CN1060904C - 图象处理装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

一种传送装置用于从传送系统的一个信道的指定位置插入新的信息并在传送系统中传送，为了用非预测编码信息作为参考信息的预测编码和非预测编码来压缩一串信息信号，按照预定顺序传送预测编码信息和非预测编码信息，其中正好在插入点之后的非预测编码信息和比所说非预测编码信息过去的信息被保存，在要插入信息中的第一预定信息数通过用正好在插入点之后的非预测编码信息作为参考信息被预测编码。

Description

图象处理装置及其方法
本发明是涉及图象处理，具体地说是涉及一种图象处理装置及其方法，其中，在传送系统中的一个信道中插入了其它信道的信息，以便用预测编码和非预测编码来压缩信息并传送压缩的信息。
数字视频磁带录像机(VIR)是熟知的图象记录装置，可数字压缩运动的图象并记录到记录介质比如磁带等之上。作为压缩方法有固定长度编码压缩方法和可变长度编码压缩方法。与固定长度编码压缩方法相比，在可变长度编码压缩方法中尽管可以执行约1／10到1／20的高压缩比而不太大损害图象质量，但缺点是每个画面(帧或场)的压缩数据量是不一致的，并且难于完成编辑(连接记录等)、检索、和特技重放(随机存取、快进重放、反向重放、等等)。
运动图象编码专家组使用帧(场)内编码和预测编码，它使用将来和／或过去的帧(或场)作为参考画面并周期地排列帧内编码画面(下面称为I帧)，另一方面，将I帧中的画面设置到预测编码画面。按照如此的记录方法，在反向或双向的帧间预测编码画面的压缩数据记录在记录介质上的预测参考图象的压缩数据之后。
按照如此的记录方法，比如在图象的连接位置例如在插入记录(连接记录)处会出现限制。例如即操作员试图在反向或双向的帧间预测编码画面之后紧接其它的画面，对解码必须的画面的图象数据比如在反向或双向的帧间预测编码图象必须保留在记录介质上。另一方面，在要插入的旧画面与新画面之间的预测关系在连接部分成为不连续了，因此重放的画面是混乱的。
这种问题并不只出现在上述的VTR中，在将其它信道的数据插入到一信道数据的预定插入点的情况下也会出现类似问题。
本发明的目的是提供一种图象处理装置及其方法，它解决上述不便。
按照本发明，所提供的一种图象处理装置，包括：
(a)第一输入装置，用于输入被编码的第一运动图象数据；
(b)第二输入装置，用于输入第二运动图象数据；其特征在于
(c)合成装置，用于合成第一运动图象数据和第二运动图象数据，
其中所述合成装置包括利用预测编码方法来编码第二运动图象数据的编码装置，所述编码装置利用第一运动图象数据中的一个预定画面作为基准画面来预测编码第二运动图象数据；以及
(e)输出装置，用于输出由所述合成装置合成的运动图象数据。
按照本发明，还提供了一种图象处理方法，包括：
(a)第一输入步骤，用于输入被编码的第一运动图象数据；
(b)第二输入步骤，用于输入第二运动图象数据；其特征在于
(c)合成装置，用于合成第一运动图象数据和第二运动图象数据，
其中所述合成步骤包括利用预测编码方法来编码第二运动图象数据的编码步骤，所述编码步骤利用第一运动图象数据中的一个预定画面作为基准画面来预测编码第二运动图象数据；以及
(e)输出步骤，用于输出由所述合成步骤合成的运动图象数据。
用上述的装置及方法，即使有插入记录，预测编码和非预测编码的规律性也可保持，并在插入点之前和之后的时间点足以执行相同的重放过程。本发明也容易用编辑、检索、特持重放等等。
本发明上述和其它目的和特征下面从结合附图的详细描述和权利要求中将变得更清楚。
图1A和1B，结合起来如图1所示，显示了本发明一个实施例的原理结构方框图；
图2是运动补偿帧预测电路38的原理结构方框图。
图3是运动补偿帧预测电路73的原理结构方框图。
