專利名稱：數(shù)字信號編碼方法和裝置、信號記錄介質和信號傳送方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數(shù)字信號編碼方法和裝置，信號記錄介質和信號傳送方法，具體地說，涉及能夠較好地應用于在記錄介質如磁光盤和磁帶上記錄運動畫面信號和聲音信號并在顯示器上重現(xiàn)要被顯示的信號，或應用于視頻會議系統(tǒng)或應用于從發(fā)送側經傳輸路徑發(fā)送運動畫面信號和聲音信號到接收側從而信號在接收側被接收并顯示的廣播裝置的數(shù)字信號編碼方法和裝置、信號記錄介質和信號傳送方法。
通過數(shù)字化運動圖像信號獲得的數(shù)字信號、聲音信號或類似信號具有大的信息量。因此，當在具有小存儲信息量的記錄介質上長時間記錄數(shù)字信號時，或當通過一個具有大量信道的有限通信路徑傳送數(shù)字信號時，提供高效編碼數(shù)字信號的裝置是必要的。為了滿足這種要求，已經提出使用視頻信號的相關性的高效編碼方法。其中一種方法是MPEG方法或MPEG規(guī)格。MPEG(運動圖像編碼專家組)被作為1SO-IEC/HTC1/SC2/WG11中的一個標準方案研究并提出。MPEG規(guī)格是使用運動補償預測編碼和離散余弦變換相結合的混合方法。在這種MPEG方法中，首先，確定幀之間的視頻信號差，從而除去時間軸方向上的冗余位，并把離散余弦變換用于除去空間軸方向上的冗余位，從而高效地編碼視頻信號。
MPEG規(guī)格包括三個部分用于視頻信號的高效編碼的MPEG視頻(ISO/IEC11172-2或ISO-IEC13818-2)；用于音頻信號的高效編碼的MPEG音頻(ISO/IEC11172-3或ISO-IEC13818-3)和用于把視頻和音頻比特數(shù)據(jù)流復合壓縮成一單比特數(shù)據(jù)流并同步重放該數(shù)據(jù)流的MPEG系統(tǒng)(ISO/IEC11172-1或ISO-IEC13818-1)。


圖1是一個方框圖，示出了普通MPEG方法的數(shù)字信號編碼裝置的一個結構例子。這里，執(zhí)行一個前饋控制，用于在編碼輸入視頻信號時確定每一個輸入畫面的分配(目標)比特量。也就是說，把從端子200輸入的視頻信號S101提供給幀存儲器201。幀存儲器201能存儲預定長度的輸入視頻信號。這里，預定時間長度是，例如，0.5秒(NTSC情況下的15幀)。圖形編碼控制器202從幀存儲器201讀取視頻信號S111，以編碼每一個畫面，計算分配比特量S112和畫面編碼參數(shù)S117。更具體地說，根據(jù)各畫面的圖像為預定時間長度的視頻信號最佳地分配一定的分配比特量。視頻信號視頻編碼器203根據(jù)編碼參數(shù)S117，編碼從幀存儲器201提供的一個畫面S102，從而畫面S102具有從圖像編碼控制器202提供的分配比特量S112，并輸出畫面S102的被編碼的比特流S103和產生的編碼比特流S113。該被編碼的比特流S103被提供到緩沖器204和存取單元檢測器211。此外，從視頻編碼器203輸出的產生的編碼比特流S113被提供到圖像編碼控制器202。在圖像編碼控制器202中，如果產生的比特量大于分配比特量，就進行控制使得下一個分配比特量變??；如果產生的比特量小于分配比特量，進行控制使得下一個分配比特量變大。
從端子205輸入的一個音頻信號S105提供到音頻編碼器206。用MPEG音頻方法，音頻編碼器206在音頻幀基礎上編碼輸入音頻信號S105，并輸出被編碼的比特流S106到緩沖器207和存取單元檢測器211。這里，在MPEG音頻層2的情況下，音頻幀由1152個樣本構成。
子畫面信號S108，如從端子208輸入的疊加信息被提供到子畫面編碼器209。子畫面編碼器209用游程長度編碼方法編碼每一個子畫面，并輸出獲得的被編碼的比特流S109到緩沖器210和存取單元檢測器211。
存取單元檢測器211檢測視頻、音頻和子畫面被編碼比特流的一個存取單元(解碼單元)的編碼比特量、解碼時間信息、和顯示時間信息，并把獲得的信息作為一個存取單元信息S114輸出。這里，存取單元是視頻信號的一幅畫面、音頻信號的一幀和子畫面信號的一幅畫面。
視頻比特流、音頻比特流、和子畫面比特流用MPEG系統(tǒng)方法時分多路復用。已經用MPEG系統(tǒng)方法多路復用的比特流被格式化，例如，如圖2所示。在圖2中，V、A、S分別代表一個視頻比特流數(shù)據(jù)包、一個音頻比特流數(shù)據(jù)包和一個子畫面比特流數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包的結構具有標題信息，標題信息包括解碼時間信息、顯示時間信息和類似信息，其后跟一個被編碼的比特流。
