專利名稱：數(shù)字錄像機的比特流分配和恢復(fù)方法及壓縮/解壓縮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與標準盒帶錄像機(SD—VCR)中可變字長編碼所產(chǎn)生的比特流的分配技術(shù)有關(guān)。具體地說，本發(fā)明提出了一種分配和恢復(fù)比特流的方法以及采用這種方法的數(shù)據(jù)壓縮/解壓縮裝置，使得當對一個數(shù)據(jù)段中包含的宏塊進行可變字長編碼而產(chǎn)生的比特流的代碼量超過這個數(shù)據(jù)段的許可容量時，能在滿足與常規(guī)的SD—VCR兼容的條件下保留那些超出的比特，從而改善了重放圖象的質(zhì)量。
隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，由于數(shù)字處理比模擬處理更為優(yōu)越，越來越多的信息傳遞媒體都改成了數(shù)字形式。因此，就可以實現(xiàn)在多次復(fù)制期間提供高質(zhì)量圖象的數(shù)字式VCR。
在數(shù)字VCR中，輸入圖象的DCT塊按照活動性分為四類，對于每一類的DCT塊自適應(yīng)地分配比特量，使得系統(tǒng)的編碼容量得到改善，而每一幀所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量保持不變。
因此，按照數(shù)字VCR的圖象壓縮方法，在將幀劃分成具有預(yù)定長度的子幀(數(shù)據(jù)段)后，每個數(shù)據(jù)段都獨立編碼，保持從每一段所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量恒定。
不常規(guī)的數(shù)字VCR中，將數(shù)據(jù)壓縮到保證圖象恢復(fù)質(zhì)量不低于預(yù)定標準的程度。此后，從數(shù)據(jù)中棄掉那些對圖象恢復(fù)質(zhì)量影響不大的剩余數(shù)據(jù)，從而使得每一段的數(shù)據(jù)量保持恒定。
通常，隨著輸入圖象的活動性增大，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量也增大。然而，在常規(guī)的數(shù)字VCR中每段的數(shù)據(jù)量是不變的，因此當輸入圖象的活動量較大時，圖象恢復(fù)質(zhì)量就差了。
為了解決上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種比特流的分配方法，通過充分利用可變字長編碼而產(chǎn)生的比特流保證圖象恢復(fù)質(zhì)量。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種適合以上比特流分配法的比特流恢復(fù)方法。
本發(fā)明的第三個目的是提供一種采用以上分配方法的數(shù)據(jù)壓縮裝置。
本發(fā)明的第四個目的是提供一種采用以上恢復(fù)方法的數(shù)據(jù)解壓縮裝置。
為了達到本發(fā)明的第一個目的，本發(fā)明所提出的將SD—VCR的通過對各DCT塊的DCT系數(shù)進行量化和可變字長編碼而得到的比特流分配給分別包括一組各由一組DCT塊組成的宏塊的定長數(shù)據(jù)段的方法包括以下各個步驟(a)將每個DCT塊的通過量化和可變字長編碼而得到的比特流分配給宏塊中的DCT塊；(b)將在步驟(a)期間剩余的比特再分配給該宏塊中的另一個DCT塊；(c)將在步驟(b)期間剩余的比特再分配給該數(shù)據(jù)段中的另一個宏塊；以及(d)將在步聚(c)期間剩余的比特再分配給具有內(nèi)容與上一幀或下一幀相同的宏塊的另一個數(shù)據(jù)段。
為了達到本發(fā)明的第二個目的，本發(fā)明提出了一種恢復(fù)SD—VCR比特流的方法，這比特流是通過對在DCT塊、宏塊、數(shù)據(jù)段三級劃分后的分配數(shù)據(jù)段中DCT塊的DCT系數(shù)進行量化和可變字長編碼而產(chǎn)生的，這種恢復(fù)方法包括下列各個步驟(a)確定數(shù)據(jù)段中是否存在具有一個不完全比特流的宏塊；(b)如果在步驟(a)確定存在具有一個不完全比特流的宏塊，則從本數(shù)據(jù)段的另一個宏塊恢復(fù)剩余的比特流；(c)如果在步驟(b)沒有完全恢復(fù)具有一個不完全比特流的宏塊，則在搜索范圍內(nèi)搜索具有一個經(jīng)錯誤處理的宏塊的數(shù)據(jù)段；以及(d)用經(jīng)錯誤處理的宏塊中的比特流恢復(fù)在步驟(c)搜索到的數(shù)據(jù)段中的不完全比特流。
為了達到本發(fā)明的第三個目的，本發(fā)明提出了一種SD—VCR數(shù)據(jù)壓縮裝置，用來壓縮通過對在DCT塊、宏塊、數(shù)據(jù)段三級劃分后的分配數(shù)據(jù)段中DCT塊的DCT系數(shù)進行量化和可變字長編碼而產(chǎn)生的比特流。這種裝置除了包括一個幀存儲器、一個DCT變換器、一個運動量檢測和DCT模式確定器、一個量化器、一個比特量控制器、一個可變字長編碼器、一個混排器、一個比特流分配器和一個解混排器以外，還包括一個宏塊搜索器，其作用是在搜索區(qū)域內(nèi)搜索一個內(nèi)容與上一幀或下一幀相同的宏塊；以及一個STA值設(shè)置器，其作用是計算宏塊搜索器所搜索到的宏塊與當時所處理的宏塊之間的位置差，根據(jù)這位置差設(shè)置STA值，再將所設(shè)置的STA值送至比特流分配器。
