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可兼容的交織sdtv和逐行hdtv的制作方法

文檔序號:7609641閱讀:126來源:國知局
專利名稱:可兼容的交織sdtv和逐行hdtv的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及視編碼器/譯碼器,更具體地,涉及供視頻編碼器/譯碼器使用的可兼容的交織的SDTV和逐行的高分辨率低比特速率的編碼方案。
背景技術(shù)
因?yàn)樵跀?shù)字電視中固有的大量數(shù)據(jù),全運(yùn)動、高分辨率數(shù)字視頻信號的傳輸是高分辨率電視開發(fā)中的重要的問題。更具體地,每個數(shù)字圖像幀是按照特定系統(tǒng)的顯示器分辨率由像素陣列形成的靜止圖像。結(jié)果,被包括在高分辨率視頻序列中的原始的數(shù)字信息量是巨大的。為了減小必須被發(fā)送的數(shù)據(jù)量,使用壓縮方案來壓縮數(shù)據(jù)。已經(jīng)建立了各種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)或處理,包括MPEG-2、MPEG-4和H.263。
能夠執(zhí)行許多應(yīng)用,其中視頻可以在一個流中以各種分辨率和/或質(zhì)量得到。完成這一點(diǎn)的方法不太嚴(yán)格地稱為可縮放性技術(shù)。有三個軸,在其上可部署可縮放性。第一個是在時間軸上的可縮放性,常常稱為時間可縮放性。第二,是在質(zhì)量軸上的可縮放性(量化),常常稱為信號噪聲比(SNR)可縮放性或細(xì)粒度可縮放性。第三軸是分辨率軸(圖像上的像素?cái)?shù)目),常常稱為空間可縮放性。在分層的編碼中,比特流被劃分成兩個或多個比特流或?qū)?。每層可被組合以形成單獨(dú)的高質(zhì)量信號。例如,基本層可提供較低質(zhì)量的視頻信號,而增強(qiáng)層提供附加信息,它可以增強(qiáng)基本層圖像。
特別地,空間可縮放性可提供不同視頻標(biāo)準(zhǔn)或譯碼器能力之間的可兼容性。通過空間可縮放性,基本層視頻比起輸入視頻序列可以具有更低的分辨率,在這種情形下,增強(qiáng)層載送可以把基本層的分辨率恢復(fù)到輸入序列水平的信息。


圖1顯示已知的空間可縮放的視頻編碼器。所顯示的編碼系統(tǒng)完成層壓縮,由此一部分信道被用來提供低分辨率基本層以及其余部分被用來發(fā)送邊緣增強(qiáng)信息,由此兩個信號可被重新組合,使得系統(tǒng)成為高分辨率的。高分辨率視頻輸入被分割器102分割,由此數(shù)據(jù)被發(fā)送到低通濾波器104和減法電路106。低通濾波器104減小視頻數(shù)據(jù)的分辨率,該視頻數(shù)據(jù)然后被饋送到基本編碼器108。通常,低通濾波器和編碼器在技術(shù)上是熟知的,因此為了簡單的起見,這里不作詳細(xì)描述。編碼器108產(chǎn)生較低分辨率的基本流,它可以按原樣被廣播、接收和經(jīng)由譯碼器被顯示,雖然基本流不提供被認(rèn)為是高分辨率的分辨率。
編碼器108的輸出也饋送到系統(tǒng)100內(nèi)的譯碼器112。由此譯碼的信號被饋送到內(nèi)插和上采樣電路114。通常,內(nèi)插和上采樣電路114從經(jīng)譯碼的視頻流重建經(jīng)濾波的分辨率以及提供具有與高分辨率輸入相同分辨率的視頻數(shù)據(jù)流。然而,因?yàn)闉V波和由于編碼與譯碼造成的損耗,在重建的流中存在信息損失。該損失在減法電路106中通過從原先的未修改的高分辨率流中減去重建的高分辨率流而被確定。減法電路106的輸出被饋送到增強(qiáng)編碼器116,該編碼器輸出合理質(zhì)量的增強(qiáng)系統(tǒng)。
雖然這些已知的分層壓縮方案可被做成對于逐行視頻相當(dāng)好地工作,但這些方案對于使用交織SDTV標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送的視頻不適用。SDTV標(biāo)準(zhǔn)通常適用于交織視頻。對于HDTV標(biāo)準(zhǔn),則交織與逐行HDTV這兩種標(biāo)準(zhǔn)都被使用。雖然已知的分層壓縮方案可用于電影,例如SD/HDDVD,但已知的方案對于交織SDTV和DTV不能提供足夠的解決方案。
