CN1125566C - 数据编码方法和数据编码设备 - Google Patents

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Abstract

由DCT(离散余弦变换)电路(2)对输入图象数据进行变换而获得的DCT系数数据由从量化电路(7)中的多个量化器中选出的一个量化器进行量化，并在量化数据由可变长度编码电路(8)进行可变长度编码后输出。分类电路(30)通过将数据与阈值Th1、Th2和Th3以一个宏块为单位进行比较而从DCT电路(2)中分类出DCT系数数据，并输出活度代码AT。代码量估计部分(10)估计等效于当从Z形读出电路读出的DCT系数数据的5个宏块的一个视频段的数据由量化量化并被可变长度编码时的编码数据的总量，并将量化器号码发送到量化电路(7)，该量化号码用于选择其估计的数据量小于参考值的量化器中的最佳的一个。部分(10)和电路(30)的阈值Th1、Th2和Th3彼此不同，并根据从端子(11)发送的所希望的压缩系数的信息而从压缩系数表格(12)中读出。因此，可在对数据进行压缩编码时容易地获得所希望的压缩系数。

Description

数据编码方法和数据编码设备
本发明涉及一种对诸如数字视频信号等的数字信息数据进行压缩编码的数据编码方法和数据编码设备，尤其涉及一种能在固定压缩系数的数据压缩格式中容易地改变压缩系数的数据编码方法和数据编码设备。
由于诸如数字视频信号的数字信息数据量较庞大，因此，有许多进行用于压缩数据量的压缩编码的例子。近年来，频繁采用了特别使用这种压缩编码的DCT(离散余弦变换)的数据编码方法和数据编码设备。例如，在具有1/4英寸磁带宽度的数字VTR格式(称之为DV格式)中采用了使用这种DCT的数据编码方法。
在对数字信息数据进行这种编码时，为了以预定格式进行传输和/或记录/再现，压缩系数和数据率是固定的。例如，在以固定块单元进行同步的情况下，在每个块上数据量不超过最大数据量的范围内进行数据压缩。各个块中除压缩的有效数据外还将无效数据填入各部分中，从而每个块的相应数据量是固定的。此外，还可考虑在各个块上分配数据。在相应于预定块的压缩的有效数据量超过相应块的最大数据量的情况下，溢出的有效数据被分配到有效数据量较少的其它块。例如，在上述DV格式中，各个宏块之间的数据分配是在固定长度的视频段内进行的，该视频段包括在屏幕图象中进行混洗之后获得的5个宏块。
与此同时，近年来，硬盘的数据记录容量已得以提高，而且在对硬盘的数字视频信号的压缩数据的记录或再现方面已经进入实用阶段。由于使用这种硬盘等的记录/再现设备(单元)是随机存取的，因此可瞬间恢复任意图象。这种记录/再现单元适于编辑作业。
在这种情况下，例如，在进行视频信号的离线编辑时，将画面量取到其内容可被确认的程度就足够了。从节省记录介质空间的意义上，提高压缩系数而减少数据量是较重要的。相反，在进行主编辑时，将压缩系数减小到较低的值以改善画面质量则显得较重要。此外，如果可根据用途来改变压缩系数的话，则可相应于各种用途来进行画面质量和介质容量的最优化。而这正是我们所希望的。
本发明鉴于上述实际情况而提出，其目的在于提供一种能容易地改变具有1/4英寸磁带宽度的数字VTR格式(即，类似于DV格式的固定压缩系数的数据压缩格式)中的压缩系数的数据编码方法和数据编码设备。
采用本发明的数据编码方法和数据编码设备，在输入数据被正交变换以对这样变换的输入数据进行量化从而对量化的数据进行可变长度编码的情况下，采用一种方法来估计根据正交变换数据进行可变长度编码时的编码数据，以根据取决于压缩系数的参考值差(变化)和估计的数据量来确定量化时的量化步长。
通过改变取决于压缩系数的参考值，编码数据的总量被改变。
此外，采用本发明的数据编码方法和数据编码设备，在输入数据被正交变换以对这样变换的输入数据进行量化从而对量化的数据进行可变长度编码的情况下，采用一种方法来根据压缩系数来改变根据正交变换数据来指定指示量化精度的类的阈值。
通过改变取决于压缩系数的类指定的阈值，编码数据的总量改变。
在这种情况下，当假设固定压缩系数的图象压缩格式为输入数据为图象数据，并且在多个量化器中的任意一个上对通过执行离散余弦变换(DCT)而获得的DCT系数数据进行量化以对量化数据进行可变长度编码时，采用一种方法来估计在DCT系数数据的视频段单元进行量化和可变长度编码时的数据量，以将估计的数据量与参考值进行比较，从而确定最佳量化器，以便将DCT系数数据的块单元数据与阈值相比较，进而确定量化的类指示精度，最好是改变参考值或参考值和取决于所希望的压缩系数的信息的阈值。
通过改变参考值或参考值和取决于所希望的压缩系数的信息的阈值，在进行压缩编码后得到的最终编码数据量被改变。因此，可改变压缩系数。
图1是表示应用本发明数据编码方法的数据编码设备的实施例的结构外形的框图；
图2是表示本发明实施例的DCT系数输出次序的示例的示意图；
图3是表示本发明实施例的量化表格示例的示意图；
图4是表示本发明实施例的DCT系数的区域号码的示例的示意图；
图5是表示处理运动模式DCT系数的示例的示意图；
图6是解释本发明实施例的代码量估计部分的实例的电路框图；
图7是解释本发明实施例的类指定电路的实例的电路框图；
图8是解释本发明实施例的类指定电路操作的时序图；
图9是表示本发明实施例的压缩系数表格的示例的示意图；
图10是表示应用本发明实施例的数字信息数据记录/再现设备的结构外形的框图；
图11是表示应用本发明实施例的数字信息数据记录设备的更实用结构示例的电路框图；
