专利名称：一种嵌入式互动应用服务转编码系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电通信技术领域，具体涉及一种数字电视互动应用开发中多种编码转 换技术。
背景技术：
电视系统数字化后，将出现电信网、有线电视网和计算机网相互融合的趋势。因 此，它们之间不可避免地会出现相互交换节目的情况，但是不同的视频压缩标准的编码码 流的语法、语义不同，需要对编码比特流进行转换。不同的视频应用对视频数据存放格式、 网络带宽及视频编解码器的性能、体积和功耗等都有不同的要求，由此针对不同领域而使 用的编码标准也不尽相同。为了使得异质网络之间、不同的接入设备之间以及不同多媒体 数据格式之间能够无缝连接，就需要在接口处使用转码技术。例如在视频点播系统中，视 频服务器通过转码系统满足不同用户的请求；在数字广播中，可由机顶盒或网关设备完成 转码，使不同多媒体终端均可以接收数字广播。除通用的多媒体访问外，视频转码技术还可 应用于多路视频流的复合传输，控制码率使其满足信道带宽的限制，在压缩视频流中增加 公司标识、水印以及抗误码特性，对数字视频的快进、回放等模式的支持和视频点播也非常 有用。视频转码己成为网上多媒体传输的核心技术之一。但是以往转码器采用级联开环结构，有针对性地将输入码流转换到需要的格式， 转换种类单一，占用的运算资源、存储器资源比较大，而且转码效率不高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种嵌入式互动应用服务转编码系统，其目的在于降低转 码运算量，提高转码效率，并且转换种类多样化。根据上述目的，本发明的技术方案是这样实现的一种嵌入式互动应用服务转编 码系统，该系统包括一转码装置，该转码装置进一步包括解码器和编码器，所述编码器和解 码器直接级联，所述解码器对输入数据解码后再送入编码器进行编码；所述转码装置采用 闭环控制结构，用于码率转换、分辨率转换和标准转换三类。进一步的，当所述转码装置用于标准转换时，所述转码装置采用闭环控制结构具 体为在解码时保存得到编码信息，将输出码流参数作为反馈控制参数，不断对编码信息进 行修正控制，逐渐减少残差，构成一个自适应闭环控制系统。进一步的，当所述转码装置用于码率转换时，运动矢量修正技术首先对原始码流 进行解码，得到运动矢量、编码模式等参数，然后在编码端，解码得到的宏块参数得到重用， 在二次编码时就不再进行运动估计和模式选择。进一步的，在码率转换中弓I入运动补偿运算。进一步的，在分辨率转换中运用运动矢量映射算法，将已编码比特流与输出帧缓 存的反馈作为转码控制参数进行闭环控制。进一步的，在标准转换中闭环结构转码器引入块编码的思想，对解码信息进行重
3新利用，从解码端得到的运动矢量得到重用，从解码端得到的运动矢量得到重用，编码端只 需要在当前得到的运动矢量上做有限地小范围搜索，回调码率闭环控制算法和比特率闭环 控制算法。本发明提出了一种嵌入式互动应用服务转编码系统，它是数字电视用于互动应用 服务领域视频转码的重要组成部分，它采用闭环结构，将码流的输出作为编码控制参数的 输入反馈，具有自动调节的功能，可以将一种标准和格式的视频数据处理成更适应于某种 特定应用的另一种标准和格式的视频数据。转码器的输入和输出都是压缩后的视频流，转 码后的码流更能适应传输带宽以及接受终端的要求不同类视频转码是将视频码流从某一 种编码标准转换成另一种视频编码标准的码流，来满足不同视频编码标准系统之间的互操 作性。可以用于码率转换、分辨率转换和标准转换。在码率转换中闭环结构转码器算法是利用原始码流进行解码得到运动矢量、编码 模式等参数进行重用，有效的控制了误差扩散，形成了闭环控制；在分辨率转换中闭环结构 转码器是以满足用户的要求和传输带宽的限制为参数，运用运动矢量映射算法，将已编码 比特流与输出帧缓存的反馈作为转码控制参数进行闭环控制；在标准转换中闭环结构转码 器引入块编码的思想，利用解码时保存得到编码信息(如运动矢量、帧编码模式、宏块编码 模式等)与输入参数进行修正，如果要对分辨率，码率控制，就会引入码率转换中闭环结构 转码器算法和分辨率转换中闭环结构转码器算法形成闭环控制。，本发明采用闭环转码结构，可以适用于多种转码类型，基于本发明的转码器的存 储器资源大为减少，算法复杂度和运算量也更低，能克服误差漂移，图像的质量得到很大提 高。基于本发明的码流可以变换成适合于不同网络传输，满足不同视频设备以及不同用户 终端要求的码流形式，从而实现不同应用环境中不同编码标准的数字视频系统之间的兼 容，实现不同格式多媒体资源之间的交互与集成。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其它的附图。图1是本发明实施例的互动应用服务转编码系统方框图；图2是本发明实施例的互动应用服务转编码系统流程图；图3是本发明实施例的转码网关图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下举具体实施例并参照 附图，对本发明进行进一步详细的说明。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它 实施例，都属于本发明保护的范围。
