專利名稱：縮小被壓縮的視頻位流的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及減少在先前被壓縮的視頻信號位流中的數(shù)據(jù)量的方法和裝置。
為了在各種應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行視頻傳輸和存儲，已經(jīng)提出了活動圖片專家組(MPEG)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。采用所具有的位速率比在確定的MPEG規(guī)則中少的壓縮信號更易于實(shí)現(xiàn)某些應(yīng)用，如按要求的視頻(VideoOn Demand)和在跟蹤數(shù)字磁帶錄像機(jī)上的特技播放(Trick-Playon Track Digital VTRs)。不同的應(yīng)用具有略微不同的信號需求，然而，類似的按比例縮小裝置可以用來將原始的位速率減小到有助于各種應(yīng)用的速率。
現(xiàn)在已經(jīng)為各種應(yīng)用開發(fā)了MPEG編碼標(biāo)準(zhǔn)，這些應(yīng)用包括全球范圍內(nèi)的高清晰度電視(HDTV)、電信會議、衛(wèi)星通信、直接廣播系統(tǒng)(DBS)和多媒體工作站。MPEG-2壓縮位流可能代表相對高的數(shù)據(jù)速率的壓縮HDTV位流。如果這一信號被用于相對窄的頻帶的信道，那么就需要將其數(shù)據(jù)減小或按比例縮小到較低的位速率。
考慮按要求的視頻系統(tǒng)，其中視頻文件服務(wù)器包括含有MPEG編碼位流的庫的存儲設(shè)備。存儲在庫中的位流最初以高質(zhì)量(例如演播室質(zhì)量)編碼。一些客戶可能在一特定時(shí)間要求檢索這些視頻節(jié)目中的任何節(jié)目。用戶的數(shù)目和向這些用戶傳輸?shù)囊曨l的質(zhì)量受到出去的信道容量的限制。這一出去的信道例如可以是電纜總線或ATM中繼線，必須在被允許服務(wù)的用戶之間共享。不同的用戶可能需要不同等級的視頻質(zhì)量，而各個(gè)節(jié)目的質(zhì)量將以分配給每個(gè)用戶的總信道容量的一小部分為依據(jù)。
為了同時(shí)容納多個(gè)用戶，視頻文件服務(wù)器可以將存儲的位流在通過信道傳輸給各個(gè)用戶之前，按比例縮小到被減小的位速率。與假定以減小的速率對原始源材料進(jìn)行編碼得到的位流相比，上述按比例縮小得到的位流的質(zhì)量將不會顯著下降。由于只有文件服務(wù)器必須裝配按比例進(jìn)行縮小的硬件，而各個(gè)用戶則不必裝配，所以復(fù)雜性和費(fèi)用都不是關(guān)鍵的因素。
在跟蹤數(shù)字磁帶錄像機(jī)上的特技播放系統(tǒng)中，按比例縮小視頻以便在磁帶錄像機(jī)上建立副跟蹤(side track)。這一副跟蹤包含非常粗糙的視頻質(zhì)量，這一質(zhì)量對在磁帶錄像機(jī)上實(shí)現(xiàn)特技模式(例如以不同速度進(jìn)行快進(jìn)和快退掃描)是足夠的。包括在這些設(shè)備中的按比例進(jìn)行縮小的硬件的復(fù)雜性和費(fèi)用是必須認(rèn)真考慮的，因?yàn)榇艓т浵駲C(jī)是成批生產(chǎn)的，擁有大批的消費(fèi)者。
按比例縮小的另一應(yīng)用是在數(shù)字磁帶錄像機(jī)上的擴(kuò)展播放記錄。在這一應(yīng)用中，以一定的播送量(對標(biāo)準(zhǔn)分辨率的視頻而言是大約6Mbps(每秒兆位)，而對高分辨率的視頻而言是大約24 Mbps)向用戶家中播送視頻。用戶利用他們磁帶錄像機(jī)中的按比例縮小的特征，可以以減小的速率，類似于擴(kuò)展播放(EP)模式，在今天的VHS錄像機(jī)上記錄視頻，從而以較低的質(zhì)量將更大量的視頻節(jié)目材料記錄在磁帶上。
在按比例縮小的過程中，應(yīng)該盡可能多地利用原始信號中的較高質(zhì)量的信息，所得到的帶有較低位速率的新信號的圖像質(zhì)量應(yīng)該盡可能地高，或者盡可能地接近通過以減小的速率對原始源視頻進(jìn)行編碼得到的信號質(zhì)量。假定以最佳方式以給定數(shù)據(jù)速率對原始源視頻進(jìn)行編碼。
本發(fā)明的方法和按比例縮小的裝置包括局部解碼硬件，它允許刪除更高頻率的AC DCT系數(shù)，或以較粗略的量化因子對經(jīng)量化的數(shù)據(jù)進(jìn)行再量化。以線性按比例縮小每個(gè)數(shù)據(jù)塊被壓縮數(shù)據(jù)的量的方式根據(jù)數(shù)據(jù)塊(宏數(shù)據(jù)塊)進(jìn)行按比例縮小。分析器產(chǎn)生在一個(gè)視頻幀上的累加局部解壓數(shù)據(jù)的分布，并進(jìn)行按比例縮小，以保證按比例縮小的信號的分布基本與原始數(shù)據(jù)的分布一致。
下面將參照附圖描述本發(fā)明，附圖中

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的按比例進(jìn)行縮小的裝置的框圖；圖2是體現(xiàn)本發(fā)明的按比例進(jìn)行縮小的裝置的框圖；圖3是代表原始的和按比例縮小的被壓縮數(shù)據(jù)的累加局部解壓數(shù)據(jù)的示例性分布的圖；圖4-5是體現(xiàn)本發(fā)明的其它按比例進(jìn)行縮小的裝置的框圖；圖6是圖2裝置的操作方法的流程圖；以及圖7和圖8是有助于理解圖4裝置的操作方法的流程圖。
