CN1973548B - 用于选择性地转换输入信号的代码的设备和方法 - Google Patents

用于选择性地转换输入信号的代码的设备和方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种设备，进一步涉及对应的方法和媒体播放器系统，该设备包括处理装置(18)，其用于监测输入信号(20)从而标识具有高于预定阈值(TH)的比特率的所述输入信号(20)的部分(22)；代码转换模块，其用于转换所述部分(22)的代码从而把它们的比特率降低到所述阈值(TH)之下。

Description

用于选择性地转换输入信号的代码的设备和方法
技术领域
本发明涉及用于选择性地转换数字信号的代码的系统和方法，该代码转换应用在例如能够接收具有较宽编码比特率范围的数字内容的消费电子设备中。
背景技术
随着数字视频产品和服务的出现，数字视频信号正变得无所不在，并且在市场上引起更多的关注。由于在数字信号存储容量中和在网络中的限制以及广播带宽的限制，数字视频信号的压缩对于视频信号的存储和传输已经变得极为重要。因此，颁布了许多用于数字视频信号压缩和编码的标准，包括用于视频编码的MPEG、MPEG-1和MPEG-2标准。这些标准规定了编码数字视频信号的构成和这样的信号如何解码以呈现给观众。不过，至于如何将数字视频信号由原本的未压缩格式变换为规定的编码格式仍为重要的自行决定。因此，当前存在着许多不同的数字视频信号编码器，并且许多方法用以在实现变化的压缩度的情况下编码数字视频信号。
代码转换在此理解为表示把具有给定比特率的数据流(例如视频流)转换为另一具有不同比特率的数据流的操作。本发明特别适合于转换遵照MPEG标准的数据流的代码(其中，“MPEG”是“运动图像专家组(Moving Picture Experts Group)”的首字母缩写词，其为国际标准化组织(ISO)的一组专家于1990年制定的，并且国际标准化组织已经采纳该标准用于传输和/或存储动画图像，该标准已经由ISO在众多文件中公布)。
代码转换可以出现在第一个信号传输系统与第二个信号传输系统接口的位置中。
在第一个例子中，若9M比特/秒的输入MPEG压缩视频信号(诸如卫星传输信号)必须在经由的具有受限带宽容量的通信信道的电缆始端被延时，则电缆始端将转换该输入信号为适合所述受限带宽的较低比特率(例如5M比特/秒)的代码。
在第二个例子中，若按照数字视频广播(DVD)广播的输入MPEG压缩视频信号(即视频信号可能超过10M比特/秒)必须存档在DVD(数字化视频光盘)上，即存档在限制到9.8M比特/秒的最大视频比特率的介质上，则该输入信号必须转换为适合所述受限带宽的较低比特率的代码。
代码转换在时间和处理器占用方面代价较高，因为全部输入信号基本上首先要解码，并且之后要全部重编码以实现所需的比特率。可替换地，输入信号能够以对有差异像素的块执行该处理而不是对像素的解码块执行该处理的形式部分地转换代码，但是这样的处理依然应用于全部输入信号，而后还会导致昂贵的解决方案。
发明内容
本发明的目标是提供改进的用于选择性地转换输入数字信号的代码的设备和方法，其中执行这样的代码转换花费的时间和因此所需的处理器占用相对于现有技术设备都降低了。
根据本发明的用于选择地转换输入信号的代码的设备包括：
处理装置，用于监测所述输入信号，以便标识具有高于预定阈值的比特率的所述输入信号的部分，
代码转换模块，用于选择性地转换所述标识的部分的代码，以便把所述标识的部分的比特率降低到所述阈值以下。
根据本发明的用于选择地转换输入信号的代码的方法包括以下步骤：
监测输入信号，以便标识具有高于预定阈值的比特率的所述输入信号的部分，
转换所述部分的代码，以便把所述部分的比特率降低到所述阈值以下。
