專利名稱：對來自電影膠片資料的數(shù)字視頻信號編碼和解碼的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對來自電影膠片資料的數(shù)字視頻信號進行編碼和解碼的裝置，該數(shù)字視頻信號有60赫茲的場頻，該電影膠片資料有24赫茲幀頻。
電影專家組(MPEG)標(biāo)準(zhǔn)是對供傳輸或存儲的數(shù)字視頻信號進行壓縮標(biāo)準(zhǔn)的代表。該標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)ISO-IEC/JTC1/SC2/WG11討論，并被推薦為標(biāo)準(zhǔn)的草案。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了一種將運動補償預(yù)測編碼與離散余弦變換(DCT)編碼相結(jié)合的混合壓縮方法。
第一壓縮技術(shù)，運動補償預(yù)測編碼，利用了時域中視頻信號的相關(guān)性。按照此方法，根據(jù)所解碼和重放(復(fù)制)的代表在現(xiàn)在畫面前面或后面的參考畫面的視頻信號，預(yù)測代表現(xiàn)在畫面(幀或場)的視頻信號。只要將代表現(xiàn)在畫面的視頻信號和代表參考畫面的復(fù)制的視頻信號之間的運動預(yù)測誤差進行發(fā)送或存儲。這就大大地減少了代表現(xiàn)在畫面所需要的數(shù)字視頻信號的總量。
第二壓縮技術(shù)，DCT編碼，利用了內(nèi)畫面，視頻信號的二組相關(guān)性。按照此技術(shù)，當(dāng)對一塊現(xiàn)行畫面，或一組運動預(yù)測誤差，進行正交變換時，信號功率集中在特定的頻率成分上。因此，只需要在信號功率所集中的區(qū)域上將量化的二進制數(shù)碼配給DCT系數(shù)。這就更進一步減少了代表畫面所需要的數(shù)字視頻信號的數(shù)量。
由于MPEG標(biāo)準(zhǔn)的編碼技術(shù)基本上是供隔行視頻信號用的，當(dāng)在不修改的情況下將它們應(yīng)用于非隔行視頻信號時，出現(xiàn)了許多問題。特別是，當(dāng)MPEG技術(shù)被應(yīng)用于非隔行視頻信號時，能損害壓縮比。
電影由連續(xù)地重放的靜止畫面的序列組成，通常每秒24幅畫面。電影膠片資料，例如，電影膠片或24-幀視頻信號，以24赫茲幀頻的全幀形式代表電影的每一幅畫面，而隔行視頻信號以兩個連續(xù)場的形式代表電影的每一畫面，每一場代表半幅畫面，并且從一場位移一行而得到另一場。NTSC隔行視頻信號有60赫茲的場頻。因此，從24赫茲幀頻的電影膠片資料引出60赫茲場頻的隔行視頻信號，如使用電視電影機所做的那樣，需要在膠片資料的每秒幀數(shù)和視頻信號中的每秒場數(shù)之間進行轉(zhuǎn)換。
一般采用稱為2-3下拉的技術(shù)，將24赫茲幀頻的電影膠片資料轉(zhuǎn)換為60赫茲場頻的隔行視頻信號。

圖1畫出了2-3下拉如何工作的圖形。
2-3下拉的處理包含從電影膠片資料的每兩個連續(xù)幀的第一幀中引出視頻信號的兩場，和從膠片資料的兩個連續(xù)幀的第二幀中引出視頻信號的三場的重復(fù)工序。在圖1中，800和801幀是24赫茲幀頻的電影膠片資料的連續(xù)幀，圖中，每一膠片資料幀被分成奇數(shù)場，用實線表示，和偶數(shù)場，用虛線表示。
最初，從第一膠片資料幀800引出視頻信號的兩場。802視頻場，奇數(shù)場，首先從800第一膠片資料引出，后面是803第二視頻場，偶數(shù)場。接著，從801第二膠片資料引出視頻信號的三場，804視頻場，奇數(shù)場，最先被引出，后面是805視頻場，偶數(shù)場，繼之以806視頻場，另一奇數(shù)場。804和806兩個奇數(shù)場彼此是相同的。對于另兩膠片資料幀808和809，重復(fù)此過程，由此可引出810至814視頻場。要注意的是，810偶數(shù)場是最先從808膠片資料幀引出，并且，812和814兩個偶數(shù)場是從809膠片資料幀引出的。由于所示的安排，從電影膠片資料的四幀序列引出了視頻信號的十場的序列，此后重復(fù)該序列。
圖2畫出了將圖1所示過程引出的隔行視頻信號的場的連續(xù)對合并成幀的結(jié)果的圖形。900和901視頻場是從相同膠片資料幀引出的。902和903視頻場也是從相同膠片資料幀引出的。因此，由合并900和901視頻場所產(chǎn)生的907視頻幀，和由合并902和903視頻場所產(chǎn)生的908視頻幀，每一幀都是從相同膠片資料幀引出的。相反，由合并904和905連續(xù)視頻場所產(chǎn)生的909視頻幀是從兩不同膠片資料幀引出的。
當(dāng)MPEG編碼應(yīng)用于由利用2-3下拉技術(shù)從電影膠片資料引出的隔行視頻信號而得到的非隔行視頻信號時，對在上述例子中的907和908幀進行編碼時，因為這些幀每一幀都是從單個膠片資料幀得到的，因而是內(nèi)相關(guān)的，不會出現(xiàn)各種問題。但是，當(dāng)對909視頻幀進行編碼時，因為它是從兩個不同的膠片資料幀引出的，因而它不一定是內(nèi)相關(guān)的，會遇到各種困難。
如果電影是快速移動的，或者如果在該幀中出現(xiàn)景色變化，由膠片資料的兩個不同幀所得到的視頻幀有低的垂直相關(guān)性，而降低了基于DCT的信號壓縮。此外，因為降低了的視頻信號的相關(guān)性，運動補償預(yù)測也會失敗。
發(fā)明的目的和提要以下是附圖的簡略說明圖1用圖解的方式說明2-3下拉技術(shù)的工作原理。
圖2描繪了當(dāng)應(yīng)用于利用2-3下拉技術(shù)由不同膠片資料幀所得到的場而形成的幀時，編碼效率如何降低的圖形。
圖3是構(gòu)成本發(fā)明第一實施例的圖象處理裝置的編碼裝置和解碼裝置的方框圖。
圖4是包含在圖3中的2-3下拉檢測電路的方框圖。
圖5畫出了如何由圖3中的速率轉(zhuǎn)換電路處理的成對場的圖形。
圖6是圖3中編碼器105的方框圖。
圖7畫出了在編碼器中如何選擇運動預(yù)測模型的圖形。
圖8是圖3中所示的解碼裝置的解碼器113的方框圖。
圖9是構(gòu)成發(fā)明第二實施例的圖象處理裝置的編碼裝置和解碼裝置的方框圖。
圖10是說明在圖9中所示的速率轉(zhuǎn)換電路103中如何產(chǎn)生各種控制信號的圖形。
圖11是在圖9中所示的場順序重排電路104的方框圖。
圖12是在圖9中所示的編碼器105的方框圖。
圖13是表示在圖12中所示的編碼器105中編碼緩沖器407和在圖9中所示解碼器112中解碼緩沖器701的狀態(tài)的圖形。
圖14是表示在圖12中所示的編碼器105中編碼緩沖器107和在圖9中所示解碼器112中解碼緩沖器701的狀態(tài)的圖形。
圖15是說明視頻緩沖核對器的概念的方框圖。
圖16是在圖9中所示的解碼器112和速率轉(zhuǎn)換電路113的方圖。
圖17圖解說明按照第一記錄法的第一變化從所記錄的幀頻為24赫茲的記錄信號中解碼裝置如何產(chǎn)生場頻為60赫茲的視頻信號。
圖18圖解說明按照第一記錄法的第二變化從所記錄的幀頻為24赫茲的記錄信號中速率轉(zhuǎn)換電路如何產(chǎn)生場頻為60赫茲的視頻信號。
以下是對發(fā)明的詳細說明。
本發(fā)明的第一實施例首先將參考圖3來加以說明，圖3畫出了編碼裝置100和解碼裝置101的方框圖。
最先說明編碼裝置。編碼器輸入信號Ⅵ，場數(shù)為60赫茲的隔行視頻信號被送給下面將詳細說明的2-3下拉檢測電路102。每次2-3下拉檢測電路102都檢測編碼器輸入信號Ⅵ中的成對的場，并產(chǎn)生場模式變化信號FMC，送給速率轉(zhuǎn)換電路103。為響應(yīng)場模式變化信號FMC，速率轉(zhuǎn)換電路103排除來自編碼器輸入信號Ⅵ的每一成對的場，并將所得到的視頻信號送給場順序重排雖路104。場順序重排電路104將來自頻率轉(zhuǎn)換電路103的信號轉(zhuǎn)換成順序的、幀頻為24赫茲的圖象信號。然后編碼器105壓縮圖象信號并對其編碼，并將結(jié)果送給施加誤差校正碼的ECC電路。調(diào)制電路107對來自ECC電路的信號進行調(diào)制，以供在記錄介質(zhì)108上進行記錄。
