供予優(yōu)先選擇電路14之每一新幀，此幀內(nèi)所包括之碼字總位數(shù)，N位等皆有。此一數(shù)字，只要于產(chǎn)生相關(guān)碼字時(shí)，積累與碼字長(zhǎng)度相對(duì)應(yīng)之?dāng)?shù)據(jù)即可產(chǎn)生。
此壓縮數(shù)據(jù)產(chǎn)生成為包括，例如，標(biāo)題數(shù)據(jù)、移動(dòng)向量、DC系數(shù)和AC系數(shù)等之許多碼字類別。每一碼字類別與圖像重現(xiàn)之相對(duì)重要性系為主觀的，因此乃為一種設(shè)計(jì)選擇。但是，通常承認(rèn)表示較高頻率信息之AC系數(shù)，其重要性最小。示范性碼字類別結(jié)構(gòu)層次可使GOF標(biāo)題碼字(-4)、圖像標(biāo)題和片段標(biāo)題碼字(-3)、巨塊標(biāo)題碼字(-2)、移動(dòng)向量(-1)、DC系數(shù)(0)、AC系數(shù)(1)至(64)等予以分類。在優(yōu)先化時(shí)，編號(hào)較低類將發(fā)送至HP波道，而編號(hào)較高類將依據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分離參數(shù)規(guī)定之Hfrac導(dǎo)引至LP波道。
圖4所示之示范性裝置系用以實(shí)施使數(shù)據(jù)分析為兩波道之優(yōu)先選擇程序部分。在圖4中，來(lái)自12(即壓縮器輸出存儲(chǔ)器)中之壓縮數(shù)據(jù)系耦合至兩緩沖器存儲(chǔ)器150A和150B之相關(guān)輸入端口及數(shù)據(jù)分析器152上。此等相關(guān)緩沖器包括有足夠之存儲(chǔ)器用以儲(chǔ)存，例如，數(shù)據(jù)片段。緩沖器150A和150B系依“乒乓”方式運(yùn)作而交互寫入數(shù)據(jù)片段及讀出數(shù)據(jù)片段。因此當(dāng)緩沖器150A由，例如，片段n中寫入數(shù)據(jù)時(shí)，緩沖器150B則由片段n-1中讀出數(shù)據(jù)。
當(dāng)數(shù)據(jù)寫入某一特定緩沖器時(shí)，分析器152，響應(yīng)于碼字類別資料而產(chǎn)生出相關(guān)碼字之碼字分類編號(hào)CW＃i，并使CW＃i與相對(duì)應(yīng)碼字相結(jié)合而予儲(chǔ)存。此分析器并計(jì)算出數(shù)據(jù)應(yīng)于HP與LP波道間予以分離之點(diǎn)或碼字。此一計(jì)算后系依儲(chǔ)存于緩沖器150A(150B)內(nèi)之?dāng)?shù)據(jù)量決定之。位總數(shù)系依緩沖器150A(150B)內(nèi)之所有碼字予以計(jì)算。于是，位總和與HP百分比相同之碼字類別系由碼字編號(hào)CW＃j識(shí)別之。此一編號(hào)系施加至轉(zhuǎn)換元件153A(153B)上，用以控制多路轉(zhuǎn)換器155A(155B)識(shí)別碼字編號(hào)CW＃j之后，碼字、碼長(zhǎng)度數(shù)據(jù)、碼字類別數(shù)據(jù)及碼字編號(hào)CW＃j等乃由緩沖器150A(150B)中并行讀出。碼字、碼長(zhǎng)度及碼類別等皆施加于多路轉(zhuǎn)換器155A(155B)之輸入端上，而碼字編號(hào)則施加于轉(zhuǎn)換元件153A(153B)之輸入端上。當(dāng)數(shù)據(jù)由緩沖器中讀出時(shí)，此轉(zhuǎn)換元件153A(153B)乃使碼字分類編號(hào)CW＃i與所計(jì)算出之編號(hào)CW＃j相比較。凡小于或等于CW＃j之碼字分類編號(hào)。