為了達到本發(fā)明的第四個目的，本發(fā)明提出了一種SD—VCR數(shù)據(jù)解壓縮裝置，用來使通過對在DCT塊、宏塊、數(shù)據(jù)段三級劃分后的分配數(shù)據(jù)段中DCT塊的DCT系數(shù)進行量化和可編字長編碼而產(chǎn)生的比特流解壓縮。這種裝置包括一個混排器，其作用是從重放的數(shù)據(jù)重組數(shù)據(jù)段；一個比特流還原分配器，其作用是從混排器輸出的數(shù)據(jù)段提可變字長編碼數(shù)據(jù)宏塊和出錯宏塊的STA信息；一個可變字長解碼器，其作用是對從比特流還原分配器輸出的可變字長編碼數(shù)據(jù)宏塊行行可變字長解碼；一個DCT反變換器，其作用是通過對可變字長解碼器提供的經(jīng)解碼的數(shù)據(jù)進行DCT反變換恢復(fù)時域的圖象信號后輸出所恢復(fù)的圖象信號；一個解混排器，其作用是以宏塊為單位對由DCT反變換器通過DTC反變換得到的數(shù)據(jù)宏塊進行解混排，使這些宏塊回到原來位置，輸出所得到的解混排結(jié)果；一個隱匿處理器，其作用是根據(jù)從比特流還原分配器輸出的出錯宏塊的STA信息產(chǎn)生在上一幀或下一幀中與這出錯宏塊相對應(yīng)的那個宏塊的位置信息；以及一個幀存儲器，其作用是利用隱匿處理器提供的位置信息確定解混排器提供的宏塊是否為出錯宏塊，如果是出錯宏塊，則用上一幀或下一幀的相應(yīng)宏塊代替后輸出。
本發(fā)明上述目的和優(yōu)點通過以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例所作的詳細說明就會更加清楚。在這些附圖中；


圖1為示出一種常規(guī)的SD—VCR的總體方框圖；圖2為示出一種常規(guī)的SD—VCR的磁道結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3A和3B分別示出了錄取525/60赫信號和615/50赫信號的磁道結(jié)構(gòu)；圖4為示出圖1中數(shù)據(jù)壓縮器的詳細結(jié)構(gòu)的方框圖；圖5為示出按CCIR推薦標準601產(chǎn)生4∶2∶2格式圖象信號的過程的示意圖；圖6A和6B以宏塊為單位分別示出了4∶2∶2格式信號和4∶2∶0格式信號的幀結(jié)構(gòu)；圖7A和7B分別示出了4∶2∶2格式信號和4∶2∶0格式信號的一個宏塊；圖8為示出525/60赫信號混排情況的示意圖；圖9為示出構(gòu)成數(shù)據(jù)段分區(qū)情況的示意圖；圖10A和10B分別示出了一個8×8的DCT塊和一個2×4×8的DCT塊；圖11A和11B分別示出了8×8的DCT塊的分區(qū)情況和2×4×8的DCT塊的分區(qū)情況；圖12為說明本發(fā)明所提出的比特流分配方法的流程圖；圖13為說明圖12中將比特流再分配入另一個數(shù)據(jù)段的步驟的流程圖；圖14圖示了圖12所示本發(fā)明的比特流分配方法；圖15為示出在數(shù)據(jù)段的宏塊中的數(shù)據(jù)分配情況的示意圖；圖16為示出STA碼構(gòu)成方法的示意圖；圖17為示出本發(fā)明所提出的數(shù)據(jù)壓縮裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖；以及圖18為示出本發(fā)明所提出的數(shù)據(jù)解壓縮裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。
圖1所示的SD—VCR包括模數(shù)(A/S)變換器10，數(shù)據(jù)壓縮器12，糾錯編碼器14，信道編碼器16，重放部18，糾錯解碼器20，數(shù)據(jù)解壓縮器22，以及數(shù)模(D/A)變換器24。
輸入信號通過A/D變換器10饋給數(shù)據(jù)壓縮器12。伴音信號以不經(jīng)壓縮的脈沖碼調(diào)制(PCM)信號的形式進行錄取。由A/D變換器10數(shù)字化的圖象具有按CCIR推薦標準601規(guī)定的4∶4∶2格式的采樣結(jié)構(gòu)。具有4∶4∶2格式的圖象的數(shù)據(jù)率(只考慮有效象素)為167兆比特/秒。
數(shù)據(jù)壓縮器12通過離散余弦變換(DCT)和可變字長編碼(VLC)壓縮屏幕數(shù)據(jù)，輸出經(jīng)壓縮編碼的圖象數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)率為24.94兆比特/秒。
糾錯編碼器14分別在壓縮圖象數(shù)據(jù)、伴音數(shù)據(jù)、子代碼和輔助數(shù)據(jù)上都加上一個糾錯碼。加了糾錯碼的數(shù)據(jù)由信道編碼器16進行錄取編碼后錄在磁帶上。由于進行了糾錯編碼和信道編碼，因此所錄取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)率增加到41.85兆比特/秒。
