專利名稱：彈性存儲的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻內(nèi)容的存儲。
背景技術(shù)：
視頻在一個數(shù)據(jù)流狀態(tài)下可得到不同的解析度和/或成像質(zhì)量，由此產(chǎn)生了很多種視頻應(yīng)用。達(dá)到這一目的的方法可通過所謂的可縮放性技術(shù)輕松實現(xiàn)。有三個軸存在于在可使用的一個可縮放性上。第一是在時間軸上的可縮放性，通常稱為時間的可縮放性。第二，在質(zhì)量軸上具有可縮放性(量化)，通常稱為信噪比(SNR)可縮放性或細(xì)粒度可縮放性。第三個軸是解析度軸(圖像中象素的數(shù)量)，通常稱為空間的可縮放性。在分層譯碼中，該比特流被分為兩個或更多的比特流，或?qū)?。每一層都可以被結(jié)合以形成一單獨的高質(zhì)量信號。例如，基層可以提供一低質(zhì)量的視頻信號，而提供附加信息的增強層可以增強基層的圖像。通過空間的可縮放性，基層視頻可以具有比輸入視頻序列低的解析度，在這種情況下，增強層攜帶的信息可以將基層的解析度恢復(fù)到輸入序列的水平上。
典型地，這些比例化的視頻流通過一內(nèi)容提供者或服務(wù)提供者一并儲存在存儲設(shè)備上，因此儲存的視頻內(nèi)容的質(zhì)量等級已經(jīng)由儲存之前執(zhí)行的處理過程確定了。用戶可以訪問存儲設(shè)備或存儲設(shè)備可以下載這些比例化的視頻流以在用戶設(shè)備上顯示。但是，存儲設(shè)備可能會發(fā)生存儲問題。例如，用戶可能想要記錄一段新的視頻流但是在存儲設(shè)備卻沒有足夠的空間存儲該新視頻流。在這種情況下，就需要彈性存儲。本發(fā)明提供了一種減小比特率的有效方法，而執(zhí)行該操作卻只需很少的資源。
發(fā)明概述本發(fā)明至少部分地克服了上面描述的部分缺陷，這是通過提供一種用于實現(xiàn)彈性存儲的方法和設(shè)備實現(xiàn)的通過讀取存儲設(shè)備外部的增強層并衰減增強層以降低增強層的比特率，從而在存儲設(shè)備中創(chuàng)造更多的空間。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，公開了一種在存儲裝置中彈性存儲分層視頻數(shù)據(jù)的用于提供彈性存儲的方法和裝置。所存儲的增強層視頻數(shù)據(jù)從該存儲設(shè)備中讀出。然后，該存儲的增強層視頻數(shù)據(jù)至少部分解碼或最終完全刪除。該解碼后的增強層以線性或非線性的方式衰減。該衰減后的增強層視頻數(shù)據(jù)接著再被編碼。該編碼的衰減后的視頻數(shù)據(jù)返回儲存再存儲裝置里。
本發(fā)明的這些和其他方面將結(jié)合下文描述的實施例進(jìn)行說明并會更加明了。
附圖簡述現(xiàn)在本發(fā)明將參照附圖進(jìn)行舉例說明，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的視頻壓縮系統(tǒng)的方框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的視頻壓縮系統(tǒng)的方框圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的視頻解碼器的方框圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個實施例的視頻壓縮系統(tǒng)的方框圖；發(fā)明詳述圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明一個實施例的視頻壓縮和儲存系統(tǒng)100的方框圖。該視頻壓縮和儲存系統(tǒng)100包括，結(jié)合其他特征，一分層編碼器102，一儲存裝置104，一控制系統(tǒng)105，一可變長度解碼器106，一衰減器108和一可變長度編碼器110。
圖3中描繪了一分層編碼器的說明性實例，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)為，其他分層編碼器也可用于本發(fā)明，而且本發(fā)明并不僅限于此。圖示的編碼系統(tǒng)300實現(xiàn)了分層壓縮，由此，通道的一部分用于提供低分辨率基層而余下部分用于傳輸邊緣增強信息，從而，結(jié)合該兩種信號可以將系統(tǒng)提升為高分辨率。