解碼裝置101接收由記錄介質(zhì)109重放的信號。記錄介質(zhì)109與在其上記錄著由編碼裝置100所產(chǎn)生的信號的記錄介質(zhì)108相同，或者是從該記錄介質(zhì)108引出的。所重放的信號經(jīng)解調(diào)電路110解調(diào)，并送給ECC解碼電路111，在這里施加誤差檢測和校正。解碼器112對來自ECC解碼電路的信號解碼成幀頻為24赫茲的畫面。頻率轉(zhuǎn)換電路113將幀頻為24赫茲的圖象信號轉(zhuǎn)換為場頻為60赫茲的視頻信號。場順序重排電路114將來自解碼器112的60赫茲場頻的視頻信號的場順序恢復(fù)成編碼器輸入信號Ⅵ的場順序，并且提供60赫茲場頻的、解碼器裝置輸出信號VO。
現(xiàn)在參考圖4來說明2-3下拉檢測電路102的工作過程。場延遲電路201和202，經(jīng)過兩個場周期，即1/30秒的時延，將編碼器輸入信號Ⅵ，場頻為60赫茲的視頻信號，轉(zhuǎn)換成延遲信號VPI。差值計算器203接收延遲信號VPI和編碼器輸入信號Ⅵ，并計算出在兩個信號中的每一相應(yīng)圖象要素(象素)之間的差值VP2。
絕對值計算器204計算由差值計算器203對每一象素所計算的差值VP2的絕對值VP3，并將該結(jié)果送給累加器205，計算在該場中每一象素的差值的絕對值之和。比較器206將得到的絕對值差值之和與門限值TH比較，當(dāng)編碼器輸入信號Ⅵ的幀是成對的場，并且能像這樣被排除時，絕對值差值之和VP4小于門限值TH，并且比較器206產(chǎn)生場模式變化信號FMC。
經(jīng)場延遲電路201相對于視頻信號Ⅵ延遲一個場周期的視頻信號Ⅶ被送給頻率轉(zhuǎn)換電路103，該電路的工作過程用圖5來加以說明。當(dāng)送給頻率轉(zhuǎn)換電路103(圖1)的延遲視頻信號Ⅶ是場頻為60赫茲的隔行視頻信號，并且是利用2-3往下拉技術(shù)從電影膠片資料得到時，如上所述，場301和場302從相同膠片資料幀中產(chǎn)生。場303至305也全部從一個膠片資料幀，不同于場301和302起源的幀中產(chǎn)生。由于場303和場305作為2-3下拉的結(jié)果是相同的(成對的場)，場305提供多余的信息。
因此，當(dāng)來自2-3下拉檢測電路102的場模式變化信號FMC指示場，如場305之類，是成對的場時，頻率轉(zhuǎn)換電路103把該場看作是成對的場，并且從視頻信號Ⅵ1中排除該場。頻率轉(zhuǎn)換電路接著將得到的視頻信號Ⅵ4送給場順序重排電路104，將視頻信號Ⅵ4中的各場的順序重排成由編碼器105的編碼順序所要求的順序。場順序重排電路104也可將構(gòu)成每幀的兩場隔行，以提供順序的畫面。
圖6是編碼器105的方框圖。來自場順序重排電路104的視頻信號Ⅵ4被送給單元化電路401，它將信號Ⅵ4分成最好是16×16象素的宏單元。每一宏單元經(jīng)由下面將會說明的運動檢測電路402被送給差值檢測器403。
差值檢測器403還接收來自由場存儲器411至414所形成的對運動補償?shù)膱龃鎯ζ鹘M和預(yù)測器415的運動補償象素的宏單元，所述預(yù)測器在下面也將得到說明。差值檢測器逐個象素地確定象素的宏單元和運動補償象素的宏單元之間的差值。
來自差值檢測器403的運動預(yù)測誤差的宏單元被送給DCT電路404，它對將每個宏單元分為四份所得到的單元中的運動預(yù)測誤差進行正交變換。DCT電路404最將離散余弦變換(DCT)用于每一單元。由DCT電路404所定的DCT系數(shù)被送給量化器405，在這里利用自適應(yīng)所分配的位數(shù)它們被量化了。所量化的DCT系數(shù)然后被送給可變長度編碼器406，這里應(yīng)用如Huffman編碼，或者掃描寬度受限制的編碼之類的可變長度編碼?？勺冮L度編碼器406也把運動矢量MV，預(yù)測模式信號PM，和場模式變化信號FMC和所量化的DCT系數(shù)結(jié)合起來?？勺冮L度編碼電路406的輸出被送給編碼器緩沖器407，它通常以恒定的位速率提供編碼器輸出信號VC1。要注意的是，盡管在圖6中漏掉了，從編碼緩沖器407到量化器405反饋一個防止編碼緩沖器407溢出或下溢的信號。
量化器405也將所量化的DCT系數(shù)經(jīng)由去量化器408，逆DCT電路409，相加器410和選擇器417饋給運動補償?shù)膱龃鎯ζ?11至414。該去量化器將量化器405所完成的量化倒過來。該逆DCT電路409將DCT電路404所完成的DCT過程倒過來。由于將來自逆DCT電路408的重新形成的運動預(yù)測誤差的每一宏單元與由存儲在場存儲器411至414中的一幅或多幅前面的畫面所得到的參考畫面的運動補償宏單元，經(jīng)預(yù)測器415，進行相加，相加器410重新形成了現(xiàn)在畫面的宏單元。在現(xiàn)在畫面完全地重新形成之后。接著它可存儲在場存儲器411至414的一個之中，由選擇器417進行選擇，作為對后面畫面進行編碼的參考畫面。
來自單元化電路401的象素的宏單元還送給運動檢測電路402，以決定每個宏單元的矢量，并且還產(chǎn)生每個宏單元的絕對值差值之和。運動檢測電路402將絕對值差值之和送給運動預(yù)測模式?jīng)Q定電路418，以決定運動預(yù)測模式，這在下面將會說明。象素宏單元還從單元化電路401，經(jīng)運動檢測電路402，傳給差值檢測電路403，這在上面已經(jīng)說明。
現(xiàn)在參考圖7說明選擇每個宏單元的預(yù)測模式的方面。圖7表示雙向-預(yù)測編碼(B-畫面)的情形?？傻玫饺N預(yù)測模式(1)根據(jù)前面的參考畫面正向預(yù)測;
(2)根據(jù)前面和后面畫面的線性預(yù)測(用線性計算的方法計算在現(xiàn)在畫面的宏單元中的每一象素，例如根據(jù)在前面畫面中的參考宏單元中的象素和在后面畫面中的參考宏單元中的象素來計算平均值);和(3)根據(jù)后面參考畫面的反向預(yù)測。
如果用X代表現(xiàn)在畫面和由運動檢測電路402所決定的前面參考畫面之間的預(yù)測誤差的絕對值差值之和，用Y代表現(xiàn)在畫面和后面參考畫面之間的預(yù)測誤差的絕對值差值之和，那么，如圖17所示當(dāng)Y＞JX，相當(dāng)于區(qū)域601，運動預(yù)測模式?jīng)Q定電路418根據(jù)前面的場或幀選擇正向預(yù)測;
當(dāng)KX≤Y≤JX，相當(dāng)于區(qū)域602，運動預(yù)測模式?jīng)Q定電路418根據(jù)前面和后面的場或幀選擇線性預(yù)值;和當(dāng)Y＜KX，相當(dāng)于區(qū)域603，運動預(yù)測模式?jīng)Q定電路418根據(jù)后面的場或幀選擇反向預(yù)測。
運動預(yù)測模式?jīng)Q定電路418將預(yù)測模式PM和運動矢量MV供給運動補償?shù)膱龃鎯ζ鹘M的預(yù)測器415，和讀地址發(fā)生電路1016。按照預(yù)測模式PM和運動矢量MV由地址發(fā)生電路1016所產(chǎn)生的讀地址被加到場存儲器411至414上。地址發(fā)生電路1016產(chǎn)生偏離現(xiàn)在宏單元的象素地址的場存儲器地址，偏離的量由運動矢量MV指定。按照由讀地址發(fā)生電路1016所提供的地址，從場存儲器讀出象素的宏單元，并提供給預(yù)測器415，按照預(yù)測模式PM，完成選擇和插入。這樣，利用預(yù)測模式PM和運動矢量MV，運動補償?shù)膱龃鎯ζ?11至414和預(yù)測器415完成了運動補償。
現(xiàn)在參考圖8所示方框圖，詳細地說明第一實施例的解碼裝置101的解碼器112。
給解碼器112的解碼器輸入信號VD3被暫時地存儲在解碼器緩沖器701中?？勺冮L度解碼器702將解碼緩沖器所收到的DCT系數(shù)的可變長度編碼倒過來，并取出運動矢量MV，預(yù)測模式PM，和場變化模式信號FMC。逆量化器703對所量化的DCT系數(shù)進行逆量化，逆DCT電路704將DCT系數(shù)變換為運動預(yù)測誤差的單元。將逆量化器703和逆DCT電路704構(gòu)造成具有對圖6所示編碼器的量化器405和DCT電路404的特性分別地互補的特性。