發(fā)明概要本發(fā)明通過把去交織器和重新交織器引入到分層壓縮方案而克服其它已知的分層壓縮方案的缺點(diǎn)。
按照本發(fā)明的實(shí)施例,公開了對在多個幀中獲取的視頻信息有效地執(zhí)行空間可縮放的壓縮的方法和設(shè)備,包括用于把獲取的視頻幀編碼成壓縮數(shù)據(jù)流并加以輸出的編碼器。一個基本編碼器用于對具有相對較低的像素分辨率的交織的比特流進(jìn)行編碼。一個空間增強(qiáng)編碼器用于對在來自基本層的去交織的局部的譯碼器輸出與輸入信號之間的差值進(jìn)行編碼。
按照本發(fā)明的另一個實(shí)施例,公開了用于對輸入視頻流進(jìn)行編碼的方法和設(shè)備。從輸入視頻流創(chuàng)建交織的視頻流。交織的流被編碼,以產(chǎn)生基本流。基本流被去交織、譯碼、和任選地被上變換以產(chǎn)生重建的視頻流。然后從輸入視頻流中減去重建的視頻流,以產(chǎn)生第一剩余流。最終得到的剩余流被編碼和被輸出作為中間的增強(qiáng)流。中間增強(qiáng)流在時間上被子采樣,以產(chǎn)生空間增強(qiáng)流。
參照此后描述的實(shí)施例,將明白和闡述本發(fā)明的這些和其它方面。
附圖簡述現(xiàn)在參照附圖作為例子描述本發(fā)明,在圖上圖1是代表已知的分層視頻編碼器的框圖;圖2是按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的分層視頻編碼器的框圖;圖3是按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的分層視頻譯碼器的框圖;圖4是按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的分層視頻編碼器的框圖。
發(fā)明詳細(xì)說明圖2是按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的分層視頻編碼器的框圖。高分辨率視頻流202被輸入到去交織器204。去交織器204把輸入流202去交織,以及輸出由單個幀組成的非交織的逐行信號。非交織的信號然后被任選的下采樣單元206下采樣。去耦的視頻流然后被分割器208分割,由此視頻流被發(fā)送到第二低通濾波器/下采樣單元210和減法單元222。低通濾波器或下采樣單元210降低視頻流的分辨率,該視頻流然后被饋送到交織器212。交織器212再交織視頻信號,然后把輸出饋送到基本編碼器214?;揪幋a器214以已知的方式對下采樣的視頻流進(jìn)行編碼,并且輸出基本流216。在本實(shí)施例中,基本編碼器214把局部的譯碼器的輸出輸出到去交織器218,去交織器218去交織輸出信號和把去交織的輸出信號提供到上變頻單元220。上變換單元220從局部譯碼的視頻流重建濾出的分辨率,并且以已知的方式提供具有基本上與高分辨率輸入視頻流相同分辨率格式的、重建的視頻流。替換地,基本編碼器214可以輸出編碼的輸出到上變換單元220,其中或者是一個分開的譯碼器(未示出)或者是在上變頻單元220中提供的譯碼器將必須在它被上變頻之前首先將編碼的信號譯碼。
來自上變換單元220的重建的視頻流和高分辨率輸入視頻流被輸入到減法單元222。減法單元222從輸入視頻流中減去重建的視頻流,以產(chǎn)生剩余的流。剩余的流然后被增強(qiáng)編碼器224編碼,以產(chǎn)生中間的增強(qiáng)流226。中間增強(qiáng)流被提供到時間子采樣單元242,該子采樣單元242對中間增強(qiáng)流子采樣,以產(chǎn)生空間增強(qiáng)流244。