多路復用程序器212，根據(jù)存取單元信息S114確定用于時分多路復用視頻、音頻和子畫面被編碼的比特流的調度器信息S115。
也就是說，MPEG系統(tǒng)方法定義一個系統(tǒng)目標解碼器(STD)，系統(tǒng)目標解碼器(STD)是如圖3所示的虛擬解碼器模件，并且該多路復用比特流應當被編碼，同時保持此系統(tǒng)目標解碼器。圖3所示的此系統(tǒng)目標解碼器(STD)將被詳細描述如下。
在圖3中，從端子301和開關302輸入多路復用比特流，由此數(shù)據(jù)流隔離視頻比特流數(shù)據(jù)包、音頻比特流和子畫面比特流數(shù)據(jù)包，這些數(shù)據(jù)包被分別提供到緩沖器303、緩沖器305和緩沖器307。根據(jù)存儲在各緩沖器中的被編碼的比特流的存取單元的解碼時間信息，視頻解碼器304、音頻解碼器306和子畫面解碼器308從各緩沖器讀取一個存取單元，并解碼該存取單元，從而根據(jù)存取單元的顯示時間信息同步重放視頻、音頻和子畫面。這里，多路復用比特流應當被編碼，從而保持系統(tǒng)目標解碼器，防止緩沖器303、緩沖器305和緩沖器307的上溢或下溢。緩沖器上溢意味著比特流存儲量超出緩沖器容量；緩沖器下溢意味著用存取單元的解碼時間，沒有把存取單元全部存儲在緩沖器中。
圖4表示在STD緩沖器中比特占用的躍遷。在圖4中，B代表STD緩沖器的容量，豎直軸代表緩沖器比特占用量或數(shù)據(jù)量。輸入到STD緩沖器的數(shù)據(jù)按輸入比執(zhí)行，輸入比由向右上升的直線的斜度表示，它增加了比特占用量。此外，在該圖中，在一個對應的解碼時間DTS(解碼時間標記)，每一個存取單元A被從STD緩沖器瞬時除去，減少緩沖器比特占用量。STD緩沖器比特占用量的軌跡應當在緩沖器容量B內。
圖1的多路復用調度器212確定視頻、音頻和子畫面被編碼的比特流的一個多路復用調度表，從而防止系統(tǒng)目標解碼器(STD)的破壞，并把信息S115輸出到一個多路復用器213。也就是說，多路復用調度器212模擬STD緩沖器比特占用量并確定多路復用調度器，從而防止緩沖器上溢和下溢。多路復用器213根據(jù)多路復用調度信息S115分別從緩沖器204、緩沖器207和緩沖器210讀取比特流S104、S107、和S110，并通過時間分割多路復用該比特流，從而輸出一個多路復用的數(shù)據(jù)流S116。
在MPEG方法中，對于每一個畫面，能夠改變產生的比特量，以及視頻編碼比特率，因此，多路復用的比特流中的視頻、音頻和子畫面的數(shù)據(jù)包循環(huán)并非總是恒定。通常，當確定當前視頻數(shù)據(jù)包的多路復用調度表時，即當把當前編碼畫面(存取單元)的輸入調度表建立到系統(tǒng)目標解碼器(STD)時，同樣考慮到將來要被輸入到系統(tǒng)目標解碼器的編碼畫面信息，使其能夠獲得存儲控制。
也就是說，在圖4中，例如，為了在從DTS[n-1]到DTS[n]的時間窗對STD緩沖器確定一個視頻輸入調度表(輸入率)，最好考慮當前畫面的一個編碼信息A[n]和在未來A[n+1]、A[n+2]…DTS[n+1]、DTS[n+2]…中的一些幀的編碼信息，也就是說，在此情況下，通過不僅考慮時間窗DTS[n-1]到DTS[n]的多路復用調度表，還考慮未來的多路復用調度表，這就能夠確保多路復用數(shù)據(jù)流的安全編碼。
為此，必須在緩沖器204中存儲多個編碼的畫面(存取單元)，并且在信號S103和S104之間經常有一個對應于確定多路復用調度表所要求的一些幀的延遲量。
圖5示出了在圖1的數(shù)字信號編碼裝置中進行視頻信號處理的時間表的一個例子，其中，P1到P10表示畫面或其畫面信息。在此例中，假定對用于執(zhí)行未來中的頭五幅畫面，包括當前畫面，確定編碼一個輸入視頻信號的分配編碼比特量的前饋控制。也就是說，在幀存儲器201中，輸入視頻信號S101延遲5-畫面時間。此外，假定為了確定當前編碼畫面的一個多路復用調度表，而考慮包括當前畫面的頭5幅畫面上的編碼信息。也就是說，在緩沖器204中，需要5-畫面時間的延遲。