圖1表示已知的壓縮視頻信號按比例進(jìn)行縮小的裝置，用于減小先前編碼的視頻信號中的數(shù)據(jù)量。在所示的裝置中，只表示了主功能部件，用于傳送電路的一般操作。例如被壓縮的視頻信號包括各種數(shù)據(jù)，其中只有某些類型被量化。其它類型則避開再量化或按比例進(jìn)行縮小的裝置，并在多路轉(zhuǎn)接器(MUX)14中對按比例縮小的數(shù)據(jù)進(jìn)行再多路轉(zhuǎn)接。對壓縮電路領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言這將是很顯然的，即多路轉(zhuǎn)接器14必須包括不是無意義的控制電路來執(zhí)行這一功能。然而，壓縮電路領(lǐng)域的一般技術(shù)人員將能夠很容易地實(shí)現(xiàn)多路轉(zhuǎn)接器14的多路轉(zhuǎn)接功能，因此這里將不再予以說明。
在圖1中，要經(jīng)過按比例縮小的先前壓縮或編碼的視頻信號假定是數(shù)據(jù)塊編碼信號，其中各個(gè)圖片被分成許多數(shù)據(jù)塊或宏數(shù)據(jù)塊，并以逐個(gè)數(shù)據(jù)塊或逐個(gè)宏數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)進(jìn)行壓縮，得到的信號至少部分地成為編碼的數(shù)據(jù)塊或宏數(shù)據(jù)塊流。各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊中的至少一部分?jǐn)?shù)據(jù)被量化，并進(jìn)行可變長度編碼。這種被壓縮的信號的例子是MPEG1和MPEG2視頻信號。編碼信號被送至可變長度解碼器(VLD)10，它產(chǎn)生一個(gè)可變長度解碼信號。包括在被壓縮信號中的運(yùn)動矢量(和其它非量化代碼字)繞過接續(xù)的電路(Q-111；Q12；VLC13)，但是事實(shí)上如果這樣的電路可以做到對不應(yīng)由按比例進(jìn)行縮小的裝置改變的信號分量是透明的，運(yùn)動矢量也可以通過接續(xù)的電路。
可變長度解碼之后，被解碼的代碼字送至反量化器11，在那里對在壓縮處理中被量化的信號分量進(jìn)行去量化。在速率控制器16的控制下，去量化的分量在量化器12中被再量化。調(diào)整速率控制器16，以便產(chǎn)生具有符合所需減小的速率的按比例縮小的位流的編碼信號。在這種情況下是通過速率控制器進(jìn)行按比例縮小的，速率控制器向量化器12提供量化值，與原始壓縮器相比量化器12產(chǎn)生各個(gè)代碼字的較粗略的量化。再量化的代碼字是在可變長度編碼器VLC13中可變長度編碼，并在多路轉(zhuǎn)接器14中與未經(jīng)再量化的信號分量一起被再格式化。再格式化的信號被送至速率緩沖器15，速率緩沖器15一般將猝發(fā)信號轉(zhuǎn)變成速率恒定的信號。速率緩沖器包括占用率監(jiān)視器，它提供一個(gè)控制信號，用于控制速率緩沖器，使得量化器12提供速率恒定的信號。在由D.G.Morrison等人撰寫的文章《減小壓縮視頻在其編碼形式時(shí)的位速率》(PV′94，D17.3)中可以查到該電路的更詳細(xì)的描述。
對MPEG壓縮視頻而言，量化包括量化值的一個(gè)矩陣和一個(gè)量化因數(shù)。根據(jù)心理視覺(psychovisual)參數(shù)確定量化值的矩陣。量化值的矩陣包括對于代表像素塊的系數(shù)塊中的每個(gè)DCT系數(shù)的各自值，并且該矩陣一般用來對一幀中的所有宏數(shù)據(jù)塊進(jìn)行量化。另一方面量化因子是針對特定的宏數(shù)據(jù)塊，每個(gè)量化因子只提供給所分配的宏數(shù)據(jù)塊。量化因子用來在用矩陣對各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊進(jìn)行量化之前，對該矩陣中的所有量化值進(jìn)行加權(quán)。在以下的描述中，產(chǎn)生量化參數(shù)一般是指產(chǎn)生預(yù)先確定的量化因子。
總的來說，由于可變長度編碼中的可變性，所以圖1所示的系統(tǒng)不能提供圖像的均勻的位按比例縮小。換句話說，各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的位按比例縮小是顯著不同的。圖2和4的位按比例縮小電路確實(shí)提供了從宏數(shù)據(jù)塊到宏數(shù)據(jù)塊的基本均勻的位按比例縮小。
參照圖2和6。在圖2中，將要按比例縮小的編碼的視頻信號被送至可變長度解碼語法分析器20。語法分析器20對不可變長度編碼的代碼字是透明的，并使它們未改變地通過。在例如MPEG信號中的可變長度編碼的代碼字不具有確定的邊界。語法分析器20確定{602}各個(gè)代碼字的邊界，并通過類型識別代碼字。該代碼字并不實(shí)際被解碼。用標(biāo)識符標(biāo)記經(jīng)語法分析和不可變長度編碼的代碼字，并將它們存儲{603}在延遲存儲器21中。