編碼器300包括一基本編碼器312和一增強編碼器314?；揪幋a器包括一低通濾波器和遞減采樣器320，一運動估算器322，一運動補償器324，一正交變換(例如，離散余弦變換(DCT))電路330，一量化器332，一可變長度編碼器(VLC)334，一比特率控制電路335，一反向量化器338，一反向變換電路340，選擇開關(guān)328，344，以及一內(nèi)插和遞增采樣電路350。
一輸入視頻塊316由分離器318分割，并送至基本編碼器312和增強編碼器314。在基本編碼器312中，輸入塊被輸入至低通濾波器和遞減采樣器320。低通濾波器降低視頻塊的分辨率，接著將其提供至運動估算器322。運動估算器322處理每一幀，例如I-圖像，P-圖像，或B-圖像的圖像數(shù)據(jù)。連續(xù)進(jìn)入的幀的每一個圖像按照預(yù)設(shè)方式作為I-，P-或B-圖像之一進(jìn)行處理，就像I，B，P，B，P，……，B，P序列。即，運動估算器322參照儲存在幀存儲器里的一系列圖像中的未描繪出的預(yù)設(shè)參考幀，并探測宏塊的運動向量，也就是說，該幀中16行構(gòu)成的16像素的一小塊通過宏塊與參考幀之間的結(jié)構(gòu)匹配(塊匹配)進(jìn)行編碼，其中，該參考幀是用于探測宏塊的運動向量的。
在MPEG中，具有四種預(yù)置模式，即，一內(nèi)部編碼(幀內(nèi)編碼)，一前向預(yù)編碼，一后向預(yù)編碼，和雙向預(yù)編碼。I-圖像是一種內(nèi)編碼圖像，P-圖像是一種內(nèi)編碼或前向預(yù)編碼或后向預(yù)編碼圖像，B-圖像是一種內(nèi)編碼，前向預(yù)編碼，或雙向預(yù)編碼圖像。
運動估算器322對P-圖像執(zhí)行前向預(yù)測，以探測其運動向量。此外，運動估算器322對B-圖像執(zhí)行前向預(yù)測，后向預(yù)測，和雙向預(yù)測，以探測其各自的運動向量。在一種公知的方式下，運動估算器322在幀存儲器中檢索與當(dāng)前輸入像素塊最相似的像素塊。各種檢索算法在本領(lǐng)域都是公知的。它們通常是基于估算當(dāng)前輸入塊與那些候選塊之間的平均絕對差(MAD)或均方差(MSE)的。接下來選擇具有最小MAD和MSE的候選塊作為運動補償預(yù)置塊。它與當(dāng)前輸入塊的相對位置關(guān)系就是運動向量。
根據(jù)從運動估算器322接收預(yù)置模塊和運動向量的模式，運動補償器324可以根據(jù)預(yù)置模塊和運動向量讀出儲存在幀存儲器中的已編碼的和已經(jīng)局部解碼的圖像數(shù)據(jù)，并且可以將讀出的數(shù)據(jù)作為預(yù)置圖像提供給算法單元325和選擇開關(guān)344。算法單元325同樣接收輸入塊并計算輸入塊與來自運動補償器324的預(yù)置圖像之間的差異。該差值接下來被提供到DCT電路330。
如果只有例子運動估算器322預(yù)置模塊被接收，也就是，如果預(yù)置模塊是內(nèi)編碼模式，運動補償器324可以不輸出預(yù)置圖像。在這種狀況下，算法單元325可以不執(zhí)行上述過程，但取而代之的可以直接將輸入塊輸出至DCT電路330。
DCT電路330對來自算法單元33的輸出信號執(zhí)行DCT處理，以獲得提供給量化器332的DCT系數(shù)。量化器332參照作為反饋接收的位于緩沖器(未示出)中的數(shù)據(jù)存儲量設(shè)置量化節(jié)距(量化標(biāo)度)，并利用量化節(jié)距量化來自DCT電路330的DCT系數(shù)。該量化的DCT系數(shù)，連同設(shè)置的量化節(jié)距一起，被送到VLC單元334。
VLC單元334根據(jù)由量化器332提供的量化節(jié)距將由量化器332提供的量化系數(shù)轉(zhuǎn)化為一可變長度編碼，例如赫夫曼編碼。得到的轉(zhuǎn)化后的量化系數(shù)被輸出至未畫出的一緩沖器。該量化系數(shù)和量化節(jié)距同樣也被提供至一反向量化器338，它根據(jù)量化節(jié)距將量化系數(shù)反量化，類似地轉(zhuǎn)化為DCT系數(shù)。DCT系數(shù)被提供到反向DCT單元340，它對DCT系數(shù)執(zhí)行反向DCT。獲得的反向DCT系數(shù)接著被送至算法單元348。
