專利名稱：影像轉(zhuǎn)換編碼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)數(shù)字電視或數(shù)字影像設(shè)備應(yīng)用領(lǐng)域，特別是關(guān)于將具有特定比特率的MPEG(活動圖像專家組)比特流，重新轉(zhuǎn)換為另一種比特率來進行傳輸?shù)挠跋褶D(zhuǎn)換編碼(transcoding)裝置的。


圖1是一般影像轉(zhuǎn)換編碼裝置結(jié)構(gòu)的框圖。它由解碼部(10)，幀存儲部(20)，編碼部(30)，比特率控制部(50)構(gòu)成。解碼部(10)由下列部分構(gòu)成，即有接收視頻比特流之后，進行可變長度解碼(Variable LengthDecoding；VLD)的VLD(11)部；對上述VLD的離散余弦轉(zhuǎn)換(DCT)系數(shù)，進行逆量化(Inverse Quantized；IQ)的逆量化部(12)；對逆量化的離散余弦變換系數(shù)，進行反離散余弦轉(zhuǎn)換(Inverse Discrete CosineTransform；IDCT)的IDCT部分(13)；對逆離散余弦變換數(shù)據(jù)和運動補償數(shù)據(jù)，進行加法運算的加法器(14)；為了對加法器(14)的輸出進行運動補償而對它們進行存儲的存儲器(15)；利用存儲器(15)中儲存的數(shù)據(jù)和由VLD部分(11)輸出的運動矢量，進行運動補償后，將它輸出到加法器(14)的運動補償部(16)。在這里，加法器(14)的輸出，為進行運動補償，將存入到存儲器(15)；同時為進行影像轉(zhuǎn)換編碼，還將存入到存儲器(20)。另外，編碼部(30)是為了將解碼部(10)的輸出轉(zhuǎn)換為另一比特率而設(shè)置的。它由下列部分構(gòu)成；即從幀存儲器(20)的輸出數(shù)據(jù)中減去運動補償數(shù)據(jù)的減法運算用減法器(31)；對減法器(31)輸出進行離散余弦變換的DCT部(32)；對在DCT部(32)中已經(jīng)進行了離散余弦變換的系數(shù)再進行量化的量化部(33)；對量化離散余弦變換系數(shù)進行可變長度編碼(Variable Length Coding；VLC)的VLC部(34)；對量化的離散余弦變換系數(shù)進行逆量化的IQ部(35)；對在IQ部(35)中已經(jīng)進行了逆量化的系數(shù)再進行逆離散余弦變換的IDCT部(36)；對在IDCT部(36)中已經(jīng)進行逆離散余弦變換的數(shù)據(jù)和運動補償數(shù)據(jù)，再進行加法運算的加法器(37)；為運動補償需要對加法器(37)的輸出進行存儲的存儲器(38)；對存儲器(38)中存入的數(shù)據(jù)，進行運動補償后，把它輸出到減法器(31)和加法器(37)的運動補償部(39)；以及由于進行了可變長度編碼的數(shù)據(jù)長度不均勻，將對可變長度編碼的數(shù)據(jù)暫存后，按一定速度進行輸出的緩沖器(40)。比特率控制部(50)由下列部分構(gòu)成，即從緩沖器(40)接收緩沖充滿度，并進行標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)計算的標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)計算部(51)；用幀存儲器(20)計算影像活化度的活化度計算部(52)；根據(jù)已求的標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)和已算出的活化度，生成一個在實際量化中要使用的實際量化參數(shù)，并將其輸出到量化部(33)的量化參數(shù)發(fā)生部(53)。在如此構(gòu)成的圖1中，譯碼部(10)的VLD部(11)，將輸入的視頻位流進行可變長度譯碼，并分離成運動矢量、量化值以及離散余弦變換(Discrete Cosine Transform)系數(shù)后，將運動矢量(MV)輸出到運動補償部(16)；而量化值及離散余弦變換系數(shù)則輸出到IQ部(12)。IQ部(12)將把離散余弦變換系數(shù)根據(jù)量化值進行逆量化后，輸出到IDCT部(13)；IDCT部(13)將逆量化的離散余弦變換系數(shù)，進行逆離散余弦變換后，輸出到加法器(14)。如果，解碼部(10)是一般的MPEG-2視頻解碼器，那么IDCT部(13)就按MPEG-2視頻語法(syntax)，將以8X8圖像塊為單位進行逆離散余弦變換。這時由MPEG規(guī)定的圖像形態(tài)有I，P，B三種。
