CN1141843C - 具有mpeg-2兼容视频压缩的数字摄录一体机 - Google Patents

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Abstract

一摄录一体机包括：响应于光图像的摄像机(1)，用于提供基于逐帧的视频信号；响应于由所述摄像机提供的视频信号的电路(10)，用于产生传输流段，该段可由MPEG-2解码装置(24)解码；记录器(13)，用于按照电磁变化沿着磁记录介质表面记录所述压缩数字视频信号；和一响应于所述压缩数字视频信号的传输流编码器，用于产生一传输流，在一间隔时间内用2∶5变换提供到所述记录器，所述压缩数字视频信号在另一时间间隔内不进行2∶5变换就被直接提供到所述记录器。

Description

具有MPEG-2兼容视频压缩的数字摄录一体机
本申请是根据35U.S.C.111(b)享有1997年8月14日提交的临时申请、序号为60/056,325的提交日，在35U.S.C111(a)下遵循35U.S.C.119(e)(1)提交的申请。
技术领域
本发明涉及数字摄录一体机视频装置，并且特别涉及使用与MPEG-2解码装置兼容的视频压缩技术的数字摄录一体机。
题名为“采用MPEG-2兼容的只有帧内视频压缩的视频发送装置”的本发明人同时提交的专利申请在此被引用参考，因为其说明了可与本说明书和附图中描述的数字摄录一体机视频装置结合使用的装置。
背景技术
目前，使用在高清晰度数字视频盒式磁带记录器会议制定的标准进行数字视频盒式(DVC，digital video cassette)电磁磁带记录。在该会议上产生了五个标准，包括用于标准密度(SD，standard density)记录的标准，其中NTSC视频的一帧记录在1350个同步块中。这些1350个同步块，伴音的90个同步块及附加(overhead)的44个同步块分布在电磁记录磁带上的十个连续螺旋记录的轨道中。同步块的比特长度是一致的，并且五个同步块包括DCT(discretecosine transform，离散余弦变换)的五个宏块的一个段。DCT的每个块基于4∶2∶0图像数据的8×8象素块。即，对亮度(Y)在水平和垂直方向上的采样密度是红色减亮度的色差信号(Cr)和蓝色减亮度的色差信号(Cb)采样的两倍。每个宏块包含描述Y的离散余弦变换(DCT)的四个块和描述Cr和Cb的两个块，这些块具有可变的比特长度。尽管在SD标准中每段有385个字节，经常需要一百或更少用于发送能够产生必要分辨率图像的DCT。本发明者的目的之一是更有效利用用在十个轨道的每个连续组中的字节，使得减少无效字节数目，并且通过使用那些先前未用的字节提高图像分辨率。
HD数字VCR会议确定了高密度(HD，high density)基带标准，其中高分辨率电视图像的每帧连同伴音及附加信息占据二十个连续记录轨道。该会议还确定了标准，用于记录直接视频广播(DVB，direct video broadcasting)、高级电视(ATV，advanced television)、欧洲用PAL+和日本用EDTV-II。对于大部分情况，用于DVB的记录方案简单涉及从用于该传输介质的传输流的段中形成的有效负载。关于DVB的记录方案能够进行类似的观察。然而，除了正常再现外，有用于数据的插入以支持从记录中特技播放再现的规则。
准备用于HD基带记录的高分辨率TV图像是具有1125个扫描行及每个扫描行1200个亮度象素的MUSE类型。本领域技术人员知道HD基带标准不遵循由高级电视系统委员会制定的高分辨率广播电视标准支持的任何格式。ATSC标准支持480个扫描行、每隔行扫描行有640个亮度象素，480个扫描行、每隔行扫描行或逐行扫描行具有720个亮度象素，720个扫描行、每逐行扫描行具有1280个亮度象素，和1080个扫描行、每隔行扫描行具有1920个亮度象素。一所知的做法是记录ATSC数字电视信号的两个数据段，在DTV信号的五个同步块中，一时标放在每个数据段之前。
对用作TV广播中的源信号的音频信号以48kHz的频率采样，锁定到27MHz系统时钟，并且按照在ATSC文献A/52中规定的数字音频压缩(AC-3)标准编码。产生的压缩音频信息被分成数据包，在数据包头中识别为音频数据包。
