專利名稱：用于以不同分辨率進行視頻再現的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于再現視頻數據信號的設備，該設備包括用于接收編碼視頻數據信號的輸入裝置；以及用于將該編碼視頻數據信號 解碼成視頻數據信號的處理裝置，該編碼視頻數據信號包含表示視頻 數據信號的標準分辨率部分的基本信號流以及表示視頻數據信號的高 分辨率部分的至少一個增強信號流。本發(fā)明還涉及一種用于解碼視頻數據信號的方法，該方法包括以 下步驟接收編碼視頻數據信號；以及將編碼視頻數據信號解碼成視 頻數據信號，該編碼視頻數據信號包含表示視頻數據信號的標準分辨 率部分的基本信號流以及表示視頻數據信號的高分辨率部分的至少一 個增強信號流。本發(fā)明還涉及一種用于編碼視頻數據信號的方法，該方法包括以 下步驟接收視頻數據信號；以及將視頻數據信號編碼成編碼視頻數 據信號；該編碼視頻數據信號包含表示視頻數據信號的標準分辨率部 分的基本信號流以及表示視頻數據信號的高分辨率部分的至少一個增 強信號流。本發(fā)明還涉及一種用于執(zhí)行所述方法的計算機程序產品。 本發(fā)明還涉及包含編碼視頻數據信號的一種信號組件以及一種記 錄載體。利用具有存儲在其上的數字壓縮(編碼)視頻和音頻信息的存儲 媒質的視頻信號處理系統(tǒng)能夠向用戶提供用于控制存儲在所述媒質上 的節(jié)目或視頻標題的呈現的大量選擇。正在快速普及的一種這樣的系 統(tǒng)包括適于處理存儲在DVD (數字視頻盤或者數字通用盤)記錄載體上 的信息的視頻盤播放器。當前的DVD標準分別支持模擬電視標準PAL 和NTSC使用的25Hz時最大分辨率為720 x 576線或者29. 97Hz時最大 分辨率為720 x 480的視頻圖像。這些電視標準通常稱作標準清晰度電 視(SDTV )。最近，已經制定了傳送并且處理高質量視頻、音頻和輔助數據的 數字電視標準。尤其是，這些標準提供了諸如1920 x 1080線或者1280x 720線的經改善的圖像分辨率，稱作高清晰度電視(HDTV)。在本文 獻中，與標準分辨率視頻(SDTV)相比，高分辨率視頻(HDTV)包括 高空間分辨率(每幀更多像素)和/或高時間分辨率(每秒更多幀)。注意，可以應用視頻壓縮技術的最新發(fā)展，以當前用于SDTV分辨 率雙層DVD盤的相同比特率來實現HDTV分辨率視頻質量。如果采用這 種解決方案，能夠利用已經安裝的制造工藝來制造HDTV盤。此外，能 夠將現有的設備用于播放器中。唯一需要升級的是編輯鏈中的編碼系 統(tǒng)以及播放器的解碼芯片。然而，所得到的盤不能向后兼容已經安裝 的DVD播放器的基礎。文獻W003/03474描述了一種用于再現視頻數據信號的裝置以及一 種用于按照向后兼容的方式再現視頻數據信號的記錄載體。該裝置包 括用于接收編碼視頻數據信號的輸入裝置以及用于將編碼視頻數據信 號解碼成視頻數據信號的處理裝置。該編碼視頻數據信號包含表示視 頻數據信號的標準分辨率部分的基本信號流以及表示視頻數據信號的 高分辨率部分的至少一個增強信號流。該裝置能夠通過解碼并且組合 這些信號流來再現高分辨率視頻數據。還描述了與在記錄載體上存儲 編碼視頻數據相關的各種方法。盡管應用分開的基本流和增強流提供了向后兼容性的選擇，但是 以SDTV質量進行再現的質量還不能完全令人滿意。本發(fā)明的目的是提供一種允許以各種分辨率高質量靈活再現并且 以隔行才莫式再現的^見頻編碼和存儲系統(tǒng)。為此，根據本發(fā)明的第一個方面，在如開篇段落中所述的設備中， 該處理裝置包括用于檢測基本信號流的預定隔行模式并且調整解碼以 根據所檢測到的預定隔行模式解碼該基本信號流的檢測裝置。為此，根據本發(fā)明的第二個方面，在如開篇段落中所述的解碼方 法中，該方法包括檢測基本信號流的預定隔行模式，并且調整解碼以 根據所檢測到的預定隔行模式解碼該基本信號流。為此，根據本發(fā)明的第三個方面，在如開篇段落中所述的編碼方 法中，該編碼依照基本信號流的預定隔行模式，該編碼信號表示用于 調整基本信號流的解碼的預定隔行模式。為此，根據本發(fā)明的第四個方面，在如開篇段落中所述的信號組 件和記錄載體中，根據預定的隔行模式編碼該基本信號流，并且該編碼信號表示用于調整基本信號流的解碼的預定隔行模式。根據本發(fā)明的這些手段具有以下效果，在再現過程中，利用再現 設備檢測已被用于生成編碼視頻數據信號的特定的預定隔行模式。例 如，特定的預定隔行模式是非隔行的或者特殊隔行的。