專利名稱：對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)編碼的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)編碼的方法和裝置。
為了未來的數(shù)字電視廣播(DVB＝Digital Video Broadcasting)和與此相聯(lián)系的交互式通訊服務(wù)，借助于合適的編碼設(shè)備視頻數(shù)據(jù)必須在它們的數(shù)據(jù)量方面得到實(shí)質(zhì)上的減少。為了能夠經(jīng)由現(xiàn)存的頻道傳送更多的節(jié)目或者在已經(jīng)存在的窄帶傳輸路徑里傳播活動(dòng)圖像序列，這一步驟是必需的。為這個(gè)目的所提供的一種編碼方法是MPEG2標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC 13818)。
為了在編碼期間得到最大可能的壓縮因子，輸入圖像在MPEG情況下被組合為圖像組(GOP)。在這樣的一個(gè)圖像組內(nèi)對(duì)各個(gè)圖像進(jìn)行不同的編碼。根據(jù)MPEG，一個(gè)組總是由一個(gè)幀內(nèi)編碼幀(I幀)以及通常的多個(gè)P幀(預(yù)測幀)和/或B幀(雙向計(jì)算幀)組成，在此處以及在下文中“幀”也可以被“場”替代。
用于從該組傳送一幀所必須的數(shù)據(jù)率取決于相關(guān)的幀類型(I，P或B)以及當(dāng)前圖像內(nèi)容。在一圖像組內(nèi)數(shù)據(jù)的最大相對(duì)容量分配給I幀。它們包含了在解碼器中用于完成重構(gòu)所要求的所有數(shù)據(jù)。相反，P幀是從I幀或是一個(gè)先前P幀預(yù)測的，也就是說相關(guān)圖像組中整個(gè)I幀的存在對(duì)于接收端P幀的重構(gòu)是必須的。為了這個(gè)目的，隨后僅須編碼先前I或P幀的差值。另一方面，B幀基本上是從已經(jīng)重構(gòu)的I或P幀計(jì)算(內(nèi)插)的。必須用于B幀傳送的數(shù)據(jù)量相對(duì)較少。某些圖像類型也可以包含其他圖像類型的各個(gè)宏塊，例如I宏塊可以出現(xiàn)在圖像摘錄的P和B圖像中，該圖像摘錄另外僅以不足夠的效率編碼。
雖然上述將幀分為不同幀類型的分類使得有一個(gè)非常高的編碼效率，但是它給予不同幀類型對(duì)于傳輸誤差不同程度的敏感性。這樣，B幀內(nèi)的傳輸或重構(gòu)誤差仍然限制在相應(yīng)的B幀，而錯(cuò)誤的I和P幀會(huì)影響整個(gè)的圖像組(GOP)。在最頻繁地選擇每GOP 12幀的MPEG 2參數(shù)的情況下，用于這樣做時(shí)間持續(xù)期間可能延續(xù)達(dá)接近半秒鐘(在50Hz幀頻率，在60或59.94Hz幀頻率相應(yīng)短一些)，因此，這對(duì)于觀看者有很大的干擾。
在正片編碼期間當(dāng)在圖像組內(nèi)在圖像場景上發(fā)生變化時(shí)，有關(guān)誤差減少的相似效果也會(huì)發(fā)生。在這種情況下，因?yàn)榫幋a器的內(nèi)部控制，對(duì)于當(dāng)前的圖像組沒有用于B和P幀預(yù)測的合理的基礎(chǔ)存在，相反，新場景的第一個(gè)圖像主要是用幀內(nèi)宏塊編碼。因?yàn)橛糜赑幀的數(shù)據(jù)的分配容量并未大到足夠用好的質(zhì)量對(duì)大部分圖像幀內(nèi)編碼，所以解碼器重構(gòu)結(jié)果仍將是不滿意的。只有在下面的圖像組中對(duì)于編碼處理再次出現(xiàn)穩(wěn)定的條件下，才可得到滿意的重構(gòu)。
用于數(shù)據(jù)簡縮的先前的編碼處理基于數(shù)據(jù)量(圖像序列)的輸送，這產(chǎn)生于電視電影掃描器，例如持續(xù)產(chǎn)生數(shù)據(jù)簡縮位流的MPEG編碼器。以這種概念，原始膠片的場景剪輯完全人為地與由編碼器確定的幀類型相一致，這可能導(dǎo)致在圖像組內(nèi)上述誤差減少。