按照MPEG-2视频压缩标准对用作TV广播中的源信号的视频信号编码。产生的压缩视频信息被分成数据包，在数据包头中识别为视频数据包。由图像组进行传输，每个图像组(GOP，group of picture)包含用于称之为“I帧”的起始锚帧(anchor frame)的编码，只接受帧内视频压缩，由用于接受帧内压缩编码的其他帧的连续编码随后。这些其他帧包括所谓的“P帧”和所谓的“B帧”。按照通过比较更近的这些先前I和P帧之间的块推出的运动矢量，对于每个P帧的编码是根据实际视频帧与通过从最近的先前I和P帧之一外推预测的帧之间的差值得到。对于每个B帧的编码是根据实际视频帧与通过从前面一个和后面一个I和P帧之一双向内插预测的帧之间的差值得到。
MPEG-2压缩视频适合于诸如电视广播的应用，在此不很关心对于编辑此传输流格式的视频信息的困难。在关心编辑视频的容易性的应用中，最好不按照帧间压缩技术，而仅按照帧内视频压缩技术进行视频压缩。容易编辑视频是编辑视频记录以删除不需要帧、引入取得慢运动或停止运动效果的帧重复、及插入反向运动序列所需的。借助于另一例子，容易编辑视频也是从摄录一体机记录中提取静止图像、提取选择的视频用于经因特网传输和用于编辑记录来自广播电视的视频中的广告节目所需的。
在关心容易编辑视频的处理视频的系统中，发明者主张按照对MPEG-2中I锚帧进行的帧内视频压缩编码的方法，帧内视频压缩编码每个连续视频帧。然后每个帧被识别为在图像头编码的帧内视频压缩，对于MPEG-2中的锚帧用相同的方法进行。改进传统的MPEG-2编码器，执行此视频压缩算法。另外，用于仅编码锚帧或I帧的编码器可从编码P帧和B帧及I帧所需的编码器中大大简化，因为不需要形成整个MPEG-2的基本部分的运动估计电路。该运动估计电路需要具有多个视频信息帧存储容量的存储器。本发明者更愿意选择这种简化的编码器用在数字摄录一体机中，用于减少摄录一体机电池的功率泄漏，及用于削减摄录一体机的重量和体积。
在很多用于处理视频的系统中，其中关心编辑视频的容易性，MPEG-2解码器已适于用在解码描述连续视频帧的连续帧内视频压缩编码。这样对于解码器没有额外的花费，以解码I帧传输流而不介入P帧或B帧。如果MPEG-2解码器不适用在一系统中，提供这样一解码器在成本方面是合理的，因为在MPEG-2解码器中的硬件量大大少于MPEG-2编码器中的硬件量。另外，能够使用仅用于I帧的改进MPEG-2解码器。
发明内容
在一摄录一体机中实现本发明，该摄录一体机包括：响应于光图像的摄像机，用于提供基于逐帧的视频信号；响应于由所述摄像机提供的视频信号的传输流编码器，用于产生压缩数字视频信号的、可由MPEG-2解码装置解码的段，并响应于所述压缩数字视频信号产生一传输流；和一记录器，用于按照电磁变化沿着磁记录介质表面记录所述压缩数字视频信号，其中所述传输流在一间隔时间内用2∶5变换提供到所述记录器，所述压缩数字视频信号在另一时间间隔内不进行2∶5变换就被直接提供到所述记录器。
附图说明
图1，2，3和4是实现本发明的各摄录一体机的简图；
图5是可用在图1或3的摄录一体机中的压缩视频信号产生电路的详图；
图6是可用在图2或4的摄录一体机中的压缩视频信号产生电路的详图；
图7是可被用在图1或2的摄录一体机的快照装置的简图；
图8是可被用在图3或4的摄录一体机的快照装置的简图。
具体实施方式
图1示出实现本发明的摄录一体机。摄像机1产生4∶3长宽比的视频信息的帧，包括每帧中有480个有效扫描行和每扫描行中有720(或可为640)个象素的亮度(Y)信息。在家用摄像机1的摄录一体机中，一般采用具有彩色模式滤光镜的单固态成像器；在广播用摄像机1的摄录一体机中，一般采用具有各固态成像器的光学光束分离器用于三相加原色的每种颜色。这两种摄像机类型任何一个假定包括彩色矩阵电路，这样摄像机1用4∶2∶2格式提供亮度(Y)信息、红色减亮度(Cr)色度信息、蓝色减亮度(Cb)色度信息作为视频信息的分量。
视频输入处理器2在两个方向中分离的低通抗混淆滤波后，通过对垂直和水平方向的每个Cr和Cb信号执行2∶1抽取，将Y、Cr、Cb信号转换到4∶2∶0采样格式。来自摄像机1的视频信息在三十分之一秒持续期的每帧中具有隔场的两行，或被具有每个六十分之一秒持续期的帧逐行扫描。用于适于每个选择的各低通抗混淆滤波的设计是本领域技术人员公知的。
如果在每帧中有隔场的两行，7个抽头垂直低通抗混淆滤波器用在奇数场中；4个抽头垂直低通抗混淆滤波器用在偶数场中。然后每帧的前场和后场逐行隔行成一完整的帧用于压缩编码。该过程产生每个三十分之一秒持续期的帧的连续。
如果摄像机1用每个为六十分之一秒持续期的帧提供逐行扫描视频信息，在视频输入处理器2将Y、Cr和Cb信号转换到4∶2∶0采样格式后，通过使用假场交错方法产生以减半的帧速率出现的假场交错帧，帧的数目可2∶1抽取。假定视频信息的帧按它们的出现次序进行模2计数，并且在每帧中的行以它们出现的次序连续计数。每奇数帧的奇扫描行中Y、Cr、Cb象素的幅值与紧随前面的偶数帧中它们的配对组合，产生以减半帧速率出现的假场交错帧的奇行场。每奇数帧的偶扫描行中Y、Cr、Cb象素的幅值与紧随后面的偶数帧中它们的配对组合，产生以减半帧速率出现的假场交错帧的偶行场。
