[发明专利]视频数据量化控制装置

说明书

本发明涉及用以控制视频数据量化的装置和方法。

如果图象信息是以数字格式提供的，则重现的视频图象就会明显地被增强。但是，实时数字编码的视频信号所占的带宽明显地要比模拟的视频信号的带宽宽，而且在当前传输信道内可采用的数据速率是受限制的，该速率标称植不足以处理原始信号的数字编码的视频信号。为此，数字的视频信号要在传送之前被压缩。

被压缩的视频数据以可变速率出现，亦即各帧含有不同数量和被压缩数据。希望以相当于信道容量的一种恒定速率来传送被压缩的数据，以有效利用信道。提供速率缓冲器用以执行可变/恒定速率变换。供给速率缓冲器的数据量可根据缓冲器的占用率来调整，这种调整是借助监视缓中器的占用率以产生控制信号而实现的。压缩器通常包括可变量化被压缩数据的装置，该装置按照控制信号的某种函数来调节供给该速率缓冲器的被压缩数据的数量。

目前已知的、可以用来计算把视频数据压缩到一特定速率所需的量化电平的第一种方法是计算施加在一整帧上的量化步的大小，这种方法虽然在各帧上提供了一个均匀量化的图象，但它难以精确地确定以所需速率提供数据时的量化电平。第二种方法是把每一帧划分为多个块，并且以块为基础产生量化电平。这种方法虽然可以所需的速率精细地提供被压缩的数据，但由于图象的不同区域不同地被量化，因而图象可能不是以一致的质量被重现的。

本发明含有以逐块为基础量化视频信号的装置，以相当恒定的速率提供数据，在图象质量上没有引入非一致性的倾向。

本发明是在用以自适应地控制被压缩视频信号数据宏块量化的装置中实施的。该装置包括一个量化器，该量化器接收数据宏块，以逐个宏块为基础，根据一种预定的量化函数对代码数据进行量化。该量化器响应一个复杂性控制信号，改变量化函数。此外，还提供一种信号产生装置，该装置响应各数据宏块内和相邻各块，产生复杂性控制信号，供给各宏块使用。

图1示出含有实施本发明的量化器在内的视频信号编码装置的方块图；

图1B和1C示出按照与MPEG式压缩有关的编码方式顺序已编码的视频信号帧的块的图象；

图2和图3是表示MPEG式信号的编码格式的简图；

图4是图1中MPEG式压缩器的部分细节方块图；

图5是以部分原理图和部分图示说明表示量化装置及其函数；

图6示出在产生有关宏块的量化复杂性信号过程中所使用的各数据块的相对位置。

本发明是在高清晰度电视信号编码器的环境下描述的，但它对于任何提供经历量化的压缩数据块的视频信号编码系统是普遍适用的，例如CD-I系统。为了公开本发明的目的，将视频数据按照MPEG式的格式被压缩。“MPEG”式指的是与“标准化国际组织”订立的编码格式相似的一种编码格式。这种格式在“标准化国际组织”的文件IS0-IEC JT(1/SC2/WGl)，“运动图象及有关声频的编码”，MPEG 90/176，1990年12月18日的Rev.2中描述了。

在MPEG系统中，接续的视频帧的奇数场按照以下三种压缩算法中的一种进行压缩，亦即帧内编码(I)，预测编码(P)，或者是，双向预测编码(B)。偶数场则被丢掉。用相应算法进行编码的连续帧示于图1B中，作为一个例子。在图1B中，各编号的框对应各连续帧间隔，在上述各框上面的字母对应在相邻帧上采用的编码类型。

图1示出按MPEG式的格式对视频信号编码的一种示例性的HDTV装置。在所示的HDTV系统中，各帧的奇数场和偶数场都被编码。图1示出处理单一视频输入信号的系统，但可以理解，亮度分量和色度分量是单独压缩的，并且利用亮度运动矢量来产生被压缩的色度分量。将被压缩的亮度分量和色度分量交错，以形成宏块，供传输用。

如图1B所示的一序列的图象场/帧施加在压缩器10上，后者产生一个被压缩的帧序列(图1C)，各帧按照MPEG式的格式来编码。框内的数字表示连续的帧号，字母I、P、B表示在有关帧上采用的压缩方式。对于帧1-15所示的编码I、P、B顺序是循环重复的。

在图3中以缩写形式所示的MPEG分级格式含有多层，每层具有各自的头标信息。标称上，每个头标都含有一个起始码、与各自层有关的和与增加头标扩充部分有关的数据。大部分头标信息(如在前引述的MPEG文件中所指明的)对于MPEG系统环境中的同步化用途是需要的。为给数字HDTV电视和无线广播同时联播系统提供压缩的视频信号的目的，仅描述性的头标信息是需要的，亦即起始码和选择扩充部分可被除掉。编码视频信号的各层在图2中示出。