CN1726725A - 弹性存储 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于提供存储在一存储设备中的分层视频数据的弹性存储的方法和设备。所存储的加强层视频数据由该存储设备读出。该加强层视频数据然后至少部分地被解码或最后完全被删除。该解码的加强层视频数据以线性或非线性方式被削弱。该削弱的加强层视频数据然后被编码。该编码的削弱视频数据被存回在该存储设备之中。

Description

弹性存储
发明领域
本发明涉及视频内容的存储。
发明背景
视频在一个数据流状态下可得到不同的解析度和/或成像质量，由此产生了很多种视频应用。达到这一目的的方法可通过所谓的可缩放性技术轻松实现。有三个轴存在于在可使用的一个可缩放性上。第一是在时间轴上的可缩放性，通常称为时间的可缩放性。第二，在质量轴上具有可缩放性(量化)，通常称为信噪比(SNR)可缩放性或细粒度可缩放性。第三个轴是解析度轴(图像中象素的数量)，通常称为空间的可缩放性。在分层译码中，该比特流被分为两个或更多的比特流，或层。每一层都可以被结合以形成一单独的高质量信号。例如，基层可以提供一低质量的视频信号，而提供附加信息的增强层可以增强基层的图像。通过空间的可缩放性，基层视频可以具有比输入视频序列低的解析度，在这种情况下，增强层携带的信息可以将基层的解析度恢复到输入序列的水平上。
典型地，这些比例化的视频流通过一内容提供者或服务提供者一并储存在存储设备上，因此储存的视频内容的质量等级已经由储存之前执行的处理过程确定了。用户可以访问存储设备或存储设备可以下载这些比例化的视频流以在用户设备上显示。但是，存储设备可能会发生存储问题。例如，用户可能想要记录一段新的视频流但是在存储设备却没有足够的空间存储该新视频流。在这种情况下，就需要弹性存储。本发明提供了一种减小比特率的有效方法，而执行该操作却只需很少的资源。
发明概述
本发明至少部分地克服了上面描述的部分缺陷，这是通过提供一种用于实现弹性存储的方法和设备实现的：通过读取存储设备外部的增强层并衰减增强层以降低增强层的比特率，从而在存储设备中创造更多的空间。
根据本发明的一个实施例，公开了一种在存储装置中弹性存储分层视频数据的用于提供弹性存储的方法和装置。所存储的增强层视频数据从该存储设备中读出。然后，该存储的增强层视频数据至少部分解码或最终完全删除。该解码后的增强层以线性或非线性的方式衰减。该衰减后的增强层视频数据接着再被编码。该编码的衰减后的视频数据返回储存再存储装置里。
本发明的这些和其他方面将结合下文描述的实施例进行说明并会更加明了。
附图简述
现在本发明将参照附图进行举例说明，其中：
图1是根据本发明一个实施例的视频压缩系统的方框图；
图2是根据本发明一个实施例的视频压缩系统的方框图；
图3是根据本发明一个实施例的视频解码器的方框图；
图4是根据本发明一个实施例的视频压缩系统的方框图；
发明详述
图1描绘了根据本发明一个实施例的视频压缩和储存系统100的方框图。该视频压缩和储存系统100包括，结合其他特征，一分层编码器102，一储存装置104，一控制系统105，一可变长度解码器106，一衰减器108和一可变长度编码器110。
图3中描绘了一分层编码器的说明性实例，但应当认为，其他分层编码器也可用于本发明，而且本发明并不仅限于此。图示的编码系统300实现了分层压缩，由此，通道的一部分用于提供低分辨率基层而余下部分用于传输边缘增强信息，从而，结合该两种信号可以将系统提升为高分辨率。
编码器300包括一基本编码器312和一增强编码器314。基本编码器包括一低通滤波器和递减采样器320，一运动估算器322，一运动补偿器324，一正交变换(例如，离散余弦变换(DCT))电路330，一量化器332，一可变长度编码器(VLC)334，一比特率控制电路335，一反向量化器338，一反向变换电路340，选择开关328，344，以及一内插和递增采样电路350。