视频压缩装置3接收4∶2∶0采样格式的Y、Cr、Cb信号，用于视频压缩编码。视频压缩装置3也接收时间标记计数器5的输出计数，该时间标记计数器5计数十六视频帧的每个组中的系统时钟周期。该输出计数伴随压缩视频信号分量，以保持产生它们的次序的轨道。基于帧内对每个帧执行视频压缩编码。这个按照仅对在MPEG-2视频压缩编码中的每个图像组的第一锚帧使用的相同的帧内压缩编码协议进行。通过考虑Y、Cr、Cb信号采样的每帧由按行和列排列的8×8象素块的密集阵列进行此帧内压缩编码协议。每个这些8×8块的离散余弦变换(DCT)以预定次序计算。视频信号采样的每个8×8块的DCT系数被量化及以预定次序提供为串行比特二进制数，以形成描述各DCT块的比特串。然后DCT块连续被熵编码，它包括由基于假定统计表的可变长编码遵循的游程长度编码。用于视频压缩的MPEG-2标准包括用于熵编码的推荐表。调整DCT结果量化，使得用于每帧的帧内编码结果适合在103,950字节限制内(每个同步块数据的77字节乘每NTSC帧视频信息的1350同步块)。
视频压缩装置3为按照用于I帧的MPEG-2帧内编码算法产生的每个连续帧提供压缩视频信息。序列头、GOP头、图像头、切片(slice)头和宏块头由视频压缩装置3插入此压缩视频信息。图像头包括I帧编码标记(flag)，它将调节在从视频盒式磁带记录中重放期间使用的任何MPEG-2解码器，以基于帧内对压缩视频信息解码。这样压缩视频信息是直接记录或在被编码成MPEG-2传输流之后被记录。
图1的摄录一体机对于特技播放设计成与数字视频盒带记录器和播放器兼容的。特技播放抽取电路4抽取特技播放信息，特技播放信息包括如同在视频压缩装置3计算的、每个锚帧的连续DCT块的零频和低频DCT系数。在本发明的实施例中，其中每帧编码为锚I帧，特技播放信息变化比在传统MPEG-2编码中的更频繁，但这是可接受的。在刚才描述的过程的变化中，每帧编码为I帧，但仅每十六帧被当成一锚帧。在本发明的这些可选实施例中，每十六帧存储用于十六帧周期，并且用于支持特技播放信息的产生。更象在传统MPEG-2编码中所作的。然而，不使用这种变化的本发明的实施例是当前优选的，由于避免每十六帧的帧存储大大减少了成本及视频压缩装置3的复杂性。特技播放抽取电路4将抽取的截取DCT块分成提供给数据帧组合器6的同步块，用于插入到含有压缩正常播放视频信息或压缩音频信息的其他同步块中。按照传统规定模式进行插入，在磁带上的交替记录轨道中形成特技播放信息段。或者数据帧组合器6是与用在标准清晰度数字视频盒带记录器(SD DVCR)中的那些相同。
立体声声音拾取装置7假定与图1中的摄录一体机的摄像机1相关联，并且提供左声道(L)和右声道(R)信号。L和R信号提供到音频编码装置8用于压缩编码，产生压缩音频信息。能够用任何一种方法进行压缩编码，诸如按照MPEG标准，当记录数字电视为美国广播时按照AC-3标准，或按照脉冲编码调制(PCM)方法。
响应于图1摄录一体机用户的控制设定，操作模式控制9调节摄录一体机按照第一数据帧组合模式操作。在此第一数据帧组合模式中，来自视频压缩装置3的压缩视频信息和来自音频编码装置8的压缩音频信息直接由数据帧组合器6利用。组合器6包括用于视频和音频的前向纠错码编码器。压缩的视频信息用行列数组临时存储在组合器6中的存储器的视频部分内。压缩的音频信息用行列数组临时存储在组合器6中的存储器的音频部分内。在SDDVCR中的每个常用例中，视频的前向ECC编码器是使用(149，138)外编码电路和(85，77)内编码电路的二维Reed-Solomon编码器。在组合器6中的存储器的视频部分作为交织器操作用于此前向ECC编码器。在SD DVCR中的每个常用例中，音频的前向ECC编码器是使用(14，9)外编码电路和(85，77)内编码电路的二维Reed-Solomon编码器。在组合器6中的存储器的音频部分作为交织器操作用于此前向ECC编码器。数据帧组合器6包括当从组合器6中的存储器读出作为一同步块时，用5个字节头加到前向纠错码信息的每85个字节行中的电路。此5字节头包括由3字节识别(ID)码跟随的2个字节同步码。