當(dāng)通過IDCT部(13)所復(fù)原的數(shù)據(jù)為I圖像時，是一個能夠直接顯示出來的完整畫面；而為B，P圖像時，是一個需要通過運動補償部(16)進行運動補償?shù)牟煌暾嬅?。也就是說，若把I圖像當(dāng)作為基準(zhǔn)時，顯示運動信息的運動矢量可看作“0”。如果是B，P圖像，那么應(yīng)利用存入在存儲器(15)的前幀圖像來復(fù)原成原來的畫面。在這里所謂的運動矢量(Motion vector；MV)是指，為了運動補償，從當(dāng)前圖像或場座標(biāo)與作為基準(zhǔn)幀的場座標(biāo)之間的一個偏移(offset)的二維矢量。而且，從VLD部(11)輸出的運動矢量輸出到運動補償部(16)；運動補償部(16)利用運動矢量和存儲器(15)中存儲的前一幀，對當(dāng)前像元值進行運動補償后，向加法器(14)輸出。即，運動補償部(16)利用存儲于存儲器(15)的前一幀和VLD部(13)輸出的當(dāng)前B或P圖像運動矢量，進行單向或雙向預(yù)測，將把B或P圖像復(fù)原成完整的影像。加法器(14)，把逆離散余弦變換的值和運動補償值相加之后，復(fù)原成最終像元值的完整的影像，并將其存儲于運動補償用存儲器(15)和影像轉(zhuǎn)換編碼用的幀存儲器(20)。就是說，I圖像時，被逆量化/逆離散余弦變換的結(jié)果，將直接存入到存儲器(15，20)；而P圖像或B圖像時，運動補償數(shù)據(jù)和逆離散余弦變換的結(jié)果，將在加法器(14)中進行加算后，存入存儲器(15，20)。這時，為了將存儲器(20)中存儲的影像，再次轉(zhuǎn)換為低傳輸比特率的位流之后，存于象硬盤的存儲裝置時，就需要類似編碼器(30)之類的視頻編碼設(shè)備。就是說，編碼器(30)中的減法器(31)，對幀存儲器(20)輸出的數(shù)據(jù)為I圖像時，將原封不動地進行輸出；而數(shù)據(jù)為P或B圖像時，將用與運動補償部(39)運動補償數(shù)據(jù)的差值輸出到DCT部(32).DCT部(32)將對輸入的數(shù)據(jù)進行離散余弦變換之后，輸出到量化部(33)進行量化。在這里，DCT部(32)將通過二維軸的變換來消除數(shù)據(jù)的相關(guān)性；為此將圖像按像塊劃分后，將各個被劃分的像塊按離散余弦變換式進行軸變換。這樣進行軸變換的數(shù)據(jù)有向一個方向(低域方向)集中的傾向；在量化部(33)中，以一定的量化間格只將對這些集中的數(shù)據(jù)進行量化后，輸出到可變長度編碼部(Variable Length Coding；VLC)(34)。VLC部(34)將以短碼字來表示經(jīng)常出現(xiàn)的值，用長碼字來表示不常出現(xiàn)的值，從而減少整個的比特數(shù)。這時，在VLC部分(34)經(jīng)可變長度編碼的數(shù)據(jù)，將輸出到緩沖器(40)。緩沖器(40)暫存可變長度編碼數(shù)據(jù)后，按一定的速度向硬盤等的存儲裝置(Storage)輸出，并計算緩沖器的充滿度，輸出到比特率控制部(50)。即，利用譯碼部(10)和編碼部(30)，將具有特定比特率的MPEC位流轉(zhuǎn)換為另一種比特率，例如低傳輸?shù)谋忍芈屎?，存入存儲裝置。而且，在量化部(33)被量化的離散余弦變換系數(shù)，重新輸入到IQ部(35)被逆量化后，輸出到IDCT部(36)。IDCT部(36)將對逆量化的離散余弦變換系數(shù)進行逆離散余弦變換，并輸出到加法器(37)。加法器(37)將把逆離散余弦變換值和運動補償值，相加復(fù)原成最終像元值，即完整的影像后，為了運動補償存入到存儲器(38)。運動補償部(39)利用從存儲器(38)讀出的上一幀進行運動補償后，輸出到減法器(31)和加法器(37)。另外，HDTV(高清晰度電視)傳輸信道的帶寬是固定的，而各個影像數(shù)據(jù)因最終都得進行可變長度編碼，所以數(shù)據(jù)量將隨時間而不同。而且，為了按給定的傳輸率去調(diào)節(jié)發(fā)生的數(shù)據(jù)量，就需要位速率控制(rate control)部(50)。位速率控制部(50)主要根據(jù)緩沖器(40)的充滿度(buffer fullness)，改變量化部(33)的步長，調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)生量。即，當(dāng)發(fā)生的比特數(shù)在基準(zhǔn)值以上時，緩沖器(40)中充填的數(shù)據(jù)量會增加，為此就要加大量化步長以減少下次發(fā)生的比特數(shù)；相反，當(dāng)數(shù)據(jù)發(fā)生量在基準(zhǔn)值以下時，將減小量化步長以增加發(fā)生比特數(shù)，使緩沖器(40)的狀態(tài)從整體上調(diào)節(jié)成維持一個恒定值。
