DE69535553T2

DE69535553T2 - Videokompression

Info

Publication number: DE69535553T2
Application number: DE69535553T
Authority: DE
Inventors: Michael James Petersfield KNEE; Bruce Fairbairn Chiddingford DEVLIN; Nicholas Dominic Brighton WELLS
Original assignee: British Broadcasting Corp; Snell and Wilcox Ltd
Current assignee: British Broadcasting Corp; Snell Advanced Media Ltd
Priority date: 1994-06-17
Filing date: 1995-06-19
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2015-06-20
Also published as: CA2193109C; US6285716B1; WO1995035628A1; JPH10503895A; DE69529579D1; EP0845908A2; AU2744095A; CA2193109A1; EP0765576B1; EP0845908A3; US6625221B2; US20010031009A1; EP0765576A1; EP0845908B1; ATE369700T1; DE69535553D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Videokompression.
In einem wichtigen Beispiel betrifft die vorliegende Erfindung MPEG-2, das ein aufkommender Standard für die digitale Kompression von Videosignalen ist. Wie wohl bekannt ist, ist MPEG-2 eine Weiterentwicklung von MPEG-1, das auf Speicheranwendungen mit niedriger Bitrate wie z. B. CD-ROM gerichtet war und keine Verschachtelungsfähigkeit hatte. Ohne Festlegen der Weise, in der ein Videosignal codiert wird, definiert MPEG-2 eine Bitstromsyntax und einen Satz von Regeln für einen Decodierer, um das Bild zu regenerieren.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in bestimmten ihrer Formen besteht darin, verbesserte Codierer und Decodierer für MPEG-2 oder eine andere Kompression zu schaffen.
In bestimmten ihrer Aspekte betrifft diese Erfindung insbesondere eher die Leistung einer Signalübertragungskette als die Leistung eines einzelnen Kompressionscodierers oder -decodierers oder tatsächlich eines Übertragungscodierer- und -decodiererpaars (Codec).
In einer Signalübertragungskette könnten mehrere Codecs in Kaskade geschaltet sein, wobei ein Umschalten, erneutes Multiplexieren oder andere Verarbeitungsoperationen zwischen jedem Codec durchgeführt werden. Außerdem kann der Start (oder tatsächlich irgendein Zwischenpunkt der Kette) eine gewisse Vorverarbeitung wie z. B. Rauschverringerung beinhalten und das Ende der Kette (oder wieder ein Zwischenpunkt) kann eine gewisse Nachverarbeitung wie z. B. Anzeigeumsetzung beinhalten.
In einer herkömmlichen Signalkette arbeitet jedes Codecpaar isoliert von anderen Codecs und von den zwischenliegenden Signalprozessen. Dies kann zu einer Ineffizienz und einem Verlust an Leistung führen; Ineffizienz, da jeder Codierer gezwungen ist, alle seine Codierparameter wie z. B. Bewegungsvektoren neu zu berechnen, und Verlust an Leistung, da Beeinträchtigungen, die an einem früheren Punkt in der Kette eingeführt werden, unwissentlich als Bildinformationen erneut codiert werden könnten.
Es wird auf EP-A-0 492 528 hingewiesen, die eine Aufzeichnungs/Wiedergabe-Vorrichtung offenbart, bei der – zum Zeitpunkt der Aufzeichnung oder Synchronisation – ein Steuersignal, das angibt, ob eine Codierung mit hoher Effizienz verwendet wurde, zusammen mit einem Signal, das einen speziellen Wert, der bei dieser Codierung verwendet wird, angibt, übertragen wird. Es wird auch auf EP-A-0 618 734, veröffentlicht am 5.10.1994, die die Priorität vom 29.3.1993 beansprucht, hingewiesen, die den Einschluss eines Bildtypidentifikators mit einem Bildsignal vorschlägt, wenn es codiert wird und wenn es decodiert wird, so dass eine anfängliche und anschließende Codierung und Decodierung eine Funktion des enthaltenen Bildtyps ist.
Es ist eine Aufgabe einer Form der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Signalübertragungskette zu schaffen, die die Ineffizienz und den Verlust an Leistung entfernt oder verringert.
Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen dargelegt.
In einer Form der Erfindung wird das Informationsbussignal in einer Nachverarbeitungsoperation wie z. B. einer Anzeigeaufwärtsumsetzung verwendet. Ebenso wird in einigen Anordnungen gemäß der Erfindung ein Informationsbussignal in einer Vorverarbeitungsoperation wie z. B. einer bewegungskompensierten Rauschverringerung erzeugt. Innerhalb einer Signalverarbeitungskette kann das Informationsbussignal außerdem innerhalb anderer Signalprozesse als der Codierung/Decodierung eine Unterstützung sein, wobei ein Beispiel hier eine bewegungskompensierte Standardumsetzung ist.
Diese Erfindung ist nicht auf irgendeine spezielle Kompressionstechnologie eingeschränkt, sondern MPEG-2 wird als Beispiel genommen. Es ist innerhalb MPEG-2 bekannt, dass ein komprimiertes oder codiertes Bildsignal innerhalb eines Codec-Paars nützlicherweise von Seitenketteninformationen begleitet wird. Diese Seitenketteninformationen können zu Informationen ähnlich sein, die die vorliegende Erfindung mit dem Informationsbussignal liefert. Tatsächlich ist es zweckmäßig, das Informationsbussignal aus der Seitenkette zu erzeugen. Es sollte jedoch betont werden, dass die Erfindung etwas von dem, was vorher unter MPEG-2 vorgeschlagen wurde, sehr verschiedenes schafft. Die Existenz einer Seitenkette innerhalb eines Codec-Paars kann die Ineffizienz und den Verlust an Leistung, der als zwischen einem Codec-Paar und einem anderen in einer vollständigen Signalübertragungskette entstehend beschrieben wurde, nicht beheben. Gemäß einem Beispiel der vorliegenden Erfindung ist es die Ausgabe eines Decodierers (gewöhnlich ein Bildsignal mit voller Bandbreite, jedoch manchmal ein teilweise decodiertes Signal), das von einem Informationsbussignal begleitet wird, so dass die anschließende Codierung oder andere Verarbeitung in späteren Abschnitten der Übertragungskette von den Informationen über die frühere Codierung Gebrauch machen kann.
Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben, in denen:
1 ein Blockdiagramm einer erläuternden Bildsignal-Übertragungskette ist;
2 ein Blockdiagramm eines Informationsbussignalgenerators ist;
3 ein Blockdiagramm ist, das bestimmte Komponenten der in 2 gezeigten Schaltung genauer darstellt;
4 ein Blockdiagramm einer Informationsbussignalschnittstelle ist;
5 ein Blockdiagramm eines Informationsbussignalabsenders ist;
6 ein Blockdiagramm einer Informationsbussignal-Einfügungseinrichtung ist;
7 ein Blockdiagramm eines Informationsbussignal-Interpretierers ist;
8 ein Blockdiagramm eines Informationsbussignal-Codierers ist;
9 ein Blockdiagramm eines Bitratenumsetzers ist; und
10 ein Blockdiagramm eines SNR-Ebenen-Kombinators ist.
1 zeigt eine erläuternde Signalübertragungskette mit vier Kompressionscodierern und drei Decodierern, von denen einige das Informationsbussignal beinhalten, zusammen mit einer gewissen zwischenliegenden Verarbeitung. Ein Bildsig nal P bildet das Eingangssignal in einen Vorprozessor 10, der eine Funktion wie z. B. bewegungskompensierte Rauschverringerung durchführt. Das Ausgangssignal des Vorprozessors ist ein Bildsignal P und ein Informationsbussignal IB, die zusammen das Eingangssignal in einen ersten Kompressionscodierer 12 bilden. Das Informationsbussignal enthält Informationen, die den Codierungsprozess unterstützen könnten, wie z. B. empfohlene Bewegungsvektoren oder die Identifikation von Material mit Film- oder Videoursprüngen und für Film die Erfassung der Phase der 3:2-Fortschaltungs-Fernsehfilmsequenz. Innerhalb des Codierers 12 kann das Informationsbussignal als interner Pfad für Codierungsentscheidungen verwendet werden, so dass es durch die eigenen Entscheidungsprozesse des Codierers wie z. B. Codierungsmodusauswahl und Ratensteuerung modifiziert werden kann. Schließlich enthält das Informationsbussignal alle Seiteninformationen, die neben den DCT-Koeffizienten in einem herkömmlichen MPEG-2-Bitstrom gesandt werden.
Der Pfad zwischen dem Codierer 12 und dem Decodierer 14 ist ein codiertes Bildsignal CP in Form eines unmodifizierten Bitstroms, der aus den DCT-Koeffizienten und den Seiteninformationen besteht. Der Decodierer 14 ist ein Teildecodierer, was bedeutet, dass sein Hauptausgangssignal CP* kein vollständig decodiertes Bildsignal ist, sondern ein zu einer gewissen Zwischenstufe decodiertes Signal, hier beispielsweise DCT-Koeffizienten. Die Verwendung einer solchen Zwischendomäne ist vorstehend erwähnt und wird nachstehend genauer beschrieben. Das zweite Ausgangssignal aus dem Teildecodierer 14 ist ein Informationsbussignal IB, das aus den vom übertragenen Bitstrom decodierten Seiteninformationen besteht. Wie im Codierer 12 kann das Informationsbussignal außerdem innerhalb des Decodierers als interner Pfad verwendet werden, durch den Seiteninformationen über den ganzen Teildecodierungsprozess übermittelt werden.
In diesem Beispiel werden die Ausgaben des Informationsbussignals IB und des teilweise decodierten Bildes CP* des Decodierers 14 einem Informationsbussignal-Prozessor 16 zugeführt, der auch äquivalente Eingangssignale von einem zweiten Teildecodierer 18 empfängt, der mit einem zweiten Codierer 20 verbunden ist. Die Funktion des Informationsbussignal-Prozessors besteht darin, die zwei teilweise decodierten Bildsignale CP* in gewisser Weise zu kombinieren, wobei er dabei von den zwei Informationsbussignal-Bitströmen IB vorteilhaften Gebrauch macht, und eine neue Informationsbussignal-Ausgabe IB neben der kombinierten teilweise decodierten Bildsignalausgabe CP* zu erzeugen. Der Informationsbussignal-Prozessor könnte beispielsweise einen intelligenten Schalter umfassen, der Informationen über die momentanen Bitraten und Bildgruppen-Strukturen (GOP-Strukturen), die in den zwei vorherigen Codecs verwendet werden, nimmt und sie verwendet, um Artefakte zu minimieren und die Codierungseffizienz in dem anschließenden Teilcodierungsprozess im Codierer 22 zu maximieren. In diesem Beispiel kann der Codierer 22 im Wesentlichen insofern ein "unintelligenter" Teilcodierer sein, als er einfach den Codierungsentscheidungen gehorcht, die durch das Informationsbussignal zu ihm übermittelt werden.
Das codierte Ausgangssignal CP des Codierers 22 wird vom Decodierer 24 decodiert, der für dieses Beispiel ein herkömmlicher MPEG-2-Decodierer mit einem vollständig decodierten Bildausgangssignal P und keiner Informationsbussignal-Ausgabe ist. Dies stellt dar, dass es nicht erforderlich ist, eine Informationsbussignal-Verarbeitung in einer ganzen Übertragungskette zu verwenden, damit sie einen Vorteil hat. Tatsächlich kann das Informationsbussignal in Inseln zwischen den Decodierern und anschließenden Codierern existieren.
Das Ausgangssignal des Decodierers 24 wird durch eine gewisse Studioverarbeitung im Block 26, beispielsweise eine Standardumsetzung, die in diesem Beispiel nicht mit einer Informationsbussignal-Verarbeitung versehen ist, geleitet. In einer anderen Anordnung würde jedoch die Standardumsetzung von der Informationsbussignal-Verarbeitung Gebrauch machen.