皆由轉(zhuǎn)換元件提供控制信號(hào)，以調(diào)節(jié)多路轉(zhuǎn)換器155A(155B)而使相對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)經(jīng)由另一多路轉(zhuǎn)換器156傳送予HP波道。而大于CW＃j之碼字分類編號(hào)的，多路轉(zhuǎn)換器155A(155B)乃受調(diào)節(jié)而使相對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)經(jīng)由多路轉(zhuǎn)換器156傳送予LP波道。使多路轉(zhuǎn)換器156調(diào)節(jié)，而使經(jīng)由當(dāng)時(shí)正被讀出之緩沖器150A(150B)所提供之HP和LP數(shù)據(jù)皆予傳送。
分析器152包括有累積器，此累積器響應(yīng)于碼長(zhǎng)度和類別信號(hào)，獨(dú)立地使輸入緩沖器150A(150B)內(nèi)之每一碼類別之碼字位的數(shù)目予以合計(jì)。此等和相加而產(chǎn)生緩沖器內(nèi)所含碼字位的總數(shù)(或與緩沖器內(nèi)所含碼字相對(duì)應(yīng)之統(tǒng)計(jì)編碼字位)。此總和與Hfrac相乘而產(chǎn)生檢驗(yàn)總和。其后各相關(guān)碼類別之和乃順序依碼字分類編號(hào)CW＃i之升冪次序相加而產(chǎn)生部分和。每一部分和與檢驗(yàn)總和相比較，直至部分和超過(guò)檢驗(yàn)總和為止。與相鄰前一部分和相關(guān)之碼字分類編號(hào)CW＃j系為分配予HP波道的塊中之最后一類碼字。其后續(xù)各碼字類，即相關(guān)塊之CW＃j+1至CW＃n皆分配予LP波道。因此可以看出被視為高優(yōu)先信息的，實(shí)際上，如以施加于HP波道之?dāng)?shù)據(jù)界定為高優(yōu)先數(shù)據(jù)時(shí)，在各分析周期之間互有差異。
圖5所示為分析器152之運(yùn)作流程圖。在每一片段數(shù)據(jù)開始時(shí)，分析器使相關(guān)碼字類別之計(jì)數(shù)值予以重置[500]。于是當(dāng)數(shù)據(jù)寫入相關(guān)緩沖器內(nèi)時(shí)，分析器讀出[502]碼字類別、相對(duì)應(yīng)碼字長(zhǎng)度L，并視碼字類別而分配碼字分類編號(hào)CW＃i。分析器使碼字長(zhǎng)度L，與已分配有相同碼字分類編號(hào)CW＃i之所有先前各碼字之和相加[504]。然后此分析器檢驗(yàn)[506]以確定某一片段之所有數(shù)據(jù)是否皆已予評(píng)估。此一工作可檢查下一個(gè)產(chǎn)生之片段標(biāo)題之碼字類別方式而完成之。如片段末端未予產(chǎn)生即予繼續(xù)[502]。如已產(chǎn)生時(shí)，分析器乃進(jìn)行[508]以確定HP/LP數(shù)據(jù)斷點(diǎn)。此一程序系以使部分和值設(shè)定為0開始，然后開始使與已分配有CW＃i編號(hào)相對(duì)應(yīng)之相關(guān)各碼字類別位之和相累積[510]。亦即是使CW＃4之位和與CW＃3之位和相加而產(chǎn)生第一部分和。然后使CW＃2之位和與第一部分和相加而產(chǎn)生另一部分和，余類推，每一次產(chǎn)生出部分和時(shí)，乃使當(dāng)時(shí)現(xiàn)行部分和與片段中位總數(shù)之比率，與Hfrac作比較。如此比率較小時(shí)，乃使與下一個(gè)較高分類CW＃i相對(duì)應(yīng)之碼字位之和與前一部分和相加[514，510]。如此比率較大時(shí)，則使上一分類編碼CW＃i之指標(biāo)i＝j(luò)予以輸出[518]，亦即使CW＃j輸出。