這時，如果參照在ISO(International Organization forStandardization---國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)所屬機構(gòu)IS/IECJTC1/SC29/WG11中正在進行的國際標(biāo)準(zhǔn)化的MPEG-2資料(文件號AVC-491，TEST MODEL5)，比特率控制部(50)應(yīng)履行下面三個階段的動作。首先，第一階段是預(yù)測復(fù)雜度，分配目標(biāo)比特階段。即根據(jù)傳輸比特率按GOP(Group OfPicture---圖像組)單位分配一定的位速率，并在GOP內(nèi)部，根據(jù)各個圖像(I、P、B幀)的復(fù)雜度，將把應(yīng)分的各個圖像的比特分出去。
這時，I、P、B圖像被編碼后，I、P、B各個圖像的復(fù)雜度(X)按下列數(shù)學(xué)式1求得。[數(shù)學(xué)式1]XiSiQiXpSpQpXbSbQb其中，Si，Sp，Sb分別是對傳輸移轉(zhuǎn)的I、P、B圖像進行編碼后發(fā)生的比特量；Qi、Qp、Qb是對各個圖像的所有宏塊進行編碼期間使用的量化參數(shù)平均值。
初始復(fù)雜度，定為Xi＝160*比特率/115，Xp＝60*比特率/115，Xb＝42*比特率/115。這時的比特率按比特數(shù)/秒求得。即，根據(jù)影像編碼形態(tài)I、P、B圖像的比特率來編碼的I，P，或B圖像的各目標(biāo)比特(Ti、Tb、Tp)，將按下列數(shù)學(xué)式2分配。[數(shù)學(xué)式2]Ti＝max{R/(1+NvXp/XiXp+NbXb/XiKb)，bit_rate/8spicture_rate}Tp＝max{R/(Np+NbKpXb/KbXp)，bit_rate/8spicture_rate}T＝max{R/(Nb+NpKbXp/KpXb)，bit_rate/8spicture_rate}在數(shù)學(xué)式2中，Kp、Kb是存在于量化行列中的常數(shù)，分別定為Kp＝1.0，Kp＝1.4；R為在GOP分配比特中，對上一圖像進行編碼后剩下的比特數(shù).bitrate為(信道頻道)傳輸率(bit/sec)，picture_rate為每秒中被解碼的圖像數(shù)。GOP開始時的R(位速率bit rate)值為0。并且，對每個GOP，R定為R+GOP_target，從R減去每個GOP所發(fā)生的比特量之后，將把它更新為R。在這里，G＝bit rate*N/Picture_rate，N為GOP的大小。還有Np，Nb為當(dāng)前在GOP內(nèi)需要編碼的P，B圖像的數(shù)。
第2階段為調(diào)節(jié)傳輸率(即，比特率)階段。根據(jù)虛擬緩沖器(virtualbuffer)(40)的充滿度去計算各個宏塊的標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)，按照第一階段分配的比特，去控制各個圖像的比特率，以便能去對當(dāng)前的圖像進行編碼。在這里，假設(shè)各個圖像都具有任意的虛擬緩沖器，那么將采用一種按緩沖器的狀態(tài)來調(diào)節(jié)量化參數(shù)的方法。
第3階段為適應(yīng)量化階段。求當(dāng)前需要編碼的宏塊活化度(ACTIVITY)，并使其規(guī)范化。將把這一規(guī)范化的活化度和在第2階段求得的標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)相乘，得出實際用于量化的量化參數(shù)。就是說，適應(yīng)量化是提高畫質(zhì)的一種主觀方法，是根據(jù)當(dāng)前的宏塊復(fù)雜度來變換標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)的一個方法。