算法單元348接收來自反向DCT單元340的反向DCT系數(shù)，并根據(jù)選擇開關(guān)344的位置接收來自運動補償器324的數(shù)據(jù)。算法單元348將這些來自反向DCT單元340的信號(預(yù)測剩余)合并至來自運動補償器324的預(yù)置圖像以部分解碼該原始圖像。但是，如果預(yù)置模式指向內(nèi)部編碼，反向DCT單元340的輸出可以被直接提供至幀存儲器。由算法單元340獲得的解碼圖像被送入并儲存在幀存儲器中，以備以后用作內(nèi)編碼圖像，前向預(yù)編碼圖像，后向預(yù)編碼圖像，或雙向預(yù)編碼圖像的參考圖像。
增強編碼器314包括運動估算器354，運動補償器356，DCT電路368，量化器370，VLC單元372，比特率控制器374，反向量化器376，反向DCT電路378，選擇開關(guān)366和382，減法器358和364，加法器380和388。此外，增強編碼器314可以包括DC補償360和384，加法器362和減法器386。多數(shù)上述組件的操作與基本編碼器312中的類似組件的操作是相似的，將不再詳細(xì)說明。
算法單元340的輸出也被提供至遞增采樣器350。其中，該遞增采樣器350通常由解碼后的視頻流重構(gòu)過濾后的分辨率，并提供具有與高分辨率輸入基本相同分辨率的視頻數(shù)據(jù)流。但是，由于壓縮和解壓縮造成的過濾和損失，在重構(gòu)的流中存在必然的錯誤。這些錯誤由減法器358通過將原始的、未改變的高分辨率流減去重構(gòu)的高分辨率流來判定。
原始未改變的高分辨率流也提供到運動估算器354。重構(gòu)后的高分辨率流也提供到加法器388，其中該加法器388用于合并反向DCT378的輸出結(jié)果(可能已被運動補償器的輸出結(jié)果修改，這取決于選擇開關(guān)382的位置)。加法器388的輸出送至運動估算器354。結(jié)果，運動估算在高標(biāo)度端的基本層上加上增強層，而不是原始高分辨率流與重構(gòu)高分辨率流之間的殘余差。這為用戶應(yīng)用程序提供感覺上的更好的圖像質(zhì)量，其中該用戶應(yīng)用程序比專業(yè)應(yīng)用程序具有更低的比特率。
而且，裁減操作之前的DC補償操作可以被引入增強編碼器314，其中DC補償值360通過加法器362被加到減法單元358輸出的殘余信號上。該可選的DC補償和剪裁操作允許增強編碼器采用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，例如，MPEG。其中，增強編碼器的像素值在預(yù)設(shè)范圍，例如，0…255之內(nèi)。該殘余信號通常在零附近集中。通過加上已DC補償值360，8位視頻采樣的采樣集中點可變動至該范圍的中值，例如，128。這種加法的優(yōu)勢在于可以使用用于增強層的編碼器的標(biāo)準(zhǔn)組件，并帶來成本的節(jié)約(IP塊的再使用)。
回到圖1，層編碼器102產(chǎn)生的基礎(chǔ)層和增強層分別儲存在儲存裝置104中。當(dāng)用戶或控制系統(tǒng)105確定在儲存裝置104中需要更多的空間時，可以將儲存的視頻流中的增強層挑出來。由于控制系統(tǒng)105被描繪為儲存裝置104的一部分，因此應(yīng)當(dāng)認(rèn)為控制系統(tǒng)105可以位于系統(tǒng)100的任何地方。用戶可以挑選適當(dāng)?shù)脑鰪妼踊蚩刂葡到y(tǒng)105可以根據(jù)預(yù)先輸入的條件挑選增強層。該選中的增強層由存儲裝置中讀出并送至可變長度解碼器106。
可變長度解碼器106將選中的增強層部分解碼。例如，可變長度解碼器可以解碼選中的增強層的DCT系數(shù)(AC或DC)。在本發(fā)明的實施例中，解碼后的DCT系數(shù)由預(yù)設(shè)在衰減器(乘法器)108中的常數(shù)值進(jìn)行衰減。該衰減具有減小增強層視頻分辨率的效果，并減小增強層的比特率。該衰減后的增強層由可變長度編碼器110重新編碼，并且重新編碼后的增強層被返回儲存在存儲裝置104中。
如果已儲存的增強層視頻數(shù)據(jù)在其產(chǎn)生過程中就已經(jīng)由元素360和362執(zhí)行了DC補償和剪裁操作，如圖3中描繪的那樣，則DC補償需要在由衰減器108執(zhí)行衰減步驟之前從已解碼的增強層視頻數(shù)據(jù)中移除。在圖2中描繪的實施例中，在提供至衰減器108之前，修正(減法)單元111已經(jīng)將相應(yīng)的DC補償值109從解碼后的增強視頻數(shù)據(jù)的DC DCT系數(shù)(第一系數(shù))中移除了。衰減步驟之后，在提供到可變長度編碼器之前，DC補償值由修正(加法)單元113重新加到衰減后的增強層視頻數(shù)據(jù)的DC DCT系數(shù)上。