這里，如圖5所示，對所輸入的視頻信號S101，把分配編碼比特量S112延遲5-畫面時間。如果假定忽略編碼器203中的延遲量，S12、輸入到編碼器203的畫面S102和被編碼的畫面S103同步。接下來，對于編碼畫面S103，多路復用調度表信息S115被延遲5-畫面時間。如果假定忽略多路復用器213中的延遲，S115、從緩沖器204讀取的被編碼的畫面S104和多路復用的輸出S116同步。
現(xiàn)在，在圖1的普通數(shù)字信號編碼裝置中，對于輸入視頻信號S101，多路復用比特流S116的延遲量主要包括幀e存儲器201中的延遲量，它用于計算畫面的分配編碼比特量和緩沖器204中的延遲量，和緩沖器204中用于多路復用調度方案計算的延遲量。
通常，當增大用于計算分配編碼比特量的幀存儲器201中的延遲量時，就能迅速改變輸入畫面的分配編碼比特量，而能獲得高質量的編碼畫面。但是，這伴隨有緩沖器203中的更大延遲量，要求更大容量(比特量)的緩沖器204。
為此，通常，當對于視頻信號S101希望減小多路復用比特流S116的延遲量時，幀存儲器201或緩沖器204中的延遲量已經被變小。但是，如果在幀存儲器201中的延遲量被變小所產生問題是編碼的畫面質量受到破壞。此外，如果緩沖器204中的延遲量變小所產生的問題是難以建立一個安全的多路復用調度表。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字編碼方法和裝置、信號記錄介質和信號傳送方法，與普通數(shù)字信號編碼裝置相比，它能夠減小關于輸入數(shù)字信號的輸出多路復用比特流的延遲量，還能夠獲得高質量的編碼畫面并安全建立用于多路復用編碼比特流的多路復用調度表。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種數(shù)字信號編碼方法，該方法包括步驟適應性地確定用于對預定單元間隔的輸入信號編碼的編碼控制信息的前饋控制步驟；根據(jù)所說的編碼控制信息編碼所說的輸入數(shù)字信號從而獲得編碼比特流的編碼步驟；用于控制多路復用調度表的控制步驟，多路復用調度表用于根據(jù)所說的單元間隔的所說的輸入信號的編碼控制信息多路復用所說的編碼的比特流。用于根據(jù)所說的多路復用調度表多路復用所說的編碼的比特流的多路復用步驟。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種數(shù)字信號編碼裝置，該裝置包括適應性地確定用于編碼預定單元間隔的輸入信號的編碼控制信息的前饋控制裝置；根據(jù)所說的編碼控制信息編碼所說的輸入數(shù)字信號從而獲得編碼比特流的編碼裝置；根據(jù)所說的單元間隔的所說的輸入信號的編碼控制信息控制多路復用所說的編碼的比特流的多路復用調度表的控制程序裝置。根據(jù)所說的多路復用調度表多路復用所說的編碼的比特流的多路復用裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種數(shù)字信號傳送方法，該方法包括適應性地確定用于編碼預定單元間隔的輸入信號的編碼控制信息的前饋控制步驟；根據(jù)所說的編碼控制信息編碼所說的輸入數(shù)字信號的編碼步驟，從而獲得一編碼比特流；控制多路復用調度方案的控制步驟，多路復用調度方案用于根據(jù)所說的單元間隔的所說的輸入信號的編碼控制信息多路復用所說的編碼的比特流。根據(jù)所說的多路復用調度方案多路復用所說的編碼的比特流的多路復用步驟；和在進行信號傳送處理之后傳送所說的多路復用比特流的傳送步驟。
實現(xiàn)上述目的本發(fā)明的特征在于當編碼輸入數(shù)字信號如視頻信號和音頻信號并多路復用編碼的比特流成為單比特流時，適當?shù)卮_定用于編碼預定單元間隔的輸入數(shù)字信號的編碼控制信息，并且根據(jù)此控制信息控制多路復用調度表，以多路復用編碼比特流。
這里，編碼控制信息包括一個分配編碼比特量，并且如果輸入數(shù)字信號是一個視頻信號，該單元間隔是一幅畫面。
因為多路復用調度表不是基于信息諸如已經編碼的信號的編碼比特量，而是基于用于編碼的編碼控制信息，所以減小存儲編碼信號的緩沖器的存儲器容量是可能的。