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如图1所示，是本发明实施例的互动应用服务转编码系统方框图。它是利用输出 码流的反馈参数和输入码流参数作为转码控制参数，实现转码系统的闭环控制，可以适用 于多种转码方式。最简单的转码器就是将解码器和编码器直接级联，解码器对输入数据解码后再送 入编码器进行编码。然而，这种方式计算量太大，并不实用。在这里我们采用闭环的转码系 统，可以适用于码率转换、分辨率转换和标准转换。在码率转换中闭环结构转码器算法是对部分解码和部分编码的组合。首先对原始 码流进行解码，得到运动矢量、编码模式等参数，然后在编码端，解码得到的宏块参数得到 重用，在二次编码时就不再进行运动估计和模式选择，这样可以减少大量运算，引入了运动 补偿运算，也由此有效的控制了误差扩散，克服了开环结构存在图像漂移的问题，转码后的 图像质量比较理想，提高编码效率。在分辨率转换中闭环结构转码器是对空间分辨率和时间分辨率进行闭环转换，以 满足用户的要求和传输带宽的限制，运用运动矢量映射算法，将已编码比特流与输出帧缓 存的反馈作为转码控制参数进行闭环控制。在标准转换中闭环结构转码器引入块编码的思想，对解码信息进行重新利用，来 提高转码效率。在解码时保存得到编码信息(如运动矢量、帧编码模式、宏块编码模式等)， 然后对这些信息通过输出反馈和输入参数进行修正，二次编码过程中直接应用修正过的信 息，不再重新进行运动估计和模式选择等处理，这样就可以大大减少计算量。在压缩域，对 输入视频流包含的运动矢量信息的复用，将带来预测和残差不能很好匹配的问题，因此还 需要对运动矢量做进一步修正，即在一定的搜索范围内继续做(半像素)运动估计。运动估 计搜索窗不需很大，在前已得到运动矢量前提下，可很快得到最优运动矢量，相应的残差也 更小，这些额外的参数修正计算可以是转码器设计的关键，修正后的参数正确与否直接影 响到转码后图像的质量，如果在标准转换的同时，还对视频图像的分辨率，码率等有要求， 就要加入码率转换中闭环结构转码器算法和分辨率转换中闭环结构转码器算法。与编解码器级联结构相比，闭环转码结构的运算量大大降低。运动估计部分是最 消耗运算资源的部分，通常能占到总编码时间的60%以上。当使用闭环转码结构时，从解 码端得到的运动矢量得到重用，编码端只需要在当前得到的运动矢量上做有限地小范围搜 索。同时，闭环转码结构在图像质量、比特率上来说也比编解码器级联结构要优秀。其中的 主要原因在于原始视频流的量化参数、宏块编码类型等信息直接用于重编码过程中。例如， 编码器使用解码得到的量化参数作为实际编码的量化参数的参考，以此来限制实际编码的 量化参数。如图2所示，是本发明实施例的互动应用服务转编码系统流程图。转换编码软件 从从参数文件中读取编码文件并进行相应的初始化，然后从编码文件中获取必要的编码参 数(输出码格式、帧率等)，然后判断是否要进行下一帧的处理，如果不需要的话，就结束转 换，需要的话就对这一帧开始解码。解码完成后看这一帧是否需要丢弃，如果需要丢弃则进 行运动矢量和优化处理，再处理下一帧，否则给当前帧分配数据空间并进行相应的修正控 制，修正控制参数来自输入参数和输出反馈参数的结合，修正完成后进行编码，并判断是否 满足转码要求，满足则处理下一帧，否则再跳到修正控制处进行继续修正，这就完成了一帧 的整个转码过程。
如图3所示是转码网关系统的实施例图，转码网关系统根据控制模块输入的转码 参数和输出码流的反馈参数，调用不同的功能模块进行转换编码处理，这些处理主要包括 码流格式转换、比特率转换、分辨率转换、扫描模式转换、抗扰转换、差错处理等。码流格式转换码流格式转换主要是由于输入码流和终端所支持的码流所遵循 的视频编码标准不同，如典型的MPEG-2到MPEG-4的转码可以将DVD和数字广播中采用 MPEG-2标准编码的内容转换为MPEG-4编码的格式，从而满足网络多媒体应用的要求，本转 码系统支持转换输入视频码流的编码标准包括H. 264，H. 263 (+)、MPEG-2和MPEG-4在内的 编码格式的转换。分辨率转换、比特率转换多用于相同或相似码流语法内的转码。分辨率转换又分 为时间分辨率转码(帧率变换)和空间分辨率转码(图像分辨率变换)。进行分辨率转换主 要是为了满足用户端解码器在实时处理能力、解码能力、显示分辨率上的一些限制。例如 从HDTV到SDTV的转码可以在支持SDTV的设备上观看或记录高清的节目。比特率转换主要 应用于数字广播和网络传输，保证数字广播中特定级之间的兼容性，并尽可能地节省带宽。