編碼器214還把局部譯碼器的輸出提供到相加單元246,它把局部基本譯碼器的輸出與來自增強(qiáng)編碼器224的本地增強(qiáng)譯碼器輸出相組合。組合的局部的譯碼器輸出被提供到分割器230,分割器230把組合的局部譯碼器的輸出提供到時間子采樣單元232和估計(jì)單元236。時間子采樣單元232執(zhí)行與編碼器214對原先的視頻輸入執(zhí)行的相同的時間子采樣。其結(jié)果是一個30Hz的信號。這個降低了的信號被饋送到運(yùn)動補(bǔ)償?shù)臅r間內(nèi)插單元234,該內(nèi)插單元在本例中被體現(xiàn)為一個自然運(yùn)動估計(jì)器。運(yùn)動補(bǔ)償?shù)臅r間內(nèi)插單元234通過估計(jì)附加幀而執(zhí)行從30Hz到60Hz的上變頻。運(yùn)動補(bǔ)償?shù)臅r間內(nèi)插單元234執(zhí)行與以后譯碼器在對編碼的數(shù)據(jù)流譯碼時所執(zhí)行的相同的上變頻。按照本發(fā)明,可以采用任何運(yùn)動估計(jì)方法。具體地,根據(jù)在例如幀速率變換方法中使用的自然的或真實(shí)的運(yùn)動估計(jì)這樣的運(yùn)動估值就可以得到良好的結(jié)果。成本非常經(jīng)濟(jì)的實(shí)施方案例如是三維遞歸搜索(3DRS),它適用于消費(fèi)者應(yīng)用,例如參閱美國專利5,072,293;5,148,269和5,212,548。使用3DRS估計(jì)的運(yùn)動向量接近于真實(shí)運(yùn)動,以及運(yùn)動向量場阻止空間與時間的高度一致性。因此,向量不一致性經(jīng)常不設(shè)門限,因此,與非真實(shí)運(yùn)動估值相比較,所發(fā)送的剩余數(shù)據(jù)量被減小。
上變頻的信號235被發(fā)送到估計(jì)單元236。如上所述,估計(jì)單元236被提供以來自分割器230的組合的局部譯碼器輸出。估計(jì)單元236把如由運(yùn)動補(bǔ)償?shù)臅r間內(nèi)插單元234確定的內(nèi)插幀與實(shí)際幀相比較。根據(jù)比較結(jié)果,確定估計(jì)幀與實(shí)際幀的不同點(diǎn)。各個幀的差別被估計(jì),如果差值滿足某些閾值,則差值數(shù)據(jù)被選擇為剩余數(shù)據(jù)。閾值例如可涉及到差值需要受到注意的程度,這樣的閾值準(zhǔn)則本身在技術(shù)上是已知的。在本例中,剩余數(shù)據(jù)以元塊的形式被描述。以元塊形式的剩余數(shù)據(jù)流237然后被放置在編碼器238。編碼器238把剩余流237編碼并產(chǎn)生時間增強(qiáng)的流240。
圖3顯示按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的示例性譯碼器部分。在譯碼器部分中,基本流216被譯碼器302以已知的方式譯碼,以及空間增強(qiáng)流244被譯碼器300以已知的方式譯碼。譯碼后的基本流然后被去交織單元306去交織。去交織的流然后任選地由上采樣單元308中上采樣。上采樣的流然后被時間子采樣單元310時間子采樣。子采樣的流然后在加法單元312中與譯碼后的空間增強(qiáng)流相組合。組合的信號然后被運(yùn)動補(bǔ)償時間內(nèi)插單元314內(nèi)插。時間增強(qiáng)的流240由譯碼器304以已知的方式被譯碼。組合單元316組合經(jīng)譯碼的時間增強(qiáng)流、內(nèi)插的流和上采樣的流,以產(chǎn)生譯碼器輸出。
圖4顯示按照本發(fā)明的另一個實(shí)施例的編碼器。在本實(shí)施例中,圖像分析器404被添加到圖2所示的編碼器以提供動態(tài)分辨率控制。分割器402分割高分辨率輸入視頻流202,由此輸入視頻流202被送到減法單元222和圖像分析器404。另外,來自上變換單元220的重建的視頻流也被輸入到圖像分析器404和減法單元222。圖像分析器404分析輸入流的幀和/或重建的視頻流的幀,以及產(chǎn)生在視頻流每幀中每個像素或像素組的內(nèi)容的數(shù)字增益值。數(shù)字增益值包括由例如幀中的像素或像素組的x,y坐標(biāo)給出的像素或像素組的位置、幀的號碼、和增益值。當(dāng)像素或像素組具有許多細(xì)節(jié)時,增益值移向最大值“1”。同樣地,當(dāng)像素或像素組沒有很多細(xì)節(jié)時,增益值移向最小值“0”。下面描述用于圖像分析器的細(xì)節(jié)準(zhǔn)則的幾個例子,但本發(fā)明不限于這些例子。第一,圖像分析器可分析圍繞像素的局部擴(kuò)散相對于在整個幀上的平均像素?cái)U(kuò)散的關(guān)系。圖像分析器也可分析邊緣水平,例如,在整個幀上在平均值上每個被劃分的像素-1 -1 -1-1 8 -1-1 -1 -1的絕對值。