經(jīng)語法分析和不可變長度編碼的代碼字被送至分析器22。在本例中，分析器22產(chǎn)生作為各個(gè)壓縮幀(或場或圖像等)的各宏數(shù)據(jù)塊函數(shù)的AC離散余弦變換(DCT)系數(shù)的分布。這就是說，分析器以宏數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)產(chǎn)生{605}AC DCT系數(shù)位的連續(xù)的和。分析器22將由宏數(shù)據(jù)塊號標(biāo)識的各個(gè)和存儲{604}在存儲器(MEM)24中。對宏數(shù)據(jù)塊1(MB1)，所述和是對應(yīng)于MB1中的AC DCT系數(shù)的MB1中所有位的和(∑MB1)。對MB2，所述和是和(∑MB1)加上對應(yīng)于MB2中的AC DCT系數(shù)的MB2中所有位的和(∑MB2)。對MB3，所述和是(∑MB1)＋(∑MB2)＋(∑MB3)，等。圖3表示作為縱坐標(biāo)的這種和與宏數(shù)據(jù)塊號之間關(guān)系的示例性圖(表示為分布)。
除了AC DCT系數(shù)的上述和之外，所述分析器計(jì)算{601}各幀的所有編碼位(TB)。在對各幀的所有宏數(shù)據(jù)塊進(jìn)行分析{606}以后，根據(jù)關(guān)系式TVAC＝(∑MB last)－％乘以(TB)－excess利用和(TB)與(∑MB last)，計(jì)算{608}每幀AC DCT位的目標(biāo)值TVAC。上述關(guān)系式中(∑MB last)是最后一個(gè)AC和，并對應(yīng)于幀中的ACDCT位的總數(shù)，％是位流將要減小的百分比，以及“excess”是前一幀錯過所要求的目標(biāo)的量。
用因子TVAC/(∑MB last)按比例縮小{610}AC DCT位的分布。通過用因子TVAC/(∑MB last)乘以各個(gè)和(∑MBi)中的每一個(gè)，產(chǎn)生圖3所示的線性按比例縮小的分布。在存儲器24中用按比例縮小的和代替各個(gè)和(∑MBi)。
在該分布被按比例縮小以后，每次一個(gè)宏數(shù)據(jù)塊地從存儲器21中訪問各個(gè)經(jīng)語法分析和不可變長度編碼的代碼字。非AC DCT代碼字進(jìn)入{612}緩沖器23，緩沖器23基本上再組合{618}該輸出。分析器22使存儲器21將代碼字送至緩沖器23，并使緩沖器23接收每個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的有限量的代碼字位。由于訪問了AC DCT代碼字，所以對各個(gè)AC DCT代碼字的位求和{614}，并且各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的當(dāng)前和與對應(yīng)于數(shù)據(jù)塊結(jié)束(EOB)的代碼字的較少位數(shù)的宏數(shù)據(jù)塊的按比例縮小的和連續(xù)地進(jìn)行比較。各個(gè)AC DCT代碼字被緩沖器23接收，直到宏數(shù)據(jù)塊的當(dāng)前位之和等于或大于相應(yīng)的較少EOB位的按比例縮小的和。當(dāng)這一條件出現(xiàn)時(shí)，EOB代碼被插入{620}該位流，并且放棄{622}各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的其余代碼字。持續(xù)這一過程，直到各幀的所有編碼信號被再組合成按比例縮小的位流。
應(yīng)注意的是MPEG宏數(shù)據(jù)塊包括例如六個(gè)數(shù)據(jù)塊，所有這些數(shù)據(jù)塊可以包括相應(yīng)的AC DCT代碼字。在處理來自存儲器21的數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)并行而不是順序地訪問來自各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊中的每一數(shù)據(jù)塊的相應(yīng)的代碼字，因此宏數(shù)據(jù)塊中的每個(gè)數(shù)據(jù)塊被給予相等的位空間。假定宏數(shù)據(jù)塊中的各個(gè)數(shù)據(jù)塊具有AC DCT代碼字ACik，其中i代表系數(shù)(1-64)，k代表數(shù)據(jù)塊(1-6)，那么應(yīng)按以下次序訪問代碼字AC11、AC12、AC13、AC14、AC15、AC16、AC21、AC22、AC23、AC24、AC25、AC26、AC31、AC32、AC33、AC34、AC35、AC36、AC41等。這需要以數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)劃分緩沖器23，以便并行形成各個(gè)數(shù)據(jù)塊，然后這些并行的各個(gè)數(shù)據(jù)塊被順序讀出。
由于從存儲器21中讀出位，一直到送至存儲器23的位的數(shù)目等于由線性按比例縮小的分布所代表的AC DCT位的數(shù)目，所以各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊中的每一個(gè)將基本線性地位按比例縮小。