錄取和重放期間產(chǎn)生的錯誤由糾錯解碼器20根據(jù)重放部18所重放的數(shù)據(jù)加以糾正后，圖象和伴音信號通過數(shù)據(jù)解壓縮器22和D/A變換器24得以恢復(fù)。
SD—VCR的技術(shù)規(guī)格如下錄取方式 旋轉(zhuǎn)水平錄取圖象采樣率 Y＝13.5兆赫，Cr，Cb＝6.75兆赫圖象輸入格式 4∶1∶1(525/60)，4∶2∶0(625/50)數(shù)據(jù)壓縮方法 屏幕內(nèi)DCT，VLC編碼壓縮后的數(shù)據(jù)率24.948兆比特/秒伴音信號錄取方式 PCM數(shù)字錄取采樣頻率/比特數(shù)/信道 48千赫/16/2，44.1千赫/16/2，32千赫/16/2，32千赫/12/4糾錯碼Reed-So1omon乘積碼錄取碼加密的I—NRXI24-25變換碼錄取數(shù)據(jù)率約42兆比特/秒檢測方法 局部響應(yīng)類4磁鼓轉(zhuǎn)速 9000轉(zhuǎn)/分磁道寬度 10微米圖2示出了常規(guī)的SD—VCR的磁道結(jié)構(gòu)。可見，SD—VCR的磁道從起點(磁頭開始掃描處)開始依次分為插入和磁道信息(ITI)區(qū)段200、伴音區(qū)段202、圖象區(qū)段204和子碼區(qū)段206，區(qū)段之間的間隙分別為G1、G2和G3。
ITI區(qū)段200具有ITI首標區(qū)208、起始同步塊區(qū)210、磁道信息區(qū)212和ITI尾標區(qū)214。
伴音區(qū)段202具有伴音首標區(qū)214、包括14個伴音數(shù)據(jù)同步塊的伴音數(shù)據(jù)區(qū)218和伴音尾標區(qū)220。
圖象區(qū)段204具有圖象首標區(qū)222、包括149個圖象數(shù)據(jù)同步塊的圖象數(shù)據(jù)區(qū)224和圖象尾標區(qū)226。
子碼區(qū)段206具有子碼首標區(qū)228、子碼區(qū)230、子碼尾標區(qū)232和溢寫容余區(qū)234。
磁頭從每條磁道的下端螺旋形地掃描到上端。如果走帶速度為18.831毫米/秒，則磁道的坡度為9.1668°一幀525/60赫的圖象信號錄在如圖3A所示的10條磁道上，而一幀625/50赫的圖象信號錄在如圖3B所示的12條磁道上。
ITI區(qū)段200為編輯提供數(shù)據(jù)的磁道信息和位置信息。計算出所檢測的信息的時間間隔，就可以檢測圖象、伴音和子碼的位置。
在子碼中，錄有諸如錄取日期、時間之類的輔助數(shù)據(jù)。子碼區(qū)段與錄在磁帶上的圖象和伴音數(shù)據(jù)同步讀出。此外，還錄有子標題和屏幕提示，可以利用子碼的這部分進行高速(200倍)搜索。
在記錄磁道中，執(zhí)行方位錄取，以防鄰近記錄磁道的串擾。在此，方位角為±20°具有4∶1∶1或4∶2∶0格式的輸入圖象信號所要求的容量大約為SD—VCR錄取容量的五倍。因此，必需采用信號壓縮和恢復(fù)技術(shù)。VCR中所用的圖象壓縮技術(shù)應(yīng)該考慮到磁帶特性，確保編輯和磁帶重放功能，盡量減小誤差傳播。為了獲得這些功能，由于磁帶是一個順序訪問的媒體，因此應(yīng)該將屏幕劃分成一些小的圖象單位，各單位獨立編碼。
按照現(xiàn)行標準，數(shù)據(jù)段是一個獨立壓縮編碼單位。一個數(shù)據(jù)段由五個宏塊組成。在解碼處理期間，由于要恢復(fù)盡量多的宏塊，因此至少一個宏塊可獨立解碼，這樣就可減小誤差傳播和進行有效的磁道重放。
圖4為示出圖1中的數(shù)據(jù)壓縮器的詳細結(jié)構(gòu)的方框圖。在圖4中，數(shù)據(jù)壓縮器包括幀存儲器30、DCT變換器32、運動量檢測和DCT模式確定器34、量化器36、比特量控制器38、可變字長編碼器40、混排器42、比特流分配器44和解混排器46。
SD—VCR采用DCT VLC壓縮方法。輸入幀存儲器30的圖象信號具有4∶2∶2或4∶2∶0格式。亮度信號(Y)和色差信號(Cr和Cb)分別以13.5兆赫和6.75兆赫采樣。在525/60赫的信號的情況下，色差信號在水平方向受到2∶1的再次采樣，成為4∶2∶2格式，而在625/50赫的信號的情況下，兩個色差信號的一個掃描行在垂直方向上按行序減為一半，從而產(chǎn)生一個具有4∶2∶0格式的信號。
圖5示出了按照CCIR推薦標準601產(chǎn)生4∶2∶0格式的信號的過程。
在525/60赫(或625/50赫)信號的情況下，Y信號容量是每行720(或720)個象素，共480(或576)行，而兩個色差信號的容量是每行180(或360)個象素，共480(或228)行。一個DCT塊由8×8個象素組成。由于在525/60赫的色差情況下每行右端出現(xiàn)一個4×8的半塊，因此用上、下一個信號對構(gòu)成一個塊。
所以，在525/60赫(或625/50赫)信號的情況下，Y信號包括每行90(或90)個DCT塊，共60(或36)行。色差信號包括每行22.5(或45)個DCT塊，共60(或36)行，如圖6A和6B所示。
