专利名称：用压缩器多路复用多个视频信号的方法
技术领域：
本发明涉及到用压缩器多路复用多个视频信号的方法。
为了能够发送数字的视频信号，ISO/IEC已经为视频压缩、音频压缩和多媒体多路复用制订了按MPEG2标准ISO/IEC13818设计的标准。EP0855840A1在这一标准的基础上具体解释了一种带数字信号多路复用器和数字信号多路分解器的系统。在这一系统的多路复用器中，首先将第一数量的数字视频信号多路复用成一个多路复用的数字信号，以便将其传送给这一系统的多路分解器。数字视频信号全都是用于广播节目的电视信号。每个节目也可以称作一个频道。每个数字视频信号包含数字音频信号或数据信号或是同时包括两种信号。来自视频信号源的数字信号被编码，打包，在多路复用器中被多路复用，然后作为串行数据流被提供给一个变换部。在变换部的另外一侧从串行数据流中滤除电视频道的信号。然而，在本文中并没有具体解释多路复用器和压缩的过程。
本发明的目的是提供一种压缩方法。多路复用器应该具有存储和控制的简单计算机结构。
这一目的是利用并列权利要求1到4的特征来实现的。按照本发明的第一实施例，关于视频信号的信息被减少，然后组合成单个视频信号再用一个压缩器压缩这一视频信号。这样能节省压缩器的电路。
按照本发明的第二实施例，视频信号的电视图像被交替存储在一个存储器中，然后从存储器中串行地成块读出电视图像并且用压缩器压缩。为了实现高视频压缩率，在顺序的图像之间需要尽可能多的校正。然而，只有在压缩器上连接一个摄像机才能做到。如果通过一个切换装置连接多个摄像机，切换到另一个摄像机之后的图像就会与前一个图像截然不同。在这种情况下压缩率很低，会产生一个高数据流。利用存储和按顺序成块压缩一个频道中连续的图像可以避免这一问题。
按照本发明的第三实施例，每次用一个压缩器压缩一系列若干视频信号中的第一电视图像并且作为中间图像存储在存储器中，每次按照与视频信号相联系的中间图像用压缩器交替压缩该系列中连续的图像。这样就能使各个视频信号的电视图像交替进入压缩器，并通过对相应的中间图像的延时访问来实现高压缩率。
按照本发明的第四实施例，来自一个压缩器的一系列多个视频信号的电视图像作为压缩的中间图像被存储在存储器中，然后用第二压缩器按照有关的中间图像交替压缩顺序的图像。这一过程改用了二级压缩，在第一级的第一压缩器中完成单一图像压缩，并在第二级的第二压缩器中完成运动压缩。对若干个视频信号或电视频道用两个压缩器交替执行这种压缩。在第二运动压缩器中，按照一定的时间延迟从存储器中读出需要与一个频道中的后一个图像比较的前一个图像，这样就能对每次需要压缩的后一个图像实现高压缩率。
在一个简化实施例中，由一个压缩器将视频信号变换成串行数字数据流的一个多路复用器包括一个局部图像发生器，它有一个被设计成能够减少视频信号信息的电路，还有一个被设计成能够将多个视频信号组合成一个视频信号的电路。这样就仅需压缩一个视频信号。
按照另一个简化实施例，在输入切换装置和用于将许多视频信号变换成一个串行数字数据流的多路复用器之间布置有一个存储器，该存储器包括用于交替写入数字视频信号并且成块地串行读出这一数字视频信号的装置。这样就能利用存储器实现成块压缩和很高的数据速率。
按照一个简化实施例，存储器有两个存储部分。在数据被写入一个存储器部分的同时，从第二个部分读出数据。对两个存储部分交替地重复这一过程。
在另外一个简化实施例中，用于将许多视频信号变换成一个串行数字数据流的多路复用器中的压缩器具有一个用于若干视频信号的存储器。压缩器将中间结果存储在存储器中，并且多次处理数据。这样就能实现高压缩率。
在又一个简化实施例中，用于将许多视频信号变换成一个串行数字数据流的多路复用器中的压缩器具有一种串联结构，第一压缩器用来产生一个中间图像，存储器用来存储中间图像，以及第二或是运动压缩器用于运动压缩。这样就能实现高数据压缩率。存储器具有小存储容量。
为了更好地理解本发明，以下要参照附图具体解释本发明的实施例，在附图中
