CN1301461A - 块一编制数据的编码 - Google Patents

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Abstract

作为块序列组织的信息流按照适度降级原则进行编码。该信息流提出瞬时非均匀数据处理要求。尤其是,关于接收到的块,一个或多个以块来规定的控制参数和有关的块处理负载被检测(44),在一个用于一个或多个前面块的处理负载的控制(46)下,在对其处理以前一个或多个稍后的块被调节(48)一个或多个控制参数。在过多负载的情况下,对于稍后块的预期负载被减少,当检测到不足标准的负载时,情况就反过来。

Description

块一编制数据的编码
发明领域
本发明涉及对块-编制的声频/视频数据的编码。
发明背景
数字声频和视频信号的处理,例如传输或存贮,必须使用各种数据压缩技术。一个非局限性的例子是MPEG标准,它有各种各样的版本用于声频和视频。另一种标准是H.261.用软件实现这样的压缩,已公开在下文中,Ho Chao Huang et al,基于软件的视频编解码器的新一代:通用视频编码器Ⅱ(New Generation of Real-TimeSoftware-Based Video Codec:Popular Video Coder Ⅱ),IEEE TR.Cons E1.Vol.42,No.4,P.963-973.在一种混合的软件和硬件环境中执行压缩和类似操作是可行的。对于软件编码必要的操作数目是难以预测的,在此以下将主要参考视频描述一种实施方案。目前,通常压缩是在图象组(GOP)的基础上进行的。在此以下,将一直使用术语“图象”。取决于实际的视频标准,术语“图象”可意味着“帧”以及“场”。帧编制的声频或混合的声频/视频信息流的压缩可以类似方式实现。这样的处理必须实时进行,在处理器过载的情况下必须以丢失图象或其部分的形式付出高的代价。适度的降级已被广泛地使用在数据处理中,即,为了保持基本系统的方便放弃一定程度的质量。
发明概述
因此,其中,本发明的一个目的是提供一种改进的编码方法。因而,按照它各个方面中的一个,本发明的特征如权利要求1的特征部分中所述。本发明也涉及用于实现以上方法的一种编码设备。本发明的其它优点列举在从属权利要求中。
发明者已经认识到,规定图象或图象一部分,如时间片的各种控制参数对控制实际处理负载的潜在价值。对于电视来说,一个适当的参数是冗余量Q,它表明在一个块内或整个图象内无关紧要的信息总量。依据本发明的主要方面,将实际的处理负载用于预测未来的处理负载,因此,可调节一个或多个控制参数以避免过载引起的信息损失。
下面将参考最佳实施方案更详细地讨论本发明这些与其它的方面和优点。
附图简述
图1示出发明的设备的方框图;
图2示出一个第一前期轮廓图;
图3示出一个第二期期轮廓图;
图4示出一种策略流程图;和
图5示出一种示范性的MPEG结构
优选实施方案详述
图1是依据本发明的一种设备的方框图,特别用于电视。首先,讨论一种简化版本,其中部件62,64,68,70,72,74,76,78,80已被略去。在输入20上接收到的视频信号被组织在有统一象素数的图象中。在DCT部件22,每个图象被分成一系列的视频块,每块由8×8象素矩阵组成,图象的中间部分分成片,由块的两个相邻水平行组成,对每块进行离散余弦变换以产生8×8数字频率系数矩阵。
在两维的DCT结果块中,每个系数与一个波形频率有关。左上的系数“00”与平均值有关,相应于沿着两个座标的零空间频率,在此位置向右,波动是水平的,在第一位置下面,波动是垂直的。在倾斜方向中,波动的取向与坐标方向相对应,通过逆离散余弦变换的后继解码将无损恢复原来的图象。
在图1中,加权部件24引入各个系数的加权因数,这是考虑到人的感觉对于较小的细节或较高的空间频率灵敏度比较低,这种加权的目的是数据净化。对于系数“00”的加权因数是1,在离开系数“00”的所有方向中加权因数减小。加权因数一般是固定的。在解码器中,这种技术将引起某些信息损失,即使在适宜的观看条件下人的肉眼基本上是看不见的。
在量化器26中,为了进一步的数据净化,偏离系数00的系数除以冗余因数Q,这对所谈到的视频块是统一的,或者甚至对一系列的视频块,如一片,或者对整个视频图象是统一的。接着,商被一个统一的阈值限幅:这将使不大于阈值的系数被丢弃。用于使用软件编码的处理器负载加到图1中的部件26,28,并可被映象到一个单一的高性能微处理器,如INTEL Pentium上。Q值与处理器负载大体上互成反比。
最后,在编码器28中,合成的系数被顺序排列并按照Huffmann或类似类型的码进行可变长度编码,合成的位流在输出32输出,在计算部件34中,实际的处理负载被计算,沿着线路30回授到量化器26,后者可调节Q值,以保持每块或每个图象的处理负载在允许的范围内。
以上,钟周期数取决于图象内容,在不同图象之间,  以及一个图象的片或块之间可以不同。因此,要覆盖最坏情况条件的要求将使硬件设施尺寸过大,本发明已认识到,处理总量可进一步取决于因数Q及其它控制系数,已建议调节Q以控制信道位速率和缓存器的占用。本发明允许通过调节Q和可能的其它控制参数调节处理器负载。
