專利名稱：信號編碼方法及裝置、信號記錄媒體和信號傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在發(fā)送端實(shí)行數(shù)字信號高效編碼的信號編碼裝置，信號編碼方法，信號記錄媒體和信號傳輸方法，尤其涉及以可變比特率控制進(jìn)行運(yùn)動圖像信號編碼的信號編碼裝置，信號編碼方法，信號記錄媒體和信號傳輸方法。
由于數(shù)字視頻信號極大的數(shù)據(jù)量，當(dāng)需要在存儲容量較小的記錄媒體上記錄較長時間的數(shù)字視頻信號時，不可避免要使用高效的視頻信號編碼方法。為解決這個問題，已經(jīng)提出了利用視頻信號間相關(guān)性的高效編碼方法。方法之一是MPEG，在ISO-IEC/JTC1/SC2/WG11討論后，MPEG(運(yùn)動圖像編碼專家組)作為一種標(biāo)準(zhǔn)被提出。MPEG是利用了運(yùn)動補(bǔ)償編碼和離散余弦變換(DCT)的一種混合方法。在MPEG方法中，首先，幀間的視頻信號差異被確定以便減小時間軸上的冗余度，然后利用離散余弦變換減小空間軸上的冗余度，從而對視頻信號進(jìn)行高效編碼。
通常，視頻信號不是靜止的，圖像信息量是隨時間而變化的。因此，與恒定比特率編碼方法相比，如果使用相同的碼量，使用可變比特率編碼時可獲得高質(zhì)量的圖像。
例如，記錄在所謂的DVD-video(數(shù)字通用視頻盤)上的視頻信號通常采用雙路徑類型(two-path type)的可變比特率編碼方法。這種雙路徑方法的一個例子便是包含在由本發(fā)明申請者提出的日本專利申請7-3313348的說明書和附圖中的編碼方法。
在此，

圖1為一個利用雙路徑類型可變比特率編碼方法的運(yùn)動圖像編碼裝置的結(jié)構(gòu)方框圖的例子。圖2顯出了雙路徑類型可變比特率編碼過程的流程圖。參考這一流程圖，將解釋一下圖1方框圖的處理過程。
首先，在圖2的步驟301，來自端子200的運(yùn)動圖像信號送入用以計算每單位時間輸入圖像的編碼難度的編碼難度計算器201。在此，編碼難度的計算是利用DCT系數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，DCT系數(shù)在MPEG方法的編碼裝置中被以固定量化進(jìn)行量化，用以計算單位時間所生成的碼量。前面所提到的單位時間可以是如0.5秒的數(shù)量級。計算出的編碼難度‘d’送入分配比特量計算器202。
其次，在步驟302中，在直至最后的輸入運(yùn)動圖像信號的編碼難度的計算結(jié)束后，分配比特量計算器202根據(jù)總的編碼難度和可用的編碼比特量計算單位時間輸入圖像的分配比特量。例如，通過根據(jù)單位時間的編碼難度分配總的可用編碼比特量來計算單位時間內(nèi)的分配(目標(biāo))比特量。
應(yīng)注意到延時單元203被用來延遲輸入到運(yùn)動圖像編碼裝置204的運(yùn)動圖像信號，直到編碼難度計算器201和分配比特量計算器202對輸入的圖像的全部時間長度的處理完成。
然后，在步驟303中，運(yùn)動圖像編碼裝置204將單位時間輸入的運(yùn)動圖像編碼為在步驟302中計算得到的分配量。
步驟301和302的編碼難度和分配比特量計算的處理組成了第一路徑的處理。步驟303實(shí)際進(jìn)行的運(yùn)動圖像編碼的處理組成了第二路徑的處理。對于這種雙路徑方法，優(yōu)點(diǎn)是可以有效使用可用的編碼比特量。但缺點(diǎn)是處理需要的時間大約為運(yùn)動圖像序列時間長度的2倍，因而不適用于實(shí)時處理。
為減少處理時間，在本發(fā)明中請者提交的日本專利申請文件7-311418的說明書和附圖中公開了一種單路徑類型(one-path type)的可變比特率編碼方法。
使用單路徑類型的可變比特率編碼方法的運(yùn)動圖像編碼裝置的結(jié)構(gòu)與圖1所示的方框圖一樣。然而，分配比特量計算器202和延時單元203的控制方法對于單路徑類型和雙路徑類型是不同的。圖3是單路徑類型可變比特率編碼處理的流程圖。參考該流程圖，解釋一下圖1中方框圖的處理過程。
在圖3的步驟401中，運(yùn)動圖像信號送入圖1的編碼難度計算器201用以計算單位時間輸入圖像的編碼難度。前面所提到的單位時間可以是0.5秒的數(shù)量級。
其次，在步驟402中，當(dāng)以預(yù)定的平均比特率對參考運(yùn)動圖像序列進(jìn)行可變比特率編碼時，預(yù)先將單位時間的編碼難度‘d’與分配比特量‘b’相關(guān)。在此，單位時間內(nèi)參考運(yùn)動圖像序列的分配比特量的總值設(shè)定在一個等于或小于目標(biāo)記錄媒體存儲容量的值上。編碼難度‘d’與分配比特量‘b’的關(guān)系表示于圖4中。