Der Codierer 28 ist ein herkömmlicher Codierer, der keinen Gebrauch von einer Informationsbussignaleingabe macht (obwohl die Informationsbussignal-Verarbeitung innerhalb des Codierers als Mittel zum Steuern der einzelnen Codierungsschritte und zum Formatieren der Seiteninformationen vor dem Einfügen in den Videomultiplex vorteilhaft verwendet worden sein kann). Sein Ausgangssignal CP wird vom Decodierer 30 decodiert, der eine Informationsbussignal-Verarbeitung verwendet, aber sich von den Decodierern 14 und 18 darin unterscheidet, dass sein Hauptausgangssignal ein vollständig decodiertes Bildsignal P ist. Dieses Bildsignal und sein zugehöriges Informationsbussignal IB werden einem Nachprozessor 32 zugeführt, der eine mit der Anzeige in Beziehung stehende Funktion wie z. B. eine Halbbildraten-Aufwärtsumsetzung durchführt. Hier wird der Informationsbussignal-Bitstrom vorteilhaft verwendet, um den Nachprozessor zu unterstützen, beispielsweise indem Bewegungsvektoren bereitgestellt werden. Es wird erkannt, dass die Bewegungsvektoren selbst eine gewisse Nachverarbeitung benötigen können, um sie an die Anzeigeaufwärtsumsetzungsanwendung anzupassen. Diese Anforderung kann jedoch unter Verwendung von "wahren" Bewegungsvektoren in der Bewegungsabschätzeinrichtung des Codierers 28 minimiert werden. Damit ist gemeint, dass die "Bewegungs"-Vektoren in Kompressionsverfahren gewöhnlich bisher mit dem einzigen Ziel der Bereitstellung einer effizienten Kompression ausgewählt wurden; Vektoren, die gemäß diesem Kriterium ausgewählt werden, sind nicht notwendigerweise die genauesten zur Verfügung stehenden Maße für Bewegung. Wenn entschieden wird, "wahre" Bewegungsvektoren für die Kompressionsprozeduren zu verwenden, wird der Vorteil erhalten, dass die Bewegungsvektoren, wie erläutert, mit einer minimalen weiteren Behandlung in der Anzeigeaufwärtsumsetzung oder einem anderen hinsichtlich der Bewegung kompensierten Prozess verwendet werden können.
Nun wird ein spezielles Beispiel des physikalischen Formats des Informationsbussignals beschrieben. Im Wesentlichen ist das Informationsbussignal ein digitales Signal, das ein Bildsignal oder ein teilweise codiertes oder decodiertes Bildsignal begleitet. Es enthält zwei Teile, die zeitlich miteinander multiplexiert sein können, obwohl andere Mittel zum Kombinieren der zwei Teile nicht ausgeschlossen sind. Der erste Teil (der als Kerninformationen betrachtet werden kann) besteht aus allen Seiteninformationen, die die Kompressionscodierung oder -decodierung, typischerweise in einer Form, aus der individuelle Informationsteile leicht extrahiert werden können, steuern. In der Praxis bedeutet dies, dass die Kerninformationen in einem Codierungsformat mit fester Länge getragen werden, im Gegensatz zum codierten Bitstromformat, das eine Codierung mit variabler Länge beinhalten kann. Die Kerninformationen bestehen vorwiegend aus Bewegungsvektoren mit zusätzlichen Informationen wie z. B. der Nummer des Codiermodus, der derzeit in Gebrauch ist, und der Quantisierungsschrittgröße. Der zweite Teil besteht aus zusätzlichen Informationen, die mit der Steuerung des Codierungs- oder Decodierungsprozesses in Zusammenhang stehen, die jedoch keinen Teil des codierten Bitstroms bilden. Er umfasst beispielsweise statistische Informationen wie z. B. die Anzahl von Bits, die für das Codieren der Luminanz- und Chrominanzblöcke oder zum Codieren von Bewegungsvektoren verwendet werden. Er umfasst gewöhnlich auch Informationen hinsichtlich Fehlern zusammen mit Befehlen zur Verwendung bei der Fehlerverbergung. Kandidatenbewegungsvektoren oder empfohlene Quantisiererschrittgrößen können auch enthalten sein.
Im Fall von MPEG-2 trägt das Informationsbussignal Informationen, die sich mit verschiedenen Raten ändern: Sequenz, GOP, Bild, Scheibe und Makroblock. Es ist auch vorgesehen, dass es mit dem Bildsignal synchron gehalten wird, das für das Meiste seiner Lebensdauer innerhalb des Codec in einem Makroblock-Abtastformat mit einem Bildaustastintervall vorliegen kann. Aus diesem Grund ist eine spezielle Form des Informationsbussignals in einer Struktur mit zwei Ebenen angeordnet, wobei Sequenz-, GOP- und Bildrateninformationen im Bildaustastintervall getragen werden und Scheiben- und Makroblock-Rateninformationen in einer Struktur auf Makroblockbasis getragen werden, die mit dem Bildsignal gemeinsam getaktet wird.
Die für das Informationsbussignal erforderliche Informationsrate benötigt ein paralleles Signalformat, wenn die für das Bildsignal verwendete Taktrate beibehalten werden soll. In einem speziellen Ausführungsbeispiel wird ein vier Bit breites Signal intern verwendet. Für die externe Verwendung wird dieses Signal in ein Format umgesetzt, das mit der Luminanzkomponente eines CCIR Rec. 656 Signals kompatibel ist, so dass es zwischen den existierenden Vorrichtungen läuft. In beiden Fällen sind Makroblock- und Bildadressierungsinformationen im Format enthaften, so dass die Synchronisation mit dem Bildsignal leicht überprüft werden kann.
Das Informationsbussignal umfasst in diesem Beispiel mindestens zwei Taktsignale: ein Bildratensignal und ein Makroblockratensignal. Diese Signale werden, wie beschrieben wird, in Informationsinterpretierern und -einfügungseinrichtungen verwendet, die ausgewählte Informationsteile innerhalb des Informationsbussignals decodieren, aktualisieren oder einfügen.
Bei der Behandlung zuerst der Bildrateninformationen umfassen diese – wie erwähnt – "Wiederholungen" von Informationen, die sich auf der GOP- oder Sequenzebene ändern. Um die Verwendung durch Vorrichtungen zu erleichtern, die nur "wahre" Bildrateninformationen erfordern, können die Bildrateninformationen nützlicherweise in zwei Bursts geliefert werden, von denen das erste alle GOP- und Sequenzinformationen enthält und von Vorrichtungen ignoriert werden kann, wenn sie dies wählen. Das erste Burst der Bildrateninformationen könnte daher umfassen:
Burst I
Globale Bildrateninformationen

