CN1315118A

CN1315118A - 压缩与未经压缩的数字视频信号的统计式多路转接的动态位分配

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Publication number: CN1315118A
Application number: CN99810221A
Authority: CN
Inventors: 王利民; 亚杰·路萨
Original assignee: General Instrument Corp
Current assignee: Arris Technology Inc
Priority date: 1998-08-27
Filing date: 1999-07-22
Publication date: 2001-09-26
Also published as: US6167084A; CA2341040A1; EP1108330A2; KR20010073001A; WO2000013419A2; AU5122399A; TW454422B; BR9913202A; AR020218A1; JP2003517743A; WO2000013419A3

Abstract

本发明是一种用于在一个统计式多路转接系统中分配位的方法与装置。一个统计式多路转接器(600)分别使用转码法(640,650)与编码法(620,630)以适应压缩后与未经压缩的视频程序。本发明使用分级式动态位分配,自一个超GOP级(700,702,704,800,900)开始,之后为一个超帧级(902;904,908,909),其后再到一个正常的(个别)帧级(910,920,930,990;912,922,932,992;916,926,936,996;918,928,938,998)。在每一级,均将确定一个目标位数(T₁,T₂,T_L-1,T_L)。一超帧的一位目标数为自适应的,并可定址任何图象类型的结合。一程序的相同图象类型的帧通常被指定相同(或相似)的位数。相关程序品质可使用一程序优先权加权因数(W)而予以控制。此外,本发明并提供对目标位率以及最小与最大位率的限制。

Description

压缩与未经压缩的数字视频信号的统计式多路转接的动态位分配

本发明是关于一种用于在一个统计式多路转接系统中分配位的方法与装置。具体地，本发明公开一种用于压缩后与未经压缩视频信号的统计式多路转接。本发明提供动态位分配与速率控制。另外，并指定上部与下部程序位速率边界以避免编码与解码缓冲器发生上溢或下溢的情形。

使用数字视频压缩(例如用于MPEC-2标准的压缩方式)以及数字数据传输技术的近期发展，可在一个当前由单一模拟电视(TV)信道所占据的相同带宽递送数种数字压缩视频程序。这些可能性为程序服务提供者(诸如CNN,ABC等的传播商)，网络作业者(例如有线或卫星网络拥有者)，以及终端使用者提供了机会。

在一个多程序传输环境中，数个程序(例如，信道)在一个单一通信信道中被编码，多路转接并传输。由于这些程序分享一个有限的信道容量，程序的总体位速率不得大于通信信道速率。上述限制可经由使用独立编码控制个别程序位速率，或使用统计式多路转接(亦称为联合编码)控制总体位速率而实现。一个统计式多路转接器在本文中亦称为“stat mux”，而统计式多路转接法则称为“statmuxing”。使用独立编码，速率控制仅可于程序的时间与空间维度中实现。然而，在统计式多路转接或联合编码中，则可将控制延伸至另一项额外维度；亦即程序维度。因此，在分配程序的信道容量时便具有较大的自由度并因此对于程序间以及程序内的图象品质便可具有较大的控制度。

但这些系统通常一次从每一信道中处理一个图象(例如共同帧的情况)，而不解释(account for)该数据流或该图象类型的群组图象(GOP)。

一个GOP是一个或多个连续图象的一个群组。一个GOP可包含(例如)内部编码图象(I-图象)，预测式编码图象(P-图象)以及/或双向预测式编码图象(B-图象)。不同信道可具有不同GOP长度以及构型。一个GOP亦可包逐级更新的图象(其中没有I-图象)。然而，在一个P-图象中，图象的一部份(例如，一个片断)被编码为I-块。I-块的位置由一P-图象至另一图象地发生变换。

另外，诸如影片与类似物的视频材料可预先压缩并储存以作为后续传输之用。这些预先压缩的视频可以一个固定位速率(CBR)或一个变动位速率(VBR)而编码。当统计式多路转接尝试以原始，未经压缩的数字视频顺序整合预先压缩的程序位流时，此举将产生困难。

因此，期望具有一个可以固定速率(CBR)或变动速率(VBR)处理预先压缩数据以及未经压缩的视频数据的统计式多路转接系统。

该统计式多路转接系统必须利用视频信道的GOP组构以提供一种有效率的位分配技术。

该统计式多路转接系统还应解释每个GOP在分配位时的图象类型。

该统计式多路转接系统应为连续景象中相同图象类型的帧指定相同(或相似)的位数目。

该统计式多路转接系统还应解释信道的一个相对优先顺序，以及每个帧的复杂程度。

该统计式多路转接系统兼容现存的数字视频标准(例如MPEG-2)。

该统计式多路转接系统应防止编码器或解码器缓冲器发生上溢或下溢的情形。

该统计式多路转接系统应对目标位速率加以设限，包括对于整体最小与最大位速率的限制。

另外，对于超GOP以及超帧位分配方案而言，该统计式多路转接系统应为超GOP，超帧，以及正常帧提供目标位速率，以及对于目标位速率的限制，以及对于整体最小与最大位速率的限制。

本发明提供一个具有上述以及其他优点的系统。

本发明是关于一个在统计式多路转接系统中分配位的方法与装置。

本发明提供一个分别使用转码与编码以适应预先压缩与未经压缩的视频程序的统计式多路转接系统。

另外，本发明使用分级式动态位分配，自一个超GOP级开始，之后再到一个超帧级，其后再到正常(个别)帧级。该概念还可延伸至一个子帧级，其中位分配给帧的一部份(例如一个片断)，或者如MPEG-4标准所述分配给视频物体平面(VOP)。而在各分级层，将确定一个目标位数。

一个超帧n(其是在一个特定帧例n的跨越所有信道的帧集合)的一个目标位数(T_n)为自适应的，并可解释任何图象类型的组合。另外，虽然并非必要，但希望一个程序(对于连续景像而言)的相同图象类型的帧可分配得相同(或相似)数目的位。为求实现此种位分配的自适应性，本发明提供一种动态位分配策略，该分配策略根据先前的编码信息，例如所使用的量化参数，以及所造成的位数目而在逐帧的基础上确定用于各程序的目标位数。

再其次，为避免编码器以及解码器缓冲器发生上溢以及下溢的情况，本发明对于多程序传输环境中每一程序的压缩位速率加入限制。

另外，程序品质可在统计式多路转接期间根据一个程序优先权加权因数而加以控制。

再其次，本发明亦为超GOP，超帧，以及正常帧提供目标位速率以及对目标位速率的限制。本发明亦提供对于整体最小与最大位速率的限制。

本发明提供一种用于数字视频的具体的位分配方法，该方法在一个编码器处理L个视频程序(例如，信道)，其中每个程序皆具有连续的图象群组(GOP)。每个图象群组皆具有一个相关的图象数目，一般为10-20。“图象”这名词是用于表示一个帧或一个场。本发明提供一个包含来自L个视频程序的每一个程序的至少一个图象群组且具有N个图象的长度的“超图象群组”。

本发明根据超图象群组中的图象数目，LxN，以及一个可用的信道(用于传送视频程序，例如一个有线电视网络或卫星广播网络)容量而计算一个第一目标位数(T)用于编码超图象群组。而且，每个超图象群组包含N个“超帧”，每个超帧在一个共同时间参考点具有L个图象。

本发明根据第一目标位数(T)以及在相关的第n个(n=1,…,N)超帧的每个第1个(l=1,…,L)图象的一个复杂度量度而计算一个第二目标位数(T_n)用于编码图象的第n个超帧。

本发明根据第二目标位数以及相关的复杂度量度，并反比于在每个相关的第n个超帧中的各图象的复杂度量度的一个总和而计算一个第三目标位数(T_1,n)用于编码相关的第n个超帧中的第1个帧。

超GOP的长度N最好为每个图象群组中相关图象数目的一个最小公倍数。例如，具有9和15个帧的长度的GOP的最小公倍数为45。

当至少一个图象群组中具有不同图象类型时，本发明所述的方法还包含下列步骤：为不同图象群组提供相应的不同加权因数K；并根据其相应的加权因数而计算第三目标位数用于编码相关的第n个超帧中的各第1个图像。

例如，不同图象类型可包括I-图象，P-图象以及/或B-图象。

在许多情况下，至少一个程序的一个图象群组的时间边界与超图象群组的时间边界并未对齐以便该超图象群组包含未对齐的图象群组的一个片断部份。然而，超GOP长度通常为程序GOP长度的数倍。本发明即使在程序GOP与另一个程序GOP与/或一个超GOP并未同步时仍可使用。