由圖7A和7B可見，每個宏塊包括四個Y塊(處在屏幕相鄰位置)、一個Cr塊和一個Cb塊。宏塊是混排和確定量化值的基本單位。
圖8示出了在525/60赫信號的情況下的混排情況。從A至E的5個垂直區(qū)各分為10個子區(qū)。在此，子區(qū)稱為超塊。每個超塊包括27個宏塊。因此，一幀屏幕由10行5列共50個超塊組成。而在625/50赫信號的情況下，一幀屏幕由12行5列共60個超塊組成。
同一行中的超塊以后要依次錄在磁帶的同一條磁道上。
如圖8所示，一個數(shù)據(jù)段是通過從將一幀屏幕劃分成垂直方向的5個區(qū)的每一個區(qū)中按順序C、B、D、A、E各抽取一個宏塊而組成的。這個順序是根據(jù)各垂直區(qū)的視覺價值確定的。所產(chǎn)生數(shù)據(jù)段的數(shù)量與一個垂直區(qū)所含的宏塊數(shù)相同。由于一個數(shù)據(jù)段由分布在屏幕不同部位的宏塊組成，因此各數(shù)據(jù)段中的信息量大致相同的概率很高。如果信息量比較穩(wěn)定，代碼量也就能有效地保持不變。上述過程，由于以宏塊為單位對整個屏幕進行了混合、重組，因此稱為“混排”。在各數(shù)據(jù)段中分別獨立進行壓縮編碼，所產(chǎn)生的代碼量都是相同的。
在組成數(shù)據(jù)段時，宏塊是混排的，但在錄取前要將這些混排的宏塊返回到原來的位置上。這稱為解混排。所以要進行解混排是為了盡量依次分配高速重放期間讀出的數(shù)據(jù)，以便構(gòu)成視覺上更能接受的圖象。
高速重放模式的圖象是由分布在一組磁道上的各子圖象拼成的。通過使每個數(shù)據(jù)段的代碼量保持不變可以很大程度上防止在這樣重放磁道時降低屏幕圖象質(zhì)量。
在圖9中，水平方向的5個超塊錄在一條磁道上。由于垂直方向有10行，因此一個屏幕圖象錄在10條磁道上。圖象錄取時，一條磁道上錄有135個同步塊分別與5個超塊的135個宏塊相配。
在這種SD—VCR中，DCT塊的大小是按照運動信息加以改變的。如果運動不大，則取一個8×8DCT塊。相反，如果運動大，則通過計算兩個垂直相鄰象素之間的和及差取兩個4×8DCT塊。圖10A和10B分別示出了一個8×8DCT塊和一個2×4×8DCT塊。
通過將各DCT塊乘以相應(yīng)的加權(quán)矩陣不同程度地減小各系數(shù)的量程值。頻率分量越高，加權(quán)矩陣的值越小。DCT塊可以分為四類。即類0對于該類的DCT塊，量化噪聲明顯，并且AC系數(shù)的最大絕對值小于或等于255；類1對于該類的DCT塊，量化噪聲的明顯程度低于類0，并且AC系數(shù)的最大絕對值小于或等于255；類2對于該類的DCT塊，量化噪聲的明顯程度低于類1，并且AC系數(shù)的最大絕對值小于或等于255；類3對于該類的DCT塊，量化噪聲的明顯程度低于類2，或者AC系數(shù)的最大絕對值大于255。
一個DCT塊的AC系數(shù)分為四個區(qū)(區(qū)0至區(qū)3)，同一區(qū)內(nèi)各系數(shù)的量化步長相同。類和CDT塊中的區(qū)是確定量化步長的兩個因素。各量化步長均為2的負指數(shù)值(即1，1/2，1/4等)。
圖11A和11B分別示出了8×8的DCT塊和2×4×8的DCT塊的分區(qū)情況。
經(jīng)量化的DCT系數(shù)按頻率從低到高在一維上重新排列。直流(DC)系數(shù)編成9比特的碼，而交流(AC)系數(shù)則按大小編成二維的霍夫曼碼。
一個數(shù)據(jù)段中有30個DCT塊，提供了經(jīng)分類的30個記錄區(qū)。各記錄區(qū)首先錄取從各自的DCT塊產(chǎn)生的霍夫曼碼。剩余的比特量錄在同一宏塊的另一個DCT塊中。當在宏塊中進行了這樣的錄取時，再通過按照超過或不是情況適當?shù)亟o出或接受比特，在5個宏塊之間進行錄取。即使在接受了30個宏塊的霍夫曼碼后還存在剩余記錄區(qū)，也不能再使用這些剩余記錄區(qū)。相反，如果記錄區(qū)不是，那應(yīng)棄掉那些剩余比特。每個數(shù)據(jù)段就這樣獨立進行編碼。
如上所述，在常規(guī)的SD—VCR中，如果當時正在編碼的數(shù)據(jù)段的比特量過大，則通過改變量化步長到能保證預(yù)定的屏幕質(zhì)量來減小比特量，還剩下的那些比特就棄掉。因此，重放具有大比特量的屏幕(如高活動性的屏幕)的質(zhì)量比較差。
圖12為示出按照本發(fā)明分配比特流的方法的流程圖。
如圖12所示，本發(fā)明所提出的比特流分配方法包括將比特流分配給CDT塊(步驟1200)、將剩余的比特量再分配給宏塊(步驟1210)、將剩余的比特量再分配給數(shù)據(jù)段(步驟1220)和將剩余的比特量再分配給另一個數(shù)據(jù)段(步驟1230)。
在步驟1200，將對每個DCT塊的DCT系數(shù)進行量化和可變字長編碼而得到的每個DCT塊的數(shù)據(jù)流分配給宏塊內(nèi)一個DCT塊。
在步驟1210，將在步驟1200期間剩余的比特再分配給宏塊內(nèi)另一個DCT塊。
在步驟1220，將在步驟1210期間剩余的比特再分配給數(shù)據(jù)段內(nèi)其他宏塊。