图12是表示图11的数字信息数据记录设备的输入信号和记录信号示例的示意图；
图13是解释图11的数字信息数据记录设备的操作的时序图；
图14是解释图11的数字信息数据记录设备的操作的时序图；
图15是表示应用本发明实施例的数字信息数据再现设备的更实用结构示例的电路框图；和
图16是解释图15的数字信息数据再现设备的操作的时序图。
下面将参照附图详细描述根据本发明的几个优选实施例。
图1是表示应用本发明实施例的数据编码方法的数据编码设备示例的结构外形的框图。
图1中，提供给输入端1的数字视频信号被分块成例如8×8个像素，并且这些像素被发送到DCT(离散余弦变换)电路2。DCT电路2对分块的视频信号(例如，像素数据)进行DCT处理，以将该像素数据转换成8×8频率区域的系数数据。因为该视频信号具有相关性，因此当该视频信号被变换成频率区域中的信号分量时，它们中的大多数变成低频分量。在这种情况下，具有大功率的频谱分量集中在低频带。由于该频率分量被移动到高频带侧，因此，其功率变低。
DCT电路2的输出被发送到Z形读出电路3和类指定(确定)电路30。如图2所示，Z形读出电路3从8×8的DCT系数的低频数据中以Z形方式按次序读出数据。Z形读出电路3的输出被传递到缓冲存储器4，并被发送到代码量估计部分10。缓冲存储器4存储用作第一数据范围的预定缓冲单元的数据，例如相应于一个视频段(将后述)的数据。如后所述，类指定电路30以用作第二数据范围的DCT块为单元检查图形精度，以将进行类指定的其DCT块的活度(activity)(精度)分成4个阶段，以便输出指示相应的类的2个比特的活度代码AT。最好将来自DCT电路2的系数数据的AC分量发送到类指定电路30。
代码量估计部分10包括多个(N个)代码估计元件(后称估计器)201、202、……、20N。Z形读出电路3的输出和来自类指定电路30的活度代码AT被发送到估计器201、202、……、20N。在估计器201、202、……、20N上，例如，在图3所示的更实用示例的情况下，设置彼此不同的量化器号码QNo(当N＝16时的量化器号码为0～15)，并有一个用于通过活度代码AT表示的类号码和事先对在DCT块中的各像素块分配(指定)的区域号码(图4A和4B)来确定量化步长的设置表格。后面将详细描述。
当各视频段中的数据通过具有包括5个宏块的视频段的各量化表格来量化时，估计器201、202、……、20N分别估计总代码量，从而使它们进行可变长度编码，以当各个总代码量为预定参考值Rf或更多时产生输出OF1、OF2、……OFN，这些宏块是在预定缓冲器中(例如作为预定缓冲器单元的画面上的图象)进行混洗后获得的。这些输出OF1、OF2、……OFN被发送到量化器确定电路6。量化器确定电路6根据估计器201、202、……、20N的输出OF1、OF2、……OFN来确定最佳量化器，该最佳量化器中，相应于第一数据范围的预定缓冲器单元(例如视频段单元)的总代码量小于预定参考值Rf。这个量化器确定电路6的输出被发送到量化电路7。
在量化电路7，事先准备N种(例如16种)量化器，通过量化器确定电路6的输出来选择这些量化器中的任意一个。此外，采用量化电路7，从而通过来自类指定电路30的活度代码AT来指定类。量化电路7的输出被发送到可变长度编码电路8，在这里，采用例如2维霍夫曼(Huffman)码等来进行可变长度编码。由此获得的可变长度编码数据从输出端9取出。
在这种情况下，图3中所示的量化表格的0至15的量化器号码QNo相应于16个估计器201、202、……、2016。例如，估计器201估计当在用作第一数据范围的视频段中通过量化器号码QNo＝0的量化器对数据进行量化以进行可变长度编码时的总代码量是否是预定参考值Rf或更多。此外，图3的量化表格的各个数据分别表示当来自上述DCT电路2的DCT块(本实施例中为8×8)的频谱数据的各系数数据如图4A和4B地进行区域分割时对应于号码为0至7的相应区域的量化步长。
例如，当由来自类指定电路30的活度代码AT来指定类号码0时，相对于图4A中所示的各系数数据的量化步长为如下：估计器201(量化器号码QNo＝0)的区域号码0至2范围内的量化步长为“4”，估计器201的区域号码3和4范围内的量化步长为“8”，估计器201的区域号码5至7范围内的量化步长为“16”，估计器202(量化器号码QNo＝0)的区域号码0至3范围内的量化步长为“4”，估计器202的区域号码4和5范围内的量化步长为“8”，以及估计器202的区域号码6和7范围内的量化步长为“16”…。
由图3很清楚，随着量化器号码QNo变小，量化步长变大。结果，数据被粗略地量化。此外，由类指定电路30以每个DCT块输出的活度代码AT来指定类号码0至3。在图3的示例中，随着类号码变大，量化步长变大。为何在确定区域号码时如图4A和4B所示地存在两种表格的原因在于，当已经进行DCT分块的数据在DCT电路进行DCT变换处理时，在运动检测电路(将后述)上对帧确定两种模式(运动模式和静止模式)中的一个，以在作为(8×8)上的变换单元的分块(静止模式)和在(2×4×8)的块上的分块(运动模式)彼此不同的状态下进行DCT变换处理。亦即，对视频段(本实施例中为5MB)中的各(8×8)块，在DCT电路2，在DCT变换处理之前通过运动检测来判断静止模式和运动模式之一。因此，采用其结果来以这两个模式中的一个来对分块的数据进行DCT变换处理。如图5所示，在静止模式中，一个块包括一个DC分量和63个AC分量。另一方面，在运动模式中，两个(4×8)块中的每个均包括一个DC分量和31个AC分量。后面将详述。
