CN1364385A

CN1364385A - 变码方法和设备

Info

Publication number: CN1364385A
Application number: CN01800524A
Authority: CN
Inventors: Y·莱马格特
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2000-01-14
Filing date: 2001-01-05
Publication date: 2002-08-14
Anticipated expiration: 2021-01-05
Also published as: US20050084167A1; KR20020001765A; CN1168321C; WO2001052548A1; US7251368B2; US20010021273A1; BR0104011A; JP2003520511A; US6842539B2; EP1172007A1

Abstract

本发明涉及修改在与被划分成子图象的接连的图象相对应的编码的数据信号(125)中的数据的方法,以便提供输出的已修改的数据信号(126)。具体地,本发明可被使用来把附加数据信号(127)插入到压缩的视频信号(125)。按照本发明提出的方案是基于至少包括部分译码装置和部分重新编码装置的变码器设备。这个方法导致获得比起现有技术花费经济的方案,其中包括最小数目的功能性子步骤,具体地包括独特的运动补偿子步骤(205),利用在不同的子步骤之间的简化和组合。使用:将数据插入到编码的视频信号。

Description

变码方法和设备

发明领域

本发明涉及修改在已编码的数据信号中的数据的方法，至少包括：

-译码步骤，用于译码所述已编码数据信号和提供译码的数据信号，

-对修改的数据信号执行的重新编码步骤，以及产生编码错误，

-预测步骤，用于从所述编码错误提供运动补偿信号，以及至少包括在至少从所述译码的数据信号得到的输入数据信号与所述运动补偿信号之间的相减以便得到所述修改的数据信号的子步骤。

本发明也涉及用于执行所述方法的视频处理设备。本发明可以在广播台把附加数据引入到编码的图象序列中时被使用。本发明不单在MPEG-2压缩领域找到应用，而且更一般地在任何数字视频数据压缩系统中找到应用。

发明背景

修改已编码的数据信号中的数据，已在演播室编辑环境中成为巨大的功能。可能的解决方案已在国际专利申请WO 99/51033(PHF98546)中提出。这个专利申请描述一种用于修改已编码的数据信号中的数据的方法及其相应的设备。这个方法允许通过比特速率变码把例如标识语(logo)的附加数据信号插入到MPEG-2比特流。标识语成为比特速率变码器的扩展。如图1所示，相应的原理图包括变码模块101和信息单位附加支路102。正如本领域技术人员熟知的，变码模块101的基本概况包括：

剩余译码支路118，用于接收输入信号和提供译码的数据信号Error_I(n)。这个支路包括串联的可变长度译码107、逆量化108、以及后随的逆离散余弦变换109。

重新编码/译码支路120，用于分别提供输出信号126和它的已译码的版本。用于提供所述输出信号的重新编码部分包括串联的离散余弦变换110、量化111、可变长度编码112、以及后随的缓存器113、以及确保输出信号126的恒定图象质量的调整装置114、和产生编码错误的第一减法器122。译码部分包括串联的逆量化115以及后面紧跟的逆离散余弦变换116。

中间支路119，包括使用输入信号的运动矢量V(n)的运动补偿105、存储先前的信号的它的相关的存储器106、以及第二减法器123。这个支路也被称为预测环路，它通过把运动补偿应用到在重新编码期间产生的所述编码错误而避免输出信号的质量漂移。

信息单位附加支路102通过相加子步骤121借助于将剩余数附加到译码的信号Error_I(n)而被实施的。这个剩余数是通过用借助于运动补偿子步骤103得到的运动补偿信息单位预测129减去附加数据信号Logo(n)127而形成的，该运动补偿子步骤103是基于包含先前被存储在存储器104中的信息单位的参考图象，以及使用与主输入信号相同的矢量V(n)。