在步驟1230，將在步驟1220期間剩余的比特再分配給具有內(nèi)容與上一幀或下一幀相同的宏塊的另一個數(shù)據(jù)段。
圖13為示出圖12的步驟1230的流程圖。步驟1230包括搜索宏塊的步驟1300、對搜索到的宏塊進行錯誤處理的步驟1310和再分配剩余的比特量的步驟1320。
在步驟1300，對處在上一幀或下一幀的搜索空間中具有與處在當時編碼幀的搜索空間中的宏塊的內(nèi)容相同的宏塊進行搜索。
在步驟1310，在包含步驟1300所搜索到的宏塊的數(shù)據(jù)段中對與搜索到的宏塊相應(yīng)的記錄區(qū)進行錯誤處理。
在步驟1320，將在步驟1310期間剩余的比特再分配給經(jīng)步驟1310錯誤處理的記錄區(qū)。
圖14圖示了圖12所示的本發(fā)明所提出的比特流分配方法。在圖14中，第一數(shù)據(jù)段140和第二數(shù)據(jù)段150各由五個宏塊組成。其中，第一數(shù)據(jù)段140具有一個產(chǎn)生過多比特量的宏塊142，而第二數(shù)據(jù)段150具有一個搜索到的宏塊152。
宏塊142的超出比特量錄在搜索到的宏塊152內(nèi)。產(chǎn)生過多比特量的宏塊142上不加塊終止(EOB)塊，這樣就標示了該宏塊中有過多的比特量。在搜索到的宏塊152中，用一個專用的STA碼記錄相應(yīng)宏塊142的位置信息。在恢復(fù)期間，當數(shù)據(jù)解壓縮器(未示出)中產(chǎn)生無EOB碼的宏塊時，則在前、后一些數(shù)據(jù)段中搜索具有專用的STA碼的宏塊。從搜索到的宏塊中取出超出的比特量，完整地恢復(fù)數(shù)據(jù)。另一方面，利用處在上一幀或下一幀的相同位置上的宏塊來恢復(fù)這個搜索到的宏塊的數(shù)據(jù)。
按照本發(fā)明，當在當時編碼數(shù)據(jù)段中剩有超出比特時，搜索內(nèi)容與上一幀或下一幀相同的宏塊，將剩余的比特量分配給搜索到的宏塊。為了正?；謴?fù)所錄取的原來內(nèi)容，在這個搜索到的宏塊中帶有宏塊STA信息。
圖15示出了在一個數(shù)據(jù)段的宏塊中的數(shù)據(jù)分配情況。在圖15中，宏塊包括量化級別區(qū)150、STA區(qū)152、第一亮度塊區(qū)154、和第二亮度塊區(qū)156、第三亮度塊區(qū)158、第四亮度塊區(qū)160、第一色差塊區(qū)162和第二色差塊區(qū)164。
量化級別區(qū)150和STA區(qū)152各有四個比特。第一亮度塊區(qū)154、第二亮度塊區(qū)156、第三亮度塊區(qū)158和第四亮度塊區(qū)160的錄取容量均為14個字節(jié)。此外，第一色差塊區(qū)162和第二色差塊區(qū)164的錄取容量均為10個字節(jié)。這樣，每個宏塊的總錄取容量為77個字節(jié)。STA碼是一個為錯誤隱匿提供的4比特碼(S3、S2、S1、S0)。SD—VCR規(guī)定了如下一些STA碼0000表示在該塊中無錯誤，不需進行錯誤隱匿處理；0010表示在該塊中無剩余錯誤，該塊應(yīng)用上一幀中相同單位號的單位代替，保證與相同圖象數(shù)據(jù)段中另一個塊的數(shù)據(jù)處理順序的連續(xù)性；1010表示在該塊中無剩余錯誤，該塊應(yīng)用上一幀中相同單位號的單位代替，不保證與相同圖象數(shù)據(jù)段中另一個塊的數(shù)據(jù)處理順序的連續(xù)性；0100表示在該塊中無剩余錯誤，該塊應(yīng)用下一幀中相同單位號的單位代替，保證與相同圖象數(shù)據(jù)段中另一個塊的數(shù)據(jù)處理順序的連續(xù)性；1100表示在該塊中無剩余錯誤，該塊應(yīng)用下一幀中相同單位號的單位代替，不保證與相同圖象數(shù)據(jù)段中另一個塊的數(shù)據(jù)處理順序的連續(xù)性；0110表示在該塊中無剩余錯誤，該塊受到隱匿，但不規(guī)定隱匿方法，保證與相同圖象數(shù)據(jù)段中另一個塊的數(shù)據(jù)處理順序的連續(xù)性；1110表示在該塊中無剩余錯誤，該塊受到隱匿，但不規(guī)定隱匿方法，不保證與相同圖象數(shù)據(jù)段中另一個塊的數(shù)據(jù)處理順序的連續(xù)性；1111表示在該塊中存在錯誤，錯誤位置未標識；0111表示在該塊中存在錯誤，插入了錯誤碼。這個STA值是可按需選用的。
(其他的STA值保留備用)按照本發(fā)明，搜索到的宏塊除了其中錄有剩余比特量外還用STA信息進行了錯誤處理，因此在恢復(fù)期間這個經(jīng)錯誤處理的宏塊用上一幀或下一幀的具有相同內(nèi)容的宏塊代替。這樣就能保持與SD—VCR的兼容性。
在這里，搜索上一幀或下一幀的具有相同內(nèi)容的宏塊的搜索空間限制為超塊覆蓋的這個空間。如在說明圖10的混排方法時所述，由于同一超塊中的相鄰宏塊被混排入相鄰的數(shù)據(jù)段，因此為了在解碼期間有效地搜索到一個匹配宏塊，將搜索空間限制在超塊內(nèi)。