由組合來自逆DCT電路的四個相鄰單元的正方形排到所形成運動預(yù)測誤差的宏單元被送給相加器705的一個輸一端，相加器的另一輸入端，經(jīng)預(yù)測器711，用從一幅或多幅參考畫面所得到的運動補償宏單元來饋送。相加器705的輸出，現(xiàn)在畫面的重新形成的宏單元，被送給由預(yù)測器711和場存儲器707至710組成的運動補償?shù)膱龃鎯ζ鹘M中的場存儲器的一個。重新構(gòu)成的存儲在場存儲器707至710中的畫面用作對后面畫面進行解碼的參考畫面，并且邊經(jīng)選擇器706，以適當(dāng)?shù)亩〞r，從場存儲器送出，形成解碼器輸出信號VO1的畫面。
顯示地址發(fā)生電路713將顯示地址供給場存儲器707至710。來自產(chǎn)生同步信號以響應(yīng)外同步信號的同步信號發(fā)生電路712的幀脈沖信號提供給顯示地址發(fā)生電路713。
由可變長度解碼器702取出的場模式變化信號FMC，和解碼器輸出信號VO1被送給頻率轉(zhuǎn)換電路113。當(dāng)信號FMC指示從編碼器輸入信號中除去了場，頻率轉(zhuǎn)換電路使解碼器輸出信號中的相應(yīng)的場加倍，提供場頻率為60赫茲的輸出信號。來自頻率轉(zhuǎn)換電路113的信號傳給場順序重排電路114，在這里，來自頻率轉(zhuǎn)換電路的信號的場順序被恢復(fù)成編碼器輸入信號的順序，并提供所得到的信號作為解碼裝置輸出信號VO，其場頻為60赫茲。
現(xiàn)在參考圖9對本發(fā)明的第二實施例進行說明，圖9畫出了編碼裝置100和解碼裝置101的方框圖。在圖9中，與圖3中所示部件相應(yīng)的部件用相同的參考號碼表示。
首先說明編碼裝置100。編碼器輸入信號Ⅵ，60赫茲場頻的視頻信號，被送給2-3往下拉檢測電路102，在這里，每當(dāng)檢測到成對場時就產(chǎn)生場模式變化信號FMC。為響應(yīng)場模式變化信號，頻率轉(zhuǎn)換電路103從編碼器輸入信號Ⅵ中除去每個成對的場，并將所得到的信號送給場順序重排電路104。
在頻率轉(zhuǎn)換成由編碼器105所要求的頻率之后，場順序重排電路104改變場的順序。在場順序重排之后，編碼器105對畫面信號進行壓縮和編碼，并將所得到的編碼信號送給ECC電路106，加上誤差校正碼。調(diào)制電路107對來自ECC電路106的信號進行調(diào)制，供在記錄介質(zhì)上進行記錄用。此外，在第二實施例中，指示打算顯示的幀所采用的方法的控制信號，例如下面將作說明的DSO或DFN，被包含在記錄在記錄介質(zhì)108上的信號之中。
現(xiàn)在說明解碼裝置101。對從記錄介質(zhì)108中取出的記錄在記錄介質(zhì)109上的信號進行重放，由解調(diào)電路110進行調(diào)解，并送給ECC解碼電路111，在這里，進行誤差檢測和校正。解碼器112將來自ECC電路的信號解碼成有幀頻為24赫茲的視頻信號。
頻率轉(zhuǎn)換電路113產(chǎn)生地址信息用來送給解碼器112，以便將解碼器112所產(chǎn)生的視頻信號的畫面順序還原為編碼器輸入信號Ⅵ的順序，并將所重排的信號變換為有60赫茲場頻的視頻信號。解碼器提供所得到的信號作為場頻為60赫茲的解碼裝置輸出信號VO。
本實施例的2-3往下拉檢測電路102的工作過程和結(jié)構(gòu)類似于前面所述的第一實施例的，因此這里將不再進行說明。
但另一方面，頻率轉(zhuǎn)換電路103的工作過程也類似于上面參考圖5所描述的，下面參考圖10來說明在第二實施例中由頻率轉(zhuǎn)換電路103所產(chǎn)生的信號。
第二實施例的頻率轉(zhuǎn)換電路103接收來自2-3下拉檢測電路102的場模式變化信號FMC，如上所述。當(dāng)頻率轉(zhuǎn)換電路103檢測到FMC信號是處于它的1狀態(tài)時，它不將來自編碼器輸入信號的相應(yīng)的成對的場送給場順序重排電路104。相反，當(dāng)頻率轉(zhuǎn)換電路檢測到FMC信號是處于它的0狀態(tài)時，它將未變化的編碼器輸入信號的場送給場順序重排電路104。
此外，第二實施例的轉(zhuǎn)換電路103產(chǎn)生最高場第一特征位DSO，指示將顯示的幀的場所按照的順序。DSO特征位量只能有0或1值的一位的特征位。在它的1狀態(tài)時，特征位DSO指示首先將顯示特征位從屬的幀的視頻信號的第一場和第二將顯示視頻信號的第二場。反之，在它的0狀態(tài)時，特征位DSO指示首先將顯示特征位從屬的幀的視頻信號的第二場和第二將顯示第一場。按照慣例，首先所顯示的場是奇數(shù)場。頻率轉(zhuǎn)換電路103還產(chǎn)生許多場顯示編碼特征位DFN，指示特征位從屬的幀是按兩場顯示還是按三場顯示。而且，DFN特征位是只能有0或1值的一位特征位。在它的1狀態(tài)時，特征位DFN指示特征位從屬的幀將按三場顯示。相反，在它的0狀態(tài)時，特征位DFN指示特征位從屬的幀將按兩場顯示。
在圖10中可以看到，2-3下拉檢測電路102(圖9)，當(dāng)它檢測到成對的場4和9時，就產(chǎn)生場模式變化信號，所以場0在相應(yīng)于膠片資料幀A的輸出幀(a)中是最高場，最高場第一特征位DSO是處于其1狀態(tài)，指示首先將顯示幀的第一場。而且，輸出幀(a)是從編碼器輸入信號Ⅵ的僅有的兩場中得到的，所以，場顯示編碼特征位DFN的數(shù)被置于其0狀態(tài)。
相應(yīng)于膠片資料幀B的輸出幀(b)的第一場(場2)是最高場，所以最高場第一特征位DSO被置于其1狀態(tài)，指示在第二場(場3)之前將顯示幀的第一場(場2)。輸出幀(b)是從編碼器輸入信號Ⅵ的三場(場2，3和4)得到的，所以場顯示編碼特征位DFN的數(shù)被置于其0狀態(tài)，指示輸出幀(c)必須按兩場顯示。
相應(yīng)于膠片資料幀C的輸出幀(c)的第一場(場5)是最低場，所以最高場第一特征DSO被置于0狀態(tài)，指示輸出場(c)的第二場在第一場(場5)之后顯示。該輸出場(c)只從編碼輸入信號Ⅵ的兩場產(chǎn)生，所以場顯示編碼特征位DFN的數(shù)值被置于0狀態(tài)，指示輸出幀必須按兩場顯示。
最后，相應(yīng)于膠片資料幀D的輸出幀(d)的第一場(場7)是最低場，所以最高場第一特征位DSO被置于其0狀態(tài)，指示在第一場(場7)之后將顯示輸出幀(d)的第二場(場8，最高場)。輸出幀(d)是從編碼器輸入信號Ⅵ的三場(場5，6和7)得到的，所以場顯示編碼特征位DFN的數(shù)被置于其1狀態(tài)，指示輸出幀(d)必須按三顯示。
頻率轉(zhuǎn)換電路103將特征DSO和DFN送給編碼105，和場順序重排電路104。
場順序重排電路104的結(jié)構(gòu)示于圖11中。場順序重排電路104包括一組復(fù)數(shù)場存儲器161和地址控制器162。
來自頻率轉(zhuǎn)換電路103的畫面信號送給場順序重排電路104，并且在按照地址控制器162所指定的地址處，首先記錄在存儲器組161中。然后從場存儲器組161中讀出在由地址控制器162所指定的地址上的畫面信號，并送給編碼器105。
地址控制器162產(chǎn)生響應(yīng)畫面編碼類型信號PCT，宏單元地址ABL，和最高場第一特征位DSO的地址。畫面編碼類型信號PCT由在編碼器105中的畫面編碼類型發(fā)生器420產(chǎn)生。宏單元地址ABL由也在編碼器105中的單元化電路401產(chǎn)生。最高場第一特征位DSO由頻率轉(zhuǎn)換器103產(chǎn)生。
場存儲器組161存儲若干場。地址控制器162涉及信號PCT，ABL和DSO，產(chǎn)生從頻率轉(zhuǎn)換器103處收到的畫面信號被寫在場存儲器組161中的地址，并將地址送給存儲器組161。然后根據(jù)該地址將從場順序重排電路104處收到的畫面信號寫進存儲器組161中。
而且，地址控制器162涉及信號PCT，ABL和DSO，產(chǎn)生在場存儲器組161中的地址，在該地址上記錄送給編碼器105的目前畫面信號的宏單，并將該地址送給存儲器組161。按照該地址從場存儲器組161中讀出的目前畫面信號的宏單元送給編碼器105?？扛淖兿鄬τ谟涗浀刂返淖x出地址的順序，能重新排到由頻率轉(zhuǎn)換電路103處收到的場，提供由編碼器105所要求的場順序。此外，由讀來自連續(xù)場的間隔行，場順序重排電路能將兩隔行場轉(zhuǎn)換為單獨的非隔行幀作幀模式編碼。
圖12表示第二實施例的編碼器105的方框圖，在圖中，與在上面參考圖6所說明的編碼器中的部分對應(yīng)的部分用相同的參考號碼來表示。