隨后，調整該 解碼以補償編碼過程中使用的各個隔行模式帶來的不希望的影響。有 利的是，解碼之后的視頻數據信號的質量得到改善，這是因為將解碼 調整到了編碼過程中應用的兩種特定的預定隔行模式，以及調整到用 于再現視頻數據信號的顯示類型。本發(fā)明還基于以下認識。已知的先前存在的編碼—見頻標準允許非隔行模式，例如MPEG2。而且，許多顯示器為隔行類型，如普通的電視 顯示器。盡管可以將非隔行編碼視頻用于生成隔行視頻信號，但是本 發(fā)明人認識到這種重新隔行信號具有某些質量缺陷。因此，提供了一 種基于檢測已#_用在編碼過程中的隔行;溪式的解決方案。可以在用于 輸出標準分辨率、隔行視頻的低端設備中或者在用于輸出高分辨率、 非隔行視頻的高端設備中實施對非隔行編碼模式的檢測，并且相應地 調整解碼。這些設備將根據檢測到的預定隔行模式調整視頻處理。此 外，提出了一種用于特定隔行模式的基本流的專用編碼模式，以消除 隔行顯示器上的質量缺陷。在該設備的實施例中，該檢測裝置設置為在編碼視頻數據信號中 檢測表示預定隔行模式的狀態(tài)指示符；或者在編碼視頻數據信號中檢 測表示預定隔行模式的視頻參數；或者檢測將所述解碼調整到預定隔 行模式的用戶命令。該狀態(tài)指示符具有以下優(yōu)點，其直接表示在編碼 過程中已經使用的預定隔行模式。檢測視頻參數允許在編碼過程中無 需包含特定指示符的情況下檢測非隔行基本流，但以更復雜的檢測為 代價。最后，允許用戶指示所述用于調整處理的設備去補償自動檢測 中的錯誤。在該設備的實施例中，處理裝置包括用于根據所檢測到的預定隔 行模式將基本信號流轉變?yōu)楦粜幸曨l數據信號以在隔行顯示器上顯示 的裝置?；旧?，通過跳過交替的線來實施重新隔行。注意，同樣可 以將基本流從非隔行的轉變?yōu)楦粜械?，并且可以將處理調整到特定的 預定隔行模式?？蛇x的是，能夠恢復基本信號流和至少一個增強信號 流二者，并且首先根據這兩個流生成全速率非隔行視頻信號。隨后，將來自每個幀的各個交替線用于生成隔行視頻信號。在用于隔行輸出的設備的另 一 實施例中，該處理裝置包括用于根 據所述檢測到的預定隔行模式垂直濾波以減少隔行視頻數據信號的垂 直空間頻譜中的高頻分量的濾波裝置。令人驚奇的是，本發(fā)明人已經 注意到，基于完全垂直頻率范圍的重新隔行視頻顯示生成了不想要的 線閃爍。當減少了垂直空間頻譜中的高頻分量時，隔行顯示器上總體 觀察到的圖像質量更好。在該設備的實施例中，處理裝置包括用于根據所述檢測到的預定 隔行模式將基本信號流和增強信號流組合成非隔行視頻數據信號以在 非隔行顯示器上顯示的組合裝置。注意，可以首先組合這兩個流，隨 后在單個解碼器中對它們進行解碼，或者可以首先(至少部分地)解碼這兩個流，隨后將它們組合。而且，還可以將非隔行^見頻數據信號 轉變?yōu)槿缟纤龅母粜行盘?。組合具有以下優(yōu)點，生成了高分辨率非 隔行信號，同時處理將檢測到的預定隔行模式考慮在內。在組合這兩個流的設備的另 一 實施例中，該處理裝置包括用于重新混洗(reshuffle)場圖像對的重新混洗裝置，該預定的隔行才莫式為 通過混洗(shuffle)連續(xù)視頻幀對的場圖像來編碼基本流的模式，在 特定情況下，該場圖像為相應隔行視頻信號的底部場。本發(fā)明人已經 認識到，當在隔行顯示器上沒有增強的情況下再現基本流時，該基本 流缺乏時間信息。這造成了所謂的運動抖動，對于移動物體的觀察質 量是有害的。有利的是，混洗產生了包含完全頻率信息的基本流，例 如基于NTSC的系統(tǒng)中為60Hz。實際上，在編碼過程中，相應隔行信號 的底部場交換了。通過應用這種混洗，傳統(tǒng)(legacy )設備基于修改 后的基本流將表現出更好質量的隔行視頻信號。因此，新的高端設備 需要應用重新混洗來恢復原始的視頻數據序列。所附權利要求書中給出了根據本發(fā)明的設備的其他優(yōu)選實施例， 本文中包含權利要求的內容作為參考。參照以下i兌明書中通過舉例的方式描述的實施例并且參照相應附 圖，將明白并且進一步理解本發(fā)明的這些及其他方面，在附圖中