按照在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中的比特流分配方法，使用了一個為“0010”或“0100”的STA碼。當在解碼期間產(chǎn)生具有這個值(“0010”或“0100”的宏塊時，根據(jù)具有STA碼的宏塊的位置，在預(yù)定的搜索范圍內(nèi)的各數(shù)據(jù)中搜索一個具有剩余比特量的匹配宏塊。為了使搜索算法更為經(jīng)濟，將搜索范圍限制在例如±8個數(shù)據(jù)段內(nèi)。
按照在本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例中的比特流分配方法，所記錄的宏塊位置信息與一個DCT塊的DC系數(shù)記錄區(qū)的內(nèi)容相應(yīng)。也就是說，當在解碼期間產(chǎn)生了STA碼值為“0010”或“0100”的宏塊時，讀出各DCT塊的DC系數(shù)記錄區(qū)，以便搜索匹配宏塊。
在這兩個實施例中，保證了與常規(guī)的SD—VCR的兼容性。然而，由于在該宏塊中可能真正產(chǎn)生一個錯誤，因此為了防止產(chǎn)生這樣的錯誤可以考慮采用在量化級別信息(QNO)中記錄一個專用的識別碼。
按照在本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例中的比特流分配方法，利用STA信息來標明匹配宏塊的位置。也就是說，象以上對所規(guī)定的STA碼所作的說明那樣，利用除“0010”和“0100”外的保留區(qū)STA信息(由一個方向信息比特和一個位置信息比特組成)標明匹配宏塊所在的數(shù)據(jù)段。
圖16示出了構(gòu)成本發(fā)明的又一個優(yōu)選實施例的STA碼的方法。組成STA碼的各比特從高有效位比特開始設(shè)為s3、s2、s1和s0。其中，s3比特用作指示向前或向后搜索的方向信息比特，而s2至s0用作位置信息比特。
在以上優(yōu)選實施例的情況下，雖然保證了與常規(guī)SD—VCR的兼容性，但可以預(yù)見在以后進行預(yù)先比例放大時會有一些問題。
圖17為示出采用了本發(fā)明所提出的比特流分配方法的數(shù)據(jù)壓縮裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖17所示的數(shù)據(jù)壓縮裝置包括幀存儲器170、DCT變換器172、運動量檢測和DCT模式確定器174、量化器176、比特量控制器178、可變字長編碼器180、混排器182、VLC比特流分配器184、解混排器186、宏塊搜索電路188和STA值設(shè)置電路190。
宏塊搜索電路188在上一幀或下一幀的搜索范圍內(nèi)搜索一個具有相同內(nèi)容的宏塊。
STA值設(shè)置電路190計算宏塊搜索宏塊搜索電路188所搜索到的宏塊與當時所處理的宏塊之間的位置差，根據(jù)這位置差設(shè)置STA值，再將所設(shè)置的STA值送至比特流分配器184。
如果在以數(shù)據(jù)段單位分配了比特流后，還存在剩余比特量，比特流分配器184就將剩余比特量分配給具有由宏塊搜索電路188搜索到的宏塊的數(shù)據(jù)段中相應(yīng)宏塊。STA值設(shè)置電路190設(shè)置的值即為這相應(yīng)宏塊的STA碼。
圖18為示出適合圖17所示數(shù)據(jù)壓縮裝置的數(shù)據(jù)解壓縮裝置的結(jié)構(gòu)的方框圖。圖18所示數(shù)據(jù)解壓縮裝置包括混排器1800、VLC比特流還原分配器1802、可變字長解碼器1804、DCT反變換(IDCT)電路1806、解混排器1808、幀存儲器1810和隱匿處理器1812。
混排器1800從重放部(未示出)重放的數(shù)據(jù)重組數(shù)據(jù)段，將重組的數(shù)據(jù)段送至VLC比特流還原分配器1802。
VIC比特流還原分配器1802從混排器1800輸出的數(shù)據(jù)段提取宏塊信息，將提取的宏塊信息送至可變字長解碼器1804，并輸出各宏塊的STA信息。
可變字長解碼器1804以宏塊為單位進行可變字長解碼，將解碼結(jié)果送至IDCT電路1806。
IDCT電路1806通過對可變字長解碼器1804提供的經(jīng)可變字長解碼的數(shù)據(jù)進行DCT反變換恢復(fù)時間域的圖象信號，將所恢復(fù)的圖象信號送至解混排器1808。
解混排器1808以宏塊為單位將DCT反變換系數(shù)返回到原來位置，將解混排結(jié)果送至幀存儲器1810。
幀存儲器1810利用隱匿處理器1812所提供的信息確定解混排器1808所提供的宏塊中是否出錯。如果出錯，則這個出錯宏塊用上一幀或下一幀的相應(yīng)宏塊代替。幀存儲器1810輸出經(jīng)糾錯的圖象數(shù)據(jù)。
VLC比特流還原分配器1802確定在混排器1800提供的數(shù)據(jù)段的宏塊中是否存在未恢復(fù)的比特量。通過檢查每個宏塊的記錄區(qū)是否以EOB碼結(jié)尾來確定是否存在未恢復(fù)的比特量。如果記錄區(qū)以EOB碼結(jié)尾，則表示相應(yīng)宏塊的數(shù)據(jù)完全恢復(fù)。否則，則認為還有剩余信息錄在另一個數(shù)據(jù)段中。
