多頻道視頻編碼裝置和方法

專利名稱：多頻道視頻編碼裝置和方法
技術領域：
本發明涉及視頻信號的編碼，并尤其涉及用單個編碼器通過空間分割方法、時間分割方法或它們的組合方法處理多頻道視頻信號的裝置和方法。
為了解決這些問題，通過數字壓縮技術存儲和發送視頻信號的方法已經在近期有了發展。大多數用于視頻監測的視頻信號壓縮運算法則，比如H.263、MJPEG、MPEG-4發展到現在已經可以用軟件實現。但是，該軟件依賴于通用的計算功率，因此適于該軟件的系統很昂貴并相當大型，而且由于待處理事件的大量下載其不穩定也不能被實時處理。因此，視頻監測系統已經發展成為基于具有嵌入式操作系統的硬件的單機型系統，但是，這些單機型視頻監測系統也適于MPEG-1或MPEG-2壓縮運算法則。使用單一MPEG-1視頻編碼器的系統不適于處理多路視頻信號，因為屏幕的清晰度恰好是352×240(低于352×240的屏幕清晰度不能用于視頻錄像機的實時應用)。適于MPEG-2視頻編碼器的系統能夠處理具有比MPEG-1壓縮運算法則的清晰度高四倍的屏幕清晰度的視頻信號，因此在處理352×240視頻信號的四個頻道時沒有困難。但是，具有NTSC/PAL全清晰度(720×480)的多路視頻信號不能被一個通用目的的MPEG-2視頻編碼器同時壓縮。因此，為了同時編碼多路視頻信號系統需要與接收的視頻信號數量同樣多的視頻編碼器，并且需要很多額外的硬件比如濾波器、緩沖器或幀同步電路。這產生了昂貴的、相當大型的系統。
為了達到上述目的，本發明提供一種多頻道視頻編碼裝置，包括一信號提取單元，一抽取濾波器單元，一同步單元和一編碼單元。信號提取單元從接收到的視頻信號中提取同步信號和有效視頻數據。抽取濾波器單元根據頻道數量空間地抽取已提取出的有效視頻數據。同步單元將抽取的用于頻道的有效視頻數據同步。編碼單元對從同步單元接收的同步化的抽取出的有效視頻數據編碼。
在適于時分系統的多頻道視頻編碼裝置中，信號抽取單元從接收的視頻信號中抽取同步信號和有效視頻信號。抽取濾波器單元根據頻道數量空間地抽取已提取出的有效視頻數據。同步單元保存從抽取濾波器單元接收的用于頻道的抽取出的有效視頻數據，并且與最新接收到的視頻數據的同步信號同步地順序輸出保存的獨立的視頻數據。編碼單元接著編碼從同步單元接收到用于頻道的獨立的視頻信號，產生用于頻道的比特流。適于時分系統的多頻道視頻編碼裝置能夠進一步包括一輸出單元，用于沒有改變地輸出由編碼單元產生的用于頻道的比特流，或把用于頻道的比特流合并到單個比特流中并輸出單個比特流。
在適于空分系統的多頻道視頻編碼裝置中，信號提取單元從接收的視頻信號中提取同步信號和有效視頻數據。抽取濾波器單元根據頻道數量空間地抽取已提取出的有效視頻數據。同步單元保存從抽取濾波器單元接收的用于頻道的抽取出的有效視頻數據，并與最新接收到的視頻數據的同步信號同步地把保存的獨立的視頻數據合并成單個視頻信號。編碼單元在單個頻道視頻信號被編碼時編碼單個的合并視頻信號，產生單個比特流。該編碼單元包括與頻道的數量同樣多的可變長編碼器和同樣多的比特流緩沖器，可變長編碼器和比特流緩沖器根據用于頻道的視頻信號之間的邊界信息獨立地編碼用于頻道的有效視頻數據并輸出用于頻道的獨立的比特流。
適于空分系統的多頻道視頻編碼裝置還包括一輸出單元，用于沒有變化地輸出由編碼單元產生的用于頻道的比特流，或把用于頻道的比特流合并在單個比特流中并輸出單個比特流。
適于空分系統的多頻道視頻編碼裝置還包括一比特流分配器，用于根據包含在由編碼單元產生的單個比特流中的頻道之間的邊界信息提取用于頻道的比特流并輸出單個比特流。
在適于空分系統的多頻道視頻編碼裝置中，圖象的失真是在由編碼單元產生的單個比特流中包含的頻道之間的邊界信息的基礎上，通過對應頻道的視頻信號的比較而獲得宏塊之間的差異圖象而被防止的。圖象的失真也是通過限制各個頻道的視頻信號的圖像的運動搜索區域而實現的，以便在由編碼單元產生的單個比特流中包含的頻道間的邊界信息的基礎上，通過在運動估計期間穿越視頻信號的圖像邊界而不進行運動搜索。