图1是一个多路复用器的电路框图，它能减少由四个摄像机产生的电视图像，并且以多路复用方式按照单个电视图像四分之一的局部图像输出各个电视图像；图2A是具有中间存储器的一个多路复用器的方框图，在其中中间存储由四个摄像机产生的电视图像，并且用一个压缩器逐个频道地压缩这些图像；图2B表示中间存储器上游的一系列电视图像的一帧；图2C表示中间存储器下游的一系列电视图像的一帧；图3A是具有一个压缩器和一个存储器的一种多路复用器电路的框图，在其中存储了由四个照相产生并且被压缩的压缩电视图像；图3B表示压缩器上游的一系列电视图像的一帧，以及图4是具有一个压缩器一种多路复用器电路的框图，压缩器具有串联连接的一个中间图像压缩器，一个中间图像存储器，和一个运动压缩器。
图1表示通过信号电缆5至8连接到以下也被称为多路复用器的多路复用装置10的局部图像发生器9上的四个摄像机1到4。局部图像发生器9有用于信号电缆5到8的四个连接11到14。用摄像机1到4拍摄图像。摄像机1到4为通过电缆5到8作为视频信号输出到局部图像发生器9的图像产生电信号。电视摄像机1到4作为视频信号源，并且产生在广播节目中被用做电视信号的数字视频信号。每一个节目也可以被称作一个频道，表，或是帧。每个数字视频信号包含数字音频信号或数据信号或是同时包括两种信号。局部图像发生器9包含一个减少视频信号信息的减少电路15，还有一个将多个视频信号组合成一个视频信号的合成电路16。来自局部图像发生器9的信号被提供给一个压缩器17压缩这一信号。压缩器17通过开关18将压缩的信号提供给发射机19再到变换部20，或是提供给数字录像机21来记录。
多路复用器10的功能如下通过消除信息将摄像机1到4产生的四个电视信号在局部图像发生器9的减少电路15中减少到其原有大小的四分之一，然后在局部图像发生器9的合成电路16中组合成单个电视信号。这样就能每次按单个电视图像的四分之一在屏幕上同时显示由四个摄像机1到4拍摄的电视图像。局部图像发生器9将单个电视图像的电视信号提供给压缩器17，并且在压缩器17中按照MPEG2压缩。
这种处理方式的缺点在于重放一个节目时重放的图像会变形，因为在将四个局部图像组合成单个图像时丢失了信息。
图2A表示具有一个输入切换装置31、一个中间存储器32和一个压缩器33的多路复用器30。输入切换装置31为四个摄像机备有四个连接34到37，将四个电视信号传送给输入切换装置31。所有四个电视图像的信号被传送到中间存储器32，它包括两个局部存储器38和39，各自有4×10个电视图像的存储空间。中间存储器可作为缓冲移位寄存器。来自所有四个摄像机的各10个连续电视图像可以暂存在两个局部存储器38和39之一中。
多路复用器30的功能如下输入切换装置31同步输入的电视图像，并且将图像传送到第一局部存储器38，在每次一个频道的图像之后同时发生切换，这样就能交替传送图像。当第一局部存储器38被充满时，在两个局部存储器之间发生切换，输入切换装置31向第二局部存储器39存入电视图像。在存入第二局部存储器39的同时清空第一局部存储器。这就意味着第一局部存储器38输出它的图像，每次按顺序也就是串行地成块输出一个频道的10个电视图像到压缩器33。压缩器33压缩图像。随着各频道的图像串行到达压缩器33，就能获得高压缩率。每到第十个图像也就是图像编号1，11，21等等就是一个中间图像，可以用它执行向前或向后的压缩。
图2B表示的一帧40具有一系列电视图像，都是由输入切换装置31提供给局部存储器38和39的。图像被交替写入存储器32。小数点前的第一自然数限定了摄像机，而小数点后的第二自然数是由对应的摄像机输出的图像的顺序。
图2C表示一帧41中电视图像的顺序，它们是从局部存储器38或39之一输出到压缩器33的。每个局部存储器38和39向压缩器33串行地成块输出第一频道的十个图像，然后是第二频道的十个图像，然后是第三频道的十个图像，最后是第四频道的十个图像。
图3A表示的多路复用器50具有一个输入切换装置51，压缩器52，和一个中间存储器53，它按照先进先出或是FIFO的次序读出首先写入的值。输入切换装置51有四个连接54到57用于四个摄像机，可以向输入切换装置51提供四个电视信号。压缩器52的输出信号被提供给开关58。压缩器52处理数据并将数据存储在存储器53中，然后将存储的数据再次传送给压缩器供进一步处理。
