[发明专利]对无缝拼接、可变编码率、压缩数字视频信号的帧比特长度分配

说明书

发明的背景

本发明一般涉及数字视频压缩，尤其直接涉及了把帧比特长度分配给第一压缩编码的数字视频信号的一组图像，该信号将随着有第二压缩编码的数字视频信号的图像组的传输被拼接。

参照图1，现有技术适于拼接压缩编码的数字视频信号的数字视频压缩和解压缩系统包括控制器10，编码器12，编码器输出缓冲器14，信号拼接器/多路器16，解码输入缓冲器18和解码器20。编码器12把第一数字视频信号22a的每个图象组中每一帧的比特长度压缩为可变分配的比特数。编码器12连接压缩的帧以提供第一压缩编码的数字视频信号24a，该信号从编码器缓冲器14发送到信号拼接器/多路器16。

拼接器/多路器16把拼接前编码的前一个第一信号图象组和拼接后发送的第二压缩编码的数字视频信号24b的第一图象组相拼接，以提供拼接后的信号26。第一和第二压缩编码的信号24a、24b在切换时间间隔期间被拼接，如图2所示该时间间隔开始于预定切换时刻T并结束于拼接点S。解码器20解码拼接后的信号26并重建视频帧。

控制器10控制编码器12的操作。在这样做时，控制器10调整编码率并为每一帧分配压缩的比特长度。

第二压缩编码的数字视频信号24b可以由与提供的以压缩编码的数字视频信号24a相同的编码器和控制器的组合类型来提供。

比特编码率可以是可变的。任何时候从比特编码率的任何变化和每个编码的视频帧的长度的变化看来，每个编码器缓冲器14和解码缓冲器20却可以包括多于一帧。

当由不同的视频信号服务器编码的第一和第二压缩编码的数字视频信号的拼接被确定发生时，为了使拼接为无缝的，拼接前所有在最后的第一信号图象组内的帧被在预定的切换时间T之前编码，在该时刻持续时间SI的切换间隔开始，随着拼接的第一第二信号图象组的第一帧直到拼接时刻S才被发送，该时刻发生在切换时间间隔的结尾。见图2。在切换时间间隔内不发送视频帧。

为了使拼接点是无缝的，跟随拼接的第二信号的第一图象组的第一帧必须有预定的vbv-延迟。如图2所示，vbv-延迟是一帧的第一比特进入解码缓冲器的时刻和对该帧解码的时刻之间的时间间隔。

控制器10如此对每一帧分配比特长度以便使所有视频帧的主观图像质量是一致的。由于视频帧的编码帧类型的特性(例如I-帧，B-帧和P-帧)一些视频帧需要比其它帧更大的比特预算，或者由于图象中复杂的运动、改变亮度等级或场景改变，因为由这样的帧表示的图像更难压缩。因此，按照当前图象组中剩余的比特数，不同帧类型的帧系数和当前帧是否包含场景变化，控制器10对当前图像组中的当前帧分配比特预算。

控制器10也如此对不同帧分配比特长度以便确保接收编码后的帧时，解码缓冲器18不上溢或下溢。当不是所有与给定帧相关的比特在解码器开始解码给定视频帧时已经到达解码缓冲器时解码缓冲器下溢发生。控制器10通过在解码器12压缩的每个视频帧的比特尺寸上加入各自的最大值和最小值限制来阻止解码缓冲器18的下溢和上溢。

在编码当前帧以前，按照比特编码率和已经编码的帧的比特长度，通过估计在解码时刻解码缓冲器丰度DBF是多少，控制器10确定用来阻止当前帧从解码缓冲器18向解码器20上溢和下溢的当前帧的最大和最小的比特尺寸。

为了防止缓冲器下溢，控制器10按照以下方式确定当前帧的最大比特长度：

CF_MAX＝DBF(dt/cf)                                  {等式1}

其中是DBF(dt/cf)是当前帧在解码时刻解码缓冲器丰度的估计。

DBF(dt/cf)＝B(ct-dt)-EBF(ct)                        {等式2}

其中B(ct-dt)是从当前时刻直到当前帧的解码时刻由编码器/缓冲器14发送的比特数的估计，EBF(ct)是编码器缓冲器14的当前丰度，这由仍然在编码器缓冲器14中的已编码的帧中比特的计数确定。

为了阻止缓冲器上溢，控制器10按照如下方式确定当前帧的最小比特长度CF_MIN：

CF_MIN＝DBF(dt/cf)-DBF(dt/nf)+B(dt/cf-dt/nf)        {等式3}

其中DBF(dt/nf)是在下一帧的解码时刻解码缓冲器丰度的估计，这以与对当前帧的DBF(dt/cf)相同的方式来确定，按照等式1和等式2来确定，B(dt/cf-dt/nf)是由编码器缓冲器14从当前帧的解码时刻直到下一帧的解码时刻发送的比特数的估计。