對于細(xì)節(jié)的變化程度的增益值可被預(yù)先規(guī)定以及被存儲在查找表中,用于一旦每個像素或像素組的細(xì)節(jié)水平被確定就被調(diào)用。
如上所述,重建的視頻流和高分辨率輸入視頻流被輸入到減法單元222。減法單元222從高分辨率輸入視頻流中減去重建的視頻流,以產(chǎn)生剩余流。來自圖像分析器404的增益值被送到乘法器406,它用于控制剩余流的衰減。在替換實(shí)施例中,圖像分析器404可以從系統(tǒng)中被去除,以及預(yù)定的增益值可被裝載到乘法器406。剩余流與增益值相乘的效果是,對于每個幀中細(xì)節(jié)很少的區(qū)域進(jìn)行一種濾波。在這樣的區(qū)域中,通常必須花費(fèi)許多比特在大多數(shù)不相關(guān)的微小細(xì)節(jié)或噪聲。但通過把剩余流與增益值相乘(該增益值對于細(xì)節(jié)很少的或沒有細(xì)節(jié)的區(qū)域則移向零),這些比特可以在增強(qiáng)編碼器224中被編碼之前從剩余流中被去除。同樣地,乘法器對于邊緣和/或文本區(qū)域?qū)⒁葡?,以及僅僅這些區(qū)域被編碼。對于正常圖像的影響可以是比特的大量節(jié)省。雖然視頻的質(zhì)量將多少地受影響,相對于比特速率的節(jié)省,這是良好的折衷,特別是當(dāng)在相同的總的比特速率下與正常的壓縮技術(shù)相比較時。
將會看到,本發(fā)明的不同的實(shí)施例不限于上述的步驟的精確的次序,因?yàn)槟承┎襟E的時序可被交換,而不影響本發(fā)明的總的操作。另外,術(shù)語包括并不排除其它單元或步驟,術(shù)語一個并不排除多個,以及單個處理器或其它單元可滿足在權(quán)利要求中闡述的幾個單元或電路的功能。
權(quán)利要求
1.一種用于對在多個幀中獲取的視頻信息有效地執(zhí)行空間可縮放的壓縮的設(shè)備,包括用于把獲取的視頻幀編碼成壓縮數(shù)據(jù)流并加以輸出的編碼器,包括基本編碼器(214),用于對具有相對較低的像素分辨率的交織的比特流進(jìn)行編碼;空間增強(qiáng)編碼器(224),用于對在來自基本層的去交織的局部的譯碼器輸出與輸入信號之間的差值進(jìn)行編碼。
2.按照權(quán)利要求1的設(shè)備,其中去交織的局部的譯碼器輸出在空間增強(qiáng)編碼器之前被上采樣。
3.按照權(quán)利要求1的設(shè)備,其中輸入信號是原先的交織的輸入信號的去交織的版本。
4.按照權(quán)利要求1的設(shè)備,其中輸入信號是原先的輸入信號的下采樣的版本。
5.按照權(quán)利要求4的設(shè)備,其中下采樣器(210)用于創(chuàng)建被輸入到基本編碼器的基本流。
6.按照權(quán)利要求5的設(shè)備,其中再交織器(212)用于創(chuàng)建由基本編碼器進(jìn)行編碼的交織的基本流。
7.按照權(quán)利要求1的設(shè)備,還包括時間子采樣單元(232),用于對中間增強(qiáng)流子采樣,以產(chǎn)生空間增強(qiáng)流。
8.按照權(quán)利要求7的設(shè)備,還包括用于把基本編碼器與增強(qiáng)編碼器的局部的譯碼器輸出相加在一起的裝置(246);用于對組合的局部的譯碼器時間子采樣的裝置(232);用于對時間子采樣信號施加運(yùn)動補(bǔ)償時間內(nèi)插的裝置(234)。
9.按照權(quán)利要求8的設(shè)備,其中基本編碼器的局部的譯碼器的輸出與時間內(nèi)插信號相比較。
10.按照權(quán)利要求9的設(shè)備,其中當(dāng)所述比較超過預(yù)定的閾值時信息被編碼為像素組的時間增強(qiáng)信號。
11.按照權(quán)利要求8的設(shè)備,其中運(yùn)動補(bǔ)償時間內(nèi)插是自然運(yùn)動的內(nèi)插。
12.按照權(quán)利要求11的設(shè)備,其中時間內(nèi)插的運(yùn)動補(bǔ)償利用基本編碼器的局部的譯碼器信號。
13.按照權(quán)利要求1的設(shè)備,還包括乘法單元(242),用于把輸入信號與空間增強(qiáng)編碼器相乘。
14.按照權(quán)利要求13的設(shè)備,還包括信號分析器(404),用于控制乘法單元的增益。