一输入视频块316由分离器318分割，并送至基本编码器312和增强编码器314。在基本编码器312中，输入块被输入至低通滤波器和递减采样器320。低通滤波器降低视频块的分辨率，接着将其提供至运动估算器322。运动估算器322处理每一帧，例如I-图像，P-图像，或B-图像的图像数据。连续进入的帧的每一个图像按照预设方式作为I-，P-或B-图像之一进行处理，就像I，B，P，B，P，……，B，P序列。即，运动估算器322参照储存在帧存储器里的一系列图像中的未描绘出的预设参考帧，并探测宏块的运动向量，也就是说，该帧中16行构成的16像素的一小块通过宏块与参考帧之间的结构匹配(块匹配)进行编码，其中，该参考帧是用于探测宏块的运动向量的。
在MPEG中，具有四种预置模式，即，一内部编码(帧内编码)，一前向预编码，一后向预编码，和双向预编码。I-图像是一种内编码图像，P-图像是一种内编码或前向预编码或后向预编码图像，B-图像是一种内编码，前向预编码，或双向预编码图像。
运动估算器322对P-图像执行前向预测，以探测其运动向量。此外，运动估算器322对B-图像执行前向预测，后向预测，和双向预测，以探测其各自的运动向量。在一种公知的方式下，运动估算器322在帧存储器中检索与当前输入像素块最相似的像素块。各种检索算法在本领域都是公知的。它们通常是基于估算当前输入块与那些候选块之间的平均绝对差(MAD)或均方差(MSE)的。接下来选择具有最小MAD和MSE的候选块作为运动补偿预置块。它与当前输入块的相对位置关系就是运动向量。
根据从运动估算器322接收预置模块和运动向量的模式，运动补偿器324可以根据预置模块和运动向量读出储存在帧存储器中的已编码的和已经局部解码的图像数据，并且可以将读出的数据作为预置图像提供给算法单元325和选择开关344。算法单元325同样接收输入块并计算输入块与来自运动补偿器324的预置图像之间的差异。该差值接下来被提供到DCT电路330。
如果只有例子运动估算器322预置模块被接收，也就是，如果预置模块是内编码模式，运动补偿器324可以不输出预置图像。在这种状况下，算法单元325可以不执行上述过程，但取而代之的可以直接将输入块输出至DCT电路330。
DCT电路330对来自算法单元33的输出信号执行DCT处理，以获得提供给量化器332的DCT系数。量化器332参照作为反馈接收的位于缓冲器(未示出)中的数据存储量设置量化节距(量化标度)，并利用量化节距量化来自DCT电路330的DCT系数。该量化的DCT系数，连同设置的量化节距一起，被送到VLC单元334。
VLC单元334根据由量化器332提供的量化节距将由量化器332提供的量化系数转化为一可变长度编码，例如赫夫曼编码。得到的转化后的量化系数被输出至未画出的一缓冲器。该量化系数和量化节距同样也被提供至一反向量化器338，它根据量化节距将量化系数反量化，类似地转化为DCT系数。DCT系数被提供到反向DCT单元340，它对DCT系数执行反向DCT。获得的反向DCT系数接着被送至算法单元348。
算法单元348接收来自反向DCT单元340的反向DCT系数，并根据选择开关344的位置接收来自运动补偿器324的数据。算法单元348将这些来自反向DCT单元340的信号(预测剩余)合并至来自运动补偿器324的预置图像以部分解码该原始图像。但是，如果预置模式指向内部编码，反向DCT单元340的输出可以被直接提供至帧存储器。由算法单元340获得的解码图像被送入并储存在帧存储器中，以备以后用作内编码图像，前向预编码图像，后向预编码图像，或双向预编码图像的参考图像。