即，進行比特分配及緩沖器充滿度計算的第1、第2階段是，通過緩沖器(40)及標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)計算部(51)來完成的；而進行適應(yīng)量化的第3階段是由活化度計算部(52)及量化參數(shù)發(fā)生部(53)來完成的。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的即影像轉(zhuǎn)換編碼裝置具有下述的結(jié)構(gòu)特征，設(shè)有對接收的高清晰度視頻比特流進行解碼的解碼部；把在解碼部得到解碼的視頻位流進行存儲的幀存儲部；對通過幀存儲部輸出的視頻比特流進行再編碼，并將其轉(zhuǎn)化為低清晰度視頻比特流的編碼部以及位速率控制部。其中，比特率控制部由下列部分構(gòu)成，即設(shè)有一個圖像比特計數(shù)器，它將去計算在輸入到解碼部的當(dāng)前被解碼的視頻比特流中，每個圖像實際被解碼的比特量；設(shè)有一個緩沖器，它將利用圖像比特計數(shù)器計算出的比特量和在編碼器中被編碼成可變長度的視頻比特流，去求再編碼圖像的目標(biāo)比特數(shù)，然后再利用所得目標(biāo)比特數(shù)，去計算緩沖器的充滿度；設(shè)有一個按照緩沖器輸出的緩沖充滿度，去計算標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)計算部；設(shè)有計算譯碼器輸出的影像活化度用活化度計算部；按照求得的標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)和計算出的活化度來生成實際量化將被使用的量化參數(shù)，并將其輸出到編碼部和量化部的量化參數(shù)發(fā)生部。
圖像比特計數(shù)部，具有下述特征，即在解碼部輸入的視頻比特流中，對圖像起始代碼進行檢波，并對檢波到的起始代碼和下一個圖像起始代碼之間的比特數(shù)進行計數(shù)，并予以輸出。
本發(fā)明的效果本發(fā)明的影像轉(zhuǎn)換編碼裝置，將10Mbps以上HD級MPEG序列，轉(zhuǎn)換為6Mbps級以下的NTSC級MPEG序列時，通過利用包括圖像比特計數(shù)器部在內(nèi)的，比特率控制部和下行抽樣部，可縮短計算時間，簡化硬件的復(fù)雜度。而且，在維持良好的畫面質(zhì)量的情況下，還能有效地縮減存儲容量。尤其是能大幅簡化比特率控制部階段1的比特分配，不僅能縮減硬件，還能改善畫面質(zhì)量。而且，在控制比特率時，因無須GOP結(jié)構(gòu)方面的信息，所以能及時有效地對當(dāng)前的圖像進行比特分配和量化。
圖2示出采用本發(fā)明比特率控制部的影像轉(zhuǎn)換編碼裝置結(jié)構(gòu)框圖。
圖3示出本發(fā)明另一實例的影像轉(zhuǎn)換編碼裝置結(jié)構(gòu)框圖。
圖面主要部分的符號說明100解碼部200前處理部300幀存儲部 400編碼部500轉(zhuǎn)換編碼參數(shù)控制部600比特率控制部601圖像比特計數(shù)部602基準(zhǔn)量化參數(shù)計算部603活化度計算部604量化參數(shù)發(fā)生部圖2示出了采用本發(fā)明比特率控制部(600)的影像轉(zhuǎn)換編碼裝置結(jié)構(gòu)框圖。位速率控制部(600)之外的結(jié)構(gòu)部分，即韓國專利(2002-57525)在將HD級MPEG序列轉(zhuǎn)換為NTSC級序列時，是利用被視頻譯碼的MPEG-2參數(shù)的，因此在編碼器中進行運動補償時，可去掉運動預(yù)測過程，于是可以減少運動補償及計算時間，并能減少硬件的復(fù)雜度。
在本發(fā)明中，只對比特率控制部(600)及計算緩沖器(40)的充滿度進行說明。
比特率控制部(600)由下列部分構(gòu)成，即設(shè)有在當(dāng)前要被解碼的MPEG-2比特流中，對每一個圖像計算出實際得到編碼的比特量的圖像比特計數(shù)部(601)；根據(jù)從緩沖器(40)輸出的緩沖充滿度，計算標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)計算部(602)；從幀存儲器(300)的輸出中，計算影像活化度的活化度計算部(603)；根據(jù)計算出的標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)和活化度，去生成在實際量化中要被使用的量化參數(shù)，并將其輸出到編碼器(400)之量化部(33)的量化參數(shù)發(fā)生部(604)。