本發(fā)明的目的是提出一種編碼過程與當(dāng)前的場景變化同步的方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的方法的裝置。
為了這個(gè)目的，場景檢測器被連接在圖像發(fā)生器(電視電影掃描器，攝像機(jī)，記錄設(shè)備或另一個(gè)信號(hào)源)和編碼器之間。所述場景檢測器產(chǎn)生一個(gè)合適的控制信號(hào)并在場景變化的情況下導(dǎo)致編碼處理，開始一新的圖像組，也就是說一個(gè)I編碼圖像。這有益地防止了場景變化落到圖像組的中間，例如使得質(zhì)量降低的重構(gòu)不會(huì)發(fā)生在解碼器上。這個(gè)測量有益地不要求在解碼器上有額外的費(fèi)用而且因此不會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜性的增加，以及在終端單元上，也就是說在頂置盒或電視機(jī)/錄像機(jī)/DVD播放機(jī)(數(shù)字視盤)中的解碼器上花費(fèi)的增加。
原理上，根據(jù)本發(fā)明的方法事實(shí)上包括對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)編碼，其中在有一個(gè)確定序列的每種情況下，一個(gè)幀內(nèi)編碼圖像和至少一個(gè)用于另一個(gè)圖像或另外的圖像的其他的圖像編碼類型被用于一組連續(xù)的圖像，從一個(gè)圖像到另一個(gè)圖像變化很大的像素值或有很大變化的圖像內(nèi)容在檢測器中確定并且以這樣一種方式控制進(jìn)一步的編碼即對(duì)具有很大變化像素值或有很大變化的圖像內(nèi)容的圖像實(shí)行幀內(nèi)編碼，而與圖像組內(nèi)這個(gè)圖像的位置無關(guān)。
原理上，本發(fā)明的裝置用于編碼數(shù)字視頻信號(hào)，其中在有一個(gè)確定序列的每種情況下，一個(gè)幀內(nèi)編碼圖像(I)和至少一個(gè)用于另一個(gè)圖像或另外的圖像的其他的圖像編碼類型(P，B)被用于一組連續(xù)的圖像，本發(fā)明用于編碼數(shù)字視頻信號(hào)的裝置包含
一個(gè)檢測器，用于確定從一個(gè)圖像到另一個(gè)圖像有很大變化的像素值或有很大變化的圖像內(nèi)容；一個(gè)編碼器，由檢測器以這樣一種方式控制它，即對(duì)具有很大變化像素值或有很大變化圖像內(nèi)容的圖像實(shí)行幀內(nèi)編碼，而與圖像組內(nèi)這個(gè)圖像的位置無關(guān)。
參照附圖描述了本發(fā)明的示范實(shí)施例，其中

圖1示出一場景控制的MPEG編碼器的例子。
視頻信號(hào)從圖像發(fā)生器1引出，發(fā)生器1可以是電視電影掃描器，電視攝影機(jī)或任何要求的模擬圖像源(例如磁帶記錄設(shè)備)。這個(gè)信號(hào)首先饋給一個(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器2，使得數(shù)字輸入數(shù)據(jù)能夠用于編碼器。如果可得到的信號(hào)發(fā)生器已經(jīng)是一個(gè)數(shù)字信號(hào)源，則這個(gè)源能夠經(jīng)由輸入端3連接到電路裝置。在輸入端3的信號(hào)然后饋給場景檢測器10，它包括例如一個(gè)幀存儲(chǔ)器4，一個(gè)減法級(jí)5和一個(gè)閾值判定電路6。信號(hào)源的當(dāng)前幀n可在幀存儲(chǔ)器4的輸入端獲得并且被延遲一幀周期的先前幀n-1可以在輸出端獲得。兩幀像素之間的絕對(duì)值差值之和，例如借助于減法級(jí)5計(jì)算。然后這個(gè)總和值饋給閾值判定電路6。根據(jù)這個(gè)總和值，閾值判定電路產(chǎn)生一個(gè)用于MPEG編碼器8的控制信號(hào)。在這種情況下閾值判定電路的特性是以這樣一種方式計(jì)算的，即由例如移動(dòng)物體或慢攝像機(jī)全景拍攝引起的在同一圖像場景中的差值不觸發(fā)控制信號(hào)或一個(gè)第一控制信號(hào)(在一個(gè)相對(duì)小的總和值的情況下)，然而具有完全不同的圖像信息特征的場景變化則導(dǎo)致明顯的控制信號(hào)或一個(gè)第二控制信號(hào)(在一個(gè)相對(duì)大的總和值的情況下)。