圖4表示通過再量化進(jìn)行位按比例縮小的第二實(shí)施例。然而不象圖1的裝置，圖4的裝置進(jìn)行各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的基本線性的位按比例縮小。
在圖4中，編碼視頻信號被送至可變長度解碼器38，它對被可變長度編碼的那些信號分量進(jìn)行解碼。被解碼的信號送至延遲存儲器39(它存儲被解碼的信號，直到進(jìn)行分析)和分析器40。存儲器39的輸出被送至反量化器41。注意未被量化的信號分量可以繞過反量化器41，這由從存儲器39至多路轉(zhuǎn)接器44的箭頭表示，或者如果使得反量化器和接續(xù)的電路對未被量化的信號分量是透明的，那么未被量化的信號分量可以通過反量化器和接續(xù)的電路。還應(yīng)注意反量化器41可以放在延遲存儲器39之前，而不是在它之后。
反量化器41對被量化的那些信號進(jìn)行去量化，并將它們送至量化器42。分析器40使得量化器42對被正常量化的信號分量進(jìn)行更粗略的量化，以便實(shí)現(xiàn)位流的按比例縮小。再量化的信號被送至可變長度編碼器43，編碼器43對該信號進(jìn)行可變長度編碼，并將它送至多路轉(zhuǎn)接器44，多路轉(zhuǎn)接器44根據(jù)原始協(xié)議或者所要求的不同協(xié)議對該信號進(jìn)行再格式化。再格式化的信號被送至速率緩沖器45。
在圖4裝置的一個(gè)實(shí)施例中，用速率控制器47(用虛線表示)控制再量化。在該實(shí)施例中，分析器以一幀為基礎(chǔ)將控制參數(shù)送至速率控制器，然后速率控制器控制再量化過程。假定速率控制器是這樣一種類型，它用一幀目標(biāo)位大小產(chǎn)生各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的量化因子。在這種位率控制器中，幀目標(biāo)位大小或者可以由速率控制器本身計(jì)算得到，或者可以從外部源提供。這種類型的速率控制器在Tristan Savatier的題為《視頻數(shù)據(jù)量化控制的裝置》的美國專利第5,144,424號中作了說明。本專利中的控制器產(chǎn)生參數(shù)TSize-i(下標(biāo)i表示I、B或P幀)，該參數(shù)用于計(jì)算幀i的各個(gè)量化因子。為此目的，假定對這種速率控制器將進(jìn)行修改，以便接收來自分析器40的目標(biāo)參數(shù)TSize-i。
在這種情況下分析器40從各個(gè)編碼的宏數(shù)據(jù)塊提取量化因子QMBi，并為由VLD38提供的數(shù)據(jù)流中的各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊計(jì)算各個(gè)位MBi。它形成位的和乘以與該宏數(shù)據(jù)塊相關(guān)的量化因子的積QMBi(∑MBi)。為每個(gè)宏數(shù)據(jù)塊形成各幀的所有先前的宏數(shù)據(jù)塊產(chǎn)生的積的和∑QMBi(∑MBi)i，并將它存儲在由宏數(shù)據(jù)塊號標(biāo)識的存儲器46中；其中∑QMBi(∑MBi)1等于QMB1(∑MB1)；∑QMBi(∑MBi)2等于QMB1(∑MB1)＋QMB2(∑MB2)，等。這些針對宏數(shù)據(jù)塊號的和形成類似于圖3所示實(shí)例的標(biāo)準(zhǔn)化的分布。然而要注意的是，由于速率控制器是以總體位為基礎(chǔ)操作的，所以這一分布與總體位有關(guān)，而不是僅與AC DCT位有關(guān)。如果對非量化信號分量使所得的目標(biāo)值適當(dāng)增大，則也可以用AC DCT位的分布。用因子SF按比例縮小最終的和∑QMBi(∑MBi)last，以便產(chǎn)生目標(biāo)值TSize-i，該值被送至速率控制器47，用于對當(dāng)前幀進(jìn)行再量化。然后利用計(jì)算值TSize-i在速率控制器47的控制下，從延遲存儲器39訪問可變長度解碼信號，并進(jìn)行去量化，以及通過量化器43進(jìn)行再量化。該分布是一條標(biāo)準(zhǔn)化的曲線，但是速率控制器是用位的總量操作，而不是標(biāo)準(zhǔn)化位。于是按比例縮小的因子SF是以1/QMB為單位提供以位為單位的目標(biāo)。實(shí)例性的按比例縮小的因子SF可根據(jù)下式計(jì)算SF=(1-%)(ΣΣMBi)last-excessΣ(QMBi(ΣMBi))last]]>其中(∑∑MBi)last對應(yīng)各個(gè)原始幀中的總體位，excess是先前幀超過目標(biāo)值的位量。可以采用的另一個(gè)按比例縮小的因子是(1-％)/QMBiavg，其中QMBiavg是幀中所有原始量化因子的平均值。
下面將參照圖7和8的流程圖描述圖4的另外的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，分析器40以一個(gè)宏數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)向量化器42施加量化因子。在該實(shí)施例中不用速率控制器47。除了速率控制器，所有其它部件的運(yùn)行過程都如上所述。