Neue Sequenz- und GOP-Kopfmerker
MPEG1/MPEG2-Merker
Decodierte oder "rohe" Bewegungsvektor-Merker

Sequenzrateninformationen

Horizontale und vertikale Größen
Seitenverhältnis
Vollbildrate
Farbinformationen

GOP-Raten-Informationen

Zeitcode

Das zweite Burst umfasst Bildrateninformationen, wie z. B.
Burst II
Kerninformationen

Zeitreferenz
Codiertyp
Horizontale und vertikale Anzeige-Offsets
Quantisierermatrix-Informationen

Nicht-Kern-Informationen

Bewegungsvektorquelle
Schnitterfassung
Zahlen von I-, P- und B-Vollbildern, die in der GOP bleiben
Filmphasen-Erfassung (oder 3:2-Fortschaltungs-Erfassung)
halbbild- oder vollbildartiger Index
Schwenkvektoridentifikation
Briefkastenerfassung

Beim Zuwenden zu den Makroblockrateninformationen können diese in Adresseninformationen, Kerninformationen (die Scheibenrateninformationen umfassen können) und abgeleitete oder Nicht-Kern-Informationen zerlegt werden. Beispiele sind:
Adresseninformationen

Bildadresse
Streifennummer
Position innerhalb des Streifens

Kerninformationen

Makroblocktyp
Bewegungstyp (Halbbild/Vollbild)
Bewegungsvektortypen
Bewegungsvektoren

Abgeleitete Informationen

Makroblockabtastmodus
Fehlerverbergungsmerker
Ursachen für die Verbergung
Zahlen von Bits, die verwendet werden für: Bewegungsvektoren Andere Overheads Luminanz Chrominanz
Kandidatenbewegungsvektoren