图4是预测方向的示意图。
图5A至5E是本实施例中第一个插入记录的时间图。
图6是按照图5A至图5E记录轨迹格式上的数据排列的例子。
图7A至7F本实施例中第二个插入记录的时间图。
图8是按照图7A至7F记录轨迹格式上的数据排列的例子。
图9A至9F是本实施例中第三个插入记录的时间图。
图10是按照图9A至9E记录轨迹格式上的数据排列的例子。
下面将结合附图对本发明的一个实施例进行详细说明。
图1A和图1B显示了本发明一个实施例的传送装置，该实施例涉及本发明被用于数字VTR的情况。
在图1A和图1B中，标号10代表要记录的运动图象信号的模拟输入端；标号12表示将自输入端10的模拟图象信号转换成数字信号的A／D转换器。14表示块形成电路，用于从A／D转换器12输出的光栅扫描图象数据中形成块，每个包括〔(i)图素(水平方向)×(j)像素(垂直方向)〕。16为要记录的运动图象信号的数字输入端。18为接收输入端16的图象数据的缓冲器。现在假设加到输入端16的图象数据已经被转换成块。标号20表示选择块形成电路14的输出或缓冲器18的输出的开关。
标号22为减法器，用于从开关20的输出中减去一个预测值。24表示选择开关20的输出(a点)和减法器22的输出(b点)之一的开关。开关24在帧内编码情况下接到(a)，在帧间编码情况下接到(b)。
标号26表示DCT(离散余弦变换)电路，用离散余弦变换将由开关24选择的数据变换为频域。28为量化电路，根据每个频率系数的量化步骤来量化DCT电路26的输出(频率系数)。
标号30为反向量化电路，用于将量化电路28的输出反向量化。32为反向DCT电路，用于将反向量化电路30的输出变换成时域。34为加法器，用于在帧内编码情况给反向DCT电路32的输出加0，而在帧间预测编码的情况给反向DCT电路的输出加预测值。加法器34的输出成为帧间编码或帧间预测编码的本地解码值。
标号36为运动矢量检测电路，用于检测两个画面(通常情况下是本画面和前一个画面)之间的图象运动；38为运动补偿帧预测电路，用于对加法器34的输出进行运动补偿。运动补偿帧预测电路38的输出成为预测值。标号40为开关，它在帧内编码情况下打开，而在帧间编码情况关闭。从运动补偿帧预测电路38输出的预测值加到减法器22并通过开关40加到加法器34。
标号42为可变长度编码电路，用于对量化电路28的输出进行可变长度编码；44为缓冲存储器，用于缓冲可变长度编码电路42的输出。按照缓冲器44的存储数据量来控制量化电路28的量化特征。标号46为加法电路，用于加误差校正编码、同步编码、ID信号和鉴别信号，以鉴别帧间编码和帧内编码。标号48为调制电路，用于对加法电路46的输出进行低频抑制调制。50为记录放大器，用于放大调制电路48的输出到一预定电平。
标号52为用于记录和重放的磁带，54为作为记录介质的磁带。
标号56为重放放大器，用于放大记录和重放磁头52的重放输出。58为解调电路，用于解调重放放大器56的输出。60为数据重放电路，用于按照同步编码和ID信号来重放数据，并利用误差校正编码来完成误差校正。62为缓冲存储器，用于缓冲从数据重放电路60输出的重放数据。64为可变长度解码电路，用于对缓冲器62的输出数据进行可变长度解码。66为反向量化电路，用于对可变长度编码电路64的输出进行反量化。69为反向DCT电路，用于对反向量化电路66的输出进行反向DCT变换。
标号70为加法器，用于给反向DCT电路68的输出加一预定值。72为开关，它选择反向DCT电路68的输出(a点)和加法器70的输出(b点)之一。按照编码由数据重放电路60检测的鉴别信号，在帧内编码情况下开关72连接到(a点)，而在帧间编码情况下则连接到(b点)。