操作模式控制9还可有用户控制设定，调节图1摄录一体机按照第二数据帧组合码操作。在此第二数据帧组合模式中，从第一传输流编码器10提供的传输流由数据帧组合器6利用作输入信号，而不是从视频压缩装置3直接提供的压缩视频信息及来自音频编码装置8的压缩音频信息。第一传输流编码器10将压缩视频信息分成由数据包头领先的连续MPEG-2视频数据包对，每个用一时标开始。第一传输流编码器10将压缩音频信息分成由时标起始的数据头领先的连续音频数据包。每个音频数据包跟随数据包头，该数据包头具有包含用于产生音频数据包的、指示音频编码类型的码的辅助音频信息。辅助音频信息从音频编码装置8输入到第一传输流编码器10。第一传输流编码器10组合视频和音频数据包成为提供到传输流选择器11的第一传输流。第一传输流编码器10也组合不同于第一传输流的第二传输流，不同之处在于插入从时标计数器5抽取的附加时标。这样实现2∶5转换，其中在此第二传输流中188字节数据包的每个连续对写进数据帧组合器6中存储器的五行，用于从组合器6相应读出为五个同步块。指明用在产生的传输流中的特定视频和音频信息格式的一组MPEG包从第一传输流编码器10装入到数据帧组合器，用于插入到每个数据帧的第19、第20和第156同步块。
数据帧组合器6的其他细节对于本领域技术人员是熟悉的，这些细节按照从1994年12月的HD数字VCR会议上发布的“使用6.3mm磁带的消费者使用数字VCR规范”。从数据帧组合器6提供的同步块输入到24/25调制器12作为控制交织NRZI调制的产生的调制信号。此I-NRZI调制提供到作为图1摄录一体机的一个部件及具有记录带的磁带记录器(和播放器)13的记录放大器。I-NRZI调制结果没有基本直流分量，这样放大的调制结果在记录期间没有信息丢失地被变换器耦合到磁带记录器13的磁头。此变换器耦合由在磁头鼓和磁带记录器13的主体之间的旋转变换器执行，主体含有用于将磁带记录介质传送通过磁头鼓的机构。
在从磁带记录介质重放的时间内，通过在移动介质中的磁变化在磁带记录器和播放器13的磁头感应的电信号通过旋转变压器耦合到在记录器和播放器13中的重放放大器。该重放放大器提供24/25I-NRZI调制到解调器14用于24/25I-NRZI调制，解调器14再现从数据帧组合器6提供的纠错码同步块用于记录。记录器旁通开关15按照用户所需进行设定，以选择从数据帧组合器6提供的纠错码同步块或由24/25I-NRZI解调器14再现的纠错码同步块，提供到数据帧分解器16。
数据帧分解器16对所提供的信号纠错，并且相应包括用于Reed-Solomon前向纠错码的解码器。数据帧分解器16包括用于视频的临时存储器，该存储器作为用于视频ECC解码器的交织器操作。数据帧分解器16也包括用于音频的临时存储器，该存储器作为用于音频ECC解码器的交织器操作。当操作模式控制9的用户控制设定按照第一数据帧组合模式选择正常播放时，音频/视频选择器17选择从在数据帧分解器16中的各临时存储器中读出的压缩视频信息和压缩音频信息作为其输出信号。在由数据帧分解器16中的ECC解码器进行的信息纠错完成之后，压缩视频信息和压缩音频信息被读到音频/视频选择器17。在此方式中压缩视频解码器24仅基于I帧对来自音频/视频选择器17的压缩视频信息解码。如果压缩视频解码器24有解码B或P帧及I帧的能力，解码器24调节到仅基于I帧响应于压缩视频信号中的图像头解码。如果需要，能够这样设计，解码器24调节到仅基于I帧响应于操作模式控制9的用户控制设定解码。
当操作模式控制9的用户控制设定按照第二数据帧组合模式选择正常播放，音频/视频选择器17选择由传输流解码器18提供的压缩视频信息和压缩音频信息作为其输出信号。从在数据帧分解器16中的各临时储存存储器读到解码器18的视频数据包和音频数据包中，解码压缩视频信息和压缩音频信息。在由数据帧分解器16中的ECC解码器进行的数据包纠错完成之后，视频数据包和音频数据包被读到传输流解码器18。如果压缩视频解码器24有解码B或P帧及I帧的能力，解码器24调节到仅基于I帧响应于指示这是正重放的DVCR盒式磁带被记录的方式的压缩视频信号中的图像头解码。
当操作模式控制9的用户控制设定选择特技播放时，音频/视频选择器17提供的输出信号包括作为有线输入(wired input)提供的无效(null)压缩音频信息和作为特技播放信号记录的压缩视频信号，然后在重放期间从在数据帧分解器16中的临时储存存储器读出。由压缩音频解码器23恢复的音频被静音。如果压缩视频解码器24有解码B或P帧及I帧的能力，解码器24调节到仅基于I帧响应于操作模式控制9的用户控制设定解码。
