分层压缩视频数据的编解码系统技术方案

一种数字信号处理系统，用于自适应地处理包含表示输入图像的像素数据的数据流及用于提供表示所述输入图像数据的输出数据，所述系统包括： 带有用于接收所述数据流的输入端的数据处理器（１００），用于自动把表示所述输入图像的数据划分成随输入数据率而变化的可变数目的等级层以获得划分的数据；以及 对来自所述数据处理器的所述已划分数据作出响应的输出处理器（１１０），用于把待与输出发送通道的要求兼容的所述已划分数据进行格式化以获得所述输出数据。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数字图像信号处理的领域，更详细说涉及分层视频数据处理系统。提供一种适合不同视频发送和接收系统的标准一直是开发数字视频编码和解码格式方面的一个目的。促进不同代和不同类型的视频编码和解码设备之间的互操作性和后向兼容性一直是另一个目的。为了促进这样的互操作性和兼容性，希望规定编码和解码对策，使得能够适应不同类型的视频图像扫描(如隔行/逐行)、帧速率、图像分辨率、帧的大小、色度编码、及传输带宽。用于实现互操作性的一种对策是为了编码和发送把视频数据划分为组织成有次序的一组比特流的一个或多个数据等级层(层)。比特流的范围从基层即表示最简单的(例如分辨率最低的)视频图像的数据流起，到表示越来越精细的视频图像的一个接一个的各增强层。视频数据由接收机的解码器从该有序的比特流中重构。这种对策允许按需要设计解码器的复杂度以达到希望的视频图像质量。解码器的结构可以是从对整组比特流即对所有增强层解码的最复杂结构起到只对基层解码的最简单结构。使用这种数据分层制的一种广为采纳的标准是MPEG(运动图像专家组)图像编码标准(ISO/IEC 13818-2，1994年5月10日)，以下称作“MPEG标准”。该MPEG标准详细说明了如何可以得到基层和增强层数据，以及如何可以由解码器从这些层中重构视频数据。在该标准中承认需要提供一种包括编码器和解码器架构的系统，所述架构用于在各层之间合理地划分数据及用于为此而动态地配置该系统。本专利技术的目的是提供一种可动态配置的视频信号处理系统。根据本专利技术的原理，可动态配置的视频信号处理系统允许改变各等级层之间的数据分配。可动态配置的系统还允许在各等级层之间按需要划分数据，及允许改变所使用的层数。根据本专利技术的一种被公开的数字信号处理系统自适应地处理表示图像的输入数据的数据流。数据处理器根据从可用系统带宽、输入数据速率和输出信号质量中选出的一个或更多个参数而自动地将输入数据划分成一个或更多个等级层。本文还公开一种数字信号处理系统，用于自适应地对已划分成一个或更多个等级层的表示图像的输入数据数据流进行解码。该解码系统从上述输入数据中获得同步和配置信息，并自适应地被配置以响应本地产生的控制信号而对输入数据的等级层数进行解码。根据本专利技术的特点，图像分辨率和对应的每幅图像像素数目随系统参数的变化而变化。附图说明图1表示按照本专利技术的示范性可动态配置的视频信号编码和解码架构。图2表示按照本专利技术的表示不同编码对策区的峰值信噪比(PSNR)与比特率关系的示范性图形。图3表示按照本专利技术的用于确定图1架构的控制功能流程图。图4表示在与MEPG兼容的编解码系统意义上的图1的编解码系统。图5表示本专利技术的编码器和解码器架构，用于区域A型编码和解码。图6表示本专利技术的编码器和解码器架构，用于区域B型编码和解码。图7表示本专利技术的编码器和解码器架构，用于区域C型编码和解码。图8是图1的变型，它按照本专利技术所述附加了用于区域A解码的架构配置。图9是图1的变型，它按照本专利技术所述附加了用于区域C解码的架构配置。图10表示本专利技术识别输入数据的区域类型用的方法的流程图。MPEG标准涉及利用“可分级性”来处理层次有序的比特流层。MPEG可分级性的一种称作“空域可分级性”的形式允许在不同层中的数据具有不同的帧尺寸、帧速率和色度编码。