标号73为运动补偿预测电路，用于从开关68选择的重放图象中计算运动补偿帧预测值。尽管与记录系统中运动补偿帧预测电路38相同的电路通常被用来作运动补偿帧预测电路73，但电路73还是采用不同的标号，以便于解释记录和重放操作。
标号74为反向块形成电路，用于恢复开关72选择的图象数据为光栅扫描数据。76为D／A转换器用于转换反向块形成电路74的输出数据为模拟信号。78为模拟重放图象输出端，用于给外部提供D／A转换器76的输出。80为缓冲器，用于缓冲由开关72选择的重放图象数据。82为数字重放图象输出端，用于给外部提供缓冲器80的输出。
标号84为开关，用于在给运动补偿帧预测电路38进行插入记录情况下转换要插到记录图象中的图象帧间编码所必需的图象数据。标号86为控制电路，用于控制整个装置，具体地说是控制开关20、24、40和84的开关操作。
图2表示了运动补偿帧预测电路38的详细电路图。图3表示了运动补偿帧预测电路73的详细电路图。电路38和73每个都包括：串联的两个帧存储器100和102；一个前向预测电路104；一个后向预测电路106；一个加法器108，用于将前向预测电路104的输出与后向预测电路106的输出相加，以及开关110，用于选择前向预测电路104、后向预测电路106和加法器108的输出之一。
如图2所示，在记录系统中，由运动矢量检测电路36检测的运动矢量加到前向预测电路104和后向预测电路106。前向和后向预测电路104和106输出分别相对于前方和后方已经运动补偿的预测值。
开关110的开关操作是根据压缩效果、图象质量、特技重放功能等等来控制的。
图4表示了一个记录顺序的例子，其记录顺序为：帧内编码图象(下面称为1帧)、用一个将来或过去I帧作为参考画面的一面预测编码画面(下面称为P帧)、以及用I和P帧作为参考画面而完成两面预测的两面预测编码画面(下面称为B帧)。I、P、B帧出现的频率和顺序按照压缩比、图象质量等等来适当调整。
原始记录和重放操作将首先描述。在原始记录和重操作中，控制电路86将开关84关闭。
在模拟输入情况下，A／D转换器2转换从输入端10来的图象信号为数字信号。块形成电路14从A／D转换器2的输出图象数据中形成块。开关20连接到(a)点。在数字输入情况下，输入端16的输入图象数据通过缓冲器18加到开关的(b)点。开关20连接到(b)点。
在帧内编码的画面情况下，控制电路86将开关24连接到(a)点并断开开关40。因此，开关20的输出(块形成电路14的输出或缓冲器18的输出)由DCT电路26进行DCT转换并由量化电路28进行量化。
量化电路28的输出由反向量化电路30和反向DCT电路32进行解码。解码值通过加法器34并加到运动矢量检测电路36和运动补偿帧预测电路38。运动矢量检测电路36检测从加法器34输出来的图象运动矢量以及开关20来的当前图象数据并加到运动补偿帧预测电路38。在运动补偿预测电路38中加法器34的输出顺序地存储到帧存储器100和102中，并产生已按照由运动矢量检测电路36检测的运动矢量进行运动补偿的预测值。
在帧间编码画面情况下，控制电路86将开关24连接到(b)点并接通开关40。减法器22从开关20的输出中减去从运动补偿帧预测电路38来的预测值，并产生预测误差。该预测误差通过开关24加到DCT电路26并由DCT电路26进行转换以及由量化电路28进行量化。
量化电路28的输出由反向量化电路30和反向DCT电路32解码。加法器34将预测值加到反向DCT电路32的输出上。加法器34的输出是帧间编码数据的本地解码值。加法器34的输出加到运动补偿帧预测电路38，但不存储到帧存储器100和102中。
上述帧内编码或帧间编码的数据由可变长度编码电路42进行可变长度编码。电路42的输出通过缓冲器44加到加法电路46并加有误差校正码、用于块形成的同步码、用于同步块鉴别的ID信号、和编码鉴别信号，并产生预定尺寸的同步块。编码鉴别信号由控制电路86提供。