圖1是普通數(shù)字信號編碼裝置的結構例子的方框圖；圖2是當視頻比特流、音頻比特流和子畫面用MPEG系統(tǒng)方法被時分多路復用時的多路復用比特流格式；圖3是在MPEG系統(tǒng)方法中限定的一個系統(tǒng)目標解碼器結構例子的方框圖；圖4是視頻STD緩沖器的比特占用比的躍遷；圖5所示是在圖1的數(shù)字信號編碼裝置中進行視頻信號處理的一個時間表的例子；圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的數(shù)字信號編碼裝置的一個結構例子的方框圖；圖7表示畫面編碼參數(shù)畫面_編碼_類型、重復_第一_場和DTS、PTS之間的關系；圖8是使用畫面編碼參數(shù)畫面_編碼_類型、重復_第一_場、高_場_第一計算DTS和PTS的程序例子；圖9是在圖6的數(shù)字信號編碼裝置中進行視頻信號處理的一個時間表例子；圖10是解釋用于建立視頻信號多路復用調度表的算法的一個例子的流程圖；圖11是在圖6的數(shù)字信號編碼裝置中的運動畫面信號編碼方框25的結構例子的方框圖。
以下，將描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的數(shù)字信號編碼方法和裝置、信號記錄介質和信號傳送方法。
圖6是使用根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的數(shù)字信號編碼方法的數(shù)字信號編碼裝置的結構例子的方框圖。在此實施例中，不同于前面圖1的普通數(shù)字信號編碼裝置，圖像編碼控制器12向多路復用調度器22提供畫面的分配編碼比特量信息S12和畫面編碼參數(shù)S17，從而多路復用調度器22使用前述的分配比特量信息S12和編碼參數(shù)S17建立多路復用調度表。
在圖6所示的實施例中，從端子10輸入的視頻信號S1被提供到幀存儲器11。幀存儲器11能夠存儲預定聯(lián)接長度的輸入視頻信號。這里，預定時間長度，例如，為0.5秒(NTSC情況下的15幀)。圖像編碼控制器12從幀存儲器11讀取視頻信號S11，并計算用于編碼各畫面的分配比特量S12和畫面的編碼參數(shù)S17。更具體地說，根據(jù)各畫面的圖像，對于預定時間長度的視頻信號優(yōu)選地分配分配比特量。此外，作為畫面編碼參數(shù)，可以例舉的有在MPEG視頻規(guī)格中確定的picture_coding_type(畫面_編碼_類型)、repeat_first_field(重復_第一_場)和top_field_first(高_場_第一)。
前述picture_coding_type是一個具有三種畫面類型的編碼參數(shù)S17:I畫面、P畫面和B畫面。I畫面是一個獨立于其它畫面編碼的內編碼畫面。P畫面是前向預測編碼畫面，通過從一個暫時在前的I畫面或P畫面預測被編碼。B畫面是雙向預測編碼畫面，它通過暫時在前后的I或P畫面在前向、后向或兩個方向上預測被編碼。top_field_first是一個參數(shù)，表示當畫面處于接收(解碼器)側幀結構中時top_field和bottom_field哪一個將要被顯示。repeat_first_field是一個參數(shù)，表示當畫面處于接收(解碼器)側幀結構中時是否重復顯示首先顯示的場。
一個視頻編碼器13根據(jù)編碼參數(shù)S17用MPEG視頻方法編碼幀存儲器11提供的畫面S2，從而對應于從圖像編碼控制器12提供的分配編碼比特量S12，并輸出畫面S2的被編碼的比特流S3和產生的編碼比特流S13。被編碼的比特流S3被提供到一個緩沖器14和一個存取單元檢測器21。此外，視頻編碼器13輸出產生的編碼比特流S13，所產生的編碼比特流S13被提供到圖像編碼控制器12。在圖形編碼控制器12中，如果所產生的比特量大于分配比特量，就進行控制，使下一個分配比特量變小，如果生成的比特量小于分配比特量，進行控制，使下一個分配比特量變大。
幀存儲器11、圖像編碼控制器12和視頻編碼器13構成運動畫面信號編碼方框25。此運動畫面信號編碼方框25的一個具體例子將在后面參考圖11詳細描述。
在圖6中，從端子15提供的輸入音頻信號S5被提供到一個音頻編碼器16。音頻編碼器16在幀基上通過MPEG音頻方法編碼輸入音頻信號S5并向緩沖器17和存取單元檢測器21輸出被編碼的比特流S6。這里，在MPEG音頻層2的情況下，一個音頻幀對應于1152個樣本。
從端子18輸入的子畫面信號S8如疊加信息被提供到子畫面編碼器19。子畫面編碼器19通過例如游程長度編碼方法編碼每一個子畫面，并輸出其編碼的比特流S9到緩沖器20和存取單元檢測器21。
存取單元檢測器21計算每一個視頻、音頻和子畫面編碼的比特流；存取單元(解碼時間)的編碼比特量、解碼時間信息(DTS解碼時間標記)和顯示時間信息(PTS顯象時間標記)，并輸出獲得的信息作為存取單元信息S14。這里，存取單元是一幅視頻信號畫面，一個音頻信號的幀和子畫面信號的一幅子畫面。
