CN1152576C - 视频数据编码装置、编码方法和传送装置 - Google Patents

Abstract

编码预处理部分将表示要编码的源视频数据的特征的统计量(索引数据)提供给CPU(6)。根据该统计量，CPU(6)计算编码视频数据的难度，然后根据该编码难度，操作指定给视频数据的每一个画面的目标编码量。CPU(6)在不进行传统的双路编码所要求的双编码路径的情况下，通过将所操作的目标编码量前馈给编码器(4)，能够进行实时编码。根据视频数据的图形可实现优化编码，因为目标编码量是根据编码视频数据的难度而被操作的。

Description

视频数据编码装置、编码方法和传送装置

技术领域

本发明涉及根据代码难度对源视频数据进行编码的视频数据编码装置和方法、记录由该装置和方法得到的编码数据的记录介质、和利用源视频数据编码装置对视频数据编码并传送编码数据的视频数据传送装置。

背景技术

近年来，为进行源视频数据的压缩编码，已广泛使用了基于MPEG(运动图像专家组)或MPEG2标准的技术，这些标准采用运动补偿(MC)，结合比如离散余弦变换(DCT)等正交变换的冗余减少处理。

MPEG技术用于对每一个画面组(GOP)进行压缩编码，并将压缩数据记录在如数字盘(例如，磁光(MO)盘)等记录介质上的存储系统，每一个画面组(GOP)作为一个由帧内画面(I-画面)、预测画面(P-画面)和双向预测画面(B-画面)组成的单元。MPEG技术也用于将压缩数据记录到母盘上的授权(authoring)系统。

在这样的存储系统和授权系统中，记录介质的存储容量有限，因而压缩编码后的压缩数据(位)量必须不大于记录介质的存储容量，同时保持扩展解码后图像的数据的高质量。

本发明的受让人已提出了一种称为“双路编码(tWo-pass encode)”的技术，用于对由固定量化值输入的视频信号进行临时编码，然后收集比如所产生位的数量等的数据，并从所得结果中确定常规编码时可变速率编码中的比特率的分配(目标码量)。这种双路编码系统是一种根据视频图像的编码难度，最优地给要编码的视频数据分配位的编码方法。

图1是说明整个双路编码系统的概念图，该系统用在将编码视频数据记录到数字视盘(DVD)上的DVD授权系统中，或用在将编码数据记录到MO盘上的存储系统中。

在双路编码系统中，在第一路中，视频信号输入(视频输入)预先由固定量化的编码器压缩编码，以估计压缩编码后所产生位的数量，作为编码难度，所估计的产生位的数量提供给一外部计算机。然后，外部计算机根据产生位的数量，即编码难度，将目标编码量提供给编码器。在第二路中，编码器根据目标编码量执行编码，并输出编码数据的位数据流。

双路编码系统在画面质量方面提供了满意的编码效果。然而，从操作效率的观点来看，由于编码操作必须至少进行两次，因而产生了需要很长编码时间的问题。

此外，在利用光盘或磁带机替代VTR记录编码视频数据的存储系统中，需要实时进行编码处理。因此，在这样的利用传统技术的存储系统中，仅能进行固定编码速率的编码，而不管要编码的视频数据的画面质量如何。

简言之，传统的授权系统或存储系统有这样的问题，它不可能在改善要记录在存储介质上的编码视频数据的画面质量的同时实时编码源视频数据。

同时，MPEG技术也用在数字广播的传送系统中，用以将画面数据作为数字数据传送。数字广播的优点是，可以在同一条传送线上传送比模拟广播更大量的程序数据(下文中称为程序)。在这种数字广播的传送系统中的压缩编码中，必须保持高画面质量，同时限制压缩编码后的数据(位)量不大于传送线的传送容量，类似于存储系统或授权系统的情况。在传统的传送系统中，将“统计(statistical)多路传送”方法用作传送更大量的程序到预定传送容量的传送线上的方法。统计多路传送是一种通过依据程序的内容动态改变每个程序的传送速率而给每个程序分配最佳传送速率的方法。这种统计多路传送适用于：对应于具有在编码中不需要大量位的简单图形(pattern)的视频数据的程序，减小传送速率，对应于具有在编码中需要大量位的复杂图形的视频数据的程序，增加传送速率。

在这样的数字广播的传送系统中，实况视频节目，比如体育节目和新闻节目，必须实时传送。然而，上述双路编码系统的问题是，实况视频节目不能实时传送，除非视频节目以固定编码速率传送，而不顾画面质量。简言之，在传统的传送系统中，不能实时传送高画面质量的节目。

本发明总述

鉴于上述现有技术的状态，本发明的一个目的是提供视频数据编码装置和方法，用以实时进行可变速率的编码，从而实现高画面质量，以及提供编码数据的记录介质。此外，本发明的另一个目的是提供一种视频数据编码装置，用以通过可变速率编码处理来实时传送压缩编码的数据，从而实现高画面质量。

为解决上述问题，在根据本发明的视频数据编码装置中，根据指示输入视频数据的特征的索引数据，计算要分配给输入视频数据的目标编码量，并根据目标编码量，对由延迟装置延迟的输入视频数据执行编码处理。

也就是说，根据本发明，提供了一种视频数据编码装置，用于编码提供于其中的输入视频数据，该装置包括：目标编码量计算装置，根据指示输入视频数据的特征的索引数据，计算要分配给输入视频数据的目标编码量；延迟装置，用于将输入视频数据延迟一预定时间段；和编码处理装置，用于根据目标编码量对由延迟装置延迟的输入视频数据执行编码处理。

在这种情况下，延迟装置延迟输入视频数据的时间段，是比目标编码量计算装置计算目标编码量的时间段长的一预定时间段。因此，索引数据被事先读取。该事先读取比如是在一个GOP的0.5秒内进行的。

目标编码量计算装置从索引数据中求出指示编码时的难度的编码难度，并根据该编码难度计算要分配给视频数据的目标编码量。

此外，根据已收集的编码难度和由编码处理装置产生的编码量，目标编码量计算装置在任何时候都根据编码难度更新目标编码量的相应关系。

为解决上述问题，在根据本发明的视频数据编码方法中，根据指示输入视频数据的特征的索引数据计算要分配给输入视频数据的目标编码量，并根据目标编码量，对在延迟步骤中延迟的输入视频数据执行编码处理。

也就是说，根据本发明，还提供了一种视频数据编码方法，用于对所提供的输入视频数据进行编码，所述方法包括：目标编码量计算步骤，根据指示输入视频数据的特征的索引数据，计算要分配给输入视频数据的目标编码量；延迟步骤，将输入视频数据延迟一预定时间段；和编码处理步骤，根据目标编码量对在延迟步骤中延迟的输入视频数据执行编码处理。

在这种情况下，在延迟步骤中延迟输入视频数据的时间段，是比在目标编码量计算步骤中计算目标编码量的时间段长的一预定时间段。因此，索引数据被事先读取。该事先读取比如是在一个GOP的0.5秒内进行的。

在所述目标编码量计算步骤中，从索引数据中求出指示编码时的难度的编码难度，并根据该编码难度计算要分配给视频数据的目标编码量。

此外，在所述目标编码量计算步骤中，根据已收集的编码难度和在编码处理步骤中产生的编码量，在任何时候都根据编码难度更新目标编码量的相应关系。

在本发明的视频数据编码装置中，编码处理部分给CPU提供指示要编码的源视频数据的特征的统计量(索引数据)。CPU根据该统计量计算指示编码视频数据中的难度的编码难度，并根据编码难度计算分配给视频数据的每个画面的目标编码量。此外，CPU将计算的目标编码量馈送给一编码器，从而使编码处理实时进行，而不用象在现有技术的双路编码处理中那样执行两次编码处理。而且，在本发明的视频数据编码装置中，由于计算与视频数据的编码难度一致的目标编码量，可以实现与编码数据的图形一致的优化编码。