在圖4中，水平軸代表參考運(yùn)動圖像序列編碼難度‘d’的出現(xiàn)概率h(d)。對于任意編碼難度，可根據(jù)函數(shù)b(d)計算分配比特量。通過編碼足夠的具有預(yù)定平均比特率的運(yùn)動圖像序列(例如電影)和評價所得到的圖像質(zhì)量便可經(jīng)驗(yàn)性地獲得這種關(guān)系。因此，這種一般關(guān)系可以應(yīng)用于這個世界中大部分序列。根據(jù)圖4的關(guān)系，對于來自端子200的輸入圖像的單位時間的編碼難度‘d’，便可確定分配比特量‘b’。
在這種單路徑類型編碼方法中，延時單元203用以將輸入到運(yùn)動圖像編碼裝置204的輸入圖像信號延遲單位時間，直到編碼難度計算器201和分配比特量計算器202對單位時間長度輸入圖像的處理完成。
然后，在步驟403中，根據(jù)分配比特量計算器202計算的結(jié)果，運(yùn)動圖像編碼裝置204把單位時間輸入的運(yùn)動圖像編碼成所提供的分配比特量。
在這種單路徑方法中，根據(jù)圖像信號的輸入，有可能根據(jù)編碼難度幾乎實(shí)時地進(jìn)行具有最佳分配比特量的可變比特率編碼。
盡管圖4的關(guān)系可以應(yīng)用到幾乎所有的運(yùn)動圖像序列，也有一些不適用此關(guān)系的特殊序列。例如，當(dāng)在運(yùn)動圖像編碼裝置204中產(chǎn)生的總比特量超過了總的可用比特量時，該運(yùn)動圖像序列就不能包含在目標(biāo)記錄媒體中。
為了實(shí)時地用可變比特率的方法來編碼預(yù)定的時間長度的運(yùn)動圖像序列，以便將其記錄在預(yù)定存儲容量的記錄媒體上，就不可能使用雙路徑方法。而且，盡管單路徑方法幾乎可以實(shí)時地以可變比特率編碼幾乎所有的運(yùn)動圖像序列，以使一預(yù)定時間長度的序列可包含在一預(yù)定存儲容量的記錄媒體中，但是也有一些特殊序列，其中總的編碼比特量超過了可用的總比特量，也就是說，預(yù)定長度的序列不能包含在記錄媒體中。
因此本發(fā)明的目標(biāo)便是提供運(yùn)動圖像編碼方法、運(yùn)動圖像編碼裝置和已編碼信號的記錄媒體，在該記錄媒體中包含由編碼裝置記錄的數(shù)據(jù)，編碼裝置利用可變比特率方法對一預(yù)定時間長度的運(yùn)動圖像序列進(jìn)行實(shí)時編碼。從而使得所生成的總的編碼比特可以包含在具有預(yù)定存儲容量的記錄媒體中。
為達(dá)到上述目標(biāo)，根據(jù)本發(fā)明，將預(yù)先標(biāo)準(zhǔn)化的單位時間內(nèi)的編碼難度和分配符號量相關(guān)，單位時間是事先利用輸入信號所屬的類型的普通輸入信號來規(guī)定的，這樣就可確定每單位時間的輸入信號的編碼難度。對于每單位時間的輸入信號的編碼難度，都確定上述每單位時間的相關(guān)的分配符號量的參考值。分配符號量的參考值經(jīng)修正后便成為實(shí)際的分配符號量。根據(jù)該實(shí)際分配符號量，在上述的每單位時間中輸入信號被編碼，因而生成編碼數(shù)據(jù)。因而，有可能利用根據(jù)輸入信號復(fù)雜度得到的最佳分配符號量進(jìn)行實(shí)時編碼。
前面提到的分配符號量經(jīng)修正成為實(shí)際分配符號量是通過控制實(shí)際分配符號量來實(shí)現(xiàn)的，因而使得可以記錄在記錄媒體上的一定時間長度的信號在編碼時所生成的總比特量等于或小于要記錄信號的記錄媒體所提供的比特量。
更確切地說，在對每單位時間的輸入信號以恒定的分配比特量bav進(jìn)行編碼時，迄今為止的分配比特量的總和Bav與迄今為止的實(shí)際生成的編碼比特量的總和Bgen進(jìn)行比較。如果(Bav-Bgen)的值為正，就允許分配比特量等于或大于bav，從而保證前面所說的目標(biāo)。這里bav由下式給出。
即，bav＝TGOP×BV/TSEQ，其中BV是要記錄運(yùn)動圖像的信號記錄媒體中可供的比特量；TSEQ是可以記錄于信號記錄媒體上的運(yùn)動圖像序列；TGOP是單位時間長度。
根據(jù)在把上述的分配符號量參考值修改為實(shí)際的分配符號量時所使用的信息，輸入信號要經(jīng)過前置濾波器處理，然后對處理后的信號編碼，從而信號的編碼惡化程度不太明顯。更確切地說，當(dāng)壓縮實(shí)際的分配符號量使之低于分配符號量參考值時，輸入圖像要經(jīng)過低通濾波器處理，從而確保圖像的編碼惡化程度不明顯。
當(dāng)多次對信號編碼和把編碼后信號記錄到記錄媒體中時，(Bav-Bgen)的值或與之相當(dāng)?shù)闹当挥涗浀接涗浢襟w上，因此當(dāng)下一次把信號記錄于記錄媒體的空白區(qū)域時，在信號記錄以前，從記錄媒體中讀出(Bav-Bgen)的值或與之相當(dāng)?shù)闹?，根?jù)該值在單位時間內(nèi)計算輸入信號的分配比特量。這樣就可以有效利用記錄媒體的存儲容量。