參照圖7，編碼視頻信號是可變長度解碼信號{702}，該解碼信號被存儲在存儲器39中，并且送至分析器40。各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的位被求和∑MBi{706}，然后被與各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊有關(guān)的原始量化因子QMBi相乘{(lán)707}。乘積QMBi(∑MBi)被累加求和{708}，并存儲{709}在由各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊標(biāo)識的存儲器46中。用累加的和∑(QMBi(∑MBi))i作為縱坐標(biāo)，對與宏數(shù)據(jù)塊號之間的關(guān)系作圖，形成類似于圖3所示的分布。當(dāng)處理最后一個(gè)宏數(shù)據(jù)塊時(shí){710}，用以上確定的按比例縮小的因子SF對該分布進(jìn)行按比例縮小{712}。這是通過將乘積的每個(gè)累加的和∑(QMBi(∑MBi))i乘以按比例縮小的因子SF，并且將它們存儲在由各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊標(biāo)識的存儲器46中實(shí)現(xiàn)的。然后存儲器39中解碼的視頻信號被進(jìn)行反量化{714}和再量化{717}，因此再編碼的視頻信號符合按比例縮小的分布。
在圖8中，估算{800}宏數(shù)據(jù)塊i的一個(gè)新的量化因子QMBiE?？梢酝ㄟ^各種方法進(jìn)行估算。一種估算方法是使QMBiE＝(QMBi)/(1-％)，其中QMBi是宏數(shù)據(jù)塊i的原始量化因子。另一種方法是簡單地利用量化因子QMBiE＝QMBi-1，其中QMBi-1是為前一個(gè)宏數(shù)據(jù)塊i-1產(chǎn)生的量化因子。第三種估算量化因子QMBiE的方法是采用為上一個(gè)最前面的相同類型幀的相應(yīng)宏數(shù)據(jù)塊計(jì)算的最終量化因子QMBiF。
得到宏數(shù)據(jù)塊i的量化因子的估算值后，從存儲器39訪問{801}未被量化的宏數(shù)據(jù)塊。宏數(shù)據(jù)塊MBi是利用估算的量化因子量化的{802}，并且是可變長度編碼的{803}。對宏數(shù)據(jù)塊的新的總體位∑MBin求和{804}，并再組合{805}再量化的宏數(shù)據(jù)塊的代碼字。用前面量化的宏數(shù)據(jù)塊的位的和對位的和∑MBin求和{806}，形成再量化的再編碼的位流的當(dāng)前宏數(shù)據(jù)塊的分布值∑(∑MBin))i。注意這一分布是位的分布，并且對按比例縮小的分布的描述是就位而論。
計(jì)算{807}新的分布值∑(∑MBin))i和原始按比例縮小的分布值之間的差SF(∑(QMBi(∑MBi))i)，產(chǎn)生位誤差值ΔE，其中ΔE＝SF(∑(QMBi(∑MBi))i)－∑(∑MBin))i。誤差/ΔE與閾值ΔET進(jìn)行比較{808}。如果誤差大于該閾值，則計(jì)算{809}新的量化因子QMBinew。計(jì)算QMBinew的一個(gè)例子是根據(jù)以下關(guān)系式QMBinew＝QMBi＋sgn(ΔE)其中括號中的QMBi對應(yīng)于用于第i個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的最后一個(gè)量化因子，并等于第一個(gè)過程中的QMBiE，當(dāng)ΔE分別是正數(shù)和負(fù)數(shù)時(shí)sgn(ΔE)分別等于±1。再訪問宏數(shù)據(jù)塊{801}，并用新的量化因子進(jìn)行量化。重復(fù)步驟{801-809}，直到誤差ΔE小于閾值。
在步驟{808}，如果誤差小于閾值，那么在步驟{810}作出檢驗(yàn)，確定幀中的所有宏數(shù)據(jù)塊是否已經(jīng)被再量化。如果還沒有，則下標(biāo)i增加{814}，并且開始對宏數(shù)據(jù)塊i+1進(jìn)行再量化處理{800}。如果已經(jīng)被再量化，則系統(tǒng)進(jìn)入步驟700，開始處理下一幀。
上述處理旨在嚴(yán)格地跟蹤分布，并允許在QMBi中只有很小的變化。一幀的量化因子非常一致。注意對特定的宏數(shù)據(jù)塊的每次接下來的處理而言，舍棄為那個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的先前處理過程再組合{805}的數(shù)據(jù)。只保留最后通過的再組合數(shù)據(jù)。
圖8中包含的虛線箭頭表示另一(最佳)實(shí)施例，它提供了可接受的性能，并減輕了計(jì)算強(qiáng)度。在這個(gè)另外的實(shí)施例中，QMBi趨向于改變更大，導(dǎo)致更一致的圖像質(zhì)量。簡言之，這個(gè)另外的實(shí)施例是這樣一種處理過程，其中利用為各個(gè)先前的宏數(shù)據(jù)塊計(jì)算的誤差ΔE確定的各個(gè)QMBi，對各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊進(jìn)行再量化。