对于类号码3，在DCT系数的绝对值大于255的情况下，该系数值在量化之前通过称作初始移位的1比特移位来分半(变成1/2)。为此原因，可认为是量化步长加倍。在没有标志比特(一比特)的情况下，量化之前的各系数数据由9比特数据表示。然而，因为在后续阶段的可变长度编码时仅对非零系数的值预备了8个比特，因此在第9个比特(MSB)上具有值m的系数(大于255的DCT系数)通过这种初始移位而变成8比特。
量化电路7包括图3的量化表格。在这种情况下，在对应于第一数据范围的视频段单元中选择量化器号码QNo，而在对应于第二数据范围的DCT块单元中选择类号码。因此，输入的DCT系数数据通过对应于输入的DCT系数数据的各区域号码0～7的量化步长来量化。由此得到的量化的系数数据被发送到可变长度编码电路8。
在本发明的实施例中，估计器201、202、……、20N的预定参考值Rf和类指定电路30的类指定的阈值Th1、Th2、Th3根据压缩系数来改变。从更实用的意义讲，如图1所示，所希望的压缩系数的信息被通过端子11提供给压缩系数表格12，以将参考值Rf和随这个压缩系数而不同的(变化的)阈值Th1、Th2、Th3发送到估计器201、202、……、20N和类指定电路30。应注意的是，仅有这些值中的一个值例如参考值Rf可根据压缩系数来改变。
图6是表示数据编码设备示例的电路框图，其表示代码量估计部分10(具体地讲为估计器201、202、……、20N)的内部。在该图6中，从Z形读出电路3输出的DCT系数数据被发送到代码量估计部分10的估计器201、202、……、20N的各除法器21。在这种情况下，由于各估计器201、202、……、20N的内部结构完全相同，因此，后面将在参考标号被分别标注的情况下给出有关一个估计器201中各部分(元件)的解释。
除法器21分别包括对应于各估计器201、202、……、20N的量化号码QNo的量化表格。采用每个除法器，以便通过上述活度代码AT在每个DCT块上指定类，输入数据被相应于输入的DCT系数数据的区域号码的量化步长除。除法器21的输出被发送到代码(字)长度计算电路23，在此确定当对数据进行可变长度编码时的代码长度。由此获得的代码长度数据被发送到包括加法器25和寄存器26的累加器，在此这些代码长度数据被累加。以此获得的累加值被送到比较电路28。在每个对应于第一数据范围例如视频段单元的预定缓冲器量单元上，寄存器26由来自端子24的复位信号RST进行复位。在比较器28上，来自寄存器26的累加值和参考值Rf彼此相比较，以当累加值达到参考值Rf或更大时产生“H”电平的输出OF，例如在估计器201的情况下的输出OF1。各估计器201、202、……、20N的输出被发送到量化器确定电路6，在此选择不超出参考值Rf的最大量化器号码QNo。
在这种情况下，根据压缩系数从压缩系数表格12读出不同的值作为参考值Rf，并将其发送到各估计器201、202、……、20N的比较器28。在这种情况下，如果参考值Rf被设置成较小值，则量化后的总代码量变小，从而有可能提高压缩系数。因此就足以组成压缩系数表格12，从而随着来自端子11的压缩系数的增大而选择较小的参考值Rf。应注意的事实是，压缩系数高则意味着1/n压缩时的n较大，并且进行编码后的数据总量变少。
下面将参照图7和8来描述根据压缩系数改变类指定的阈值的更实用的示例。
如上所述，在适用于通过量化器号码QNo和类号码来确定量化电路7的量化步长的格式情况下，改变压缩系数以改变代码量估计部分10的估计器201、202、……、20N的参考值Rf从而改变待选择的量化器号码QNo则稍显不足。此外，对于类号码，有望选择其中当压缩系数增大时量化步长变大的类号码。鉴于上述，有望根据压缩系数来改变类指定电路30的类指定的阈值Th1、Th2、Th3。
图7表示类指定电路30结构的更实用示例，而图8表示图7的各部分的信号。DCT系数的绝对值，具体举例为如图8的A所示的来自DCT电路2的AC分量的系数，被提供给图7的输入端31。这个输入DCT系数数据被发送到最大值检测电路32，在此其与锁存电路33的输出值进行比较。结果，较大的值被发送到锁存电路33，并在此被锁存。因此，从锁存电路33获得如图8的C表示的最大值输出。锁存电路33被提供有例如来自端子34的DCT块周期的图8的B所示的复位信号。从锁存电路33输出的最大值被发送到相应的3个比较器35、36、37，在此其与各个阈值Th1、Th2、Th3相比较。因此，从比较器35、36、37分别输出图8的D、E、F表示的比较输出。在图7的示例中，当锁存电路33的输出值大于阈值Th1、Th2、Th3时，比较输出从0变成1。这些比较输出D、E、F被发送到类号码表格38，从而如图8的G所示的类号码输出被从类号码表格38发送到锁存电路39。锁存电路39的选通端EN被提供有来自端子34的复位信号B。因此，这个复位信号的脉冲输入时序上的类号码被锁存，并被作为上述活度代码AT而输出。通过以这种方式将输入DCT系数的AC分量的绝对值与3个阈值Th1、Th2、Th3相比较，选择4个阶段的类号码0至3中的任意一个。
在这种情况下，各个阈值Th1、Th2、Th3是根据所希望的压缩系数改变的值。例如，当各个阈值Th1、Th2、Th3被设置成较小值时，输出的类号码变大。结果，量化步长变大，并且压缩系数变高。根据来自端子11的压缩系数从压缩系数表格12中读出这些阈值Th1、Th2、Th3，这些阈值被发送到各比较器35、36、37。