圖4描繪了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的視頻壓縮和儲存系統(tǒng)200。系統(tǒng)200類似于圖1中描繪的系統(tǒng)100，并且相似元件采用相同的參考標(biāo)號。在該實施例中，衰減器202包括一加權(quán)裝置204和一衰減器206。和圖1中一樣，分層編碼器102產(chǎn)生儲存在存儲裝置104中的基礎(chǔ)層視頻流和增強層視頻流。當(dāng)用戶或控制系統(tǒng)105選擇縮減一增強層，該選中的增強層由存儲裝置104中讀出，并由可變長度解碼器106部分解碼。衰減器202在解碼后的增強層的DCT系數(shù)上執(zhí)行加權(quán)步驟和量化步驟。該加權(quán)步驟的執(zhí)行是在DCT系數(shù)塊上乘以一個8*8的加權(quán)矩陣，每個DCT系數(shù)因此被乘以一個該矩陣中的加權(quán)向量。乘法的結(jié)果被圓整為一最接近的整數(shù)，其中加權(quán)矩陣充滿了振幅在0到1之間的數(shù)值，例如，設(shè)置為接近1的低頻值和接近0的高頻值的不規(guī)則值，或規(guī)則值以使8*8DCT塊中的所有系數(shù)均勻的衰減。換句話說，高頻系數(shù)比低頻系數(shù)衰減的更厲害。由用于產(chǎn)生量化DCT系數(shù)的量化向量劃分加權(quán)后的DCT系數(shù)以將加權(quán)后的DCT系數(shù)量化。量化后的DCT系數(shù)由可變長度編碼器110重新編碼并儲存在存儲裝置104中。在該實施例中，當(dāng)增強層的比特率降低時，會出現(xiàn)錯誤傳送，并且減縮后的增強層的編碼效率也會降低。
應(yīng)當(dāng)注意的是，以上提到的實施例說明并不限定該發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不背離所附權(quán)利要求范圍的基礎(chǔ)上設(shè)計出多種可替換的實施例。在權(quán)利要求中，括號內(nèi)的任何參考標(biāo)記也不是對權(quán)利要求的限定?！鞍ā币辉~并沒有排除權(quán)利要求未列出的其他元件或步驟的出現(xiàn)。本發(fā)明可通過具有特定組件的硬件裝置實施，也可以由具有合適程序的計算器裝置實施。在列舉了多個裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，個別裝置可以具體化也可以是同類的硬件。事實上，相互不同的從屬權(quán)利要求中列舉的特定措施并不表明這些措施組合的使用不具備優(yōu)越性。
權(quán)利要求
1.一種用于在一存儲裝置中的分層視頻數(shù)據(jù)提供彈性存儲的方法，包括如下步驟從所述存儲裝置中讀取出已存儲的增強層視頻數(shù)據(jù)；至少部分解碼該增強層視頻數(shù)據(jù)；衰減該解碼后的增強層視頻數(shù)據(jù)；對衰減后的增強層視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼；將編碼后的衰減后視頻數(shù)據(jù)儲存在所述存儲裝置中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，衰減操作降低視頻數(shù)據(jù)的比特率。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，解碼后的增強層視頻數(shù)據(jù)的DCT系數(shù)被衰減。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，通過一預(yù)設(shè)常數(shù)值衰減DCT系數(shù)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其中，DCT系數(shù)以非線性方式衰減。