圖1表示了用于再現視頻數據信號的裝置的實施例， 圖2表示了利用多角度(路徑)指針對SD和ENH數據進行交織(interleave )，圖3表示了作為時間的函數填充跟蹤緩沖器，圖4表示了在比相應SD數據早的時間上多路復用MPEG流中的ENH 數據，圖5表示了用于以隔行模式再現視頻數據信號的裝置，圖6表示了具有時間增強流的編碼視頻數據信號，圖7表示了視頻信號中的混洗場，圖8表示了將經混洗的視頻信號編碼為編碼視頻信號，圖9表示了根據經混洗的視頻信號解碼基本流，圖IO表示了重新混洗場圖像以再現高分辨率視頻。不同附圖中的相應元件具有相同的附圖標記。圖1表示了用于再現視頻數據信號的裝置的實施例。該裝置包括 用于接收編碼視頻數據信號的讀取單元101以及處理單元111。處理單 元111從讀取單元101接收編碼視頻數據信號，并且將它們解碼成視 頻數據信號。該讀取單元101包括讀取頭102,在本實例中，該讀取頭 為用于從記錄載體103讀取編碼視頻數據信號的光學讀取頭。另外， 存在用于沿著記錄載體103上的徑向定位頭102的定位裝置104。存在 讀取放大器105以便放大從記錄載體103讀取的信號。電機106可用 于響應電機控制信號發(fā)生單元107提供的電機控制信號旋轉記錄載體 103。存在用于通過控制線109和110控制所有電路的孩i:處理器108。該處理單元111適于解碼包含表示視頻數據信號的標準分辨率部 分的基本信號流和表示視頻數據信號的高分辨率部分的至少一個增強 信號流的編碼視頻數據信號，以及將標準分辨率部分與高分辨率部分 組成視頻數據信號?；窘獯a器112解碼該基本信號流，而增強解碼 器113解碼該增強信號流。在組合單元114中組合來自解碼器112和 113的信號，以形成具有高分辨率的視頻數據信號。該處理單元可以具 有緩沖器，例如用于基本信號流的數據存儲器115和用于增強信號流 的數據存儲器116。輸入單元101或者處理單元111可以包括用于從MPEG流解復用基 本信號流和至少一個增強信號流的解復用器(未示出)。根據本發(fā)明，該處理單元111設有用于檢測基本信號流的預定隔行模式的檢測單元117。該檢測單元117通過控制線118、 119連接到 解碼器單元112、 113,以調整解碼，從而根據所述檢測到的預定隔行 模式解碼該基本信號流。例如，該檢測單元117可以識別包含在編碼 視頻數據信號中的信令位，其不會影響常規(guī)的DVD播放器，但是能夠 用于調整解碼。例如，該檢測單元可以設置為檢測編碼視頻數據信號 中表示預定隔行才莫式的狀態(tài)指示符。可選的是，該單元可以檢測編碼 視頻數據信號中表示預定隔行模式的視頻參數，例如通過比較編碼視 頻幀中的運動信息。而且，該單元可以檢測用戶命令以將所述解碼調 整到預定隔行模式。用戶根據所顯示的信號可以獲知或者注意到信號 處于非隔行模式或者特定的隔行模式，并且相應地命令該設備調整解 碼。該處理單元117可以包括如下所述的重新混洗單元U0。因此，該處理單元111實施一種對編碼視頻數據信號進行解碼的 方法，該方法包括以下步驟-解碼表示編碼視頻數據信號的標準分辨率部分的基本信號流； -解碼表示編碼視頻數據信號的高分辨率部分的至少一個增強信號流；-檢測該基本信號流的預定隔行模式；以及-根據所檢測到的預定隔行模式調整解碼，以解碼該基本信號流。根據本發(fā)明，利用編碼視頻數據信號的方法生成由輸入單元101接收的編碼視頻數據信號，該方法包括以下步驟-編碼表示視頻數據信號的標準分辨率部分的基本信號流；-編碼表示視頻數據信號的高分辨率部分的至少一個增強信號流；-根據基本信號流的預定隔行模式進行編碼，該編碼信號表示用于調整對基本信號流的解碼的預定隔行模式。在不同的配置中，例如當使用計算機中的視頻信號時，可以基于程序存儲器中的軟件在計算機處理器中實施用于編碼和解碼的方法。可以將軟件作為產品進行銷售，例如存儲在記錄載體上，或者通過互聯網下載。該編碼方法可以用于使用兩個(或多個)流方法以可縮放的壓縮比編輯DVD盤，其中按照一定方式相互獨立的在盤上分配每個壓縮流， 使得標準DVD播放器僅能夠看到第一個(基本)流。能夠改變對視頻數據信號的編碼，使得包括多路復用MPEG流內的基本信號流和至少 一個增強信號流的步驟，如本文中后面所述。有利的是，能夠利用輸入終端取代輸入單元101，以通過電纜、互聯網或者無線連接接收編碼視頻數據信號。該編碼視頻數據信號可以 包含在信號組件中，例如數據文件或者傳送信號中，其中該編碼視頻 數據信號包含表示視頻數據信號的標準分辨率部分的基本信號流以及 表示視頻數據信號的高分辨率部分的至少一個增強信號流。已經根據 預定隔行模式編碼了該基本信號流，并且該編碼信號表示該預定隔行 模式以便調整基本信號流的解碼。例如，在信號組件中，該編碼信號 包括表示預定隔行模式的狀態(tài)指示符。該處理單元111可以包括用于解碼不只一個增強流的不只一個解碼器；其還可以包括不只一個組合單元。而且，該處理單元可以設置 為輸出隔行視頻，如以下參照圖5所迷的。這允許再現具有多種不同 分辨率的視頻數據信號。