图9中示出参考值Rf和相应于该压缩系数表格12中的压缩系数的各阈值Th1、Th2、Th3的更实用示例。图9A表示当压缩系数被设置成1/5、1/10、1/20时的参考值Rf，而图9B表示当压缩系数被设置成1/5、1/10、1/20时的各阈值Th1、Th2、Th3。在图9B的更实用示例中，发送到输入端31的DCT系数的最大值被设置成512。此外，可始终根据压缩系数来选择预定参考值Rf和各阈值Th1、Th2、Th3。
当采用上述类指定电路30中的3个比较电路35、36、37的输出结果确定类号码时，为何采用这种确定方法的原因在于，视频段内容块的精度通常是由4个阶段的类号码来表示。本发明不仅可适用于4个阶段的类号码，也适用于多个阶段的类号码选择。在这种情况下，足以根据阶段数来增加或减少比较电路的数目，并足以准备具有其中预定阈值可被输入到比较电路中的表格的压缩系数表格12。此外，可通过预定压缩系数来将类号码设置成预定值。由于DCT系数被输入到类指定电路30，因此，即使在除上述AC分量的系数的绝对值以外的值被输入的情况下，也可应用本发明的类指定电路30。也就是说，在诸如AC系数的最大值和最小值之差、AC系数的第n次根等和DC分量的系数的值被输入到类指定电路30的情况下，也可应用本发明。
下面将参照图10来描述用于通过采用本发明实施例的上述数据编码方法或数据编码设备而构建的数字信息数据的记录/再现设备。
在图10中，输入端51被以例如引起数字格式的隔行扫描的次序提供有视频数据。该输入视频数据被发送到分块电路52，在此，该数据被变换成具有例如8×8个样本的DCT块的结构的数据，该DCT块是DCT的基本单元。通过这个DCT块四(4)个亮度块的和两个色(相应的一个)差块的总共六(6)个块，构建一单个宏块。也就是说，在时间上连续的第一和第二场的时刻的相同位置上的(4×8)的块被组合。因此形成(8×8)的块。分块电路52的输出被提供给混洗电路53，在此，执行用于采用多个宏块MB作为单元来使空间位置与原始位置不同的处理(即，混洗)。执行该处理是为了防止由于磁带上的信号丢失(drop-out)、缺陷或磁头阻塞等引起的差错使画面质量的劣化变得较明显的情况发生。该混洗电路53的输出被发送到DCT(离散余弦变换)电路2和运动检测电路54。
运动检测电路54被提供有在上述前级的混洗电路53混洗的多个宏块(在本实施例中，一个视频段是由五(5)个宏块(MB)构建，此后在DCT电路2上以该单元进行编码。)的各(8×8)的块，从而判断相应的模式是运动模式还是静止模式。这是因为，即使当物体移动或摄像机随动拍摄或变焦时(当操作模式是运动模式)在DCT电路2对输入的块均匀地进行DCT处理以进行隔行扫描，但仍有能量分散的可能性，从而降低压缩效率。为此原因，在这种情况下，(8×8)的块在第一和第二场上被分割成(4×8)的各块，以对各(4×8)的块在DCT电路2上进行DCT处理，从而防止压缩效率的降低。作为在运动检测电路54中进行运动模式选择的方法，可采用各种方法。例如，有一种当对各块进行哈达玛(Hadamard)变换处理时根据垂直方向上的系数数据来进行运动模式和静止模式的选择的上述方法。此外，可将第一和第二场之差的绝对值之和与预定阈值进行比较，从而有可能进行运动模式和静止模式的选择。
当在运动检测电路54对各(8×8)块判别运动模式和静止模式之一时，相应于所选择的模式，在DCT电路2上对输入的各块进行DCT处理。在静止模式中，各视频段的每个(8×8)块均包括单个DC分量和63个AC分量(参见图2)。另一方面，当操作模式为运动模式时，对两个(4×8)块进行对相同次序的各块的系数的求和及求差的计算(操作)，以将它们重建为(8×8)的块。因此，在DCT电路2执行相应于各模式的DCT处理。
从DCT电路2到可变长度编码电路8的结构相应于上述图1的数据编码设备的结构，其详细描述将省略。然而，在这种情况下，其中总代码量已根据压缩系数改变的压缩数据也从可变长度编码电路8中提取。
来自可变长度编码电路8的压缩数据被发送到成帧电路55。在成帧电路55，例如5个宏块的压缩数据被根据预定格式打包成5个25Mbps的同步块，以进行用于在其上形成记录数据的成帧处理。该处理还是一种包括各宏块之间的数据分配的处理，以便使从某个宏块溢出的数据被移位到由5个宏块构成的视频段中任意其它宏块的空(空白)部分。即使执行这种打包，在同步块中仍出现空白部分或无效数据部分。具体地讲，在本发明实施例中的任意改变压缩系数的系统中，压缩数据的总代码量改变。当压缩系数增加时，总代码量减小。结果，同步块中的空白部分或无效数据部分将增加。
鉴于上述，来自成帧电路55的数据的同步块中的空白部分由空白检测电路56检测，以通过后面的空白删除电路57来删除检测到的空白部分，随后通过记录电路58将数据记录在诸如硬盘等的记录介质上。
记录在记录介质上的数据由再现电路61来再现，以通过伪(dummy)数据附加电路62将伪数据加到删除的空白部分，并将其发送到去帧电路63，以进行与成帧电路的成帧处理相反的处理，并将其发送到可变长度译码电路64。可变长度译码电路64、去量化器65、IDCT(逆离散余弦变换)电路66、去混洗电路67和去分块电路68分别执行与可变长度编码电路8、量化电路7、DCT电路2、混洗电路53和分块电路52的处理相反的处理。因此，相应于输入端51上的输入视频数据的译码的视频数据从去分块电路68输出，并通过输出端69取出。
与此同时，对于空白检测电路56和空白删除电路57，可采用本发明的申请人已在日本专利申请第91532/1996号的说明书和附图中提出的数字信息数据记录和再现设备。下面将参照图11至16来描述该数字信息数据记录和再现设备。