本方法还可包含有步骤：根据一个相对优先顺序而为不同视频程序提供相应的加权因数(w)，并根据相关第1个视频程序的相应加权因数而计算第三目标位数用于编码相关的第n个超帧中的各第1个图象。

在该超图象群组的至少一个视频程序中，具有共同图象类型(例如，I,P或B)的每个图象，最好使用相同的复杂度量度用于计算第二与第三目标位数。

具体地，本方法还可包含下列步骤：为每个第1个程序中的图象类型定义相应的复杂度量度，并使用相应的复杂度量度来计算第二与第三目标位数。其次，这些相应的复杂度量度可于每个图象的编码后被更新。

本方法还可包括下列步骤：计算可用位的剩余数目，T_r，用于编码那些在超图象群组中还未编码的超帧的剩余部份(在为超帧其中之一的1图象编码之后)，并编码每个剩余还未编码的超帧(正比于可用位的剩余数量，T_r)。

一个相关于编码器的缓冲器自视频程序接收编码数据。因此，如何维持编码缓冲器的水平，使之介于最小与最大水平之间是重要的。因此，本方法还可包含有步骤：在必要时调整相关的第二目标位数以避免掉落至一个最小水准(R_channel(bpf)-B^e _n-1)之下，在以相关的第二目标位数对第n个超帧编码之前。R_channel(bpf)为信道上传输的每个图象位数的一个平均数；而B^e _n-1则为在先前的(例如，第(n-1))个超帧被编码后的缓冲器的满溢度水平。

对于最大编码器缓冲器水平而言，本方法还可包含有步骤：在必要时调整相关的第二目标位数以避免超过R_channel(bpf)+B^e _max-B^e _n-1，在以相关的第二目标位数编码第n个超帧之前。在此，B^e _max为缓冲器的最大容量。

其次，视频程序在信道上传输至一个解码器，因此维持解码器的缓冲器水平在可接受的限度内是重要的。在以相关的第三目标位数编码第n个超帧中的第1个图象之前，本方法还可包含有步骤：在必要时调整相关的第三目标位数以避免超出一个最大水准

Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{1, n^{'}}^{c} - B_{1, n - 1}^{e};

其中：

Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{1, n^{'}}^{c}

是为第1个视频程序的第n个至第(n+N’)个图象传输的位数的总和；

N’为解码器的解码延迟；而

B^e _1,n-1为第(n-1)个超帧中的第1个图象已编码之后的缓冲器的满溢程度。

在以相关的第三目标位数编码第n个超帧中的第1个图象之前，本方法还可包含有步骤：在必要时调整相关的第三目标位数以避免掉落至一个最小水准之下：

Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{1, n^{'}}^{c} - B_{1, n - 1}^{e} - B_{\max}^{d}

其中

Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{1, n^{'}}^{c}

N’为解码器的解码延迟；

B^e _1,n-1为编码器的缓冲器在(n-1)^st超帧中的第1个图象已编码后的满溢度水平；而

B^d _max则为解码器缓冲器的最大容量。

另外，在许多情形下，期望维持每个程序的位速率在预定的限制内。

对一个最小速率而言，本方法还包含下列步骤：

为编码N”＞1个图象而确定一个最小平均位数R_min；以及

在以相关的第三目标位数编码第n个超帧中的第1个图象之前，若需要时，调整相关的第三目标位数以避免掉落至下列数值之下：

N^{''} R_{\min} - Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{1, n^{'}}

其中

Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{1, n^{'}}

是为第1个视频程序的第(n-N”)个至第(n-1)个图象传输的位数目的总和。

对一个最大速率而言，本方法还包含下列步骤：

为编码N”＞1个图象而确定一个最大平均位数R_max；以及

在以相关的第三目标位数编码第n个超帧中的第1个图象之前，若需要时，调整相关的第三目标位数以避免超过下列数值：

N^{''} R_{\max} - Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{1, n^{'}}

其中

Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{1, n^{'}}

在本发明的一个具体应用中，视频程序适合于在宽带通信网络上传送至一个解码器总体。

本发明还可包含下列步骤：将L个视频程序的具体一个的一个预先压缩的视频位流转码为另一位流，其中的预先压缩视频位流在转码之后以一个不同的位转换率而提供。此种转码程序允许在一个统计式多路转接系统使用未经压缩与预先压缩的视频源数据。

本发明的另一种方法则是用于将未经压缩的视频源数据加以编码，并将预先压缩的视频源数据加以转码。本方法包含下列步骤：将预先压缩的视频源数据部份解压缩以获得相对应的部份未经压缩的视频数据；根据一统计式多路转接方案分配用于编码未经压缩的视频源数据的位；并根据该统计式多路转接方案分配用于转码该部分未经压缩的视频数据的位。预先压缩的图象数据被转码以便预先压缩图象数据的一个位速率不同于由相关的分配位所提供的一个位速率。

对应的装置结构业被提出。

图1是用以说明根据本发明的一个编码与解码系统。

图2是用以说明根据本发明的一个用于未经压缩的视频数据的MPEG编码器。

图3是用以说明根据本发明的一个转码器。

图4说明根据本发明所得一个与预先压缩的视频数据一并使用的级联的LPEG解码器/编码器。

图5说明根据本发明的一个简化转码器。

图6说明根据本发明的一个统计式多路转接编码器。

图7说明根据本发明的一个带有对齐的程序GOP的超GOP构造。

图8说明根据本发明的一个带有非对齐的程序GOP的超GOP构造。

图9说明根据本发明的一个超帧构造。

图10说明根据本发明的一个解码器。

图11说明根据本发明的储存于一个编码器缓冲器的数据。

本发明是关于一种在统计式多路转接系统中分配位的方法与装置。

图1说明本发明中一个编码与解码系统。

预先压缩材料的一项问题为：预先压缩材料可以任何位速率(固定位速率(CBR)或可变位速率(VBR))被编码。因此，为求将预先压缩程序位流结合至一个统计式多路转接系统系统中，相应的速率必须为可变动速率。转码法是一种以不同速率将一个位流转换至另一个位流的操作方式。

图1中提供编码器105以及110，以及转码器115与120。在一个传输站100，例如一个头端中，编码器105与110从各自的视频程序或信道(程序1与程序2)接收例如在一个象素域中的未经压缩的数字视频数据。转码器115与120则从各自的压缩程序(例如：位流)L-1与L接收预先压缩的数字视频数据。L是编码器中信道或程序的总数。

本发明将编码数据提供至一个MUX 125以便在一信道中使用例如传统时间多路转接与/或频率多路转接技术进行传输，该信道例如为一个有线电视网络或卫星广播网络。

在一个解码站150中，多路转接信道在一个DEMUX155中被解多路转接，并可提供给解码器160,165,170,175。一般而言，实际上由于一个观看者在同一时间仅收看一个信道，因此仅有一个信道被实际地解码。然而，分画面和画中画技术使一个观察者得以同时收看二个或多个图象，在此情况下，每个信道都必须被解码。其次，如图所示的解码器可为独立解码器或以公共硬件实现。

为求说明起见，解码器160与165分别为程序1与程序2提供解码数据，而解码器170与175则分别为程序L-1与程序L提供解码数据。

编码器105与110可如图2的所述而提供，而转码器115与120则可如图3-5的所述而提供。

图2说明根据本发明的与未经压缩的视频数据一起使用的MPEG编码器。在编码器200中，一个帧分解处理器205将一个输入视频帧分解为数个部份(例如片断或宏块)。之后，便将像素数据提供给一个帧内/帧间模式转接器210一个加法器215，以及一个运动估算(ME)功能元件220。转接器210可选择当前像素数据，或当前像素数据与前一个帧中的像素数据之间的差异，并用于离散余弦变换(DCT)功能元件222进行处理，量化器225，以及可变长度编码(VLC)功能元件230。VLC功能元件230的输出是传送至一个解码器的一个位流。该位流包括来自ME功能元件220的运动向量(MV)。

在一个反馈路径中，在一个功能元件235的反量化以及在一个功能元件240的反DCT是被执行以恢复象素域数据。该数据在一个加法器245与运动补偿数据或空信号一并相加，而其总和则提供至一个当前帧缓冲器(FB)。自当前FB250以及前一个FB255的数据提供至ME功能元件以及一个运动补偿(MC)功能元件260。一个转接器265响应一个帧内/帧间模式转换控制信号而将一个空信号或MC功能元件260的输出导向至加法器245。