图3B表示的一帧59可以用来解释多路复用器50的功能输入切换装置51同步的输入视频信号并且提供给压缩器52。提供给压缩器52的首先是来自第一摄像机的第一图像，然后是来自第二摄像机的第一图像，然后是来自第三摄像机的第一图像，然后是来自第四摄像机的第一图像。然后是来自第一摄像机的第二图像，然后是来自第二摄像机的第二图像，然后是来自第三摄像机的第二图像，然后是来自第四摄像机的第二图像。用压缩器52压缩来自第一摄像机的第一图像，并且将这一压缩图像作为输出信号提供给开关58和存储器53。然后用压缩器52压缩来自第二摄像机的第一图像，同样作为输出信号输出到开关58并且同时写入存储器53。还要压缩来自第三摄像机的第一图像，并且输出到开关58并写入存储器53。对来自第四摄像机的第一图像也照此办理。在第二循环的开头，将来自第一摄像机的压缩的第一图像从存储器53装入压缩器52，并且与由输入切换装置51提供给压缩器52的来自第一摄像机的第二图像相比较。在压缩器52中根据图像比较执行MPEG2压缩。相应的设置被存储在存储器53中并且同时输出到开关58。对来自第二，第三和第四摄像机的第二图像也照此办理。然后用来自第一，第二，第三和第四摄像机的第三图像执行第三循环。在来自一个摄像机的每十或十二个图像之后，设置一个新的中间图像，可以用它执行向前或向后的压缩。
图4表示的多路复用器70有一个输入切换装置71和一个压缩器72。输入切换装置71有四个用于四个摄像机的连接73到76，可以向输入切换装置71输出四个电视信号。如一帧59中所示，所有四个电视图像的信号被传送到压缩器72。压缩器72具有第一中间图像压缩器77，中间存储器78，以及用做MPEG2压缩器的第二运动压缩器79，通常是将来自一个摄像机的每十或十二个图像压缩成一个压缩的中间图像，简称为内帧或I-帧，也就是一个JPEG压缩单一图像。按照MPEG处理方式，按照规则的间隔传送作为中间图像的I-帧，最好是在十或十二个传送的图像之后。有可能用中间图像获取一个新的中间图像所需的资源，在至少十或十二个图像之后缺少变换部的情况下作为一个起始图像。对于交叉衰落同样可以将一个新的中间图像作为起始图像来传送。除了对其它中间图像采用JPEG压缩方法之外，仅仅存储相对于前一图像或前一个I-帧的变化，以便在数字录像机或变换部上获得高数据速率。一个图像内的变化往往仅是出现在物体运动时。这样就能降低数据质量或数据速率。在这些I-帧之间，仅仅传送运动图像片段的数据。因此在MPEG处理中仅仅传送用来识别修改的图像片段的数据。输入切换装置71始终将来自所有四个摄像机的图像提供给第一压缩器72，在十或十二个图像之后或是在交叉衰落之后为各个摄像机产生一个I-帧。I-帧被暂存在中间存储器78中，如果不发生交叉衰落就按十或十二个图像的周期存储。另外还要暂存为连续图像设置的压缩。相应地设计存储器78的容量，能够存储四个压缩的电视图像和压缩设置，每个摄像机一个图像。如果对十或十二个图像采用MPEG2处理方式，就要为摄像机的每十或十二个图像产生一个I-帧，也就是顺序的图像编号1，11，21，31等等或是1，13，25，37等等。I-帧和压缩设置始终按十或十二个图像的周期提供给第二压缩器79，并且同时将各个摄像机的所有中间图像2到10，12到20，22到30，或是2到12，24到24，26到36等等循环提供给运动压缩器79。第二压缩器79相对于有关摄像机的压缩设置用新的图像压缩I-帧，并且仅仅为I-帧之间的图像产生用来识别相对于前一帧或是I-帧的变化的那些数据。为每个摄像机的每十或十二个图像，以及在涉及到包含了关系到前一个图像或I-帧的图像变化的其它图像的那些数据之间向开关80提供一个I-帧。
参考目录1.摄像机2.摄像机3.摄像机4.摄像机5.信号电缆6.信号电缆7.信号电缆8.信号电缆9.局部图像发生器10.多路复用器
11.连接12.连接13.连接14.连接15.降低电路16.组合电路17.压缩器18.开关19.发射机20.变换部21.数字录像机30.多路复用器31.输入切换装置32.中间存储器33.压缩器34.连接35.连接36.连接37.连接38.局部存储器39.局部存储器40.帧41.帧50.多路复用器51.输入切换装置52.压缩器53.中间存储器54.连接55.连接56.连接57.连接58.开关
59.帧60.