调制电路48对加法电路46的输出进行低频抑制调制。调制电路48的输出通过记录放大器50加到磁头52并记录到磁带54上。
在初始重放模式，磁带54上的记录信号由磁带52重放，其磁头输出通过重放放大器56加到调制电路58并被解调。数据重放电路60用同步码同步检测解调电路58输出中的ID、压缩数据、误差校正、和编码鉴别信号，并用误差校正码校正记录和重放误差。开关72的开关操作由检测的编码鉴别信号来控制。
数据重放电路60的输出(重放数据)通过缓冲器62加到可变长度解码电路64。可变长度解码电路64对压缩数据中的可变长度编码部分进行解码，其输出由反向量化电路66反向量化并由反向DCT电路68进行反向DCT转换。
加法器70把预定值加到反向DCT电路68的输出上。反向DCT电路68的输出加到开关72的(a)点。加法器70的输出加到开关72的(b)点。在数据重放电路60的控制下，开关72为帧内编码帧连接到(a)点，为帧间编码连接到(b)点。因此，开关72的输出成为重放的图象数据，其中帧内编码数据和帧间编码数据分别被进行适当的解码处理。
用与运动补偿帧预测电路38类似的方式运动补偿帧预测电路73从开关72的输出中产生运动补偿帧预测的预测值。
反向块形成电路74将开关72的输出恢复成光栅扫描输出。反向块形成电路74的输出由D／A转换器76转换成模拟信号，并由模拟输出端78输出到外部。开关72的输出也由缓冲器76来比率调整并从数字输出端82输出到外部。
下面将参考图5A至5E描述用于记录的插入记录(连接记录)的操作，它用于从现存记录视频图象的半路中连接一个新的视频图象。现在假设要插入的图象是从输入端10或16输入的。但是为了易于解释，假设只有B帧是帧间预测编码画面，它用过去和将来帧内编码画面(I帧)作为参考画面。通过在帧数后面加(ⅰ)来表示帧内编码画面和编码数据。帧间编码画面的编码数据用帧数后面加b(K1，K2)表示。K1和K2为参考画面的帧数。
图5A表示了要被插入编辑的视频图象信号的输入顺序(或重放顺序)与帧间编码之间的预测关系。图5B显示了记录顺序(编码顺序)。图5A对应开关20的输出。图5C表示要插入的视频图象的输入顺序。图5D表示了按照要插入的视频图象信号的实施例的预测关系和编码方法。图5E表示了插入完成之后的记录顺序(编码顺序)。
现在假设图5C中帧#50的图象和以后的帧被插入记录在帧#3之后。在这种情况下，由于帧#3以用帧#1和#4作为参考帧进行双面帧间编码，帧#4的编码数据14就不能擦掉。
因此，在该实施例中对解码帧#3所必须的帧#4的压缩数据4i在左边，要插入的图象(帧#50和以后的帧)记录从该位置开始，即帧内编码画面将安排在数据3b(0，4)之后。
在要插入的图象(帧#50和以后的帧)的情况下，帧#50和#54成为I帧，而帧#51、#52、和#53用帧#50和#54作为参考帧而成为B帧。但是为了保持I帧的周期在该实施例中，在#50的位置，用帧#2作为#51、#52、#53的参考帧。
在检索插入记录的起始点的过程中，开关84已经接通，紧接现存记录插入点之后的I帧的重放数据传送到记录系统的运动补偿内预测电路38中。在要插入图象的#51、#52和#53进行帧间预测编码时，帧#2能用作参考帧。
在通常使用记录系统的运动补偿帧间预测电路38和重放系统的运动补偿帧间预测电路73的情况下，当执行插入记录时，足以保存帧存储器100和102中的存储内容。
因此，在该实施例中，帧#51、#52和#53通过用帧#4和#5作参考帧被进行帧间预测编码。在插入记录完成之后，磁带54的记录数据的记录顺序表示在图5E中。
通过上述的记录，不仅保持在插入之前和插入之后时间点帧内编码和帧间编码的排列规则，而且也保持了帧间预测参考帧的关系，因此重放操作可以简单化并减少重放过程中的麻烦。