图3说明本发明的一个转码器。未经压缩的视频数据在一个编码器305以一个量化水平(例如步长)Q₁压缩以便以位速率R₁产生数据。该数据(可储存于一个储存媒介以用于后续检索之用)被提供至一个转码器310(包含一个级联的解码器315以及一个编码器317)。数据在解码器315解码以恢复输入视频(或者由于编码器305在编码时的漏失本质而得到一个近似的数据)。之后，解码或重建的数据在编码器317以一个不同的量化水平Q₂被编码以便以位速率R₂产生数据。

一般而言，R₂≤R₁。例如R₁=50 Mbps而R₂=3Mbps。

之后，在速率R₂的编码后的数据在一个信道传输至一个解码器320以提供解码输出视频，以便(例如)显示于一个电视上。

图4说明本发明中用于处理预先压缩视频数据的一个级联的MPEG解码器/编码器。

级联的MPEG解码器/编码器包括一个解码器400以及一个编码器450。编码器450中相似编号的元件是对应于图2的编码器。

一个压缩的视频位流被输入给一个可变长度解码器(VLD)410，可变长度解码器为VLC330的一个配对。一个反量化器功能元件420使用一个第一量化步长Q₁处理VLD410的输出。一个反DCT(IDCT)功能元件430处理反量化器420的输出以提供象素域数据给一个加法器440。该数据根据一个转接器460的位置而选择与一个来自MC455的运动补偿差异信号或一个空信号一并相加。加法器440的输出提供给解码器450以及解码器的一个当前FB480。MC功能元件455使用来自当前FB480以及前一个FB470的数据以及来自VLD410的MV数据。

转码器450的位输出率因改变Q₂而加以调整。

图5说明本发明所使用的一个简化转码器。转码器500的相似编号元件对应于图4中的转码器。该简化转码器的效能与图4的级联的转码器极为接近。由于该转码器仅使用一个当前FB(帧缓冲器)430以及前一个FB470，以及一个DCT功能元件510与IDCT功能元件520因此得以节省硬件与处理步骤。

一个加法器530提供一个变换域差异信号给IDCT520。一个转接器540根据一个帧内/帧间模式控制信号而自DCT功能元件510或一个空信号选择变换域信号。

图6是用以说明本发明所使用的一个统计式多路转接系统。编码器600的输入可包括未经压缩的数字视频序列与/或预先压缩的位流。未经压缩的数字视频序列，例如程序1与程序2分别由MPEG编码器620与630所编码。预先压缩程序(例如：位流)L-1与L分别由转码器640与650所处理。可使用图5所示的简化转码器构造。编码数据在传输至一个信道之前被提供至一个MUX660以及编码器缓冲器670。

预先压缩的程序数据可自一个储存媒介645(例如一个磁带或一个紧致盘)而被检索，或可经由卫星传输而实时接收。

编码器缓冲器670传送一个满溢度水平信号至速率控制处理器610。

一个使用者界面608例如可与速率控制处理器610相连通，以提供关于不同程序流中的GOP长度与图象类型的信息。

统计式多路转接编码器的基本要求为在程序中提供一个相对一致的图象品质，而在必要时，亦须于程序间提供一个相对一致的图象品质。为求实现此目的，信道容量根据一个程序优先顺序以及一个帧水平程序复杂度量度而动态分布在程序之间。

每个MPEG编码器620,630或转码器640,650在每个帧分别自一个速率控制处理器610接收一个目标位数，T₁,T₂,T_L-1，以及T_L。速率控制处理器610包括一个超GOP级处理功能元件606，一个超帧级处理功能元件604，一个帧级处理功能元件602，以及一个复杂度处理器605。这些处理功能元件可共享公共硬件(例如：存储器与处理晶片)，但为求简明，在附图中则分别表示。

一个程序的每个帧的目标位数通过调整MPEG编码器或转码器中的量化参数而得以满足。之后，因此用于各帧的所得的压缩位数R以及平均等化参数Q便被传送至速率控制处理器610。特别地，编码器620，编码器630，转码器640以及转码器650使用量化参数Q₁,Q₂,Q_L-1以及Q_L而分别产生R₁,R₂,R_L-1以及R_L位。复杂度处理器605使用用于各程序的R与Q而计算相应的复杂度数值C。速度控制处理器610之后便为每个新程序帧或图象确定一个新目标位数(根据在帧级的程序复杂度而确定)。

以下将详述动态位分配程序。下文亦将讨论由速率控制处理器610所确定的对于目标位数的额外限制以防止编码器缓冲器与解码器缓冲器的上溢与下溢。

图7说明本发明的一个超GOP架构。总结问题之所在，L个视频程序(例如：信道或程序服务)在网络上必需以一个固定信道速率R_channel传送。L个程序可为预先压缩程序位流，或未经压缩的数字视频程序。其次，L个程序可使用任何GOP结构，或程序GOP长度。另外，I或P图象之间的距离对于不同程序可有所不同。假设每个程序的GOP长度在每个编码站中取得。超GOP与目标位速率

动态位分配系统是分级的。在顶级提供了一个“超GOP”。输入程序被分为具有相同数目的I,P与B图象的若干超GOP，而每个超GOP则被指定相同数目的位。之后，一个“超帧”被提供在每个帧例(instance)作为若干帧的一个集合，亦即，一个帧来自在相同的时间瞬时的各程序。超帧的位分配是基于一个程序复杂度量度。

在一个帧级，每个正常帧(图象)接收一个正比于其复杂度量度的目标位数。为确保编码器与解码器缓冲器不至于发生上溢或下溢的现象，并将各位速率限制于一个特定范围内，超帧以及各图象的目标位数便须加以限制。

图7所示的L个程序(例如：程序1,2,…,L)根据每个图象类型的帧数在概念上被分为相同群组，以超GOP(L,N)表示，以便每个超GOP可被指定相同数目的位。一个程序的GOP并不需要与超GOP对齐，下文中将参考图8以说明此点。亦即，一个超GOP的边界可通过一个程序GOP被切割。

然而，在上述的任一种情况下，每个超GOP包含相同数目的来自一个程序的每个图象类型的帧。例如每个超GOP可包含来自一个特定程序的两个I-图象，八个P-图象以及二十个B-图象。可使用一个对于每个程序的GOP长度的先前知识而确定一个超GOP。一个操作者可将相关数据输入至编码器(使用一个诸如键盘的界面)。或者，可在一个编码器使用适当的缓冲容量预先处理不同程序流以确定GOP的长度。

例如，在图7中，一个第一超GOP700包括来自程序1的数据帧(710)，来自程序2的数据帧(720),…，以及来自程序L的数据帧(790)。每个程序段(例如：710,720，以及790)包含来自一个或多个GOP的多个完整帧(如下文所讨论)。一个第二超GOP702包括来自程序1，程序2,…，以及程序L的数据帧(分别为为712,722,…，以及792)。一个第三超GOP704包括来自程序1，程序2,…,以及程序L的数据帧(分别为714,724,…，以及794)。图7中，这些程序GOP的边界并不须与这些超GOP的边界相符。图8说明本发明中一个具有非对齐程序GOP的超GOP。在此，每个程序1,2,3,4,…,L中的GOP并未与超GOP800的左边界与右边界对齐。例如，程序1的GOP(GOP1)与超GOP800的边界对齐。然而，程序2,3,4,…,L的GOP(分别为GOP₂,GOP₃,GOP₄,…,GOP_L)却并未与超GOP800的边界对齐。每个超GOP包括至少一个来自每个程序的GOP，且亦可包含每个程序的GOP的片断部份。然而，请注意：包括在一个超GOP中的一个程序的第一GOP与最后GOP的片断部份实际上可被视为一个完整GOP，如图8所示。换言之，一个超GOP通常包含每个程序的整数个GOP。超GOP长度为程序GOP长度的数倍。再者，假设一个程序的GOP中的图象类型的分布相同。

在此，L为程序的数目，而N为每个超GOP的长度。每个超GOP(L,N)包含LxN个帧。其次，有许多不同N可使超GOP(L,N)在以每种类型的图象数目方面是相同的。然而，自一个实现观点而言，一个小型超GOP是较好的。令N₁(l=1,2,…,L)为程序1的GOP长度。N则设定为等于N₁(l=1,2,…,L)的最小公倍数(L.C.M.)，亦即：

(1)N=L.C.M.(N₁,N₂,…,N_L)

N(在等式1中所定义的)为可由所有N₁(l=1,2,…,L)所整除的最小数。因此，超GOP(L,N)为包含来自每个程序的每个图象类型的相同数量帧的最小相同群组。例如：仅考虑两个不同GOP长度，例如九与十五用于N个程序，则超GOP长度N=45(由于9×15=135，可整除135的最小整数为3，且135/3=45)。