進(jìn)一步講，在輸入信號為運(yùn)動圖像信號時，根據(jù)每個預(yù)定時間段的輸入圖像的圖像特征信息可確定編碼難度，并且基于該圖像特征信息用反映人的視覺特征的分配符號量來進(jìn)行編碼。
附圖的簡要說明圖1示出了使用常規(guī)雙路徑或單路徑類型可變比特率編碼方法的運(yùn)動圖像編碼裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖。
圖2是用以說明常規(guī)雙路徑方法的可變比特率編碼處理的流程圖。
圖3是用以說明常規(guī)單路徑方法的可變比特率編碼處理的流程4表明了在參考運(yùn)動圖像序列中每單位時間圖像編碼難度d的出現(xiàn)概率h(d)和用以表明對應(yīng)于編碼難度d在一預(yù)定的平均比特率時的分配比特量b的函數(shù)b(d)。
圖5表明了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于運(yùn)動圖像編碼方法的運(yùn)動圖像編碼裝置的結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖。
圖6是圖5中編碼難度計算器13的第一個結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖。
圖7是圖5中編碼難度計算器13的第二個結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖。
圖8為一流程圖，表明了把圖5中分配比特量計算器14提供的分配比特量參考值‘d’改為實(shí)際分配比特量‘bx’的算法。
圖9是圖5中運(yùn)動圖像編碼裝置18的結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖。
圖10表明了把已編碼比特流記錄到作為信號記錄媒體實(shí)例的光盤上的結(jié)構(gòu)方框圖。
下面參考附圖通過優(yōu)選實(shí)施例來描述本發(fā)明的信號編碼方法、信號編碼裝置、以及包含用所述編碼裝置記錄的數(shù)據(jù)的記錄媒體、和信號傳輸方法。在下文的實(shí)施例中，將說明用來編碼運(yùn)動圖像信號的運(yùn)動圖像編碼。首先，參照圖5說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動圖像編碼方法和裝置。
首先，簡要說明一下整個結(jié)構(gòu)。來自端子11的運(yùn)動圖像信號S1進(jìn)入運(yùn)動矢量計算器12。運(yùn)動矢量計算器輸出輸入運(yùn)動圖像的運(yùn)動矢量信息(運(yùn)動矢量及其預(yù)測殘差)。然后，運(yùn)動圖像信號S1和上述的運(yùn)動矢量信息送入編碼難度計算器13。編碼難度計算器13計算每單位時間輸入圖像S1的編碼難度‘d’。編碼難度‘d’送入分配比特量計算器14。分配比特量計算器14為對輸入圖像編碼而計算每單位時間的分配比特量參考值‘b’。分配比特量參考值‘b’送入控制器15。控制器15修改分配比特量‘b’成實(shí)際的分配比特量‘bx’并輸入該值。而且，控制器15還輸出處理信息S5到前置濾波器17。延時單元16將輸入前置濾波器17的運(yùn)動圖像信號S1延遲單位時間，直到編碼難度計算器13、分配比特量計算器14、控制器15對單位時間長度內(nèi)的輸入圖像S1的處理完成。被延時單元16延遲的輸入運(yùn)動圖像信號S2進(jìn)入前置濾波器17，根據(jù)處理信息S5被處理，處理后輸出圖像信號S3。運(yùn)動圖像編碼裝置18將單位時間內(nèi)的上述處理后的圖像信號S3編碼為分配比特量‘bx’。運(yùn)動圖像編碼裝置18輸出編碼比特流S6和每單位時間所生成的比特量‘bgen’。編碼比特流S6由端子19輸出。
下面，將詳細(xì)說明方框圖5的各組件的具體實(shí)例。運(yùn)動矢量計算器12在MPEG的宏塊(16×16像素，下文稱之為MB)的基礎(chǔ)上計算運(yùn)動矢量。通過參考幀和當(dāng)前MB間的模式匹配來檢測運(yùn)動矢量。也就是說，如下面式(1)所示，在當(dāng)前MB信號A[i，j]和被隨機(jī)運(yùn)動矢量(x，y)所參考的MB信號F[x+1，y+j]之間得到差值的絕對值的和Ef。
Ef＝∑|A[i，j]-F[x+i，y+i]|(i＝0到15，＝0到15)...(1)運(yùn)動矢量計算器12假設(shè)使上面所述Ef最小的坐標(biāo)(x，y)為當(dāng)前MB(宏塊)的運(yùn)動矢量，并且把Ef作為運(yùn)動矢量的預(yù)測殘差輸出。