這里，緩沖器(40)利用圖像比特計數(shù)部(601)計算的比特量，去求需要在編碼部(400)進行編碼的圖像目標(biāo)比特數(shù)，并利用該求得的目標(biāo)比特數(shù)，去計算緩沖器充滿度，并將其輸出到比特率控制部(600)的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)計算部(602)。
根據(jù)比特率來調(diào)節(jié)量化部(33)的量化參數(shù)，對保證畫面質(zhì)量是至關(guān)重要的。本發(fā)明利用圖像比特計數(shù)器(601)來控制比特率和量化。
為此，圖像比特計數(shù)器(601)具有如下功能即在當(dāng)前輸入的視頻位流中，檢波picture_start_code的功能，和對下一個picture_start_code之間的比特進行計數(shù)的功能。那么，在圖像比特計數(shù)器部(601)中計數(shù)的比特數(shù)，將成為一個去編碼高清晰度影像的一圖像比特數(shù)(T1＜T1i，T1p，T1b)。
于是，緩沖器(40)就可以利用比特數(shù)(T1)和數(shù)學(xué)式3至數(shù)學(xué)式5，可以去預(yù)測為編碼低清晰度影像用一圖像的目標(biāo)比特數(shù)。數(shù)學(xué)式3T1-cER1數(shù)學(xué)式4T2-cER2數(shù)學(xué)式5T2＝T1ER2/R1這里，T1和R1是被傳輸視頻比特流的一圖像目標(biāo)比特數(shù)和一序列比特率。而T2和R2是將要轉(zhuǎn)換編碼的視頻比特流一個圖像的目標(biāo)比特數(shù)和一序列比特率。c為比例常數(shù)，它由GOP內(nèi)余下的I，P，B圖像個數(shù)及復(fù)雜度(complexity)構(gòu)成。
這時，如果假定低清晰度影像復(fù)雜度，同高清晰度影像復(fù)雜度沒有多大差別，那么可由數(shù)學(xué)式3和數(shù)學(xué)式4得到數(shù)學(xué)式5。
在這里，從MPEG比特流語法(syntax)中很容易得到R1；而R2是我們要再傳輸?shù)谋忍芈省Ａ硗?，由于T1在圖像比特計數(shù)器(601)中進行檢波，所以當(dāng)前需要編碼的圖像目標(biāo)比特數(shù)T2也容易求得。為此，在現(xiàn)有的比特率控制方式中，省略了目標(biāo)比特數(shù)分配部分，可以減縮了硬件。
利用T2對量化和比特率進行控制的3個階段，具體如下階段1比特分配(Bit allocation)
首先，緩沖器(40)將用下述數(shù)學(xué)式6，去求要編碼的圖像目標(biāo)比特數(shù)。
數(shù)學(xué)式6T2(k)Ti(k)sR2R1kH{i-p-b}上述數(shù)學(xué)式6是將數(shù)學(xué)式5一般化的式子，T1(k)是在GOP內(nèi)為K-圖像分配的目標(biāo)比特數(shù)，將從圖像比特計數(shù)器(601)中求得。階段2)比特率控制(Rete control)階段2為調(diào)節(jié)傳輸率(即位速率)的階段。在該階段，控制比特率，以便按階段1求得的目標(biāo)比特數(shù)，對當(dāng)前圖像進行編碼。
為此，緩沖器(40)利用階段1求得的目標(biāo)比特數(shù)T2，在對宏塊J進行編碼之前，如按下列數(shù)學(xué)式7，去求各個緩沖器的充滿度。數(shù)學(xué)式7di＝di0Bi-1-(T2iS(j-1)/MB cnt)di＝di0Bi-1-(T2iS(j-1)/MB cnt)db＝db0Bi-1-(T2bS(j-1)/MB cnt)這里，d0i，d0p，d0b表示各個圖像的虛擬緩沖器(40)的初始充滿度。這是在最先的同類圖像中的比特率控制誤差。即，在以前同類圖像編碼中發(fā)生的比特數(shù)和分配給該圖像的比特數(shù)的差。Bj表示包括j在內(nèi)，到目前為止對宏塊進行編碼時所發(fā)生的比特數(shù)。MB-cnt表示圖像內(nèi)總的宏塊數(shù).di，dp，db表示各個圖像虛擬緩沖器(40)的充滿度，而最后虛擬緩沖器(40)的充滿度(di，dp，db；j＝MB-cnt)，被用作下一圖像的初始充滿度(d0i，d0p，d0b)。