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其中，每個DCT系數(shù)被乘以一加權(quán)矩陣中的加權(quán)因數(shù)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，高頻系數(shù)比低頻系數(shù)衰減的更大。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，在重新編碼之前，通過使用量化系數(shù)劃分加權(quán)后的DCT系數(shù)，以量化該加權(quán)后的DCT系數(shù)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括下列步驟在衰減步驟之前將DC補償值從解碼后的增強層視頻數(shù)據(jù)的DC DCT系數(shù)中去除；在編碼步驟之前將DC補償值加回到衰減后的增強層視頻數(shù)據(jù)的DC DCT系數(shù)上。
10.一種為儲存在存儲裝置中的分層視頻數(shù)據(jù)提供彈性存儲的設(shè)備，包括用于從所述存儲裝置中讀出增強層視頻數(shù)據(jù)的裝置；用于至少對增強層視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行部分解碼的解碼裝置；用于對解碼后的增強層視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行衰減的衰減裝置；用于對衰減后的增強層視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的編碼裝置；用于將編碼后的衰減視頻數(shù)據(jù)存入所述存儲裝置中的裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，衰減操作降低視頻數(shù)據(jù)的比特率。
12.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，解碼后的增強層視頻數(shù)據(jù)的DCT系數(shù)被衰減。
13.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，通過一預(yù)設(shè)常數(shù)值衰減DCT系數(shù)。
14.如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中，DCT系數(shù)以非線性方式衰減。
15.如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括加權(quán)裝置，用于為每個系數(shù)乘上一加權(quán)矩陣中的加權(quán)因數(shù)。
16.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中，高頻系數(shù)比低頻系數(shù)衰減的更大。
17.如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，還包括量化器，用于在重新編碼之前，通過使用量化系數(shù)劃分加權(quán)后的DCT系數(shù)，以量化該加權(quán)后的DCT系數(shù)。
18.如權(quán)利要求10所述的設(shè)備，還包括用于在衰減步驟之前將DC補償值從解碼后的增強層視頻數(shù)據(jù)的DC DCT系數(shù)中去除的裝置；用于在編碼步驟之前將DC補償值加回到衰減后的增強層視頻數(shù)據(jù)的DCDCT系數(shù)上的裝置。
全文摘要
公開了一種用于提供存儲在一存儲設(shè)備中的分層視頻數(shù)據(jù)的彈性存儲的方法和設(shè)備。所存儲的加強層視頻數(shù)據(jù)由該存儲設(shè)備讀出。該加強層視頻數(shù)據(jù)然后至少部分地被解碼或最后完全被刪除。該解碼的加強層視頻數(shù)據(jù)以線性或非線性方式被削弱。該削弱的加強層視頻數(shù)據(jù)然后被編碼。該編碼的削弱視頻數(shù)據(jù)被存回在該存儲設(shè)備之中。
文檔編號H04N9/804GK1726725SQ200380106409
公開日2006年1月25日 申請日期2003年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月20日
發(fā)明者W·H·A·布魯斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司