接下來，圖7示出picture_coding_type、repeat_first_field和DTS、PTS之間的關系。
以下，將對圖7中A到I各信號進行解釋。運動畫面輸入上面的字母“F”表示隔行掃描視頻信號的高場，下面的字母“f”代表隔行掃描視頻信號的低場。這里，輸入信號是下拉3-2的電影圖像的一個視頻信號。一對具有相同下標數(shù)的F和f對應于電影的一幀。frame_input入當“1”被設置時開始于一個時刻的一個場的具有相同下標的一對高場和低場構成要被解碼的一幀。當編碼已經被下拉3-2的視頻信號時，通過除去重復的場產生一幀。例如，A的第五場F1是第三場F1的重復，因此被除去而不被編碼。repeat_first_field“1”-如果高場在幀_輸入變?yōu)椤?”時；“0”-如果底場在幀_輸入變?yōu)椤?”時。repeat_first_field當下拉3-2的重復場被除去同時產生要被編碼的幀時變?yōu)?。picture_coding_type字母I、P、B分別對應于I畫面、P畫面和B畫面；下標號碼相對應于A的各下標。編碼時間暫時位于后面的I和P畫面先于B畫面被編碼，并且如圖所示改變其次序。解碼時間(DTS)解碼次序與編碼次序相同。這里，假定編碼與解碼同時執(zhí)行。顯示時間(PTS)按原始次序進行一圖像輸出。B畫面能夠在解碼后立即被顯示。運動畫面輸出根據(jù)top_field_first和repeat_first_field顯示畫面。
這里，圖8示出一個C語言程序，作為用前述畫面編碼參數(shù)picture_coding_type、repeat_first_field和top_field_first來計算DTS和PTS的算法的一個具體例子。也就是說，計算按圖7F的編碼時間次序輸入的每一個DTS和PTS。在圖8中，DTS0是與第一畫面B0的top_field_first有關的一個值。12解碼時間被設置，從而在B0從top_field_first表示的場奇偶校驗時間被解碼后，B0能夠通過程序中的TS=DTS0被立即執(zhí)行。
再次回到圖6，多路復用調度器22被提供有存取單元信息S14和未來存取單元(畫面)上的信息，即，分配編碼比特量信息S12和編碼參數(shù)S17。因此，當建立當前存取單元(編碼的畫面)的一個多路復用調度表時，可以考慮在未來要被輸入的未來存取單元(編碼的畫面)的比特量和指定參數(shù)。多路復用調度器22建立一個用于時分多路復用音頻和子畫面編碼的比特流的多路復用調度表，從而防止系統(tǒng)目標解碼器的破壞，并輸出獲得的信息S15到多路復用器23。
多路復用器23根據(jù)多路復用調度信息S15分別從緩沖器14、緩沖器17和緩沖器20讀取比特數(shù)據(jù)流S4、S7和S10，并通過時間分割多路復用它們，從而從端子24輸出多路復用的數(shù)據(jù)流S16。如果需要的話，從端子24獲得的多路復用的數(shù)據(jù)流被加上誤差校正碼和同步信號，或進行用于傳送或記錄的預定模式處理，并經傳送路徑或通信路徑傳送，或記錄在信號記錄介質上，如光盤、磁盤、磁帶等等。
圖9示出了在圖6的數(shù)字信號編碼裝置中進行視頻信號處理的時間表。這里，P1到P10代表畫面或它們的信息。象上面解釋的圖5的前述普通例子，當編碼一個輸入視頻信號時，假定包括當前畫面的頭五幅畫面被進行前饋控制，用以確定每一個輸入畫面的分配比特量。也就是說，在幀存儲器11中，輸入視頻信號S1被延遲5個畫面。此外，假定為了確定當前編碼畫面的多路復用調度表，考慮包括當前畫面的頭5個未來畫面的編碼信息。
也就是說，多路復用調度器22讀取在存取單元檢測器21中檢測的當前編碼的畫面比特量S14，以及四個未來畫面的分配編碼比特量信息S12和編碼參數(shù)S17，從而多路復用調度表能夠根據(jù)S14、S12和S17確定。因此，緩沖器14中要求的延遲量僅為1-畫面時間，與普通方法相比，大大地減少了多路復用要求的延遲量。
這里，如圖9所示，對于輸入信號S1，畫面的分配編碼比特量S12延遲5-畫面時間。如果假定編碼器13中的延遲量被忽略，到編碼器13的輸入信號S2和編碼畫面S3同步。接下來，對于編碼的畫面S3，多路復用調度信息S15延遲1-畫面時間。如果假定在多路復用器23中的延遲被忽略，S15、從緩沖器14讀取的編碼的畫面S4和多路復用的輸出S16同步。