增强编码器314包括运动估算器354，运动补偿器356，DCT电路368，量化器370，VLC单元372，比特率控制器374，反向量化器376，反向DCT电路378，选择开关366和382，减法器358和364，加法器380和388。此外，增强编码器314可以包括DC补偿360和384，加法器362和减法器386。多数上述组件的操作与基本编码器312中的类似组件的操作是相似的，将不再详细说明。
算法单元340的输出也被提供至递增采样器350。其中，该递增采样器350通常由解码后的视频流重构过滤后的分辨率，并提供具有与高分辨率输入基本相同分辨率的视频数据流。但是，由于压缩和解压缩造成的过滤和损失，在重构的流中存在必然的错误。这些错误由减法器358通过将原始的、未改变的高分辨率流减去重构的高分辨率流来判定。
原始未改变的高分辨率流也提供到运动估算器354。重构后的高分辨率流也提供到加法器388，其中该加法器388用于合并反向DCT378的输出结果(可能已被运动补偿器的输出结果修改，这取决于选择开关382的位置)。加法器388的输出送至运动估算器354。结果，运动估算在高标度端的基本层上加上增强层，而不是原始高分辨率流与重构高分辨率流之间的残余差。这为用户应用程序提供感觉上的更好的图像质量，其中该用户应用程序比专业应用程序具有更低的比特率。
而且，裁减操作之前的DC补偿操作可以被引入增强编码器314，其中DC补偿值360通过加法器362被加到减法单元358输出的残余信号上。该可选的DC补偿和剪裁操作允许增强编码器采用现有标准，例如，MPEG。其中，增强编码器的像素值在预设范围，例如，0…255之内。该残余信号通常在零附近集中。通过加上已DC补偿值360，8位视频采样的采样集中点可变动至该范围的中值，例如，128。这种加法的优势在于可以使用用于增强层的编码器的标准组件，并带来成本的节约(IP块的再使用)。
回到图1，层编码器102产生的基础层和增强层分别储存在储存装置104中。当用户或控制系统105确定在储存装置104中需要更多的空间时，可以将储存的视频流中的增强层挑出来。由于控制系统105被描绘为储存装置104的一部分，因此应当认为控制系统105可以位于系统100的任何地方。用户可以挑选适当的增强层或控制系统105可以根据预先输入的条件挑选增强层。该选中的增强层由存储装置中读出并送至可变长度解码器106。
可变长度解码器106将选中的增强层部分解码。例如，可变长度解码器可以解码选中的增强层的DCT系数(AC或DC)。在本发明的实施例中，解码后的DCT系数由预设在衰减器(乘法器)108中的常数值进行衰减。该衰减具有减小增强层视频分辨率的效果，并减小增强层的比特率。该衰减后的增强层由可变长度编码器110重新编码，并且重新编码后的增强层被返回储存在存储装置104中。
如果已储存的增强层视频数据在其产生过程中就已经由元素360和362执行了DC补偿和剪裁操作，如图3中描绘的那样，则DC补偿需要在由衰减器108执行衰减步骤之前从已解码的增强层视频数据中移除。在图2中描绘的实施例中，在提供至衰减器108之前，修正(减法)单元111已经将相应的DC补偿值109从解码后的增强视频数据的DC DCT系数(第一系数)中移除了。衰减步骤之后，在提供到可变长度编码器之前，DC补偿值由修正(加法)单元113重新加到衰减后的增强层视频数据的DC DCT系数上。
图4描绘了根据本发明的另一个实施例的视频压缩和储存系统200。系统200类似于图1中描绘的系统100，并且相似元件采用相同的参考标号。在该实施例中，衰减器202包括一加权装置204和一衰减器206。和图1中一样，分层编码器102产生储存在存储装置104中的基础层视频流和增强层视频流。当用户或控制系统105选择缩减一增强层，该选中的增强层由存储装置104中读出，并由可变长度解码器106部分解码。衰减器202在解码后的增强层的DCT系数上执行加权步骤和量化步骤。该加权步骤的执行是在DCT系数块上乘以一个8*8的加权矩阵，每个DCT系数因此被乘以一个该矩阵中的加权向量。