這樣求得的緩沖器(40)的充滿度dj，將輸出到比特率控制部(600)的標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)計算部(602)。
標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)計算部(602)，利用j-1宏塊至的在編碼時所發(fā)生的緩沖器(40)的充滿度，如下列數(shù)學(xué)式8，去求出j宏塊標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)Qj，然后輸出到量化參數(shù)發(fā)生部(604)。數(shù)學(xué)式8Qi＝(djs3l/r)
其中，數(shù)學(xué)式8的反應(yīng)參數(shù)(reaction parameter)r，將按下列數(shù)學(xué)式9求得。數(shù)學(xué)式9r＝2sR2/picture-rate階段3適應(yīng)量化適應(yīng)量化是提高主觀畫面質(zhì)量的方法，是將上面的標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)，根據(jù)當(dāng)前的宏塊復(fù)雜度，加以改變的一種方法。為此，活化度(activity)計算部(603)，接受幀存儲器(300)的輸出之后，去求當(dāng)前要編碼的宏塊活化度actj，以活化度actj計算出規(guī)范化的活化度N-actj，并向量化參數(shù)發(fā)生部(604)輸出。在這里，actj將在宏塊中各個子塊離散值中的最小值的代表來使用。
另外，表示各個宏塊復(fù)雜度值的actj的規(guī)范化，將按下列數(shù)學(xué)式10求得數(shù)學(xué)式10N-actj＝[(2sactj)+avg-act]/[actj+(2savg-act)]式中，avg-act是最近編碼的圖像活化度actj的平均值。通常，在頭一個圖像中定為avg_act＝400；但在本發(fā)明中，則先求出初次譯碼的原清晰度宏塊的avg_act值，并以此設(shè)定為初始值。因而，可獲得更好的畫面質(zhì)量。
這時，對人類視覺敏感的平坦部分，因為actj比當(dāng)前圖像復(fù)雜度(avg-act)全體的平均值還要小，所以N-atcj變小；而不夠敏感的復(fù)雜領(lǐng)域，因為actj比復(fù)雜度的平均值要大，因而N-actj成了變大的一個函數(shù)。那么，量化參數(shù)發(fā)生部(604)，將按下面的數(shù)學(xué)式11，把規(guī)范化的活化度N-actj和在第2階段求得的量化標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)Qj相乘，求出實際用于量化的宏塊量化參數(shù)mquantj。數(shù)學(xué)式11mquantj＝Qj*N-actj這里，要讓mquantj值位于[1，·····，31]范圍之內(nèi)，并按宏塊單位編碼傳輸。如上所述，本發(fā)明利用了圖像比特計數(shù)器(601)，因而不但使階段1的比特分配變得非常簡單，還可有效地利用編碼器(400)的比特分配信息，從而還可改善畫面的質(zhì)量。并且，本發(fā)明因為不需要GOP結(jié)構(gòu)方面的信息，所以對每每的當(dāng)前圖像，能有效地實施分配比特和量化。
另外，圖3示出了本發(fā)明的另一實例。它除了解碼部(100)和前處理部(200)之外，跟圖2的結(jié)構(gòu)和動作都相同，所以對相同的方框及器件賦予了相同的符號，因而在此將省略對它們的詳細說明，而只將說明一下解碼部(100)。在圖3解碼部(100)中備有下行抽樣部(701)和上行抽樣部(702)，因而圖2的前處理部(200)就變得不必要了。
通過加法器(14)出來的被解碼經(jīng)宏塊，如果經(jīng)由下行抽樣部(701)，那么其清晰度縮小到1/4，按同樣的比例，可將幀存儲器(300)的大小也可縮小到1/4，進而存儲器(300)的帶寬及處理時間也可大為縮減。