MPEG可分级性的另一种称作“时域可分级性”的形式允许在不同层中的数据具有不同的帧速率，但是要求完全相同的帧尺寸和色度编码。此外，“时域可分级性”允许增强层包含由与运动有关的预测形成的数据，而“空域可分级性”则不允许。这两种可分级性以及另一种“SNR(信号噪声比)可分级性”在MPEG标准的第3节中有更详细的定义。本专利技术的一实施例在2层等级制(基层及单个增强层)中采用MPEG“空域”和“时域”可分级性。增强层数据收容不同的帧尺寸但是只提供单个帧速率和单个色度编码格式。两个示范性的帧尺寸，例如，对应于美国大联盟HDTV规范建议的HDTV(高分辨率电视)和SDTV(标准分辨率电视)信号格式。HDTV的帧尺寸是1080行及每行1920样本(每幅图像给出1080×1920像素)，SDTV的帧尺寸是720行及每行1280样本(每幅图像给出720×1280像素)。HDTV和SDTV信号二者都采用30Hz隔行扫描的帧速率和相同的色度编码格式。本公开的系统是在这种与MPEG兼容、两层HDTV及SDTV空域和时域可分级的应用的情况下描述的，但这只是为了示范。本公开的系统可以容易地由本领域的技术人员扩充到二层以上的视频数据等级及其他视频数据分辨率(不只是720和1080行的分辨率)。此外，本专利技术的原理可应用到其他形式的可分级性如SNR可分级性，也可用于确定固定不变的最佳编码器和解码器架构。本专利技术的原理特别应用在TV编码(HDTV或SDTV)、极低比特率编码(如视频会议)和数字地面广播中，用于为希望的通信带宽进行编码器和解码器装置的优化。图1表示按照本专利技术的可动态配置的视频信号编码和解码架构。总括地看，输入视频数据流被压缩并被编码器100在基(SDTV)数据层和增强(HDTV)数据层之间分配。分配根据本专利技术的原理在带宽和架构控制单元120的控制下完成。从编码器100所得的单个或二个比特流形式的压缩数据由格式化器110形成为包含识别头标的数据包。在数据通道上发送之后，从单元110输出的格式化的数据由传送处理器115接收。发送和接收过程将在以后结合图4所示的编码和解码系统进行说明。传送处理器115(图1)根据对头标信息的分析按照层的类型，即基层或增强层数据，分离已格式化的压缩比特流数据。从传送处理器115输出的数据由解码器105解压缩。在带宽和架构控制单元145的控制下，按照本专利技术的原理确定解码器105的架构。由解码器105输出的单个或二个解压缩比特流的形式的所得解压缩数据适合于编码为NTSC格式信号和适合于随后的显示。现在来详细考察图1的可动态配置的架构。输入视频数据流被编码器100压缩并在SDTV基数据层和HDTV增强层之间分配。带宽和架构控制单元120配置编码器100的架构以适当地在分别从单元125和135输出的HDTV和SDTV层之间分配数据。适当的数据分配取决于许多系统因素，包括带宽、系统输出数据率的制约、输入视频数据的数据率和图像分辨率(每幅图像的像素数目)、以及在各层要求的图像质量和分辨率(每幅图像的像素数目)。在所描述的系统中，如下更详细叙述地通过改变每幅图像的像素数目来改变编码器100和解码器105二者的输入和输出之间的图像分辨率。通过为规定的失真确定代表编码器100输出处的视频输入序列所需的单位时间内的最少比特数来求得数据分配和编码对策。这就是编码器100的比特率失真函数(Rate Distortion Function)。在假定输入序列是均值为μ、标准偏差为σ的高斯分布的源信号的情况下计算比特率失真函数。进一步把平方误差准则应用到这样的高斯输入序列的比特率失真函数R，按照J.Wiley & Sons1991出版的由T.M.Cover和J A.Thomas合著的“信息论纲要(Elements ofInformation Theory)”一书的第13.3.2节所述的原理，有 =12log2(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：常泰浩，孙惠芳，乔尔·W·兹德普斯基，
申请(专利权)人：汤姆森多媒体公司，
类型：发明
国别省市：