注意：若所有程序1,2,3,…,L具有相同的GOP长度N，则超GOP长度亦将等于N，而不论程序GOP是否具有相同型式的I，P与B，亦不论这些程序GOP是否同步。

由于超GOP(L,N)的N由等式(1)所定义，且超GOP(L,N)包含相同数目的I,P与B图象，因此，相同数目的位数，T，便被指定给每个超GOP，亦即，

(2) - - - - T = (LxN) \frac{R_{channel}}{frame_rate}

其中R_channel的单位为位/秒。而frame_rate的单位为帧/秒。

与下文中图9的超帧概念相类似，在每个程序GOP中的帧(与超GOP相交叉)被选择作为一个超GOP边界帧。超GOP与目标速率

图9说明本发明中一个超帧架构。给定一个超GOP(L,N)900的目标位数T，则下一步骤为确定T在超GOP的帧上的分配。一个“超帧”定义为L个帧(一个取自同一个时间瞬间或者共同时间参考点采用的每个L程序)的集合。例如：在时间t₁，一个超帧902包括帧910,920,930,…，以及990。相似地，在时间2t₁，一个超帧904包括帧912,922,932,…，以及992。而在时间(N-1)t₁，一个超帧908包括帧916,926,936,…，以及996。在时间Nt₁,一个超帧909包括帧918,928,938,…，以及998。

每个超GOP包含N个超帧。例如，超GOP900包含超帧902，904,906,908，以及909。注意：由于L个程序可有任何程序GOP结构，在一个超帧中的L个帧可具有任何图象类型，例如：I,P,或B。

其次，程序帧复杂度可用于确定用于一个超帧与一个个别帧的一个目标位数。一个复杂度量度，C，可被定义用于一个帧作为量化水平Q(用于帧)与位数目R(通过使用Q而为该帧所产生的)乘积。亦即：

(3)C=RQ

然而，应了解：可使用任何可用的复杂度量度。令Q_l,n,t以及R_{l, n,t}分别为用于程序1的帧n的量化参数且相对应为帧(使用Q_l,n,t)所产生的位数目，其中n的范围由1至一个超GOP中的超帧数目(例如：在图9的简化范例中，此数目为五)，l的范围由1至L，且t对应于图象类型I,P或B。例如：Q_2,3,B对应于程序2，第三帧，例如，帧924，假设其为一个B图象。

对一个超帧n而言，可有L个不同帧复杂度量度(每个正常帧皆具有一个量度)，亦即：

(4)C_l,n,t=Q_l,n,tR_l,n,t l=1,2,…,L

其次，令T_n为超帧n的目标位数。自超帧n中的L个正常帧所产生的总位数目应接近T_n，亦即：

(5) - - - - T_{n} = Σ_{l = 1}^{L} R_{l, n, t} = Σ_{l = 1}^{L} \frac{C_{l, n, t}}{Q_{l, n, t}} .

相似地，生成用于一个超GOP中的所有N超帧的总位数应接近指定给每个超GOP的目标位数，T，亦即：

(6) - - - - T = Σ_{n = 1}^{N} T_{n} .

为使统计式多路转接系统系统达到一个理想上更加一致的图象品质，应对所有帧使用相同的量化参数。注意：量化为MPEG编码中唯一具有漏失性的操作并在控制图象品质以及位速率上扮演一种重要角色。然而，为求得以解释不同图象类型(I,P，与B)，一个常数加权因数，K_l,n,t提供给每个图象类型t，亦即：(7)Q_l,n,t=K_l,n,tQ,where下标“t“为图象类型的索引值，例如，I,P或B。此下标可在此处的一些等式中省略(若其出现并不必要时)。可能使用下列加权困数：K_I=K_P=1与K_B=1.4。

另外，在许多种情况下，希望某些程序较其他程序具有一个较高优先权(例如：相对位数目)，并因此得以控制程序间的品质水准。再一次，由于量化为主要的漏失性运算，程序品质水平可通过控制量化而加以控制。特别地，程序1的量化参数还可通过一个加权因数w_l而被调整，如下式：

(7a)Q_l,n,t=w_lK_l,n,tQ

对于具有较高优先权的程序而言，将使用一个较小的加权因数，而对具有较低优先权的程序而言，则将使用一个较大的加权因数。一个较大的量化水平将造成一个较为粗略的步长(例如：一个较低的品质图象)，而一个较小的量化水平则将造成一个较为精细的步长(亦即：一个较高的品质图象)。因此，通过控制等式(7a)的加权因数，w_l，便得以控制量化参数以及因此品质。可自等式(5)-(7)而求得超帧n的目标位数T_n为

(9) - - - - T_{n} = \frac{Σ_{l = 1}^{L} \frac{1}{w_{l} K_{l, n, t}} C_{l, n, t}}{Σ_{n = 1}^{N} Σ_{l = 1}^{L} \frac{1}{w_{1} K_{l, n, t}} C_{l, n, t}} T_{r}

其中的分子为超帧n中的L个正常帧的复杂度量度总和，而分母则为当前超GOP中所有帧的复杂度量度的总和。换言之，超帧n的目标位数T_n与其复杂度成正比。

使用上述的位分配等式，一个超帧的目标位数的计算需要当前超GOP(L,N)中所有LxN帧的复杂度量度，亦即：C_l,n,t,l=1,2,…,L且n=1,2,…,N。然而,在某些情况下，由于所需的存储器容量以及潜在的处理延迟之故，这可能不切实际或不符期待。

因此，本发明提供另一种简化的位分配方案。首先在每个超帧n’中，仅考虑剩余位T_r的分配，T_r定义为：

(10) - - - - T_{r} = T_{r} - Σ_{l = 1}^{L} R_{l, n^{'} - 1, t}

在超GOP(L,N)中的自n’至N的剩余超帧上这将使得超帧n’的位分配成为：

(11) - - - - T_{n^{'}} = \frac{Σ_{l = 1}^{L} \frac{1}{w_{l} K_{l, n^{'}, t}} C_{l, n^{'}, t}}{Σ_{n = n^{'}}^{N} Σ_{l = 1}^{L} \frac{1}{w_{l} K_{l, n, t}} C_{l, n, t}} T_{r}

现在在计算超帧n’的目标位数(T_n’)中，不再需要前一个帧(自1至n’-1)的复杂度量度。在处理一个新的超GOP的开始时，T如下式地被重设：

(12)T_r=T_r+T，

其中T为一个新的超GOP的目标位数，而等式右方的T_r(可以为正数或负数)为前一个超GOP所遗留的位数目。

第二，根据本发明，假设在一个程序(在一个超GOP中)中相同图象类型的所有未来帧具有相同的复杂度量度，亦即：

(13)C_l,n,t=C_l,n’,t n’≤n≤N，

该等式对于连续景观而言是一种合理假设。例如：在一个超GOP的第1个视频程序中的一个P-图象的复杂度量度可用来作为在相同超GOP的第1个视频程序中的后随P-图象的复杂度量度。此举的优点为不需要为每个图象个别计算一个复杂度量度。其次，发明人确定当假设所有相同图象类型的未来帧在一个程序中具有相同的复杂度量度时，已实现满意的结果。

现在，对于每个程序而言，仅需要三个帧复杂度量度，每个复杂度量度皆对应于三个图象类型，I,P，或B其中之一，亦即分别为为：C_l,I,C_l,P以及C_l,B。一个程序的三个复杂度量度在编码每个帧n’(请参见等式(4))之后更新，至少在一个超GOP的最后图象之前的一个程序中的每个图象。复杂度量度可根据用于相同类型的前一帧的平均量化参数(例如在一图象上被平均的)以及为该帧所产生的位数目(请参见等式(3))而估算或计算。换言之，复杂度量度可在每个程序的当前帧中得到。超帧n的位分配策略便因此成为：

T_{n} = \frac{Σ_{l = 1}^{L} \frac{1}{w_{l} K_{l, n, t}} C_{l, n, t}}{Σ_{l = 1}^{L} [N_{l, t} \frac{C_{l, I}}{w_{l} K_{l}} + N_{l, P} \frac{C_{l, P}}{w_{l} K_{P}} + N_{l, B} \frac{C_{l, B}}{w_{l} K_{B}}]} T_{r}

其中，

1．C_l,n,t为对应于程序1的帧n的图象类型t∈{I,P,B}的复杂度量度。

2．K_l,n,t为一个用于补偿程序1的帧n的图象类型t的恒定因数。可为K_I,K_P,或K_B，根据图象类型而定。

3．N_l,I,N_l,P与N_l,B分别为在超帧n的超GOP中的程序1的I,P，与B图象的剩余数目。

4．w_l为程序1的品质加权因数，并由该程序或网络服务提供者所确定。

请注意：等式(14)右边的分子为超帧n中的所有帧的复杂度量度的总和。可被视为超帧n的一个复杂度量度。另一方面，分母可被视为该超GOP中的整组剩余帧的一个复杂度量度。因此，等式(14)指定一个正比于一超帧的复杂度量度的目标位数给该超帧。对于超帧目标速率的限制。