圖5中的編碼難度計算器13用來計算編碼難度，它是反映每單位時間輸入圖像S1的信息量編碼惡化程度的參數(shù)。前面提到的單位時間例如大約為0.5秒。
圖6示出了編碼難度計算器13的第一個結(jié)構(gòu)實(shí)例的方框圖。計算器27用來計算運(yùn)動矢量的預(yù)測殘差，也就是說，對每單位時間利用前面提到的式(1)計算出的Ef的總和D1，然后引入表明編碼惡化顯著程度的參數(shù)α，因此輸出每單位時間輸入圖像的編碼難度d＝D1×α。
作為表明編碼惡化顯著程度的參數(shù)，圖像信息計算器26計算表明輸入圖像平坦度(flatness)的參數(shù)，如MB信號的分散(dispersion)值。通常，對于人眼而言平坦圖像部分的編碼噪聲是明顯的，但在復(fù)雜圖像部分，卻不能輕易被識別出。基于此，當(dāng)圖像分散值增加時，減小α值。相反，當(dāng)圖像分散值減小時，增加α值。注意到當(dāng)輸入圖像采用圖像編碼方式(未圖示)在一幀內(nèi)編碼(幀內(nèi)編碼)時，最好使用前面所提到的D1，D1為單位時間由圖像信息計算器26計算出的MB信號的分散值的總和。
圖7示出了圖5中編碼難度計算器13的又一實(shí)例結(jié)構(gòu)方框圖。本例采用了運(yùn)動補(bǔ)償幀間(frame-to-frame)預(yù)測和DCT結(jié)合的混合方法，其中總和D2為量化器的量化步長固定時每單位時間生成的比特量的總和，然后利用表明編碼惡化顯著程度的參數(shù)α對D2進(jìn)行修正，因而輸出每單位時間輸入圖像的編碼難度d＝D2×α，其中α值與上面所說的相同。
下面進(jìn)一步細(xì)化圖7的方框圖。輸入圖像MB信號由端子30給出，由端子31得到它的運(yùn)動矢量。運(yùn)動補(bǔ)償電路38有一圖像存儲器，可根據(jù)運(yùn)動矢量從圖像存儲器中讀出預(yù)測MB信號。利用由端子30輸入的MB信號作為加信號，把由上述的運(yùn)動補(bǔ)償電路38得到的上述預(yù)測MB信號作為減信號，計算器32執(zhí)行加法運(yùn)算，從而得到輸入MB信號和預(yù)測MB信號的差值。該差值作為預(yù)測殘差MB信號輸出。應(yīng)該注意到。當(dāng)圖像編碼方式(未圖示)指定進(jìn)行輸入圖像的幀內(nèi)編碼時，不再進(jìn)行預(yù)測，從計算器32輸出的輸入MB信號直接被輸出。前面提到的預(yù)測殘差MB信號(如沒有進(jìn)行預(yù)測便是輸入MB信號)送入DCT電路33。DCT電路對上述的預(yù)測殘差MB信號進(jìn)行二維DCT運(yùn)算。從DCT電路33輸出的DCT系數(shù)在具有預(yù)先設(shè)定固定量化級的量化電路34中量化。量化電路34輸出量化輸出信號，該信號被送入可變長度編碼電路39和逆量化電路35。在可變長度編碼電路39中，對上述的量化輸出信號進(jìn)行例如Huffman編碼。從該可變長度編碼電路39輸出的信號送入用于計算每單位時間生成的碼量和D2的生成碼量計數(shù)器40中。另一方面，在逆量化電路35中，上述的量化輸出信號根據(jù)量化電路34中的量化級進(jìn)行逆量化過程。逆量化電路35的輸出送入逆DCT電路36用以進(jìn)行逆DCT處理，譯碼后的預(yù)測殘差MB信號送入計算器37。與送入上述計算器32相同的預(yù)測MB信號也送入計算器37。計算器37把預(yù)測MB信號和上述的譯碼后預(yù)測殘差MB信號相加。從而可以獲得部分譯碼的圖像信號。該部分譯碼的圖像信號存儲于運(yùn)動補(bǔ)償電路的圖像存儲器中用以作為下一次運(yùn)動補(bǔ)償?shù)膮⒖紙D像。
然后，圖5的分配比特量計算器14為編碼難度為‘d’的單位時間輸入圖像計算分配比特參考值‘b’。例如，在上述的單路徑類型可變比特率編碼方法中，當(dāng)參考運(yùn)動圖像序列是被利用具有預(yù)先設(shè)定平均比特率的可變比特率編碼方法編碼時，每單位時間的編碼難度與分配比特量相關(guān)。根據(jù)這一關(guān)系，對于由編碼難度計算器13得到的編碼難度d可給出一分配比特量參考值b。如果輸入運(yùn)動圖像類型轉(zhuǎn)變，如在電影圖像源和攝像機(jī)視頻源間變化，圖4的關(guān)系會更有效。
圖5中的控制器15用來把分配比特量計算器14的分配比特量參考值‘b’修改為輸出的實(shí)際分配比特量‘bx’?？刂破?5控制實(shí)際分配比特量‘bx’從而當(dāng)對可記錄到信號記錄媒體上的一定時間段內(nèi)的運(yùn)動圖像序列進(jìn)行編碼時生成的比特量總和會小于或等于用于記錄運(yùn)動圖像的信號記錄媒體所提供的比特量。
參考圖8的流程圖，將對控制器15中用于把分配比特量參考值‘b’修改為實(shí)際分配比特量‘bx’的算法的具體例子說明一下。