图11表示相应于上述图10的从空白检测电路56到记录介质60的结构的数字信息数据记录设备的主要部分的示例。在这个例子中，图11的输入端120被提供有在上述图10的成帧电路55的输出侧获得的固定长度格式的成帧数据。
为了简化该示例中的描述，假设固定长度格式的成帧数据，即图12A中所示的同步块SB的数据，被提供给输入端120。
在图12A所示的固定长度格式中，一个同步块SB包括40个16比特数据，其中同步数据部分的开始的一个数据为空白，接下来的数据是各样的：8个比特是空白，差错信息STA和量化器号码QNo被分别插入到下面的4个比特中和其随后的4个比特中。28个比特被分成4个Y块Y1、Y2、Y3、Y4，其每一个均由7个亮度信号数据构成，并且各个下面的5个数据是色差信号的CR块和CB块。
在这个图12中，块EOB末端的“0”是无效数据。在这种情况下，在这个示例中，假设这种方法最初首先在整个之前写入“0”，此后用有效数据将它们重写。
如图12A和13B所示被发送到输入端120的固定长度格式的成帧数据被发送到40时钟延长(延迟)电路121，以进行为信号处理所必需的时间的延迟，并被提供给无效数据检测电路122以检测无效数据或空白。该无效数据检测电路122相应于图10的空白检测电路56。
采用这个无效数据检测电路122，从而当1个数据的16个比特全为“0”时，其将该数据判断为无效数据。因此，在该示例中，在图13的G上指示的信号在该无效数据检测电路122的输出侧获得。
此外，在图11中，如图13A所示相应于同步块SB的开始部分而下降并且每40个同步块出现一次的缓冲器单元脉冲被提供给缓冲器单元输入端123。
提供给这个缓冲器单元脉冲输入端123的该缓冲单元脉冲经“或(OR)”门电路124被提供给递增计数器125的清零端CL。时钟信号被提供给该递增计数器125的时钟端125a。因此，在该递增计数器125的输出端Q获得图13C中所示的计数信号。
在该递增计数器125的输入端Q获得的计数信号被提供给译码器126，在此获得“0”、“1”、“2”、“16”、“23”、“30”、“35”、“30以上”和“39”的译码信号。该译码器126的“39”译码信号通过“或”门电路124提供给该递增计数器125的清零端CL，以便每40个时钟对该递增计数器125进行清零。
该译码器126的“0”、“1”、“2”、“9”、“16”、“23”、“30”、“35”各译码信号被提供给“或”门电路127，以在“或”门电路127的输出侧获得图13D中所示的掩蔽信号。即使无效数据检测电路122将存在该掩蔽信号的部分判别为无效数据，其仍被假设处理为有效数据。
在“或”门电路127的输出侧获得的图13D中所示的掩蔽数据通过“或”门电路129被提供给图11的递减计数器128的负(load termiral)荷端LD，而无效数据检测电路122的图13G中所示的无效数据检测信号通过“或”门电路129被提供给该负荷端LD。因此，图13H中所示的负荷信号被提供给该递减计数器128的负荷端LD。
每当负荷信号处于高电平“1”时，该递减计数器128设置负荷值。当递增计数器125的计数值小于“30”时，该负荷值为“6”。而当该计数值为“30”或更大时则为“4”。
亦即，负荷值“6”被输入至输入端130，负荷值“4”被输入至输入端131，该输入端130与选择器(转换)开关132的一个固定触点132a相连，该输入端131与选择器开关132的另一个固定触点132b相连，该选择器开关132的可移动触点132c由译码器126的图13E中所示的“30以上”译码信号切换，而在该可移动触点132c上获得的图13F中所示的负荷值被提供给该递减计数器128的负荷值输入端。标号128a表示被提供有用于进行递减计数操作的时钟信号的时钟输入端。
在递减计数器128的该输出端Q，获得图13I中所示的计数值。在该递减计数器128的输出端Q获得的计数值被提供给锁存电路133、134、135、136、137和138的各数据端D，以锁存有效数据长度。此外，译码器126的图13J中所示的“9”译码信号被提供给用于锁存Y1块的有效数据长度的锁存电路133的选通端EN，以在该锁存电路133上锁存Y1块的有效数据长度。
译码器126的图13K中所示的“16”译码信号被提供给用于锁存Y2块的有效数据长度的锁存电路134的选通端EN，以在该锁存电路134上锁存Y2块的有效数据长度。
译码器126的图13L中所示的“23”译码信号被提供给用于锁存Y3块的有效数据长度的锁存电路135的选通端EN，以在该锁存电路135上锁存Y3块的有效数据长度。
译码器126的图13M中所示的“30”译码信号被提供给用于锁存Y4块的有效数据长度的锁存电路136的选通端EN，以在该锁存电路136上锁存Y4块的有效数据长度。
译码器126的图13N中所示的“35”译码信号被提供给用于锁存CR块的有效数据长度的锁存电路137的选通端EN，以在该锁存电路137上锁存CR块的有效数据长度。
译码器126的图13O中所示的“0”译码信号被提供给用于锁存CB块的有效数据长度的锁存电路138的选通端EN，以在该锁存电路138上锁存CB块的有效数据长度。
此外，在这个示例中，如图14A所示的延迟40个时钟的输入信号(其在40时钟延迟电路121的输出侧获得)被提供给选择器开关139的一个固定触点139a，而在锁存电路133、134、135和136的输出侧获得的如图13P、Q、R和S中所示的Y1、Y2、Y3和Y4块的有效数据长度头标被提供给选择器开关139的另一个固定触点139b。