参考图6所示的编码器缓冲器670，编码器缓冲器在帧n的满溢程度，B^e _n，可以下式计算而得：

(15) - - - - B_{n}^{e} = B_{n - 1}^{e} + Σ_{l = 1}^{L} R_{l, n, t} - R_{channel {(bpf)}^{'}}

其中

R_{channel (bpf)} = \frac{channel_rate}{frame_rate}

是在信道上传输的各帧平均位数(bpf)。令B^e _max为最大编码缓冲器大小。之后，为确保编码器缓冲器不致于产生上溢或下溢的情况，缓冲器满溢度，B^e _n，必须限制于[0,B^e _max]之间，亦即，

(16)0≤B^e _n≤B^e _max。

对于等式(15)与(16)而言，可得到：

(17) - - - - 0 \leq B_{n - 1}^{e} + Σ_{l = 1}^{L} R_{l, n, t} - R_{channel (bpf)} \leq B_{mar}^{e}, or

(18) - - - - R_{channel (bpf)} - B_{n - 1}^{e} \leq Σ_{l = 1}^{L} R_{l, n, t} \leq R_{channel (bpf)} + B_{\max}^{e} - B_{n - 1}^{e} .

根据本发明，这是一个对于为一个给定R_channel(bpf)的超帧n所产生的总元数的限制。若位总数可被控制以满足目标位数，亦即：

(19) - - - - T_{n} = Σ_{l = 1}^{L} R_{l, n, t},

则对于一个超帧n的总位数的限制便成为对超帧目标位数的限制，亦即：

(20)R_channel(bpf)-B^e _n-1≤T_n≤R_channel(bpf)+B^e _max-B^e _n-1

因此，在开始编码每个超帧n之前，将先行检查由等式(14)所确定的目标速率被检查以确定目标速率是否在适当范围内，而若否，便依下式调整目标速率：

正常帧的目标速率

一旦设定一个超帧的一个目标位数后，剩下的便是将位分布于该超帧的正常帧内。根据本发明，程序l帧n的目标位数，T_l,n，为

(22) - - - - T_{l, n} = \frac{\frac{1}{w_{1} K_{l, n, t}} C_{l, n, t}}{Σ_{l = 1}^{L} \frac{1}{w_{1} K_{l, n, t}} C_{l, n, t}} T_{n^{'}}

其中右式的分子为程序l的帧n的复杂度量度，而分母则为超帧n的复杂度量度。指定给超帧在超帧的L个正常帧上T_n分布再次根据程序帧的复杂度而得。对正常帧目标速率的限制

在多程序广播应用中，数个视频程序经由多路转接而传送至一个单一固定速率传输信道中。包括在位流中的服务信息(例如数据包识别符(PID))提供所需的导航信息以允许一个头端服务器得以选择所需用于传输的程序，并允许一个位于使用者家庭中的机顶解码器得以转换至适当信道并抽取(解多路转接)对应于所选择的程序的数据包，如图10所示。

图10说明本发明的一个解码器。来自传输信道(例如一个有线电视网络与/或一个卫星分布网络)所得的多路转接数据由一个DEMUX 1000所接收。根据一个缺省值或使用者选择，在多路转接的一个特定程序被选择用于解码以及显示。

来自所选择程序的连续帧中的数据自DEMUX 1000被提供至解码器缓冲器1010，且然后提供给例如，一个MPEG解码器1020，以恢复象素域(例如，用于程序1的)的程序数据。解码器1020可对应至图4的解码器400。

解多路转接位流处于一个变动速率。为确保当选择任何程序时，解码器缓冲器1010不致发生上溢或下溢的情况，对于解码器必须加入额外限制。

特别言之，假设选择程序1且解码延迟为N’个帧。解码延迟为一个帧在解码缓冲器解码之前所花费的时间。令R^c _1,n在第n个帧周期期间传输的用于程序1的位数，其中上标“C”代表“信道(channel)”。之后，解码器缓冲器将充满至下列水平：

(23) - - - - B_{0}^{d} = Σ_{n = l}^{N^{'}} R_{l, n}^{c}

在任一个位被移出以便解码之前，上标“d”代表“解码器(decoder)”。在帧n＞N’周期期间，解码器缓冲器将R_l,n,t位移至解码器，并自信道接收R^c _l,n+N，位。因此，在帧n＞N’的缓冲器满溢程度将如下式所示：

(24) - - - - B_{n}^{d} = B_{n - 1}^{d} + R_{l, n + N^{'}}^{c} - R_{l, n, t} = Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{l, n^{'}}^{c} - B_{l, n - 1}^{e} - R_{l, n, t},

(25) - - - - B_{l, n}^{e} = Σ_{n^{'} = 1}^{n} R_{l, n^{'}, t} - Σ_{n^{'} = 1}^{n} R_{l, n^{'}}^{c}

可被视为在帧n的程序1的虚拟编码器缓冲器的满溢程度。上标“e”代表“编码器(encoder)”。注意：R^c _l,n,为程序1的帧n’的间隔期间传输的位数，而非用于对帧编码的位数。

令R^d _max为最大解码器缓冲器大小。为确保解码器缓冲器不致于发生上溢或下溢的情况，缓冲器满溢度，B^d _n，必须在[O,B^d _maz]的范围内，亦即：

(26)0≤B^d _n≤B^d _max。自等式(24)及(26)，可得到：

(27) - - - - 0 \leq Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{l, n^{'}}^{c} - B_{l, n - 1}^{e} - R_{l, n, t} \leq B_{\max}^{d}, or

(28) - - - - Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{l, n^{'}}^{c} - B_{l, n - 1}^{e} - B_{\max}^{d} \leq R_{l, n, t} \leq Σ_{n^{'} = n}^{n - N^{'}} R_{l, n^{'}}^{c} - B_{l, n - 1}^{e} .

根据本发明，上述等式是对于为程序1的帧n所产生的位数的一项限制。再次假设每个程序的位速率可被控制以符合其目标速率，亦即：

(29)T_l,n=R_l,n,t。

对于每个个别帧(1,n)的位数的限制成为该帧的目标位数的限制，亦即：

(30) - - - - Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{l, n^{'}}^{c} - B_{l, n - 1}^{e} - B_{\max}^{d} \leq T_{l, n} \leq Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{l, n}^{c} - B_{l, n - 1}^{e} .

因此，在开始对程序1的每个帧n编码前，必须检查其目标速率是否位于适当范围的内，而若为否，则目标位数将依下式调整：

请注意：B^e _1,n-1为在帧n-1的程序1的虚拟编码器缓冲器的满溢度，且因此该满溢度可在帧n中取得。然而，R^c _l,n’n’=n,n+1,…,n+N’为在当前以及未来帧n,n+1,…,n+N’的间隔期间传输的用于程序1的位数。R^c _l,n’,n’=n,n+1,…,n+N’可于编码器缓冲器中以一个常数字/帧信道速率被测量，如图11所示。

图11说明根据本发明而储存于一个编码器缓冲器的数据。一个编码器缓冲器例如可设置在图，3-5中的VLC230之后。在编码器缓冲器中的R_channel(bpf)位的每个槽窗n=n,n+1,…n+N中，程序1的位数为R^c _l,n。注意R^c _1=1,n可为零。

例如：槽窗n+N’(1110),n+1(1120)，以及n(1130)被示出。槽窗n(1130)包括槽R^c _l+1,n(1132),R^c _l,n(1134)，以及R^c _l-1,n(1136)。

当一个帧n被编码时，所有已压缩的位被移至编码器的缓冲器中。此可埃逐行的基础上完成(通过压缩在帧n的一个程序的完整帧，将所有位移动至编码器的缓冲器中，并处理相同的帧索引值的下个程序，并依此类推)。或者，处理可以一次处理一个帧的一部份(例如一个宏块或一个片断)的方式发生。在模式化编码器的缓冲器期间，重要的是：在一个帧间隔中为一个程序所产生的位数。对最大与最小位速率的限制

一个特定数目的帧上的平均位速率，N”，可以通过将每个帧的目标位数限制于一个特定范围内而加以控制。希望如此例如可避免每个程序所消耗的频宽的大幅波动。令R_max与R_min分别为每个N”帧上所允许的最大与最小平均位数。每N”帧上至一个帧n的平均位数因此必须在[R_min,R_max]的范围内，亦即：

(32) - - - - R_{\min} \leq \frac{1}{N^{''}} Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n} R_{l, n, t} \leq R_{\max}, or

(33) {- - - - N}^{''} R_{\min} - Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{l, n, t} \leq R_{l, n, t} \leq N^{'} R_{\max} - Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{l, n, t} .