通過調整處理單元111以解碼該編碼視頻數據信號實現了記錄裝 置的實施例，其中使用不同的編碼技術編碼基本信號流和至少 一 個增 強信號流。例如，能夠使用MPEG-2壓縮技術編碼該基本流，而能夠使 用更先進的方法編碼增強流。這種解決方案提供了與傳統(tǒng)設備的向后 兼容性。同時，能夠以高效率傳送增強流。在特定實施方案中，基本解碼器112適于解碼SDTV信號，該增強 解碼器113適于解碼HDTV剩余(surplus )信號，并且組合單元1U 適于生成HDTV信號。有利的是，該讀取單元101適于從DVD光盤媒質接收編碼纟見頻數 據信號。如果按照傳統(tǒng)DVD播放器能夠如從原始DVD媒質那樣再現視頻數 據的基本、標準清晰度(SD)部分的方式向這種DVD盤提供視頻數據， 則非常有益。通過以多種方式將基本數據與增強數據(ENH)分離能夠 實現這種效果。一種可能的方式是如根據DVD標準已知的那樣在視頻目標文件 (V0B)級別交織這些數據。為此，可以使用多(照相機)角度指針或 者多路徑指針。例如，SD數據可以包含在默認的照相機角度軌道中， 并且HD剩余數據可以包含在交替的照相機角度軌道中。如圖2所示。 每個DVD播放器具有預定大小(例如ClMb)的所謂的軌道緩沖器。必須以如下方式來完成SDTV流的編碼和多路復用在每個分離點，軌道 緩沖器中都有足夠的比特以便橋接跳過一個增強扇區(qū)塊所花費的時間 內的空隙。假設在再次讀取新的SD扇區(qū)之前的跳躍花費了 T。秒。在L 過程中，提供給解碼器的平均比特率為BRav。這意味著在跳躍時，緩沖 器中必須存在T。xBIC個數據位。DVD播放器能夠讀取的峰值速率為 BRpk。應當以可能的最大速率BRpk完成讀取。在讀取過程中，還不得不 向解碼器提供所需的SD數據位，因此軌道緩沖器將以BRpk-BRav的速 率增長。所以一般而言，在讀取SD扇區(qū)過程中形成的數據位Lx (BRpk -BRavJ必須比跳躍階段所需的數據位T。xBR,v2多得多，如圖3示意所 示。這對于SD編碼器提出了附加的限制；為了調節(jié)比特率和多路復用， 其必須使用這種模式及其參數。輸入單元101適于接收按照上述方式在記錄載體103上交織的SD 和ENH數據流。分離SD和ENH數據的另 一種方式是將它們存儲到記錄載體10 3上 的獨立文件/軌道中，并且相應地調整輸入單元101。在本實施例中， 輸入單元101能夠非?？斓刈x取SD數據塊(比如1秒的視頻)，并且 將它放置到存儲器中，然后跳到HD剩余數據區(qū)域，并且非?？焖俚刈x 取ENH數據塊(同樣比如1秒的視頻)，然后將它們放在存儲器中。 按照這種方式，驅動器保持交替讀取SD和ENH扇區(qū)。能夠從該存儲器 讀取基本解碼器112和增強解碼器113。使輸入單元101和存儲器足夠 快和大，因此解碼器112和113決不會在沒有數據的情況下運行，從 而能夠發(fā)送無間斷的連續(xù)HD視頻數據信號。在這種方案中，對于l秒 的間隔而言，大約需要2MB的存儲器。又一種選擇是將表示視頻數據信號的標準分辨率部分的基本數據 和表示視頻數據信號的高分辨率部分的增強數據放置到記錄載體103 的不同物理層中。在這種情況下，輸入單元101適于從多層光盤接收 編碼^L頻數據信號。除了上述方案之外，還有在MPEG流級別按照向后兼容的方式分離 SD和ENH數據的其他方式-在MPEG-2節(jié)目流級別-在MPEG-2 (或者 MPEG-1 )基本流級別。在MPEG-2節(jié)目流級別，當增強數據包含在專用流中時能夠多路復 用該增強數據。DVD盤上的實施例是將ENH數據放置到具有當前預留的DVD子流ID ( sub —stream—id:各個子流的識別符)的MPEG專用流 1 (private —stream—l)數據包中。可選的是，按照順序，在圖像組或者 圖像級別，HD剩余數據能夠包含在MPEG-2視頻基本流中的擴展和用戶 數據段中。將附加數據直接包含在MPEG流中的缺點是DVD標準要求將 多路復用速率限制為10. 08Mbps。盡管總數據流的目標平均值約為 8Mbps (允許在雙層DVD盤上記錄135分鐘)，但是峰值速率能夠在最 大值以上。如果超過了這個最大比特率，傳統(tǒng)播放器可能達不到目的。 因此，應當按照接近峰值速率的過量數據能夠在該流中的更廣區(qū)域上 更加均勻的分布的方式放松對于ENH數據的分配規(guī)則。通過將MPEG-2 系統(tǒng)目標解碼器模型中的ENH數據流所需的獨立緩沖器的大小限定為 足夠大以處理大量的流，能夠實現這種效果。