于是此一系統(tǒng)乃應(yīng)用任何必要之重疊。例如，此分析時(shí)期可只包括GOF、圖像和片段標(biāo)題數(shù)據(jù)，所有的數(shù)據(jù)皆應(yīng)分配予HP波道。在此一實(shí)例中，所計(jì)算CW＃j必須予以重疊，因其必然使某些碼字指定至LP波道上。重疊實(shí)實(shí)施系經(jīng)由幀類別檢查及使所計(jì)算的CW＃j與重疊值表相核對(duì)[520]。包括有j等于64之檢驗(yàn)[516]，藉以防止此系統(tǒng)不致進(jìn)入無(wú)窮盡之環(huán)路，因?yàn)榇艘粚?shí)例中之CW＃i不能超過(guò)64。
重疊命令及Hfrac值可由系統(tǒng)控制器18經(jīng)由控制匯流排CB施加至分析器152上。分析器之所有必要之定時(shí)信號(hào)和控制命令亦系經(jīng)由控制匯流排所提供。
因?yàn)樵诿x上可視為高優(yōu)先數(shù)據(jù)部分各幀互有差異，使須予分配予HP波道之?dāng)?shù)據(jù)百分比規(guī)定一恒定量值已成為問(wèn)題，因?yàn)橄嚓P(guān)HP和LP波道可能產(chǎn)生流量不足及/或超過(guò)之狀況。因此，有必要依據(jù)處理數(shù)據(jù)依動(dòng)態(tài)方式?jīng)Q定比例。此項(xiàng)決定系為逐幀實(shí)施，而來(lái)自每一幀分配至HP之?dāng)?shù)據(jù)比例在下文中系標(biāo)示為Hfrac。
Hfrac之決定系由各相關(guān)幀群相對(duì)應(yīng)之?dāng)?shù)據(jù)實(shí)施之。此Hfrac量值一般與在幀群中先前幀之?dāng)?shù)據(jù)已予分配之后所剩余之波道容量成比例，其后，對(duì)于相同處理之I，P，B幀且I和P幀優(yōu)先于B幀之Hfrac值始予決定。茲界定Bgof(T)≡幀群總位容量;
Bgof(HP)≡幀群HP波道之總位容量;
Blgof(T)≡所遺留之總位容量，用以發(fā)送GOF剩余部分;
Blgof(HP)≡在GOF剩余部分之HP波道上所遺留之位容量;
Bf(T)≡現(xiàn)行幀所發(fā)送之總位;
Bf(HP)≡于現(xiàn)行幀HP波道上所發(fā)送之位。
首先考慮I，P，B幀相同處理之狀況。以名義而言，須分配予HP波道之每一幀的數(shù)據(jù)量應(yīng)對(duì)應(yīng)于HP波道容量與總波波道容量之比例，即分?jǐn)?shù)Bgof(HP)/Bgof(T)。但是，由于上文中所述的諸多限止(例如重疊)，對(duì)于某些特定幀，導(dǎo)引至HP波道之實(shí)際數(shù)據(jù)量可能有異于此一分?jǐn)?shù)。茲假定GOF中有許多第一幀所分配予HP波道之?dāng)?shù)據(jù)大大超過(guò)分?jǐn)?shù)Bgof(HP)/Bgof(T)。如此系統(tǒng)繼續(xù)依據(jù)分?jǐn)?shù)Bgof(HP)/Bgof(T)分配其余幀之?dāng)?shù)據(jù)予HP波道時(shí)，HP波道勢(shì)必溢流而LP則流量不足也。另外，如數(shù)據(jù)系根據(jù)HP波道剩余容量分配予HP波道時(shí)，此溢流/流量不足之狀況可以避免。因此，待分配予HP波道之幀群相關(guān)幀之?dāng)?shù)據(jù)分?jǐn)?shù)系由Blgof(HP)/Blgof(T)之關(guān)系予以決定的，此項(xiàng)計(jì)算系于每一幀HP數(shù)據(jù)分配之后實(shí)施之。
