CN1149234A - 视频/音频信号编码系统和编码方法 - Google Patents

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Abstract

视频/音频信号编码系统，包括视频编码器，将视频信号编码为视频数据和将编码信息附加至视频数据，做为一个视频头以便产生编码的视频数据；音频编码器；多路传输器；以及控制器，用以控制多路传输器。其中，视频编码器，将视频头和一帧图像编码视频数据量的数据通知给控制器，控制器在输入至多路传输器的编码视频数据的图像中，判断中断，而多路传输器在判断结果上多路传输编码的视频和音频数据，以及该系统中用的方法。

Description

视频/音频信号编码系统和编码方法
本发明涉及一个视频/音频信号编码系统和编码方法，可对视频和音频数据进行多路传输操作以同时传输这些视频和音频数据，或者将这些数据记录于一个记录媒体内。而且它特别适宜于处理依据称为活动图像专家组(MPEG)数据压缩技术所压缩了的活动图像和音频数据。
常规地，已有多种以高效率对一个活动图像信号进行编码的技术。它包括，例如，用于去除视频数据的空间冗余度的帧内编码，用于去除活动图像数据的时间冗余度(在时间方面的冗余)的予测编码和双向予测编码。使用这些技术的高效编码方法之一被称为MPEG标准(ISO/IEC11172-2)。
MPEG标准采用向前予测编码以便在一个图像和其前一个图像之间去除时间冗余度，并采用双向予测编码，以便在一个图像和此刻先前的一个以及此刻之后的一个图像之间，双向地去除时间冗余。在这方面，帧内编码的图像称为“I图像”，予测编码的图像称为“P图像”，而双向予测编码的图像称为“B图像”。
在MPEG标准中还使用许多图像的集合的单元，被称为图象组(GOP)如图3所示。这是考虑到提供存取入口点以便实现随机存取的目的。GOP结构可任意地采用I，P和B图像构成，但通常是将I图像置于GOP的头部，其后以恒定的间隔(例如3个图像)跟随P图像，B图像则周期地插于它们之间。GOP结构的长度也可任意地变化，但通常被置于大约由15个图像至30个图像之间。
MPEG标准通常有MPEG1和MPEG2两种类型，前者主要有一个大约1.5兆比特/秒的限制的传送率，而后者则以一个约5-10兆比特/秒的传输率以实现当今电视目前的水平。
基于MPEG标准的一个现有技术的视频/音频信号编码系统将于下面解释。当此项现有技术的编码系统进行它的多路传输操作时，探测在视频数据中做为处理基准的视频头信息是以下述软件方式进行的。
首先，如图2A中所示，一个处理器读取所有的视频数据，并以一个基准的头模式比较视频数据的一个模式，由此去检测一个包含在视频数据内的标头模式。处理器然后分析跟随头模式的数据并读取视频头信息的内容。
其后，处理器分析跟随视频头信息的数据，产生系统头信息，进行对全部的各自的数据的多路传输操作，然后输出多路传输的“MPEG”系统数据。
换句话说，在现有技术的多路传输操作中，处理器直接读取视频、音频和在一个多路传输器中接收的数据信号，然后将系统头信息加在其上，  然后输出MPEG系统数据。
不过，对应于一显示屏幕的视频数据量，如在MPEG2中，随着编码率的增加而增加。数据量的增加造成被探测的头信息数据量的增加，它意味着头信息的探测所需的时间被不希望地增加了。
同样地，当编码率增加时，在多路传输操作中将被处理的数据量也随之增加了。进一步说，多路传输操作大致可分为(a)数据的读取，(b)视频头信息的探测，(c)产生系统头信息，以及(d)输出“MPEG”系统数据。在这些操作之中，(a)(b)和(d)在编码率增加时，他们的处理时间也增加了。
因此，本发明的一个目的就是提供一个视频/音频信号编码系统和编码方法，它能够解决上述现有技术中存在的问题并在减轻施加于处理器的负荷时，完成它的全部视频和音频数据的多路传输操作。