在本发明的视频数据编码装置和方法中，CPU从要被其编码的源视频数据中计算指示编码源视频数据中的编码难度的编码难度D_j，并根据计算出的编码难度，计算用于编码要编码的源视频数据的目标编码量T_j。然后，CPU将计算的目标编码量T_j以前馈方式提供给编码器，从而使编码根据与源视频数据的图形一致的目标编码量而进行，并使视频数据的编码实时进行。

此外，在本发明的视频数据编码装置中，由于利用从要编码的源视频数据中发现的AC内或ME残余(intra-AC or ME residual)，来大体计算每一画面类型的编码难度，因此在要编码的视频数据实际上被编码之前就可获得编码难度。因此，可实现实时编码处理。

此外，在本发明的视频数据编码装置中，如果要编码的视频数据的画面类型为I画面，则从AC内计算编码难度，而如果要编码的视频数据的画面类型为P画面或B画面，则从ME残余中计算编码难度。这样，就可根据画面类型以高准确性计算编码难度。

此外，在本发明的视频数据编码装置中，由于从计算出的编码难度中计算目标编码量的转换公式，被在任何时候根据实际产生的编码量校正，作为由编码装置进行的过去的编码处理的结果，可以对应于存储介质的剩余量而设定适于视频数据的图形的改变的目标编码量和目标编码。而且，作为从编码难度中计算目标编码量的转换公式，根据要编码的视频数据的画面类型来设定不同的转换公式。因此，不仅可以在GOP基础上，而且可以在画面基础上计算优化编码难度。

而且，在本发明的视频数据编码装置中，计算编码难度的运算表达式，被在任何时候根据从编码装置的编码处理所产生的编码量和量化值中发现的总的复杂性而更新。因此，可以高精度测量与视频数据的图形一致的编码难度。

此外，在本发明的视频数据编码装置中，CPU对每一画面计算与包含在参考GOP中的多个画面有关的编码难度，所述参考GOP是由编码装置进行编码处理的目标，并且，CPU从由编码难度计算装置所计算的多个编码难度中，计算分配给参考GOP的目标编码量。CPU根据画面类型，将分配给参考GOP的目标编码量分配给包含在参考GOP中的每一个画面，以便计算对应于包含在参考GOP中的每一个画面的目标编码量。这样，与画面类型一致的不同的目标编码量可分配给相应的画面，同时在GOP中保持指定给GOP的平均编码量。

根据本发明，还提供了一种视频数据传送装置，用于编码提供给它的输入视频数据，并发送编码的视频数据，该装置包括：目标编码量计算装置，根据指示输入视频数据的特征的索引数据，计算要分配给输入视频数据的目标编码量；延迟装置，用于将输入视频数据延迟一预定时间段；和编码传送装置，用于根据目标编码量对由延迟装置延迟的输入视频数据执行编码处理，并发送编码的视频数据。

根据本发明，还提供了一种视频数据传送装置，用于编码源视频数据，并发送编码的视频数据，该装置包括：编码难度计算装置，计算指示编码源视频数据过程中的编码难度的编码难度；目标编码量计算装置，在任何时候，根据在过去的编码处理中产生的编码量，更新一运算表达式，该运算表达式用于从计算的编码难度中计算用在编码源视频数据中的目标编码量，并根据更新的转换公式，从编码难度中计算目标编码量；编码装置，用于将目标编码量计算装置计算出的目标编码量向前馈送，从而根据对应于要编码的源视频数据的目标编码量，实时编码要编码的源视频数据；和传送装置，用于传送由编码装置编码的视频数据。

根据本发明，还提供了一种视频数据记录介质，其中记录编码数据，该编码数据是通过根据指示输入视频数据的特征的索引数据，计算要分配给输入视频数据的目标编码量，然后根据目标编码量对延迟了预定时间段的输入视频数据执行编码处理而获得的。

附图的简要说明

图1是解释传统的双路编码系统的图。

图2是表示根据本发明的视频数据编码装置和方法的一实施例的方框图。

图3是表示说明本发明的重要部分，即压缩编码部分的详细结构的方框图。

图4是解释计算平面性(flamess)的原理的图。

图5A至5C是解释实施例的操作的时序图。

图6是解释实施例的操作的GOP比特率相对于编码难度的曲线图。

图7是表示图6中状态被更新的曲线图。

图8是解释实施例的操作的流程图。

图9是GOP比特率相对于编码难度的另一张曲线图。

图10A至10D是编码的帧目标量分别相对于编码难度I、P和B画面的曲线图。

图11是表示根据本发明的视频数据编码装置和方法的另一个特定例子的方框图。

图12是表示根据本发明的视频数据编码装置和方法的再一个特定例子的方框图。

实施本发明的最好模式

下面将参照附图描述根据本发明的视频数据编码装置和方法的优选实施例。

图2表示根据本发明的一实施例的视频数据编码装置的结构。该视频数据编码装置包括：编码预处理部分2，用于计算检索从输入端1输入的输入视频数据的特征的索引数据；和中央处理单元(CPU)6，作为目标编码量计算装置，用于根据来自编码预处理部分2的索引数据，求出表示在编码输入视频信号时的难度的编码难度，并根据编码难度计算要分配给视频信号的目标编码量。所述视频数据编码装置还包括：FIFO存储器3，作为延迟装置，用于将输入视频数据延迟一预定时间段；和编码器4，用于根据目标编码量，对由FIFO 3延迟的输入视频信号执行编码处理，并将压缩后的视频数据提供给输出端7。

当图2所示的编码装置应用到存储系统或授权系统时，从输出端7输出的编码视频数据存储在数据存储介质，如光盘上。当所述编码装置应用于数字广播等的传送系统时，从输出端7输出的编码视频数据与其编码视频节目多路复用，然后通过图中未示出的发送装置或卫星传送到接收装置。

CPU 6可设在包括编码预处理部分2、FIFO 3和编码器4的封装单元中，或者，CPU 6可做成计算机，用于控制编码预处理部分2、FIFO 3和编码器4。

从编码预处理部分2提供给CPU 6的索引数据由后面所述的ME残余、平面性和AC内来举例说明。

编码预处理部分2通知CPU关于从输入端1输入的视频信号的画面存在/不存在，并执行用于对输入的视频数据的每个画面压缩编码的预处理。简言之，编码预处理部分2将输入视频信号的GOP中的视频数据重新安排成编码顺序，并执行画面场的转换。在输入视频数据为运动画面的视频数据时，编码预处理部分2进行3:2下拉转换处理(为将运动画面的24帧/秒的视频数据30帧/秒的视频数据，并在压缩编码前除去冗余数据)，并将转换后的数据输出给FIFO 3。此外，编码预处理部分2给CPU 6提供后面描述的比如ME残余、平面性和AC内等的索引数据。

运动检测电路5检测输入的视频信号的运动矢量，并输出检测的运动矢量给编码预处理部分2。此外，运动检测部分5产生ME残余。

FIFO 3将从编码预处理部分2输入的视频数据(例如，输入视频数据)延迟一预定时间段，并输出延迟后的视频数据给编码器4。该预定时间段比CPU 6计算目标编码量的时间要长。

压缩编码部分包括编码预处理部分2、FIFO 3、编码器4和运动检测电路5，下面将参照图3详细描述这些部分。

在图3的压缩编码部分中，画面重排部分11、扫描转换宏块形成电路12和统计量计算电路13构成图2的编码预处理部分2，而统计量计算电路13和运动检测部分5构成一索引数据计算部分。

画面重排部分11以编码顺序重新安排输入的视频信号。扫描转换宏块形成电路12进行场-帧转换并形成宏块。例如，如果视频信号是运动画面的视频信号，扫描转换宏块形成电路12执行3:2下拉转换。