為了實(shí)施此項(xiàng)計(jì)算，乃進(jìn)行下述程序。此系統(tǒng)起始化時(shí)，Bf(T)和Bf(HP)之值皆設(shè)定為0，而Blgof(T)和Blgof(HP)之值亦設(shè)定0。每一GOF開始時(shí)，Blgof(T)和Blgof(HP)之值皆分別隨Blgof(T)和Blgof(HP)之值予以更新，亦即Blgof(T)新GOF＝Blgof(T)最后+Bgof(T)Blgof(HP)新GOF＝Blgof(HP)最后+Bgof(HP)，而Hfrac計(jì)算為Hfrac＝Blgof(HP)/Blgof(T)此Hfrac值傳送至優(yōu)先選擇電路14，并依據(jù)Hfrac值決定碼字編號(hào)CW＃j。實(shí)施檢查以確定在前面各CW＃j分析期間是否有過(guò)多數(shù)據(jù)分配予HP波道。此項(xiàng)檢查可包括產(chǎn)生Bf(HP)/Bf(T)之比率，并使之與Hfrac相比較，如比率超過(guò)Hfrac時(shí)，則已分配予HP波道之?dāng)?shù)據(jù)大多。為制衡此一狀況。使CW＃j減小為(CW＃j-1)。于是使碼字在HP和LP波道間分析。HP數(shù)據(jù)之累積值和現(xiàn)行CW＃j分析期間之總數(shù)據(jù)乃分別與Bf(HP)和Bf(T)之值相加。在后續(xù)CW＃j分析期間乃利用更新之值Bf(HP)和Bf(T)之值相加。在后續(xù)CW＃j分析期間乃利用更新之值Bf(HP)和Bf(T)以檢查分配予HP波道之過(guò)量數(shù)據(jù)。在每一幀末端，Blgof(HP)和Blgof(T)值分別減去Bf(HP)和Bf(T)，并隨后使Bf(HP)和Bf(T)值皆重置為0。
其次考慮另一替代系統(tǒng)，其中需要使I幀賦予優(yōu)先，以使I幀大部分?jǐn)?shù)據(jù)在HP波道發(fā)送。此工作可通過(guò)調(diào)節(jié)此系統(tǒng)使HP速率緩沖器充滿I幀數(shù)據(jù)，及隨后使HP速率緩沖器于GOF之其余期間內(nèi)予以騰空而完成，I幀數(shù)據(jù)不允許完全充滿HP速率緩沖器，因?yàn)樵诿恳籊OF時(shí)間內(nèi)皆須有一部分空間給予來(lái)自P和B幀之部分?jǐn)?shù)據(jù)。容許I幀數(shù)據(jù)占用HP速率緩沖器容量之百分比PHP系為一項(xiàng)設(shè)計(jì)選擇。PHP設(shè)定愈大，則給予I幀優(yōu)先亦愈大。
除前述諸變數(shù)外，茲界定bo(HP)≡HP波道速率緩沖器(15A)占用率;
bo(LP)≡LP波道速率緩沖器(15B)占用率;
bsize(LP)≡LP速率緩沖器(15B)尺寸;
bsize(HP)≡HP速率緩沖器(15A)尺寸;
Ns≡每秒之源幀數(shù);
N≡GOF內(nèi)之幀數(shù);
M≡連續(xù)P幀之間的B幀數(shù)+1，R(LP)≡LP波道位速率，R(HP)≡HP波道位速率，R(T)≡總波道位速率。
此一計(jì)算Hfrac方法系參照?qǐng)D6流程圖予以說(shuō)明。當(dāng)此系統(tǒng)起始化時(shí)，Blgof(HP)和Blgof(T)皆起始化為0。注意此系統(tǒng)以已知順序處理I，P和B幀，而由I幀開始，幀[600]開始時(shí)，存取值N位，而Bf(T)和Bf(HP)皆設(shè)定為0。由速率緩沖器中存取[610]bo(HP)和bo(LP)之值。實(shí)施檢查[611]以確定其最后幀是否為I幀。若是，乃計(jì)算出[614]可變數(shù)MbpF，用以產(chǎn)生出后續(xù)諸P幀之Hfrac。此可變數(shù)系根據(jù)下述關(guān)系計(jì)算之MbpF＝｛bo(HP)-R(HP)＊(N-1)/NS｝/(1-N/M)。
值MbpF系約略等于幀群之P幀剩余HP波道容量(于使I幀優(yōu)先化之后)之均分。此乃為防止高優(yōu)先波道流量不足所必須施加于高優(yōu)先波之每一P幀之最低數(shù)據(jù)量。
I幀Hfrac之計(jì)算之進(jìn)行[612]，系首先使值Blgof(T)和Blgof(HP)依照下式更新Blgof(T)新GOF＝Blgof(T)最后+Bgof(T)Blgof(HP)新GOF＝Blgof(HP)最后+Bgof(HP)，Hfrac計(jì)算出兩個(gè)值，即Hfrac和HfracT。Hfrac根據(jù)下列關(guān)系導(dǎo)出Hfrac＝｛bsize(HP)＊PHP-bo(HP)+(R(HP)/Ns)｝/N位。