此時，如果將下行抽樣部(701)的下行抽樣方式，利用韓國申請的專利(公開的專利號2002-9909)的話，那么幀存儲器(300)將具有以場為單位的存儲結(jié)構(gòu)。所以，在一個序列內(nèi)幀和場圖像并存的條件下，將得到以場為基礎(chǔ)的均勻抽樣(down-sampling)的結(jié)果。還有，當(dāng)減縮75％時，為了維持存儲器內(nèi)對場的信息，將亮度(Luminance)信號和色度(chrominance)信號另行分離出來進行處理。這時，在幀圖像的情形下，色度信號將分成4×8像素塊，而亮度信號則分成8×8大小的像素塊。在隔行掃描序列(Interlaced sequence)的情形下，將能繼續(xù)維持畫質(zhì)好的場單位的信息。
此時，通過下行抽樣部(701)清晰度減少為1/4，自然地使原來解碼的16×16的宏塊，轉(zhuǎn)換為8×8的子塊。所以，輸出到編碼器(400)的宏塊，將是把原來譯碼的4個宏塊相加而成的一個宏塊。
在圖3中，I圖像的轉(zhuǎn)換編碼過程是，經(jīng)逆離散余弦變換的I圖像，在下行抽樣部(701)中被下行抽樣之后，通過幀存儲器(300)輸出到編碼部(400)。編碼部(400)將對輸入的I圖像，進行離散余弦變換及量化之后，傳輸?shù)絍LC部(34)。這時，每個宏塊被內(nèi)聯(lián)編碼處理，而量化部(33)從比特控制部(600)接收量化參數(shù)之后，對離散余弦變換的I圖像進行量化。另外，P或B圖像，將對下行抽樣的低清晰度影像，進行運動預(yù)測補償。這時，因P或B圖像已被下行抽樣，所以將在上行抽樣部(702)得到復(fù)原之后，輸入到運動補償部(16)。運動補償部(16)按照運動類型(motion type)實行幀預(yù)測(frame prediction)和場預(yù)測(field prediction)。而且，被預(yù)測補償?shù)挠跋窈捅荒骐x散余弦變換的影像之和，在下行抽樣部(701)下行抽樣后，通過幀存儲器(300)輸入到編碼部(400)。編碼部(400)將對在運動補償部(39)被預(yù)測補償?shù)挠跋衽c當(dāng)前被下行抽樣的低清晰度影像之差，進行離散余弦變換和量化，并傳輸?shù)絍LC部(34)。
因此，本發(fā)明能長期儲存由數(shù)字VCR(盒式錄像機)或DTV(數(shù)字電視機)機頂盒傳輸過來的MPE-2比特流，并能將高比特率的HD(高清晰度)級或SD(標(biāo)準(zhǔn)清晰度)級的視頻信號，轉(zhuǎn)換為低比特率位流。而且，本發(fā)明可以內(nèi)置于電視機中或STB(機頂盒)形態(tài)的設(shè)備中。
另外，本發(fā)明對具有內(nèi)置用存儲存裝置的數(shù)字電視或數(shù)字盒式錄像機等應(yīng)用領(lǐng)域來說是必須的一項技術(shù)，可在高性能視頻錄像及數(shù)字電視上，同其它公司進行技術(shù)競爭方面帶來很大的效果。另外，本發(fā)明還可適用于各種視頻服務(wù)設(shè)備或個人視頻錄像等設(shè)備的應(yīng)用。
特別是本發(fā)明的比特率控制部分，可適用于將具有特定比特率的視頻信號，轉(zhuǎn)換為另一種比特率來進行傳輸?shù)乃杏跋褶D(zhuǎn)換編碼裝置。
通過以上說明，如果是同行人都可知道，在不離本發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，可以進行多樣的變更及修改。本發(fā)明的技術(shù)范圍，并不限定在實例中記述的內(nèi)容，而是以專利申請的權(quán)利要求范圍來確定。
權(quán)利要求
1.一種影像轉(zhuǎn)換編碼裝置，包括設(shè)有對接收的高清晰度視頻位流進行解碼的解碼部、把在解碼部得到解碼的視頻位流進行存儲的幀存儲部、對通過幀存儲部輸出的視頻比特流進行再編碼，并將其轉(zhuǎn)化為低清晰度視頻比特流的編碼部以及比特率控制部，其特征是影像轉(zhuǎn)換編碼裝置設(shè)有一個圖像比特計數(shù)器，它將去計算在輸入到解碼部的當(dāng)前被解碼的視頻比特流中，每個圖像實際被解碼的比特量；設(shè)有一個緩沖器，它將利用圖像比特計數(shù)器計算出的比特量和在編碼器中被編碼成可變長度的視頻比特流，去求再編碼圖像的目標(biāo)比特數(shù)，然后再利用所得目標(biāo)比特數(shù)，去計算緩沖器的充滿度；設(shè)有一個按照緩沖器輸出的緩沖充滿度，去計算標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)計算部；設(shè)有計算解碼器輸出的影