在這個(gè)另外的實(shí)施例中，在步驟{800}為只在該幀中處理的第一宏數(shù)據(jù)塊產(chǎn)生一個(gè)估算的標(biāo)稱量化因子。一個(gè)示例性的標(biāo)稱量化因子QN可以根據(jù)以下關(guān)系式計(jì)算QN＝QNL＋g(ΔE)LQNL是用于先前幀的標(biāo)稱量化因子，(ΔE)L是先前幀中的最后一個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的誤差，g是增益因子。標(biāo)稱增益因子g是31/Bpp，其中 對將要處理的第一幀而言，值QN可以任意選擇等于中間范圍的量化因子。為每幀的第一宏數(shù)據(jù)塊選擇標(biāo)稱量化因子的另一種方法是計(jì)算為各個(gè)先前幀產(chǎn)生的所有新的量化因子的平均值。
一旦計(jì)算了標(biāo)稱量化因子QN，便從存儲器39訪問{801}宏數(shù)據(jù)塊MB1，并用QN進(jìn)行量化{802}。步驟{803-807}的執(zhí)行情況如上所述。然而在本實(shí)施例中，取消了步驟{808}，在步驟{809}中計(jì)算新的QMBnew，而不管在步驟{807}中計(jì)算的誤差值。根據(jù)以下關(guān)系式計(jì)算新的量化因子QMBnew＝(QMBnew-1＋g(ΔE))K其中QMBnew-1是為先前的宏數(shù)據(jù)塊計(jì)算的QMBnew的值(QN是為第一宏數(shù)據(jù)塊)，K是按比例縮小的因子，一般在
的范圍內(nèi)，它反映了對量化誤差主觀上所能允許的量，并可從宏數(shù)據(jù)塊的內(nèi)編碼得到。
計(jì)算QMBnew的值以后，在步驟{810}作出檢驗(yàn)，確定幀中的最后一個(gè)宏數(shù)據(jù)塊是否已經(jīng)被處理。如果還沒有，則宏數(shù)據(jù)塊的下標(biāo)i增加{814}，并且從存儲器39訪問{801}下一個(gè)宏數(shù)據(jù)塊，用計(jì)算的值QMBnew進(jìn)行量化{802}。執(zhí)行步驟{803-810}，并處理下一個(gè)宏數(shù)據(jù)塊等。重新看一下這一實(shí)施例，產(chǎn)生原始分布以后{700-714}，量化是一個(gè)單一的處理過程，其中在步驟{809}根據(jù)每個(gè)宏數(shù)據(jù)塊確定的校正的量化因子QMBi被用來對接下來的宏數(shù)據(jù)塊i+1進(jìn)行量化。
圖5表示另一個(gè)位按比例進(jìn)行縮小的裝置，該裝置需要重要的硬件來完成位按比例縮小。在這一裝置中，被編碼的視頻信號在解壓器50中被完全解壓。然而，各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的運(yùn)動矢量被存儲在存儲器52中。解壓的視頻信號被送至壓縮器51，它對該視頻信號進(jìn)行再壓縮。壓縮器51利用從原始被壓縮視頻信號得到的運(yùn)動矢量，所以壓縮器51不需要包括運(yùn)動矢量計(jì)算裝置。對壓縮器51編程，以便按所要求的位速率產(chǎn)生一個(gè)經(jīng)壓縮的位流。可以產(chǎn)生位分布來計(jì)算目標(biāo)值，并且該位分布可以被送至壓縮器51中的速率控制器中。
權(quán)利要求
1.一種用于對已經(jīng)以數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)壓縮的壓縮視頻信號的位流按比例進(jìn)行縮小的裝置(38-47)，所述裝置的特征在于分析器(40)，用于以一個(gè)數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)確定所述壓縮視頻信號的被編碼位的累加分布，以及對所述分析器作出響應(yīng)的位流按比例進(jìn)行縮小的裝置(38、39、41、42)，用于產(chǎn)生按比例縮小的位流，該位流以所述數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)根據(jù)所述分布線性地按比例縮小。
2.權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述分析器包括施加所述被壓縮的視頻信號的連接部分；與所述連接部分相連的處理器，用于產(chǎn)生和∑MBi與另一個(gè)和∑∑MBi，∑MBi代表所述被壓縮的視頻信號的各個(gè)所述數(shù)據(jù)塊的位的量，∑∑MBi代表從第一數(shù)據(jù)塊至第i數(shù)據(jù)塊的數(shù)據(jù)塊的和∑MBi的累積，并且所述處理器對所述和∑∑MBi中的至少一個(gè)按比例縮小，以便產(chǎn)生一個(gè)控制所述位流按比例進(jìn)行縮小的裝置的信號。
3.權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于所述分析器對各個(gè)所述數(shù)據(jù)塊的所述和∑∑MBi進(jìn)行按比例縮小，并且所述位流按比例進(jìn)行縮小的裝置包括用于選擇各個(gè)數(shù)據(jù)塊的所述被壓縮的視頻信號位的位量的裝置，根據(jù)相應(yīng)的按比例縮小的和∑∑MBi為各個(gè)數(shù)據(jù)塊確定位量。
4.權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述位流按比例進(jìn)行縮小的裝置包括可變長度解碼器、反量化器、對由所述分析器提供的量化因子作出響應(yīng)的量化器、以及可變長度編碼器的級聯(lián)。