分子中前兩項(xiàng)系與現(xiàn)行可用HP速率緩沖器空間相對(duì)應(yīng)。第三項(xiàng)系為HP速率緩沖器于正常幀時(shí)段內(nèi)將予騰空之量。
HfracT＝｛Blgof(HP)+[R(HP)/R(T)][N位-Blgof(T)]｝/N位。
Hfrac輸出值系為Hfrac式中所計(jì)算之值，除非HfracT大于Hfrac，在后一狀況下，Hfrac輸出值系與HfracT所計(jì)算之值相等。須施行檢查以確保Hfrac值不致使LP波道流量不足。LP緩沖器之預(yù)期占用率EoLP系依下式計(jì)算EoLP＝(1-Hfrac)N位+bo(LP)-R(LP)/Ns。
若EoLP小于0時(shí)，Hfrac之值則由下式計(jì)算Hfrac＝1+｛bo(HP)-(R(LP)/Ns)｝/N位，如此乃確保，在平均上，正好有足夠數(shù)據(jù)分配予LP波道而防止流量不足。于是Hfrac值乃施加[620]而使I幀CW＃j值開始分析。
P幀之Hfrac乃依據(jù)下式產(chǎn)生[616]Hfrac＝MbpF/N位施加此值[620]用以產(chǎn)生相關(guān)P幀之CW＃j值。
B幀之Hfrac之計(jì)算[618]，目的系使大部分之B幀信息分配予LP波道，亦即除了認(rèn)為重要的以外之所有數(shù)據(jù)。在任何特定分層次之?dāng)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中認(rèn)為重要之層次當(dāng)然系為主觀事項(xiàng)，而系依設(shè)計(jì)人員意向而決定。必須注意者乃須確保HP速率緩沖器不致流量不足，或LP速率緩沖器不致溢流。可變MB系依下式產(chǎn)生之MB＝-bo(HP)+R(HP)/Ns。
若MB大于0時(shí)，HP緩沖器可能流量不足，在此狀況下，Hfrac乃由下式?jīng)Q定;
Hfrac＝MB/N位(加上一些余裕)。
若無(wú)HP流量不足之狀況存在時(shí)，乃行檢查以確定可能有LP緩沖器溢流。此項(xiàng)工作之實(shí)施系經(jīng)由依下式產(chǎn)生可變之MBX之方式MBX＝bsize(LP)-bo(LP)+R(LP)/Ns。
MBX約略為L(zhǎng)P緩沖器在現(xiàn)行負(fù)載狀況下能容納之最大數(shù)據(jù)量。若N位大于MBX時(shí)，LP緩沖器可能溢流，而Hfrac則由下述關(guān)系產(chǎn)生Hfrac＝1-MBX/N位(加上余裕)。
若上述兩種狀態(tài)況皆不存在時(shí)，則使Hfrac設(shè)定為0，亦即使B幀所有數(shù)據(jù)皆分配予LP波道。但是，由于CW＃j之重疊，某些層次之?dāng)?shù)據(jù)仍可能被導(dǎo)引至HP波道上。
Hfrac一旦予以確定，優(yōu)先選擇程序乃開始[620]。此一優(yōu)先選擇程序[622]可為參照?qǐng)D4所說(shuō)明之型式，包括有CW＃j重疊[626]。試考慮MDEG類似信號(hào)格式，此格式，依示范說(shuō)明之層次結(jié)構(gòu)次序，包括有幀標(biāo)題、片段標(biāo)題、互塊標(biāo)題、移動(dòng)向量及DCT系數(shù)等，重疊程序可使來(lái)自移動(dòng)向量以上結(jié)構(gòu)層次順序內(nèi)之所有資料皆施加至高優(yōu)先波道上。此外尚包括有CW＃j校正程序[624]防止太多資料分配予HP波道上。在校正程序[624]中，Bf(HP)/Bf(T)之比率與Hfrac值相比較，若此比率超過(guò)Hfrac時(shí)，所產(chǎn)生CW＃j之值乃予減量1單元。在CW＃j校正之后，碼字?jǐn)?shù)據(jù)乃分配[626]于HP與LP波道之間，且實(shí)施任何層次之重疊。在每一CW＃j分析時(shí)段之后，經(jīng)處理之?dāng)?shù)據(jù)量乃與該幀之先前分析時(shí)段內(nèi)所處理數(shù)據(jù)量相累積[628]，而使校正程序[624]中所使用的變數(shù)Bf(HP)和Bf(T)予以更新。