在例外的情況中，通過 適當預處理(濾波)和/或通過局部調整壓縮比，能夠解決峰值比特率 的問題。圖4表示了在比相應的SD數據早時對MPEG流中的ENH數據的多 路復用。在輸入單元101讀取之后，將該預先獲取的ENH數據保存在 ENH數據存儲器116中，直到增強解碼器113需要該數據為止。即使平 均預先獲取時間偏移多達1分鐘，相應的存儲器大小仍然非常實際(60 秒x 2Mbps〈16MB)。在特定實施例中，4吏用比lx快的驅動器和可選的 SD數據存儲器115。在MPEG級別將SD和HD剩余流分離具有多個優(yōu)點畫由于在編碼之后立刻在MPEG級別將兩個流組合在一起，因此編 輯比較簡單。編輯處理的其他階段幾乎不受影響；-該裝置中的跳躍噪聲保持在低水平(與其中流處在更大的物理距 離的解決方案相比)；-使用現有標準能夠重新分布包含ENH數據的MPEG流，而無需附 加處理；-因為這種MPEG輸出流或多或少具有恒定比特率性能，所以能夠 在無線連接上相當容易;也傳送該輸出流?？梢岳貌煌诨緮祿募夹g保護記錄載體103上的增強數據， 因此記錄載體103的非法副本將具有較差質量的視頻數據。圖5表示了用于按照隔行模式再現視頻數據信號的裝置。該裝置 包括如以上參照圖1所述的用于接收編碼視頻數據信號的讀取單元101以及處理單元511。如上所述，該處理單元511適于解碼該編碼纟見頻數據信號。基本 解碼器512將基本信號流解碼為非隔行信號。如下所述，基本解碼器 512還可以使用增強信號流。在轉換器單元514中將來自解碼器512 的非隔行信號轉變?yōu)楦粜行盘?，以形成用于隔行顯示的視頻數據信號。 該處理單元511可以具有用于臨時存儲編碼視頻數據信號的緩沖器， 例如數據存儲器515。根據本發(fā)明，該處理單元511設有檢測單元517,其用于檢測基本 信號流的預定隔行模式。該檢測單元517通過控制線518、 519與解碼 器單元512和轉換器單元514相耦合，以調整解碼，從而根據所述檢 測到的預定隔行模式解碼基本信號流。該處理單元511可以包括如下 所述的用于垂直濾波的濾波單元520。注意，可以將圖1和5表示的解碼器和轉換器的不同配置組合在 單個設備中，并且還可以在不同硬件或者軟件結構中實現這些配置， 例如在使用信號處理器的固件中實現的功能單元。圖6表示了具有時間增強流的編碼視頻數據信號。該圖上部的行 表示在60Hz并且分辨率為480線的逐行模式下的原始編碼視頻信號， 標記為"480p60"。第二行表示具有30Hz并且分辨率為480線的逐行 模式的基本信號流，標記為"480p30基本，，。第三行表示用于將可從 基本流再現的標準分辨率視頻增強為時間增強高分辨率視頻的增強信 號流。該行標記為"時間enh",并且其僅包含解碼基本信號流所不需 要的視頻數據，例如B幀(根據MPEG的雙向預測幀)。借助包含如第二和第三行所示的基本和時間增強信號的編碼視頻 信號，利用時間可縮放性和縮減的逐行48(^@601^格式能夠獲得低成 本SDTV向后兼容的HDTV格式。將相兼容的逐行基本層格式化為常規(guī) 的SDTV隔行格式，因此傳統(tǒng)播放器將能夠再現信號。然而，再現的信 號質量不是非常令人滿意，并且將通過檢測用于編碼基本流的隔行模 式并且隨后調整該解碼來增強其質量。為了使用有限數量的數據(例如，由于DVD盤的有限容量)以相 兼容的方式傳送HDTV信號，需要一種格式向下轉換，例如將分辨率從 1920 x 1080降低到1280 x 720。其思想是按照使圖像質量的損失最小 的方式縮減。另一個問題是DVD標準不支持普通的縮減格式，因此導致了如果在普通的傳統(tǒng)設備中播放這種盤將根本不會產生圖像的問題。為了在雙層DVD+R盤(總容量8,5GB)上獲得大約2.5小時的視頻 記錄時間，可以使用7Mbs的MPEG2平均速率。對于這些比特率而言， 實驗已經表明利用公知技術從1080i ( 1920 x 540 x 2@30Hz)縮減到 480p( 720 x 480 x l@60Hz )而不是通常的480i ( 720 x 240 x 2@30Hz ), 在從這些壓縮格式還原到1080i之后得到了顯著的圖像質量改善。然 而，這種非隔行的480p格式與DVD不相兼容，這是一個嚴重的缺點。如圖6所示的思想是利用所謂的時間可縮放性將480p6OHz流分成 480p30Hz,其在盤上格式化為普通的DVD 480i格式?；拘盘柫骶哂?I、 P甚至是B幀，并且增強信號流包含奇數個B幀。