在編碼器105中，單元化電路401產(chǎn)生在幀中最好是16×16象素的每個宏單元的地址ABL，并將該地址送給場順序重排電路104。場順序重排電路104從場存儲器161中讀出每個單元地址所指定的象素的宏單元，并將作為輸入信號Ⅵ4的象素的宏單元送給編碼器105。信號Ⅵ4通過單元化電路401，和運動檢測電路402，進入差值檢測器403。
差值檢測器403還接收與在輸入信號Ⅵ4中象素的每個宏單元對應(yīng)的運動補償象素宏單元。運動補償?shù)南笏睾陠卧怯缮厦鎱⒖紙D6所說明的場存儲器411至414和預(yù)測器415所構(gòu)成的運動補償?shù)膱龃鎯ζ鹘M提供。差值檢測器403決定在輸入信號Ⅵ4中象素的每個宏單元和從預(yù)測器415處收到的相應(yīng)的象素運動補償宏單元之間的逐個象素的差值。
來自差值檢測器403的運動檢測誤差的宏單元送給DCT電路404，對由每個宏單元除以四所得到的運動檢測誤差的單元進行正交變換。DCT電路404最好把離散余弦變換(DCT)用于每個單元。由DCT電路404所提供的DCT系數(shù)送給量化器405，在這里利用自適應(yīng)分配的位數(shù)將該系數(shù)量化。所量化的DCT系數(shù)然后送給可變長度編碼器406，在這里應(yīng)用了如Huffman編碼，或者掃描寬度受限制的編碼之類的可變長度編碼?？勺冮L度編碼器406的輸出送給編碼緩沖器407，通常以恒定的位速率提供壓縮了的輸出信號VC1，緩沖監(jiān)控電路1017，將在下面說明，采用將信號OVF反饋到量化器405，控制由量化器405所產(chǎn)生的位數(shù)的方法，防止編碼緩沖器407的的溢出或下溢。
量化器405還將所量化的系數(shù)經(jīng)由去量化器408，逆DCT電路409，相加器410，和選擇器417送給運動補償?shù)膱龃鎯ζ?11至414。去量化器將由量化器405所完成的量化倒過來，逆DCT電路409將由DCT電路404所完成的DCT過程倒過來。相加器410采用將來自逆DCT電路408的重新構(gòu)成的運動預(yù)測誤差的每個宏單元與從存儲在場存儲器411至414的一幅或多幅前面畫面所得到的參考畫面的運動補償宏單元，經(jīng)預(yù)測器415，進行相加的方法，重新構(gòu)成了現(xiàn)在畫面的宏單元。在完全重新構(gòu)成了現(xiàn)在畫面之后，接著可將其存儲在由選擇器417所選擇的場存儲器411至414的一個之中，作為對后面畫面進行編碼的參考畫面。
輸入信號Ⅵ4的宏單元還送給運動檢測電路402，決定每個宏單元的運動矢量，并產(chǎn)生每個宏單元的絕對值差值之和。運動檢測電路402將絕對值差值之和送給運動預(yù)測模式?jīng)Q定電路418。
如以上參考圖6所述，選擇了三個現(xiàn)有的預(yù)測模式。
在第二實施例中，運動預(yù)測模式?jīng)Q定電路418將預(yù)測模式PM和運動矢量MV提供給運動補償?shù)膱龃鎯ζ鹘M的預(yù)測器415，并提供給讀地址發(fā)生電路1016。按照預(yù)測模式PM和運動矣量MV，由地址發(fā)生電路1016所產(chǎn)生的讀地址提供給場存儲器411至414。地址發(fā)生電路1016產(chǎn)生場存儲器地址，該地址偏離現(xiàn)在宏單元的象素地址由運動矢量MV所表示的大小。按照由讀地址發(fā)生電路1016所提供的地址，從場存儲器中讀出象素的宏單元，并提供給預(yù)測器415，按照預(yù)測模式PM完成選擇和內(nèi)插。如此，利用預(yù)測模式PM和運動知量MV，運動補償?shù)膱龃鎯ζ?11至414和預(yù)測器415完成運動補償。
在圖12中所示的編碼器105的第二實施例中，畫面編碼類型發(fā)生電路420決定是利用內(nèi)一幀編碼(I-畫面)，預(yù)測編碼(P-畫面)，還是利用雙向預(yù)測編碼(B-畫面)，對每幀進行編碼。由畫面編碼類型發(fā)生電路420產(chǎn)生的畫面編碼類型信號PCT指示每幀的畫面編碼類型。在連續(xù)I-畫面中間，在連續(xù)P-畫面中間和在I-畫面和第一其后的P-畫面之間的畫面數(shù)可被置于預(yù)定值。例如，每十五幀可提供一幅I-畫面，每三幀可提供一幅P-畫面。在連續(xù)的P-畫面中間，或者在I-畫面和第一其后的P-畫面之間的兩幀是B-畫面。換句話說，連續(xù)I-畫面中間，連續(xù)P-畫面之間，和I-畫面和第一其后的P-畫面之間的畫面數(shù)是與信號有關(guān)的。
畫面編碼類型發(fā)生電路420將畫面編碼類型送給運動預(yù)測模式?jīng)Q定電路418，單元化電路401，可變長度編碼器406和時間參考發(fā)生電路421。時間參考發(fā)生電路產(chǎn)生時間參考信號，用以送進可變長度編碼器406。時間參考信號是與每幅輸入畫面有關(guān)的信號，并指示在畫面組(GOP)中的畫面被顯示的順序，在下面將會對此作詳細說明。來自時間參考發(fā)生電路421時間參考送給可變長度編碼器406。
現(xiàn)在對第二實施例的可變長度編碼器406進行說明?？勺冮L度編碼器406將每幅畫面的編碼視頻信號加給磁頭，使信號對在記錄介質(zhì)108上進行記錄作好準(zhǔn)備。當(dāng)記錄介質(zhì)上所記錄的信號有幀頻24赫茲，并且通過利用2-3下拉技術(shù)，如上所述，得到60赫茲場頻的視頻信號從電影膠片資料上引出時，該信號利用以下兩種記錄方法的每一個能被記錄在記錄介質(zhì)108上。
在第一方法中，作為記錄在記錄介質(zhì)上的信號的部分，記錄了一個或多個控制信號，當(dāng)重放記錄以提供有60赫茲的場頻的輸出視頻信號時，該控制信號指示哪一幀的哪一場應(yīng)被重放。在第二方法中，未記錄這樣的控制信號，并且，當(dāng)重放記錄時，解碼器完成自動的2-3下拉過程，提供有60赫茲的場頻的輸出視頻信號。
首先說明關(guān)于第一記錄方法的兩種變化，在第一記錄方法中，特征位或者控制信號指示哪一場將被重放。
第一記錄方法-變化12-3下拉檢測電路102將場模式變化信號FMC每次置于1，它檢測在輸入視頻信號中的成對的場。因此，在關(guān)于第一記錄方法的第一變化中，F(xiàn)MC信號被用作控制信號，指示在重放記錄時在該記錄中應(yīng)產(chǎn)生三場的幀。在第一記錄方法的第一變化中，F(xiàn)MC信號被加給應(yīng)產(chǎn)生三場的那些幀的畫面磁頭，并被同時記錄。FMC信號可被記錄在畫面磁頭的畫面編碼擴展中(這些術(shù)語下面會詳述)。
在敘述關(guān)于第一記錄方法的第二變化和第二記錄方法之前，將對某些標(biāo)題語法的描述和在編碼裝置和解碼裝置的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的緩沖作用的排列進行說明。
MPEG-2視頻序列的語法示于表1中(注本說明書內(nèi)總共包含8個表，即表1至表8，它們統(tǒng)一編排在本說明書正文敘術(shù)部分之后)。表1的數(shù)學(xué)算符和語法類似于在C程序設(shè)計語言中所用的。表1中所用術(shù)語在供電影和關(guān)騰的聲音進行一般的編碼用的ISO/IEC建義H.26X的工作草案中作了限定，這里引用它作參考。表2表示在表1中所涉及的MPEG-2序列標(biāo)題的語法，表3表示在表1中所涉及的MPEG-2序列擴展的語法。
在表2中所示的序列標(biāo)題幀頻(framl-rate)符號組是四位長并規(guī)定了在視頻序列中視頻信號的幀頻。幀-頻符號組的可能狀態(tài)示于表4中。包含在表3所示的序列擴展中的是非隔行序列(non-interlaced-sequence)特征位，其狀態(tài)指示在視頻序列中的視頻信號是隔行的還是順序的(即非隔行的)。當(dāng)視頻序列只含有順序的畫面時，非隔行序列特征位被置于其1狀態(tài)，否則，非隔行序列特征位被置于其0狀態(tài)。當(dāng)非隔行序列特征位是在其0狀態(tài)時，幀頻代表預(yù)計的顯示序列的每秒幀數(shù)。當(dāng)非隔行序列是在其1狀態(tài)時，幀-頻指定每秒非隔行幀數(shù)，因此，和每秒順序畫面數(shù)。