在图1所示的现有技术的图中，实施两个运动补偿：第一运动补偿105，它是熟知的以及被提供来校正由于量化子步骤111引入的P和B图象的质量漂移；和第二运动补偿103，它应用于附加的数据信号127。运动补偿103产生所述运动补偿信号PRED(Logo(n-1)，V(n))129，它从所述信号127中被减去。所述运动补偿的信号确实很重要，因为它相对于重新编码步骤的输入信号中被先前运动补偿105的信号127而抵消掉信号中的不想要的部分。而且，由于运动补偿总是需要贮存先前的信号，所以也需要两个存储器104和106。然后，由于这两个运动补偿操作和两个存储器块，这个解决方案不单在CPU负载方面保持复杂性，而且在贮存用的存储器方面也是昂贵的。

发明概要

本发明的目的是提供一种修改已编码的数据信号中的数据的方法，它需要较少的存储器容量和给中央处理器(CPU)施加较少的负载。

按照本发明的修改数据的方法的特征在于它包括：

-第一子步骤，用于把附加数据信号相加到所述译码的数据信号，以便提供所述输入数据信号，

-第二子步骤，用于把所述附加数据信号相加到所述编码错误，其中所述运动补偿信号是由于所述第二相加子步骤的输出信号的运动补偿而得到的。

也提出了具有前述的特征的方法的一种变例。它的特征在于，它包括在所述重新编码步骤以前，把附加数据信号相加到所述已修改的数据信号的子步骤。

分别在图2和图3上显示的相应的原理图是建立在这样的基础之上的，即：借助于所述相加子步骤，在附加数据信号127的象素域上利用相对于输入数据信号的已译码的数据信号或利用变码器漂移校正环路中的信号，来进行数据相加。

按照本发明，与现有技术解决方案不同，由于相对于信息单位数据的运动保持与相对于变码器环路的漂移校正的运动补偿相合并，因此对于信息单位数据不再施加分开的运动补偿。本发明还包括最小数目的功能性子步骤，从而导致花费经济的解决方案。事实上，只使用一组运动补偿及其相关的存储器贮存，这种简化是可能的，因为利用了不同的子步骤之间的组合以及通过使用它们本身的诸如运动补偿的线性关系那样的特性。

本发明的另一个目的是用于执行上述方法的设备。

为此，本发明在第一实施方案中涉及用于把数据相加到已编码的数据信号的变码设备，它包括：

-第一装置，用于把附加数据信号相加到所述译码的数据信号，以便提供所述输入数据信号，

-第二装置，用于把所述附加数据信号相加到所述编码错误，所述运动补偿信号是由于所述第二装置的输出信号的运动补偿而得到的。

在第二实施方案中，本发明也涉及用于把数据相加到已编码的数据信号的变码设备，其特征在于，它包括在重新编码装置之前，用于把附加数据信号相加到所述修改的数据信号的装置。

附图简述

现在参照相关的附图和此后描述的实施例，说明本发明的各个具体方面，其中相同的部分或子步骤以相同的方式表示。

图1显示如现有技术中已知的带有信息单位插入支路的变码器的概况，

图2显示按照本发明的技术解决方案的第一实施例。

图3显示按照本发明的技术解决方案的第二实施例。

发明详细描述

如上所述，本发明的目的是减小用于修改已编码的数据信号中的数据的现有技术方法的花费。这样的发明很好地适用于把MPEG-2编码视频信号作为输入信号的情形，但本领域技术人员将会看到，这样的方法可应用于任何利用基于块的补偿方法(诸如在MPEG-4，H.261或H.263标准中描述的方法)来进行编码的已编码信号。下面将详细描述本发明，假设编码的视频信号遵从MPEG-2国际视频标准(活动图象专家组，ISO/IEC 13818-2)。

图2显示按照本发明的、用于把数据插入到已编码的数据信号的第一种花费经济的安排。这个安排重新使用了上述的变码器的目的，把目的是为修改输入信号的子步骤插入到该变码器之中。事实上，输入信号是由于以下两个相加子步骤同时引入的、基于象素的数据信号127而能够被加以修改：