Beispiele einer Vorrichtung, die das Informationsbussignal implementiert, zusätzlich zum vorstehend angeführten Informationsbussignal-Prozessor, werden nun wieder mit speziellem Bezug auf MPEG-2 beschrieben.
Mit Bezug auf 2 ist ein Decodierer-Informationsbussignalgenerator 200 gezeigt. Kurz gesagt, mit Bezug auf eine Zeitbasis, die mit dem decodierten Bildsignal synchron ist und die von der übertragenen Taktreferenz und Zeitstempelinformationen abgeleitet wird, wird ein Bild- und Makroblockratenstrom von Tetraden (4-Bit-Worten), der die vom Bitstrom decodierten Seiteninformationen zusammen mit Makroblock-Adressierungsinformationen enthält, gemäß einer vorbestimmten festen Strukturabbildung erzeugt. Genauer erfasst ein Zeitstempeldetektor 201 Zeitstempel von einem eingehenden komprimierten MPEG-Signal.
Diese Zeitstempel werden im Vergleicher 202 mit Programmtaktreferenzen verglichen, so dass, wenn eine vorbestimmte "MPEG-Zeit" erreicht ist, eine Zeitbasis im Videozeitbasisgenerator 203 erzeugt wird und zum Taktsteuerlogikblock 204 geleitet wird. Diese Anordnung stellt effektiv eine Taktschnittstelle zwischen der Codierwelt mit variabler Länge und der Videowelt bereit.
Ein Startcodedetektor 205, der das MPEG-Signal verarbeitet, steuert das Schreiben von Informationen in entweder einen Haupt-FIFO 206, der Makroblockraten-Informationen hält und als herkömmlicher MPEG-Puffer dient, oder einen Bildrateninformations-FIFO 207. Unter der Steuerung der Taktsteuerlogik 204 verarbeitet ein Decodierer 208 mit variabler Länge das Ausgangssignal des Puffers 206, um DCT-Koeffizienten abzuleiten, die für den Rest des Decodierers auf der Leitung 209 zur Verfügung gestellt werden. Die Nicht-Koeffizienten-Daten werden zu einem Informationsbussignal-Formatierer 210 geleitet. Der Deutlichkeit halber ist der Informationsbussignal-Formatierer zusammen mit dem Decodierer 208 mit variabler Länge in 3 genauer gezeigt, auf die nun Bezug genommen wird. Der Decodierer 208 mit variabler Länge kann als Zustandsmaschine betrachtet werden und der aktuelle Zustand wird für einen Analysator 211 zur Verfügung gestellt. Dieser Analysator dient zum Ableiten der verschiedenen Arten von vorstehend beschriebenen "statistischen" Makroblockraten-Informationen, die dann zu einem Multiplexer 212 laufen. Dieser Multiplexer empfängt bestimmte Nicht-Koeffizienten-Informationen (wie z. B. Bewegungsvektoren) direkt vom Decodierer 208 mit variabler Länge. Andere Informationsteile, hauptsächlich Merker, laufen durch die Interpretationslogik 213.
Bei Rückkehr zu 2 wird die Ausgabe des Informationsbussignal-Formatierers 210 in einem FIFO 214 gepuffert, bevor sie zu einem Informationsbussignal-Ausgangsschalter 216 läuft. In einer im Allgemeinen ähnlichen Weise werden Bildrateninformationen vom FIFO 207 im Mikroprozessor 217 unter Verwendung eines RAM 218 decodiert und formatiert. Die Funktion des Informationsbussignal-Formatierers 210 wird effektiv mit der Bildrate durch die Software im Mikroprozessor 217 durchgeführt. Die Bildraten-Informationsbussignal-Informationen werden im FIFO gepuffert, bevor sie als zweites Eingangssignal zum Schalter 216 laufen.
Beim Zuwenden zu 4 ist eine Decodierer-Informationsbussignalschnittstelle gezeigt, die vom vorstehend beschriebenen Format in ein mit CCIR Rec. 656 kompatibles Format umsetzt. Dies ermöglicht eine unkomplizierte Kommunikation zwischen separaten Anlagenstücken und kann auch die Aufzeichnung auf D1-VTRs ermöglichen. Ein Informationsbussignal gemäß dieser Erfindung wird an einen Formatierungsblock 401 übergeben. Das Informationsbussignal ist typischerweise 4 Bits breit und wird mit 18 MHz getaktet. Der Formatierer liefert ein 8 Bit breites Signal, das mit 18 MHz in den FIFO 402 gelesen wird. Das Bildtaktsignal wird als Steuersignal zu einem Rec. 656 Zeitbasisblock 403 geliefert, der wiederum einen Lesetakt zum FIFO 402 liefert. In dieser Weise wird ein Rec. 656 Informationsbussignal ausgegeben.
Eine Codierer-Informationsbussignalschnittstelle setzt vom mit CCIR Rec. 656 kompatiblen Format in das interne Format mit Tetradenbreite in analoger Weise um.
Ein Informationsbussignalabsender ist in 5 dargestellt. Dieser verwendet eine Bildsignal-Zeitbasis des Codierers, um ein "leeres" Informationsbussignal mit Tetradenbreite mit Makroblockadressierungsinformationen, jedoch mit ungebundenen Informationsschlitzen zu erzeugen. Folglich wird das Bildtaktsignal als Eingabe in einen Zähler 501 genommen, der Adresseninformationen zu einem ROM 502 liefert, der in sich ein "leeres" Informationsbussignal für ein ganzes Bild gespeichert hat.
Mit Bezug auf 6 ist eine Informationseinfügungseinrichtung gezeigt, die zum Nehmen eines speziellen Informationsteils und Einfügen desselben in den geeigneten Schlitz im Informationsbussignalformat dient. Diese kann arbeiten, um ein leeres Informationsbussignal zu "füllen", wie vorstehend beschrieben, oder einen speziellen Informationsteil in einem existierenden und vollständig funktionierenden Informationsbussignal zu aktualisieren. Die aufgegriffene Methode besteht darin, dass der einzufügende Informationsteil in ein Register 601 geschrieben wird und der Ort dieses Informationsteils hinsichtlich Takten als ein Eingangssignal zu einem Vergleicher 602 geliefert wird. Ein Zähler 603 empfängt Bild- und Makroblocktaktsignale, wie geeignet, und liefert das zweite Eingangssignal zum Vergleicher 602. Beim korrekten Zeitschlitz steuert das Ausgangssignal des Vergleichers 602 den Schalter 604, um die Inhalte des Registers 601 in das Informationsbussignal einzufügen.
Ein Informationsinterpretierer ist erforderlich, um einen speziellen Informationsteil vom Informationsbussignal zu decodieren und ein Beispiel ist in 7 gezeigt. Bild- und Makroblocktaktsignale Psync und MBc werden zu jeweiligen Zählern 701 und 702 geführt. Die Ausgangssignale dieser Zähler werden in jeweiligen Vergleichern 703 und 704 mit der Adresse des erforderlichen Informationsteils, die im Adressenspeicher 705 gehalten wird, verglichen. Das Informationsbussignal läuft kontinuierlich durch parallele Register, von denen nur eines in der Zeichnung bei 707 gezeigt ist. Die Inhalte des geeigneten Registers werden dann als gezählte P_sync- und MB_sync-Signale ausgelesen, die mit der vorgegebenen Adresse zur Übereinstimmung gebracht sind.