對于MPEG2 M參 數而言，偶數數量也是可能的，例如圖6所示的M-4。為了確保傳統(tǒng)的DVD播放器僅看到480i基本，能夠以幾種方式在 盤上格式化時間增強S見頻數據。在DVD上，可以如以上參照圖2、 3和 4所述存儲時間增強數據，即對于常規(guī)DVD播放器而言是不可見的。注 意，交替讀取原則是優(yōu)選的，這是因為增強信號流不考慮！OMbs的DVD 峰值比特率限制。這樣，傳統(tǒng)的DVD播放器將能夠準確地在(隔行) 普通的SDTV上呈現480p30Hz基本，然而圖像質量不是最佳的，特別 是由于線閃爍造成的?？梢哉{整解碼以減少所述線閃爍。該線閃爍是由隔行信號中的高 頻分量產生的，通常在編碼隔行信號過程中被濾掉。編碼過程中的這 種濾波通常稱為Kell濾波，例如在以下文獻中進行了描述Hsu, S. C., ( 1986) 。 The Kell Factor: Past and Present。 SMPTEJournal-Society of Motion Picture and Television Engineers, 95,206-214。Kell濾波與稱為行間閃爍的隔行掃描空間分辨率問題相關，該問 題是在交替隔行場中的時序線包含大量垂直細節(jié)時出現的。行間閃爍 在美國為30Hz,在歐洲為25Hz,并且當其存在時，當觀察距離小于SDTV 圖像高度的六倍(HDTV的三倍)時其是可見的。在二十世紀三十年代， 當Kell描述了這種效杲，其被視為降低傳送帶寬所付出的微小代價。 Kell濾波產生了大約30%的垂直分辨率損失。逐行掃描顯示器未受到 行間閃爍的影響，但是需要兩倍的視頻信號帶寬。因此，不對逐行視頻信號進行濾波。根據本發(fā)明的處理單元517首先檢測SDTV信號的非隔行編碼模 式，該信號表現為傳統(tǒng)播放器的隔行信號。隨后，為了解碼基本信號 流，利用濾波單元520將垂直濾波添加到用于減少隔行視頻數據信號 的垂直空間頻譜中的高頻分量的解碼器功能中。該濾波類似于從編碼 所獲知的Kell濾波。為了檢測特定的隔行模式，能夠將狀態(tài)標記添加到編碼視頻信號 (多路復用)流的專用數據區(qū)域，以表示這種記錄為特殊的類別。在一個實施例中，響應于檢測空間隔行模式，該設備能夠設置為 通過解碼兩個層(通過實現雙速解碼器)，并且隨后應用Kell濾波來 再現完全質量的普通隔行SDTV信號。通過再次隔行，例如通過跳過交 替線來執(zhí)行到隔行視頻信號的轉換。這種格式的優(yōu)點是通過編碼為逐行的(非隔行)信號480p60Hz， 其將SDTV兼容性與在非隔行顯示器上再現HDTV質量時的最佳垂直分 辨率組合起來，其中在編碼過程中沒有應用Kell濾波器。而且，對于 HDTV記錄器/播放器而言，能夠比較容易地將480p60Hz信號轉變?yōu)槠?他的HDTV格式，例如1 080i ( 1920 x 540 x 2@30Hz)或者720p ( 1280 x 720 xl@60Hz)，同時為了獲得這些格式的良好結果，從480i (720 x 240 x 2@30Hz )開始，將需要非常復雜的運動補償解隔行器 (de-interlacer)。在一個實施例中，隔行模式的編碼可以設置為應用所謂的"自然 運動"原則，以便充分減少增強信號流中的B幀大小。WO03/054795 中描述了這種原則。這將導致總比特率的顯著減小(實際上從 7Mbs 到~ 4Mbs )，并且允許諸如4. 7GB DVD+RW的單層可擦盤上的HDTV記 錄時間增加。另 一個改進的實施例涉及隔行視頻信號中的物體移動。由于基于 逐行基本信號流的再次隔行信號中缺乏50/60Hz的信息造成的運動抖 動，再次隔行信號的圖像質量不能完全令人滿意。為了減少運動抖動， 通過分離2個場圖像中的480p⑥60Hz信號的每個幀，并且混洗每對連 續(xù)幀內的底部場，來調整編碼。相應地，用于再現非隔行—見頻的設備 設有再次混洗單元120，如圖l所示，其執(zhí)行參照圖10所述的再次混 洗。在生成了如圖6所示的基本信號流和時間增強信號流之后，將每 個480p幀分成頂部場和底部場。下一步是執(zhí)行"混洗，，，通過混洗"交 換"每個幀對的底部場。按照這種方式，在編碼了流之后，基本流仍 然包含60Hz信息，從而避免了在將基本信號流解碼為隔行信號時出現 運動抖動。圖7表示了視頻信號中的混洗場。圖的上部行將原始編碼視頻信 號表示為60Hz、分辨率為480線的逐行^t式的幀行，標記為"480p60"。 第二行表示了轉變?yōu)?20Hz的隔行視頻流的場的相同數據，標記為 480il20。