该选择器开关139的可移动触点139c采用译码器126的如图14B中所示的“0”译码信号进行切换控制，以在存在“0”译码信号的期间在一个比特时间周期上将其与另一个固定触点139b相连，以便插入Y1、Y2、Y3和Y4块的有效数据长度头标“3”、“1”、“0”和“2”，并在其它时间周期上将该可移动触点139c与一个固定触点139a相连。
在这个选择器开关139的可移动触点139c上获得的信号被提供给选择器开关140的一个固定触点140a，并且锁存电路137和138的输出端上得到的图13T和U中所示的CR和CB块的有效数据长度头标被提供给该选择器开关140的另一个固定触点140b。
该选择器开关140的可移动触点140c由译码器126的图14C中所示的“1”译码信号进行切换控制，以便在存在该“1”译码信号期间在一个比特时间周期上将其与固定触点140b相连而插入CR和CB的有效数据长度头标“1”和“2”，并且在其它时间周期上将该可移动触点140c与一个固定触点140a相连。
同步块SB(其中Y1、Y2、Y3和Y4块有效数据长度头标“3”、“1”、“0”和“2”及CR和CB块有效数据长度头标“1”和“2”被加到图12A和13B的同步块SB的起始空白部分)，即在该选择器开关140的可移动触点140c上获得的如图14D中所示的信号，被提供给硬盘记录单元141的缓冲存储器141a的数据输入端Din，并被提供给写选通信号发生电路142，写选通信号发生电路142获得用于控制缓冲存储器141a的写操作的写选通信号。
采用该硬盘记录单元141，以便每当将预定量的记录数据存储在缓冲存储器141a中时将记录数据记录在硬盘141b的预定位置上。
该写选通信号发生电路142用于对如图14F中所示的无效数据确定信号(其中输入信号的数据的16个比特全部为低电平“0”)和如图14E中所示的掩蔽信号(其在OR门电路127的输出侧获得)进行OR(或)(逻辑和)运算。在该写选通信号发生电路142的输出侧获得图14G中所示的写选通信号。
在该写选通信号发生电路142的输出侧获得的写选通信号被提供给硬盘记录单元141的缓冲存储器141a的写选通信号输入端EN。
该缓冲存储器141a用于仅当该写选通信号处于“1”的高电平时存储提供给数据输入端Din的输入信号。
也就是说，在这个示例中，当提供给输入端120的同步块SB是图12A中所示的数据时，存入该缓冲存储器141a的记录数据变成一信号，该信号包括其中存在加有有效数据长度头标的掩蔽信号的部分、有效数据部分和其中无效数据已被移走的其它部分。
因此，在这个示例中，图12B中所示的信号被记录在硬盘141b上。因此，根据这个示例，记录数据中的无效数据部分变小。从而，可进一步明显节省(减小)硬盘容量。
在这种情况下，图11结构的无效数据检测电路122相应于图10的空白检测电路56，硬盘记录单元141相应于图10的记录电路58和记录介质60，而图11的保留部分相应于图10的空白删除电路57。
下面将参照图15和16来描述数字信息数据再现设备的示例，该数字信息数据再现设备用于再现通过上述图11的数字信息数据记录单元而记录的硬盘。
在图15中，采用硬盘再现单元150来从硬盘141b中经缓冲存储器150a输出再现信号。当清零信号被提供给清零端CL的时刻开始提供给选通端EN的选通信号处于高电平“1”时，每当向时钟端150b提供时钟信号时，该缓冲存储器150a从数据输出端Dout输出一个数据(16个比特)。
此外，端子151指示起始信号输入端被提供有如图16中所示的再现操作起始信号，并用于将提供给起始信号输入端151的起始信号提供给硬盘再现单元150的缓冲存储器150a的清零端CL，并经OR门电路152将该起始信号提供给计数器153的清零端CL。
该计数器153用于对图16K中所示的时钟信号进行计数，并将在该计数器153的输出端Q上获得的如图16B中所示的计数信号提供被译码器154，该译码器154对获得的“0”、“1”、“8”、“15”、“22”、“29”、“34”和“39”信号进行译码。
该译码器154的“39”译码信号经OR门电路152被提供给计数器153的清零端CL，以便每40个时钟对该计数器153清零一次。
此外，该起始信号和译码器154的“0”、“1”、“8”、“15”、“22”、“29”、“34”和“39”的各译码信号被提供给OR门电路155的输入侧，而在OR门电路155的输出侧获得的如图16C中所示的清零信号被提供给计数器156的清零端CL。
该计数器156用于对被提供给时钟输入端156a的图16K中所示的时钟信号进行计数，并将在该计数器156的输出端Q上获得的如图16D中所示的计数信号提供给比较器157(将后述)的B信号输入端。
此外，在硬盘再现单元150的缓冲存储器150a的数据输出端Dout获得的数据的16个比特D0、D1…D15被分别提供给AND(与)门电路1580、1501…15815的输入端。
另外，在缓冲存储器150a的数据输出端Dout获得的数据的16个比特D0、D1…D15中的D12至D15经1时钟延迟电路159被提供给移位寄存器160的第一移位寄存器部分160a，这些D8至D11经1时钟延迟电路161被提供给移位寄存器160的第二移位寄存器部分160b，这些D4至D7经1时钟延迟电路162被提供给移位寄存器160的第三移位寄存器部分160c，而这些D0至D3经1时钟延迟电路163被提供给移位寄存器160的第四移位寄存器部分160d。