70.多路复用器71.输入切换装置72.压缩器73.连接74.连接75.连接76.连接77.中间图像压缩器78.中间存储器79.运动压缩器80.开关
权利要求
1.一种多路复用多个视频信号的方法，其特征是减少关于视频信号的信息，然后组合成单个视频信号，再用一个压缩器(17)压缩上述视频信号。一种多路复用多个视频信号的方法，其特征是在一个存储器(32)中交替存储视频信号的电视图像，然后从存储器(32)中成块地串行读出视频信号的电视图像并且用一个压缩器(33)压缩。
2.一种多路复用多个视频信号的方法，其特征是用一个压缩器(52)压缩一系列多个视频信号中的第一电视图像并且作为中间图像存储在存储器(53)中，根据与各个视频信号相联系的中间图像用压缩器(52)交替压缩该系列中连续的图像。
3.一种多路复用多个视频信号的方法，其特征是用一个压缩器(72)压缩一系列多个视频信号中的第一电视图像并且作为中间图像存储在存储器(78)中，根据与各个视频信号相联系的中间图像用第二压缩器(79)交替压缩该系列中连续的图像。
4.一种将多个视频信号变换成一个串行数字数据流的多路复用器(10)，具有用于执行权利要求1的方法的一个压缩器(17)，其特征是一个局部图像发生器(9)包括一个用来减少视频信号信息的电路(15)和另一个用来将串行视频信号组合成一个视频信号的电路(16)。
5.一种将多个视频信号变换成一个串行数字数据流的多路复用器(30)具有用于执行权利要求2的方法的一个压缩器(33)，其特征是在一个输入切换装置(31)和压缩器(33)之间布置有一个存储器(32)，该存储器具有串行地成块交替写入数字视频信号并读出数字视频信号的装置(38，39)。
6.按照权利要求6的装置，其特征是存储器(32)具有两个局部存储器(38，39)。
7.一种将多个视频信号变换成一个串行数字数据流的多路复用器(50)，用一个压缩器(52)执行权利要求3的方法，其特征是压缩器(52)具有用于多个视频信号图像的存储器(53)。
8.一种将多个视频信号变换成一个串行数字数据流的多路复用器(70)，用一个压缩器(72)执行权利要求4的方法，其特征是压缩器(72)包括一种串联结构，第一中间图像压缩器(77)用来产生一个中间图像，一个存储器(78)用来存储多个视频信号的中间图像，以及第二运动压缩器(79)用于运动压缩。
全文摘要
本发明涉及多路复用多个视频信号的方法和装置。按照本发明，减少视频信号中的信息，组合成单一视频信号，然后用一个压缩器压缩这一视频信号。这样能节省压缩器的电路。
文档编号H04N7/26GK1459201SQ02800608
公开日2003年11月26日 申请日期2002年3月5日 优先权日2001年3月12日
发明者F·H·M·贝尔根, J·L·兰达尔, B·D·马吉德 申请人:皇家菲利浦电子有限公司