圖10是用于解釋為建立視頻多路復用調度表的算法的一個具體例子的流程圖。在圖10中，在第一步驟500，開始第一畫面的處理，這里，“n”代表次序變?yōu)榫幋a序列后的畫面輸入號碼。在下一步驟S501，未來五幀(五幅畫面)的編碼控制信息包括當前幀P[n]到P[n+4]幀，即picture_codingtype、repeat_first_field和top_field_first被用于輸入在存取單元檢測器21中計算的每一個畫面的DTS和PTS，即，DTS[n]到DTS[n+4]和PTS[n]到PTS[n+4]。下一個步驟502輸入從圖像編碼控制器12提供的四個畫面P[n+1]到P[n+4]的分配編碼比特量X[n+1]到X[n+4]。下一個步驟503輸入在存取單元檢測器21中計算當前畫面P[n]的編碼比特量A[n]。
在下一個步驟504中，考慮各DTS的STD緩沖器輸出當前畫面P[n]的編碼比特量A[n]和未來四個畫面P[n+1]到P[n+4]的分配比特量X[n+1]到X[n+4]，來建立一個調度表，在從DTS[n-1]到DTS[n+1]的時間窗內把視頻比特流輸入到STD緩沖器而不破壞STD緩沖器。應當注意到n=0時，DTS[-1]是過去的一個時間，從DTS
向前一預定的開始延遲量。
如已參考圖4所進行的解釋，在普通方法中，例如，當建立用于把時間窗DTS[n-1]到DTS[n+4]的視頻信號輸入到STD緩沖器的輸入調度表(輸入比率)時，必須獲得關于畫面編碼比特量A[n]到A[n+4]的信息，它依次要求從畫面編碼到多路復用的一個5-畫面延遲時間。與此相反，在前述算法中，用A[n]和未來畫面X[n+1]到X[n+4]的分配比特量能夠建立類似的多路復用調度表，而從畫面編碼到其多路復用僅需1-畫面延遲時間。
接下來，在步驟505，在時間窗DTS[n-1]到DTS[n]期間，根據(jù)前述調度表，音頻比特流被輸入到STD緩沖器。此調度表信息被作為圖6中多路復用調度表信息S15提供到多路復用器23，多路復用器23編碼多路復用數(shù)據(jù)流。在下一個步驟506中，在時間DTS[n]，從STD緩沖器輸出P[n]的分配比特量A[n]。在下一個步驟507中，“n”被增加，控制進行到下一畫面的處理。也就是說，在步驟508，如果直到完成上一畫面的處理，處理就結束。否則，控制返回到步驟501。
圖11是一個方框圖，示出了圖6的數(shù)字信號編碼裝置的運動畫面信號編碼方框25的結構例子。也就是說，圖6的端子10和幀存儲器11分別對應于圖11的端子30和幀存儲器31。圖6的圖像編碼控制器12也對應于圖11的運動矢量計算器40、圖像信息計算器41和控制器42。圖6的視頻編碼器13幾乎對應于圖11的其余電路部分。
從圖11的端子30輸入的運動畫面信號被提供到幀存儲器31。例如，在圖9的情況下，作為一個例子，幀存儲器31具有5幅畫面的容量。運動矢量計算器40從幀存儲器31讀取運動畫面信號并計算其運動矢量及其輸出的預測留數(shù)。運動矢量計算器40計算基于所謂的MPEG宏塊(MB:16×16象素)的運動矢量。通過參考幀和當前宏塊之間的圖案匹配來進行運動矢量檢測。也就是說，如下面的表達式(1)所示，獲得當前宏塊信號A[i,j]和被一隨機運動矢量(x,y)所表示的宏塊信號F[x+i,y+j]之間的絕對差值的總和Ef。
Ef=Σ|A[i,j]-F[x+i,y+j]|(i=0到15,j=0到15)………(1)圖11的運動矢量計算器40用把前述Ef的坐標(x,y)最小化的Ef作為當前宏塊的一個運動矢量并輸出Ef作為運動矢量的一個預測留數(shù)。
圖像信息計算器41從幀存儲器31讀取運動畫面信號，并計算的表示編碼的惡化顯著性的統(tǒng)計值。通過計算代表圖像平整度的參數(shù)如宏塊亮度信號分配值來確定此統(tǒng)計值。
控制器42輸出作為畫面編碼參數(shù)的picture_coding_type、repeat_first_field和top_field_first。picture_coding_type例如是一個畫面內運動矢量的預測留數(shù)總和。也就是說，觀察用前述等式(1)從畫面到畫面計算的Ef的總和D的變化，如果變化率大于預定臨界值，可以決定有場景變化，并且在場景變化處的畫面規(guī)定由MPEG的內畫面編碼。
