专利名称：在视频和音频编码器中用于位速率控制的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及视频和音频编码器中的位速率控制方法和装置。
MPEG-2的输出位速率取决于源图像中的源数据率、内容、细节或运动的程度，预测类型和量化器设置。编码器输出位速率的控制是根据包含VLC(可变化长度编码)词的缓冲器的填充级，这个缓冲器位于编码器的输出端附近。对应于这个VLC缓冲器的实际填充级，改变或适应量化器的设置或其特点，以便得到满足应用要求的编码器输出位速率。
在市场上的DVD-RAM装置能够存储MPEG-2视频编码的视频序列。
所用的位速率控制算法在编码的视频序列的可达到的视觉图像质量方面有重要的影响。特性差的位速率控制常导致视觉质量的恶化。对应的情况也发现在音频编码中。
本发明的目的是公开一种提供位速率控制的方法，特别是对存储在存储介质上的视频和音频数据编码的方法。
本发明的另一目的是公开一种采用本发明方法的装置。
本发明的位速率控制方案适用于在DVD-RAM上存储编码的音频数据或MPEG-2编码的视频数据。对于位速率控制，附加考虑处理链中的两个缓冲器的当前填充级对于DVD-RAM的应用，采用DVD记录器的机械缓冲器，并装载DVD-RAM盘本身。
本发明的位速率控制方案主要适用于上述量化器的设置或特点。此外，它还能够对应地适应于，根据一个或多个所述的缓冲器填充级，按照当前的图像统计，通过选择不同的霍夫曼(Huffman)表格选择不同的VLC编码方案。
在编码音频信号情况中，基本上使分配到光谱系数的位受到控制。此外，可以在MPEG-1、MPEG-2层1、层2的音频、AC-3中的尾数字长、MD中的字长控制比例因子编码的种类。在所有种类的音频编码中，可以控制掩码阈值或频带内容的传输。
本发明的主要优点是在编码期间，不仅要考虑编码器的要求，还要考虑附加的要求，即当重放存储介质时，允许改善图像解码质量。这样的附加要求是记录器输入缓冲器的存储容量、存储介质上必须的数据格式、记录的视频、音频和用户数据的不同类型的数据流的量。
原则上，本发明的方法适用于在具有编码数据缓冲器的视频或音频编码器中的位速率控制，其中，通过在所述的视频或音频编码器中使用的至少一个编码参数的对应适应，代表所述编码的数据缓冲器的当前填充级的第一控制信号被用于控制视频或音频编码器输出位速率，其中，编码的输出视频和音频数据通过所述的编码的数据缓冲器和数据记录器的输入缓冲器，并存储在所述的数据记录器中操作的存储介质上，其中，所述的编码参数和/或影响视频或音频编码器输出位速率的编码参数由代表所述输入缓冲器的当前填充级的第二控制信号和/或代表存储介质上当前可用存储容量的第三控制信号附加地控制。
本发明方法的优选实施例公开在各从属权利要求中。
原则上，本发明的装置适用于位速率控制，包括-编码的数据缓冲器被分配到视频或音频编码器；-包括输入缓冲器的数据记录器，其中，所述编码的数据缓冲器的输出视频或音频数据通过所述输入缓冲器，并存储在所述数据记录器中操作的存储介质上，其中，通过在所述视频或音频编码器中使用的至少一个编码参数的相应适应，代表所述编码的数据缓冲器的当前填充级的第一控制信号被用于控制视频或音频编码器输出位速率，其中，所述的编码参数和/或影响视频或音频编码器输出位速率的编码参数由代表所述的输入缓冲器的当前填充级的第二控制信号和/或代表在存储介质上的当前可用存储容量的第三控制信号附加地控制。
本发明装置的优选实施例公开在各从属权利要求中。
以下参照附图描述本发明的示例性实施例，其中
图1是已知的用于供给输出数据到DVD-RAM装置的MPEG-2视频或音频编码器的位速率控制；图2是图1系统的改进的位速率控制。