表2所示的序列標(biāo)題和表3所示序列擴展還分別地包括vbv緩沖器容量(vbv-buffer-size)符號組和vbv緩沖器容量擴展(vbv-buffer-size-extesion)。vbv緩沖器容量符號組如vbv緩沖器容量擴展符號組一起提供能計算VBV緩沖器的容量的數(shù)量，如以下將會說明的那樣。視頻緩沖檢驗器(VBV)是概念上與編碼裝置的輸出端連接的虛擬解碼器。VBV包括由VBV緩沖器容量所規(guī)定容量的虛擬緩沖器。編碼器的輸出信號以所使用的恒定碼速率送給VBV緩沖器。按照下面將詳細說明的規(guī)則從VBV緩沖器中提取信號。MPEG編碼裝置的技術(shù)所要求是它產(chǎn)生的位流將不使VBV緩沖器或者溢出或者下溢。如此，VBV緩沖器容量B規(guī)定對編碼裝置所產(chǎn)生的輸出信號進行解碼要求的最小緩沖器容量。關(guān)于VBV的詳情在ISO/IEC建議H.26X的工作草案的附錄C中作了陳述。
vbv緩沖器容量的十個最低位被置于表2中所示的序列標(biāo)題的vbv緩沖器容量符合組中。vbv緩沖器容量的五個最高位被置于表3所示的序列擴展中的vbv緩沖器容量擴展符號組中。來自vbv緩沖器容量擴展符號組的五位與來自vbv緩沖器容量擴展符號組的的十位相結(jié)合產(chǎn)生稱為vbv緩沖器容量的十五位整體。其后按照如下的公試由vbv緩沖器容量計算出VBV緩沖器的容量BB＝16×1.024×vbv-緩沖器-容量在上面表1中所定義的視頻序列中，畫面標(biāo)題和畫面編碼擴展，每一個包含若干符號組，位于每幅畫面的視頻信號之前。畫面標(biāo)題和畫面編碼擴展的語法分別地示于表5和表6中。
現(xiàn)在對在表5所示的畫面標(biāo)題中的符號組的數(shù)字進行說明。
時間-參考(temporal-referenee)符號組是10位符號組，其內(nèi)容指示畫面標(biāo)題列入畫面顯示的順序(在視頻序列中的畫面的順序不用于顯示畫面的順序)。對于每幅輸入畫面，畫面計數(shù)器加1，以提供時間-參考。對于畫面的每組的第一畫面，時間-參考計數(shù)器被復(fù)原到零，或者如果它到達1204時。當(dāng)按兩場對幀編碼時，時間-參考對于兩場是相同的。
畫面-編碼-類型(Picture-Coding-type)編碼是三位符號組，其內(nèi)容識別如何對畫面標(biāo)題列入的畫面編碼，即對畫面編碼是利用內(nèi)畫面編碼(I-畫面)，預(yù)測編碼(P-畫面)，還是利用雙向預(yù)測編碼，或者是否只對由內(nèi)畫面編碼產(chǎn)生的直流(DC)分量編碼(D-畫面)。畫面編碼類型符號組的可能狀態(tài)示于表7中。在視頻序列中，無D畫面可以和任何其它類型的畫面在一起。
vbv-延遲(vbv-delay)符號組是十六符號組，當(dāng)編碼器給輸出信號提供恒定位速率時使用其內(nèi)容。vbv-延遲規(guī)定了在進行解碼的開頭解碼器緩沖器的初始占用，以防止解碼器緩沖器的下溢或溢出。vbv-延遲是根據(jù)在現(xiàn)在畫面的視頻信號從緩沖器的取出之前，以目標(biāo)位速率R從初始未占用狀態(tài)到所希望的初始占用，填滿VBV緩沖器所需要的時間來定義的。vbc-延遲是在收到在畫面標(biāo)題中畫面開始編碼(picture-start-Cobe)的最后字節(jié)之后，VBV應(yīng)該等待的90千赫茲系統(tǒng)鐘的周數(shù)。
vbv-延遲可以根據(jù)VBV緩沖器的狀態(tài)按下式來計算vbv-延遲n＝90，000×Bn＊/R在上面的方程中n＞0，Bn＊是緊接在從緩沖器取出畫成n的視頻號之前，但是在取出任何GOP層和在畫面n之前的序列標(biāo)題之后，VBV緩沖器占用，和R是序列標(biāo)題中的位-速率(bit-rate)指出的位速率。
現(xiàn)在說明表6所示的畫面編碼擴展的符號組的數(shù)字。
畫面結(jié)構(gòu)(picture-structure)符號組是兩位符號組，其內(nèi)容指示畫面是否是幀畫面，或者，相反，畫面是由兩場組成幀的上部場還是下部場。畫面結(jié)構(gòu)符號組的可能狀態(tài)示于表8中。
上部場第一(top-field-first)特征位的狀態(tài)的含義取決于在畫面結(jié)構(gòu)符號組中所指出的畫面結(jié)構(gòu)。當(dāng)幀結(jié)構(gòu)(frame-structure)指示畫面是幀畫面時，上部場第一特征位處于其1狀態(tài)指示幀由上部場首先將被顯示。相反，上部場第一特征位處于其0狀態(tài)指示幀的下部場首先將被顯示。在場結(jié)構(gòu)畫面中，或者在非隔行序列特征位被置于其1狀態(tài)的順序幀結(jié)構(gòu)畫面中，上部場第一特征位總是被置于其0狀態(tài)。
場顯示編碼(field-displayed-code)特征位的數(shù)字指示畫面將被顯示的場數(shù)。當(dāng)特征位被置于其1狀態(tài)時，畫面將按三場被顯示。當(dāng)特征位被置于其0狀態(tài)時，畫面將按二場被顯示。如果畫面是順序畫面，其畫面結(jié)構(gòu)編碼是11。并且非隔行序列特征位處于其1狀態(tài)，則場顯示編碼特征位的數(shù)學(xué)一定被置于其0狀態(tài)。由場畫面所組成的幀總是以兩場來顯示。
現(xiàn)在參考圖13，14和15來說明由緩沖監(jiān)控電路1017對編碼緩沖器的控制。
首先，參看圖15，第二實施例的緩沖監(jiān)控電路1017控制在可變長度編碼器406中的位分配，以防止解碼器緩沖器804(相應(yīng)于在圖16所示解碼器中的緩沖器701)當(dāng)對由編碼裝置產(chǎn)生的輸出信號進行解碼時所出現(xiàn)的溢出或下溢。緩沖監(jiān)控電路靠將上面提到的虛擬視頻緩沖檢驗器(VBV)緩沖器88假想地連到編碼裝置的輸出端來運行。由編碼裝置產(chǎn)生的輸出信號送絳虛擬VBV緩沖器811。根據(jù)下面所說的規(guī)則，并且為響應(yīng)vbv-延遲符號組的內(nèi)容，從VBV緩沖器中讀出存儲在虛擬VBV緩沖器中的每幅畫面的視頻信號。緩沖監(jiān)控電路1017監(jiān)視虛擬緩沖器811的狀態(tài)，并且控制在可變長度編碼器中的位分配，以防止虛擬VBV緩沖器溢出或下溢。
緩沖監(jiān)控電路控制可變長度編碼器視頻位流，以便編碼裝置的輸出信號滿足下面的視頻緩沖檢驗器要求(1)VBV和編碼裝置有相同的鐘頻和相同的畫面速率，并且同步地運行。
(2)VBV有容量B的VBV緩沖器，這里B如上所述根據(jù)在序列標(biāo)題中的vbv-緩沖器-容量和在序列標(biāo)題擴展中的vbv-緩沖器-容量-擴展來計算。
(3)VBV初始是未占用的，并且用來自編碼裝置的輸出信號填充由在畫面標(biāo)題中的vbv-延遲所說明的時間。
(4)所有已經(jīng)在VBV緩沖器中的畫面的視頻信號，及時地取出最長的。然后，在根據(jù)序列標(biāo)題中的畫面-速率(picture-rate)，畫面編碼擴展中的畫面-結(jié)構(gòu)(picture-structure)，和在最后解碼畫面的畫面標(biāo)題中的場-顯示-編碼的數(shù)字所計算出的時間t之后，在那個時間已經(jīng)存儲在緩沖器中的畫面的全部視頻信號，即時地取出最長的。時間t的時間間隔定義如下t＝場計數(shù)/(每幅畫面場XP)這里每幅畫面場(field-per-picture)＝2，當(dāng)畫面結(jié)構(gòu)＝11時，即，就幀結(jié)構(gòu)而論，或者每幅畫面場＝1，當(dāng)畫面結(jié)構(gòu)有不同于11的數(shù)值時;
P＝根據(jù)畫面速率計算的每秒畫面的數(shù);和場-計數(shù)是根據(jù)在最后顯示畫面的畫面隔行標(biāo)題中的場-顯示-編編碼的數(shù)字所計算出的顯示場的數(shù)字。
序列標(biāo)題和緊接在畫面之前的GOP標(biāo)題與畫面同時地被取出。緊接在任何數(shù)據(jù)或信號被取出之前，檢查VBV。每當(dāng)檢查VBV緩沖器時，其占用必須處于0和B之間，這里B是用根據(jù)前面所述的vbv-緩緩沖器-容量和vbv-緩沖器-容量-擴展所計算出的位表示的VBV緩沖器容量。
現(xiàn)在說明第一記錄方法和第二記錄方法的第二種變化。