为了达到上述目的，根据本发明的一个方面，这里提供了一个视频/音频信号编码系统，它包含有：视频编码装置，用以将一个视频信号编码为视频数据，将编码信息做为一个视频头附加于视频数据，以产生被编码的视频数据，并输出表示对应于预定的视频单元的编码视频数据的数目的信息，编码信息包括对应于预定视频单元的编码视频数据头的信息指示；音频编码装置用以将一个音频信号编码为音频数据并以编码的音频数据输出音频数据；多路传输装置用以多路传输并输出已编码的视频和音频数据；以及控制装置用以接收来自视频编码装置的视频头和数据数目信息，以及在视频头和数据数目信息的基础上，判断输入至多路传输装置的已编码视频数据对应于预定视频单元的边界，由此，去控制多路传输装置的多路传输工作。
以这样的一种配置，视频编码装置使视频信号编码，并将关于视频数据属性的信号附加和输出至已编码视频数据，做为视频头。更进一步，视频编码装置，根据产生的视频头，查找已编码视频数据的数目信息，例如比特长度，并将其获得的结果输出至控制装置，用以控制多路传输操作。
控制装置，在从视频编码装置接收的视频头和数据数目信息的基础上，判断在从视频编码装置输入至多路传输装置中的已编码视频数据中的边界，例如，画面的中止；而多路传输装置在控制装置的判断结果的基础上，多路传输已编码的视频和音频数据。
在本发明中，特别是，视频头信息是从产生视频头信息的视频编码装置直接输入的，因此，在高编码率的多路传输过程期间，可除去从比特流中抽取视频头信息所需的步骤，从而减轻了处理器的负担。这一步骤在现有的技术中对处理器施加了沉重的负担。
根据本发明的另一方面，这里提供了一个视频/音频编码方法，它包含有以下步骤：将一个视频信号编码为视频数据，将编码信息做为视频头附加于视频数据，以便产生编码的视频数据，并输出对应于预定的视频单元已编码的视频数据数目的数据数目信息指示，编码信息包括对应于预定的视频单元的已编码视频数据头的信息指示；将音频信号编码为音频数据并以编码的音频数据输出音频数据；以及，在视频头和数据数目信息的基础上，判断已编码视频数据对应于预定视频单元的边界，由此，得以多路传输和输出编码的视频和音频数据。
图1是根据本发明的一个实施例的一个视频/音频信号编码系统的全套配置的方块图；
图2A和2B示出时间的流程，用以比较现有的技术中的视频/音频信号编码系统和本发明的视频/音频信号编码系统二者在信号处理过程中所需时间的差别；以及
图3是一个用以概念地解释基于一个MPEG2标准的数据压缩的结构图。
下面将参照附图解释本发明的一个实施例。
先参看图1，这里示出一个根据基于MPEG标准的一个实施例的视频/音频信号编码系统的配置图。如图1中所示，现实施例列举的视频/音频信号编码系统包含一个视频信号编码器1；一个音频信号编码器2；一个多路传输器7，它具有一个存储器3，用以存储其中的在一帧图像的编码数据的信息量上的和在运算模式上的信息；一个处理器4；一个头信息存储器5和一个多路传输电路6；以及一个系统数据缓冲器8。
视频信号编码器1，它构成一个使视频信号编码的装置，包括有一个编码器电路11，一个头产生电路12和一个多路传输器电路13。
编码器电路11根据如MPEG1或MPEG2标准这样的编码规则，从一个接收的视频信号产生编码的视频数据。
同时，头产生电路12，根据属性或与由编码器电路11编码的视频数据相类似的东西，产生头信息。多路传输器电路13完成上述全部的头和编码的视频数据的多路传输操作，然后输出它们的结果。
图3中所示是一个根据MPEG2标准的已编码视频数据的比特流的例子。在图中，一个序列的头SH被附加至每个称为(GOP)的视频数据。
序列标题SH包含有图像尺寸，图像纵横(高宽)比，图像显示周期等信息。视频数据GOP包含有按照一个预定的顺序排列的I，B和P图像数据。相对于一种编码模式的一个图像头被附加至每个I，B和P图像。