乘法的结果被圆整为一最接近的整数，其中加权矩阵充满了振幅在0到1之间的数值，例如，设置为接近1的低频值和接近0的高频值的不规则值，或规则值以使8*8DCT块中的所有系数均匀的衰减。换句话说，高频系数比低频系数衰减的更厉害。由用于产生量化DCT系数的量化向量划分加权后的DCT系数以将加权后的DCT系数量化。量化后的DCT系数由可变长度编码器110重新编码并储存在存储装置104中。在该实施例中，当增强层的比特率降低时，会出现错误传送，并且减缩后的增强层的编码效率也会降低。
应当注意的是，以上提到的实施例说明并不限定该发明，本领域的技术人员可以在不背离所附权利要求范围的基础上设计出多种可替换的实施例。在权利要求中，括号内的任何参考标记也不是对权利要求的限定。“包括”一词并没有排除权利要求未列出的其他元件或步骤的出现。本发明可通过具有特定组件的硬件装置实施，也可以由具有合适程序的计算器装置实施。在列举了多个装置的设备权利要求中，个别装置可以具体化也可以是同类的硬件。事实上，相互不同的从属权利要求中列举的特定措施并不表明这些措施组合的使用不具备优越性。

Claims (18)

1.一种用于在一存储装置中的分层视频数据提供弹性存储的方法，包括如下步骤：
从所述存储装置中读取出已存储的增强层视频数据；
至少部分解码该增强层视频数据；
衰减该解码后的增强层视频数据；
对衰减后的增强层视频数据进行编码；
将编码后的衰减后视频数据储存在所述存储装置中。
2.如权利要求1所述的方法，其中，衰减操作降低视频数据的比特率。
3.如权利要求1所述的方法，其中，解码后的增强层视频数据的DCT系数被衰减。
4.如权利要求3所述的方法，其中，通过一预设常数值衰减DCT系数。
5.如权利要求3所述的方法，其中，DCT系数以非线性方式衰减。
6.如权利要求4所述的方法，其中，每个DCT系数被乘以一加权矩阵中的加权因数。
7.如权利要求6所述的方法，其中，高频系数比低频系数衰减的更大。
8.如权利要求6所述的方法，其中，在重新编码之前，通过使用量化系数划分加权后的DCT系数，以量化该加权后的DCT系数。
9.如权利要求1所述的方法，还包括下列步骤：
在衰减步骤之前将DC补偿值从解码后的增强层视频数据的DC DCT系数中去除；
在编码步骤之前将DC补偿值加回到衰减后的增强层视频数据的DC DCT系数上。
10.一种为储存在存储装置中的分层视频数据提供弹性存储的设备，包括：
用于从所述存储装置中读出增强层视频数据的装置；
用于至少对增强层视频数据进行部分解码的解码装置；
用于对解码后的增强层视频数据进行衰减的衰减装置；
用于对衰减后的增强层视频数据进行编码的编码装置；
用于将编码后的衰减视频数据存入所述存储装置中的装置。
11.如权利要求10所述的设备，其中，衰减操作降低视频数据的比特率。
12.如权利要求10所述的设备，其中，解码后的增强层视频数据的DCT系数被衰减。
13.如权利要求12所述的设备，其中，通过一预设常数值衰减DCT系数。
14.如权利要求12所述的设备，其中，DCT系数以非线性方式衰减。
15.如权利要求13所述的设备，还包括：
加权装置，用于为每个系数乘上一加权矩阵中的加权因数。
16.如权利要求10所述的设备，其中，高频系数比低频系数衰减的更大。
17.如权利要求15所述的设备，还包括：
量化器，用于在重新编码之前，通过使用量化系数划分加权后的DCT系数，以量化该加权后的DCT系数。
18.如权利要求10所述的设备，还包括：
用于在衰减步骤之前将DC补偿值从解码后的增强层视频数据的DC DCT系数中去除的装置；
用于在编码步骤之前将DC补偿值加回到衰减后的增强层视频数据的DCDCT系数上的装置。
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