在根據本發明的多頻道視頻編碼方法中，同步信號和有效視頻數據從接收到的視頻信號中提取。提取出的有效視頻數據根據將被多路處理的頻道的數量被空間地抽取。抽取的用于頻道的有效視頻數據被同步和排序。抽取的用于頻道的有效視頻數據被順序地編碼。
為了更靈活和可升級地應用本發明，空間的混合技術和時分多路復用也可以存在。而盡管空分技術適于要求低清晰度和多頻道的使用，時分技術適于高清晰度和低幀速率的使用。根據監測環境，混合技術可選擇地被單個視頻編碼器使用。
圖4是根據本發明的優選實施例的適于時分系統的多頻道視頻編碼裝置的框圖；圖5是示出多頻道視頻信號的空分編碼的示意圖；圖6是根據本發明的優選實施例的適于空分系統的多頻道視頻編碼裝置的框圖；圖7示出了分割的圖象的部分邊界的例子，形成的部分邊界用于表示作為單個圖象的多頻道視頻信號；圖8是根據本發明的優選實施例的適于空分系統的簡化的多頻道視頻編碼裝置的框圖；圖9是根據本發明的優選實施例的適于空分和時分系統的混合多頻道視頻編碼裝置的框圖。
圖2是表示根據本發明的多頻道視頻編碼裝置的基本結構的框圖。從攝像機接收的通過n個頻道(n表示正整數)的視頻信號根據全國電視標準委員會制式(NTSC)由858乘525像素組成，根據逐行倒相制式(PAL)由858乘625像素組成。NTSC視頻信號包括一空白區域和一720乘576像素的有效區域，而PAL視頻信號包括一空白區域和720乘576像素的一有效區域。參照圖2，從攝像機接收的視頻信號是模擬信號。模擬信號被轉換為數字信號，并由NTSC/PA解碼器進行CCIR601/656格式化，接著通過n頻道被送到信號提取單元201。信號提取單元201從接收到的n頻道視頻信號中提取有效視頻信號，這通過根據由起始有效視頻(SAV)和結束有效視頻(EAV)組成的首部數據劃分有效數據實現，并產生一同步信號。信號提取單元201也根據同步信號產生編碼時鐘，并接收主人數據以從而獲得諸如單個/多個頻道選擇信號的控制信號，以及編碼參數和單個/多個頻道編碼時鐘。這些控制信號被提供給根據本發明的多頻道視頻編碼裝置的每個部件。從信號提取裝置201輸出的有效視頻信號被送到抽取濾波器單元202并抽取為1/n尺寸的視頻信號，它接著被輸出到同步單元203。
同步單元203與n頻道視頻信號中最新接收到的信號同步地提供接收到的n頻道視頻信號給編碼單元204。對于時分多頻道視頻編碼，同步單元203繼續向編碼單元204提供n個獨立的視頻信號，它的數量與頻道的數量相同。對于空分多頻道視頻編碼，同步單元203把n抽取的視頻信號合并成單個的視頻信號并向編碼單元204提供單個的合并視頻信號。
編碼單元204從同步單元203接收n個連續的視頻信號或單個的合并視頻信號，把它們編碼并向輸出單元205輸出編碼的結果。對時分的多頻道編碼，編碼單元204把接收到的視頻信號編碼為n個獨立的比特流。對空分的多頻道編碼，編碼單元204把接收到的視頻信號編碼為單個的比特流。
輸出單元205通常不改變地輸出從編碼單元204接收到的n個獨立比特流，或不改變地輸出從編碼單元204接收的單個的比特流。如果需要，輸出單元205把n個獨立比特流轉換為單個的合并比特流并把單個的合并比特流輸出到外部，反之亦然。
圖3示出了多頻道視頻信號的時分編碼的概念。參照圖2和3，為了編碼從多個頻道以時分方式提供的視頻信號，編碼單元204接收用于頻道的多個獨立的視頻信號并獨立地編碼它們以產生比特流序列。