按照適合本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的比特流分配方法的第一種恢復(fù)方法，當在一個數(shù)據(jù)段的宏塊中不存在EOB碼時，在搜索范圍的數(shù)據(jù)段中搜索錄有值為“0010”或“0100”的STA碼的宏塊。利用錄在搜索到的宏塊中的數(shù)據(jù)恢復(fù)不是的比特量。此外，由于搜索到的宏塊并沒有它本身的可變字長編碼數(shù)據(jù)，這個宏塊應(yīng)該用處于上一幀或下一幀中的相應(yīng)宏塊的數(shù)據(jù)加以恢復(fù)。VLC比特流還原分配器1802向隱匿處理器1812提供了含有搜索到的宏塊的數(shù)據(jù)段的序號和宏塊的序號。
按照適合本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的比特流分配方法的第二種恢復(fù)方法，當在一個數(shù)據(jù)段的宏塊中不存在EOB碼時，在搜索范圍的數(shù)據(jù)段中搜索錄有值為“0010”或0100”的STA碼的宏塊。然后，利用錄在搜索到的宏塊的DC系數(shù)記錄區(qū)的位置信息，確定該宏塊是否與產(chǎn)生剩余比特量的宏塊匹配。如果與產(chǎn)生剩余比特量的宏塊匹配，則利用錄在AC系數(shù)記錄區(qū)的數(shù)據(jù)恢復(fù)不足的比特量。
按照適合本發(fā)明又一個優(yōu)選實施例的比特流分配方法的第三種恢復(fù)方法，當在一個數(shù)據(jù)段的宏塊中不存在EOB碼時，在搜索范圍的數(shù)據(jù)段中搜索錄有保留的STA碼的宏塊。然后，利用搜索到的宏塊的STA信息，確定該宏塊是否與產(chǎn)生剩余比特量的宏塊匹配。如果與產(chǎn)生剩余比特量的宏塊匹配，則利用錄在AC系數(shù)記錄區(qū)的數(shù)據(jù)恢復(fù)不是的比特量。
如上所述，按照本發(fā)明所提出的比特流分配方法，當在一個數(shù)據(jù)段單位中產(chǎn)生剩余比特量時，通過將剩余比特量傳到鄰近數(shù)據(jù)段、記錄在鄰近數(shù)據(jù)段中，可以防止屏幕圖象重放質(zhì)量降低。
按照本發(fā)明所提出的比特流分配方法，由于選擇具有與上一幀或下一幀相同的內(nèi)容的宏塊作為記錄剩余比特量的宏塊，因此可以防止屏幕圖象重放質(zhì)量降低。
按照本發(fā)明所提出的比特流分配方法，通過用STA信息標明用來記錄剩余比特量的宏塊保證了與常規(guī)的SD—VCR的兼容性。
在按照本發(fā)明的兩個優(yōu)選實施例采用的比特流分配方法中，通過利用在宏塊的STA信息中已經(jīng)設(shè)置的STA信息，保證了與常規(guī)的SD—VCR的兼容性。
在按照本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施例采用的比特流分配方法中，通過利用在宏塊的STA信息中所保留的STA信息，保證了與常規(guī)的SD—VCR的兼容性。
權(quán)利要求
1.一種將SD—VCR比特流分配給由一組各有一組DCT塊的宏塊組成的定長數(shù)據(jù)段的方法，其中所述比特流是對各DCT塊的DCT系數(shù)進行量化和可變字長編碼而產(chǎn)生的，其特征是所述方法包括下列各個步驟(a)將通過對每個DCT塊的DCT系數(shù)進行量化和可變字長編碼而產(chǎn)生的每個DCT塊比特流分配給在所述宏塊中的DCT塊；(b)將在所述步驟(a)期間剩余的比特再分配給在所述宏塊中的另一個DCT塊；(c)將在所述步驟(b)期間剩余的比特再分配給在同一數(shù)據(jù)段中的另一個宏塊；以及(d)將在所述步驟(c)期間剩余的比特再分配給另一個具有內(nèi)容與上一幀或下一幀相同的宏塊的數(shù)據(jù)段。
2.一種如權(quán)利要求1中所提出的分配SD—VCR比特流的方法，其特征是其中所述步驟(d)包括下列各個步驟搜索一個內(nèi)容與處在當時編碼幀搜索范圍內(nèi)的宏塊相同的宏塊；對一個與在所述宏塊搜索步驟期間宏塊受到搜索的數(shù)據(jù)段中的搜索到的宏塊相應(yīng)的記錄區(qū)進行錯誤處理；以及將在所述步驟(c)期間剩余的比特分配給所述經(jīng)錯誤處理的記錄區(qū)。
3.一種如在權(quán)利要求2中所提出的分配SD—VCR比特流的方法，其特征是其中所述搜索范圍小于或等于一個超塊。
4.一種如在權(quán)利要求2中所提出的分配SD—VCR比特流的方法，其特征是其中有一個STA信息用于所述錯誤處理步驟。
5.一種如在權(quán)利要求4中所提出的分配SD—VCR比特流的方法，其特征是其中所述錯誤處理步驟的STA信息具有值“0010”或“1100”。
6.一種如在權(quán)利要求4中所提出的分配SD—VCR比特流的方法，其特征是其中產(chǎn)生剩余比特量的數(shù)據(jù)段的位置信息錄在再分配到剩余比特量的宏塊的一個用來記錄DC系數(shù)的記錄區(qū)中。
7.一種如在權(quán)利要求4中所提出的分配SD—VCR比特流的方法，其特征是其中有一個不是“0000”、“0010”、“1010”、“0100”、“1100”、“0110”、“0111”的STA信號用于所述錯誤處理步驟。
