CN1173264A - 视频节目的数字复用装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于在已确定的数据速率容量的传输信道上传送多种视频节目的装置包含,对应接入一复用器的每个节目通道,具有可一帧帧编程的编码数据速率的一视频编码器。在每一节目通道上,它包含一个具有至少一帧存储容量的图象存储器(20),位于可编程编码器(16)上游,和一辅助编码器(22)接收先于第一编码器一帧的连续输入帧。装置(26)用于将每个通道的辅助编码器编码的帧质量相互或与一参考作比较,并用于控制各通道上的编码数据速率以平衡由各编码器输出的质量。

Description

视频节目的数字复用装置
本发明涉及一种用于实时传送多种视频节目的装置，每个节目都是表示连续帧的二进制数据流格式，在已确定的数据速率容量的一传输信道上传送，该装置包含一可编程编码数据速率的视频编码器，针对要自己接入信道的接入一复用器的每一节目通道。
文献EP-A-0 526 201描述了这样一视频编码器，它能够针对一图象的每个象素块组调节量化级大小从而使图象质量保持在一近似常量的值上。
在下文中，要广义理解术语“帧”。它可指再生一完整逐行扫描图象所需的全部视频数据，再生采用隔行扫描的一偶场或一奇场所需的全部视频数据，甚或根据前一图象能再生另一图象的辅助数据。
特别重要的是，本发明的非唯一应用在于一遵循MPEG2视频标准进行传送的装置，构成了国际电信联盟1994年6月公布的1TU-TH262建议(ISO/CEI)13818-2的主题。
MPEG2标准规定了能以标准分辨率图象而变更的数据速率产生信号流的压缩算法的实现(上述建议中的附录D.4)。特别是当在为记录在存储媒体上的一延迟时间编码一胶片时，会采用该标准。
传输信道的容量有限。当多个节目复用在一公共信道上时(例如卫星信道)，目前采用的解决方法主要是事先定义送往复用器的每个节目的最大数据速率。该方法并不令人满意因为其对信道资源的利用率极低。在每个节目中传送的视频信息变化极丰富。在任一已知时刻，都有这样一统计可能即至少有一个编码器有富裕的可用数据速率，而另一个编码器却由于没有足够的可用数据速率而不得不利用-压缩比降低其图象质量。
由Guha et al.撰写的名为“DBS应用的VBF MPEG编码视频信号的多信道联合速率控制”一文发表在IEEE会刊《电子消费者》的1994年8月第14卷第三期上，推荐了一种算法为接入一公共复用器的各编码器分配数据速率，在那里每个速率都随待编码的连续图象组的复合体的变化而变化，这样整个数据速率就不会导致复用器上游的缓存寄存器有溢出的危险。该算法不能独自进行实时分配，是因为无法获知后面将要接收到什么图象及其信息的丰富程度。
本发明特别设法提供一上述定义的传输装置，能比以前采用的装置更好地满足实际需要，特别是能最大可能地利用传输信道的容量。
为这一目的，本发明利用编码器的存在使每一帧以不同于前一帧采用的速率被编码。本发明还利用这一事实分析编码产生的信息以确定最后得到的图象的图象质量。
因此本发明推荐的装置包括：
·在每一节目通道上，具有至少一帧存储容量的一图象存储器，位于编码器上游，和一辅助编码器与存储器一样在同一时刻接收连续输入帧；及
·比较器和控制装置，用于将每个通道的辅助编码器编码的帧图象相互或与参考作比较，并用于控制各通道上的编码数据速率以平衡由各编码器输出的质量。
该装置使用一种完全不同于视频编码的优化统计复用，鉴于对失真的灵敏度针对每个块组调节量化级大小。
特别就MPEG2标准而言，规定压缩信号流要具有在主轮廓和主电平中介于2Mbit/s到15Mbit/s的数据速率，规定了经一卫星信道的传输，最觉情况是5个节目经同一信道传送。假使这样的话本发明可以在任一时刻根据其图象的丰富性调整分配给每一通道的数据速率，而取代过去为每个节目通道随意分配一8Mbit/s速率的做法。以适合的数据速率编码的视频信号流于是被划分成一定次序的包裹。
上述特性和其他特性在阅读下文列举的一特别实施例的描述时会显得更清楚。参照附图进行描述，附图乃是本发明的特别实施例的一简化框图，其装置具有接入一公共信道的两个编码器。
装置的一般结构如图1所示包含接入一复用器12的两个视频节目通道101，和102，依次接入调制和传输电路(未示出因与本发明无关)。除其视频流外，每个通道包含一代表声音的二进制信号流、和一业务信息流。这些都可附加在复用器12上游的视频流上。实际上打包和复用视频数据、声音数据、和业务数据的功能，及排队功能都是有电路141，和142完成，由于可以是普通类型的电路，所以在此不再描述。
每个视频节目通道都包含一可变数据速率可编程编码器16，其具有一压缩比控制输入18。行编码的视频信号经一容量至少等于一帧的图象存储器20被送往可变数据速率编码器16。同步装置(未示出)能将对应一完整帧的视频信号流如信号流抵达时一样写入一图象存储器20中，且能延迟从存储器中读出，这样可变数据速率编码器16可接收延迟一帧的视频信号流。
每个通道还包含一辅助编码器22如存储器20一样在同一时刻接收视频信号流。辅助编码器22设计用来以固定数据速率编码每一帧，通常分配给每个信道的资源是一样的。对于一能容纳40Mbit/s数据速率的卫星信道，辅助编码器22设计成以与8Mbit/s的卫星信道上的数据速率匹配的一视频速率编码每个图象。
辅助编码器22是能分析编码结果信息并提供图形质量指标的一类编码器。已知一些编码器能够提供这样的输出信息。尤其是加利福尼亚州米尔皮塔斯的C-Cube微系统的这类编码器。可用作可编程编码器用。
目前存在各种用于分析图形质量的标准且都可采用。特别是在下文中提及的。
第一种可能性主要是分析一完整帧量化级大小的平均值，采用时域到频域的转换算法(普通的离散余弦算法)来完成。一已知量化级大小对应一数据速率。当图象为合成信号时，视频编码器在帧周期为有关的象素组提高量化级幅度，从而避免过量增加代表图象的字节数目。
通过分析一帧的平均最终量化级大不，可以发现编码器是否需要一更大的数据速率才能满意地表示该图象，并可以知道用编程的数据速率获得的质量。
特就MPEG2编码而言，利用了未参照其他图象编码成的帧内编码图象(I图象)、预测编码图象(P图象)、及双向预测编码图象(B图象)，所用的与各宏块数目相关的统计能够估算图象活动的电平及针对一已知压缩比降低质量指标。
另一种可能性主要是测量编码前和编码后的图象的信噪比。
编码装置还包含一处理器26，它接收由两辅助编码器22送来的图象质量说明，起一质量估算器作用。辅助编码器22设计成能在一短于帧重复周期的时间长度过后为处理器26提供质量说明。处理器26经编程从而可将接收到的质量指标相互或与一参照体进行比较。
例如，如果编码图象的图形质量类似，那么处理器26控制可编程编码器16使得所有图象都采用同一压缩比。
相反，如果质量指标显示以标称数据速率编码的一图象的图形质量比其他以同一标称数据速率编码的图象要糟许多的话，那么可编程处理器控制该通道的视频编码器要求较高的数据速率使得相应编码器16以一大于标称速率的数据速率进行编码。共用算法可与上述Guha et al.的文章中描述的类型一样。它可用软件实现或电路实现。
处理器26和可编程视频编码器16特别设计为可以标称数据速率和以一或两个低于及高于标称数据速率的速率进行编码，用这种简单方法在大多数场合都很奏效。
处理器26必须同时获得由所有节目通道的估值编码器22提供的估算(一完整帧一个)。为更易比较，需要同步视频信号流(所用装置未示出)而使得所有帧在时间上吻合。否则可省略同步，只要每个估值编码器上游的图象存储器容量提高。
各种视频编码标准对连续帧实施不同类型的编码。特别是在上文提到的MPEG2标准中，其中I图象要求一组大致3倍于P图象和9倍于B图象的信息。
可设想通过同步编码器16(和编码器22)来解决这一问题，即总是在同种类型的帧间进行比较。照此方法，帧到帧的信息量变化在一很大的限制区域内。这样将导致I帧压缩比太高。而让处理器26在任何已知时刻按随机方式接收不同类型的帧，并针对一已知量化级大小考虑各类帧所需信息量来设计估值编码器将会更好些。
本发明的数种变化都可能。通道数量可比5大或小。用估算器的辅助编码器22可以多种编码数据速率进行工作而非只一种。因各通道可分配不同资源，所以辅助编码器22可获得不同的数据速率。
如果可允许足够长的队列，则数据速率就可在一已知帧号码所得估算基础上共享，所说号码大于1。该方法的缺点是必须提供编码器上游的图象存储器。再者可以在处理器26每次比较结束时存储数据速率亏或盈，并在后续一帧或多帧中运用这些信息，以此来提供一种多帧间的共享。