圖4是根據本發明的適于時分系統的多頻道視頻編碼裝置的框圖。參照圖4，視頻信號通過n個頻道(其中n是正整數)被輸出到一有效的信號提取單元401。有效的信號提取單元401從接收到的視頻信號中提取有效的視頻信號并提供該有效的視頻信號到1/n抽取濾波單元403。有效信號提取單元401也產生視頻計時信號并把它們提供到控制信號產生單元402，控制信號產生單元402包括時鐘發生器，多頻道控制器，同步控制器和主機接口。控制信號產生單元402根據接收到的主機數據產生控制信號，比如單個/多個頻道編碼時鐘、編碼參數和單個/多個頻道選擇信號，并將接收到的視頻計時信號和產生的控制信號輸出到根據本發明的多頻道視頻編碼裝置的部件。該1/n抽取濾波單元403抽取接收到的用于頻道的有效視頻信號，以便使它們產生1/n尺寸的圖象，并把抽取的有效視頻信號提供到幀緩沖器405，它由用于頻道的獨立緩沖器組成。
通過頻道接收到的視頻信號，通常是隔行掃描視頻信號，在被送到多頻道視頻編碼裝置前由NTSC/PAL編碼器CCIR601/656格式化。即，視頻信號被輸入到奇數場或偶數場單元，因此它能夠被抽取為產生幀圖象和場圖象的視頻信號。
當視頻信號被抽取成幀圖象信號時，抽取必須在一場之后執行，并且從視頻信號產生的圖象的第j行上的第一圖象數據被輸入。這里，j表示抽取濾波器抽頭數量的一半。
當視頻信號被抽取為場圖象信號時，從視頻信號產生的在圖象第k行上的第一圖象數據被輸入。這里，k表示濾波器抽頭的數量。
用于n個頻道的抽取濾波器單元，n表示正整數，減少接收視頻信號的圖象尺寸為1/n×1/n。通常，使用7抽頭濾波器和6抽頭濾波器。一1/4抽取濾波器從在水平和垂直兩個方向中的兩個像素中濾除一個，以平分水平和垂直兩個方向上的像素的數量，從而產生四個1/4尺寸的圖象。一1/9抽取濾波器從在水平和垂直兩個方向中的三個像素中濾出一個，以減少水平和垂直兩個方向上的像素的數量為三分之一，從而產生九個1/9尺寸的圖象。一1/16抽取濾波器用與1/4和1/9抽取濾波器相同的方式產生16個1/16尺寸的圖象。為了獲得上述的抽取，抽取濾波器首先需要一個緩沖器用來存儲與濾波器抽頭數量同樣多的數據，并接著對水平方向上的像素濾波。與水平方向濾波相同，抽取濾波器首先在存儲器中存儲與濾波器抽頭數量相同的圖象行，并接著對垂直方向上的像素濾波。
幀緩沖器單元405隨后在連續輸出緩沖控制單元404的控制下，與最新接收到的圖象數據同步地向多路復用器406提供保存的幀數據。根據由有效信號提取單元401產生的用于頻道的視頻計時信號的編碼時鐘被用作編碼n個序列視頻信號的參考時鐘。即，幀緩沖器單元405按照頻道的幀數據被接收的順序來保存幀數據，并與最新接收到的幀數據同步地輸出順序保存的幀數據。
在由有效信號抽取單元401提取的有效視頻信號被提供到1/n抽取濾波器403的同時，它們也被提供給多路復用器406，該多路復用器根據單個/多個頻道選擇信號從(n+1)個接收信號中選擇一個。即，當多路復用器406在控制信號產生單元402的幫助下選擇特定輸入頻道時，根據選擇的單個頻道信號來執行NTSC/PAL圖象的單個頻道編碼。當多路復用器406在控制信號產生單元402的幫助下選擇多個頻道時，根據選擇的多個頻道信號執行n個1/n尺寸圖象的時分編碼。即，多路復用器406可以有選擇地執行單個頻道編碼和多個頻道的編碼。
由多路復用器406選擇的信號被提供給原始幀緩沖器407。提供并存儲在原始幀緩沖器407中的視頻信號被提供給編碼單元411并在那里受到編碼。編碼單元411包括一個4∶2∶0濾波器408，一個運動估計和補償單元，一離散余弦變換量化(DCTQ)單元，一可變長度編碼(VLC)單元410和一比特率/緩沖器控制器409。該4∶2∶0濾波器408平分彩色數據的數量。運動估計和補償單元通過估計并補償相鄰圖象之間的運動來減少瞬時的冗余信息。DCTQ單元用頻率變換方法除去空間冗余信息。比特率/緩沖器控制器409控制編碼速度即比特率，以及用于保存編碼的比特流動比特流緩沖器單元413。因為時間上分割的的輸入幀數據和與編碼時鐘同步編碼的比特流必須以時分時隙的間隔單個受到比特率/緩沖器控制，比特流緩沖器單元413應當由n個獨立比特流緩沖器組成。