注意，隔行信號具有將要順序顯示的包含偶數和奇數線的頂部場(At、 Bt.......)和底部場(Ab、 Bb.......)。第三行表示了具有混洗場的隔行信號，值得注意的是與Bb組合的At和與Ab組合的Bt 構成了具有混洗場的一對幀。繼而MPEG編碼所得到的"混洗，，；f見頻信 號，即編碼混洗幀，并且將其作為基本信號流傳送。在一個實施例中，編碼混洗視頻信號將作為場圖像。這是由于其 以更有效的方式構成。然而，這不是一個嚴格的要求，還可以將該信 號編碼為逐行的幀。由于混洗操作，逐行編碼過程將比編碼原始的 480p60信號的效率略低。類似于圖6,通過采用I、 P以及偶數B圖像 形成MPEG基本流，并且利用奇數B圖像形成MPEG增強信號流。圖8表示了將混洗視頻信號編碼為編碼視頻信號。類似于圖7,上 部行表示了具有混洗場的隔行信號。第二行表示了照常的標記為I、 P、 B的MPEG編碼場圖像。第三行表示了基于混洗視頻信號的具有30Hz、 分辨率為480線的逐行模式的基本信號流801。第四行表示了基于混洗 視頻信號的僅包含B幀的增強信號流802。傳統(tǒng)的DVD播放器將僅解碼 基本流(第三行)，并且將其處理成480i流。圖9表示了基于混洗視頻信號的基本流的解碼。第一行表示了基 于混洗視頻信號的具有30Hz、分辨率為480線的逐行模式的基本信號 流。第二行表示了解碼之后的頂部和底部場。第三行表示了如以480i 模式顯示在隔行60Hz顯示器上的(原始480i20信號的)頂部場。因 為60Hz的信息仍為可用的(即存在來自所有原始4 80p60幀的一些信 息)，將不會觀察到運動抖動。為了解碼基于混洗視頻信號的編碼視頻信號流，在用于以高分辨 率模式再現的設備的實施例中，將檢測特殊的混洗非隔行模式。用于HDTV的設備具有包含將基本信號流與增強信號流組合成非隔行視頻數 據信號以在非隔行顯示器上顯示的解碼單元，例如如圖1所示。當檢 測混洗^見頻信號時，如下調整解碼。組合單元114實施場圖l象對的再 次混洗。圖IO表示了再次混洗場圖像以再現高分辨率視頻。頂部行表示了 基于混洗視頻信號的具有30Hz、分辨率為480線的逐行模式的基本信 號流。第二行表示了基于混洗視頻信號的僅包含B幀的增強信號流。 第三行表示了在組合了兩個流之后的完整MPEG流，而第四行表示了解 碼之后仍然處于混洗狀態(tài)的視頻。第五行表示了例如在緩沖存儲器中 通過重新排序底部場生成的再次混洗視頻。最后，第六行表示了所得 到的高分辨率逐行格式的視頻，即480p60模式。因此，在HDTV播放 器中，解碼并組合基本和增強流。然后"再次混洗，，已解碼的視頻， 以便再次將最初屬于相同的480p60幀的場結對。組合這些場對以重建 原始的480p60幀(標記為A、 B、 C.......)。盡管已經主要通過分離時間增強流的實施例描述了本發(fā)明，但是 本發(fā)明可以類似地用于其他增強流，例如分辨率增強。此外，各個實 例基于CD或者DVD雙層記錄載體，但是任何記錄載體或者傳送媒質均 適用于實現本發(fā)明。而且需要注意，本文中的詞語"包括"并不排除不同于所列的其 他元件或步驟的存在，元件之前的詞語"一"或"一個，，不排除多個 這種元件的存在，以上討論的控制單元的元件可以存在于不同設備中 的硬件和/或軟件中，附圖標記并不限制權利要求的范圍，可以利用硬 件和軟件來實現本發(fā)明，幾個"裝置"可以由相同的硬件表示。而且， 本發(fā)明的范圍不限于實施例，并且本發(fā)明在于上述的每個新穎的特征 或者這些特征的組合。
權利要求
1.一種用于再現視頻數據信號的設備，該設備包括-輸入裝置(101)，其用于接收編碼視頻數據信號；以及-處理裝置(111)，其用于將編碼視頻數據信號解碼成視頻數據信號；該編碼視頻數據信號包括表示視頻數據信號的標準分辨率部分的基本信號流和表示視頻數據信號的高分辨率部分的至少一個增強信號流，該處理裝置(111，511)包括檢測裝置(117，517)，其用于-檢測基本信號流的預定隔行模式，以及-調整解碼以根據所檢測到的預定隔行模式解碼基本信號流。
2. 根據權利要求1所述的設備，其中該檢測裝置(117， 517)設置為-在編碼視頻數據信號中檢測表示預定隔行模式的狀態(tài)指示符；或者-在編碼頻數據信號中檢測表示預定隔行模式的視頻參數；或者 -檢測將所述解碼調整到預定隔行模式的用戶命令。
3. 根據權利要求1所述的設備，其中該處理裝置(517)包括用 于根據所檢測到的預定隔行模式將基本信號流轉變?yōu)楦粜幸曨l數據信 號以在隔行顯示器上顯示的裝置(514)。