Claims (5)

1.一种用于在已确定的数据速率容量的传输信道上传送二进制数据流格式的并由一表示连续帧的视频序列组成的多种视频节目的装置，该装置包含一复用器(12)和，对应接入一复用器的每个节目通道，具有一可编程控制编码数据速率的一视频编码器(16)，
该装置特征在于它包括
·在每一节目通道上，具有至少一帧存储容量的图象存储器(20)，位于可编程编码器(16)上游，和一辅助编码器(22)接收先于可编程编码器一帧的连续输入帧；及
·比较器和控制装置(26)，用于将每个通道的辅助编码器编码的帧图象相互比较或与一参考作比较，并用于控制各通道上的编码数据速率以平衡由各编码器输出的质量和利用信道的全部容量。
2.如权利要求1的装置，其特征在于所说的辅助编码器(22)设计成发送一质量指标给所说的比较器装置。
3.如权利要求1或2的装置，其特征在于比较器装置包含一处理器(26)，它发送一选择信号，用于在多个编码数据速率间选择给所说的可编程编码器(16)。
4.如权利要求1、2或3的装置，其特征在于辅助编码器设计成编码以在信道上得到的平均数据速率的一样部分的数据速率来编码接收的视频信号流。
5.如前述任一权利要求的装置，设计成按MPEG2标准在卫星信道上传送，该装置特征在于它包含5个节目通道，每个都有一为8Mbit/s数据速率设计的辅助编码器。
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