為了使控制信號(hào)在編碼器8與場景變化同時(shí)出現(xiàn)，信號(hào)源的幀必須在緩沖器7中相應(yīng)地延遲一個(gè)幀周期。然后編碼器8從控制信號(hào)識(shí)別出現(xiàn)在它的輸入端的幀是否屬于一個(gè)新的圖像場景，并且如果是這種情況則導(dǎo)致編碼算法開始一個(gè)新的圖像組而且開始I編碼圖像。數(shù)據(jù)簡縮輸出信號(hào)可以在輸出端9獲得。
例如為了照此識(shí)別較大的攝像機(jī)全景拍攝，場景檢測器10也能夠在全局預(yù)測器11中內(nèi)部實(shí)現(xiàn)一個(gè)全局的視頻信號(hào)預(yù)測。這樣一種全局預(yù)測器在例如EP-A-0414133中作了描述。為了這個(gè)目的，存儲(chǔ)器4的輸入信號(hào)和輸出信號(hào)饋給預(yù)測器11。如果這個(gè)預(yù)測器識(shí)別出在圖像中的全局運(yùn)動(dòng)，則減法級(jí)5，閾值判定電路6和/或編碼器8以這樣一種方式被控制，即編碼器8不會(huì)脫離正常的I圖像序列。全局運(yùn)動(dòng)參數(shù)可由預(yù)測器11向前送到編碼器8。這樣做的好處是具有全局運(yùn)動(dòng)的圖像能夠如P或B圖像一樣以良好的效率編碼，所以，I編碼圖像數(shù)和數(shù)據(jù)率不必做不需要的增長，也就是說可檢測的(全局的)攝像機(jī)全景拍攝不被理解為隨場景變化。這有益地使這種全局預(yù)測的結(jié)果可能被包括在編碼器的“正常”預(yù)測期間。這使得在編碼器8的預(yù)測被簡化或改進(jìn)。
在本發(fā)明的另一個(gè)示范實(shí)施例中，可減少場景檢測器的存儲(chǔ)容量。場景變化也能根據(jù)場來識(shí)別。于是存儲(chǔ)器4和7是場存儲(chǔ)器并且兩個(gè)相鄰場的像素值隨后在減法器5中相互作相應(yīng)地處理。兩個(gè)場也可以從相鄰幀中產(chǎn)生。
借助于存儲(chǔ)器4的輸入前端的視頻數(shù)據(jù)簡縮能夠在存儲(chǔ)容量上作不同的或進(jìn)一步縮減，并且借助于在相應(yīng)方向上的與二次采樣有關(guān)的視頻數(shù)據(jù)的水平和/或垂直低通濾波，也可能在緩沖器7上實(shí)現(xiàn)。
在場景變化的情況下，或者I編碼能夠被另外插入當(dāng)前序列。或者正常的序列能夠從場景變化再次繼續(xù)，換言之，例如每12個(gè)圖像一個(gè)I圖像，隨著場景變化的圖像是這些I圖像中的第一個(gè)。
本發(fā)明并不限于攝影室部分，也可以使用在消費(fèi)者部分的數(shù)據(jù)媒體上，尤其是包含根據(jù)本發(fā)明編碼的視頻數(shù)據(jù)的光盤。例如，以所示出的方式本發(fā)明能用于改進(jìn)數(shù)字家庭錄像機(jī)或DVD記錄設(shè)備上的視頻信號(hào)的記錄質(zhì)量。在這種情況下，場景檢測器不被認(rèn)為是圖像發(fā)生器的部分，而是作為記錄單元的附加電路元件實(shí)現(xiàn)。
在接收的視頻信號(hào)采用固定的GOP長度編碼的情況下，這些信號(hào)可以首先被解碼然后用該記錄的不同GOP長度加以編碼。在數(shù)字視頻信號(hào)記錄期間根據(jù)本發(fā)明編碼的這些數(shù)字視頻信號(hào)被提供相應(yīng)的，可變的GOP長度信息并且被公開傳送，或者在僅僅再現(xiàn)預(yù)記錄的數(shù)據(jù)媒體的情況中，記錄單元中的場景檢測器被省略或有可能不估計(jì)其用于記錄的輸出信號(hào)。