此外，控制器42根據(jù)運動矢量計算器40提供的運動矢量預測留數(shù)和圖像信息計算器41提供的統(tǒng)計值計算畫面的分配編碼比特量S12。畫面的分配編碼比特量S12被計算如下?？刂破?2計算畫面內的宏塊運動矢量預測留數(shù)的一個總數(shù)D，并用參數(shù)α修正獲得的值，參數(shù)α表示編碼惡化顯著性，從而獲得如下的一個畫面編碼難度dd=D×α通常，對于人眼，編碼噪聲在圖像的平整部分更明顯，在圖像的復雜部分不太明顯?；诖嗽恚攬D像離散值增加時，α值更小，當圖形離散值減小時，α值變大。應當注意到，當輸入圖像被根據(jù)圖像編碼模式(未描述)進行內編碼時，優(yōu)選使用，在圖像信息計算器41計算的宏塊信號的離散值的畫面內總和作為前述的值D?？刂破?2，例如，計算包括當前畫面的5幅未來畫面的編碼難度，并根據(jù)各畫面的編碼難度分配給予5-畫面的分配比特量。
運動補償電路38設有幀存儲器，并根據(jù)運動矢量從幀存儲器讀取預測宏塊信號。計算器32使用從幀存儲器31輸入的宏塊信號作為附加信號，使用來自運動補償電路38的前述預測宏塊信號作為減法信號，執(zhí)行加法處理，從而計算輸入宏塊信號和預測宏塊信號之間的差值，并把獲得的差值作為一預測留數(shù)宏塊信號輸出。應當注意，在輸入畫面被作為I畫面用畫面-編碼-類型規(guī)范被編碼時，輸出輸入宏塊信號，就象其從計算器32輸出一樣，無須進行預測。前述預測留數(shù)宏塊信號(或輸入宏塊信號，如果沒有執(zhí)行預測)被饋送到DCT電路33。在該DCT電路33中，對前述預測留數(shù)，即宏塊信號，進行2維DCT處理。
量化比例控制器43向量化器34輸出量化級，從而生成的當前畫面的編碼比特量等于控制器42規(guī)定的分配編碼比特量。從DCT電路輸出的一個DCT系數(shù)被提供到量化電路34，從而用量化控制器43規(guī)定的量化級量化。量化電路34輸出一個量化輸出信號，該信號被傳送到可變長度編碼電路39和逆量化電路35?？勺冮L度編碼電路39對前述量化的輸出信號執(zhí)行例如霍夫曼編碼。從該可變長度編碼電路39輸出的信號被提供到生成比特量計數(shù)器44，在那里計算畫面的總的生成字符量。
另一方面，在逆量化電路35中，對應于量化電路34中使用的量化級，對前述量化的輸出信號執(zhí)行逆量化。從該逆量化電路35的一個輸出被提供到一個逆DCT電路36，預測留數(shù)宏塊信號在那里被進行逆DCT處理，被解碼并提供到計算器37。計算器37還被提供有與前述計算器32提供的預測宏塊信號相同的信號。計算器37向前述解碼的預測留數(shù)宏塊信號加上預測宏塊信號，從而能夠獲得一個本地解碼圖像信號。本地解碼圖像信號被存儲在運動補償電路38的圖形存儲器中，從而被用作下一個運動補償?shù)膮⒖紙D像。編碼的比特流S3被從端子46輸出。此比特量被提供到圖6的緩沖器14。這樣，就構成了圖6的數(shù)字信號編碼裝置的運動畫面信號編碼方框25。
根據(jù)上述本發(fā)明的實施例，與普通數(shù)字信號編碼裝置相比，它能夠減少關于輸入數(shù)字信號的輸出多路復用比特流的延遲量(存儲量)，簡化結構，獲得高質量的編碼畫面并安全建立多路復用調度表。
這里，從前述圖6的輸出端24獲得的多路復用比特流被加上誤差校正碼和同步信號，并且，如果需要的話，進行包括預定的調制的記錄信號處理，從而被記錄在信號記錄介質上如光盤、磁盤、磁帶等等。從信號記錄介質讀取而得到的數(shù)字信號被建立在安全的多路復用調度表內。
此外，當傳送從前述圖6的輸出端24獲得的多路復用比特流時，如果需要，此比特流加上誤差校正碼和同步信號，以及進行包括預定的調制的傳送信號處理，從而經傳輸路徑和通信路徑被傳送。此數(shù)字信號傳送方法也能夠獲得與前述實施例相同的效果。也就是說，能夠獲得一個降低多路復用所要求的延遲量(存儲量)的效果，從而簡化處理，并且，當輸入數(shù)字信號是視頻信號時，它能夠使編碼的畫面圖形質量的惡化情況最小化，并當多路復用編碼的比特流時，建立一個安全的多路復用調度表。此外，與普通方法相比，由于直到輸入數(shù)字信號的實際傳送的延遲時間被降低，還具有的優(yōu)越性是在包括一個新程序的實時傳送期間，能減少時間滯后。
應當注意到，本發(fā)明不局限于上述實施例，還可以在本發(fā)明的范圍內以各種方式被修改。例如，被處理的數(shù)字信號可以是運動圖以外的信號，如音頻信號和子畫面信號。
根據(jù)本發(fā)明，當多路復用編碼比特流成為單比特流時輸入信號被編碼，編碼控制信息被適當?shù)卮_定用于編碼預定單元間隔的輸入數(shù)字信號，從而當多路復用編碼的比特流時，此編碼控制信息被用于控制多路復用調度表，從而根據(jù)用于編碼的編碼控制信息而不是諸如已經編碼的信號的編碼比特流控制多路復用調度。這就大大地減少了存儲編碼信號的緩沖器存儲容量。