8 stellt ein Beispiel eines Informationsbussignal-Codierers dar. Dieser dient am Ende einer Verarbeitung des Codierers zum Umsetzen des Informationsbussignals in eine Form, die zur Übertragung neben den Koeffizienteninformationen geeignet ist. Folglich wird das Informationsbussignal an parallele Pfade übergeben, von denen jeder einen Informationsbussignal-Interpretierer 801 enthält, wie vorher beschrieben. Dieser speist einen Codierer 802 mit variabler Länge. Die Ausgangssignale der Codierer 802 mit variabler Länge zusammen mit dem Ausgangssignal eines Codierers 804 mit variabler Länge, der die Koeffizienteninformationen verarbeitet, dienen als Eingangssignale in einen Multiplexer 803, der den erforderlichen MPEG-2-Bitstrom erzeugt.
Nun wird ein Bitratenumsetzer beschrieben. Dieser kann beispielsweise erforderlich sein, um ein MPEG-2-Signal mit 6 MBit/s in ein mit 4 MBit/s komprimiertes Signal umzusetzen. Ein Beispiel eines Bitratenumsetzers ist in 9 gezeigt. Folglich läuft ein an einem Anschluss 900 empfangenes MPEG-2-Signal durch einen Informationsbussignal-Decodierer 901, der, wie vorstehend beschrieben, einen Decodierer mit variabler Länge umfasst, der eine Informationsbussignal-Ausgabe und einen Koeffizientenstrom liefert. Der letztere wird zu einer inversen Quantisierungseinheit 902 geführt, die Informationen hinsichtlich Quantisierungspegeln zu einer ersten Informationsbussignal-Einfügungseinrichtung 903 leitet, die diese Informationen in das Informationsbussignal einfügt. Eine Quantisierungseinheit 904 arbeitet unter der Steuerung eines Mikroprozessors 905, um das Signal mit Quantisierungspegeln erneut zu quantisieren, die für die gewünschte Ausgangsbitrate geeignet sind. Das Ausgangssignal der Quantisierungseinheit läuft durch einen Codierer 905 mit variabler Länge zu einem Puffer 906, aus dem Informationen mit der gewünschten Bitrate gelesen werden können.
Die Pufferbelegung wird vom Mikroprozessor 905 überwacht, der Quantisierungspegel in der Quantisierungseinheit 904 steuert, um einen Überlauf zu vermeiden. Es kann durch den Mikroprozessor von Informationen Gebrauch gemacht werden, die vom Informationsbussignal im Interpretierer 907 genommen werden. Ebenso werden neue Quantisierungspegel, die vom Mikroprozessor ausgewählt werden, zum Informationsbussignal durch einen zweiten Informationsbussignal-Interpretierer 908 hinzugefügt. Das aktualisierte Informationsbussignal und der Koeffizientenstrom können in einem Informationsbussignal-Decodierer kombiniert werden, wie vorher beschrieben, um ein MPEG-2-Ausgangssignal zu liefern.
Nun wird ein SNR-Ebenen-Kombinator beschrieben. Dieser dient zum Umsetzen eines SNR-Profilsignals in zwei Strömen in ein Hauptprofilsignal eines einzelnen Stroms. Mit Bezug auf 10 läuft folglich die untere SNR-Ebene, die an einem Anschluss 110 empfangen wird, durch einen Puffer 112 der unteren Ebene und wird mit variabler Länge in einem VLD 114 unter Verwendung der Nachschlagetabelle 116 decodiert. Ebenso wird die Erweiterungs-SNR-Ebene, die an einem Anschluss 118 über einen Erweiterungsebenenpuffer 120 empfangen wird, in einem VLD 122 unter Verwendung der Nachschlagetabelle 124 decodiert. Es ist selbstverständlich, dass die Tabelleninhalte nicht konstant sein müssen, sondern von Satz zu Satz in Abhängigkeit von dem Bildcharakter dynamisch umgeschaltet werden können. Ein Überlauf in den Decodierungspfaden durch Veränderung der Rate, mit der codierte Informationen empfangen werden, wird durch die Puffer 112 und 120 vermieden.
Während des Decodierungsprozesses werden Informationen hinsichtlich der Effizienz und anderer Aspekte der Decodierungsprozedur einem Informationsbussignalgenerator 132 zugeführt.
Das Ausgangssignal aus dem VLD 114 der unteren Ebene läuft durch eine inverse Quantisierungseinheit 126 und eine Verzögerung 128 zu einem Addierer 130, der ebenso durch eine inverse Quantisierungseinheit 134 und eine Verzögerung 136 das Ausgangssignal aus dem Erweiterungsebenen-VLD 122 empfängt. Es ist selbstverständlich, dass die Funktion des Addierers 130 darin besteht, den ursprünglichen unquantisierten Koeffizientenstrom erneut zu erzeugen. Dieser wird dann erneut in der Quantisierungseinheit 138 unter der Steuerung eines Mikroprozessors 140 quantisiert, der Informationen vom Informationsbussignalge nerator 132 empfängt. Das Ausgangssignal aus der Quantisierungseinheit 138 wird in einem VLC 142 unter Verwendung einer Nachschlagetabelle 144 erneut codiert, wobei das Ausgangssignal durch den Ausgangspuffer 146 zu einem Hauptprofil-Ausgangsanschluss 148 läuft. Der Mikroprozessor 140 versucht, die Neuquantisierungsprozedur so zu steuern, dass der Ausgangspuffer 146 weder überläuft noch unterläuft.
Die Schaltung kann auch an jeweiligen Anschlüssen 150 und 152 die untere Koeffizientenpegel- und Erweiterungsebene für die inverse DCT und Pixelregeneration, falls erforderlich, zur Verfügung stellen.
Es ist selbstverständlich, dass die Anwendungen der Bitratenumsetzung und erneuten Kombination von SNR-Strömen in MPEG-2 lediglich als Beispiele beschrieben wurden. Alternative Beispiele der Synchronisation, erneuten Multiplexierung und der Extraktion von Codierungsinformationen wurden bereits erwähnt. Noch weitere Beispiele kommen dem Fachmann in den Sinn.