在图1中，输入视频信号IP供给到包括主MPEG编码器方块MMPE和具有VLC缓冲器VLCB的VLC编码器的MPEG-2视频编码器。从VLCB的当前填充级获得填充或内容级信号CONL，并馈送到MMPE，以便控制量化器的特征并反向量化器。在众所周知的环路中，MMPE包括减法组合器、DCT变换器、量化器、反向量化器、反向DCT变换器、图像程序块值预测器。预测的和对应地运动补偿象素程序块值被馈送到所述组合器的减法输入。在内帧或内场编码的情况下，组合器输出原始输入信号像素程序块值到所述的DCT变换器。在内帧或内场的情况中，即预测的编码，组合器把原始输入信号像素程序块值和对应重构预测的和运动补偿的像素程序块值之间的像素程序块差值输出到所述DCT变化器。量化器的输出信号还被馈送到VLCB。MPEG编码的视频信号存储在DVD-RAM盘上，该盘插入在DVD数据记录器DREC。这个记录器包括接收MPEG编码输入信号的称为机械缓冲器的缓冲器，并且，当数据项处于纪录状态时输出数据到DVDR。
图2所示的系统包括对应图1的状态或步骤。但是，量化器和/或VLC编码器和/或预测特征或设置由第二填充或内容级信号CONL2和/或第三填充或内容级信号CONL3附加地控制。从MB的当前填充级获得CONL2。从存储介质DVDR的当前填充级获得CONL3。
本发明的位速率控制至少使用下面的特性a)避免机械缓冲器(MB)的溢出和下溢b)数字TV数据流包括EPG(电子节目导视)数据的信息，根据原始或当前剩余节目长度和要求的平均数据率，并根据DVD-RAM盘上原始或当前用于这个节目的剩余存储容量，从该信息中，适应编码参数。特别是避免了一种状况，即由于“盘区域满”状况，输入序列或节目的最后部分不能够存储在盘上。如果节目长度数据已经被手动或自动插入数据流，或数字TV接收机或机顶盒接收和解码存储之前重新编码的EPG数据的数据流，对应的编码器/记录器系统可以工作在演播室或由消费者操作。
如果存储和编码模拟TV信号，关于节目长度的信息可以从VPS数据(视频程序设计系统标准)提取。当作为视频或音频编码器+DVD记录器系统实施时，本发明的优点是不需要附加高成本的硬件，因为对DVD前端使用机械缓冲器是强制性的。剩余的盘或盘区域容量总是在DVD记录器中进行监控。唯一的附加硬件是实施从DVD记录器到视频或音频编码器传输信号CONL2和CONL3的简单控制信号信道。
本发明包括的特征是输入缓冲器MB不仅接收来自视频编码器或音频编码器的编码数据缓冲器VLCB的一个数据流，也接收几个数据流，包括来自视频编码器的编码数据缓冲器VLCB的数据流、音频编码器或另一个视频编码器的编码数据缓冲器VLCB的数据流、来自几个音频编码器的对应数据流。在这种情况中，信号CONL2和/或CONL3被馈送到几个具有对应编码数据缓冲器VLCB的对应编码器MMPE。如果对于第一个数据流的当前编码质量是适当的，对于第二个数据流在VLCB中的填充级的当前变化或在MB或在DVDR中主要由第二个数据流引起的填充级的当前变化也可以影响使用一个或多个对应信号CONL、CONL2、CONL3的第一个数据流的编码。
可以使用任何其它种类的视频编码而不使用MPEG-2视频编码。在音频编码的情况中，可以使用包括所有它的层或MPEG-AAC、AC-3、MD、DTS的MPEG-1、MPEG-2、MPEG-3。可以使用任何其它种类的数据记录器或存储介质而不使用DVD记录器和DVD-RAM盘，例如，DVD-RW、DVD数据流装置、具有DV合式磁带的DV记录器。
表示为MMPE的视频或音频编码也可以使用软件完成，因此，VLCB可以是指定到微处理器的标准存储器。
权利要求
1．一种在具有编码数据缓冲器(VLCB)的视频或音频编码器(MMPE)中的位速率控制方法，其中，通过在所述的视频或音频编码器中使用的至少一个编码参数的对应适应，代表所述编码数据缓冲器的当前填充级的第一控制信号(CONL)被用于控制视频或音频编码器输出位速率，其中，编码的输出视频和音频数据通过所述的编码的数据缓冲器和数据记录器(DREC)的输入缓冲器(MB)，并存储在所述的数据记录器中操作的存储介质(DVER)上，其特征在于所述的编码参数和/或影响视频或音频编码器输出位速率的编码参数由代表所述的输入缓冲器(MB)的当前填充级的第二控制信号(CONL2)和/或代表在存储介质上的当前可用存储容量的第三控制信号(CONL3)附加地控制。