统计量计算电路13从画面重排电路11和扫描转换宏块形成电路12所处理的画面中计算统计量，比如平面性和AC内，并将其压缩编码为I画面。

在图3的压缩编码部分中，加法电路15、DCT电路16、量化电路17、量化控制电路18、可变长度编码(VLC)电路19、缓冲器20、逆量化(IQ)电路22、逆DCT(IDCT)电路23、加法电路24和运动补偿电路25构成图2的编码器4。

加法电路15从FIFO 3的输入视频数据减去加法电路24的输出数据，并输出所得数据给DCT电路16。

DCT电路16在加法电路15输入的视频数据上，对于由16×16象素组成的每个宏块，执行离散余弦变换(DCT)，从而将时域数据变换为频域数据，并将该频域数据输出给量化电路17。

量化电路17以固定的或随机的量化值量化从DCT电路16输入的频域数据，并输出量化数据给可变长度编码(VLC)电路19，以及逆量化电路22。

可变长度编码电路19在量化电路17输入的量化数据上执行可变长度编码，并将压缩后的视频数据作为可变长度编码的结果提供给缓冲器20。缓冲器20缓冲压缩后的视频数据，并将构成该压缩视频数据的位流提供给输出端21。

逆量化电路22对量化电路17输入的量化数据进行逆量化，并输出逆量化的数据给逆DCT电路23。

逆DCT电路23在逆量化电路22输入的逆量化的数据上执行逆DCT，并将所得数据输出给加法电路24。

加法电路24将运动补偿电路25的输出数据和逆DCT电路23的输出数据相加，并输出相加结果给加法电路15和运动补偿电路25。

运动补偿电路25根据运动检测电路5计算的运动矢量，在加法电路24的输出数据上相对于一参考帧执行运动补偿，并输出结果数据给加法电路15。

设于运动补偿电路25和运动检测电路5之间的FIFO 26延迟运动矢量。由于运动矢量具有比画面数据更小的信息量，FIFO 26可以有比FIFO 3更小的容量。

有了上述结构，本发明的实施例的视频数据编码装置利用视频输入信号的统计量，比如平面性和AC内，而不是利用输入视频信号的图形的编码难度，来适应性地计算目标数据量T_j。然后，视频数据编码装置根据目标数据量T_j将输入视频信号压缩编码成适当数据量的压缩编码的视频数据。

在视频数据编码装置中，运动检测电路5和统计量计算电路13产生统计量和事先检测的ME残余的索引数据，并根据该索引数据确定目标数据量T_j。这种压缩编码系统下文中称为前馈速率控制系统。

ME残余定义为要压缩画面的视频数据和参考画面的视频数据之间的差值的绝对值和或平方值和。运动检测电路5从压缩后变成P画面和B画面的画面中计算ME残余。它表示图像运动速度和图形的复杂性，并且与编码难度和压缩后的数据量有关。

对于I画面，不能找到ME残余，因为这些画面是在不参照其它画面的情况下压缩编码的。作为替代ME残余的索引数据(参数)，使用平面性和AC内。

平面性是为了实现视频数据编码装置而新定义为表示图像的空间平坦性的索引数据的参数。它指示图像的复杂性，并且与编码难度和压缩后的数据量有关。

AC内是为了实现视频数据编码装置而新定义为MPEG系统中的DCT处理单元的每个DCT块之间的色散值之和的参数。与平面性类似，AC内指示图像的复杂性，并与编码难度和压缩后的数据量相关。

在由本发明的受让人于1996年8月14日提交的题目为“视频数据压缩装置及其方法”的日本专利申请No.Hei 8-214708(以及1997年8月11日提交的美国专利申请No.08/909,448)的说明书和附图中，详细公开了利用上述这些参数以高精度求出编码难度(所谓的难度)的方法。

对于每个画面的编码难度(下文中恰当地标为D_j)是指示编码图像图形时的编码的难度的数据。图形变得越复杂，编码难度就越高。相反，图形越简单，编码难度就越低。

根据编码难度D_j计算目标编码量T_j。具体地讲，ME残余、平面性和AC内与编码难度D_j有强相关性。因此，从诸如ME残余、平面性和AC内的索引数据中计算出编码难度D_j，并从计算出的编码难度D_j中计算目标编码量T_j。在此情况下，可由图2所示的编码器控制电路2和运动检测电路5检测索引数据。也就是说，与现有技术不同，不需要事先采用双路编码系统来求出编码难度。

首先详细描述ME残余。在参照其它画面实施压缩编码以产生P画面和B画面的过程中，运动检测电路5检索一宏块作为压缩目标，该宏块实现画面(输入画面)的标记宏块之间的差分值的最小绝对值和或平方值和，和要参照的画面(参考画面)的宏块，从而求出运动矢量。简言之，对于整个画面，在寻找运动矢量的过程中，ME残余定义为各个宏块的差分值的最小绝对值和或平方值和的和值。

ME残余与编码难度D_j有强相关性，比如为实现与编码难度D_j的基本上为正比例。这样，在压缩编码之前，从ME残余中求出要作为P画面或B画面的画面的编码难度D_j，并能计算相对于P画面或B画面的目标编码量T_j。后文中将描述其特定运算表达式。

接下来将详细描述平面性。平面性是表示图像的空间平面性的数据。通过首先将作为MPEG系统中的DCT处理单元的DCT块划分为子块，每个子块包括2×2象素，然后计算这些子块中的对角象素数据(象素值)的差分值，然后用一预定阈值比较该差分值，并对每个画面求出具有小于阈值的差分值的子块总数，如图4所示。如果图像图形在空间上变得复杂，则平面性值变小。如果图像图形更平，则平面性值变大。平面性值与编码难度D_j有很强的负相关性。这样，在压缩编码之前，从平面性中求出要作为I画面的画面的编码难度D_j，并从平面性中求出相对于I画面的目标编码量T_j。

对于每个DCT块，AC内是作为DCT块中各个象素的象素值之间的差分绝对值之和，和DCT块中象素值的平均值，而计算的。也就是说，AC内(Intra AC)是由下列公式求出的：

Intra_AC＝∑|f(x，少)-(∑f)/N|

在此公式中，f(x，y)表示DCT块中各个象素的象素值，而∑f表示DCT块中象素值的和。N表示DCT块中的象素数目，而∑||表示关于DCT块中的象素的和。

如上所述，当要编码的画面类型是I画面时，由上述公式求出的AC内和编码难度D_j有很强的正相关性。这样，可在下列公式(1)的基础上从AC内中求出要作为I画面的画面的编码难度D_j。

D_j＝a_I×Intra_AC+b_I                     (1)

在此公式中，a_I和b_I只是从AC内求出关于I画面的编码难度D_j的一系数和一常数。

同样，利用下列用于P画面的公式(2)或利用下列用于B画面的公式(3)，可由CPU 6从ME残余中算出编码难度D_j。

D_j＝a_P×ME_resid_j+b_P                      (2)

D_j＝a_B×ME_resid_j+b_B                      (3)

接下来，将参照图2、3和5描述利用索引数据(ME残余、AC内或平面性)求出编码难度D_j的CPU 6的操作。

编码预处理部分2的画面重排电路11以编码次序重排输入的视频信号，而扫描转换宏块形成电路12执行画面场的转换。此外，统计量计算电路13根据上述公式进行算术处理，以求出对于要压缩成I画面的画面的AC内，从而计算比如平面性和AC内的统计量。