由于代码转换仅应用于标识的部分，本设备不仅只需要有限的处理装置，而且还执行得较快。
本发明的这些和其他方面从在此阐述的实施例来说将是显而易见的，并且将参照在此阐述的实施例加以阐明。
附图说明
现在将仅以举例的方式并且参照附图阐述本发明的实施例，其中：
图1为根据本发明典型实施例公知的示意性的代码转换布置，
图2为图解说明用于标识具有高于某预定阈值的比特率的MPEG视频流的部分的布置的示意框图，
图3示意性图解说明了作为图2布置的结果得到的视频文件，
图4示意性图解说明了降低具有太高比特率的视频文件部分的比特率的过程，
图5为图解说明用于图4过程中从而相对于最大允许比特率优化视频质量的迭代二元搜索方法的示意流程图。
具体实施方式
图1图示了至少包括误差解码步骤101的公知代码转换布置，该误差解码步骤用于从当前输入编码视频信号103产生解码数据信号102。由于仅包含在所述输入信号中的减少了许多的数据类型被解码，所以该误差解码步骤101执行输入视频信号103的部分解码。该步骤包括由包含在信号103中的至少DCT系数和运动矢量的可变长度解码(VLD)(其由参考数码104所表示)。该步骤由用于获得解码DCT系数105和运动矢量106的熵解码(例如，借助包含霍夫曼码的逆向查找表)所组成。与所述步骤104相连，由107所表示的逆量化(IQ)针对所述解码系数105来执行以用于产生所述解码数据信号102。逆量化107主要由将所述DCT解码系数105与所述输入信号103的量化因子相乘所组成。大多数情况下，因为所述量化因子可以从一个宏块变化到另一个宏块，所以该逆量化107在宏块级别执行。解码信号102在频率域内包含数据。
该代码转换布置还包括重编码步骤108，其用于产生对应于由所述输入视频信号103转换代码得到的信号的输出视频信号109。该视频信号109指定为基础视频信号。信号109像输入信号103一样符合MPEG-2视频标准。所述重编码108作用于中间数据信号110，该中间数据信号借助相加子步骤111由所述解码数据信号102与更改的运动补偿信号112相加来得到。所述重编码步骤108串联地包括由113所表示的量化。该量化113由借助新量化因子Q分离出信号110中的DCT系数所组成，其用于产生量化DCT系数114。这样的新量化因子具有由所述输入编码视频信号103的代码转换来执行更改的特征，例如，因为比用于步骤107的更大的量化因子可能导致所述输入编码视频信号103的比特率降低。与所述量化113串联，由115所表示的可变长度编码(VLC)施加在所述系数114上用于获得熵编码DCT系数116。类似于VLD处理，VLC处理由用于给各个系数114定义霍夫曼码的查找表所组成。随后，系数116及运动矢量106(未图示出)累积在由117所表示的缓冲器(BUF)中，用于构成由所述基础视频信号109承载的代码转换帧。
该布置还包括重构步骤118，其用于产生所述基础视频信号109的编码误差119(在频率域中)。该重构步骤允许由量化113引入的编码误差的量化。为了避免在基础视频信号109中从帧到帧的质量漂移，这样的当前代码转换视频帧的编码误差在运动补偿步骤期间被考虑用于下一个视频帧的代码转换。所述编码误差119借助表示为120的逆量化(IQ)来重构，并且在信号114上执行得到信号121。相减子步骤122随后在信号110和121之间执行，得到DCT域中(即频率域中)的所述编码误差119。这样的编码误差119对应于所述输入编码视频信号103与基础视频信号109之间的差别。频率域中的所述编码误差119通过表示为123的逆离散余弦变换(IDCT)，用于产生相应的像素域中的编码误差124。