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Videosignal-Übertragungskette, die wenigstens einen Kompressionscodierer (22), der ausgelegt ist, um ein Videoeingangssignal, das eine Bildrate besitzt, zu empfangen und um hieraus ein komprimiertes oder teilweise komprimiertes codiertes Signal mit Makroblöcken mit einer Makroblockrate zu erzeugen, und wenigstens einen Kompressionsdecodierer (14), der ausgelegt ist, um ein komprimiertes oder teilweise komprimiertes codiertes Signal zu empfangen und um hieraus ein decodiertes oder teilweise decodiertes Ausgangssignal zu erzeugen, umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Anordnen des Ausgangssignals des Decodierers oder des Eingangssignals des Codierers in der Weise, dass es von einem Informationsbus begleitet wird, wobei das Informationsbussignal Informationen bezüglich einer früheren Operation, die in einer späteren Signalverarbeitung verwendet werden sollen, trägt, dadurch gekennzeichnet, dass das Informationsbussignal Bildraten-Codierungsinformationen synchron mit dem nicht komprimierten Videosignal trägt und Makroblockraten-Codierungsinformationen trägt, wobei die Bildraten-Codierungsinformationen und die Makroblockraten-Codierungsinformationen in einem Prozess, der das nichtkomprimierte oder teilweise komprimierte Videosignal verarbeitet, verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Makroblockraten-Informationen, die von dem Informationsbussignal getragen werden, Bewegungsvektoren enthalten.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Makroblockraten-Informationen, die von dem Informationsbussignal getragen werden, einen Makroblocktyp enthalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Makroblockraten-Informationen, die von dem Informationsbussignal getragen werden, einen Teilbild-/Vollbild-Bewegungstyp enthalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Makroblockraten-Informationen, die von dem Informationsbussignal getragen werden, Bewegungsvektortypen enthalten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Informationsbussignal mit der Bildrate zusätzliche abgeleitete Informationen trägt, die keinen Teil des codierten Bitstroms bilden, wobei die abgeleiteten Informationen wenigstens einen Informationsteil enthalten, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Bewegungsvektorquelle; einer Schnittermittlung; einer Anzahl von in dem GOP verbleibenden I-, P- und B-Rahmen, einer Filmphasenermittlung (oder 3:2-Fortschaltungsermittlung), einem teilbildartigen oder vollbildartigen Index; einer Schwenkvektoridentifizierung; und Briefkasteninformationen besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Informationsbussignal mit der Makroblockrate zusätzliche abgeleitete Informationen trägt, die keinen Teil des codierten Bitstroms bilden, wobei die abgeleiteten Informationen wenigstens einen Informationsteil enthalten, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Makroblockabtast-Betriebsart; einem Fehlerverbergungsmerker; Ursachen für die Verbergung; einer Anzahl von pro Block verwendeten Bits; und Bewegungsvektorkandidaten besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Informationsbussignal ein Format hat, das mit einem digitalen Videostandard kompatibel ist.
Videosignal-Übertragungskette, die einen eingangsseitigen Kompressionscodierer (12), der ausgelegt ist, um ein Videosignal, das eine Bildrate besitzt, zu empfangen und um hieraus ein komprimiertes codiertes Signal mit Makroblöcken mit einer Makroblockrate zu erzeugen; einen eingangsseitigen Decodierer (14), der ausgelegt ist, um das komprimierte codierte Signal zu empfangen und um hieraus ein decodiertes Videosignal und ein Informationsbussignal zu erzeugen; und einen ausgangsseitigen Codierer (22), der von dem eingangsseitigen Decodierer durch einen Videoübertragungsweg getrennt ist und ausgelegt ist, um sowohl das decodierte Videosignal als auch das Informationsbussignal zu empfangen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Informationsbussignal Bildraten-Codierungsinformationen synchron zu dem decodierten Videosignal trägt und Makroblockraten-Codierungsinformationen trägt, wobei der ausgangsseitige Codierer (22) ausgelegt ist, um die Bildraten-Codierungsinformationen und die Makroblockraten-Codierungsinformationen in der ausgangsseitigen Codierung zu verwenden.
Signalübertragungskette nach Anspruch 9, bei der der ausgangsseitige Codierer ein unintelligenter Codierer ist, der Codierungsentscheidungen folgt, die ihm durch das Informationsbussignal zugeführt werden.
Signalübertragungskette nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, bei der die Makroblockdaten-Informationen, die von dem Informationsbussignal getragen werden, Bewegungsvektoren enthalten.
Signalübertragungskette nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei der die Makroblockraten-Informationen, die von dem Informationsbussignal getragen werden, einen Makroblocktyp enthalten.
Signalübertragungskette nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei dem die Makroblockraten-Informationen, die von dem Informationsbussignal getragen werden, einen Teilbild-/Vollbild-Bewegungstyp enthalten.
Signalübertragungskette nach einem der Ansprüche 9 bis 13, bei dem die Makroblockraten-Informationen, die von dem Informationsbussignal getragen werden, Bewegungsvektortypen enthalten.
Signalübertragungskette nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem das Informationsbussignal mit der Bildrate zusätzliche abgeleitete Informationen trägt, die keinen Teil des codierten Bitstroms bilden, wobei die abgeleiteten Informationen wenigstens einen Informationsteil enthalten, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Bewegungsvektorquelle; einer Schnittermittlung; einer Anzahl von in dem GOP verbleibenden I-, P- und B-Rahmen, einer Filmphasenermittlung (oder 3:2-Fortschaltungsermittlung), einem teilbildartigen oder vollbildartigen Index; einer Schwenkvektoridentifizierung; und Briefkasteninformationen besteht.
Signalübertragungskette nach einem der Ansprüche 9 bis 15, bei dem das Informationsbussignal mit der Makroblockrate zusätzliche abgeleitete Informationen trägt, die keinen Teil des codierten Bitstroms bilden, wobei die abgeleiteten Informationen wenigstens einen Informationsteil enthalten, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Makroblockabtast-Betriebsart; einem Fehlerverbergungsmerker; Ursachen für die Verbergung; einer Anzahl von pro Block verwendeten Bits; und Bewegungsvektorkandidaten besteht.
Signalübertragungskette nach einem der Ansprüche 9 bis 16, bei dem das Informationsbussignal ein Format hat, das mit einem digitalen Videostandard kompatibel ist.