8.一種如在權(quán)利要求7中所提出的分配SD—VCR比特流的方法，其特征是其中組成所述STA信號的比特中至少有一個比特用作表示是上一幀還是下一幀的方向信息比特，而剩余的比特用作表示從當時數(shù)據(jù)段至再分配數(shù)據(jù)段的偏移量的位置信息比特。
9.一種如在權(quán)利要求8中所提出的分配SD—VCR比特流的方法，其特征是其中在組成所述STA信號的S0、S1、S2、S3中，S0用作方向信息比特，而S1、S2、S3用作位置信息比特。
10.一種恢復(fù)SD—VCR比特流的方法，其中所述比特流是通過對在DCT塊、宏塊、數(shù)據(jù)段三級劃分后的分配數(shù)據(jù)段中DCT塊的DCT系數(shù)進行量化和可變字長編碼而產(chǎn)生的，其特征是所述方法包括下列各個步驟(a)確定在所述數(shù)據(jù)段中是否存在具有一個不完全比特流的宏塊；(b)如果在所述步驟(a)確定存在具有一個不完全比特流的宏塊，則從本數(shù)據(jù)段的另一個宏塊恢復(fù)剩余的比特流；(c)如果在所述步驟(b)沒有完全恢復(fù)具有一個不完全比特流的宏塊，則在搜索范圍內(nèi)搜索具有一個經(jīng)錯誤處理的宏塊的數(shù)據(jù)段；以及(d)用所述經(jīng)錯誤處理的宏塊中的比特流恢復(fù)在所述步驟(c)所搜索的數(shù)據(jù)段中的不完全比特流。
11.一種如權(quán)利要求10中所提出的恢復(fù)SD—VCR比特流方法，其特征是其中所述搜索范圍小于或等于一個超塊。
12.一種SD—VCR數(shù)據(jù)壓縮裝置，用來壓縮通過對在DCT塊、宏塊、數(shù)據(jù)段三級劃分后的分配數(shù)據(jù)段中DCT塊的DCT系數(shù)進行量化和可變字長編碼而產(chǎn)生的比特流，包括一個幀存儲器、一個DCT變換器、一個運動量檢測和DCT模式確定器、一個量化器、一個比特量控制器、一個可變字長編碼器、一個混排器、一個比特流分配器和一個解重排器，其特征是所述裝置還包括一個宏塊搜索器，其作用是在搜索范圍內(nèi)搜索一個內(nèi)容5上一幀或下一幀相同的宏塊；以及一個STA值設(shè)置器，其作用是計算所述宏塊搜索器所搜索到的宏塊與當時所處理的宏塊之間的位置差，根據(jù)這位置差設(shè)置STA值和將所設(shè)置的STA值送至所述比特流分配器，當按數(shù)據(jù)段單位分配比特流后還存在剩余比特量時，所述比特流分配器就將剩余比特量分配給一個具有由所述宏塊搜索器搜索到的宏塊的數(shù)據(jù)段中相應(yīng)宏塊，并將該相應(yīng)宏塊的STA信息錄成由STA值設(shè)置器設(shè)置的值。
13.一種SD—VCR數(shù)據(jù)解壓縮裝置，用來使通過對在DCT塊、宏塊、數(shù)據(jù)段三級劃分后的分配數(shù)據(jù)段中DCT塊的DCT系數(shù)進行量化和可變字長編碼而產(chǎn)生的比特流解壓縮，其特征是所述裝置包括一個混排器，其作用是從重放的數(shù)據(jù)重組數(shù)據(jù)段；一個比特流還原分配器，其作用是從所述混排器輸出的數(shù)據(jù)段以宏塊為單位提取可變字長編碼數(shù)據(jù)和出錯宏塊的STA信息；一個可變字長解碼器，其作用是對所述比特流還原分配器以宏塊為單位提供的可變字長編碼數(shù)據(jù)進行可變字長解碼；一個DCT反變換器，其作用是通過對所述可變字長解碼器提供的經(jīng)可變字長解碼的數(shù)據(jù)進行DCT反變換恢復(fù)時域的圖象信號后輸出所恢復(fù)的圖象信號；一個解混排器，其作用是以宏塊為單位對由所述DCT反變換器通過DCT反變換得到的數(shù)據(jù)宏塊進行解混排，使這些宏塊回到原來位置，輸出所得到的解混排結(jié)果；一個隱匿處理器，其作用是根據(jù)從所述比特流還原分配器輸出的出錯宏塊的STA信息產(chǎn)生在上一幀或下一幀中與這出錯宏塊相對應(yīng)的那個宏塊的位置信息；以及一個幀存儲器，其作用是利用所述隱匿處理器提供的位置信息確定所述解混排器提供的宏塊是否為出錯宏塊，如果是出錯宏塊，則用上一幀或下一幀的相應(yīng)宏塊代替后輸出。
全文摘要
本發(fā)明所提出的可與常規(guī)的SD-VCR兼容的比特流分配方法包括(a)將通過對DCT塊的DCT系數(shù)進行量化和可變字長編碼而產(chǎn)生的DCT塊比特流分配給宏塊中的DCT塊；(b)將在步驟(a)剩余的比特再分配給宏塊中的另一個DCT塊；(c)將在步驟(b)剩余的比特再分配給數(shù)據(jù)段中的另一個宏塊；以及(d)將在步驟(c)剩余的比特分配給具有內(nèi)容與上一幀或下一幀相同的宏塊的另一個數(shù)據(jù)段。由于超出數(shù)據(jù)段允許容量的那些比特可錄在鄰近數(shù)據(jù)段中，因此保證了圖象重放質(zhì)量。
文檔編號H04N7/30GK1129381SQ95115340
公開日1996年8月21日 申請日期1995年8月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年2月16日
發(fā)明者樸求萬 申請人:三星電子株式會社