专利名称：控制数字视频数据的比特率的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种数字视频播放装置，尤其涉及一种在逆向播放操作中控制数字视频流的比特率的装置和方法。
背景技术：
通常，MPEG数字视频播放装置从例如数字通用光盘(DVD)、数字视频录像机(DVCR)和硬盘驱动器(HDD)等的数字存储介质(DSM)中接收数字视频流，以便播放数字视频流或执行各种特技播放功能。特技播放功能可包括快进、慢进、快退和慢退。
在MPGE显示流中可以得到的图像类型包括帧内编码图像(I图像，I-picture)、预测编码图像(P图像，P-Picture)和双向预测编码图像(B图像，B-Picture)。可在不使用运动补偿的情况下，通过离散余弦变换(DCT)对I图像进行编码。可通过基于I图像或另一个P图像执行运动补偿，然后对剩余的P图像施加离散余弦变换，来编码P图像。就运动补偿而言，对B图像的处理与对P图像的处理不同。对于B图像，将使用当前帧的前一帧和后一帧。
在MPED-2标准中，图像序列具有一个I，B，B，P，B，B，......，P，B，B等的结构。将第一个I图像到下一个I图像之前的图像称为图像组(GOP)。另外，如果图像组中的图像数量可被定义为“N”，那么在I图像和P图像之间或在P图像和P图像(也就是图像周期)之间的图像数量可被定义“M”。一个视频序列中N和M是可以变化的。例如，如果任何图像组的图像周期是3，那么图像序列可具有这样的结构I，B，B，P，B，B，P，B，B......；如果图像周期是2，那么图像序列的结构可为I，B，P，B......，其中图像数量也可变化。
由于就图像的类型、周期和数量而言，图像组(GOP)可能具有各不相同的结构，因而在逆向播放(快速或慢速)过程中，难以从数字视频流的图像组中识别出准确的信息，从而导致了各种问题的发生。
一般的视频播放装置由于它们自身复杂的结构而不必采用I帧编码器。代替地，视频播放装置可能将原始数据存储在存储单元中以便用于逆向播放，这需要更多和/或更大的存储单元。
发明内容
本发明的示例性实施例提供一种在数字视频流的逆向播放期间控制比特率的方法和装置，该方法和装置可对包含多于一种图像类型的图像组进行解码。
本发明的一个示例性实施例提供一种在逆向播放操作期间控制比特率的装置，包括分类单元，用于接收图像组并把帧内编码、预测编码和双向预测编码图像从所接收图像组中分类出来；确定单元，用于根据包含在该图像组中的第一个子图像组确定出比特率，然后将所确定的比特率用于下一个子图像组；帧内编码单元，利用所确定的比特率将预测编码图像转换成帧内编码图像，以便进行逆向播放；存储单元，用于存储从分类单元接收的帧内编码、转换帧内编码和双向预测编码的图像；以及解码单元，用来解码并输出帧内编码图像、转换帧内编码图像以及双向预测编码图像。
本发明的示例性实施例提供一种装置，其中该确定单元根据存储单元的状态和所确定的比特率来设置比特率。
本发明的示例性实施例提供一种装置，其中存储单元的状态是该存储单元的剩余容量。
本发明示例性实施例提供一种装置，其中该确定单元被包括在帧内编码单元中。
本发明的示例性实施例提供一种装置，其中该存储单元包括用于存储从该分类单元接收的双向预测编码图像的双向预测编码帧存储器和用于存储从该分类单元接收的该帧内编码图像和转换帧内编码图像的帧内编码帧存储器。
本发明的示例性实施例提供一种装置，该装置包括包含指示信息的缓冲器连接器，该缓冲器连接器是用于以逆向播放次序将存储在存储单元中的图像输出到解码单元。
本发明的示例性实施例提供一种用于控制图像组中多个图像的比特率的方法，其中该方法包括从接收的图像组中分类出帧内编码、预测编码和双向预测编码图像；根据包含在所接收的图像组中的第一个子图像组的帧内编码图像确定出大小信息；并根据大小信息确定出比特率；设置将预测编码图像编码成该图像组中下一个子图像组的帧内编码图像所需的比特率；采用所设置的比特率。