時間上分割的輸入幀數據被關于頻道編碼的比特流被保存在比特流緩沖器單元413。時間上分割的比特流輸出控制器414控制比特流緩沖器單元413，從而它的存儲比特流被輸出作為n比特流，它的數量是頻道的數量，或作為的單個復合比特流。這里，幀緩沖器單元405、原始幀緩沖器407、編碼幀和比特流緩沖器單元413包括在幀存儲器412中。
現在將參照圖3和4來說明用于時分多路處理的視頻編碼。在時分視頻編碼中，n輸入圖象被抽取為1/n尺寸輸入圖象并保存在輸入緩沖器中，并且存儲的圖象與最新接收到的圖象同步地排列并隨后送到編碼單元411。編碼單元411必須在用于處理完全清晰度圖象的全部時間間隔的1/n時間間隔內處理接收到的每個1/n尺寸圖象。
如圖3所示，上述由編碼單元411執行的時分編碼一個接一個地產生n個不同的比特流輸出。這里，由獨立處理n個比特流產生的額外時間必須不超出完全清晰度NTSC/PAL圖象的輸入時段。參照圖4，編碼單元411向幀存儲器412接入的時間依賴于編碼單元怎樣接入幀存儲器。原始幀數據被一次一行地保存在幀存儲器412，并且存儲的原始幀數據一次一個宏塊(MB)地從幀存儲器412讀出，從而濾波并編碼原始幀數據為4∶2∶0數據。編碼的幀數據在宏塊接著宏塊的基礎上由幀存儲器412寫入并讀出。比特流數據一次一個比特流地保存在比特流緩沖器單元413中，并在緩沖器控制運算法則的控制下輸出到外部。為使編碼單元411能夠來處理具有全部清晰度的1/n清晰度以及全部清晰度的n個圖象，用于在原始幀緩沖器中保存數據的存取時間必須被調整到1/n尺寸圖象，從而n個1/n清晰度輸入圖象被獨立處理。即，因為每個圖象的行長度是n1/2，與用于只處理一個圖象的編碼單元相比較，用于n個輸入頻道圖象的編碼單元411需要增加的隨機存取的頻率。
比特流緩沖單元413保存1/n尺寸的圖象比特流到n個獨立緩沖器中，并通過對于每個比特流的緩沖器控制來輸出它們。因為編碼的幀數據根據宏塊微塊的基礎上被存取，所以沒有由于隨機存取而增加存取時間。幀緩沖單元405首先接收并存儲n個幀，并接著以與最新接收到的幀同步的順序輸出它們。圖4的多頻道視頻編碼裝置與通用目的的單個頻道視頻裝置不同，不同之處在于它要求用于同步和順序化的幀緩沖單元和都用于多頻道圖象處理的提取單元和抽取濾波單元，也在于它保存原始圖象并獨立地控制比特流緩沖器。
圖5示出了多頻道視頻信號的空分編碼的概念。在空分編碼中，n個輸入頻道圖象被抽取為1/n尺寸的圖象，并且抽取的圖象被整合為完整清晰度圖象。當編碼單元接收包括n個1/n尺寸圖象的完整清晰度圖象時，它認為空間分割的輸入圖象為單個圖象。也就是說，包括n個1/n尺寸圖象的完整清晰度圖象，即空間分割的輸入圖象能夠用單個編碼單元處理，而不需要n個編碼單元。
圖5概念性地示出了空分多路處理序列，其中編碼單元從左到右并從上到下處理空間分割的輸入視頻信號。如圖5所示的壓縮比特流不適于獨立地保存并發送整合為壓縮比特流的用于頻道的視頻信號。這需要用于處理n個圖象的獨立比特流的額外步驟。如果有n個輸入頻道，在一個屏幕上的圖象的數量在水平和垂直方向上是n1/2。該n1/2圖象被編碼成將被合并的形式，從而獲得單個的比特流。該合并的比特流能夠通過編碼分割成n個獨立的用于頻道的比特流。在這種情況下，用于頻道的單個的比特流的vbv延遲和量化參數被關于n輸入圖象再次計算并加入到每個單個的比特流的首部。