运动检测部分5产生对于要压缩编码成P画面和B画面的画面的运动矢量，并计算ME残余。

FIFO 3将输入给它的源视频信号延迟N画面的量。该“N”是一整数，表示包含在一个GOP(画面组)中的画面数目。

对于要编码成I画面的画面，CPU 6利用从统计量计算电路13输出的平面性和AC内执行公式(1)的算术处理，从而产生用于I画面的编码难度D_j。对于要编码成P画面和B画面的画面，CPU 6利用运动检测电路5产生的ME残余执行公式(2)和(3)的算术处理，从而分别计算用于P画面和B画面的编码难度D_j。

此时，编码预处理部分2进行预处理，比如对于输入的视频信号以编码次序重排画面，并输出如图5A所示的视频数据给FIFO 3。通过由编码预处理部分2重排画面，使得图5A至5C中所示画面的编码次序与扩展解码后的显示次序不同。

FIFO 3将输入视频数据的每一画面延迟N个画面的量，并输出延迟后的视频数据给编码器4。由于输入给编码器4的延迟的视频数据被FIFO 3延迟了N个画面的量，当编码器4压缩编码图5B所示的延迟的视频数据的第j个画面(图5B的画面b)时，编码预处理部分2从第(j+N)个画面(图5B的画面a)取出索引数据，并将该索引数据提供给CPU 6，所述第(j+N)个画面比视频数据的第j个画面b提前N个画面。CPU 6根据公式(1)、(2)和(3)，瞬时利用索引数据计算对于I画面、P画面和B画面的编码难度D_j。这样，当编码器4开始对延迟的视频数据的第j个画面的压缩编码时，CPU 6从画面j到画面j+N-1获得编码难度D_j到D_j+N-1。

同样，当编码器4开始对图5C所示的延迟的视频数据的第(j+1)个画面(图5C的画面b′)的压缩编码时，CPU 6从画面(j+1)到画面(j+N)获得编码难度D_j+1到D_j+N。

在称为MPEG压缩算法的TM5(测试模型编辑委员会或“测试模型5”，Test Model Editing Committee or“Test Model 5”)系统中，称为活动性的统计量用于计算宏块的量化值(MQUANT)。由于该活动性与编码难度D_j有强相关性(与平面性和AC内类似)，可利用该活动性而不是这些索引数据来求出编码难度D_j。

CPU 6利用包含活动性的索引数据计算出的编码难度D_j用于计算目标编码量T_j。

为简化描述，假定CPU 6得到的编码难度D_j+1到D_j+N用于一个GOP。还假定一个GOP的画面数目为N。简言之，当编码器4编码画面j时，如上所述，从画面j到画面j+N-1得到编码难度D_j到D_j+N-1。

由CPU 6利用编码难度D_j计算目标编码量T_j的处理，大体上包括下列三种类型的处理。

第一种处理是用于从GOP中的编码难度D_j的平均值D中求出一参考GOP的比特率GOP_Bitrate的处理。该第一种处理称为用于求出参考GOP的比特率GOP_Bitrate的处理。

第二种处理是用于根据各个画面的编码难度的比例，分配分配给参考GOP的目标编码量，并确定用于每个画面的目标编码量T_j的处理。该第二种处理称为用于为每个画面求出目标编码量T_j的处理。

第三种处理是用于在完成GOP的编码后，利用产生的编码量和编码难度，更新运算表达式的处理，该运算表达式用于从用在第一种处理中的编码难度中确定比特率。该第三种处理称为用于更新用来计算参考GOP的比特率GOP_Bitrate的运算表达式的处理。该第三种处理非常有特色，并能提供比如满足目标编码量的编码算法，同时更新相关表达式。

下面将详细描述第一种处理。该处理适于紧接在编码GOP的引导画面，即I画面(j＝0)之前，确定分配给从现在起要编码的参考GOP的比特率。因此，首先，根据下列公式(4)求出关于从现在起要编码的参考GOP的编码难度D_j的平均值D^-。

$\stackrel{\‾}{D}=\frac{\underset{j=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}{D}_j}{N}---\left(4\right)$

在此公式中， D等于文章中的D^-，同样，附图中的 D也等于D^-。

然后，利用如图6所示的在此GOP中的编码难度的平均值D^-和参考GOP的比特率GOP_Bitrate之间的相互关系，确定要分配给GOP的比特率。图6示出如上所述的在此GOP中的编码难度的平均值D^-和参考GOP的比特率GOP_Bitrate之间的相互关系。横轴表示编码难度的平均值D^-，而纵轴表示参考GOP的比特率GOP_Bitrate。从图6所表示的关系中可以看到，编码难度的平均值D^-变得越大，分配给参考GOP的比特率就越大。

在该视频数据编码装置用于授权系统或存储系统的情况下，表示在图6的纵轴上的Max Rate(Rate_max)和Min Rate(Rate_min)分别是本申请所确定的最大比特率和最小比特率。如果用在授权系统或存储系统中的存储介质的记录容量Total_Bit和要记录的视频材料的长度Total_Time预先确定，则表示在纵轴上的平均比特率Avg Rate(Rate_Avg)是从这些参数中计算出的平均比特率，并且其初始值由下列公式计算。

Rate_Avg＝Total_Bit[bits]/Total_Time[sec]

在该视频数据编码装置用于数字广播等的传送系统的情况下，表示在图6中曲线的纵轴上的Max Rate(Rate_max)和Min Rate(Rate_min)，分别是对于要传送的视频节目预先确定的最大比特率和最小比特率。同样，平均比特率Avg Rate(Rate_Avg)是对于要传送的视频节目预先设定的比特率。

另一方面，表示在横轴上的Avg Difficulty(D_Avg)是要编码的输入视频材料的平均编码难度的估计值。该Avg Difficulty称为“估计值”是因为直到编码完成之前不知道输入视频材料的编码难度。

这样，有了Rate_Min、Rate_Max、Rage_Avg和平均编码难度D_Avg，要分配给参考GOP的比特率GOP_Bitrate表示为一直线，该直线表示当参考GOP的编码难度的平均值D^-等于0时为Rate_Min，并表示当平均值D^-等于D_Avg时为Rate_Avg，并取比特率不超过Rate_Max的值，如图6所示。这样，要分配给参考GOP的比特率GOP_Bitrate由下列公式表示。

$\mathrm{GOP}\_\mathrm{Bitrate}=\min \{\mathrm{Rate}\_\mathrm{Min}+\frac{\mathrm{Rate}\_\mathrm{Avg}-\mathrm{Rate}\_\mathrm{Min}}{D\_\mathrm{Avg}}\×\stackrel{\‾}{D},\mathrm{Rate}\_\mathrm{Max}\}---\left(5\right)$

当在第一次处理(用于求出参考GOP的比特率GOP_Bitrate的处理)中求出GOP的比特率GOP_Bitrate时，在第二次处理(用于求出每一个画面的目标编码量T_j的处理)中根据下列公式(6)求出参考GOP的目标编码量R。

$R=\mathrm{GOP}\_\mathrm{Bitrate}\×\frac{N}{\mathrm{Picture}\_\mathrm{Rate}}---\left(6\right)$

在此公式中，Picture_Rate是用于第二次的画面数目。

然后，在此第二次处理中，根据公式(6)求出的每个GOP的位量R，以各个画面的编码难度的比例进行分配。也就是说，每个GOP的位量R不是与GOP中的N个画面中的每一个相等地分配，而是以倾斜方式分配，使最大量的编码位分配给I画面，并将小于I画面且大于B画面的位量分配给P画面，而最小的位量分配给B画面。具体地讲，根据各个画面类型，确定GOP中的第j画面的目标编码量T_j由下列公式(7)、(8)和(9)表示。

由公式(7)求出在编码具有I画面的画面类型的画面时分配的目标位量。

$T_j=\frac{K_P\×K_B\×D_j}{K_P\×K_B\×D_I+K_B\×\underset{P\_\mathrm{picture}}{\mathrm{\Σ}}{D}_P+K_P\×\underset{B\_\mathrm{picture}}{\mathrm{\Σ}}{D}_B}\×R---\left(7\right)$