上式为对于程序1帧n的位数的另一项限制。注意：R_l,n’,t,n’=n-N”,…n-1对于在帧n的编码器都是可获得。再次假设实际速率可通过适当控制目标位数而与目标速率相接近，亦即：

(34)T_l,n=R_l,n,t

之后，对于帧n的实际位数的额外限制便成为一个对于其目标位数的限制，亦即：

(35) - - - - N^{''} R_{\min} - Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{l, n, t} \leq T_{l, n} \leq N^{''} R_{\max} - Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{l, n, t} .

总之，根据本发明，每个个别帧的目标位数调整如下式：

速率控制

现在，一个程序的每个帧的目标位数必须被满足。这可通过调整MPEG编码器中的量化参数，Q(图3)，以及转码器中的Q₂(图4与5)而实现。例如，可使用ISO/IEC(MPEG-2)“测试模式5(TM5)”，1993年4月所描述的速率控制方案。另一种较TM5更为精确的速率控制方案可于L.Wang,“MPEG视频编码的速率控制”，视觉通信与图象处理期刊，53-64页，台湾，1995年5月之中发现，上述方案需要对每个帧的VLC以及Q的多重操作。

因此，可知本发明提供了一种用于在统计式多路转换系统中分配位的方法与装置。本发明延伸统计式多路转换系统的概念以分别使用转码与编码来适应压缩后与未经压缩的视频程序。另外，对于超GOP以及超帧的位分配方案而言，本发明提供目标位速率，以及对于超GOP，超帧，以及正常帧的目标位速率的限制，以及对整体最小与最大位速率的限制。通过假设一个超GOP的一个程序中的相同类型的所有图象具有相同复杂度而实现更进一步的效率，并因此避免在确定(第一，第二，与第三)目标位数时，计算并维持每个图象的复杂度的需要。

一个超帧(其是在一个给定的帧例的所有信道上的帧的一个集合)的一个目标位数，T_n’是自适应的并可用以处理所有图象类型的组合。一个程序的相同图象类型的帧被指定相同(或相似)的位数。为实现位分配中的适应性，本发明提供一种动态位分配策略，该策略根据先前的编码信息(例如所使用的量化参数，以及因此所造成的位数)在逐帧的基础上确定用于每个程序的一个目标位数。

本发明使用分级动态位分配，自一个超GOP级开始，的后处理一个超帧级，的后再处理个别帧(图象)级。此概念还可延伸至一个次帧级，其中位被分配用于一个帧的一部份(例如一个片段或视频物体平面(VOP))。在每一级中，确定一个目标位数。

其次，为避免编码器与解码器缓冲器发生上溢或下溢的情况，对于多程序传输环境中每个程序的压缩后的位速率还须加入限制。

另外，程序品质可根据一个程序优先权加权因数而加以控制。

虽然本发明已根据各种特定具体实施例而加以描述，本领域的熟练技术人员将了解在未背离本发明的权利要求的精神与范围的情况下，还可有多种适应及调整。

例如，虽然本发明的讨论是以MPEG-2标准为准，本发明却还可经由调整而应用于其他使用图象群组或具有不同图象类型的类似结构的标准。

Claims

1、一种用于数字视频的位分配的方法，包含下列步骤：

在一编码器配置L个视频程序，每个程序具有连续的图象群组(GOP)；

每个GOP具有一个相关数目的图象；

提供一个超GOP，其至少包含一个来自每个L个视频程序的GOP，并具有N个图象的长度；

根据该超GOP中的图象数目LxN，以及一个用于传输视频程序的信道的可用容量，计算一个第一目标位数T，用于编码该超GOP；

其中每个超GOP包含N个超帧，每个超帧在一个共同时间参考点中具有L个图象；

为每个第1个程序中的每个图象类型定义一个相应的复杂度量度；

根据该第一目标位数T以及在相关的第n个超帧中的每个第1个图象的复杂度量度，其中l=1,…,L，计算一个第二目标位数，用于编码图象的每个第n个超帧，其中n=1,…,N；以及

根据该第二目标位数以及相关的复杂度量度，以及在相关的第n个超帧中的每个图象的复杂度量度的一个总和，计算一个第三目标位数，用于编码相关的第n个超帧中的每个第1个图象；其中：

在该超GOP的视频程序至少之一中对于具有一个共同图象类型的每个图象使用相同的复杂度量度，用于计算该第二与第三目标位数。

2、根据权利要求1的方法，其中：

在该超GOP的每个视频程序中对于具有一个共同图象类型的每一图象中使用相同的复杂度量度，用于计算该第二与第三目标位数。

3、根据权利要求1的方法，其中：

该超GOP的视频程序具有多种不同图象类型。

4、根据权利要求1的方法，其中：

在该至少一个视频程序中的以给定类型的一第一图象的复杂度量度被该超GOP的该至少一个视频程序中的每一后续相同类型的图象，用于计算该第二与第三目标位数。

5、根据权利要求1的方法，其中：

该视频程序适用于在一宽带通信网络上传送给一个解码器总体。

6．根据权利要求1的方法，其中：

在每个第1程序中的每个图象类型的相应的复杂度量度在该超GOP的最后图象被编码之前而于第1程序中每一图象之后被更新。

7、一种用于数字视频的位分配的方法，包含下列步骤：

在一个编码器中提供L个视频程序，每个程序具有连续图象群组(GOP)；

每个GOP具有一个相关联数目的图象；

提供一个含有该L个视频程序的每个程序的至少一个GOP，且具有N个图象的长度的超GOP；

根据该第二目标位数以及相关的复杂度量度，以及在相关的第n个超帧中的每个图象的复杂度量度的一个总和，计算一个第三目标位数，用于编码相关的第n个超帧中的每个第1个图象；以及

根据其相对优先权而为不同的视频程序提供对应的加权因数w；其中：

用于编码在相关的第n个超帧内的每个第一图象的第三目标位数是根据相关联的第1个视频程序的对应的加权因数而被计算的。

8、一种用于数字视频的位分配的方法，包含下列步骤：

至少该视频程序其中之一包含未经压缩的视频数据；

每个GOP具有一个相关数目的图象；

处理预先压缩的图象数据以取得该L个视频程序至少一个具体程序中部份未压缩的数据；

提供一个超GOP，其包含来自该L个视频程序中每一个的至少一个GOP，并具有N个图象的长度；

根据该第二目标位数以及相关的复杂度量度，以及在相关的第n个超帧中的每个图象的复杂度量度的一个总和，计算一个第三目标位数，用于编码相关的第n个超帧中的每个第1个图象；其中

该预先压缩图象数据被转码，以便使该预先压缩图象数据的一个位速率与相关的第三目标位数所提供的位速率不同。

9、一种用于数字视频的位分配的方法，包含下列步骤：

其中一个与该编码器相关的缓冲器自这些视频程序接收编码数据，

每个GOP具有一个相关数目的图象；

根据该第一目标位数T以及在相关的第n个超帧中的每个第1个图象的复杂度量度，其中l=1,…,L，计算一个第二目标位数，用于编码图象的每个第n个超帧，其中n=1,…,N；

在用该相关第二目标位数编码第n个超帧编码之前，至少有下列步骤之一：

(a)若必要时，调整该相关的第二目标位数，以避免落至R_{channel (bpf)}-B^e _n-1之下，其中：

R_channel(bpf)为在该信道上传输的每图象的平均位数；而B^e _n-1为在n-1^st超帧已编码之后的该缓冲器的一个满溢程度；以及

(b)若必要时，调整相关的第二目标位数，以避免超过R_{channel (bpf)}+B^e _max-B^e _n-1；

其中B^e _max为该缓冲器的一个最大容量。

10、一种用于数字视频的位分配的方法，包含下列步骤：

其中与该编码器相关联的缓冲器自这些视频程序接收编码数据，且这些视频程序在一个信道上传输至一个解码器并储存于其中的一个缓冲器；

每个GOP具有一个相关数目的图象；

在用相关第三目标位数编码第n个超帧中的第1个图象之前，至少有下列步骤的一：

(a)若必要时，调整该相关的第三目标位数，以避免落至下式之下

Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{1, n^{'}}^{c} - B_{1, n - 1}^{c} - B_{\max}^{d}