本发明的示例性实施例提供一种方法，其中根据该大小信息和该存储单元的状态来执行该比特率的设置。
本发明的示例性实施例提供一种方法，其中采用每一相应的图像组中的第一个子图像组的帧内编码图像的比特率来确定比特率。
本发明的示例性实施例提供一种方法，包括在存储单元中存储已编码的帧内编码图像，并将该已编码的帧内编码图像解码，然后以逆向播放次序将该已解码的图像输出。
本发明的另一个示例性实施例提供一种方法和装置，用于接收数字视频数据流，该数字视频数据流包括至少一个组，该组包括至少两种不同类型的图像，利用根据包含在所接收的至少一个图像组内第一个子组中的第一种类型图像得到的大小信息来确定至少一个比特率，并为下一个子图像组设置至少一个比特率，并且利用所设置的至少一个比特率来将第二种类型的图像转换成第一种类型的图像，以便进行逆向播放操作。
本发明的另一个示例性实施例提供一种用于编码器的方法和装置，包括接收第一图像类型，该第一图像类型用于设置与第二图像类型的大小信息相对应的比特率，并且并利用所设置的比特率将该第一图像类型转换成该第二图像类型。
本发明的另一个示例性实施例提供一种用于播放视频的方法和装置，包括接收包括至少一个组的数字视频数据流，该组包含至少两种不同类型的图像，利用根据包含在所接收的至少一个图像组内第一个子组中的第一种类型的图像得到的大小信息来确定至少一个比特率，为下一个子图像组设置至少一个比特率，利用所设置的比特率将第二种类型的图像转换成第一种类型的图像以便进行逆向播放操作，并且根据逆向显示过程显示所接收的第一种类型的图像和所转换的图像以便进行逆向图像输出。
通过参考附图对示例性实施例进行详细的描述，本发明的示例性实施例将会变得更加清楚，其中图1是示出了根据本发明示例性实施例的用于逆向播放数字视频流的视频播放装置的功能框图。
图2是示出了与图1相应的已编码输入数字视频流和逆向图像输出的示例性详细视图；图3是示出了根据本发明示例性实施例的用于逆向播放的数字视频播放装置的方框图；图4是示出了在逆向播放期间控制比特率的一部分数字视频播放装置的示例性方框图；图5是示出了逆向播放期间的数据处理方法的示例性流程图。
具体实施例方式
将在下面参考示出本发明示例性实施例的附图，对本发明示例性实施例进行更充分的说明。
根据本发明示例性实施例，图1是示出了视频播放装置10的功能框图。参考图1，视频播放装置10包括视频播放器14，该视频播放器14从数字视频数据存储介质12接收输入视频流作为图像组(GOP)，每个图像组包括多个图像。可通过在视频播放器14中解码，然后将该已解码的图像传送到显示单元16，来再现输入视频流(也就是已编码的数据)。
如果视频播放器14接收到来自逆向播放功能键(例如通过按下按钮或遥控)的信号，那么视频播放器14通过显示图像组，来响应于该键执行逆向播放功能。
根据显示单元16的逆向显示过程，视频播放器14控制根据输入视频流进行逆向播放的数据变换和数据的比特率，以提供逆向图像输出。
图2是详细的视图，该图示出了图1所示的从数字视频数据存储介质12接收的输入数字视频流和在逆向播放期间产生的逆向图像输出，并与本发明的示例性实施例一致。
参考图2，输入视频流和逆向图像输出包含例如两个图像组GOP1和GOP2。图像组GOP1和GOP2中的每一组被分成多个子图像组sub1～sub12。例如，如果图像周期M是三，那么子图像组sub1～sub12中的每一个可包含一个I图像或P图像和两个B图像。
根据给定的传输过程，输入数字视频流可被连续输入到视频播放器14。如果逆向播放功能键被激活，那么视频播放器14将逆向图像输出连续地提供到显示单元16。在这种情况下，视频播放器14可在逆向播放期间对当前输入的图像组GOP2进行编码，并同时对先前输入的图像组GOP1进行解码。