由公式(8)求出在编码具有P画面的画面类型的画面时分配的目标位量。

$T_j=\frac{K_B\×D_j}{K_P\×K_B\×D_I+K_B\×\underset{P\_\mathrm{picture}}{\mathrm{\Σ}}{D}_P+K_P\×\underset{B\_\mathrm{picture}}{\mathrm{\Σ}}{D}_B}\×R---\left(8\right)$

由公式(9)求出在编码具有B画面的画面类型的画面时分配的目标位量。

$T_j=\frac{K_P\×D_j}{K_P\×K_B\×D_I+K_B\×\underset{P\_\mathrm{picture}}{\mathrm{\Σ}}{D}_P+K_P\×\underset{B\_\mathrm{picture}}{\mathrm{\Σ}}{D}_B}\×R---\left(9\right)$

通用于所有公式(7)、(8)和(9)的分母中的D_I、D_P、D_B，表示对应于各个画面类型的编码难度，并且是在编码处理之前计算的数据。K_P表示I画面位量与B画面位量的比率。例如，如在TM5系统中提出的那样，选择的值比如为K_P＝1.0和K_B＝1.4。

为遵守MPEG规定的虚拟缓冲量(视频缓冲校验器或VBV缓冲器)的计算限制，限制目标编码量T_j的值不超过VBV缓冲器的限制，即便在产生通过将某些边缘值加到目标编码量T_j的位量而获得的产生目标量T_j时也是这样。

当确定了对应于每个画面的目标编码量T_j时，根据该目标编码量T_j编码一个GOP的画面。

然后，在第三种处理中，进行用于更新用在第一种处理(用于求出参考GOP的比特率GOP_Bitrate的处理)中的公式(5)的处理，即，用于更新用来计算参考GOP的比特率GOP_Bitrate的运算表达式的处理。

在第三种处理中，CPU 6能够通过编码参考GOP，获得在编码参考GOP的过程中实际产生的位量。

首先，当视频数据编码装置用在授权系统或存储系统中时，CPU 6通过算术处理，求出用在授权系统或存储系统中的存储介质的剩余位量和剩余时间。这是因为，在实际编码参考GOP后编码下一GOP之前，CPU 6根据存储介质的剩余位量和源材料的非记录时间，计算新的优化平均比特率Rate_avg。

由下列公式求出用在授权系统或存储系统中的存储介质的剩余位量Remain_Bit，其中表示在编码参考GOP过程中产生的编码量。

Remain_Bit＝Remain_Bit-S                       (1O)

随后，由下列公式求出源材料的非记录时间Remain_Bit，其中Picture_Rate表示每秒的画面数目，而N表示每个GOP的画面数目。

Remain_Time＝Remain_Time-(N/(Picture_Rate))    (11)

这样，由下列公式求出由存储介质的剩余位量和源材料的非记录时间更新的新的平均比特率Rate_Avg。

Rate_Avg＝Remain_Bit[bits]/Remain_Time[sec]    (12)

Remain_Bit和Remain_Time的初始值分别是存储介质的总的存储位量Total_Bit和源视频材料的总数据长度Total_Time。

另一方面，当视频数据编码装置用在数字广播等的传送系统中时，与前述的授权系统或存储系统不同，由于下列原因不进行用于更新平均比特率Rate_avg的处理。即，该平均比特率不能改变，因为该平均比特率是相对于每一个要传送的视频节目预设的值，并且是由广播站使用以将费用计算给被要求传送视频节目的节目供应公司的比特率。

完成一个GOP的编码后，在下一个GOP的编码处理进行之前，求出下一个GOP的编码难度的平均值D^-。CPU 6利用当前GOP中的编码难度的平均值D^-，更新为下一个要编码的GOP设定的平均编码难度的估计值D_Avg。

用在编码下一个GOP中的平均编码难度的新的估计值D_Avg可由下列公式求出。

$D\_\mathrm{Avg}=\frac{(k-1)\×D\_\mathrm{Avg}+\stackrel{\‾}{D}}{k}---\left(13\right)$

在此公式(13)中，很容易加权(weight)先前的D_Avg(用在先前的GOP的编码处理中的平均编码难度的估计值)，以求出平均值。在此公式中，系数k是足够大的整数(比如，256)。系数k的幅度是平均值波动的时间常数。系数k变得越大，平均值的波动就变得越小，但达到实际平均值的时间就更长。因此，系数k的幅度必须按照实际应用来选择。

作为平均编码难度的新的估计值D_Avg的初始值，可以考虑使用统计求出值。例如，根据编码条件(分辨率/下拉(pull down))和输入视频材料的类型(运动画面/视频、体育/新闻，等)，适于将假定为输入视频材料的平均编码难度的一值设为初始值。在运动画面材料的情况下，由于通过帧DCT可获得2-3下拉并能提供压缩效率，难度的平均值通常大大小于视频材料的难度平均值。因此，适于将一相对较小的值设定为初始值。

同时，当按照公式(12)和(13)更新Rate_Avg和D_Avg，作为先前GOP的编码处理结果时，根据更新的Rate_Avg和D_Avg，更新用于从编码难度中求出GOP比特率的转换公式(5)。结果，如图7所示，用于从编码难度中求出GOP比特率的转换公式被更新，从而被校正，以允许在整个目标编码量范围内的编码。在图7所示的例子中，由于产生的位量和编码难度都大大超出平均值，故减小Rate_Avg并增加D_Avg，以使转换公式(5)的斜率更平缓。

在此第三种处理中，当求出相对于公式(5)的新的转换公式时，操作操作返回到第一次处理，以确定下一个GOP的目标编码量。

图8是说明第一到第三种处理的详细算法的流程图。

该流程图的操作由CPU 6执行。首先，在步骤S1中，如果视频数据编码装置用在授权系统或存储系统中，用户通过未示出的输入界面设定编码条件，比如存储盘的总的编码量、视频材料的长度、最大比特率、最小比特率、输入视频材料的类型、和下拉的存在/不存在。在输入信息的基础上，在步骤S2，CPU 6按照下列公式，从盘的总编码量Total_Bit和视频材料的暂存长度Total_Time[秒]中，计算平均比特率Rate_Avg。

Rate_Avg＝Total_Bit[bits]/Total_Time[sec]

如果视频数据编码装置用于数字广播等的数据传送系统，将事先对于要传送的视频节目所需要的固定比特率设定为平均比特率Rate_Avg。

然后，在步骤S3，CPU 6根据编码条件(分辨率/下拉)和输入视频材料的类型(运动画面/视频、体育/新闻，等)，设定要编码的源视频材料的平均编码难度的估计值D_Avg的初始值。

然后，CPU 6开始步骤S4的GOP处理和后续步骤。在步骤S5，如果判断为输出的视频信号是第一GOP，则CPU 6在步骤S17根据上述公式(1)、(2)和(3)，利用从编码预处理部分2提供的用于j+N画面的索引数据(AC内和ME残余)，求出对应于画面类型的编码难度D_j至D_j+N。

如果在步骤S5判断输入不是第一GOP，则CPU 6在步骤S6从上述公式(4)求出参考GOP中的编码难度的平均值D^-。此外，CPU利用此GOP中的编码难度的平均值D^-，从上述公式(5)中求出每个GOP的比特率GOP_Bitrate。到此为止的处理对应于第一种处理。

然后，在步骤S7，CPU 6利用公式(6)求出分配给参考GOP的目标编码量R。

接下来，CPU 6在步骤S8设定j＝0，并开始从步骤S10到S15的帧循环处理。在步骤S11，CPU 6根据公式(1)、(2)和(3)，利用从编码预处理部分2提供的索引数据(AC内和ME残余)，求出j+N画面的编码难度。