其中：

Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{1, n^{'}}^{c}

是被传送用于第1个视频程序的第n个至第(n+N’)个图象的位数总和；

N’为该解码器的一个解码延迟；

B^e _1,n-1为在n-1^st超帧中的第1个图象已被编码之后的该编码器的缓冲器的一个满溢程度；而

B^d _max为该解码器的缓冲器的一个最大容量；以及

(b)若必要时，调整该相关的第三目标位数，以避免超过

Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{1, n^{'}}^{c} - B_{1, n - 1}^{e}

11、一种用于视频的位分配的方法，包含下列步骤：

每个GOP具有一个相关数目的图象；

根据该第二目标位数以及相关的复杂度量度，以及在相关的第n个超帧中的每个图象的复杂度量度的一个总和，计算一个第三目标位数，用于编码相关的第n个超帧中的每个第1个图象；

其中R_min为一个用于对N”＞1个图象编码的最小平均位数；以及

在以该相关第三目标位数编码第n个超帧中的第1个图象之前，至少有下列步骤其中之一；

(a)若必要时，调整相关的第三目标位数，以避免落至下式之下

N^{''} R_{\min} - Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{1, n^{'}}

其中：

Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{1, n^{'}}

是用于第1个视频程序的第(n-N”)至第(n-1)个图象而被传输的位数总和；以及

(b)必要时，调整相关的第三目标位数，以避免超过

N^{''} R_{\max} - Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{1, n^{'}};

其中R_max是一个用于对N”＞1个图象编码的最大平均位数。

12、一种用于将未经压缩的视频源数据进行编码，并将预先压缩的视频源数据加以转码的方法，包含下列步骤：

将该预先压缩的视频源数据部份解压缩以取得相对的部份未压缩视频数据；

根据一个统计式多路转接方案而分配用于将该未经压缩的视频源数据进行编码的位：以及

根据该统计式多路转接方案分配用于将该上述的部份未经压缩视频数据进行转码的位；

其中该预先压缩的图象数据被转码以使该预先压缩图象数据的一个位速率不同于由相关分配的位所提供的一个位速率。

13、一种用于数字视频的位分配的装置，其中L个视频程序被提供给一个编码器，每个程序具有连续的图象群组(GOP)，每个GOP具有一个相关数目的图象，该装置包含：

提供一个超GOP的装置，该超GOP包含来自该L个视频程序中每一个的至少一个GOP，并具有N个图象的长度；

根据该超GOP中的图象数目LxN，以及一个用于传输视频程序的信道的可用容量，计算一个第一目标位数T用于编码该超GOP的装置；

为每个第1个程序中的每个图象类型定义一个相应的复杂度量度的装置；

根据该第一目标位数T以及在相关的第n个超帧中的每个第1个图象的复杂度量度，其中l=1,…,L，计算一个第二目标位数用于编码图象的每个第n个超帧的装置，其中n=1,…,N；

根据该第二目标位数以及相关的复杂度量度，以及在相关的第n个超帧中的每个图象的复杂度量度的一个总和，计算一个第三目标位数用于编码相关的第n个超帧中的每个第1个图象的装置；其中：

对该超GOP的这些视频程序至少之一中的每个具有一个共同图象类型的图象使用相同的复杂度量度，用于计算第二与第三目标位数。

14．根据权利要求13所述的装置，其中：

对该超GOP的这些视频程序每一个中的每个具有一个共同图象类型的图象使用相同的复杂度量度，用于计算第二与第三目标位数。

15、根据权利要求13所述的装置，其中：

该超GOP的视频程序具有多个不同图象类型。

16、根据权利要求13所述的装置，其中：

在至少一个视频程序中的一给定类型的第一图象的复杂度量度被用于超GOP中的该至少一个视频程序中的相同类型的每一后续图象，用于计算该第二与第三目标位数；

17、根据权利要求13所述的装置，其中：

这些视频程序适合于通过一个宽带通信网络被传送至一个解码器总体。

18、根据权利要求13所述的装置，其中：

在该超GOP的最后图象之前的每一第1个程序中的每个图象被编码之后，用于该第1个程序中的每个图象类型的相应复杂度量度被更新。

19、一种用于数字视频的位分配的装置，其中L个视频程序被提供给一个编码器，每个程序具有连续的图象群组(GOP)，每个GOP具有一个相关数目的图象，该装置包含：

根据该第二目标位数以及相关的复杂度量度，以及在相关的第n个超帧中的每个图象的复杂度量度的一个总和，计算一个第三目标位数用于编码相关的第n个超帧中的每个第1个图象的装置；以及

用于根据其相对优先权而为不同视频程序提供相应的加权因数w的装置；其中：

根据相关的第1视频程序的对应的加权因数而计算用于编码在相关的第n个超帧内的每个第1图象的第三目标位数。

20、一种用于数字视频的位分配的装置，其中L个视频程序被提供在一个编码器中，每个程序具有连续的图象组(GOP)，每个GOP具有相关数目的图象，且至少一个视频程序包含未经压缩的视频数据，该装置包含：

用于处理预先压缩图象数据，以得到该L个视频程序中至少一个特定视频程序的部份未经压缩数据的装置；

根据该第二目标位数以及相关的复杂度量度，以及在相关的第n个超帧中的每个图象的复杂度量度的一个总和，计算一个第三目标位数用于编码相关的第n个超帧中的每个第1个图象的装置；其中

该预先压缩图象数据被转码，以使该预先压缩图象数据的一个位速率不同于由相关的第三目标位数所提供的一个位速率。

21、一种用于数字视频的位分配的装置，其中L个视频程序被提供在一个编码器中，每个程序具有连续的图象组(GOP)，每个GOP具有一个相关数目的图象，且其中一个与该编码器相关联的缓冲器自这些视频程序接收编码数据，该装置包含：

根据该第二目标位数以及相关的复杂度量度，以及在相关的第n个超帧中的每个图象的复杂度量度的一个总和，计算一个第三目标位数用于编码相关的第n个超帧中的每个第1个图象的装置；以及下列装置之一：

(a)在以相关的第二目标位数编码第n个超帧之前，若必要时，调整相关的第二目标位数，以避免落至R_channel(bpf)-B^e _n-1之下的装置；其中：

R_channel(bpf)为在该信道上传输的每个图象的平均位数；而

B^e _n-1为在第n-1个超帧已编码之后该缓冲器的一个满溢程度；以及

(b)在以相关的第二目标位数编码第n个超帧之前，若必要时，调整相关的第二目标位数，以避免超过R_channel(bpf)+B^e _max-B^e _n-1的装置；

其中B^e _max为该缓冲器的一个最大容量。

22、一个用于数字视频的位分配的装置，其中L个视频程序被提供在一个编码器中，每个程序具有连续的图象群组(GOP)，每个GOP具有一个相关数目的图象，且其中一个与该编码器相关联的缓冲器自这些视频程序接收编码数据，且这些视频程序在一个信道上传输至一个解码器并储存于一个缓冲器内，该装置包含：

根据该第二目标位数以及相关的复杂度量度，以及在相关的第n个超帧中的每个图象的复杂度量度的一个总和，计算一个第三目标位数用于编码相关的第n个超帧中的每个第1个图象的装置；以及至少下列装置之一：

(a)在以相关的第三目标位数编码第n超帧中的第1图象之前，若必要时，调整相关的第二目标位数，以避免落至下式之下的装置

Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{1, n^{'}}^{c} - B_{1, n - 1}^{c} - B_{\max}^{d}

其中：

Σ_{n^{,} = n}^{n + N^{,}} R_{1, n^{,}}^{c}

为第1个视频程序的第n个至第(n+N’)个图象所传输的位数总和；

N’为该解码器的一个解码延迟；

B^e _1,n-1为在第n-1个超帧中的第1图象已被编码之后该解码器缓冲器的一个满溢程度；而

B^d _max为解码器的缓冲器的一个最大容量；以及

(b)在以相关的第三目标位数编码第n超帧中的第1图象之前，如果有必要时，调整相关的第三目标位数，以避免超过下式的装置。

Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{1, n^{'}}^{c} - B_{1, n - 1}^{c}

23、一种用于数字视频的位分配的装置，其中L个视频程序被提供在一个编码器中，每个程序具有连续的图象组(GOP)，每个GOP具有一个相关数目的图象，该装置包含：

根据该第二目标位数以及相关的复杂度量度，以及在相关的第n个超帧中的每个图象的复杂度量度的一个总和，计算一个第三目标位数用于编码相关的第n个超帧中的每个第1个图象的装置；