子步骤121，它被安排在错误剩余译码的输出端处，更精确地是在逆离散余弦变换109的输出信号处。例如，在信息单位插入的情形下输入信号的修改因此首先借助于在插入的数据信号127与进入的数据信号Error_I(n)之间的相加而被实施。这个相加导致产生出一个与相减子步骤123的正的输入信号相对应的信号。

子步骤124，它安排在相对于运动补偿205的存储器206的输入端处。

例如，在信息单位附加的情形下，输入信号的修改因此第二是借助于在插入的数据信号127与相减子步骤122的输出信号之间的相加而被实施的。这个相加导致产生出一个与存储器206的输入信号相对应的信号。

从算法的观点看来，按照本发明提出的这个第一安排等价于在图1的现有技术中描述的方法，正如此后可被重复地证明的那样。

在证明中将采用以下的符号：

·V(n)：图象号n的矢量，

·I(n)：已译码的输入图象号n，

·Error_I(n)：输入图象号n的错误剩余，

·O1(n)：相应于图1的输出信号的已译码的输入图象号n，

·MEM1(n)：被存储在帧存储器106中的图象号n，

·O2(n)：相应于图2的输出信号的已译码的输入图象号n，

·MEM2(n)：被存储在帧存储器206中的图象号n，

·PRED(X(n)，V(n+1))：使用矢量V(n+1)的图象X(n)的运动补偿。它对应于图象X(n+1)的预测的版本，

·T：由T(x)＝IDCT(IQ(Q(DCT(x))))定义的变换。

应当指出，译码的图象I(n)、O1(n)和O2(n)不能由任意的图来代表，因为只有压缩的信号是可接入的。

如果对于每个n，以下的三个关系式是正确的，则现有技术与图2的图之间的等价性将被证明：

1) O1(n)＝O2(n)

2) MEM1(n)＝O1(n)-I(n)-Logo(n)

3) MEM2(n)＝O2(n)-I(n)

显然，图1和图2的输入信号和插入的数据信号127在这个证明中假定为相同的。

对于内部编码的图象相对应的n＝0的情形，它可被写为：

4) Error_I(0)＝I(0)

可以图1中得出：

5) O1(0)＝T(I(0)+Logo(0))

6) MEM1(0)＝O1(0)-I(0)-Logo(0)

可以图2得出：

7) O2(0)＝T(I(0)+Logo(0))

8) MEM2(0)＝O2(0)-I(0)

有可能从关系式(5)、(6)、(7)和(8)作出这样的结论：关系式(1)、(2)和(3)对于n＝0是正确的。让我们假定它们在序号n时仍旧是正确的，以及可以证明(1)，(2)和(3)在序号(n+1)时也是正确的。

现在让我们引入A和B为：

A(n+1)＝Error_I(n+1)+Logo(n+1)-PRED(Logo(n)，V(n+1))-PRED(MEM1(n)，

V(n+1))

B(n+1)＝Error_I(n+1)+Logo(n+1)-PRED(MEM2(n)，V(n+1))

由于(2)和(3)在序号n时是正确的，以及由于运动补偿是线性的，所以A(n+1)和B(n+1)成为：

9) A(n+1)＝Error_I(n+1)+PRED(I(n)，V(n+1))+Logo(n+1)-PRED(O1(n)，

V(n+1))

10) A(n+1)＝I(n+1)+Logo(n+1)-PRED(O1(n)，V(n+1))

11) B(n+1)＝Error_I(n+1)+PRED(I(n)，V(n+1))+Logo(n+1)-PRED(O2(n)，

V(n+1))

12) B(n+1)＝I(n+1)+Logo(n+1)-PRED(O2(n)，V(n+1))

由于(1)在序号n时是正确的，关系式(10)和(12)成为：

13) A(n+1)＝B(n+1)＝I(n+1)+Logo(n+1)-PRED(O1(n)，V(n+1))

从图1和图2可以得出：

14) O1(n+1)＝T(A(n+1))+PRED(O1(n)，V(n+1))

15) MEM1(n+1)＝T(A(n+1))-A(n+1)

16) O2(n+1)＝T(B(n+1))+PRED(O2(n)，V(n+1))