进一步详述之，输入至视频信号编码器1的视频信号由编码器电路11编码，以便产生I，B和P图像的视频数据。在这个联接中，一个用以限定在结合着GOP的视频数据的范围内的图像特性的GOP头被附加于GOP的视频数据，和一个信息的图像头指示，在每个图像的范围内相对于一种编码模式被附加于图像。
头产生电路12，根据由编码器电路11编码的数据，产生GOP头，序列头和图像头。多路传输电路13将GOP、序列和图像头附加至GOP和各自的图像数据，以便根据MPEG2标准产生一个编码的比特流。多路传输电路13然后将这些根据MPEG标准产生的比特流传输至多路传输器电路6。
头产生电路也选寻一个比特流的长度，例如在图像头之间，那就是一个比特长度L。比特长度L与序列头SH，GOP头和图像头一块储存于存储器3内，在下文，它将被称为视频信息。
同时，根据MPEG标准，一个输入至音频信号编码器2的音频信号因此被压缩。被压缩的视频和音频数据以及诸如输入至RS232C的一个接口的文本信息的数据信号都被送至多路传输器7将被集成并产生一个数据的单列或数据流。虽然一个单一的视频通道，一个单一的音频通道和一个单一的数据信号通道已被应用于发明的实施例中，但一组这样的通道也可被使用，以便完成与以上相类似的安排。
由于多路传输器6的多路传输操作是利用视频数据做为一个数据基准来完成的，因而它需要在视频数据上识别两部分信息，那就是，(1)对应于一个图像的比特长度，(2)与视频信号编码相结合的工作模式(当工作期间发生模式变化时)。
这些视频信息是通过视频信号编码器1的内部工作来识别的。现有技术中，在多路传输器7用以分析视频数据以识别这些信息的方法提供了一个较差的系统效率。在本发明的实施例中，为了防止这样差的效率，存储器3被用来传达这些视频信息的多路传输器7。
尤其是，在多路传输器7内提供的处理器4从存储器3读取视频信息并产生为形成一个分层系统结构所必需的系统头信息。存储于存储器3内的视频信息包括：在序列头SH上的头信息，在视频信息编码器1的视频比特流内所包括的GOP头和图像头，以及在对应于一个图像的比特流的比特长度L上和在编码率上的信息。处理器4，根据视频信息，决定视频和音频数据的多路传输顺序，并产生系统头信息。
下面将以一个输送流(TS)做为被MPEG2标准所限定的系统之一，做出解释。
处理器4，根据对应于一个视频图像的系统比特长度L，探测一个视频系统目标解码器(STD)内缓冲量的变换并决定什么信息将被插入一个下次将被传送的信息包内。例如，处理器4决定：一个插入的适应字段的出现或缺席；一个插入的程度关联表(PAT)或程序映照表(PMT)的出现或缺席，以及选择视频数据，音频数据和专用数据，或者选择空信息包。处理器4对应于选择的数据设置一个程序ID(PID)，并产生系统头。处理器4将产生的系统头写入头信息存储器5内。
处理器4，在将头信息写入头信息存储器5之后，通知在信息包格式上的信息多路传输电路6，以便导致多路传输电路6开始它的多路传输操作。
来自系统头信息关于信息包格式的信息被用以控制视频数据，音频数据和专用数据，哪一个信号以什么顺序在什么字节基础上被多路传输。处理器4以一个数据选择信号9和一个数据字节数信号10的形式通知这些信息给多路传输电路6。
关于在TS视频数据被选择的情况下，多路传输器电路6的多路传输操作情况，将于下一步做出解释。
一个TS信息包包括188个字节，其中的4个字节被用做一个TS信息包头。其余的184个字节通常被用于视频数据。处理器4把将被送至多路传输器6的数据选择信号9和数据信号组数信号10置于这样一种方式：即多路传输器电路6首先从头信息存储器5中读取头信息的4个字节，然后再从那里读取视频数据的184个字节。
当数据在视频信息包包格式化基本流(PES)的末端，其组成少于184个字节，例如为160个字节时，一个有24个字节的适应字段被插入。这个适应字段被处理器计算并被写入头信息存储器(后于TS信息包标题)内。在这个情况下，处理器4这样设置数据选择信号9和数据字节数信号10，致使28个字节首先从头信息存储器5中读出，而后再从其中读出视频数据的160个字节。