在圖8的步驟100中，設(shè)定S(＝Bav-Bgen)的初始值，其中Bav是以恒定比特率Rav編碼輸入運(yùn)動圖像的迄今為止的分配比特量的和；Bgen是迄今為止的實(shí)際產(chǎn)生的比特量的總和。在此，Rav定義為Rav＝BV/TSEQ，其中BV為記錄運(yùn)動圖像的信號記錄媒體的可提供比特量，TSEQ是可以記錄于信號記錄媒體的運(yùn)動圖像序列的時間長度。
當(dāng)在一個新媒體上開始記錄信號時，設(shè)定S＝0，或者如果記錄媒體的存儲容量中裕量的預(yù)定大小已確定，則裕量值的大小即設(shè)定為S的初始值。或者，當(dāng)在一已被用過的記錄媒體的空白區(qū)域上記錄信號時，前面信號記錄的最后的S值(或相對于S的值)記錄于記錄媒體中，這樣當(dāng)前要記錄信號時便可讀出作為初始值。
在步驟101中，開始輸入運(yùn)動圖像序列。然后，在步驟102中，控制器15讀出當(dāng)前單位時間長度輸入圖像的分配比特量參考值b，該值來自圖5中的分配比特量計算器14。
然后，在步驟103中，上述的分配比特量參考值b與平均分配比特量bav＝TGOP×BV/TSEQ相比，其中BV是記錄運(yùn)動圖像的信號記錄媒體的可供比特量；TSEQ是可記錄于信號記錄媒體的運(yùn)動圖像序列的時間長度，TGOP為單位時間長度。
如果上述的分配比特參考值b大于平均分配比特量bav(b＞bav)，控制流程轉(zhuǎn)向步驟104。相反，如果參考值b等于或小于bav，控制流程轉(zhuǎn)向步驟107。
在步驟104中，如果S被確定為大于(b-bav)的值，即如果(s≥b-bav)，控制流程轉(zhuǎn)向步驟105。相反，如果S值小于(b-bav)的值，控制流程轉(zhuǎn)向步驟106。
在步驟105，實(shí)際分配比特量bx，即圖5的控制器15的輸出值設(shè)定為上述的參考值b(bx＝b)。
在步驟106，實(shí)際分配比特量bx設(shè)定為bav(bx＝bav)，在步驟107，實(shí)際分配比特量bx設(shè)定為b(bx＝b)。
在步驟105、106、107之后，控制流程轉(zhuǎn)向步驟108。在步驟108中，當(dāng)前單位時間長度的輸入圖像被運(yùn)動圖像編碼裝置18編碼為分配比特量bx。在完成編碼后，在運(yùn)動編碼裝置18中實(shí)際產(chǎn)生的編碼比特量bgen被輸出到控制器15中。
在步驟109中，把(bav-bgen)的值加到上述的S值上。也就是說，S＝S+(bav-bgen)。
在步驟110，單位時間長度的輸入圖像被處理。然后，在步驟111中，判斷運(yùn)動圖像序列的輸入是否結(jié)束，也就是是否到達(dá)了尾序列。如果是，編碼處理終止。否則，控制流程轉(zhuǎn)回步驟102重復(fù)這一系列的處理。
例如，圖5的控制器15例如根據(jù)圖8的過程執(zhí)行處理，并且為運(yùn)動圖像編碼裝置18設(shè)定實(shí)際分配比特量bx。
圖5中的延時單元16把單位時間長度的輸入圖像S1延遲單位時間送入前置濾波器17。應(yīng)該注意到，在編碼難度計算器13具有圖6的方框圖所示的結(jié)構(gòu)時，可以不包括延時單元16。
根據(jù)來自控制器15的處理信息S5，圖5的前置濾波器17自適應(yīng)地使輸入圖像S2經(jīng)過低通濾波器處理，并輸出處理后圖像S3。當(dāng)控制器15處于上述的圖8的流程圖中的步驟106的狀態(tài)時，即，當(dāng)單位時間輸入圖像的編碼難度相對較高并且分配比特量參考值b大于平均分配比特量bav，但實(shí)際分配比特量bx壓縮為bav時，處理信息S5被輸出，以便在前置濾波器17中對輸入圖像進(jìn)行低通濾波器處理，從而使得編碼惡化變得不顯著。處理信息S5的內(nèi)容最好是這樣的當(dāng)(b-bav)的值增加時，低通濾波器處理的通帶變窄。當(dāng)控制器15處于圖8流程圖中的步驟105或107時，前置濾波器17直接輸出圖像S2作為S3。
應(yīng)注意到圖5方框圖中的前置濾波器并非是必不可少的，但它的使用可以使編碼惡化不明顯的效果更好。
圖5的運(yùn)動圖像編碼裝置18將輸入圖像S3編碼為分配比特量bx。圖9的方框圖示出了運(yùn)動圖像編碼裝置18的結(jié)構(gòu)實(shí)例，其中大部分部件與上述的圖7中編碼難度計算器的部件相同。它們用相同的方框標(biāo)號表示。不同于圖7的部件將被加以說明。