音频/视频选择器17选择压缩视频信息和压缩音频信息作为其输出信号提供到第二传输流编码器19。第二传输流编码器19提供传输流给传输流选择器11，当按照第一数据帧组合模式的正常播放是由操作模式控制9为图1的摄录一体机选择的操作模式时，该传输流有效。传输流选择器11响应由图1摄录一体机的用户的控制设定，或者在其输出信号中再现记录前的、如同由第一传输流编码器10所提供的传输流，或者是从磁带记录器13重放之后的另一传输流。传输流选择器11从第二传输流编码器19中自动选择输出信号作为响应于操作模式控制9选择按照第一数据帧组合模式重放的其他传输流。响应于操作模式控制9选择按照第二数据帧组合模式重放，传输流选择器11自动选择从数据帧分解器16到传输流解码器18的输出信号，作为重放后的传输流，选择器11能够再现为其输出信号。
在来自图1的、不很大改变摄录一体机的基本性能的变形中，来自磁带记录器13的重放后的其他传输流总能够是来自第二传输流编码器19的输出信号。
在传输流选择器11的输出信号中再现的传输流提供到IEEE1394信号编码器20。IEEE1394信号编码器20在传输流中每个188字节数据包用4个字节时标开始，均分每个192字节时标的数据包在较短数据块中(例如每96字节长度)，并且用头开始每个数据块用于访问传输行和CIP头。CIP头含有关于192字节时标的数据包的均分信息及关于类似特性的数据接着出现在数据流中时的信息。
图1示出音频/视频选择器17选择压缩视频信息和压缩音频信息作为输出信号，该输出信号输入到低功率ATSC电视发射机21，该电视发射机适于发射射频信号到数字电视接收机。这是实现本发明的摄录一体机的可选特征。典型低功率ATSC电视发射机21在1998年6月颁发、题名为“VSB调制器”的美国专利5,764,701中由T.P.Horowitz描述。从磁带记录中重放的压缩视频信息和压缩音频信息容易出现由于磁带运动中的不规则的某些时基不稳定性。在信息被用在发射机21中以调制视频载波之前，这种时基不稳定性最好通过使用时基稳定器校正，用于重计时来自稳定时钟源的信息。这是所需要的，使得在接收调制RF载波的ATSC电视接收机采用的均衡器适当操作。一般说来，通过提供IEEE1394标准信号直接到ATSC电视接收机中的数据包分解器，而不是设法经RF输入连接摄录一体机到接收机，避开时基不稳定性问题是较简单的。
图1示出实现本发明的摄录一体机的另一可选特征，低功率NTSC电视发射机22适用于发射射频信号到模拟电视接收机。由音频/视频选择器17选择的压缩音频信息提供到压缩音频解码器23。由音频/视频选择器17选择的压缩视频信息提供到压缩视频解码器24。解码器24能够是传统的MPEG-2视频解码器，通过改进用于仅解码I帧可大大简化。解码器23和24分别提供解压缩音频信息和解压缩视频信息到发射机16。
图1的摄录一体机有液晶显示(LCD)取景器25。在记录或预演期间，取景器驱动电路26响应于由视频输入处理器2提供的以4∶2∶0采样格式的Y、Cr、Cb信号，提供驱动信号到LCD取景器25。在重放期间，取景器驱动电路26响应于由压缩视频解码器24提供的以4∶2∶0采样格式的Y、Cr、Cb信号，提供驱动信号到LCD取景器25。提供到LCD取景器25的驱动信号通常是R(红)、G(绿)和B(蓝)驱动信号。
图2示出了实现特技播放方法不同于图1的摄录一体机的摄录一体机，在图2的摄录一体机中，DCT块记录在电磁磁带的轨道上，使得每帧的连续DCT块的零频和其他低频DCT系数占据同步块的导入部分。在特技播放期间，这些零频和其他低频DCT系数用于产生低分辨率显示，并且去掉高频DCT系数。消除通常用在数字视频盒式磁带记录中的特技播放段，增加平均有效负载数据率从每秒19.3兆比特到每秒23兆比特。
图2中略去了摄录一体机中的特技播放提取电路4，并且由视频压缩装置103代替视频压缩装置3，该视频压缩装置103不需包括方便连接到特技播放提取电路4的设备。即，传统特技播放信息不记录在图2的摄录一体机中。由经改进以与视频压缩装置103接口的第三传输流编码器110代替第一传输流编码器10，当参照图6附图时，将进一步详细描述该接口。在图2的摄录一体机中，数据帧组合器6由数据帧组合器106代替，它从组合过程中略去了描述特技播放段的同步块，并且增加了每帧中包含正常播放视频数据包信息的同步块数目。数据帧组合器106重排每帧的连续DCT块的DCT系数的次序，使得零频和其他低频DCT系数占据同步块的导入部分。由数据帧分解器116代替数据帧分解器16，该数据帧分解器116考虑略去描述特技播放段的同步块及用含有另外视频数据包信息的同步块代替略去的同步块的记录信号。
图1和图2的摄录一体机采用CCIR301标准视频信号，具有按照在美国实行的每秒60帧、每帧525扫描行。准备进行这些摄录一体机的改进，使得它们能够采用按照其他国家实行的每秒50帧、每帧625扫描行的CCIR301标准视频信号。这种改进体现在本发明的某些方面。