圖6是根據本發明的優選實施例的用于空分多路處理的多頻道視頻編碼裝置的框圖。參照圖6，有效信號提取單元601、1/n抽取濾波單元603、控制信號產生單元602、幀緩沖單元605、多路復用器606、原始幀緩沖器607、4∶2∶0濾波器608和編碼單元611具有與圖4的用于時分多路處理的多頻道視頻編碼裝置的對應部件相同的功能。但是，與圖4的多頻道視頻編碼裝置相反，包括時鐘發生器、多頻道控制器、同步控制器和主人接口的控制信號處理單元602產生用于頻道的每個視頻信號的邊界值。對于合并成一個圖象的編碼視頻信號，視頻信號的邊界值被用于獨立地編碼相鄰圖象的合并的視頻信號，從而在相鄰視頻信號圖象的邊界上處理不同的圖象。另一個不同之處在于VLC單元610和比特流緩沖單元613由分別與頻道數量同樣多的可變長編碼器和比特流緩沖器組成，從而確保用于頻道的視頻信號的多個輸出比特流之間的獨立性。另一個不同之處還在于比特率/緩沖器控制單元609由與頻道數量同樣多的比特率/緩沖器控制器組成，從而執行關于單個的圖象信號獨立的比特率/緩沖器控制操作。
VLC單元610必須包括用于關于特定頻道，編碼單個的NTSC/PAL視頻信號的特定頻道可變長度編碼器。提供了特定頻道可變長度編碼，包括n個圖象的單個的比特流能夠以與特定的單個的頻道視頻編碼被輸出。比特流緩沖器和控制器必須另外被提供，從而產生單個的合并比特流以及n個獨立的比特流。合并的輸出緩沖器控制單元604與n頻道視頻信號中的最新接收到的視頻信號同步地從幀緩沖器單元605讀出視頻信號并空間地再排列它們。接著，幀緩沖單元605向多路復用器606輸出空間再排列視頻信號。空間分割的比特流輸出控制單元614控制包括第一至第n比特流緩沖器和單個的比特流緩沖器組成的幀緩沖器單元613，從而按照場合的需要輸出第一至第n比特流和單個的合并的比特流。與圖4的多頻道視頻編碼裝置類似，幀緩沖器單元605、原始幀緩沖器607、編碼幀和比特流緩沖器單元613存在于幀緩沖器612內。
下面將詳細描述一種編碼視頻信號的方法，其中用于不同頻道的視頻信號被合并成單個頻道視頻信號，該視頻信號被編碼成單個比特流，并將該單個比特流分離為用于多頻道視頻信號的壓縮的比特流。這里，合并的視頻信號對應于由不同的圖象組成的一圖象。為了將單個編碼的比特流分離為很多用于在獨立頻道上的視頻信號的編碼比特流，表示相鄰圖象之間的邊界的信息必須包括在用于合并的圖象的比特流中。部分圖象能夠通過參照MPEG-2比特流上的片段起始代碼(slice_start_code(SSC))彼此區分開。部分圖象的尺寸由4-分割、9-分割或16-分割而定，部分邊界被提供在每個部分圖象的水平起始點。在分割成4塊的圖象中，NTSC/PAL輸入圖象由水平方向上的720像素組成并從而由45個宏塊(MB)組成。當45個宏塊被在水平方向上分成兩部分從而執行4-分割，它們不被分成具有相同數量宏塊的兩部分。從而，視頻編碼參數能夠被設置為兩種下面所述的逼近中。
在對分割成4部分的圖象的第一逼近中，水平方向上宏塊的數量按公式(hor_mb_size＝44)被設為44，44個宏塊對應于704個像素，并且垂直方向上宏塊的數量按照公式(ver_mb_size＝30)被設為30，30個宏塊對應于480個像素。表示編碼起始位置的水平和垂直偏移按照公式被設為(0，0)hor_offset＝0，ver_offset＝0。
在對分割成4部分的圖象的第二逼近中，水平方向上宏塊的數量按公式(hor_mb_size＝44)被設為44，44個宏塊對應于704個像素，并且垂直方向上宏塊的數量按照公式(ver_mb_size＝30)被設為30，30個宏塊對應于480個像素。表示編碼起始位置的水平和垂直偏移按照公式被設為(8，0)hor_offset＝8，ver_offset＝0。
在分成9份的圖象中，NTSC/PAL輸入圖象的宏塊能夠精確地在水平和垂直方向上被分成3等份。從而，在水平和垂直方向上都不需要減少宏塊的數量。水平和垂直偏移能夠被設為0和0。