17) MEM2(n+1)＝T(B(n+1))-B(n+1)+Logo(n+1)

从关系式(13)，(15)和(17)可以得出结论：

18) MEM1(n+1)＝O1(n+1)-I(n+1)-Logo(n+1)

19) MEM2(n+1)＝O2(n+1)-I(n+1)

这意味着，关系式(1)，(2)和(3)对于序号n+1是正确的，它证明在现有技术的图1的安排与按照本发明的图2所示的提出的第一安排之间的算法的等价性。这个提出的安排因此可以确保：修改的输出信号具有与现有技术的输出信号相同的质量，但是却能以成本更为经济的方式得到。事实上，对于被插入的数据信号127不再需要单独的运动补偿和它的相关的存储器，因为所述数据可被直接插入到变码准预测环路中，这种简化由运动补偿的线性度所证实。这两个运动补偿的这种合并，在如果不考虑以对于大多数数字信号处理器并无花费的方式插入两个相加子步骤121和124的情况下，表示出了在CPU占用和存储器贮存方面的重大获益。

图3显示本发明的替换的实施例。它也是基于与以前描述的和在图1上显示的安排相同的变码器安排。与诸如图1所示的变码器结构相比较，这里只作出一个修改，以便得到输入信号的一个改变。事实上，输入信号被信号127所修改，该信号127是通过被安排在重新编码步骤的输入处的(更精确地是离散余弦变换110的输入信号上的)仅仅一个相加子步骤121而引入的。例如，在信息单位相加的情形下，输入信号的修改因此借助于在插入的数据信号123与相减子步骤123的输出信号之间的相加而被实施。这个相加导致产生出一个与离散余弦变换110的输入相对应的信号。从算法的观点看来，这第二个安排也等价于图1的现有技术安排。

对于所述的证明，将使用以下的符号：

·O3(n)：对应于图3的输出信号的已译码的图象号n，

·MEM3(n)：被存储在帧存储器206中的图象号n，

应当指出已译码的图象O3(n)不能由任意的图来代表，因为只有压缩的信号是可接入的。

对于每个n验证以下三个方程，可以作出相同的重复证明：

20) O1(n)＝O3(n)

(2) MEM1(n)＝O1(n)-I(n)-Logo(n) (如上面所证明的那样)

21) MEM3(n)＝O3(n)-I(n)

显然，图1和图3的输入信号和插入的数据信号127在这个证明中假定为相同的。

对于与内部编码的图象相对应的n＝0的情形，它可被写为：

22) Error_I(0)＝I(0)

可以图3得出：

23) O3(0)＝T(I(0)+Logo(0))

24) MEM3(0)＝O3(0)-I(0)

从关系式(5)、(6)、(23)和(24)有可能作出以下结论：关系式(20)和(21)对于n＝0是正确的。可以假定它们在序号n时仍旧是正确的，以及可以证明(21)和(22)在序号(n+1)时也是正确的。

现在让我们引入项目C为：

C(n+1)＝Error_I(n+1)+Logo(n+1)-PRED(MEM3(n)，V(n+1))

由于(21)在序号n时是正确的，以及由于运动补偿是线性的，所以C(n+1)成为：

25) C(n+1)＝Error_I(n+1)+PRED(I(n)，v(n+1))+Logo(n+1)-PRED(O3(n)，

V(n+1))

26) C(n+1)＝I(n+1)+Logo(n+1)-PRED(O3(n)，V(n+1))

由于(20)在序号n时是正确的，关系式(26)成为：

27) A(n+1)＝C(n+1)＝I(n+1)+Logo(n+1)-PRED(O1(n)，V(n+1))

从图3可以得出：

28) O3(n+1)＝T(C(n+1))+PRED(O3(n)，V(n+1))

29) MEM3(n+1)＝T(C(n+1))-C(n+1)+Logo(n+1)

从关系式(15)、(27)和(29)可以得出结论：

30) MEM3(n+1)＝O3(n+1)-I(n+1)