该布置还包括运动补偿子步骤126，其用于从存储于由125所表示的存储器(MEM)的编码误差和相对于由信号109承载的前一个代码转换视频帧来产生所述运动补偿信号112。存储器125至少包括两个子存储器：第一个存储器专门用于存储相对于正在代码转换的视频帧的修改编码误差124，第二个存储器专门用于存储相对于前一个代码转换的视频帧的修改编码误差124。首先，运动补偿128(COMP)在预测步骤中依靠被信号127可存取的所述第二个子存储器的内容来执行。该预测步骤由从所述存储的编码误差127计算出预测信号129所组成。该预测信号(亦称作运动补偿信号)对应于所述存储设备125中存储的信号部分，该存储设备由相对于正在代码转换的输入视频信号102的部分的运动矢量106来指示。如所属领域的技术人员所公知，所述预测通常在MB级别(其表示对于由信号102承载的各个输入MB)来执行，预测MB被确定并且进一步由DCT域中的相加子步骤111加到用于衰减从帧到帧的质量漂移的所述输入MB中。当运动补偿信号129在像素域中时，其通过DCT步骤130，用于在DCT域中产生所述运动补偿信号112。
依照本发明，在代码转换步骤之前，监测输入信号从而标识具有高于预定阈值的比特率的所述输入信号的部分。因此，仅所述部分才转换为较低比特率的代码。为此，实现根据图1所示布置的代码转换模块可以有利于应用。
例如，若DVB信号必须存档在DVD介质上，则所述阈值设置到所述DVD介质允许的最大带宽，即9.8M比特/秒。
有利地，为了方便被标识为具有高于所述阈值的比特率的部分的代码转换，所述部分由GOP(图像组)的帧内编码图像(即参照前面或后面的图像无需编码的图像)开始，并且由对应于GOP最后图像的图像结束。
说明书附图的图2示意性地图解说明了用于标识具有太高比特率(即高于由(多个)输入设备确定的某预定阈值)的MPEG视频流的部分的布置。
输入信号由天线或卫星电缆10接收并且通过调谐器12到达输出MPEG视频流输入的解复用设备14。这样，该混合的视频数据的全部输入到存储设备16。此外，视频数据通过局部比特率检测器18，该检测器产生指示具有太高比特率的视频数据的部分的指针。要了解，这样的部分趋于合计只是全部视频信号的百分之几。
说明书附图的图3示意性地图解说明了视频信号20，所述视频信号既包括具有太高比特率(即其比特率高于阈值)的部分22，也包括具有适合比特率(即其比特率低于阈值)的部分24。
此外，参考说明书附图的图4，输入MPEG视频流20(包括指示具有太高比特率的部分24的指针)被读取，并且高比特率部分24由此迭代地重编码(即代码转换)从而产生其比特率永久地高于比特率阈值的输出信号。
参考说明书附图的图5，以流程图的形式示意性图解说明用于迭代地转换高比特率部分的代码的典型的过程
若使用如图1所示的代码转换布置，高比特率部分以作用于称为113的量化块的量化因子Q的形式被转换代码。
首先，通过设置初始低量化因子low_Q和初始高量化因子up_Q，这两个值相加再除以2来确定当前量化因子cur_Q。然后，高比特率部分以该当前量化因子cur_Q进行转换代码。
代码转换区域的比特率于是被确定。
若视频流代码转换区域的混合比特率太高(相对于预定的比特率阈值TH)，则低量化因子low_Q设置为当前量化因子cur_Q的值，高量化因子up_Q保持不变，计算出新的(较高的)当前量化因子cur_Q并且使用该新的当前量化因子cur_Q重复代码转换过程。
反之，若视频流代码转换区域的比特率确定得太低(相对于预定的比特率阈值TH)，则高量化因子up_Q设置为当前量化因子cur_Q的值，低量化因子low_Q保持不变，计算出新的(较低的)当前量化因子cur_Q并且使用该新的当前量化因子cur_Q重复代码转换过程。重复该过程直至代码转换区域的混合比特率确定得既不高也不低。
为了避免比特率与预定的比特率阈值TH相比变得太低，可以决定只要比特率低于所述阈值TH的百分之几就认为该比特率太低。