要遵循的一种策略已被示于图4的流程图中,在方框40中,处理器被启动并且必要的硬件和软件工具被组织并初始化,在方框42中,开始处理包括一系列视频块的新图象。在方框44中,实际的进程量被更新。例如,视频块计数或视频线计数按提及的图象内不同的视频块配置进行更新,也和已分配给所谈到的图象的时间间隔内的时间提前有关。方框46检查是否过程是在预先规定的范围内,起初,假定过程在时间上应该是线性的,但是沿着一系列的图象,过程在每个图象内可以是非线性的,过程轮廓沿着序列也可以是不均匀的。如果过程在范围内,在方框50中,下一个视频块被处理,该范围可能需要沿着一系列的视频块和/或图象连续更新。在方框52中,检查是否确定是所谈到的图象的最后视频块,只要不是最块的块,系统就回到方框44,如果是最后的视频块,在方框42中开始下一个图象。然而,如果在方框46中的结果是负的,在方框48中量Q被更新,它将立即影响处理负载,因此,也影响到在方框46中要检查的后继过程。
在这方面,图2示出第一超前轮廓图,特别是线性的轮廓图。所画的线表明额定的进程,表明所有的块在基本相等的时间间隔内被处理。线hi(高)和线lo(低)分别表明上和下阈值,考虑用于调整Q的实际值。如果处理太慢,进程仍然低于所画出的线,以致Q必须被升高,相反也一样。如果从整体上看决策仅以一个图象为基础,则只考虑与图的上边相交的部分,线hi和lo偏离额定线是明显的,这样就避免太频繁的修正Q,系统始终应该以这样的方式设计与控制,即,保留一定的富裕容量,例如20%,等,以对付未预料的事件。
图3示出第二超前轮廓图,它是非线性的:当前的情况表明该图象前面的块的处理时间要比后面块的多。这已从序列的前面图象中得出结论,可由前面块中不均匀的图象内容引起:均匀的图象部分要比具有较多细节的景色部分处理得少,在相继的图象之间,轮廓的斜率以及轮廓中边缘的位置均被保留。在一个图象中这样的不均匀性可引起在Q和/或其它控制参数中的变化进行量化时采取不同策略,一般来说对变化着的Q的量化是一个控制论的问题;应该避免不稳定性,通常取一个以上的图象进行调整以完全设置好,其中调节的步距应在较小的一边上。在整个图象上所做测量的时间响应可以与在块到块基础上所做的测量不同。
本发明可通过举例的方法用在MPEG环境中。图5示出一个用一系列图象表示的示范性MPEG结构。MPEG有三种:I,B和P图象,I图象包含重现所谈到的图象的所有信息,P图象包含少于全部必要的信息,但需要一个已经处理过的图象以这样的方式来重现,即它本身可以作为稍后要被处理的一个图象的前导。最后,B图象包含少于全部必要的信息,但需要一个或多个已经处理过的图象来重现所谈到的图象;可是,这将并不导致是一种本身可再次作为待处理的图象的前导。因此,P图象可被链接,而B图象将始终是最终的图象,相互关系由箭头所示。
对于MPEG方案,图1已被扩展,特别是,一个回授环包括一个逆量化器68,它是量化器26的相反物,而且,部件70作为DCT部件22的相反物执行逆离散余弦变换。结果被提交给相加器72,并接着存贮在存贮器74中。对于B和P图象,部件76的输入77接收一个或多个移动补偿向量,结果在图象中的移动可被有效地补偿。合成的图象内容被送到减法器60,执行B和P图象的异或操作,对于I图象,开关62被关闭,相加器60被有效地短路,对于B和P图象,移动补偿过的图象也通过开关64送到相加器72,用于叠加到从IDCT70接收到的图象上。
可变长度编码器28在输出32上输出已编码的信息流,用于存贮或传输。并进一步发送进程信号给计算部件34,也可在输出位速率32以前发送信息到位速率控制方框80,后者将检查是否作为在一个可用的时间间隔上平均的位速率将未超过从输出32下游的部件的处理和/或缓存容量。此结果是一个控制信号,可与输出32在下游方向并排地输出,以及与控制信号一起从计算部件34回授到逻辑组合部件78,如果位速率负载未超过,计算部件34是确定的。如果位速率太高,组合部件78将通过计算部件34否决控制。
控制参数的进一步修正包括以下内容:在MPEG流中,B图象可有选择地略去。而且,在图1的加权方框24中的系数限制可以更精确的,或更宽松的方式进行,移动估计可以不太彻底完善的方式进行,如取较少移动向量选项,例如用3来代替5。
在本发明内容中的进一步措施有:
在一组连续图象(GOP)的基础上监测负载的复杂性,这一组图象全具有近似相同的Q值,各种图象类型的性质,如在MPEG中的I,P和B图象被考虑为分配各自合适的Q的水平。在相关量不管如何具有近似零的差值时,在输入和已补偿输入之间的差分信号可通过DCT部件22输入上的系数限制被强制为零。这可通过移动估值设备的输出信号发信号。在方框DCT,Q,IQ和IDCT中的计算是以前的。
当一个特定的B或P图象仍然不可能被恢复时的一种进一步措施是取紧接前面的I图象和紧跟以后的非I图象,并将两图象之间的差分向量用2除,这样事实上,得到一个平均的图象。
应该注意到,以上提到的实施方案说明并不是对本发明的限定,本领域的技术人员将能够设计许多替代实施方案而不偏离所附的权利要求的范围。在权利要求中,任何放在括号之内的参考符号并不构成对权利要求的限制。词“包括”并不排除存在权利要求中列举的以外的其它部件或步骤。本发明可借助于包括几个分离部件的硬件来实现,也可通过适当编程的计算机来完成。在列举几个装置的设备权利要求中,这些装置中的几个可通过一个并且是相同的硬件项来实施。