通过如图5E所示记录，作为重放输出顺序，帧#51和以后的帧被重放并在帧#1、#2、#3和#4之后。也就是说，这相当于帧#52和以后的帧被插入记录在帧#4之后。但是，一帧的偏差不会导致大的问题。
图6显示了按照本实施例的一个记录轨迹格式的例子。
下面将描述保留在记录图象插入点之后的I帧而删除掉要插入图象的第一帧的实施例。图7A来表示了要被插入编辑的视频图象信号的输出顺序(重放顺序)和帧间编码之间的预测关系。图7B表示了记录顺序(编码顺序)。图7C表示了要插入的视频图象信号的输入顺序。图7D表示了按照要插入的视频图象信号的实施例的预测关系和编码方法。图7E显示了插入完成之后的记录顺序(编码顺序)。图7F表示了插入完成之后记录图象的重放画面顺序。
现在假设帧#50和以后的帧紧插在帧#3之前。在这种情况下，尽管帧#3和#4不是必需的，因为帧#2通过用帧#1和#4作为参考而被两面帧间编码，但帧#4的编码数据4i不能擦掉。
因此，在该实施例中，对解码帧#2必需的帧#4的压缩数据4i在左边，数据3b(0，4)也在左边，以保持这种规则。指示实际插入点的插入标志在数据4i之后，要插入图象(帧#50和以后的帧)记录在数据3b(0，4)之后。对于被插入的图象(帧#50和以后的帧)来说帧#4被置于第一画面而这些帧接着按照预定的顺序被顺序编码。即帧#50、#51和#52用帧#4和#53作为参考帧被帧间编码。
用类似于图5A至图5E情况下的方法，为了检索插入记录的记录起始点的过程，开关84已经被打开，紧在现存记录插入点之后的I帧重放数据(实施例中帧#4)传送到记录系统中的运动补偿帧间预测电路38。正由于此，在要插入图象帧#50、#51和#52的帧间预测编码时，帧#2可被置于参考帧。
在记录系统的运动补偿帧间预测电路38和重放系统的运动补偿帧间预测电路73共同使用时，当执行插入记录时，足以保存帧存储器100和102中的存储内容。
在插入记录完成之后，磁带54上的编码数据的记录顺序如图7E所示。当编码数据重放时，帧#3根据插入标志跳读，在帧#2之后帧#4、#50、…连续。
同样，在图7A至图7F中，不仅在插入之前和之后的时间点保持了帧内编码和帧间编码的排列规则，而且保持了帧间预测参考帧的关系，因此重放操作可以简化，并减少了重放过程中的麻烦。
图8表示了用于图7A至图7F的记录轨迹格式的一个例子。
下面将描述为了记录的图象而删除I帧之后插入点之前的帧的实施例。图9A表示了在要插入编辑的视频图象信号的输入顺序(或重放顺序)与帧间编码之间的预测关系。图9B表示了记录顺序(编码顺序)。图9C表示了要插入的视频图象信号的输入顺序。图9D表示了按照要插入的视频图象信号的实施例的预测关系和编码方法。图9E表示了插入完成之后的顺序(编码顺序)。
现在假设图7C所示的帧#50和以后的帧作为I帧紧插在帧#8之前。在该实施例中从插入时间点直到第一个I帧(图9A至9E中的帧#4)之前的时间点的时间期间中的帧被删除。即帧#5、#6和#7被删除。另外，要插入的图象(帧#50和以后的帧)的几个第一帧用从插入点来的过去第1帧作为参考帧被帧间编码。
用类似于图5A至5E情况的方式，为了检索插入记录的记录起始点的过程，开关84已经被打开，现在记录之前的I帧(在该实施例中为帧#4)的重放数据传送到记录系统的运动补偿帧间预测电路38并被保存。因此要插入的图象的帧#50、#51和#52进行帧间预测编码时，帧#4可作为参考帧。
在记录系统的运动补偿帧间预测电路38和重放系统的运动补偿帧间预测电路73共同使用时，当完成插入记录时，足以保存帧存储器100和102中的存储内容。
在插入记录完成之后，磁带54的编码数据的记录顺序表示在图9E中。当编码数据重放时，帧#50和以后的帧在帧#4之后重放。即相当于#50和以后的帧连接在帧#4之后。