第一記錄方法-第二種變化MPEG-2語法形成了在畫面標(biāo)題中，場的特正式分配，用作存儲由關(guān)于第一記錄方法的第一種變化所要求的FMC信號。如此，關(guān)于第一記錄方法的第二種變化采用了與正式MPEG-2語法相符的控制信號和符號組，當(dāng)按60赫茲場頻的隔行視頻信號重放記錄時，指示所記錄信號的哪幀的哪場應(yīng)該成雙。在MPEG-2語法中，非隔行序列符號組，指示在視頻序列中所有畫面是否是非隔行畫面，和幀速率(frame-rate在)符號組，其內(nèi)容指示畫面速率是在開始每個視頻序列的序列標(biāo)題中的符號組。在第一記錄方法的第二變化中，可變長度編碼器406置幀速率于24赫茲或23.976赫茲，并且將非隔行序列置于0。
對于第一記錄方法的第二變化采用了由頻率轉(zhuǎn)換電路103提供的特征位DSO[上部場第一(top-field-first)]和DFN[被顯示場編碼數(shù)(number-of-field-displayed-code)]作特征位，指示哪場應(yīng)在解碼裝置輸出信號VO中重復(fù)。頻率轉(zhuǎn)換電路103將特征位DSO和DFH送絳可變速率編碼器406，在這里它們進入由視頻序列中每幅畫面標(biāo)題中的MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)所分配的場。在畫面標(biāo)題中，處于其1狀態(tài)的特征位DSO指示畫面的第一場將首先被顯示，而處于其0狀態(tài)的特征位DSO指示畫面的第二場將首先被顯示。另外，處于其0狀態(tài)的特征位DFN指示畫面將按兩場被顯示，而處于其1狀態(tài)的特征位DFN指示畫面將被顯示成三場。
第二記錄方法現(xiàn)在將說明第二記錄方法，它提供解碼裝置用自動地完成2-3下拉過程解碼的信號。
第二記錄方法將非隔行序列特征位置于其1狀態(tài)，和將幀速率置于24赫茲或23.976赫茲。由于非隔行序列特征位的狀態(tài)，上部場第一特征位始終被置于0。另外，被示場編碼數(shù)特征位被置于0。在指示哪場在解碼器中將是成雙的編碼器輸出信號中不包含信號。當(dāng)解碼器中的頻率轉(zhuǎn)換電路識別出非隔行序列特征位和幀速率的這種結(jié)合時，它自動地完成2-3下拉過程，如下將會說明的那樣。
現(xiàn)在將說明第二記錄方法，用此方法解碼裝置自動地完成2-3下拉過程，對來自編碼器的輸出信號的位速率的影響。
第二記錄方法不控制在畫面標(biāo)題中的被顯示_場_編碼數(shù)特征位的狀態(tài)，并且解碼裝置101自動地完成2-3下拉過程，以提供60赫茲場頻供顯示用的解碼裝置輸出信號。由此結(jié)果，如圖13中所示，由于編碼器的輸出信號包含與解碼器的輸出信號中每秒畫面數(shù)不同的每秒畫面數(shù)，因此未滿足上面所說明的VBV緩沖器的要求。從而，如果緩沖監(jiān)控電路1017，根據(jù)編碼裝置正絳VBV緩沖器送信號的假設(shè)，控制編碼裝置中的量化器405，則溢出或下溢可能出現(xiàn)在解碼裝置101中的實際的緩沖器中。所以，當(dāng)使用第二記錄方法時，在編碼器中一定要采取防止在解碼裝置中緩沖器的可能溢出或者下溢的防范措施。
使用第二記錄方法的條件是(1)必須利用由4/5(4/5相當(dāng)于編碼裝置和解碼裝置之間的幀頻之比)乘在序列標(biāo)題和序列擴展中的vbv_緩沖器_容量所得到vbv緩沖器容量來計算VBV緩沖器容量B。
(2)必須既要考慮將視頻序列的第一幀的視頻信號顯示成三場的情況，又要考慮將第一幀的視頻信號顯示成兩場的情況來選擇vbv_延遲。
現(xiàn)在對圖13和14進行說明。在每個圖中，實斜平行線之間的距離代表緩沖器容量。在每個圖中，平行線的傾角代表編碼裝置的輸出信號，或者解碼裝置的輸入信號的位速率。在每個圖中，實線階梯線表示編碼器801如何將每幅畫面的視頻信號傳送絳編碼緩沖器802。如以上所述，每幅畫面的全部視頻信號，在每個畫面24赫茲的周期，瞬時地被存儲進編碼緩沖器。在每個圖中，虛線階梯線表示解碼器805如何從解碼緩沖器805中取出每幀的視頻信號。如上所述，在由vbv-延遲到規(guī)定的延遲時間之后，每幅畫面的全部視頻信號，在每幅畫面30赫茲的周期，瞬時地從解碼緩沖器中取出。緩沖監(jiān)控電路1017確保每個實線階梯線被保持在關(guān)聯(lián)的平行線之內(nèi)。
當(dāng)利用第二記錄方法時，圖14中的虛線之間的距離代表緩沖器容量B’(根據(jù)vbv緩沖器容×4/5計算)。在這種情況下，完成緩沖控制以致虛線傾斜平行線和實線傾斜平行線的中心可以彼此符合。
照這樣，由于使緩沖監(jiān)控電路1017，與實際解碼緩沖器的容量相比較，減小了VBV緩沖器的容量，可以在沒有在解碼緩沖器中出現(xiàn)溢出和下溢的風(fēng)險的情況下使用第二記錄方法。但是，VBV緩沖器的容量的減小可以導(dǎo)致分配絳有些畫面的位遠少于根據(jù)有其全容量的VBV緩沖器所分配的位。這會引起畫面質(zhì)量的一定損壞。
現(xiàn)在參考圖16所示的方框圖對第二實施例的解碼器112進行說明。圖16中相應(yīng)于上面所說明的圖8所示解碼器中的部分的部分用相同的參考號碼表示。來自ECC解碼電路111的輸入信號VD3暫時地被存儲在解碼緩沖器701中，如上所述。來自解碼緩沖器701，輸入信號通過可變長度解碼器72，在這里，從輸入信號VD3中的不同標(biāo)題取出至少一個控制信號，如下面將會說明的那樣。可變長度解碼器還將在編碼裝置中可變長度編碼器406中所實現(xiàn)的DCT系數(shù)的可變長度編碼倒過來。
此后，在來自可變長度解碼器的信號中所量化的DCT系數(shù)的每段，利用由可變長度解碼器702從輸入信號VD3中取出的信息，由逆量化器703進行逆量化。接著對每個得到的DCT系數(shù)的段由最好應(yīng)用逆DCT的逆DCT電路704進行正交變換。逆量化器703和逆DCT電路704要構(gòu)造成具有分別地互補圖12所示編碼器中的量化器405和DCT電路401特性的性能。
來自DCT電路704的輸出的運動預(yù)測誤差的每一宏單元送絳相加器705，在這里，它與由預(yù)測器711從一幅或多幅參考畫面引函的宏單元結(jié)合，以重新產(chǎn)生現(xiàn)在畫面的宏單元。將所得到的現(xiàn)在畫面的宏單元，按照自顯示地址發(fā)生電路713來的地址，送絳場存儲器707至710中的一個。由顯示地址發(fā)生電路713，以適當(dāng)?shù)亩〞r，將場存儲器707至710中所存儲的完全重新構(gòu)造的畫面讀出到選擇器706，該選擇器706以解碼器輸出信號VO1部分的形式提供所讀出的畫面。
可變長度解碼器702還從輸入信號VD3的標(biāo)題中提取上面所說明的，逆絳場地址發(fā)生電路721的不同的控制信號。當(dāng)利用第一記錄方法對從記錄介質(zhì)109重放的信號進行記錄，并且控制信號指示從編碼器輸入信號中取出場時，這使場地址發(fā)生電路721再次從場存儲器707至710中的一個讀出早先曾讀出兩幅畫面的重新構(gòu)造的畫面。重復(fù)讀出的畫面送絳選擇器706，它以解碼裝置輸出信號VO的部分的形式提供所讀出的畫面。這樣，控制信號使解碼器重復(fù)到解碼的場，以重新構(gòu)造從解碼器輸入信號中取出的每一場。
現(xiàn)在參考圖16，將對圖9所示的解碼裝置的第二實施例的頻率轉(zhuǎn)換電路113作說明。
在頻率轉(zhuǎn)換電路113中，場地址控制器721接收經(jīng)由可變長度解碼器702，從輸入信號VD3中取出的一個或多個控制信號絳解碼器112，也就是說，場地址控制器或接收FMC信號，或是接收非_隔行_序列特征位，幀_速率，上部_場_第一特征位和所顯示_場_編碼的數(shù)字特征位。場地址發(fā)生器721提供地址絳選擇器706，使選擇器將存儲在場存儲器組707至710中的重新構(gòu)造的畫面的視頻信號送絳解碼裝置輸出信號VO。
場地地發(fā)生器721還接收來自可變速率解碼器702的時間-參考信號，使場地址發(fā)生器721能夠控制選擇器706，以便解碼裝置輸出信號VO中的場順序與編碼器輸入信號Ⅵ的相同。
當(dāng)利用所描述的第一記錄方法的第一種變化對記錄在記錄介質(zhì)109上的信號進行記錄時，可變速率解碼器702從畫面標(biāo)題中取出場模式變化信號FMC，并且將它送絳速率轉(zhuǎn)換電路113作控制信號。對于FMC信號是處于其1狀態(tài)的那些幀，場地址發(fā)生器721使選擇器706將來自場存儲器707至710中的一個的幀的第一場的視頻信號，第二次送絳解碼器裝置輸出信號，以便幀提供解碼器裝置輸出信號VO的三場。否則，場地址發(fā)生器使選擇器706提供來自幀的解碼裝置輸出信號VO的兩場。當(dāng)序列中的第一幀的FMC處于0狀態(tài)時，從如圖17中為幀A所示的幀中引出兩場。但是當(dāng)序列中第一幀的FMC處于1狀態(tài)時，從如圖17的幀B所示那樣的幀中引出三場。