像活化度用活化度計算部；按照求得的標(biāo)準(zhǔn)量化參數(shù)和計算出的活化度來生成實際量化將被使用的量化參數(shù)，并將其輸出到編碼部和量化部的量化參數(shù)發(fā)生部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像轉(zhuǎn)換編碼裝置，其特征是圖像比特計數(shù)部在解碼部輸入的視頻比特流中對圖像起始代碼(picture-strt-code)進行檢波，并對檢波到的起始代碼和下一個圖像起始代碼之間的比特數(shù)進行計數(shù)，并予以輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像轉(zhuǎn)換編碼裝置，其特征是緩沖器將當(dāng)前要編碼的一圖像目標(biāo)比特數(shù)T2(k)用下述數(shù)學(xué)式，去求取的影像轉(zhuǎn)換編碼裝置，即T2(k)Ti(k)sR2R1kH{i-p-b}式中，Ti(k)是為GOP中的K-圖像而分配的目標(biāo)比特數(shù)，它在圖像比特計數(shù)器中求得；R1是向解碼部輸入的視頻比特流一序列比特率，R2是將要進行再編碼的視頻比特流一序列比特率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像轉(zhuǎn)換編碼裝置，其特征是緩沖器利用下述的數(shù)學(xué)式去求(dji，djp，djb)為特征的影像轉(zhuǎn)換編碼裝置。即di＝di0Bi-1-(T2iS(j-1)/MB cnt)dp＝dp0Bi-1-(T2pS(j-1)/MB cnt)db＝db0Bi-1-(T2bS(j-1)/MB cnt)式中，d0i，d0p，d0b表示各個圖像的緩沖器初始充滿度。Bj表示包括j在內(nèi)，到目前為止對宏塊進行編碼時所發(fā)生的比特數(shù)。MB-cnt表示圖像內(nèi)總的宏塊數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像轉(zhuǎn)換編碼裝置，其特征是活化度計算部具有下述特征的影像轉(zhuǎn)換編碼裝置，即接受幀存儲器的輸出之后，去求當(dāng)前要編碼的宏塊活化度，并加以規(guī)范化之后，向量化參數(shù)發(fā)生部(604)輸出。在活化度規(guī)范化時被利用的活化度平均值的初始值是，將計算出被解碼成原清晰度的各宏塊平均活化度來予以設(shè)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像轉(zhuǎn)換編碼裝置，其特征是解碼部具有下述結(jié)構(gòu)特征的影像轉(zhuǎn)換編碼裝置，即設(shè)有一個將輸入的視頻比特流經(jīng)可變長度解碼、逆離散余弦變換、逆量化過程而被譯碼之后，跟已進行運動補償?shù)臄?shù)據(jù)相加，并予以輸出的視頻譯碼部；對從視頻譯碼部輸出的數(shù)據(jù)進行下行抽樣，并將其存入幀存儲器的下行抽樣部；接收存儲在幀存儲器的視頻比特流，并對其進行上行抽樣之后，為進行運動補償而進行輸出的上行抽樣部。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)在數(shù)字電視或數(shù)字影像設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域中，先將具有高傳輸比特率的MPEG(活動圖像專家組標(biāo)準(zhǔn))比特流進行解碼，然后重新用低傳輸比特率進行再次編碼來進行傳輸?shù)囊粋€影像轉(zhuǎn)換編碼裝置的。特別是進行再次編碼時，比特率控制部在當(dāng)前需要解碼的視頻比特流中，先計算出每個圖像的實際被解碼的比特量，然后利用計算出的比特量，去計算緩沖器的充滿度。這樣，簡化了比特分配，縮短了計算時間，縮小了硬件的復(fù)雜度。另外，在控制比特率時，由于不需要對GOP(圖像組)結(jié)構(gòu)的信息，能一一及時地對當(dāng)前圖像進行有效的比特分配及量化。
文檔編號H04N7/26GK1437401SQ0215690
公開日2003年8月20日 申請日期2002年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
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