在步骤S12，CPU 6根据公式(7)和(9)，求出对应于各个画面，即I画面、P画面和B画面的目标编码量T_j。具体地说，由公式(6)求出的分配给参考GOP目标编码量R，由设定给每个画面类型的加权系数K加权，从而将目标编码量分配到各个画面。此时，当在VBV缓冲器中没有边缘时，对为各个画面计算的目标编码量T_j削波。也就是说，当目标编码量T_j大于通过从缓冲器剩余量中减去边缘而获得的一值时，限制计算的该目标编码量T_j的该值，以防止VBV缓冲器溢出。

然后，在步骤S13，CPU 6接收产生的码量，并将产生的码量存储到CPU 6中所设的存储器中，所述产生的码量是按照目标编码量T_j由编码器4产生的。重复这一系列的处理，直到在步骤S15得到j＝N，从而求出用于一个GOP的产生的码量。也就是说，执行一个GOP的编码。到此为目的处理对应于第二种处理。

接下来，CPU 6在步骤S20和S21执行对应于第三种处理的处理。在步骤S20，类似于步骤S2，CPU 6从存储介质的剩余位量Remain_Bit[位]和源视频材料的非记录时间Remain_Time[秒]，求出在编码参考GOP中的剩余画面的过程中的平均比特率Rate_Avg。用于求出平均比特率Rate_Avg的过程，仅在编码数据被记录到存储介质上时执行。

在步骤S21，CPU 6按照公式(4)，利用在编码下一个GOP之前计算出的编码难度D_j，求出对应于下一个GOP的编码难度的新的平均值D^-，以便更新编码难度的新的平均值D^-。然后，CPU 6根据更新的编码难度平均值D^-，更新在编码下一个GOP的过程中的平均编码难度的估计值D_Avg，如公式(13)所描述的。

这样，在实际产生的位量作为编码处理结果的基础上，更新平均比特率Rage_Avg和平均编码难度的估计值D_Avg。通过将这些更新的平均比特率Rage_Avg和平均编码难度的估计值D_Avg代入公式(5)，改变用于从编码难度求出GOP比特率的转换公式，如图7所示。结果，该转换公式被校正，以允许在整个目标编码量的范围内编码。

然后，操作返回到第一种处理，以确定下一个GOP的目标编码量，直到在步骤S22判断出编码处理的终止。

在此流程图中，编码难度和比特率之间的关系描述为如图6和图7所示的线性关系。然而，在此发明中，编码难度和比特率之间的关系不必是线性关系，还可定义为如图9所示的具有指数性平缓斜率的关系表达式。

在本发明的实施例中，为简化起见，描述以GOP为基础的事先读取算法(precedent reading algorithm)，用以在编码处理之前计算(事先读取)用于一个GOP的编码难度D_j。然而，不一定要求用于GOP的事先读取。

如果用于一个GOP的编码难度不能事先读取，用于一帧(一个画面)的事先读取就足够了。在第一种处理中，以GOP为基础，根据编码难度确定比特率。然而，如果不能使用GOP的事先读取信息，目标编码量Tj可根据预定帧的编码难度和该帧的目标编码量之间的关系直接确定。也就是说，同时执行第一种处理和第二种处理。

这样，在用于计算I画面的编码难度D_j的算法中，在此例中为每个画面类型准备以画面为基础的编码难度和目标编码量之间的关系表达形式。图10A到10C示出其例子。对于I画面的每个画面的最大和最小目标编码量，必须设定成大于其为P画面和B画面设定的最大和最小目标编码量。类似地，必须为每一个画面类型求出在第三次处理中更新的编码难度D_Avg和平均目标编码量Avg Bits。

图10A是说明用于I画面的编码难度和目标编码量之间的关系的曲线图。图10B是说明用于P画面的编码难度和目标编码量之间的关系的曲线图。图10C是说明用于B画面的编码难度和目标编码量之间的关系的曲线图。

在至此为止的描述中，即便当产生的码量相对于目标编码量在画面基础上或GOP基础上产生差异时，该差异也不立即反馈，而是通过更新剩余平均比特率的形式适当反馈。这在进行相对长时间的编码、以跟随目标量的应用中是足够的，如在授权系统或存储系统中。

然而，当视频数据编码装置应用于数字广播等的传送系统时，目标编码量和产生的码量必须在短时间内根据应用相互接近。在这种情况下，可以实现将分配给一个画面的位量R和产生的码量S_j之间的差异主动反馈，如在TM5系统中那样。也就是说，每次完成一个画面的编码处理，分配给下一个画面的位量R就由下列公式表示。

           R＝R-S_j

简言之，分配给下一个画面的位量R具有一值，该值是通过从分配给先前画面的位量R中减去在编码先前画面过程中产生的位量S_j而获得的。

可以计算公式(7)到(9)的分母，以求出GOP中剩余画面的编码难度的和。此外，通过将完成GOP的编码时分配给画面的位量R的值，加到分配给下一个GOP的位量R，所述的差异可反馈给下一个GOP。

虽然描述了如公式(13)的加权平均(IIR滤波器)的例子，作为求出输入视频材料的平均编码难度的预测值D_Avg的方法，但可考虑多种其它方法。在下面的例子中，使用编码难度的实际测量值的平均值。

假定在某个时间点完成从编码开始事先读取L画面的编码难度，由下列公式表示可使用的实际平均值。

$D\_\mathrm{Avg}=\frac{\underset{i=1}{\overset{L}{\mathrm{\Σ}}}{D}_i}{L}---\left(14\right)$

公式(14)假定过去测量的编码难度的平均值可类似用于从现在起要输入的材料。

在此情况下，有一个优点是，长时间的编码产生与准确平均值接近的一值，而其缺点是，该平均值在编码开始后立即过度受到输入材料的影响。此外，如果编码持续较长时间，L变得太大，并增加了计算量和存储量。

作为本发明的一特定应用例子，包括单路固定速率(one-pass fixed rate)。具体地讲，单路固定速率可简单地通过将在本发明的第一种处理中确定的每个GOP的比特率固定地设定为一固定值而实现。

在上述实施例中，根据前馈速率控制系统，使统计计算的索引数据，即ME残余、平面性、AC内和活动性，与CPU 6的编码难度接近。这些所用数据和编码难度有强相关性。然而，有一些误差取决于视频数据的图形。

因此，通过根据视频数据的图形，适应性地调整公式(1)、(2)和(3)中的加权系数a_I、a_P、a_B，可以从索引数据中以高精确性求出编码难度。这样，可产生高质量的压缩视频数据。

下面将描述用于适应性地更新加权系数a_I、a_P、a_B的处理。

图2中的视频编码装置的编码器4每次完成一个画面的压缩编码，CPU6都了解为所产生的压缩视频数据的一个画面产生的码量，并计算压缩编码时的量化值Q_j的平均值和总的复杂性，下面将对其进行描述。

总的复杂性是指示视频图形的复杂性的数据，并且被定义为通过将MPEG TM5系统中的压缩视频数据所产生的码量(数据量)和量化值Q_j相乘而获得的值，如下列公式(15)和(17)所表示的。

X_I＝S_I×Q_I                         (15)

X_P＝S_P×Q_P                         (16)

X_B＝S_B×Q_B                     (17)

在公式(15)至(17)中，X_I、X_P、X_B分别表示I画面、P画面和B画面的总的复杂性，而S_I、S_P、S_B分别表示在编码I画面、P画面和B画面的过程中产生的码量。Q_I、Q_P、Q_B分别表示在产生I画面、P画面和B画面的过程中的量化值Q_j的平均值。