另外，在缓冲存储器150a的数据输出端Dout获得的数据的16个比特D0、D1…D15中的D12至D15被提供给移位寄存器160的第五移位寄存器部分160e，这些D8至D11被提供给移位寄存器160的第六移位寄存器部分160f。
图16E中所示的译码器154的“1”译码信号被提供给该移位寄存器160的负荷端LD，而当向其提供该“1”译码信号时，有效数据长度头标被提供给第一至第六移位寄存器部分160a至160f。
在这种情况下，当记录数据为如图12B中所示的数据时，Y1块的有效数据长度的“3”被提供给第一移位寄存器部分160a，Y2块的有效数据长度的“1”被提供给第二移位寄存器部分160b，Y3块的有效数据长度的“0”被提供给第三移位寄存器部分160c，Y4块的有效数据长度的“2”被提供给第四移位寄存器部分160d，CR块的有效数据长度的“1”被提供给第五移位寄存器部分160e，而CB块的有效数据长度的“2”被提供给第六移位寄存器部分160f。
此外，该移位寄存器160具有第一至第六移位寄存器部分(阶段)160a至160f串联连接的结构，并且每当向移位脉冲端SFT提供移位脉冲时由一个移位寄存器阶段来进行移位操作，从而将在第一移位寄存器部分160a上获得的如图16G所示的有效数据长度连续地提供给比较器157的A信号输入端。
此外，该移位脉冲端SFT被提供有在OR门电路164的输出侧获得如图16F中所示的移位脉冲，其中该OR门电路的输入侧被提供有译码器154的各“8”、“15”、“22”“29”和“134”译码信号。
该比较器157用于将提供给A信号输入端的A信号与提供给B信号输入端的B信号进行比较，当A≥B时，向其输出侧提供高电平“1”的输出，而当A＜B时，则向其输出侧提供低电平“0”的输出，如图16H所示。
该比较器157的如图16H中所示的输出信号被提供给缓冲存储器150a的选通端EN，并且该比较器157的输出信号被提供给16个AND门电路1580、1581…15815的各其它输入端。
因此，在该缓冲存储器150a的数据输出端Dout上获得如图16I中所示具有同步比特SB的固定长度格式的信号，从而插入图12B的有效数据，而其它部分变成DC数据。在这些16个AND门电路1580、1581…15815的输出侧，引起如图12A所示的固定长度格式同步块SB，其中相应于图16J中所示的有效数据长度而插入伪数据“0”。
如果在这些16个AND门电路1580、1581…15815的输出侧获得的如图16J中所示的再现信号被提供给包括去帧电路170、可变长度解码电路171、去量化电路172、逆DCT电路173、去混洗电路174和去分块电路175等的再现单元，则可获得类似于现有技术的再现信号。
在这种情况下，尽管在上述更实用示例中已经描述了附加有效数据长度头标的这种示例，还可采用一种方法来附加无效数据长度头标以代替上述有效数据长度。此外，尽管在上述更实用示例中附加了数据长度头标，但是当然也可以在再现之后检测EOB但不附加这种数据长度头标而求出DCT块的定界符，以在空白上插入伪数据并将其输出。另外，尽管在上述更实用示例中，通过判断数据的所有比特是否处于低电平“0”来检测成帧后的无效数据(空白)，但当然也可以采用其它任意方法来检测这种无效数据(空白)。
如上所述，象在例如进行固定压缩系数的图象数据的压缩编码时的具有1/4英寸磁带宽度的数字VTR(即所谓的DV格式)的情况下一样，可将压缩系数改变成所希望的压缩系数。因此，无效数据部分(即以高压缩系数压缩的代码的空白部分)被删除，从而使其有可能在诸如盘等记录介质上记录数据。因此，可节省(减小)介质的容量。而这对介质被用于诸如离线编辑等不要求高图象质量的情况下极其有效和有利。
根据如上所述的本发明的数据编码方法和数据编码设备，在对输入数据进行正交变换以在量化后对变换的数据进行可变长度编码时，当根据正交变换数据进行可变长度编码时采用这种方法来估计总编码数据量，以根据所估计的数据量和对应于压缩系数的参考值差(变化)来确定量化步长，从而编码数据的总量改变。因此，可获得所希望的或任意压缩系数。
此外，根据本发明，在对输入数据进行正交变换以在进行量化后进行可变长度编码的情况下，采用这种方法，以根据压缩系数来改变根据正交变换的数据来指示量化精度的类指定的阈值，从而改变编码数据的数据总量。因此，进行数据编码时的压缩系数可被改变成所希望的压缩系数。
在这种情况下，当假设固定压缩系数的图象压缩格式为输入数据为图象数据，并且通过多个量化器中的任意一个对通过离散余弦变换(DCT)获得的DCT系数数据进行量化以进行可变长度编码时，采用一种方法以估计以DCT系数数据的视频段为单元进行量化和可变长度编码时的数据量，以对量化数据进行可变长度编码，以便将估计的数据量与参照值进行比较，从而确定用于指示量化精度的类，参考值或参考值和阈值根据所希望的压缩系数的信息而改变，从而改变在进行压缩编码后获得的最终编码数据量。因此，在以固定压缩系数的图象压缩格式进行数据编码时，可在保持格式的兼容性的同时容易地改变压缩系数。
此外，无效数据部分(即以高压缩系数压缩的代码的空白部分)被删除，从而使其有可能在诸如盘等记录介质上记录数据。因此，可节省(减小)介质的容量。而这对介质被用于诸如离线编辑等不要求高图象质量的情况下极其有效和有利。