有数种用于确定诸如MPEG视频流的输入数字信号比特率的适合方法。例如，可以确定在时间周期Δt内到达FIFO(先进先出)缓冲器的输入比特数。可替换地，通过针对图像组(GOP)头部研究基本流(即视频流)得到简单的估计。GOP具有固定个数的固定持续时间视频帧的结构。在MPEG流内，还有基于能够用于定时信息研究的时钟参考的时间基准。还能够测量构成GOP的固定大小的包的数目。因此，能够得到时间和数据的大小，从中能够估计出比特率。其他适合的方法对所属技术领域的专业人员来说将是显而易见的。
因此，根据本发明典型实施例的系统安排并且配置成在记录期间(例如，在DVD存档应用的情况下)监测输入数字信号，并且标识发现的较高比特率的区域。这能够分类为额外特性指针信息。这样的信息对于代码转换器来说是非常宝贵的，它能够立即限制需要执行的处理工作量，因为仅具有高于某预定阈值(由输入数字信号要被记录到的设备的最大比特容量来设置)的比特率的流才需要转换代码。因此，代码转换仅被执行以降低仅在这些检测到的短暂区域中的输入比特率(如，若涉及DVD存档应用则低于9.8M比特/秒)。
参考以上的DVD存档背景中的实验测量表明，少于5％的时间的比特率能够认作较高。这样的系统应能够以(至少)20倍的实时率执行代码转换并且具有少于20倍的处理器占用。本发明的方法和系统用于格式转换或快速存档功能性一般较理想，并且本发明的方法和系统并不限于在此引用的DVD存档应用。
本设备和方法可以有利地在代码转换器或媒体播放器系统中实现，该媒体播放器系统诸如具有快速存档功能性的DVD+RW/HDD组合记录器、能够进行格式转换的网络HDD记录器和通常的允许数据输入的存储设备。
本发明可以借助硬件(诸如连接存储器的信号处理器)实现，该存储器用于存储实现根据本发明原理的各种步骤的代码指令
应注意，所述提及的实施例图解说明而不是限制本发明，并且所属领域的技术人员无需脱离如所附权利要求所定义的本发明的范围就能够设计出许多替换实施例。在权利要求书中，任何置于括号中的参考标记不应解释为对权力要求书的限制。“包括”和“包含”等词语并不排除出现除总体上在任何权力要求或说明书中列出那些之外的元素和步骤。元素的单一引用不排除这样元素的复数引用，反之亦然。
仅凭某项措施在相互不同的从属权利要求中陈述的事实并不表明这些措施的联合不能带来益处。

Claims (8)

1.一种用于选择性地转换输入信号(20)的代码的设备，所述设备包括：
处理装置(18)，用于监测所述输入信号(20)，以便标识具有高于预定阈值的比特率的所述输入信号(20)的部分(22)，
代码转换模块，用于选择性地转换所述标识的部分(22)的代码，以便将所述标识的部分的比特率降低到所述阈值以下。
2.根据权利要求1的设备，其中每个所述标识的部分(22)开始于图像组的帧内编码图像，并且结束于对应于图像组中的最后图像的图像。
3.根据权利要求2的设备，其中通过研究图像组头部的基本流来估计所述输入数字信号(20)的部分的比特率。
4.根据权利要求1的设备，还包括缓冲器，并且其中确定在时间周期内至所述缓冲器的输入比特数。
5.根据权利要求1的设备，其中所述代码转换模块包括施加于所述部分(22)的迭代处理装置。
6.根据权利要求1的设备，其中所述代码转换模块包括用于量化构成所述部分(22)的DCT系数的量化块。
7.一种用于选择性地转换输入信号(20)的代码的方法，所述方法包括以下步骤：
监测输入信号(20)，以便标识具有高于预定阈值的比特率的所述输入信号(20)的部分(22)，
转换所述部分(22)的代码，以便将所述部分的比特率降低到所述阈值以下。
8.一种媒体播放器系统，包括如权利要求1所述的设备。
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