由公式(15)至(17)表示的总的复杂性X不必与编码难度一致。然而，它基本上与编码难度一致，除非量化值Q_j的平均值相当大或相当小。

假定I画面、P画面和B画面的索引数据，比如AC内(或其它参数)和ME残余，与总的复杂性成比例，可由下列公式(18)到(20)计算索引数据和总的复杂性之间的比例系数ε_I、ε_P、ε_B。

在编码具有I画面的画面类型的画面过程中的比例系数ε_I由下列公式表示。

${{\mathrm{\ϵ}}^I}_j=\frac{X_I}{\mathrm{Intra}\_\mathrm{AC}}---\left(18\right)$

在编码具有P画面的画面类型的画面过程中的比例系数ε_P由下列公式表示。

${{\mathrm{\ϵ}}^P}_j=\frac{X_P}{\mathrm{ME}\_\mathrm{resid}}---\left(19\right)$

在编码具有B画面的画面类型的画面过程中的比例系数ε_B由下列公式表示。

${{\mathrm{\ϵ}}^B}_j=\frac{X_B}{\mathrm{ME}\_\mathrm{resid}}---\left(20\right)$

利用由公式(18)至(20)计算出的比例系数ε_I、ε_P、ε_B，如公式(21)至(23)所表示的那样计算对应于各个画面的编码难度。

在编码具有I画面的画面类型的画面过程中的编码难度D^I _j由下列公式表示。

            D^I _j＝ε^I _j×intra_AC_j          (21)

在编码具有P画面的画面类型的画面过程中的编码难度D^P _j由下列公式表示。

              D^P _j＝ε^P _j×ME_resid_j           (22)

在编码具有I画面的画面类型的画面过程中的编码难度D^B _j由下列公式表示。

              D^B _j＝ε^B _j×ME_resid_j           (23)

如公式(21)到(23)所示的，编码器4每次压缩编码一个画面，CPU 6都更新比例系数ε_I、ε_P、ε_B，从而求出对应于每个画面类型的优化编码难度D。也就是说，利用总的复杂性，可不断求出优化近似的编码难度。

CPU 6相对于根据公式(21)到(23)计算出的编码难度，执行图8的流程图的算法的算术处理，从而计算目标编码量T_j。

下面将描述用于从使用总的复杂性求出的编码难度中计算目标编码量、然后根据该目标编码量确定产生的码量的视频数据编码装置的操作。

图2的编码预处理部分以编码次序重排输入的视频数据，然后进行视频场的转换，并从第(j+N)个画面中计算要压缩编码给I画面的诸如平面性和AC内等的统计量。

运动检测电路5产生对于要压缩编码给P画面和B画面的第(j+N)个画面的运动矢量，并计算ME残余。FIFO 3将输入的视频信号延迟N个画面的量。

对于具有P画面或B画面的画面类型的画面，CPU 6利用运动检测电路5产生的ME残余执行公式(22)或(23)的算术处理，以便计算编码难度。对于具有I画面的画面类型的画面，CPU 6执行公式(21)的算术处理，以便求出编码难度。

此外，CPU 6根据图8的算法，从为每个画面求出的编码难度中计算目标编码量T_j，并将该目标编码量T_j设定给编码器4的图3所示的量化控制电路18。

编码器4的DCT电路16执行延迟后视频数据的第j个画面的DCT处理。

量化电路17利用由量化控制电路18根据目标编码量T_j调整的量化值Q_j，量化从DCT电路16输入的第j个画面的频域的数据，并计算用于压缩编码第j个画面的量化值Q_j的平均值。然后，量化电路17输出该平均值给CPU 6。

可变长度编码电路19对从量化电路17输入的第j个量化数据执行可变长度编码，从而产生基本接近于目标编码量T_j的数据量的压缩视频数据。然后，可变长度编码电路19通过缓冲存储器20输出压缩的视频数据。

当编码器4完成第j个画面的压缩编码时，CPU 6根据量化值Q_j的平均值，对从量化控制电路18输入的第j个画面，计算由公式(15)至(17)所表示的总的复杂性，和压缩编码第j个画面的数据量。

此外，CPU 6利用计算出的总的复杂性，更新由公式(18)至(20)所表示的比例系数ε_I、ε_P、ε_B。更新的比例系数ε_I、ε_P、ε_B反映在压缩编码下一个画面的转换公式中。

同时，虽然图2的视频数据编码装置具有将CPU内置的结构，但也可以从外部提供外部计算机30，如图11所示。在这种情况下，编码条件从外部计算机30提供。编码器4的产生的码量通过CPU 6通知给外部计算机30。或者，可以仅让外部计算机30代替CPU 6起作用，如图12所示。

诸如DVD的记录介质通过有效利用有限的位量可以提供很好的画面质量，在该DVD上记录有通过视频数据编码装置和方法得到的编码数据。

此外，在用于传送通过编码方法得到的编码数据的视频数据传送方法中，根据以指示输入视频信号的特征的索引数据为基础而计算出的目标编码量，在编码处理之后进行数据发送。这样，可以实时传送画面质量良好的压缩编码数据。

如上所述，在根据本发明的视频数据编码装置和方法中，CPU 6从要编码的源视频数据本身计算指示在编码源视频数据过程中的编码难度的编码难度D_j，并根据计算出的编码难度，计算用在编码要编码的源视频数据过程中的目标编码量T_j。然后，CPU 6以前馈方式将计算出的目标编码量T_j提供给编码器4，从而允许基于目标编码量的编码，和视频数据的实时编码，所述目标编码量对应于要编码的源视频数据的图形。

此外，在根据本发明的视频数据编码装置中，由于利用从要编码的源视频数据中求出的AC内和ME残余，来近似计算每个画面类型的编码难度，因此可以在实际编码要编码的视频数据之前得到编码难度。因此，可实现实时编码处理。

此外，在根据本发明的视频数据编码装置中，如果要编码的视频数据的画面类型是I画面，则编码难度从AC内计算，而如果要编码的视频数据的画面类型是P画面或B画面，则编码难度从ME残余计算。这样，就能够以高精度计算出与画面类型相应的编码难度。

此外，在根据本发明的视频数据编码装置中，由于用于从计算出的编码难度中计算目标编码量的转换公式，不断地基于实际产生的编码量(该实际产生的编码量是作为编码装置进行的过去的编码处理的结果)被校正，因此，可以设定适于改变视频数据图形的目标编码量和相应于存储介质的剩余记录量的目标编码量。此外，作为用于从编码难度中计算目标编码量的转换公式，根据要编码的视频数据的画面类型，设定不同的转换公式。因此，不仅可以计算基于GOP的编码难度，而且可以计算基于画面的优化编码难度。

此外，在根据本发明的视频数据编码装置中，由于用于计算编码难度的运算表达式，不断地根据从编码装置在编码处理中产生的码量中求出的总的复杂性和量化值而更新，因而能够以高精度检测对应于视频数据图形的编码难度。

此外，在根据本发明的视频数据编码装置中，CPU 6对包含在作为编码装置的编码处理目标的参考GOP中的多个画面中的每一个画面，计算编码难度，并从编码难度计算装置计算出的多个编码难度中，计算分配给参考GOP的目标编码量。然后，CPU 6根据画面类型，将分配给参考GOP的目标编码量，分配到包括在参考GOP中的每一个画面，以便计算对应于包括在参考GOP中的每一个画面的目标编码量。因此，在GOP内，对应于画面类型的不同的目标编码量可分配给各个画面，同时保持指定给GOP的平均编码量。