图3示出图1的摄录一体机的改进，它使用摄像机201以16∶9长宽比产生视频信息的逐行扫描帧，包括每帧中具有720有效扫描行的亮度(Y)信息和每个扫描行中1280象素。在家用摄像机中，摄像机201常采用具有彩色模式滤光器的单固态成像器(solid-state imager)，在广播使用的摄像机中，摄像机201常采用具有各固态成像器的光束分离器光学器件，用于三相加原色的每个彩色。摄像机201的之一类型假定包括彩色矩阵电路，使得摄像机201以4∶2∶2格式提供亮度(Y)信息、红色减亮度(Cr)色度信息、蓝色减亮度(Cb)色度信息作为视频信息的分量。视频输入处理器202通过在两个方向上分离的低通抗混淆滤波器之后执行垂直和水平方向每个Cr和Cb信号的2∶1抽取，将Y、Cr、Cb信号转换到4∶2∶0采样格式。
视频压缩装置203接收4∶2∶0采样格式的Y、Cr、Cb信号用于视频压缩编码，按照仅用在在MPEG-2视频压缩编码中每个图像组的第一帧锚帧的相同帧内压缩编码协议，基于帧内对每个帧执行。特技播放提取电路204提取用于应用的特技播放信息到数据帧组合器6。该特技播放信息包括每帧的连续DCT块的零频和其他低频DCT系数(或还可以是，在本发明的较少用优选实施例中选择为锚帧的仅周期出现的帧)，如同在视频压缩装置203中计算的。
由于每帧象素数目增加，图3的摄录一体机与图1的摄录一体机比较压缩视频数据的量增多了，使得在每帧中的压缩高清晰度视频信息可允许占据图3的摄录一体机中视频磁带上的二十个记录轨道，而不是仅分配给图1的摄录一体机中标准清晰度视频信息每帧十个轨道。
由于摄像机201用于产生16∶9长宽比视频信息的逐行扫描帧，就省去了低功率NTSC电视发射机22。因为发射机22不包括在图3的摄录一体机中，略去了压缩音频解码器23。图3摄录一体机有具有16∶9长宽比视屏的液晶显示(LCD)取景器225。保留压缩视频解码器24，产生压缩视频信号用于取景器驱动电路。在重放(或记录和重放)期间，取景器驱动电路226能够响应于由解码器24提供的4∶2∶0采样格式的Y、Cr、Cb信号，给LCD取景器225提供驱动信号。在记录或预看期间，取景器驱动电路226能够响应于由视频输入处理器202提供的4∶2∶0采样格式的Y、Cr、Cb信号，给LCD取景器225提供驱动信号。输入到LCD取景器225的驱动信号通常是R、G、B驱动信号。
在图3摄录一体机的变形中使用低功率NTSC电视发射机，以信箱(letter-box)格式发射16∶9长宽比的视频图像。在这种变形中保留压缩音频解码器23。
图4示出了实现特技播放方式不同于图3的摄录一体机。DCT块记录在电磁磁带上的轨道中，使得每帧的连续DCT块的零频和其他低频DCT系数占据同步块的导入部分。特技播放期间，恢复这些零频和其他低频DCT系数，用于产生低分辨率显示，并且抛掉高频DCT系数。并行读二十个轨道，消除通常用在数字盒带记录中的特技播放段将平均有效负载数据率从每秒38.6兆比特改变到每秒46兆比特。
在图4摄录一体机中略去特技抽取电路204，并且视频压缩装置203由视频压缩装置303代替，它不需要包括便于连接到特技播放抽取电路204的设备。在图4摄录一体机中，数据帧组合器6由数据帧组合器106代替，它从传输流组合过程中略去了描述特技段的同步块，并且增加每帧中含有正常播放视频数据包信息的同步块数目。数据帧组合器106打乱每帧的连续DCT块的DCT系数的次序，使得直流或零频DCT系数和其他低频DCT系数占据同步块的导入部分。由于在纠错码数据帧中的视频同步块的数目增加，由新的Reed-Solomon纠错编码器和新的Reed-Solomon纠错解码器分别代替原来的Reed-Solomon纠错编码器和原来的Reed-Solomon纠错解码器。数据帧分解器16由数据帧分解器116代替，它考虑略去描述特技播放段的同步块并且用包含另外的视频数据包的同步块代替略去的同步块的再现传输流。
在图2和图4摄录一体机的变形中，当要记录传输流时，数据帧组合器106按下列方法操作。将传输流放进每个数据帧的同步块21到155中，在交替帧中没有特技播放信息引入任何一个这些同步块中。代替它的是，特技播放信息放进每数据帧的同步块2到15中，由SD格式中音频信息和其外纠错码占据。同步块2到15可用于特技播放信息，因为音频信息在包含于传输流中的音频数据包中传送。