5.權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于所述分析器包括以一個(gè)數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)形成所述被壓縮的視頻信號的代碼字的位分布的裝置；對所述分布進(jìn)行按比例縮小以便產(chǎn)生按比例縮小的分布的裝置；以一個(gè)數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)形成從所述可變長度編碼器提供的被壓縮視頻信號的代碼字的位的新分布的裝置；以及用于從所述按比例縮小的分布和所述新分布之間的差產(chǎn)生控制各個(gè)所述數(shù)據(jù)塊的量化的量化因子的裝置。
6.權(quán)利要求1所述的位流按比例進(jìn)行縮小的裝置，其特征在于訪問所述被壓縮的視頻信號的連接部分；所述位流按比例進(jìn)行縮小的裝置包括可變長度解碼器(38)、反量化器(41)和量化器(42)的級聯(lián)，所述量化器具有施加量化控制信號的一個(gè)輸入端口和提供已量化信號的一個(gè)輸出端口，并且所述級聯(lián)與所述連接部分相連，用于訪問所述被壓縮的視頻信號；所述分析器(40)具有與所述連接部分相連的第一輸入端口，用于訪問所述被壓縮的視頻信號，與所述量化器(42)的所述輸出端口相連的第二輸入端口，并具有提供所述量化控制信號的一個(gè)輸出端口，所述分析器根據(jù)出現(xiàn)在所述被壓縮的視頻信號中的累加位的第一函數(shù)與和所述第二輸入端口相連的信號中的累加位的第二函數(shù)之間的差，產(chǎn)生各個(gè)所述數(shù)據(jù)塊的所述量化控制信號。
7.權(quán)利要求6所述的位流按比例進(jìn)行縮小的裝置，其特征在于所述分析器與帶有可變長度的編碼電路的所述量化器的輸出端口相連。
8.一種減小MPEG編碼視頻信號的位流中的位的方法，其特征在于以一幅圖像的逐個(gè)宏數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)形成(700-710)所述MPEG編碼視頻信號的宏數(shù)據(jù)塊的位的累加和；形成(712)所述累加和的按比例縮小的形式；處理(800-809)所述MPEG編碼的視頻信號，因此以逐個(gè)數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)處理的所述MPEG編碼的視頻信號的宏數(shù)據(jù)塊位的累加和基本等于所述累加和的所述按比例縮小的形式。
9.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于處理步驟包括舍棄各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的位。
10.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于處理步驟包括從各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊選擇所述MPEG編碼的視頻信號的各個(gè)代碼字，并形成以逐個(gè)宏數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)選擇的所述代碼字中一些的位的新累加和；以及當(dāng)所述位的新累加和基本等于所述位的累加和時(shí)，終止選擇各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的代碼字。
11.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于處理步驟包括反量化所述MPEG編碼的視頻信號的被量化的代碼字；用估算的量化參數(shù)量化所述MPEG編碼的視頻信號的被反量化的代碼字；形成用所述估算的量化參數(shù)量化的所述MPEG編碼的視頻信號的宏數(shù)據(jù)塊位的累加和；以一個(gè)宏數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)確定作為所述累加和的按比例縮小的形式與所述新的和之間的差的函數(shù)的新量化參數(shù)；用所述新的量化參數(shù)量化所述MPEG編碼的視頻信號的被反量化的代碼字。
12.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于以逐個(gè)宏數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)形成所述MPEG編碼的視頻信號的宏數(shù)據(jù)塊的位的累加和的步驟包括形成僅代表AC DCT系數(shù)的那些位的累加和。
13.權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于形成按比例縮小的形式的步驟包括根據(jù)各幀的所述MPEG編碼的視頻信號的總體位計(jì)算各幀的AC DCT系數(shù)的位的目標(biāo)值；產(chǎn)生等于該目標(biāo)值被一幀中最后一個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的累加和除得到的比值的按比例縮小的因子。