15.用于對輸入視頻流編碼的分層編碼器,包括交織器單元(212),用于從輸入視頻流創(chuàng)建交織的基本流,基本編碼器(214),用于對具有低像素速率的交織基本流編碼;去交織器(218),用于對來自基本編碼器的局部譯碼器輸出去交織;減法器單元(222),用于從輸入視頻流中減掉去交織的流以產(chǎn)生剩余信號;增強(qiáng)編碼器(226),用于對剩余信號編碼和輸出中間增強(qiáng)流。
16.按照權(quán)利要求15的分層編碼器,還包括時間子采樣單元(232),用于對中間增強(qiáng)流采樣和輸出空間增強(qiáng)流。
17.按照權(quán)利要求16的分層編碼器,還包括時間子采樣器(232),用于對基本編碼器和增強(qiáng)編碼器的組合的局部譯碼器輸出進(jìn)行時間子采樣;運(yùn)動補(bǔ)償時間內(nèi)插單元(234),用于對時間子采樣器輸出的信號執(zhí)行運(yùn)動估計(jì);估計(jì)單元(236),用于比較來自運(yùn)動補(bǔ)償時間內(nèi)插單元的內(nèi)插的幀與來自局部的基本譯碼器的實(shí)際的幀,和當(dāng)比較結(jié)果超過預(yù)定的閾值時選擇數(shù)據(jù)作為時間剩余流;以及時間編碼器(238),用于對時間剩余流編碼,以產(chǎn)生時間增強(qiáng)流。
18.按照權(quán)利要求17的分層編碼器,其中時間編碼器通過對增強(qiáng)編碼器的信息進(jìn)行噪聲抑制來實(shí)現(xiàn)。
19.一種用于對輸入視頻流編碼的方法,包括以下步驟從輸入視頻流創(chuàng)建交織的基本流,對交織的視頻流編碼,以產(chǎn)生基本流;對來自基本編碼器的局部的譯碼器輸出去交織;從輸入視頻流中減掉去交織的流以產(chǎn)生第一剩余流;對最終得到的剩余流編碼和輸出空間增強(qiáng)流。
20.按照權(quán)利要求19的方法,還包括以下步驟對中間增強(qiáng)流時間子采樣,以產(chǎn)生空間增強(qiáng)流。
21.按照權(quán)利要求20的方法,還包括以下步驟對基本編碼器和增強(qiáng)編碼器的組合的局部譯碼器輸出執(zhí)行時間子采樣;對由時間子采樣器輸出的信號執(zhí)行運(yùn)動估計(jì);比較來自運(yùn)動補(bǔ)償時間內(nèi)插單元的內(nèi)插的幀與來自局部的基本譯碼器的實(shí)際幀,和當(dāng)比較結(jié)果超過預(yù)定閾值時選擇數(shù)據(jù)作為時間剩余流;以及對時間剩余流編碼,以產(chǎn)生時間增強(qiáng)流。
22.譯碼器,包括第一譯碼器(300),用于對空間增強(qiáng)流譯碼;第二譯碼器(302),用于對基本流譯碼;去交織器(306),用于對譯碼的基本流去交織;相加單元(312),用于把去交織的譯碼的基本流和譯碼的空間增強(qiáng)流相加。
23.按照權(quán)利要求22的譯碼器,還包括上采樣單元(308),用于在相加單元之前對去交織的流上采樣。
24.按照權(quán)利要求22的譯碼器,還包括時間子采樣單元(310),用于對去交織的基本流時間子采樣;運(yùn)動補(bǔ)償時間內(nèi)插單元(314),用于對來自相加單元的輸出進(jìn)行內(nèi)插;第三譯碼器(316),用于對時間增強(qiáng)流譯碼;組合單元(316),用于組合上采樣流、內(nèi)插的流和譯碼的時間增強(qiáng)流,以產(chǎn)生譯碼器輸出。
全文摘要
公開了一種對在多個幀中獲取的視頻信息有效地執(zhí)行空間可縮放壓縮的方法和設(shè)備,包括用于把獲取的視頻幀編碼成壓縮數(shù)據(jù)流并加以輸出的編碼器。一個基本編碼器用于對具有相對較低像素分辨率的交織的比特流進(jìn)行編碼。一個空間增強(qiáng)編碼器用于對來自基本層的去交織的局部譯碼器輸出與輸入信號之間的差值進(jìn)行編碼。
文檔編號H04N7/50GK1898966SQ200480038270
公開日2007年1月17日 申請日期2004年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月22日
發(fā)明者W·H·A·布魯爾斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司
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