經(jīng)試驗(yàn)顯示，對(duì)于上述Hfrac產(chǎn)生程序，一如可預(yù)期的，高優(yōu)先波道占用率游移于幀群之I幀相當(dāng)完整狀態(tài)與最后B幀相當(dāng)空虛狀態(tài)之間。低優(yōu)先速率緩沖器之占用率，與高優(yōu)先速率緩沖器占用率相比較，仍屬相當(dāng)恒定不變之層次上。
另一替換性方式系將B幀視如上文所述，而對(duì)于I和P幀則以同等基礎(chǔ)視之，在此一實(shí)施例中，相關(guān)之I和P幀之Hfrac值系依下述關(guān)系產(chǎn)生之Hfrac＝｛Blgof(HP)+R(HP)＊(N位-Blgof(T)/R(T)｝/N位。
用以產(chǎn)生Hfrac之處理步驟可編程于圖4數(shù)據(jù)分析器152中或圖1中所示系統(tǒng)控制器18中。
在權(quán)利要求書中，所述與變數(shù)成比例之函數(shù)乃表示，此變數(shù)產(chǎn)生在界定此函數(shù)之關(guān)系式中分子內(nèi)。所述與變數(shù)成反比之函數(shù)，乃表示此變數(shù)產(chǎn)生于界定此函數(shù)之關(guān)系式分母內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種分解裝置，用以分解在具有第一頻道容量的高優(yōu)先頻道與具有第二頻道容量的低優(yōu)先頻道之間的壓縮視頻數(shù)據(jù)，該壓縮視頻數(shù)據(jù)有不同類別的碼字并成幀群，各幀群包括幀內(nèi)編碼幀及幀間編碼幀，其特征在于，該裝置包括該壓縮視頻數(shù)據(jù)的一個(gè)源(10，12)；該高及低優(yōu)先頻道分別包括有高及低優(yōu)先速率緩沖器(15A，15B)，該速率緩沖器包括產(chǎn)生裝置，用以產(chǎn)生顯示其目前占用狀態(tài)的有關(guān)信號(hào)；響應(yīng)裝置(14)，響應(yīng)于Hfrac值及該碼字，用以根據(jù)該類別之預(yù)定層次將該碼字分類，并根據(jù)該層次將代表該壓縮視頻數(shù)據(jù)Hfrac分?jǐn)?shù)之該類別碼字加至高優(yōu)先速率緩沖器，及將剩余之該壓縮視頻信號(hào)加至該低優(yōu)先速率緩沖器；響應(yīng)裝置(18)，響應(yīng)于顯示高優(yōu)先速率緩沖器目前占用率的信號(hào)，用以產(chǎn)生各群相關(guān)幀之該Hfrac值，其中對(duì)于各幀群，該幀內(nèi)編碼幀之Hfrac值大小可使幀內(nèi)編碼數(shù)據(jù)實(shí)質(zhì)上填充高優(yōu)先速率緩沖器，及該幀間編碼幀之Hfrac值大小可使高優(yōu)先速率緩沖器在幀群中放空。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，其中產(chǎn)生Hfrac之該裝置系依目前占用高優(yōu)先速率緩沖器比例產(chǎn)生Hfrac。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，其中產(chǎn)生Hfrac之該裝置系依各幀壓縮視頻數(shù)據(jù)量的反比產(chǎn)生Hfrac。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，其中產(chǎn)生Hfrac之該裝置依目前占用高優(yōu)先速率緩沖器比例及依各幀壓縮視頻數(shù)據(jù)量的反比產(chǎn)生Hfrac。