Videoprozessor (14), der einen Videoausgang besitzt und einen Informationsbussignal-Generator enthält, der ausgelegt ist, um synchron zu dem Videosignalausgang ein Informationsbussignal zu erzeugen, das eine Bildrate und eine Makroblockrate besitzt und das mit der Bildrate Bildraten-Informationen trägt, um einen späteren Codierungsprozess an dem Ausgangsvideosignal zu unterstützen, und mit der Makroblockrate Makroblockraten-Informationen trägt, um einen späteren Codierungsprozess an dem Ausgangsvideosignal zu unterstützen.
Prozessor nach Anspruch 18, der einen Videokompressionsdecodierer mit einem Eingang für komprimierte Videosignale umfasst, der einen Decodierungsprozess ausführt, um das Videoausgangssignal zu erzeugen, wobei das Informationsbussignal Bildraten-Codierungsinformationen und Makroblockraten-Codierungsinformationen, die in dem Deodierungsprozess abgeleitet werden, trägt.
Prozessor nach Anspruch 19, bei dem der Informationsbussignal-Generator Zeitstempelansteuerungs-Zeitgebermittel; einen Makroblockraten-Informations-Puffer; einen Decodierer für variable Länge, der an dem Pufferausgangssignal arbeitet, um Koeffizienten- und Nichtkoeffizienten-Ströme abzuleiten; Mittel zum Formatieren des Nichtkoeffizienten-Stroms, um eine erste Informationsbuskomponente zu schaffen; Mittel zum Überwachen des Zustands des Decodierers für variable Länge, um eine zweite Informationsbuskomponente zu schaffen, und Mittel zum Kombinieren der ersten und der zweiten Informationsbuskomponente, um ein Informationsbussignal zu schaffen, umfasst.
Prozessor nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem die Makroblockraten-Informationen empfohlene Bewegungsvektoren enthalten.
Videoprozessor (22), der einen Videoeingang besitzt und einen Informationsbussignal-Decodierer enthält, der ausgelegt ist, um synchron mit einem Videoeingangssignal ein Informationsbussignal zu empfangen, das Bildraten-Codierungsinformationen und Makroblockraten-Codierungsinformationen trägt, wobei der Prozessor ausgelegt ist, um die Bildraten-Codierungsinformationen und die Makroblockraten-Codierungsinformationen bei der Verarbeitung des Videoeingangssignals zu verwenden.
Prozessor nach Anspruch 22, der einen Videokompressionscodierer enthält, der ausgelegt ist, um die Bildraten-Codierungsinformationen und die Makroblockraten-Codierungsinformationen bei der Codierung des Videoeingangssignals zu verwenden.
Informationsbussignal, das ein digitales Videosignal begleitet, wobei das Informationsbussignal eine Bildrate, die zu jener des digitalen Videosignals synchron ist, besitzt und mit dem Bildratentakt Bildraten-Codierungsinformationen trägt und mit dem Makroblockraten-Takt Makroblockraten-Codierungsinformationen trägt, wobei die Bildraten-Codierungsinformationen und die Makroblockraten-Codierungsinformationen für die Verwendung in einem Prozess, der an dem digitalen Videosignal ausgeführt wird, vorgesehen sind.
Informationsbussignal nach Anspruch 24, bei dem die Bildraten-Codierungsinformationen und die Makroblockraten-Codierungsinformationen aus einer früheren Decodierungsoperation an jenem Videosignal abgeleitet werden, um in einer späteren Codierungsoperation an dem Videosignal verwendet zu werden.
Informationsbussignal nach Anspruch 24, bei dem die Bildraten-Codierungsinformationen und die Makroblockraten-Codierungsinformationen aus einer Vorverarbeitungsoperation an jenem Videosignal abgeleitet werden, um in einer späteren Codierungsoperation an dem Videosignal verwendet zu werden.
Informationsbussignal nach Anspruch 24, bei dem die Bildraten-Codierungsinformationen und die Makroblockraten-Codierungsinformationen aus einer früheren Decodierungsoperation an jenem Videosignal abgeleitet werden, um in einer Verarbeitungsoperation an dem Videosignal verwendet zu werden.
Informationsbussignal nach Anspruch 25 oder Anspruch 27, bei dem die Decodierung die MPEG-2-Decodierung ist und das Informationsbussignal den gesamten MPEG-2-Bitstrom mit Ausnahme der DCT-Koeffizienten enthält.
Informationsbussignal nach einem der Ansprüche 24 bis 28, bei dem die von dem Informationsbussignal getragenen Bildrateninformationen einen Bildcodierungstyp enthalten.
Informationsbussignal nach einem der Ansprüche 24 bis 29, bei dem die von dem Informationsbussignal getragenen Bildrateninformationen Anzeige-Offsets enthalten.
Informationsbussignal nach einem der Ansprüche 24 bis 30, bei dem die von dem Informationsbussignal getragenen Bildrateninformationen Quantisierermatrix-Informationen enthalten.
Informationsbussignal nach einem der Ansprüche 24 bis 31, bei dem die von dem Informationsbussignal getragenen Makroblockraten-Informationen Bewegungsvektoren oder einen Makroblocktyp oder einen Teilbild-/Vollbild-Bewegungstyp oder einen Bewegungsvektortyp enthalten.
Informationsbussignal nach einem der Ansprüche 24 bis 32, bei dem das Informationsbussignal mit der Bildrate zusätzliche abgeleitete Informationen trägt, die keinen Teil des codierten Bitstroms bilden, wobei die abgeleiteten Informationen wenigstens einen Informationsteil enthalten, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Bewegungsvektorquelle; einer Schnittermittlung; einer Anzahl von in dem GOP verbleibenden I-, P- und B-Rahmen, einer Filmphasenermittlung (oder 3:2-Fortschaltungsermittlung), einem teilbildartigen oder vollbildartigen Index; einer Schwenkvektoridentifizierung; und Briefkasteninformationen besteht.
Informationsbussignal nach einem der Ansprüche 24 bis 33, bei dem das Informationsbussignal mit der Makroblockrate zusätzliche abgeleitete Informationen trägt, die keinen Teil des codierten Bitstroms bilden, wobei die abgeleiteten Informationen wenigstens einen Informationsteil enthalten, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer Makroblockabtast-Betriebsart; einem Fehlerverbergungsmerker; Ursachen für die Verbergung; einer Anzahl von pro Block verwendeten Bits; und Bewegungsvektorkandidaten besteht.
Informationsbussignal nach einem der Ansprüche 24 bis 34, wobei das Informationsbussignal ein Format hat, das mit einem digitalen Videostandard kompatibel ist.