在图9A至图9E中不仅在插入之前和之后的时间点保持了帧内编码的排列规则，保持了帧间预测的参考帧的关系，因此可简化重放操作和重放过程的麻烦。
图10表示了用于图9A至9E的记录轨迹格式的一个例子。
在上面的描述中，帧被设置成编码单元。但是，也可将场设置为编码单元，而同时使用场外编码和场内编码的压缩方法。帧内(或场外)编码画面的排列周期并不限制上述例子中。两面预测和一面预测的排列等等也不限制在上面所示的例子中。该DCT和可变长度的编码组合的压缩方法也明显可用于本发明。
在用与要插入编辑的图象数据类似的方法将要插入记录的图象数据编码并记录的情况下，很明显可理解到对无需改变参考帧或类似的数据部分是以压缩状态传送和记录的。
尽管本发明是结合使用磁带作为记录介质而描述的，但是作为其它记录介质比如磁盘、光盘、磁光盘、固态存储器等等也在本发明的范围内。
尽管上面的实施例描述的是本发明用于VTR的情况，但很明显本发明的传送装置也可用于将其它信道数据插入到某种信道中去的情况。
从上面的描述中很容易理解到，按照本实施例，在采用帧内编码和帧间编码的压缩方法的传送装置中，在其它图象插入之前和之后可以保持重放操作的一致性。因此，比如，在VTR或类似的设备中重放操作可容易地完成，装置可容易地进行连接记录、编辑、特技重放等等。

Claims (16)

1．一种图象处理装置，包括：
(a)第一输入装置，用于输入被编码的第一运动图象数据；
(b)第二输入装置，用于输入第二运动图象数据；其特征在于
(c)合成装置，用于合成第一运动图象数据和第二运动图象数据，
其中所述合成装置包括利用预测编码方法来编码第二运动图象数据的编码装置，所述编码装置利用第一运动图象数据中的一个预定画面作为基准画面来预测编码第二运动图象数据；以及
(e)输出装置，用于输出由所述合成装置合成的运动图象数据。
2．根据权利要求1的装置，其中所述编码装置包括正交变换装置，用于对图象数据进行正交变换。
3．根据权利要求2的装置，其中所述编码装置根据MPEG标准来编码图象数据。
4．根据权利要求3的装置，其中第一图象数据是根据MPEG标准被编码的数据。
5．根据权利要求1的装置，其中所述输出装置包括记录装置，用于在一个记录介质上记录编码的运动图象。
6．根据权利要求5的装置，其中所述记录装置用于在磁带上记录。
7．根据权利要求5的装置，其中所述记录装置用于在光盘上记录。
8．根据权利要求5的装置，其中所述记录装置记录表示第二图象数据被实际合成进入第一图象数据的位置的信息数据。
9．一种图象处理方法，包括：
(a)第一输入步骤，用于输入被编码的第一运动图象数据；
(b)第二输入步骤，用于输入第二运动图象数据；其特征在于
(c)合成装置，用于合成第一运动图象数据和第二运动图象数据，
其中所述合成步骤包括利用预测编码方法来编码第二运动图象数据的编码步骤，所述编码步骤利用第一运动图象数据中的一个预定画面作为基准画面来预测编码第二运动图象数据；以及
(e)输出步骤，用于输出由所述合成步骤合成的运动图象数据。
10．根据权利要求9的方法，其中所述编码步骤包括正交变换步骤，用于对图象数据进行正交变换。
11．根据权利要求10的方法，其中所述编码步骤根据MPEG标准来编码图象数据。
12．根据权利要求11的方法，其中第一图象数据是根据MPEG标准被编码的数据。
13．根据权利要求9的方法，其中所述输出步骤包括记录装置，用于在一个记录介质上记录编码的运动图象。
14．根据权利要求13的方法，其中所述记录步骤用于在磁带上记录。
15．根据权利要求13的方法，其中所述记录步骤用于在光盘上记录。
16．根据权利要求13的方法，其中所述记录步骤记录表示第二图象数据被实际合成进入第一图象数据的位置的信息数据。
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