也就是說，與普通數(shù)字信號編碼方法相比，它能夠減少關于輸入數(shù)字信號的輸出多路復用比特流的延遲量，由減少了的延遲量，保持高質量，而沒有信號衰減，同時安全建立多路復用調度表。
特別是在輸入數(shù)字信號包括視頻信號的情況下，在普通方法中，在緩沖器中要求一些幀的延遲，用于建立安全調度表，其中根據(jù)本發(fā)明，能夠根據(jù)編碼期間獲得的一些幀的編碼控制信息如畫面分配編碼比特量信息建立一個安全調度表。
此外，在使用此數(shù)字信號編碼技術的數(shù)字信號傳送方法中，除了上述效果，還能夠減少從輸入數(shù)字信號的編碼到多路復用比特流的輸出的延遲時間，其具有減少信號實時傳送如新聞廣播中時間滯后的效果。
權利要求
1．一種數(shù)字信號編碼方法，包括適應性地確定用于對預定單元間隔的輸入信號編碼的編碼控制信息的前饋控制步驟；根據(jù)所說的編碼控制信息編碼所說的輸入數(shù)字信號從而獲得編碼比特流的編碼步驟；用于控制多路復用調度表的控制步驟，多路復用調度表用于根據(jù)所說的單元間隔的所說的輸入信號的編碼控制信息多路復用所說的編碼的比特流；用于根據(jù)所說的多路復用調度表多路復用所說的編碼的比特流的多路復用步驟。
2．根據(jù)權利要求1的數(shù)字信號編碼方法，其特征在于所說的輸入數(shù)字信號包括數(shù)字視頻信號，所說的單元間隔是對應于所說的視頻信號的一幀畫面。
3．根據(jù)權利要求2的數(shù)字信號編碼方法，其特征在于所說的編碼控制信息包括所說的畫面的分配編碼比特量。
4．根據(jù)權利要求2的數(shù)字信號編碼方法，其特征在于所說的編碼控制信息包括所說的畫面的一個編碼參數(shù)。
5．一種數(shù)字信號編碼裝置，包括適應性地確定用于編碼預定單元間隔的輸入信號的編碼控制信息的前饋控制裝置；根據(jù)所說的編碼控制信息編碼所說的輸入數(shù)字信號從而獲得編碼比特流的編碼裝置；根據(jù)所說的單元間隔的所說的輸入信號的編碼控制信息控制多路復用所說的編碼的比特流的多路復用調度表的調度裝置；根據(jù)所說的多路復用調度表多路復用所說的編碼的比特流的多路復用裝置。
6．根據(jù)權利要求5的數(shù)字信號編碼裝置，其特征在于所說的輸入數(shù)字信號包括數(shù)字視頻信號，所說的單元間隔是對應于所說的視頻信號的一幀的畫面。
7．根據(jù)權利要求6的數(shù)字信號編碼裝置，其特征在于所說的前饋控制裝置的所說的編碼控制信息包括所說的畫面的分配編碼比特量。
8．根據(jù)權利要求6的數(shù)字信號編碼裝置，其特征在于所說的前饋控制裝置的所說的編碼控制信息包括所說的畫面的編碼參數(shù)。
9．根據(jù)權利要求5的數(shù)字信號編碼裝置，其特征在于在根據(jù)為了編碼預定單元間隔的輸入信號而已經被適應性地確定的編碼控制信息控制用于多路復用編碼的比特流的多路復用調度表同時獲得所說的多路復用比特流。
10．一種數(shù)字信號傳送方法，包括適應性地確定用于編碼預定單元間隔的輸入信號的編碼控制信息的前饋控制步驟；根據(jù)所說的編碼控制信息編碼所說的輸入數(shù)字信號的編碼步驟，從而獲得一編碼比特流；控制多路復用調度表的控制步驟，該多路復用調度表用于根據(jù)所說的單元間隔的所說的輸入信號的編碼控制信息多路復用所說的編碼的比特流；根據(jù)所說的多路復用調度表多路復用所說的編碼的比特流的多路復用步驟；和在進行信號傳送處理之后傳送所說的多路復用比特流的傳送步驟。
全文摘要
一種數(shù)字信號編碼裝置及其編碼方法,其中來自端子10的輸入視頻信號提供到幀存儲器11,圖像編碼控制器12讀取視頻信號S11,并計算編碼每一個畫面用的分配編碼比特量S12和畫面編碼參數(shù)S17,視頻編碼器13根據(jù)信息項S12和S17執(zhí)行編碼處理,且該信息S12和編碼參數(shù)S17還提供到建立多路復用調度表的多路復用調度器22,以防止解碼器側緩沖器的破壞,從而實現(xiàn)即使在編碼信號緩沖器中的延遲量減小的情況,也能消除信息衰減。
文檔編號H04N5/92GK1211876SQ98103159
公開日1999年3月24日 申請日期1998年6月25日 優(yōu)先權日1997年6月25日
發(fā)明者加藤元樹 申請人:索尼公司