应注意的是，本发明并不局限于上述实施例。例如，可采用具有如图3所示的量化表格的量化步长确定电路来替代量化器确定电路6，以将活度代码AT(类号码)从类指定电路30提供给该量化步长确定电路，以便在量化电路7上直接指定量化步长。此外，DCT块的尺寸或视频段的尺寸等并不限制在8×8个像素或5MB(宏块)，也可任意设置。此外，当然也可任意设置量化器的个数16和/或类指定数4。此外，尽管在该实施例中已经描述了采用DCT变换处理的编码系统，采用小波变换处理的基于小波系数的编码系统和/或其中将小波变换处理和其它变换系统相组合的编码系统也是有效和有益的。另外，本发明还可应用于诸如基于区域的编码(Region Based Coding)或分形体(Fractal)编码的各种编码系统。此外，可在不背离本发明要旨的范围前提下对本发明进行各种变型。

Claims (12)

1.一种数据编码方法，包括：
正交变换步骤，用于正交变换输入数据；
量化步长确定步骤，用于根据正交变换的数据和压缩系数的信息来确定量化时的量化步长；
量化步骤，用于采用在所述量化步长确定步骤确定的所述量化步长来量化所述正交变换的数据；和
可变长度编码步骤，用于对在所述量化步骤量化的数据进行可变长度编码，
其中在所述量化步长确定步骤进行一处理，以估计当在第一数据范围内对所述正交变换的数据进行可变长度编码时的总代码量，以便根据估计的数据量和相应于压缩系数的信息的参考值的差来确定所述量化步长。
2.如权利要求1所述的数据编码方法，
其中所述输入数据是图象数据，并且所述正交变换处理是离散余弦变换处理。
3.如权利要求1所述的数据编码方法，
其中在所述量化步长确定步骤上进行一处理，以估计当在第一数据范围内采用其量化步长彼此不同的多个量化器对所述正交变换的数据进行量化并对量化的数据进行可变长度编码时的总代码量，以根据估计的总代码量和对应于压缩系数的信息的参考值的差来选择其中总代码量是参考值范围内的最大值的量化器，从而确定量化步长，以使所选择的量化器具有在所述量化步骤使用的量化步长。
4.如权利要求1所述的数据编码方法，
其中在所述量化步长确定步骤进行一处理，以在第二数据范围内根据所述压缩系数的信息来改变用于根据所述正交变换的数据确定指示所述量化步骤上的量化精度的类的类指定的阈值。
5.如权利要求1所述的数据编码方法，
其中在所述量化步长确定步骤进行一处理，以在第二数据范围内根据所述压缩系数来改变用于根据所述正交变换的数据指示所述量化步骤上的量化精度的类。
6.如权利要求1所述的数据编码方法，
其中所述正交变换步骤是对输入图象数据进行离散余弦变换处理的步骤；
其中在所述量化步长确定步骤进行一处理，以确定根据所述压缩系数改变并且指示所述正交变换的数据的第二数据范围内的数据的量化精度的类号码，以估计当根据由其量化步长彼此不同的相应多个量化器在第一数据范围内确定的类号码来对所述正交变换的数据进行量化并且对所述量化的数据进行可变长度编码时的总代码量数据，以便根据估计的数据和相应于所述压缩系数而改变的参考值通过量化器号码来指示多个量化器中的最佳的一个，从而确定最佳量化器；和
其中在所述量化步骤进行一处理，以根据在所述量化步长确定步骤确定的类号码和所述量化器号码而对所述正交变换的数据的所述第二数据范围内的数据进行量化。
7.一种数据编码设备，包括：
正交变换装置，用于正交变换输入数据；
量化步长确定装置，用于根据由所述正交变换装置变换的输入数据和压缩系数的信息来确定量化时的量化步长；
量化装置，用于采用由所述量化步长确定装置确定的量化步长来量化所述正交变换的数据；和
可变长度编码装置，用于对由所述量化装置量化的数据进行可变长度编码，
其中所述量化步长确定装置估计当在第一数据范围内对所述正交变换的数据进行可变长度编码时的总代码量，以便根据估计的数据量和根据压缩系数的信息改变的参考值来确定所述量化步长。
8.如权利要求7所述的数据编码设备，
其中所述输入数据是图象数据，并且所述正交变换处理是离散余弦变换处理。
9.如权利要求7所述的数据编码设备，
其中所述量化步长确定装置包括其量化步长彼此不同的多个量化器，并用于估计当在第一数据范围内由所述量化器对所述正交变换的数据进行量化并且对量化的数据进行可变长度编码时的总代码量，以根据估计的总代码量和对应于压缩系数的信息的参考值的差来选择其中总代码量是参考值范围内的最大值的量化器，从而确定量化步长，以使所选择的量化器具有所述量化装置的量化步长。
10.如权利要求7所述的数据编码设备，
其中所述量化步长确定装置在第二数据范围内根据所述压缩系数的信息来改变用于根据所述正交变换的数据确定指示所述量化装置的量化精度的类的类指定的阈值。
11.如权利要求7所述的数据编码设备，
其中所述量化步长确定装置在第二数据范围内根据所述压缩系数来改变用于根据所述正交变换的数据指示所述量化装置的量化精度的类。
12.如权利要求7所述的数据编码设备，
其中所述正交变换装置是对输入图象数据进行离散余弦变换处理的装置；
其中所述量化步长确定装置确定根据所述压缩系数改变并且指示所述正交变换的数据的第二数据范围内的数据的量化精度的类号码，以估计当根据由其量化步长彼此不同的相应多个量化器在第一数据范围内确定的类号码来对所述正交变换的数据进行量化并且对所述量化的数据进行可变长度编码时的总代码量数据，以便根据估计的数据和相应于所述压缩系数而改变的参考值通过量化器号码来指示多个量化器中的最佳的一个，从而确定最佳量化器；和
其中所述量化步骤根据所述量化步长确定装置确定的类号码和所述量化器号码而对所述正交变换的数据的所述第二数据范围内的数据进行量化。
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