14.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于以逐個(gè)宏數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)形成所述MPEG編碼的視頻信號的宏數(shù)據(jù)塊的位的累加和的步驟包括檢測與所述MPEG編碼的視頻信號的各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊相關(guān)的量化值；對各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的各個(gè)代碼字的位求和；以及將各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的位的和與其相關(guān)的量化值相乘，產(chǎn)生求和的位乘以量化值的積。
15.權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于以逐個(gè)宏數(shù)據(jù)塊為基礎(chǔ)形成所述MPEG編碼的視頻信號的宏數(shù)據(jù)塊的位的累加和的步驟進(jìn)一步包括為各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊形成先前的和當(dāng)前的所述乘積的和。
16.權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于形成所述累加和的按比例縮小的形式的步驟包括用因子SF乘以各個(gè)累加和，其中SF=(1-%)(ΣΣMBi)last-excessΣ(QMBi(ΣMBi))last]]>并且其中％是將要減小的所述MPEG編碼的視頻信號的位流的位的百分比，∑∑MBilast對應(yīng)于一幀中的總體位，∑(QMBi(∑MBi))last是各個(gè)量化因子乘以各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的相應(yīng)的位和的積的累加和，以及excess是超過所要求的位目標(biāo)的先前幀的量。
17.權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于處理步驟包括a)反量化所述MPEG編碼的視頻信號的被量化的代碼字；b)用估算的量化參數(shù)量化所述MPEG編碼的視頻信號的第一宏數(shù)據(jù)塊的被反量化的代碼字；c)形成用所述估算的量化參數(shù)量化的所述第一宏數(shù)據(jù)塊位的新的和；d)確定作為當(dāng)前宏數(shù)據(jù)塊的累加和的所述按比例縮小的形式與所述新的位和之間的差的函數(shù)的新量化參數(shù)；e)用所述新的量化參數(shù)量化所述MPEG編碼的視頻信號的下一個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的被反量化的代碼字；f)形成用所述估算的量化參數(shù)或所述新的量化參數(shù)量化的所有先前的與所述下一個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的位的新累加和；以及g)對一幀中所有其余的宏數(shù)據(jù)塊重復(fù)步驟d至f。
18.權(quán)利要求17所述的方法，其特征在于確定一個(gè)新的量化參數(shù)的步驟包括產(chǎn)生各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的累加和的所述按比例縮小的形式與所述位的新累加和之間的差ΔE；用增益因子g乘以差ΔE，產(chǎn)生乘積(g)(ΔE)；以及將乘積(g)(ΔE)與用于量化當(dāng)前宏數(shù)據(jù)塊的量化因子組合。
19.權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于確定一個(gè)新的量化參數(shù)的步驟包括產(chǎn)生各個(gè)宏數(shù)據(jù)塊的累加和的所述按比例縮小的形式與所述位的新累加和之間的差ΔE；用增益因子g乘以差ΔE，產(chǎn)生乘積(g)(ΔE)；以及將乘積(g)(ΔE)與用于量化當(dāng)前宏數(shù)據(jù)塊的量化因子組合。
全文摘要
對被壓縮的視頻信號的位流進(jìn)行按比例縮小的方法和裝置包括局部解碼硬件(38，41)，它允許刪除更高頻率的ACDCT系數(shù)，或以較粗略的量化因子對經(jīng)量化的數(shù)據(jù)進(jìn)行再量化。以線性按比例縮小每個(gè)數(shù)據(jù)塊被壓縮數(shù)據(jù)的量的方式根據(jù)數(shù)據(jù)塊(宏數(shù)據(jù)塊)進(jìn)行按比例縮小。分析器(40)產(chǎn)生在一個(gè)視頻幀上的累加局部解壓數(shù)據(jù)的分布，并且位流按比例縮小(42)，以保證按比例縮小的信號的分布基本與原始數(shù)據(jù)的分布一致。
文檔編號G06T9/00GK1139351SQ9511902
公開日1997年1月1日 申請日期1995年11月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月4日
發(fā)明者W·郭, J·W·茲迪普斯基, H·辛 申請人:Rca湯姆森許可公司