其中R_min为一个用于编码N”＞1个图象的最小位平均数；以及至少下列装置之一：

(a)在以相关的第三目标位数编码第n超帧中的第1图象之前，若必要时，调整相关的第三目标位数，以避免落至下式之下的装置

N^{''} R_{\min} - Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{1, n^{'}}

其中：

Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{1, n^{'}}

为第1个视频程序的第(n-N”)个至第(n-1)个图象所传输的位数总和；以及

(b)在以相关的第三目标位数编码第n超帧中的第1图象之前，若必要时，调整相关的第三目标位数的装置以避免超过

N^{''} R_{\max} - Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{1, n^{'}}

其中R_max为一个用于编码N”＞1个图象的最大平均位数。

24．一种用于对未经压缩的视频源数据编码并将预先压缩的视频源数据加以转码的装置，包含：

将该预先压缩的视频源数据部份解压缩以得到相对应的部份未经压缩视频数据的装置；

根据一个统计式多路转接方案分配用于编码该未经压缩视频源数据的位的装置；

根据该统计式多路转接方案分配用于将该合份未经压缩视频数据转码的位的装置；

其中该预先压缩的图象数据被转码以便使该预先压缩图象数据的一个位速率不同于由相关的分配位所提供的一个位速率。

25．一种用于数字视频的位分配的装置，其中L个视频程序被提供在一个编码器中，每个程序具有连续的图象组(GOP)，每个图象具有一个相关数目的图象，该装置包含：

一个速率控制处理器；

一个超GOP处理器，一个超帧处理器，一个帧处理器，以及一个复杂度处理器，每一个都与该速率控制处理器相关联；其中：

该速率控制处理器响应于一个信号，该信号定义一个超GOP，该超GOP包含来自L个视频程序中的每一个程序的至少一个GOP且其长度为N个图象；

该超GOP处理器适用于根据该超GOP中的图象数目LxN，以及一个用于传输视频程序的信道的可用容量，计算一个第一目标位数T用于编码该超GOP；

每个超GOP包含N个超帧，每个超帧在一个共同时间参考点具有L个图象；

该复杂度处理器适用于为每一第1个程序中的每个图象类型计算一个相对应的复杂度量度；

该超帧处理器适用于根据该第一目标位数T以及在相关的第n个超帧中的每个第1个图象的复杂度量度，其中l=1,…,L，计算一个第二目标位数用于编码图象的每个第n个超帧，其中n=1,…,N；以及

该帧处理器适用于根据该第二目标位数以及相关的复杂度量度，以及在相关的第n个超帧中的每个图象的复杂度量度的一个总和，计算一个第三目标位数用于编码相关的第n个超帧中的每个第1个图象；其中：

26、根据权利要求25所述装置，其中：

27、根据权利要求25所述的装置，其中：

该超GOP的视频程序具有多个不同图象类型。

28、根据权利要求25所述的装置，其中：

29、根据权利要求25所述的装置，其中：

30、根据权利要求25所述的装置，其中：

31、一种用于数字视频的位分配的装置，其中L个视频程序被提供在一个编码器中，每个程序具有连续的图象组(GOP)，每个图象具有一个相关数目的图象，该装置包含：

一个速率控制处理器；

该超帧处理器适用于根据该第一目标位数T以及在相关的第n个超帧中的每个第1个图象的复杂度量度，其中l=1,…,L，计算一个第二目标位数用于编码图象的每个第n个超帧，其中n=1,…,N；

该帧处理器适用于根据该第二目标位数以及相关的复杂度量度，以及在相关的第n个超帧中的每个图象的复杂度量度的一个总和，计算一个第三目标位数用于编码相关的第n个超帧中的每个第1个图象；

该速率控制处理器根据其相对优先权而为不同的视频程序提供相应的加权因数w；以及

该帧处理器适用于根据相关的第1视频程序的对应的加权因数而计算用于编码在相关的第n个超帧内的每个第1图象的第三目标位数。

32．一种用于数字视频的位分配的装置，其中L个视频程序被提供在一个编码器中，每个程序具有连续的图象组(GOP)，每个图象具有一个相关数目的图象，而这些视频程序中的至少一个包含未经压缩的视频数据，该装置包含：

一个用于处理预先压缩图象数据以得到L个视频程序中至少特定一个程序的部份未经压缩数据的转码处理器；

一个速率控制处理器；

该帧处理器适用于根据该第二目标位数以及相关的复杂度量度，以及在相关的第n个超帧中的每个图象的复杂度量度的一个总和，计算一个第三目标位数用于编码相关的第n个超帧中的每个第1个图象；以及

该预先压缩图象数据被转码，以便使该预先压缩图象数据的一个位速率不同于一个由相关的第三目标位数所提供的位速率。

33、一种用于数字视频的位分配的装置，其中一L个视频程序被提供在一个编码器中，每个程序具有连续的图象组(GOP)，每个GOP具有一个相关数目的图象，该装置包含：

一个速率控制处理器；

一个与该编码器相关联的缓冲器，自这些视频程序接收编码数据；

该超帧处理器接收指示该缓冲器的一个满溢程度的一个信号；至少其中之一为：

(a)该超帧处理器适用于在以相关的第二目标位数编码第n个超帧之前，若必要时，调整相关的第二目标位数，以避免落至R_channel(bpf)-B^e _n-1之下；其中：

R_channel(bpf)为在该信道上传输的每个图象的平均位数；而

(b)该超帧处理器适用于在以相关的第二目标位数编码第n个超帧之前，若必要时，调整相关的第二目标位数，以避免超过R_channel(bpf)+B^e _max-B^e _n-1’；

其中B^e _max为该缓冲器的一个最大容量。

34、一种用于数字视频位分配的装置，其中L个视频程序被提供在一个编码器中，每个程序具有连续的图象组(GOP)，每个GOP具有一个相关数目的图象，该装置包含：

一个速率控制处理器；

一个与该编码器相关联的缓冲器自这些视频程序接收编码数据，而这些视频程序则在该信道上传输至一个解码器并储存于其中的一个缓冲器；

该帧处理器接收指示该编码器的一个满溢程度的一个信号；其中至少下列之一；

(a)该帧处理器适用于在以相关的第三目标位数编码第n超帧中的第1图象之前，若必要时，调整相关的第二目标位数，以避免落至下式之下

Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{1, n^{'}}^{c} - B_{1, n - 1}^{e} - B_{\max}^{d}

其中：

Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{1, n^{'}}^{c}

N’为该解码器的一个解码延迟；

B^d _max为解码器的缓冲器的一个最大容量；以及

(b)该帧处理器适用于在以相关的第三目标位数编码第n超帧中的第1图象之前，如果有必要时，调整相关的第三目标位数，以避免超过下式

Σ_{n^{'} = n}^{n + N^{'}} R_{1, n^{'}}^{c} - B_{1, n - 1}^{e}

35、一种用于数字视频的位分配的装置，其中L个视频程序被提供在一个编码器中，每个程序具有连续的图象组(GOP)，每个GOP具有一个相关数目的图象，包含：

一个速率控制处理器；

该超帧处理器适用于根据该第一目标位数T以及在相关的第n个超帧中的每个第1个图象的复杂度量度，其中l=1,…,L，计算一个第二目标位数用于编码图象的每个第n个超帧，其中n=1,…,N：

其中R_min为一个用于编码N”＞1个图象的最小位平均数；以及至少下列之一：

(a)该帧处理器适用于在以相关的第三目标位数编码第n超帧中的第1图象之前，若必要时，调整相关的第三目标位数，以避免落至下式之下

N^{''} R_{\min} - Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{1, n^{'}}

其中：

Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{1, n^{'}}

(b)该帧处理器适用于在以相关的第三目标位数编码第n超帧中的第1图象之前，若必要时，调整相关的第三目标位数以避免超过

N^{''} R_{\max} - Σ_{n^{'} = n - N^{''}}^{n - 1} R_{1, n^{'}}

其中R_max为一个用于编码N”＞1个图象的最大平均位数。

36、一种用于对未经压缩的视频源数据进行编码并将预先压缩的视频源数据加以转码的装置，包含：

一个编码器；

一个转码器；

一个与该编码器和转码器相关联的速率控制处理器；其中：

该转码器部份解压缩该预先压缩的视频源数据以得到相对应的部份未经压缩的视频数据；

该速率控制处理器分配位至该编码器用于根据一种统计式多路转接方案编码该未经压缩的视频源数据；

该速率控制处理器分配位至该转码器用于根据该统计式多路转接方案而将该部分未经压缩的视频数据转码；以及

该预先压缩的图象数据被转码至以便使预先压缩图象数据的一个位速率不同于由相关联的分配位所提供的一个位速率。