在完成上述的设备以后，处理器4启动多路传输器电路6。在此设置的基础上，多路传输器电路6输出一个读取信号以便读出来自头信息存储器5的头信息的4个字节，然后从其中再读出视频数据的184个字节，或者是头信息的28个字节和其后的视频数据的160个字节。读出的数据经受一个时分多路传输操作以便产生一个单一的数据列。多路传输器电路与有几个时钟脉冲的时间滞后的读取过程的同时，产生一个数据写信号至系统数据缓冲器8以便将经受时分多路传输操作的数据列写入数据缓冲器8。图2B示出一个时间流程用以解释根据上述的实施例的视频/音频信号编码系统的信号处理过程。当与图2A中一个现有的技术的信号处理时间流程相比较时，将可看到，如数据读取，这样处理所需的时间可被缩短。在图2B中，由于头信息的读取，系统头的产生以及系统头信息的写入是在一个软件基础上完成的，而数据读取和数据写入是在一个硬件基础上完成的，故可在一个图像的硬件处理的同时完成下个图像的软件处理。
虽然处理器4在本实施例中必须有一个产生头信息的工作，但多路传输器电路6可免去对这些在视频数据上的头信息，如顺序头SH，GOP头和图像头等，搜索比特流所需的时间，这可导致本实施例以高速来完成它的处理工作。据此，视频/音频信号编码系统的处理时间可大约为现有技术系统的1/2.5。
根据本发明的视频/音频信号编码系统，此系统可使视频数据编码，将一个头信息做为视频数据的标志(象征)附加于编码的视频数据并将其输出，以及依据产生头，找寻编码的视频数据的比特长度，判断在头和视频数据比特长度基础上的编码视频数据在显示屏幕于的中止，以及在判断结果的基础上，多路输出编码的视频和音频数据，从而，此系统可在减轻处理器负担的情况下，完成它的全部视频和音频信号的多路传输任务。

Claims (6)

1.一种视频/音频信号编码系统，包括：
视频编码装置，用以将视频信号编码为视频数据，将编码信息附加于所说的视频数据，做为视频头以便产生编码的视频数据，并输出对应于预定的视频单元，表示编码视频数据数目的数据数目信息，所说的编码信息包括：表示对应于预定的视频单元，所说的编码的视频数据的头信息；
音频编码装置，用以将音频信号编码为音频数据并以编码的音频数据输出所说的音频数据；
多路传输装置，用以多路传输和输出所说的编码的视频数据和所说的编码音频数据；以及
控制装置用以从所说的视频编码装置接收所说的视频头和所说的数据数目信息，并在视频头和数据数目信息的基础上，判断输入至所说的多路传输装置的编码视频数据对应于所说的预定的视频单元的边界，由此控制所说的多路传输装置的多路传输操作。
2.如权利要求1所述的视频/音频信号编码系统，其中所说的预定的视频单元对应于一幅画面。
3.如权利要求1所述的视频/音频信号编码系统，其中所说的视频编码装置和所说的音频编码装置，根据活动图像专家组标准(MPEG)分别地编码视频信号和音频信号。
4.一种视频/音频信号编码方法，包括以下步骤：
将视频信号编码为视频数据，将编码信息做为视频头附加至所说的视频数据，以产生编码视频数据，并输出对应于预定的视频单元，表示编码视频数据数目的数据数目信息，所说的编码信息包括：表示对应于预定的视频单元，所说的编码视频数据头的信息；
将音频信号编码为音频数据和以编码的音频输出所说的音频数据；以及
在视频头和数据数目信息的基础上，判断编码的视频数据对应于所说的预定视频单元的边界，由此以便多路传输和输出编码的视频数据和编码的音频数据。
5.如权利要求4所述的视频/音频信号编码方法，其中所说的预定的视频单元对应于一幅画面。
6.如权利要求4所述的视频/音频信号编码方法，其中所说的视频信号编码步骤和所说的音频信号编码步骤，根据活动图像专家组(MPEG)标准分别地编码所说的视频信号和所说的音频信号。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication