CN1575606A - 空间可缩放的压缩 - Google Patents

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Abstract

公开一种用于对在多个帧中捕获的视频信息进行空间可缩放的压缩的装置和方法。一个基层编码器用一个第一编码标准编码一个位流。一个增强层编码器用一个第二编码标准编码一个残留信号，其中该残留信号是原始帧与基层中按比例扩大的帧之差。

Description

空间可缩放的压缩
发明领域
本发明涉及视频编码器/解码器。
发明背景
由于数字视频中固有的巨量数据，全运动(full motion)、高清晰度数字视频信号的传送是高清晰度电视的开发中的一个重大问题。更具体来说每个数字图象帧都是由一个按照特定系统的显示分辨率的像素阵列构成的静止图象。结果，包含在高分辨率视频序列中的原始数字信息的量是巨大的。为了减少必须发送的数据的量，就要采用压缩方案来压缩数据。已经建立了各种视频压缩标准和过程，包括MPEG-2、MPEG-4、H.263和H26L。
许多应用允许在一个流中可得到各种分辨率和/或质量的视频(video)。实现这一点的方法被笼统地称作可伸缩性(scalability)技术。有三个可以在其上运用可伸缩性的轴。第一个是时间轴上的可伸缩性，经常被称作时间可伸缩性。第二，有质量轴(量化)上的可伸缩性，经常被称作信噪比(SNR)可伸缩性或精细粒度(fine-grain)可伸缩性。第三个轴是分辨率轴(图象中的像素数)，经常被称作空间可伸缩性。在分层的编码中，位流被划分成两个或更多的位流或层。各个层能被组合起来形成单一的高质量信号。例如，基层(base layer)可提供较低质量视频信号，而增强层(enhancement layer)则提供能增强基层图象的附加信息。
特别地，空间可伸缩性可提供不同视频标准或解码器功能之间的兼容性。由于空间可伸缩性，基层视频可以有比输入视频序列更低的分辨率，在这种情况下，增强层携带能把基层的分辨率恢复到输入序列水平的信息。
图1表示一个已知空间可缩放的视频编码器100。所示的编码系统100完成层压缩(layer compression)，由此，通道(channel)的一部分被用于提供一个低分辨率层，其余部分被用于传送增强信息，由此这两个信号可以被重新组合起来，把系统提升到高分辨率。高分辨率视频输入Hi-Res被分离器102分离，由此，数据被发送到低通滤波器104和减法电路106。低通滤波器104降低视频数据的分辨率，视频数据然后被输送到基编码器(base encoder)108。一般而言，低通滤波器和编码器是所属领域中周知的，因此为了简明起见不在这里作详细说明。编码器108生成一个较低分辨率的基流，它能被广播、接收并通过解码器原封不动地显示，尽管该基流并不提供被认为是高清晰度的分辨率。
编码器108的输出也被输送到系统100内的解码器112。从这里，解码的信号被输送到内插和上取样电路114。一般而言，内插和上取样电路114根据解码的视频流重构被过滤出的分辨率，并提供一个具有与高分辨率的输入相同分辨率的视频数据流。然而，由于因编码和解码而产生的过滤和损耗，在重构的流中会出现信息的损失。通过在减法电路106中从原始未改变的高分辨率流中减去重构的高分辨率流而确定该损失。减法电路106的输出被输送到增强编码器116，后者输出一个合理质量增强流。
发明内容
尽管能使已知的分层压缩方案相当好地工作，这些方案仍然有问题，因为增强层需要高的比特率。通常，增强层的比特率等于或高于基层的比特率。然而，对存储或播送高清晰度视频信号的需要，要求比特率比按普通压缩标准能正常传递的比特率更低。这会对在现有标准清晰度系统上引入高清晰度造成困难，因为录制/播放时间变得太小或者所要求的带宽变得太大。因此，需要一种更高效的、降低增强层的比特率的空间可缩放的压缩方案。本发明通过在基编码器和增强编码器中采用不同的编码标准而克服其它已知分层压缩方案的至少部分缺陷。
按照本发明一个实施例，公开一种用于对在多个帧中捕获的视频信息进行空间可缩放的压缩的装置和方法。一个基层编码器用一个第一编码标准编码一个位流。一个增强层编码器用一个第二编码标准编码一个残留信号，其中该残留信号是原始帧与基层中按比例扩大的(upscaled)帧之差。向增强编码器的输入最好被改变成一个具有正常视频输入信号的信号水平范围的信号。  这样一个改变可通过增加一个DC偏置(offset)而进行，最好使得增强编码器输入的像素值被偏移(shift)到一个预定输入范围的中间。
按照本发明另一个实施例，公开一种提供对视频流的空间可缩放的压缩的方法和装置。该视频流被下取样，以降低视频流的分辨率。下取样的视频流用一个第一编码标准编码，以生成一个基流。该基流被解码和上转换(upconverted)，以生成一个残留流。该残留流用一个第二编码标准编码，以生成一个增强流。
按照本发明另一个实施例，公开一种用于对在一个基流和一个增强流中接收的压缩视频信息进行解码的方法和装置。基流用一个第一编码标准解码。被解码的基流被上转换，以增加被解码基流的分辨率。增强流用一个第二编码标准解码。将上转换的解码的基流与解码的增强流组合，以生成一个视频输出。
本发明的这些和其它方面将在后面对实施例的说明中得到清楚的阐释。
附图说明
现在将参照以下附图举例说明本发明：
图1是一个代表已知的分层的视频编码器的框图；
图2是一个按照本发明一个实施例的分层的视频编码器的框图；
图3是一个按照本发明一个实施例的分层的视频解码器的框图；以及
图4是一个按照本发明一个实施例的编码器的一部分的框图。
本发明的详细说明
按照本发明一个实施例，在一个分层编码器中通过对基层应用一个第一编码标准和对增强层应用一个第二编码标准实现而实现空间可缩放的压缩。图2表示一个可被用来实现本发明的分层编码器200。所属技术领域的熟练人员将会明白，其它分层编码器也可以被用来实现本发明，因此本发明并不仅限于此。
所示的编码系统200完成层压缩，由此，通道的一部分被用于提供一个低分辨率基层，其余部分被用于传送轮廓增强(edgeenhancement)信息，由此这两个信号可以被重新组合起来，以把系统提升到高分辨率。高分辨率视频输入Hi-RES被分离器202分离，由此，数据被发送到一个低通滤波器204和一个减法电路206。低通滤波器204降低视频数据的分辨率，视频数据然后被输送到基编码器208。一般而言，低通滤波器和编码器是所属领域中周知的，因此为了简明起见不在这里作详细说明。编码器208用一个第一编码标准生成一个较低分辨率的基流BS，它能被广播、接收并通过解码器原封不动地显示，尽管基流并不提供被视为高清晰度的分辨率。第一编码标准可以是诸如MPEG-2、MPEG-4、H.263和H26L的任何视频编码方案，但是本发明并不仅限于此。
编码器208的输出也被输送到系统200内的一个解码器212。从这里，解码的信号被输送到一个内插和上取样电路214。一般而言，内插和上取样电路114重构解码的视频流中被过滤掉的分辨率，提供一个具有与高分辨率的输入相同分辨率的视频数据流。然而，由于因编码和解码而产生的过滤和损耗，在重构的流中出现信息的损失。该损失在一个减法电路206中通过从原始未更改的高分辨率流减去重构的高分辨率流以生成一个残留信号而确定。减法电路206的输出被输送到一个增强编码器216，增强编码器216用一个与第一编码标准不同的第二编码标准来编码该残留信号，并输出一个合理的质量增强流ES。第二编码标准可以是诸如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H263、H26L、H264、专有视频编码方法等的任何视频编码方案，而本发明并不仅限于此。这个实施例提出提供一个与一个第一编码标准兼容的基流和一个与一个第二编码标准兼容的增强流，例如一个有利的新标准。在将MPEG编码器用于基流、将H26L编码器用于增强流的特定例子中，至少能获得2倍的增强流比特率。
图3表示一个用于对由分层编码器200生成的编码信号进行解码的解码器300。基流在解码器302中被用第一编码标准解码。解码器302的输出是一个SDTV输出。增强流在解码器304中用第二编码标准解码。在加法单元308中将该解码器的输出与已经在上转换单元306中被上转换的解码的基流组合。加法单元308的输出是一个HDTV。
按照本发明另一个实施例，也可以在基编码器和增强编码器中使用不同的量化方案。图4表示一个既能在基编码器中又能在增强编码器中使用的编码器400的一部分。编码器400除了其它部件外，还包含DCT电路402、量化器404和可变长编码器406。DCT电路402对输入信号进行DCT处理，以获得一个被提供到量化器404的DCT系数。量化器404按照作为反馈而接收的一个缓冲器(未予示出)中的数据存储量来设置一个量化阶梯(quantization step)(量化标度(quantization scale))，并用该量化阶梯把来自DCT电路402的DCT系数量化。被量化的DCT系数与所设置的量化阶梯一起被提供到VLC单元406。按照本发明的一个实施例，由基编码器中的量化器使用一个第一量化方案，而由增强编码器中的量化器使用一个与第一量化方案不同的第二量化方案。例如，将一个自适应的(在帧的宏块内不一致性的)量化方案用于(采用MPEG-2编码的)基编码器，将一个(在一个帧的宏块内的)一致性的(uniform)量化方案用于(采用H26L编码的)增强编码器。
可以将本发明的上述实施例应用到双层DVDs，其中第一层是SD基层，而第一加第二层构成HD序列。该方法也可被用来逐渐在欧洲和中国引进HD广播，其中用增强层来扩展SD-DVB信号。该方法也可被应用于在用于弹性存储(elastic storage)的盘上存储分层的程序。
要明白，本发明的不同实施例不受限于上述步骤的严格顺序，因为有些步骤的时机可以互换而不影响本发明的总体操作。此外，术语“包含”并不排斥其它元素或步骤，术语“一个”并不排除多个和单一的处理器或其它单元可以实现在权利要求书中所述的若干个单元或电路的功能。

Claims (15)

1.一种用于对在多个帧中捕获的视频信息进行空间可缩放的压缩的装置，包含：
用第一编码标准编码一个位流的基层编码器；
用第二编码标准编码一个残留信号的增强层编码器，其中该残留信号是原始帧与基层中按比例扩大的帧之差。
2.按照权利要求1的用于进行空间可缩放的压缩的装置，其中，第一和第二编码标准是视频压缩标准。
3.按照权利要求1的用于进行空间可缩放的压缩的装置，其中，第一和第二编码标准是从包含MPEG-1、2MPEG-2、MPEG-4、H.263、H26L、H.264和视频编码方法的组中选择的。
4.按照权利要求1的用于进行空间可缩放的压缩的装置，其中，在基编码器中使用第一量化方案，在增强编码器中使用第二量化方案。
5.按照权利要求4的用于进行空间可缩放的压缩的装置，其中，第一量化方案是自适应量化。
6.按照权利要求5的用于进行空间可缩放的压缩的装置，其中，第二量化方案是一致的量化。
7.一种用于编码一个视频流的分层编码器，包含：
下取样单元，用于降低视频流的分辨率；
基编码器，用于用第一编码标准编码一个较低分辨率的基流；
上转换单元，用于解码基流并增加基流的分辨率，以生成一个重构的视频流；
减法单元，用于从原始视频流中减去重构的视频流，以生成一个残留信号；
增强编码器，用于用第二编码标准编码来自减法单元的残留信号并输出一个增强流。
8.按照权利要求7的分层编码器，其中，第一和第二编码标准是视频压缩标准。
9.按照权利要求7的分层编码器，其中，第一和第二编码标准是从包含MPEG-1、2MPEG-2、MPEG-4、H.263、H26L、H.264和视频编码方法的组中选择的。
10.按照权利要求7的分层编码器，其中，在基编码器中使用第一量化方案，在增强编码器中使用第二量化方案。
11.按照权利要求10的分层编码器，其中，第一量化方案是自适应量化。
12.按照权利要求11的分层编码器，其中，第二量化方案是一致的量化。
13.一种用于解码被压缩的视频信息的解码器，包含：
基流解码器，用于用第一编码标准解码一个收到的基流；
上转换单元，用于增加解码后的基流的分辨率；
增强流解码器，用于用第二编码标准解码一个收到的增强流；
加法单元，用于组合该上转换的解码后的基流和该解码后的增强流，以生成一个视频输出。
14.一种用于提供对视频流的空间可缩放的压缩的方法，包含以下步骤：
下取样该视频流，以降低该视频流的分辨率；
用第一编码标准编码该下取样的视频流，以生成一个基流；
解码和上转换该基流，以生成一个重构的视频流；
从该视频流中减去该重构的视频流，以生成一个残留信号；和
用第二编码标准编码该残留信号并输出一个增强流。
15.一种用于对在一个基流和一个增强流中接收的压缩后的视频信息进行解码的方法，包含：
用第一编码标准解码该基流；
上转换该解码的基流，以增加该解码的基流的分辨率；
用第二编码标准解码该增强流；和
组合该经上转换的解码后的基流与该解码后的增强流，以生成一个视频输出。
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