在分成16份的圖象中，NTSC/PAL輸入圖象的宏塊在水平方向上能夠被分成4個相等的組，每組有11個宏塊。但是，垂直方向上的30個宏塊被減少到28個宏塊，從而它們被分成4個相等的組，每個具有7個宏塊。或者，表示垂直編碼起始位置的垂直偏移能夠被設為8。
因此，實際被編碼的全部圖象的尺寸在4-分割、9-分割和16分割技術的情況下分別是704×480、720×480和720×448。實際編碼圖象的部分圖象的尺寸在4-分割、9-分割和16分割技術的情況下分別是352×240、240×160和180×112。4-分割圖象、9-分割圖象和16分割圖象的部分圖象的邊界如圖7所示。
圖7示出了當用于多頻道視頻信號的一幅圖象以看起來向單個圖象的方式被分割時所形成的部分邊界的例子。圖象被分成多個部分的原因是防止誤差被在各部分之間轉換，同時差分脈沖編碼調制(DPCM)在分割開始的時間點上通過內部編碼一個宏塊執行。這里，DPCM是相同類型數據的差分編碼，并且內部編碼是只是用圖象本身信息的圖象編碼。如果圖象的一行被編碼為一個部分，當編碼期間發生誤差時，誤差的傳播能夠只先于單個部分區域內。根據本發明的多頻道視頻編碼裝置同時將很多獨立的圖象編碼為單個比特流并把單個編碼的比特流分成很多獨立的比特流。這需要相鄰獨立圖象之間的邊界的抽取。為了做到這點，單個比特流被產生，并且使用包含在單個比特流中的slice_start_codes(SSC)，形成很多單個的比特流。如圖7所示，在單個大圖象包括很多小圖象的情況下，如果圖象被分成每個都包括一定數量宏塊的小圖象，宏塊是用于編碼的最小單元，那么單個圖象的宏塊被分成相等的組。因此，編碼圖象的尺寸可以不相同。
當很多片段存在于一行中時，在新的部分的起始點的macro_address_increment(MAI)是表示從行的起始點計算的宏塊的數量。但是，為了將這些片段被看作獨立比特流，MAI必須被設為1。即，在產生新的比特流時VLC必須改變MAI。
如圖7所示，整個圖象由很多小圖象組成，因此編碼單元必須估計不匹配圖象之間的運動。這可以降低編碼的效率并且甚至使整個圖象失真。本發明能夠通過向相鄰小圖象的邊界插入SSC來防止誤差被空間地傳播。本發明也能夠通過匹配圖象的比較獲得宏塊之間的差分圖象來防止整個圖象的失真。本發明限制了小圖象的搜索區域，從而防止在運動估計處理中的編碼單元穿過相鄰圖象的邊界，以便防止在相鄰小圖象之間的運動估計期間錯誤的圖象搜索。因此，運動的搜索區域是根據圖7所示的相鄰小圖象的邊界值受限制。
圖8是根據本發明的優選實施例的用于空分多路處理的簡化的視頻信號編碼器的框圖。部件801到813具有與圖6的相應部件相同的功能，除了要求比特率/緩沖器控制單元809、VLC單元810和比特流緩沖器813一個接一個之外，因為圖8的視頻編碼裝置只產生單個編碼比特流并且用比特流分配器814把單個比特流分成用于頻道的單個的比特流。即，圖8的多頻道視頻編碼裝置與通常的視頻編碼器相同，除了它在它的輸出側具有比特流分配器814之外。單個編碼比特流必須具有把單個比特流分為用于頻道的獨立的比特流所需要信息。多頻道視頻被空間減少為1/n尺寸并接著被排列成第一、第二、第三和第四象限。接著，在單個NTSC/PAL視頻被編碼時，排列的多頻道視頻被編碼，從而產生單個比特流。輸出比特流被編碼以顯示原始視頻。在這種情況下，比特流分配器84不需要。但是，如果單個編碼的比特流包括在用于頻道的圖象的邊界值上的信息，則單個比特流的分割是可能的。這里，SSC被加入作為邊界值。在每個SSC，關于MAI的VLC代碼被編碼從而設置MBI VLC代碼為1來代替原始的MAI VLC代碼值。在這時，代碼的字節排列必須被重做。