4. 根椐權利要求3所述的設備，其中該處理裝置(517)包括用 于根據所述檢測到的預定隔行模式垂直濾波以減少隔行視頻數據信號 的垂直空間頻譜中的高頻分量的濾波裝置(520 )。
5. 根據權利要求1所述的設備，其中該處理裝置(117)包括用 于根據所述檢測到的預定隔行模式將基本信號流和增強信號流組合成 非隔行視頻數據信號以在非隔行顯示器上顯示的組合裝置OH)。
6. 根據權利要求5所述的設備，其中該處理裝置(117)包括用 于重新混洗場圖像對的重新混洗裝置(120),該預定的隔行;漠式為通 過混洗連續(xù)視頻幀對的場圖像來編碼基本流的模式，在特定情況下， 該場圖^象為相應隔朽-^見頻信號的底部場。
7. 根據權利要求1所述的設備，其中該輸入裝置(101)包括用于從記錄載體(103)恢復編碼視頻數據信號的讀取裝置(102， 104， 105， 106， 107)。
8. —種用于解碼視頻數據信號的方法，該方法包括以下步驟 -接收編碼視頻數據信號；-將該編碼視頻數據信號解碼成視頻數據信號； 該編碼視頻數據信號包括表示視頻數據信號的標準分辨率部分的 基本信號流和表示視頻數據信號的高分辨率部分的至少一個增強信號流，-檢測基本信號流的預定隔行模式，以及-調整解碼以根據所述檢測到的預定隔行模式解碼基本信號流。
9. 一種用于編碼視頻數據信號的方法，該方法包括以下步驟 -接收視頻數據信號；-將該視頻數據信號編碼成編碼視頻數據信號； 該編碼視頻數據信號包括表示視頻數據信號的標準分辨率部分的 基本信號流和表示視頻數據信號的高分辨率部分的至少一個增強信號流，-根據基本信號流的預定隔行模式編碼，該編碼信號表示用于調 整基本信號流解碼的預定隔行模式。
10， #4居權利要求9所述的方法，其中編碼包括以下步驟，在編碼視頻數據信號中包括表示預定隔行模式的狀態(tài)指示符。
11. 根據權利要求9所述的方法，其中編碼包括以下步驟-混洗連續(xù)視頻幀對的場圖像，在特定情況下，該場圖像為相應 隔行視頻信號的底部場；以及通過包含具有所述混洗場圖像的視頻幀以預定隔行模式形成基本信號流。
12. —種用于再現視頻數據信號的信號組件，該信號組件包括將要解碼成視頻數據信號的編碼視頻數據信號； 該編碼視頻數據信號包括-基本信號流(801),其表示視頻數據信號的標準分辨率部分，以及-至少一個增強信號流(802 ),其表示視頻數據信號的高分辨率 部分，根據預定隔行模式對基本信號流進行編碼，并且該編碼信號表示 用于調整基本信號流解碼的預定隔行模式。
13. 根據權利要求12所述的信號組件，其中該編碼信號包括表示預定隔行模式的狀態(tài)指示符。
14. 一種帶有將要解碼為視頻數據信號的編碼視頻數據信號的記 錄載體(103);該編碼視頻數據信號包括-表示視頻數據信號的標準分辨率部分的基本信號流，以及-表示視頻數據信號的高分辨率部分的至少一個增強信號流，根據預定隔行模式對該基本信號流進行編碼，并且該編碼信號表 示用戶與調整基本信號流解碼的預定隔行模式。
15. 根據權利要求14所述的記錄載體(103),其中該編碼信號 包括表示預定隔行模式的狀態(tài)指示符。
16. —種用于解碼視頻數據信號的計算機程序產品，該程序用于 使處理器執(zhí)行根據權利要求8所述的方法。
17. —種用于編碼視頻數據信號的計算機程序產品，該程序用于 使處理器執(zhí)行根據權利要求9-11中任一項所述的方法。
全文摘要
一種用于再現視頻數據信號的設備接收編碼視頻數據信號；并且具有用于將編碼視頻數據信號解碼成視頻數據信號的處理單元。該編碼視頻數據信號包括表示視頻數據信號的標準分辨率部分的基本信號流(801)以及表示視頻數據信號的高分辨率部分的至少一個增強信號流(802)。該處理單元具有用于檢測基本信號流的預定隔行模式，例如非隔行或者特殊隔行，并且根據所述檢測到的預定隔行模式調整解碼以解碼基本信號流的檢測單元。有利的是，解碼可以包括垂直濾波以根據檢測到的非隔行編碼視頻信號減少再次隔行視頻中的線閃爍，或者可以包括基于混洗視頻的編碼視頻信號的重新混洗以減少再次隔行視頻中的運動抖動。
文檔編號H04N7/24GK101258749SQ200680032677
公開日2008年9月3日 申請日期2006年8月28日 優(yōu)先權日2005年9月6日
發(fā)明者H·范武格特, L·S·洛博, S·德瓦勒, W·H·A·布魯爾斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司