图5示出了用在图1的摄录一体机中的用于压缩视频和产生传输流的更详细的电路。类似的电路用在图3的摄录一体机中。输入缓冲存储器30、DCT计算电路31、量化器电路32、活动性(activity)计算电路33、量化表选择电路34、熵编码器35、多路复用器36和编码器输出缓冲存储器37示于图5中，它们是图1的视频压缩装置3的部件。实际上，DCT计算电路31、量化器电路32、和活动性计算电路33可用一微处理器实现。图5的压缩视频信号打包机38与图1的第一传输流编码器10相连，图5的压缩视频信号打包机39与图1的数据帧组合器6相连。图5的特技播放输出缓冲存储器40包括在图1的特技播放数据抽取电路4内。图5的压缩视频信号打包机41与图1的数据帧组合器6相连。
包括4∶2∶0采样格式的Y、Cr、Cb信号的视频输入装入输入缓冲存储器30，它存储稍微大于一帧的采样，并且使得逐个考虑8个亮度象素正方形的图像块。DCT计算电路31计算DCT系数，用于每个连续考虑的图像块的Y、Cr、Cb分量。并且相对于零频DCT系数规范化高阶DCT系数，及将Z形扫描次序的计算的DCT系数提供到量化器电路32。
活动性计算电路33估计图像活动的程度。首先，计算在每个DCT块中的象素的平均值。然后，确定每个DCT块中每个象素值和其平均值之间的差值，平方该差值。累加每个块的平方差值，通过将它除以每块中象素的数目规范化产生的和。计算一帧中所有DCT块的规范化和值，将该帧的累加结果乘以第一常量A，得到的乘积加上第二常量B，确定在该帧中的活动性，它与在该帧的熵编码中的比特数目的估计直接有关。在该帧中活动性的测量提供到量化表选择电路34，它使用此测量结果用于选择电路34提供到量化器电路32的、DCT系数的量化值的起始表。量化表选择电路34将用于DCT系数的识别量化值表的码提供到量化电路32。从量化器电路32提供的量化的DCT系数提供到熵编码器35，该编码器某些时候称为“Huffman编码器”，用于包括游程长度编码和可变长编码步骤的无损编码。
多路复用器36从熵编码器35接收熵编码结果，并且也接收电路34提供到电路32的、用于DCT系数的识别量化值表的码。无论何时在量化器电路32使用的量化值表中立即改变，多路复用器36将识别下面将使用的表的码插入提供为输出信号的码流。插入的码起到头标作用，用于来自熵编码器35的熵编码结果，然后在多路复用器36提供为输出信号的码流中再现。
一先进先出型的编码器输出缓冲存储器37临时存储多路复用器36提供为其输出的码流。缓冲存储器37有一存储容量，用于在一视频帧中可接受的码量的一部分(例如，四分之一)，并且当存储容量可能会出现溢出时，给量化表选择电路34发出信号。响应于该信令，量化表选择电路34选择由量化器电路32使用的量化表。使得减少比特产生速率。当缓冲存储器37的存储容量基本上可用一段时间时，量化表选择电路34发出信号，以选择由量化器电路32使用的量化表，从而增加比特产生率。这样减少了缓冲存储器37抽空的可能性，并且由此避免了在从缓冲存储器37到压缩视频信号打包机38和39提供的码流中使用无效码。
压缩视频信号打包机38将从缓冲存储器37提供的码流分成(184-n)字节视频数据包有效负载长度，并且每个视频数据包用各视频数据包头开始。视频数据包包含在从第一传输流编码器10到数据帧组合器6提供的传输流内。在数据帧组合器6中，作为2∶5转换过程部分，视频数据包被插入被组合的每个数据帧的预定同步块中用于记录，并且然后接收二维Reed-Solomon编码。
压缩视频信号打包机39将从缓冲存储器37提供的码流分成77字节段，用于在被组合的数据帧的预定同步块位置处直接插入数据帧组合器6内的临时存储器中。77字节段因此在数据帧组合器6内接受二维Reed-Solomon编码处理。
特技播放输出缓冲存储器40具有随机存取类型，并且临时存储多路复用器36提供描述每十六图像帧的码流中的零频和低频DCT分量。在各时间将特技播放输出缓冲存储器40内容的不同部分读到压缩视频信号打包机41中，以形成字节并且由数据帧组合器6插进组合的每个数据帧的预定同步块用于记录。
图6较详细示出用在图2摄录一体机中的用于压缩视频和产生传输流的电路。类似电路用在图4的摄录一体机中。在图6中示出的输入缓冲存储器30、DCT计算电路131、量化器电路32、活动性计算电路33、量化表选择电路134、熵编码器35、多路复用器36、用于码流编码零和低频DCT系数的编码器输出缓冲存储器1371、用于码流编码高频DCT系数的编码器输出缓冲存储器1372是图2的视频压缩装置103的部件。实际上，DCT计算电路131、量化器电路32、和活动性计算电路33可用一微处理器实现。图6的压缩视频信号打包机138与图2的第三传输流编码器110相连，图6的压缩视频信号打包机139与图2的数据帧组合器106相连。