當視頻信號以固定的比特率(CBR)被編碼時，在根據比特流緩沖器813的開始的情況下，比特率/緩沖器控制單元809改變量化參數，從而不變地保持將被編碼的比特量。以這種方式，比特率/緩沖器控制單元809控制從編碼單元811輸出的比特的數量。為了輸出獨立的比特流，必須設置獨立的比特流緩沖器，從而比特率/緩沖器控制單元809能夠執行獨立的緩沖器控制操作。因此，比特率/緩沖器控制單元必須傳遞量化參數到DCTQ單元，從而DCTQ單元執行量化運算。比特率/緩沖器控制單元809也必須將vbv_delay代碼加到將被輸出的每個比特流的圖象首部。這意味著比特率/緩沖器控制單元809必須識別比特流緩沖器的狀態和產生比特的數量。因此，圖8的多頻道視頻編碼裝置必須包括n個可變長編碼器、n個比特流/緩沖器控制器和n個比特流緩沖器，它們的數量與頻道的數量相同，與圖6的多頻道視頻編碼裝置類似。從而，CBR視頻編碼不能由圖8的多頻道視頻編碼裝置獲得。
但是，可變比特率編碼能夠在圖8的多頻道視頻編碼裝置中獲得，其中當新的圖象在行上的數據被編碼的邊界開始時，相同圖象上的下一行上的數據被關于SSC編碼，從而輸出對應于小圖象的比特流。即，在新圖象的起始點上的MAI被設為1，并且每個圖象的起始點上的SSC(垂直位置(vertical_position))被設為1。
圖9是適于空分和時分多路復用技術的混合多頻道視頻編碼裝置的框圖。該圖用另外的SDRAM(904)轉換4頻道空分和時分多路復用。當從編碼器的外部提供同步的16頻道和幀轉換序列視頻給預處理器(903)時，該多頻道編碼器使用另外的SDRAM(905)產生與每個頻道的信息一起的16個不同的比特流。
參照圖9，901執行圖2中的有效信號提取并抽取濾波。902具有與圖2中的同步單元相同的功能。在903中，序列視頻的頻道信息與同步信號一起被插入。906支持用于空分和時分多路復用的頻道獨立比特流產生。
從而，根據本發明的多頻道視頻編碼裝置能夠以固定比特率和可變比特率編碼單個NTSC/PAL圖象。多頻道圖象能夠由圖8的簡化的多頻道視頻編碼裝置，只以可變比特率同步地編碼。
上述本發明的實施例能夠被寫為計算機程序并通過從計算機可讀介質讀出程序，在通用目的地數字化計算機中實現。介質包括諸如磁性存貯介質(例如ROM、軟盤、硬盤等)、光學可讀介質(例如，CD-ROM、DVD等)的存儲介質和載波(例如互聯網)。
盡管本發明已經參照本發明的優選實施例被特別地示出并說明，但本領域技術人員將能夠理解在不脫離由附加大權利要求定義的本發明的宗旨和范圍的情況下，做出各種形式和細節的變化。因此，公開的實施例應當只被解釋為用于描述并不用于限制本發明的目的。也能夠理解本發明的范圍不是在前述的描述中而是在附加的權利要求中，而且在本發明的范圍中還包括不同的部分。
與現存的需要具有與視頻信號頻道的數量相同數量的編碼器，以便能夠同時獨立地編碼多個輸入視頻信號的編碼裝置相反，根據本發明的多頻道視頻編碼裝置能夠使用一個編碼器對多頻道視頻信號編碼。另外，根據本發明的多頻道視頻編碼裝置節省了對幾個視頻信號進行編碼的費用，并能夠簡單地配置組成。
權利要求
1.一種多頻道視頻編碼裝置，包括一信號提取單元，用于從接收到的視頻信號中提取同步信號和有效視頻數據；一抽取濾波器單元，用于根據頻道數量空間地抽取已提取出的有效視頻數據；一同步單元，用于將抽取的用于頻道的有效視頻數據同步；一編碼單元，用于對從同步單元接收的同步的抽取出的有效視頻數據進行編碼。
2.一種適于時分系統的多頻道視頻編碼裝置，該裝置包括一信號提取單元，用于從接收的視頻信號中提取同步信號和有效視頻數據；一抽取濾波器單元，用于根據頻道數量空間地抽取已提取出的有效視頻數據；一同步單元，用于保存從抽取濾波器單元接收的已抽取出的用于頻道的有效視頻數據，并且與最新接收到的視頻數據的同步信號同步地順序輸出保存的獨立的視頻數據；一編碼單元，用于順序編碼從同步單元接收到的用于頻道的獨立的視頻信號，產生用于頻道的比特流。