2．按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的视频或音频编码器在特殊的MPEG-2视频中是MPEG编码器。
3．按权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的数据记录器是DVD记录器。
4．按权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于所述的视频或音频编码器在它的编码环路中有量化器，所述的编码参数是用于所述量化器和反向量化器的设置或参数。
5．按权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于输入到所述视频或音频编码器(MMPE)的数据流(IP)包括EPG数据，关于临时长度或将被纪录的节目数据量的数据，根据原始或当前剩余节目长度和要求的平均数据率，并根据存储介质(DVDR)上的原始或当前用于这个节目的剩余存储容量，从该数据中，至少使用第二控制信号(CONL2)和/或第三控制信号(CONL3)计算一个编码参数。
6．一种用于位速率控制的装置，包括-编码的数据缓冲器(VLCB)被分配到视频或音频编码器(MMPE)；-包括输入缓冲器(MB)的数据记录器(DREC)，其中，所述编码数据缓冲器(VLCB)的输出视频或音频数据通过所述的输入缓冲器(MB)，并存储在所述的数据记录器中操作的存储介质(DVDR)上，其中，通过在所述的视频或音频编码器中使用的至少一个编码参数的对应适应，代表所述编码的数据缓冲器的当前填充级的第一控制信号(CONL)被用于控制视频或音频编码器输出位速率，其特征在于所述的编码参数和/或影响视频或音频编码器输出位速率的编码参数由代表所述的输入缓冲器的当前填充级的第二控制信号(CONL2)和/或代表在存储介质上的当前可用存储容量的第三控制信号(CONL3)附加地控制。
7．按权利要求6所述的装置，其特征在于所述的视频或音频编码器在特殊的MPEG-2视频中是MPEG编码器。
8．按权利要求6或7所述的装置，其特征在于所述的数据记录器是DVD记录器。
9．按权利要求6至8中任一项所述的装置，其特征在于所述的视频或音频编码器在它的编码环路中有量化器，所述的编码参数是用于所述量化器和反向量化器的设置或参数。
10．按权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于输入到所述视频或音频编码器(MMPE)的数据流(IP)包括EPG数据，关于临时长度或将被纪录的节目数据量的数据，根据原始或当前剩余节目长度和要求的平均数据率，并根据存储介质(DVDR)上的原始或当前用于这个节目的剩余存储容量，从该数据中，至少使用第二控制信号(CONL2)和/或第三控制信号(CONL3)计算一个编码参数。
全文摘要
编码器输出位速率的控制是基于包含VLC词的缓冲器的填充级。对应这个VLC缓冲器的实际填充级,采用量化器设置,以便得到常数位速率编码器输出。所用的位速率控制算法在获得编码视频序列的视觉图像质量上具有重要的影响。因此,在处理链中的两个缓冲器的当前填充级附加的考虑位速率控制:对于DVD－RAM的应用,采用DVD记录器的机械缓冲器,并装载DVD－RAM盘本身。位速率控制方案主要适用于量化器设置或特征。
文档编号G11B20/10GK1308464SQ0110197
公开日2001年8月15日 申请日期2001年1月19日 优先权日2000年2月8日
发明者克劳斯·格特克, 哈拉尔德·席勒, 拉尔夫·奥斯特曼, 哈特穆特·彼得斯, 赫伯特·许策 申请人:德国汤姆森-布兰特有限公司