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，其中產(chǎn)生Hfrac之該裝置根據(jù)下列關(guān)系產(chǎn)生該幀內(nèi)編碼幀的HfracHfrac≌｛sizeHP＊PHP+(R(HP)/Ns-bo(HP)｝/Nbits其中sizeHP系高優(yōu)先速率緩沖器的容量，PHP系可供幀內(nèi)編碼占用的速率緩沖器容量分?jǐn)?shù)，R(HP)/Ns系高優(yōu)先頻道可容納之每幀平均位數(shù)，bo(HP)系目前優(yōu)先速率緩沖器的占用率，及Nbits系各幀壓縮視頻數(shù)據(jù)量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，其中該幀間編碼幀有兩種編碼類別及產(chǎn)生Hfrac之該裝置系依下列關(guān)系產(chǎn)生該幀間編碼類別之一的HfracHfrac≌｛(N-1)＊R(HP)/Ns-bo(HP)｝/｛K＊Nbits｝其中N系幀群中之幀數(shù)，K系幀群中該一類別之幀間編碼幀數(shù)，及bo(HP)系緊接在最新幀內(nèi)編碼幀優(yōu)先化之后的高優(yōu)先速率緩沖器占用率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，其中第二類別幀間編碼幀的Hfrac值系一預(yù)定常數(shù)。
8.一種分解裝置，用以分解在具有第一頻道容量的高優(yōu)先頻道和一具有第二頻道容量之低優(yōu)先頻道之間的壓縮視頻數(shù)據(jù)，該壓縮的視頻數(shù)據(jù)(12)如同不同型式之碼字且以幀群的方式形成，各幀群包括一幀內(nèi)編碼幀和幀間編碼幀，該高優(yōu)先頻道包括一高優(yōu)先速率緩沖器(15A)且該低優(yōu)先頻道包括一低優(yōu)先速率緩沖器(15B)，以及響應(yīng)裝置(14，18)，響應(yīng)于該速率緩沖器之占用率而根據(jù)一預(yù)定之分層率施加該碼字至該高和低優(yōu)先速率緩沖器，使得對(duì)每個(gè)幀群而言，高優(yōu)先速率緩沖器占用率在比較滿的情況和比較空的情況之間擺動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，該低優(yōu)先速率緩沖器之占用率與該高優(yōu)先率緩沖器比較起來(lái)，能維持一相當(dāng)恒定的填滿度。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，其中該響應(yīng)于該速率緩沖器的占用率，用以施加該碼字至該高和低優(yōu)先速率緩沖器上的裝置，包括一能施加自幀內(nèi)編碼幀之足夠的壓縮視頻數(shù)據(jù)至高優(yōu)先速率緩沖器，以本質(zhì)上充填該優(yōu)先速率緩沖器之裝置。
全文摘要
一種視頻信號(hào)壓縮系統(tǒng)，以幀群方式提供(12)壓縮視頻數(shù)據(jù)，和根據(jù)壓縮視頻碼字類別的預(yù)定層次分隔(14)高(15A)低(15B)優(yōu)先次序頻道間的壓縮視頻數(shù)據(jù)。施加于相關(guān)頻道上數(shù)據(jù)分?jǐn)?shù)，并非由兩頻道數(shù)據(jù)處理容量之比率來(lái)決定，而系依照相關(guān)幀群剩余的實(shí)際頻道容量以逐幀為基礎(chǔ)來(lái)決定。
文檔編號(hào)H04N7/08GK1070531SQ9211009
公開日1993年3月31日 申請(qǐng)日期1992年8月25日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月26日
發(fā)明者K·約瑟夫 申請(qǐng)人:通用電氣公司