本發(fā)明不限于MPEG2或MPEG1編碼標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明能夠應(yīng)用于將視頻數(shù)據(jù)分段為圖像組的所有編碼過程，例如MPEG4。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)編碼(8)的方法，其中，在具有一確定序列的每種情況下，一個(gè)幀內(nèi)編碼圖像(I)和至少一個(gè)用于另一個(gè)圖像或另外的圖像的其他的圖像編碼類型(P，B)被用于一組(GOP)連續(xù)的圖像，其特征在于從一個(gè)圖像到另一個(gè)圖像變化很大的像素值或有很大變化的圖像內(nèi)容在檢測器(10)中確定，并且以這樣一種方式控制進(jìn)一步地編碼(8)，即對(duì)具有很大變化像素值或有很大變化圖像內(nèi)容的圖像實(shí)行幀內(nèi)編碼，而與圖像組(GOP)內(nèi)這個(gè)圖像的位置無關(guān)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在檢測器(10)中，兩個(gè)相鄰幀(n，n-1)或場的像素之間的絕對(duì)值之差的總和被形成(5)并與一個(gè)閾值比較(6)以產(chǎn)生一個(gè)用于后續(xù)編碼(8)的控制信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，在絕對(duì)值之差形成之前，視頻數(shù)據(jù)被水平地和/或垂直地低通濾波并在相應(yīng)方向二次采樣。
4.如權(quán)利要求1到3中一個(gè)或多個(gè)所述的方法，其中，在檢測器(10)中，借助于預(yù)測對(duì)全局運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行搜索并且如果這些參數(shù)存在，就不實(shí)行附加的幀內(nèi)編碼。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中全局運(yùn)動(dòng)參數(shù)被使用或在進(jìn)一步編碼(8)期間被考慮。
6.一種用于對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)編碼(8)的裝置，其中在具有一確定序列的每種情況下，一個(gè)幀內(nèi)編碼圖像(I)和至少一個(gè)用于另一個(gè)圖像或另外的圖像的其他的圖像編碼類型(P，B)被用于一組(GOP)連續(xù)的圖像，其特征在于一個(gè)檢測器(10)，用于確定從一個(gè)圖像到另一個(gè)圖像變化很大的像素值或有很大變化的圖像內(nèi)容；一個(gè)編碼器(8)，其由檢測器以這一種方式控制即對(duì)具有很大變化的像素值或有很大變化圖像內(nèi)容的圖像實(shí)行幀內(nèi)編碼，而與圖像組(GOP)內(nèi)這個(gè)圖像的位置無關(guān)。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中檢測器(10)包含一個(gè)確定全局運(yùn)動(dòng)參數(shù)的預(yù)測器(11)，并且如果這些參數(shù)存在，以這樣一種方式控制編碼器即不實(shí)行附加的幀內(nèi)編碼。
8.數(shù)據(jù)媒體，特別是光盤，包含了使用根據(jù)權(quán)利要求1的方法編碼的視頻數(shù)據(jù)。
全文摘要
對(duì)數(shù)字視頻信號(hào)編碼的方法和裝置。為了未來的數(shù)字電視廣播和與此相聯(lián)系的交互式通訊服務(wù),借助于合適的編碼設(shè)備視頻數(shù)據(jù)必須在它們的數(shù)據(jù)容量方面得到實(shí)質(zhì)上的減少。為此規(guī)定的一種編碼方法是MPEG2標(biāo)準(zhǔn)。如果在編碼期間在連續(xù)的圖像組內(nèi)在圖像場景中發(fā)生變化,則對(duì)于當(dāng)前圖像組沒有用于B和P幀預(yù)測的合理的基礎(chǔ)存在。結(jié)果,在解碼器中的重構(gòu)結(jié)果仍然是不滿意的。根據(jù)本發(fā)明,這種場景變化被檢測并且新場景的第一個(gè)圖像是幀內(nèi)編碼的。
文檔編號(hào)H04N7/32GK1171017SQ9711397
公開日1998年1月21日 申請(qǐng)日期1997年6月27日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月28日
發(fā)明者卡斯藤·赫佩爾, 尤威·里曼 申請(qǐng)人:德國湯姆遜-布朗特公司