由端子50提供的分配比特量bx送入量化尺度(scale)控制器51。一種可變長度編碼裝置39輸出基于例如ISO/IEC 13818-2(MPEG2視頻)句法的比特流。生成符號量計數(shù)器52對單位時間內(nèi)可變長度編碼裝置39的輸出符號量計數(shù)，并把計數(shù)值S7送入量化尺度控制器51。量化尺度控制器51輸出量化步長S8到量化器53，以使單位時間內(nèi)生成的符號量S7與分配比特量bx相等。上述的比特流送入緩沖器54，并且按預(yù)先設(shè)定的比特率由端子55讀出。單位時間生成的比特量bgen從端子56輸出。
已編碼數(shù)據(jù)流S6由圖5的端子19輸出。該比特流記錄于信號記錄媒體中并且通過傳播路徑傳輸。
圖10解釋了把光盤85作為信號記錄媒體的例子。在圖10中，上述的比特流S6送入端子80中。比特流S6送入多路選擇器81。多路選擇器81采用時分復(fù)用的方式，把比特流S6與另外的編碼比特流如音頻信號(未圖示)復(fù)用，從而形成單一的復(fù)用比特流。這種復(fù)用的比特流通過ECC編碼器82加上糾錯碼并傳輸至調(diào)制電路83。在調(diào)制電路83中，由ECC編碼器82輸出的信號經(jīng)過預(yù)定的調(diào)制處理如8-14調(diào)制。調(diào)制電路83的輸出傳送到記錄頭84，因而通過記錄頭可把信號記錄于光盤85上。
應(yīng)注意到在圖10的例子中，信號記錄媒體是光盤，但是由本發(fā)明的裝置進(jìn)行編碼的信號也可以記錄到帶狀的記錄媒體如磁帶上，或磁盤媒體如硬盤、軟盤和IC卡及各種存儲裝置上。而且，作為光盤，也可使用不同類型的光盤；利用凹坑記錄的盤和磁光盤、還有相變(phase-change)型盤和有機(jī)色素(organic pigment)型光盤、利用紫外激光束記錄的光盤、多層記錄膜的光盤等。
而且，本發(fā)明不局限于上述的實(shí)施例，例如，數(shù)字信號處理不局限于運(yùn)動圖像視頻信號也可應(yīng)用于音頻信號等。本發(fā)明可在本發(fā)明的范圍內(nèi)有不同方式的修改。
根據(jù)本發(fā)明，分配符號量與每單位時間的編碼難度相關(guān)，該單位時間由輸入信號所屬的信號類型普通輸入信號事先標(biāo)準(zhǔn)化，從而可得到每單位時間輸入信號的編碼難度，并且對于該輸入信號的每單位時間的編碼難度，可獲得上述相關(guān)的每單位時間的分配符號量參考值。上述的分配符號量參考值被修正為實(shí)際分配符號量，從而根據(jù)該實(shí)際符號分配量，輸入信號在每單位時間內(nèi)被編碼，從而產(chǎn)生編碼數(shù)據(jù)。所以，有可能根據(jù)輸入的信號的復(fù)雜性利用最佳的分配符號量實(shí)時進(jìn)行編碼。
上述例子中的修正分配符號量參考值為實(shí)際符號分配量起到如下作用當(dāng)對可在記錄媒體上記錄的一定時間長度的信號進(jìn)行編碼時所生成的比特量的總和等于或小于要記錄信號的記錄媒體的可供比特量，這樣就可控制實(shí)際的分配比特量，反過來這又確保一定時間長度的信號可以記錄在預(yù)定存儲容量的記錄媒體中。
例如，當(dāng)以預(yù)定分配比特量bav對每單位時間的輸入信號進(jìn)行編碼時，迄今為止的分配比特量的總和Bav與迄今為止實(shí)際生成的編碼比特量總和Bgen進(jìn)行比較，如果(Bav-Bgen)的值為正，便允許分配分配比特量等于或大于bav。在此，bav定義如下bav＝TGOP×BV/TSEQ，其中BV是用于記錄運(yùn)動圖像的信號記錄媒體的可用比特量；TSEQ是可以記錄于信號記錄媒體的運(yùn)動圖像的時間長度；TGOP在單位時間長度。因而，就有可能確保一預(yù)定時間長度的信號可以記錄于有一預(yù)定存儲容量的記錄媒體中。
根據(jù)在修正上述分配符號量參考值為實(shí)際分配量時所用的信息，輸入信號經(jīng)過前置濾波器處理，處理后的信號進(jìn)行編碼，從而可使得信號編碼惡化不明顯。更具體地說，當(dāng)把上述的實(shí)際分配量減小到小于分配符號量參考值時，輸入信號經(jīng)過低通濾波器處理，因而使得圖像編碼惡化不明顯。
當(dāng)多次執(zhí)行信號編碼和把編碼信號記錄于記錄媒體時，上述的(Bav-Bgen)的值或與之相當(dāng)?shù)闹当挥涗浻谟涗浢襟w中，因而當(dāng)下次在該記錄媒體的空白區(qū)域上記錄信號時，在信號記錄前，上述的(Bav-Bgen)的值或與之相當(dāng)?shù)闹悼蓮挠涗浢襟w中讀出，根據(jù)此值計算輸入信號每單位時間的分配比特量，因而可以有效地利用記錄媒體的存儲容量。
而且，當(dāng)上述的輸入信號是運(yùn)動圖像信號時，可根據(jù)每個預(yù)定時間段的圖像特征信息來確定上述的輸入圖像的編碼難度，因此可利用從圖像特征信息得到的反映人的視覺特征的分配符號量進(jìn)行編碼，從而實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)動圖像編碼。
權(quán)利要求