由第三传输流编码器110产生的传输流包括视频和音频数据包，其特征是用描述零和低频DCT系数的码紧跟在同步块头形成视频数据包，由此便于特技播放。
实现DCT计算电路131，使得提供指示计算结果是低频DCT系数(包括零频系数)或高频DCT系数的编码模式指示。当编码模式指示指明计算结果是零频或低频DCT系数时，调节缓冲存储器1371存储计算结果，量化表选择电路134调节量化器32，使用用于零频或低频DCT系数的量化表。当编码模式指示指明计算结果是高频DCT系数时，调节缓冲存储器1372存储计算结果，量化表选择电路134调节量化器32，使用用于高频DCT系数的量化表。
缓冲存储器1371是先进/先出存储器用于存储两个并行比特流。一个比特流由熵编码和与零频和低频DCT系数关联的量化表码组成。其他比特流由指示在零频和低频DCT系数的计算中DCT块之间分界的标记组成。该标记便于压缩视频信号打包机138和139在比特排中在同步块头之后放置描述零频和低频DCT系数的码。这些比特排扩展预定间隔或更长一点。在第三传输流编码器110中的压缩视频信号打包机138使得允许在分成数据帧组合器110中的同步块之前，打包传输流头和附加时标包括在传输流中。用于记录没被转换成传输流格式的压缩视频信号的用在数据帧组合器106中的压缩视频信号打包机139，执行没有这种允许或必需允许的打包。当标记首先在同步块头之后预定间隔之后出现时，压缩视频信号打包机138和139中断来自缓冲存储器1371的打包编码，并且开始来自缓冲存储器1372的打包编码。直到到达同步块的末端，然后继续来自缓冲存储器1372的打包编码。量化表选择电路134接收来自缓冲存储器1371的第一速率控制信号和来自缓冲存储器1372的第二速率控制信号，用于控制量化表的选择，使得能够选择量化表保持每个缓冲存储器的信息量在预定限定内。
图7示出适用于图1或2的摄录一体机使用的快照装置50。快照装置50包括IEEE1394信号解码器51，用于来自IEEE1394信号编码器20的IEEE1394信号，MPEG-2解码器52用于解码从解码器51提供的视频数据包，帧抓取器53用于NTSC视频帧，打印机54用于生成抓取的NTSC视频帧的硬拷贝再现。帧抓取器53是一存储器，用于从数字视频信号采样的连续流中抓取那些描述视频的单选择帧的数据，该存储器例如周小磁盘存储器。仅用于I帧的改进MPEG-2解码器能够用在快照装置50中。
图8示出适合于使用具有图3或图4摄录一体机的快照装置55。快照装置55包括IEEE1394信号解码器56，用于来自IEEE1394信号编码器20的IEEE1394信号，MPEG-2解码器57用于解码从解码器56提供的视频数据包，帧抓取器58用于ATSC视频帧，打印机59用于生成抓取的ATSC视频帧的硬拷贝再现。仅用于I帧的改进MPEG-2解码器能够用在快照装置55中。
通过以上的描述和附图，本领域技术人员将能够构造等效于那些特定描述的本发明的其它实施例，随后的权利要求将解释为包含明显的设计变化。例如，至少在从其分量部分组合传输流之前的部分中，能够执行传输流的分量的纠错编码。另外例如，至少在分解传输流成为其分量部分之后的部分中，能够执行传输流的分量的纠错编码。在跟随的权利要求中，术语“MPEG-2解码装置”将解释为应用到一全面的MPEG-2解码器，能够解码P和B帧及I帧，并且也应用到仅解码I帧的这种解码器的改进。

Claims (4)

1、一种摄录一体机，包括：
响应于光图像的摄像机，用于提供基于逐帧的视频信号；
响应于由所述摄像机提供的视频信号的传输流编码器，用于产生压缩数字视频信号的、可由MPEG-2解码装置解码的段，并响应于所述压缩数字视频信号产生一传输流；和
一记录器，用于按照电磁变化沿着磁记录介质表面记录所述压缩数字视频信号，
其中所述传输流在一间隔时间内用2∶5变换提供到所述记录器，所述压缩数字视频信号在另一时间间隔内不进行2∶5变换就被直接提供到所述记录器。
2、如权利要求1所述的摄录一体机，其中所述用于产生可由MPEG-2解码装置解码的压缩数字视频信号的传输流编码器包括：
用于在MPEG-2标准协议内帧内编码所述视频信号的连续帧为I帧的电路，使所述视频信号的连续帧包含在所述压缩数字视频信号中。
3、如权利要求1所述的摄录一体机，其中所述记录器是用于电磁记录所述压缩数字视频信号为24/25I-NRZI调制的类型。
4、如权利要求2所述的摄录一体机，其中所述记录器是用于电礠记录所述压缩数字规频信号为24/25I-NRZI调制的类型。
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