3.如權利要求2所述的適于時分系統的多頻道視頻編碼裝置，其特征在于進一步包括一輸出單元，用于沒有改變地輸出由編碼單元產生的用于頻道的比特流，或把用于各個頻道的比特流合并成單個比特流，并輸出該單個比特流。
4.一種適于空分系統的多頻道視頻編碼裝置，該裝置包括一信號提取單元，用于從接收的視頻信號中提取同步信號和有效視頻信號；一抽取濾波器單元，用于根據頻道數量空間地抽取已提取出的有效視頻數據；一同步單元，用于保存從抽取濾波器單元接收的已抽取出的用于頻道的有效視頻數據，并與最新接收到的視頻數據的同步信號同步地把保存的獨立的視頻數據合并到單個視頻信號中；一編碼單元，用于在單個頻道視頻信號被編碼時，編碼單個的合并視頻信號，產生單個比特流。
5.如權利要求4所述的適于空分系統的多頻道視頻編碼裝置，其特征在于編碼單元包括與頻道的數量同樣多的可變長編碼器和同樣多的比特流緩沖器，可變長編碼器和比特流緩沖器用于根據用于頻道的視頻信號之間的邊界信息獨立地編碼用于頻道的有效視頻數據，并輸出用于頻道的獨立的比特流。
6.如權利要求5所述的適于空分系統的多頻道視頻編碼裝置，其特征在于還包括一輸出單元，用于沒有變化地輸出由編碼單元產生的用于頻道的比特流，或把用于頻道的比特流合并成單個比特流并輸出單個比特流。
7.如權利要求4所述的適于空分系統的多頻道視頻編碼裝置，其特征在于還包括一比特流分配器，用于根據包含在由編碼單元產生的單個比特流中的頻道之間的邊界信息提取用于頻道的比特流并輸出用于頻道的單個比特流。
8.如權利要求7所述的適于空分系統的多頻道視頻編碼裝置，其特征在于頻道之間的邊界信息是片段起始代碼，并且比特流分配器在每個具有片段起始代碼的相鄰部分的邊界的每個起始點把宏塊增量值設為1。
9.如權利要求4所述的適于空分系統的多頻道視頻編碼裝置，其特征在于圖象的失真是在由編碼單元產生的單個比特流中包含的頻道之間的邊界信息的基礎上，通過對應頻道的視頻信號的比較而獲得宏塊之間的差異圖象而被防止的。
10.如權利要求4所述的適于空分系統的多頻道視頻編碼裝置，其特征在于圖象的失真是通過限制各個頻道的視頻信號的圖像的運動搜索區域而實現的，以便在由編碼單元產生的單個比特流中包含的頻道間的邊界信息的基礎上，通過在運動估計期間穿越視頻信號的圖像邊界而不進行運動搜索。
11.一種多頻道視頻編碼方法，包括從接收到的視頻信號中提取同步信號和有效視頻數據；根據將被多路處理的頻道數量空間地抽取已提取出的有效視頻數據；將抽取的用于頻道的有效視頻數據同步并序列化；順序編碼抽取出的用于頻道的有效視頻數據。
12.一種用于執行權利要求11的方法的程序被寫入的計算機可讀記錄介質。
13.一種混合多頻道視頻編碼方法，包括產生新的同步的視頻信號，即包括空間抽取的輸入視頻的第一信號；沒有幀延遲地產生幀轉換的序列視頻信號，即第二信號，也就是時間分割的輸入視頻；有選擇地編碼第一或第二信號。
14.如權利要求7所述的混合多頻道視頻編碼方法，其特征在于還包括用于從外部的幀開關接收不限制數量的輸入序列視頻的步驟，并通過增加額外的SDRAM提供它們的獨立比特流和頻道信息。
全文摘要
一種通過空分技術或時分技術使用單個編碼器編碼多頻道視頻信號的裝置和方法。在多頻道視頻編碼裝置中，信號提取單元提取同步信號和有效視頻數據。抽取濾波器單元根據頻道數量空間地抽取已提取出的有效視頻數據。同步單元將抽取的用于頻道的有效視頻數據同步。編碼單元對從同步單元接收的同步化的抽取出的有效視頻數據編碼。該多頻道視頻編碼裝置能夠在使用單個編碼器的同時獨立地編碼多頻道視頻信號。
文檔編號H04N7/62GK1399468SQ02130389
公開日2003年2月26日 申請日期2002年7月5日 優先權日2001年7月5日
發明者金堅洙, 金始仲 申請人:日隆電視系統株式會社