空间分辨率转换根据目标用户的配置来改变视频帧的大小，例如，由于计算能力 和存储空间受限，很难达到高清数字电视的显示分辨率，如果源视频流的帧尺寸大于目标 用户所能接受的帧尺寸，就需要将源视频流转码成具有更低空间分辨率的码流。时间分辨率转换有的终端视频设备只能以较低的帧率来播放视频，如果需要接 收和播放原本高帧率的视频图像，就必须进行帧率转换。比特率转换视频转码器能根据连接信道的带宽限制来改变视频流的比特率。为 满足低带宽的网络传输，需要以降低图像质量为代价将比特率较高的视频流转换为比特率 较低的视频流。视频转码器还支持VBR到CBR的转换。扫描模式转换扫描模式转换可以实现隔行扫描和逐行扫描的相互转换。在商业 应用中，经常会采用不同的扫描方式，通常在视频处使用逐行扫描的显示方式去观看隔行 扫描视频，因为适当的隔行扫描到逐行扫描变换算法可以减少行闪烁现象，提高显示图像 的垂直分辨率。这里是利用自适应内插算法来将隔行扫描的图像转码成逐行扫描的图像。 另一方面，通过抽取其奇数行和偶数行，一个逐行扫描的图像序列可以很容易的被分成两 个隔行扫描的图像。抗扰转换将语音转换成文字、文字转换成三维图像、插入数字水印等，这样有效 地提高了码流的抗干扰特性，保护了服务厂商的版权。差错处理对于误码率较高的信道，转码器在视频码流解码过程中能有效检测视 频流中的误码，并进行适当的差错恢复。在视频流编码过程中，转码器将根据不同视频编解 码标准的规定使用适当的错误抑制机制，提高输出视频码流的容错性能。以上对本发明实施例所提供的一种嵌入式互动应用服务转编码系统进行了详细 介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明 只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思 想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，这里的内容不应理解为对本 发明的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种嵌入式互动应用服务转编码系统，该系统包括一转码装置，该转码装置进一步包括解码器和编码器，所述编码器和解码器直接级联，所述解码器对输入数据解码后再送入编码器进行编码；其特征在于所述转码装置采用闭环控制结构，用于码率转换、分辨率转换和标准转换三类。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式互动应用服务转编码系统，其特征在于当所述 转码装置用于标准转换时，所述转码装置采用闭环控制结构具体为在解码时保存得到编 码信息，将输出码流参数作为反馈控制参数，不断对编码信息进行修正控制，逐渐减少残 差，构成一个自适应闭环控制系统。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式互动应用服务转编码系统，其特征在于当所述 转码装置用于码率转换时，运动矢量修正技术首先对原始码流进行解码，得到运动矢量、编 码模式等参数，然后在编码端，解码得到的宏块参数得到重用，在二次编码时就不再进行运 动估计和模式选择。
4.根据权利要求3所述的一种嵌入式互动应用服务转编码系统，其特征在于在码率 转换中采用运动补偿运算。
5.根据权利要求1所述的一种嵌入式互动应用服务转编码系统，其特征在于在分辨 率转换中运用运动矢量映射算法，将已编码比特流与输出帧缓存的反馈作为转码控制参数 进行闭环控制。
6.根据权利要求2所述的一种嵌入式互动应用服务转编码系统，其特征在于在标准 转换中闭环结构转码器引入块编码的思想，对解码信息进行重新利用，从解码端得到的运 动矢量得到重用，从解码端得到的运动矢量得到重用，编码端只需要在当前得到的运动矢 量上做有限地小范围搜索，回调码率闭环控制算法和比特率闭环控制算法。
全文摘要
本发明公开了一种嵌入式互动应用服务转编码系统，它属于嵌入式应用开发领域和数字电视互动应用开发领域。该系统包括一转码装置，该转码装置进一步包括解码器和编码器，编码器和解码器直接级联，解码器对输入数据解码后再送入编码器进行编码；转码装置采用闭环控制结构，用于码率转换、分辨率转换和标准转换三类。基于本发明的码流可以变换成适合于不同网络传输，满足不同视频设备以及不同用户终端要求的码流形式，从而实现不同应用环境中不同编码标准的数字视频系统之间的兼容，实现不同格式多媒体资源之间的交互与集成。
文档编号H04N7/26GK101945285SQ20101029747
公开日2011年1月12日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者徐武强, 王炅, 赵炳勇 申请人:广州市聚晖电子科技有限公司;中山大学深圳研究院