1.一種信號編碼方法，包括用以確定輸入信號每單位時間編碼難度的步驟；把利用所述輸入信號所屬類型的普通輸入信號事先標(biāo)準(zhǔn)化的單位時間內(nèi)的輸入信號編碼難度與分配符號量相關(guān)、從而獲得與所述輸入信號的所述每單位時間的編碼難度相關(guān)的所述分配符號量的參考值的步驟；把所述分配符號量的所述參考值修改為實(shí)際分配符號量的步驟；通過根據(jù)所述實(shí)際的分配碼量在每單位時間對所述輸入信號進(jìn)行編碼來產(chǎn)生編碼數(shù)據(jù)的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號編碼方法，其中所述修改所述分配符號量的所述參考值為實(shí)際分配符號量的步驟是通過控制實(shí)際分配比特量來進(jìn)行的，使得對可記錄于記錄媒體上的一定時間長度的信號進(jìn)行編碼時產(chǎn)生的比特量的總和等于或小于用于信號記錄的記錄媒體的可供比特量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號編碼方法，其中把所述分配符號量的所述參考值修改為實(shí)際的分配符號量的所述步驟的特征在于，當(dāng)對每單位時間的輸入信號以恒定分配比特量bav進(jìn)行編碼時，迄今為止的分配比特量總和Bav與迄今為止實(shí)際生成的編碼比特量總和Bgen相比較，并且如果(Bav-Bgen)的值為正，便允許給予的分配比特量等于或大于bav，其中bav定義如下bav＝TGOP×BV/TSEQ其中BV為記錄運(yùn)動圖像的信號記錄媒體的可提供比特量；TSEQ為可以記錄于信號記錄媒體的運(yùn)動圖像序列的時間長度；TGOP是單位時間長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的信號編碼方法，其中當(dāng)多次對信號進(jìn)行編碼并把編碼后信號記錄于記錄媒體上時，所述(Bav-Bgen)的值或與之相當(dāng)?shù)闹当阌涗浻谒鲇涗浢襟w中，因此當(dāng)下一次要記錄信號于所述記錄媒體的空白區(qū)域時，在信號記錄以前，從所述記錄媒體中讀出所述(Bav-Bgen)的值或與之相當(dāng)?shù)闹担⒁源擞嬎忝繂挝粫r間輸入信號的分配比特量的值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號編碼方法，其中根據(jù)修正所述分配符號量參考值為實(shí)際分配符號量時所用到的信息，對輸入信號進(jìn)行前置濾波器處理，并且編碼所述被處理的信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的信號編碼方法，其中當(dāng)將所述實(shí)際分配符號量壓縮到低于所述分配符號量參考值時，所述前置濾波器處理對輸入圖像進(jìn)行低通濾波器處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的信號編碼方法，其中當(dāng)所述輸入信號是運(yùn)動圖像信號時，根據(jù)每個預(yù)定時間段的所述輸入圖像的圖像特征信息來確定所述編碼難度，并且基于所述圖像特征信息用反映人視覺特性的分配符號量進(jìn)行編碼。
8.一種信號編碼裝置，包括編碼難度計算裝置，用以確定輸入信號每單位時間編碼難度；分配符號量參考值計算裝置，用于使每單位時間的分配符號量與編碼難度相關(guān)，所述編碼難度是利用所述輸入信號所屬類型的普通輸入信號事先來標(biāo)準(zhǔn)化的，這樣就可獲得與所述輸入信號的所述編碼難度有關(guān)的所述單位時間中的所述分配符號量的參考值。把所述分配符號量的所述參考值改為實(shí)際分配符號量的裝置；編碼裝置，根據(jù)所述實(shí)際分配符號量通過對所述單位時間中的所述輸入信號進(jìn)行編碼，從而生成編碼數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的信號編碼裝置，其中所述修改所述分配符號量的所述參考值為實(shí)際分配符號量的裝置控制實(shí)際的分配比特量，因而在對可記錄于記錄媒體上的一定時間的信號進(jìn)行編碼時所產(chǎn)生的比特量的總和等于或小于要記錄信號的記錄媒體所提供的比特量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的信號編碼裝置，其中把所述分配符號量的所述參考值修改為實(shí)際的分配符號量的方法的特征在于，當(dāng)以恒定的分配比特量bav對每單位時間的輸入信號進(jìn)行編碼時，迄今為止的分配比特量總和Bav與迄今為止實(shí)際生成的編碼比特量的總和Bgen相比較，如果(Bav-Bgen)的值為正值，就允許分配比特量等于或大于bav，bav定義如下bav＝TGOP×BV/TSEQ其中，BV是記錄運(yùn)動圖像的信號記錄媒體的可提供比特量；TSEQ是可以記錄于信號記錄媒體的運(yùn)動圖像序列的時間長度；TGOP是單位時間長度。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的信號編碼裝置，所述裝置進(jìn)一步包括對所述輸入信號進(jìn)行前置濾波器處理的前置濾波器，當(dāng)壓縮所述實(shí)際分配符號量使其低于分配符號量的參考值時，所述前置濾波器對輸入圖像進(jìn)行低通濾波器處理。