根据本发明，用于编码源视频数据的视频数据编码装置和传送有编码装置所编码的该视频数据的传送装置构成一视频数据传送装置，用于编码源视频数据并传送所编码的视频数据。该视频数据传送装置可以包括：编码难度计算装置，计算指示在编码源视频数据的过程中的编码难度的编码难度；目标编码量计算装置，在任何时候，根据在过去的编码处理中产生的编码量，更新一运算表达式，并根据更新的转换公式，从编码难度中计算目标编码量，该运算表达式用于从计算的编码难度中计算用在编码源视频数据的过程中的目标编码量；编码装置4，用于将所述目标编码量计算装置计算出的目标编码量向前馈送，从而根据对应于要编码的源视频数据的目标编码量，实时编码要编码的源视频数据；和传送装置，用于传送由所述编码装置编码的视频数据。

此外，该视频数据传送装置还可以包括：目标编码量计算装置，根据指示所述输入视频数据的特征的索引数据，计算要分配给所述输入视频数据的目标编码量；FIFO存储器3，用于将所述输入视频数据延迟一预定时间段；和编码传送装置，用于根据所述目标编码量，对由所述延迟装置延迟的所述输入视频数据执行编码处理，并发送所编码的视频数据。

Claims (24)

1.一种视频数据编码装置，用于编码提供到其中的输入视频数据，所述视频数据编码装置包括：

目标编码量计算装置，根据指示所述输入视频数据的特征的索引数据，计算要分配给所述输入视频数据的目标编码量；

延迟装置，将所述输入视频数据延迟一预定时间段；和

编码处理装置，根据所述目标编码量，对由所述延迟装置延迟的所述输入视频数据执行编码处理。

2.如权利要求1所述的视频数据编码装置，其中所述目标编码量计算装置从所述索引数据中，求出指示编码时的难度的编码难度，并根据该编码难度，计算要分配给所述视频数据的目标编码量。

3.如权利要求2所述的视频数据编码装置，其中所述目标编码量计算装置根据已经收集的编码难度和由所述编码处理装置产生的编码量，更新基于所述编码难度的所述目标编码量的对应关系。

4.如权利要求2所述的视频数据编码装置，其中所述编码处理装置对每一个画面编码组编码输入的视频数据，所述画面组包括预定数量的帧内画面、预测画面和双向预测画面，并且，其中所述目标编码量计算装置对每一个画面编码组事先读取编码难度，并根据该编码难度，利用所述目标编码量的对应关系，确定对每一个画面编码组的目标编码量。

5.如权利要求4所述的视频数据编码装置，其中所述目标编码量计算装置根据每一个编码画面的编码难度的比例，为每一个画面编码组分配目标编码量，并对每一个编码画面确定目标编码量。

6.如权利要求3所述的视频数据编码装置，其中所述目标编码量计算装置定义所述编码难度和所述目标编码量之间的对应关系，作为由事先指定的最小/最大比特率、从记录容量中计算的平均比特率和剩余时间值、以及输入材料即输入视频数据的编码难度的平均值，所确定的对应关系，并更新平均比特率和编码难度的平均值这两个值或其中的一个值。

7.如权利要求6所述的视频数据编码装置，其中所述目标编码量计算装置根据材料类型、分辨率和下拉的存在/不存在，改变所述输入视频材料的编码难度的平均值的初始值。

8.如权利要求6所述的视频数据编码装置，其中，当实际得到所述编码难度时，所述目标编码量计算装置通过平均实际得到的编码难度的值和先前的平均值，更新所述输入视频材料的编码难度的平均值。

9.如权利要求2所述的视频数据编码装置，其中所述目标编码量计算装置利用所述编码难度和所述目标编码量之间的所述对应关系，根据所述索引数据，从事先读取的一个帧的编码难度中，计算该帧的目标编码量。

10.如权利要求9所述的视频数据编码装置，其中所述目标编码量计算装置对于每一个帧内画面、预测画面和双向预测画面，准备一个帧的所述编码难度和所述目标编码量之间的所述对应关系，并对每一画面计算目标编码量。

11.如权利要求1所述的视频数据编码装置，其中所述索引数据由索引数据计算装置计算。

12.如权利要求11所述的视频数据编码装置，其中所述索引数据计算装置包括：统计量计算装置，用于对要压缩编码为帧内画面的画面，计算统计量；和运动检测装置，用于检测ME残余，作为用于要压缩编码为预测画面和双向预测画面的画面的运动预测的预测误差量。

13.一种视频数据编码方法，用于编码输入视频数据，所述方法包括：

目标编码量计算步骤，根据指示所述输入视频数据的特征的索引数据，计算要分配给所述输入视频数据的目标编码量；

延迟步骤，将所述输入视频数据延迟一预定时间段；和

编码处理装置，根据所述目标编码量，对在所述延迟步骤中延迟的所述输入视频数据执行编码处理。

14.如权利要求13所述的视频数据编码方法，其中，在所述目标编码量计算步骤中，从所述索引数据中，求出指示编码时的难度的编码难度，并且其中，根据该编码难度，计算要分配给所述视频数据的目标编码量。

15.如权利要求14所述的视频数据编码方法，其中，在所述目标编码量计算步骤中，根据已经收集的编码难度和在所述编码处理步骤中产生的编码量，更新基于所述编码难度的所述目标编码量的对应关系。

16.如权利要求14所述的视频数据编码方法，其中，在所述编码处理步骤中，对每一个画面编码组编码输入的视频数据，所述画面编码组包括预定数量的帧内画面、预测画面和双向预测画面，并且其中，在所述目标编码量计算步骤中，对每一个画面编码组事先读取编码难度，并根据该编码难度，利用所述目标编码量的对应关系，确定对每一个画面编码组的目标编码量。

17.如权利要求16所述的视频数据编码方法，其中，在所述目标编码量计算步骤中，根据每一个编码画面的编码难度的比例，为每一个画面编码组分配目标编码量，从而对每一个编码画面确定目标编码量。

18.如权利要求15所述的视频数据编码方法，其中，在所述目标编码量计算步骤中，定义所述编码难度和所述目标编码量之间的对应关系，作为由事先指定的最小/最大比特率、从记录容量中计算的平均比特率和剩余时间值、以及输入材料即输入视频数据的编码难度的平均值，所确定的对应关系，从而更新平均比特率和编码难度的平均值这两个值或其中的一个值。

19.如权利要求18所述的视频数据编码方法，其中，在所述目标编码量计算步骤中，根据材料类型、分辨率和下拉的存在/不存在，改变所述输入视频材料的编码难度的平均值的初始值。

20.如权利要求18所述的视频数据编码方法，其中，在所述目标编码量计算步骤中，当实际得到所述编码难度时，通过平均实际得到的编码难度的值和先前的平均值，更新所述输入视频材料的编码难度的平均值。

21.如权利要求14所述的视频数据编码方法，其中，在所述目标编码量计算步骤中，利用所述编码难度和所述目标编码量之间的所述对应关系，根据所述索引数据，从事先读取的一个帧的编码难度中，计算该帧的目标编码量。

22.如权利要求21所述的视频数据编码方法，其中，在所述目标编码量计算步骤中，对于每一个帧内画面、预测画面和双向预测画面，准备一个帧的所述编码难度和所述目标编码量之间的所述对应关系，从而对每一画面计算目标编码量。

23.如权利要求13所述的视频数据编码方法，其中，将平面性、AC内和活动性或者它们的结合用作索引数据，用于要压缩编码为帧内画面的画面，并且，其中，ME残余作为运动预测的预测误差量用作索引数据，用于要压缩编码为预测画面和双向预测画面的画面。

24.一种视频数据传送装置，用于编码提供给它的输入视频数据，并发送所编码的视频数据，所述视频数据传送装置包括：

目标编码量计算装置，根据指示所述输入视频数据的特征的索引数据，计算要分配给所述输入视频数据的目标编码量；

延迟装置，用于将所述输入视频数据延迟一预定时间段；和

编码传送装置，用于根据所述目标编码量，对由所述延迟装置延迟的所述输入视频数据执行编码处理，并发送所编码的视频数据。

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