Claims (11)

1.一种依据适度降级原则对输入信号编码以获得信息流的方法,所述的信息流由一系列的块构成并提出瞬间非均匀数据处理要求,
其特征在于本方法包括以下步骤:
确定(44)一个或多个控制参数和一个块有关的处理负载;和
调节(48)一个或多个所述的参数,在一个或多个以前块以前的处理负载控制(46)之下,在处理(50)以前对一个或多个稍后的块进行。
2.根据权利要求1的方法,其中所述的块是场或图象。
3.根据权利要求1的方法,其中所述的一个或多个控制参数包括冗余量Q。
4.根据权利要求1的方法,其中所述的信息流由场或图象组成,每个场或图象由一个均匀的块序列组成;和
所述的处理负载是通过在一个所述的块序列内的进程与在一个实际被分配的场或图象时间内的时间进程作比较进行量度的。
5.根据权利要求4的方法,其中所述的处理负载是通过将所述的进程与相应的一个稍前的场或图象的进程作比较进行量度的。
6.根据权利要求4的方法,其中在一个所述的块序列内非均匀的瞬间进程是允许的。
7.根据权利要求2中的方法,该方法还包括以下步骤:
解决在所述的信息流内各种不同场或图象类型之间由实际图象类型确定的非均匀处理的复杂性。
8.根据权利要求2中的方法,用于MPEG视频信号,该方法包括以下步骤:
根据一组连续图象(GOP)监测负载复杂性,这组图象具有近似均匀的Q值,但是类型各不相同;
并考虑这些各不相同的类型用于分配各自不同的水平检查所述的处理负载。
9.根据权利要求1的方法,用于MPEG视频信号,该方法包括以下步骤:
动态检查是否一个输入信号与其移动补偿后的信号具有低差值;
在正的情况下通过用于等待此差值处理步骤的系数限制强制此差值为零;
通过一个移动估值器及指望寻找所述的移动补偿后的信号发出信号。
10.根据权利要求1的方法,用于MPEG视频信号,该方法还包括以下步骤:
检查是否一个特定的图象可被复原;和
在负的情况下,着手寻找在一个紧接前面图象和紧随其后图象之间的平均图象。
11.一种依据适度降级原则对输入信号编码以获得信息流的编码器,所述的信息流作为块系列被组织,并提出瞬时非均匀数据处理的要求,其特征在于编码器包括:
用于确定一个或多个块有关处理负载的装置(34)。
用于调节一个或多个所述的控制参数的调节装置(26),在一个或多个前面块以前一个处理负载的控制(34)下,对其处理以前加到一个或多个稍后的块上。
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