12.一種信號記錄媒體，用于記錄已編碼信號，其中所述已編碼信號按如下步驟獲得確定每單位時間內(nèi)輸入信號編碼難度的步驟；把每單位時間內(nèi)分配符號量與編碼難度相聯(lián)系的步驟，所述編碼難度事先利用所述輸入信號所屬類型的普通輸入信號來標(biāo)準(zhǔn)化，這樣就可得到所述每單位時間內(nèi)與所述輸入信號編碼難度有關(guān)的所述分配符號量的參考值；把所述分配符號量的所述參考值改為實(shí)際分配符號量的步驟；根據(jù)所述實(shí)際分配編碼量，對所述每單位時間的所述輸入信號進(jìn)行編碼以生成編碼數(shù)據(jù)的步驟。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的信號記錄媒體，其中把所述分配符號量的所述參考值改為實(shí)際分配符號量的步驟的特征在于，當(dāng)以恒定分配比特量bav對單位時間的輸入信號進(jìn)行編碼時，迄今為止的分配比特量總和Bav與實(shí)際生成的編碼比特量總和Bgen相比較，并且如果(Bav-Bgen)為正值，便允許分配比特量等于或大于bav，其中bav定義如下bav＝TGOP×BV/TSEQ其中，BV是記錄運(yùn)動圖像的信號記錄媒體的可提供比特量；TSEQ是可記錄于信號記錄媒體的運(yùn)動圖像序列的時間長度；TGOP是單位時間長度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的信號記錄媒體，其中當(dāng)多次對信號進(jìn)行編碼和把已編碼信號記錄于記錄媒體上時，所述(Bav-Bgen)的值或與所述值相當(dāng)?shù)闹当挥涗浀剿鲇涗浢襟w中，因此下次當(dāng)有信號要記錄于所述記錄媒體的空白區(qū)域時，在信號記錄以前，所述(Bav-Bgen)的值或與之相當(dāng)?shù)闹祻乃鲇涗浢襟w中讀出，根據(jù)此值來計算每單位時間內(nèi)輸入信號的分配比特量。
15.一種信號傳輸方法，包括確定輸入信號每單位時間的編碼難度的步驟；把每單位時間的分配符號量與編碼難度相關(guān)的步驟，其中所述編碼難度事先利用所述輸入信號所屬類型中的普通輸入信號來標(biāo)準(zhǔn)化，這樣就可獲得與所述輸入信號的所述編碼難度有關(guān)的所述每單位時間內(nèi)的分配符號量的參考值；把所述分配符號量的所述參考值改為實(shí)際分配符號量的步驟；根據(jù)所述實(shí)際分配編碼量對所述每單位時間的所述輸入信號進(jìn)行編碼以產(chǎn)生已編碼數(shù)據(jù)的步驟；和傳輸所述生成的已編碼數(shù)據(jù)的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的信號傳輸方法，其中根據(jù)在將所述分配符號量參考值改為實(shí)際分配符號量時用到的信息，使所述輸入信號經(jīng)過前置濾波器處理，并且對已處理信號進(jìn)行編碼。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的信號傳輸方法，其中當(dāng)壓縮所述實(shí)際分配符號量使其低于所述分配符號量的參考值時，所述前置濾波器處理對輸入圖像實(shí)行低通濾波器處理。
全文摘要
一種將預(yù)定時間長度的視頻信號以可變比特率實(shí)時(單路徑)編碼為一恒定數(shù)據(jù)容量的總編碼比特量的方法。編碼難度計算器13確定每單位時間的輸入信號的編碼難度,分配比特量計算器14把分配符號量與每單位時間的編碼難度相關(guān),以得到與來自編碼難度計算器13的編碼難度相關(guān)的每單位時間分配符號量的參考值。由控制器15把分配符號量參考值修改為實(shí)際的分配符號量,運(yùn)動圖像編碼裝置18由此對輸入信號進(jìn)行編碼,以生成編碼數(shù)據(jù)。
文檔編號H03M7/36GK1198638SQ98108499
公開日1998年11月11日 申請日期1998年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月30日
發(fā)明者加藤元樹 申請人:索尼公司