當(dāng)記錄在記錄介質(zhì)109上的信號是與MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)相一致時，利用對于第一記錄方法的第二種變化，或者利用第二記錄方法，可對該信號記錄?？勺兯俾式獯a器702從畫面標(biāo)題中取出非隔行序列，幀速率，上部場第一特征位，所顯示場編碼數(shù)特征位，和時間參考，并將這些控制信號送絳場地址發(fā)生器721。
當(dāng)非隔行序列是1并且?guī)俾蕿?4赫茲或者23.976赫茲時，這指示利用第一記錄方法的第二種變化，記錄記錄在記錄介質(zhì)109上的信號。因此，場地址發(fā)生電路721欖查上部場第一特征位的狀態(tài)，和所顯示場編碼數(shù)特征位的狀態(tài)，以決定在解碼裝置輸出信號VO中哪幀的哪場應(yīng)該重復(fù)。
圖18畫出了在由記錄介質(zhì)109重放出的有24赫茲幀速率的信號中，從每幅畫面的畫面標(biāo)題取出的兩個特征位信號如何控制產(chǎn)生有60赫茲場頻的解碼裝置輸出信號。當(dāng)從畫面標(biāo)題取出的上部場第一特征位(DSO)處于其1狀態(tài)，并且從畫面標(biāo)題取出的所顯示場編碼數(shù)特征位處于其0狀態(tài)時，場地址發(fā)生器721使選擇器706提供來自在畫面標(biāo)題下面的畫面信號的解碼裝置輸出信號VO的兩場。選擇器讀出所選擇的場存儲器707至710的一個的順序是這樣的，使得輸出信號的第一場相當(dāng)于畫面信號的上部場。
當(dāng)上部場第一特征位(DSO)處于其1狀態(tài)，并且所顯示場編碼數(shù)特征位處于其1狀態(tài)時，場地址發(fā)生器721使選擇器從畫面標(biāo)題下面的畫面信中提供解碼裝置輸出信號VO的三場。選擇器讀出所選擇的場存儲器707至710中的一個所用的順序是這樣的，使得輸出信號的第一和第三場相當(dāng)于畫面信號的上部場。
當(dāng)上面場第一特征位(DSO)處于其0狀態(tài)，并且所顯示場編碼數(shù)特征位處于其0狀態(tài)時，場地址發(fā)生器721使選擇器706從在畫面標(biāo)題下面的畫面信號中提供解碼裝置輸出信號VO的兩場。但是，選擇器讀出所選擇的場存儲器707至710中的一個所用的順序是這樣的，以致輸出信號的第一場相當(dāng)于畫面信號的底部場。
最后，當(dāng)上部場第一特征位(DSO)處于其0狀態(tài)，并且所顯示場編碼數(shù)轉(zhuǎn)征位處于其1狀態(tài)時，場地址發(fā)生器721使選擇器706從在畫面標(biāo)題下面的畫面信號中提供解碼裝置輸出信號VO的三場。選擇器讀出所選擇的場存儲器707至710中的一個所用的順序是這樣的，以致輸出信號的第一和第三場相當(dāng)于畫面信號的底部場。
當(dāng)非隔行序列特征位的狀態(tài)是0并且?guī)俾适?4赫茲或23.976赫茲時，這向場地址發(fā)生器721指示記錄在記錄介質(zhì)109上的信號是利用第二記錄方法記錄的。在此時，上部場第一特征位(DSO)恒定地保持在其0狀態(tài)，并且所顯示場編碼數(shù)特征位也恒定地保持在其0狀態(tài)。為響應(yīng)控制信號的這種組合，場地址發(fā)生器產(chǎn)生地址序列，使選擇器706在沒有參考任何發(fā)生于編碼器的控制信號的情況下，完成2-3往下拉過程。當(dāng)場地址發(fā)生器使選擇器將另外幀的一場送絳解碼裝置輸出信號VO，以完成2-3下拉過程時，在解碼裝置輸出信號VO中的成對的場可以是或不是與編碼輸入信號Ⅵ中的成對的場相同的場。
最后，由本發(fā)明的實施例制成或再生產(chǎn)的視頻信號記錄108或109至少包括，如涉及成對場的除去的數(shù)據(jù)，場模式變化信號(FMC)或電視電影轉(zhuǎn)換速率信息(非隔行序列和幀速率)之類的東西。成對場被除去的畫面可以利用場模式變化信號或者用所顯示場編碼數(shù)特征位來識別。對這樣畫面的識別避免了，為防止解碼器緩沖器的溢出或下溢，減小VBV緩沖器的容量的需要。
記錄可以在如下一類的記錄介質(zhì)上進行，例如，盤形記錄介質(zhì)(光盤，可記錄的光盤，硬盤等等)，帶基記錄介質(zhì)，半導(dǎo)體存儲器，IC卡等等。而且，由編碼裝置產(chǎn)生的信號可以作為廣播信號來發(fā)射，或者經(jīng)由如電纜系統(tǒng)或電話網(wǎng)這樣一類分配系統(tǒng)來傳播。
權(quán)利要求
1.一種利用2-3下拉處理對從電影膠片資料引出的場頻為60赫茲的輸入視頻信號進行編碼的方法，該方法包括步驟檢測在輸入視頻信號中成對的場；從輸入視頻信號中除去每個成對的場，產(chǎn)生包含24赫茲幀頻多個幀的順序視頻信號；和對順序視頻信號進行編碼，產(chǎn)生編碼視頻信號。
2.按照權(quán)利要求1所述方法，其特征在于所述檢測在輸入視頻信號中成對的場的步驟包含產(chǎn)生響應(yīng)每個成對的場的控制信號的步驟。
3.按照權(quán)利要求2所述方法，其特征在于所述對順序視頻信號進行編碼以產(chǎn)生編碼視頻信號的步驟產(chǎn)生包含多個幀的編碼視頻信號;對順序視頻信號進行編碼以產(chǎn)生編碼視頻信號的步驟另外還包括將畫面標(biāo)題與編碼視頻信號的每幀進行相加的步驟;和在編碼視頻信號中包括每個控制信號的步驟中，每個控制信號被包括在畫面標(biāo)題中。
4.按照權(quán)利要求3所述方法，其特征在于在編碼視頻信號中包括每個控制信號的步驟中，控制信號被包括在每幀的畫面標(biāo)題中，每幀包括與在除去每個成對的場的步驟中被除去的成對的場相對應(yīng)的場。
5.按照權(quán)利要求1所述方法，其特征在于編碼步驟包含步驟對順序視頻信號的幀進行正交變換，產(chǎn)生變換系數(shù);利用逆正交變換對變換系數(shù)局部進行解碼，產(chǎn)生局部解碼畫面;和利用局部解碼畫面作參考畫面，把預(yù)測編碼應(yīng)用于順序視頻信號的幀。
6.按照權(quán)利要求1所述方法，其特征在于編碼步驟包括步驟提供具有由vbv緩沖器容量所規(guī)定容量的虛擬視頻緩沖器檢驗器。對順序視頻信號進行正交變換，產(chǎn)生變換系數(shù);對變換系數(shù)進行量化，產(chǎn)生量化系數(shù);將量化系數(shù)存儲在緩沖器中;和利用減小到vbv緩沖器容量×4/5容量的虛擬視頻緩沖器檢驗器，對進行量化的步驟進行控制。
7.按照權(quán)利要求1所述方法，其特征在于該方法是用來提供在記錄介質(zhì)上進行記錄的記錄信號，并且又包含步驟從編碼信號中引出記錄信號;和將記錄信號記錄在記錄介質(zhì)上。
8.一種對編碼視頻信號進行解碼提供60赫茲場頻的隔行視頻信號的方法，編碼視頻信號是由對包含2.4赫茲幀頻的幀的順序視頻信號進行編碼得到的，順序視頻信號是從60赫茲場頻、除去成對的場的隔行視頻信號中得到的，編碼信號包括指示順序信號的每幀從何處除去成對的場的控制信號，該方法包括步驟對編碼視頻信號進行解碼，產(chǎn)生順序視頻信號;從編碼視頻信號中取出控制信號;和為響應(yīng)控制信號，從順序視頻信號的某些幀中引出隔行視頻信號的三場，并且從順序視頻信號的所有其余的幀中引出隔行視頻信號的兩場。
9.按照權(quán)利要求8所述方法，其特征在于在引出的步驟中，隔行視頻信號的三場是從順序視頻信號的由控制信號所指示的從除去成對的場的那些幀中引出的。
10.按照權(quán)利要求8所述方法，其特征在于在順序視頻信號除去成對的場的幀中引出的編碼視頻信號的每一幀中包括控制信號的部分;和在引出的步驟中，隔行視頻信號的三場是從順序視頻信號的那些幀中引出的，那些幀是從包括控制信號部分的編碼視頻信號的幀中得出的。
11.按照權(quán)利要求8所述方法，其特征在于編碼信號包含變換系數(shù);解碼步驟包括步驟提供參考畫面，從編碼信號引出變換系數(shù)，把逆正交變換應(yīng)用于變換系統(tǒng)，提供運動預(yù)測誤差，和根據(jù)參考畫面和運動預(yù)測誤差重新構(gòu)造畫面。