所以，关系式(20)和(21)对于序号n+1是正确的。这种提出的安排因此可以确保：在图1和图3的输出信号中将得到相同的结果。对信号127不再需要更多的分开的运动补偿和与其相关的存储器，以及借助于仅仅无花费的相加子步骤ADD，从而引入了所述基于象素的数据信号127。在CPU占用和存储器贮存方面，这个解决方案几乎与没有数据插入的孤立的变码器的方案相同，这是值得注意的。

在按照本发明的上述的图2和图3中，输入信号数据借助于基于象素的数据信号127的插入通过相加子步骤被修改。这些插入的数据对应于信息单位，即，单个小图象，或钟摆(ticker)，即接连的不同的小图象。在两种情形下，每个图象必须是基于象素的，例如，通过按照相应于粗略的数字图象编码的所谓位图格式而被编码的。当然，在通过相加子步骤插入之前，所述信号127可以从适配的、基于象素的信号Logo_ori(n)328中得出，以使得输出信号的质量最佳化，这正如例如通过改变亮度或色度电平而在图3上用步骤317表示的那样，只要它们的格式仍旧是可兼容的。显然，这样的适配并不限制本发明的范围和保护程度。

这种修改编码的数据信号中的数据的方法可以以几种方式来实施，例如通过连线的电子电路，或者通过存储在计算机可读出的媒体中的一组指令，所述指令至少可代替一部分的所述的电路，以及在计算机或数字处理器的控制下是可执行的，以便去执行与在所述替代的部分中执行的相同功能。本发明也涉及计算机可读的媒体，它包括软件模块，其中包括用于执行上述的方法的步骤(或其中某些步骤)的计算机可执行的指令。

Claims

1.修改已编码的数据信号中的数据的方法，包括：

(a)译码步骤，用于译码所述已编码数据信号和提供译码的数据信号，

(b)对修改的数据信号执行的重新编码步骤，以及产生编码错误，

(c)预测步骤，用于从所述编码错误提供运动补偿信号，以及至少包括在至少从所述译码的数据信号得到的输入数据信号与所述运动补偿信号之间的相减以便得到所述修改的数据信号的子步骤，

其特征在于，它包括：

(d)第一子步骤，用于把所述附加的数据信号相加到所述译码的数据信号，以便提供所述输入数据信号，

(e)第二子步骤，用于把所述附加的数据信号相加到所述编码错误，其中所述运动补偿信号是由于所述第二相加子步骤的输出信号的运动补偿得到的。

2.修改已编码的数据信号中的数据的方法，包括：

其特征在于，它包括用于在所述重新编码步骤之前把附加的数据信号加到所述修改的数据信号的子步骤。

3.用于把数据加到已编码的数据信号的变码设备，包括：

(a)译码装置，用于译码所述编码数据信号和提供译码的数据信号，

(b)重新编码装置，它对修改的数据信号起作用以及产生编码错误，

(c)预测装置，用于从所述编码错误提供运动补偿信号，以及至少包括相减装置，该相减装置对至少从所述译码的数据信号得到的输入数据信号与所述运动补偿信号起作用，以便得到所述修改的数据信号，

其特征在于，它包括：

(d)第一装置，用于把附加的数据信号加到所述译码的数据信号，以便提供所述输入数据信号，

(e)第二装置，用于把所述附加的数据信号加到所述编码错误，所述运动补偿信号是由于所述第二装置的输出信号的运动补偿而得到的。

4.用于把数据加到编码的数据信号的变码设备，包括：

其特征在于，它包括在重新编码装置之前的用于把附加的数据信号相加到所述修改的数据信号的装置。

5.用于把数据相加到已编码的数据信号的变码设备的计算机程序产品，包括一组指令，当这些指令被装载到所述设备时，使得所述设备执行如权利要求1所要求的方法。

6.用于把数据相加到已编码的数据信号中的变码设备的计算机程序产品，包括一组指令，当这些指令被装载到所述设备时，使得所述设备执行如权利要求2所要求的方法。