12.一種記錄，包括記錄介質(zhì);和在記錄介質(zhì)上記錄的記錄信號，該記錄信號包括包含已經(jīng)除去了成對的場的復(fù)數(shù)幀的編碼順序視頻信號，和指示已經(jīng)除去了成對的場的幀的控制信號。
13.按照權(quán)利要求12所述記錄，其特征在于編碼視頻信號的每幀包括畫面標(biāo)題;和已經(jīng)除去了成對的場的每幀的畫面標(biāo)題包括控制信號。
14.按照權(quán)利要求12所述記錄，其特征在于記錄信號另外包括指示虛擬視頻緩沖器檢驗器的容量、用于控制對順序視頻信號進行編碼的vbv緩沖器容量數(shù)據(jù);和利用有vbv緩和器容量×4/5所指示的容量的虛擬視頻緩沖器檢驗器，對順序視頻信號編碼。
15.按照權(quán)利要求12所述記錄，其特征在于記錄信號包括在每幀中的控制信號，該控制信號指示從幀中引出的場數(shù)，和從該幀中引出的場的順序。
16.利用2-3下拉處理對從電影膠片資料引出的場頻為60赫茲的輸入視頻信號進行編碼的裝置，該裝置包括檢測輸入視視信號中成對的場的檢測器;從輸入視頻信號中除去每個成對的場，提供有24赫茲幀頻的多個幀的順序視頻信號的除去器;和對順序視頻信號進行編碼，提供編碼視頻信號的編碼器。
17.按照權(quán)利要求16所述裝置，其特征在于檢測器包含產(chǎn)生控制信號，響應(yīng)每個檢測的成對的場的機構(gòu);和此外編碼器將每個控制信號包括在編碼的視頻信號中。
18.按照權(quán)利要求17所述裝置，其特征在于編碼器提供包含多個幀的編碼視頻信號;和編碼器此外將畫面標(biāo)題與編碼視頻信號的每幀相加，并且在畫面標(biāo)題中包含每個控制信號。
19.按照權(quán)利要求18所述裝置，其特征在于編碼器包括在每幀的畫面標(biāo)題中的控制信號，每幀含有與由除去器作為成對場除去的場相對應(yīng)的場。
20.按照權(quán)利要求16所述裝置，其特征在于編碼器包括對順序視頻信號的幀進行正交變換，產(chǎn)生變換系數(shù)的變換器;利用逆正交變換對變換系數(shù)局部地進行解碼，產(chǎn)生局部解碼畫面的解碼器;和利用局部解碼畫面作參考畫面，將預(yù)測編碼應(yīng)用于順序視頻信號的幀的機構(gòu)。
21.按照權(quán)利要求16所述裝置，其特征在于編碼器包括有vbv緩沖器容量所規(guī)定容量的虛擬視頻緩沖器檢驗器;對順序視頻信號進行正交變換，產(chǎn)生變換系數(shù)的變換器;對變換系數(shù)進行量化，產(chǎn)生量化系數(shù)的量化器;將量化系數(shù)存儲在緩沖器中的機構(gòu);和利用減小到vbv緩沖器容量×4/5容量的虛擬視頻緩沖器檢驗器對量化器進行控制的機構(gòu)。
22.按照權(quán)利要求16所述裝置，其特征在于該裝置此外用來提供在記錄介質(zhì)上進行記錄的記錄信號，此外還包括從編碼信號中引出記錄信號的機構(gòu);和在記錄介質(zhì)上記錄記錄信號的機構(gòu)。
23.對編碼視頻信號進行解碼，提供60赫茲場頻的隔行視頻信號的裝置，編碼視頻信號是對包含24赫茲幀頻的幀的順序視頻信號進行編碼而得到的，順序視頻信號是從60赫茲場頻的隔行視頻信號除去成對的場后所得到的，編碼信號包括指示順序信號的，除去成對場的每幀的控制信號，該裝置包括對編碼視頻信號進行解碼，提供順序視頻信號的解碼器;從編碼視頻信號中取出控制信號的取出器;和從順序視頻信號的某些幀中引出隔行視頻信號的三場和從順序視頻信號所有其余的幀中引出隔行視頻信號的兩場，以響應(yīng)控制信號的場引出器。
24.按照權(quán)利要求23所述裝置，其特征在于引出器從由控制信號指示的順序視頻信號的那些除去成對場的幀中引出隔行視頻信號的三場。
25.按照權(quán)利要求23所述裝置，其特征在于在從除去成對場的順序視頻信號的幀中引出的編碼視頻信號的每幀中，包括控制信號的部分;和引出器引出隔行視頻信號的三場是從包括控制信號的部分的編碼視頻信號的幀中得到的順序視頻信號的那些幀中引出的。
26.按照權(quán)利要求23所述裝置，其特征在于編碼信號包括變換系數(shù);和解碼器包括從編碼信號引出變換系數(shù)的機構(gòu)，將逆正交變換應(yīng)用于變換系數(shù)，提供運動預(yù)測誤差的機構(gòu)，和根據(jù)參考畫面和運動預(yù)測誤差重新構(gòu)成畫面的機構(gòu)。
27.從輸入視頻信號引出記錄信號和重放所記錄信號以提供輸出信號的系統(tǒng)，記錄信號有實質(zhì)上低于輸入視頻信號和輸出視頻信號的位速率，輸入視頻信號和輸出視頻信號有60赫茲的場頻，輸入視頻信號是利用2-3下拉處理從電影膠片資料引出的，該系統(tǒng)包括編碼裝置，包括檢測輸入視頻信號中成對的場的檢測器，從輸入視頻信號中除去每個成對的場，提供有24赫茲幀頻的復(fù)數(shù)幀的順序視頻信號的除去器，和對順序視頻信號進行編碼，提供記錄信號的編碼器;和解碼裝置，包括對記錄信號進行解碼，提供順序視頻信號的解碼器，和從順序視頻信號的某些幀中，引出隔行視頻信號的三場，和從順序視頻信號所有其余幀中引出隔行視頻信號的兩場的場引出器。
28.按照權(quán)利要求27所述系統(tǒng)，其特征在于在編碼裝置中檢測器包括響應(yīng)每個所檢測的成對的場而產(chǎn)生控制信號的機構(gòu)，和此外編碼器將每個控制信號包括到記錄信號中;和在解碼裝置中解碼裝置此外含有從記錄信號中取出控制信號的取出器，和從順序視頻信號的某些幀中引出隔行視頻信號的三場，和從順序視頻信號的所有其余幀中引出隔行視頻信號的兩場，響應(yīng)來自取出器的控制信號的場引出器。
29.按照權(quán)利要求28所述系統(tǒng)，其特征在于在編碼裝置中編碼器提供含有復(fù)數(shù)幀的記錄信號，和編碼器此外將畫面標(biāo)題與記錄信號的每幀進行相加，并將每個控制信號包括在畫面標(biāo)題中;和在解碼裝置中，取出器是用來從記錄信號中的畫面標(biāo)題取出控制信號的。
30.按照權(quán)利要求29所述系統(tǒng)，其特征在于在編碼裝置中，編碼器包含在每幀的畫面標(biāo)題中的控制信號，每幀含有與由除去器除去成對的場的場相對應(yīng)的場;和在解碼裝置中，引出器從順序視頻信號的每幀中引出隔行視頻信號的三場，順序視頻信號是從有包括控制信號的畫面標(biāo)題的記錄信號的幀中引出的。
31.按照權(quán)利要求27所述系統(tǒng)，其特征在于在編碼裝置中，編碼器包含對順序視頻信號的幀進行正交變換，產(chǎn)生變換系數(shù)的變換器，用來將變換系數(shù)包括在記錄信號中的機構(gòu)，利用逆正交變換對變換系數(shù)局部進行解碼，產(chǎn)生局部解碼畫面的解碼器，和利用局部解碼畫面作參考畫面，將預(yù)測編碼應(yīng)用于順序視頻信號的幀的機構(gòu);和解碼器此外包含從記錄信號中引出變換系數(shù)的機構(gòu)，將逆正交變換應(yīng)用于變換系數(shù)的機構(gòu)，和根據(jù)逆變換了的變換系數(shù)，重新構(gòu)成畫面的機構(gòu)。
32.按照權(quán)利要求27所述系統(tǒng)，其特征在于解碼裝置此外包含接收所記錄信號的緩沖器，該緩沖器有由vbv緩沖器容量所規(guī)定的容量;和在編碼器中，編碼裝置包含對順序視頻信號進行正交變換，產(chǎn)生變換系數(shù)的變換器;對變換系數(shù)進行量化，產(chǎn)生量化系數(shù)的量化器;將所量化的系數(shù)存儲在緩沖器中的機構(gòu);和利用有vbv緩沖器容量×4/5的容量的虛擬視頻緩沖器檢驗器，對量化器進行控制的機構(gòu)。
全文摘要
從輸入視頻信號引出記錄信號和重放所記錄信號以提供輸出信號的系統(tǒng)，記錄信號有實質(zhì)上低于輸入視頻信號和輸出視頻信號的位速率，輸入視頻信號和輸出視頻信號有60赫茲的場頻，輸入視頻信號是利用2—3下拉處理從電影膠片資料引出的，該系統(tǒng)包括(1)編碼裝置，它包括檢測器、除去器和編碼器；和(2)解碼裝置，它包括解碼器和場引出器。
文檔編號H04N7/52GK1095541SQ93119619
公開日1994年11月23日 申請日期1993年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月18日
發(fā)明者J·米光, Y·谷崎, T·鈴木 申請人:索尼公司