对于逆向播放操作，可将输入的I图像和B图像存储在帧存储器中。可利用I图像的比特率将P图像转换成I图像。由于图像组中的P图像是由与相同图像组的最前面的I图像类似的场景(scene)组成的，在相同图像组中的图像具有类似的组成，这是因为在该图像组中的场景移动有可能不大。因此，在逆向播放期间，可关于在图像组的最前面的I图像的信息，来设置输入到I帧解码器中的图像的目标比特率。然后，可利用已设置的比特率将P图像转换成I图像，并可存储到缓冲存储器中。可根据显示过程从缓冲存储器中读出所存储的I图像，并在视频解码器中进行解码。
图3是示出了根据本发明示例性实施例的用于逆向播放的数字视频播放装置100的方框图。
参考图3，视频播放装置100包括I帧编码器140，该I帧编码器包括比特率确定单元142。视频播放装置100还可包括图像分类器110、视频解码器120和/或帧存储器130。另外，视频播放装置100可包括B图像(或帧)存储器150、I图像(或帧)存储器160和/或缓冲器连接器170。
图像分类器110可从输入视频流中分类出I、B和P图像，然后将图像输出。也就是，根据本发明的示例性实施例，图像分类器110可将已分类的I图像输出到I图像存储器160和I帧编码器140，将B图像输出到B图像存储器150，并且将P图像输出到视频解码器120。
视频解码器120可对用于播放操作的输入视频流进行解码(例如，利用MPEG解码单元)，并可将已解码的图像传送到帧存储器130。根据本发明示例性实施例，在逆向播放操作期间，视频解码器120可对来自图像分类器110的已编码的P图像进行解码，并将已解码的图像传送到帧存储器130。MPEG解码单元对本领域技术人员来说是熟知的，因此不再对其进行进一步的详细说明。
根据本发明示例性实施例，帧存储器130将来自视频解码器120的已解码的视频流连续地输出到显示单元16，并接收从视频解码器120的逆向视频输出的将要被存储的逆向播放流，并将已解码的视频连续地输出到显示单元16。在这种情况下，帧存储器130可将已解码的P图像传送到I帧编码器140。
根据本发明的示例性实施例，I帧编码器140可包括比特率确定单元142和I帧编码单元144，正如图4所示。比特率确定单元142可从视频解码器130中接收已解码的P图像，以便根据I图像的大小信息来设置比特率。I帧编码单元144可利用已确定的比特率将已解码的P图像转换成I图像，并将转换成的I图像输出到I图像存储器160。
根据本发明示例性实施例，缓冲器连接器170可产生指示信息(POINT)，以便根据逆向播放操作的过程，来把存储在B图像存储器150中的B图像和存储在I图像存储器160中的I图像输出到视频解码器120。
根据本发明的示例性实施例，例如，如果视频播放装置100在存储单元中预先准备先前图像组以便进行无缝平滑逆向播放，则可按I、B和P图像类型的顺序来输入输入视频流。可将I图像存储在I图像存储器160中，而不需经过视频解码器120。P图像可通过视频解码器120被转换成I图像，并被输出到帧存储器130和I帧编码器140，然后被存储在I图像存储器160中，而B图像被存储在B图像存储器150中。
当从帧存储器130中读取P图像并将其解码成I图像时，利用该GOP的子图像组的最前面的I图像的大小信息来确定目标比特率。在这种情况下，通过识别I图像存储器160的状态，根据剩余的容量来设置目标比特率，该目标比特率可由下面示范性方程式1来表示<方程式1>
目标比特率(I2)＝大小(I1)±a在上面的方程式中，在将在相同的图像组中的下一个图像组的P图像编码成I图像时，目标比特率I2是用于比特率确定单元142的目标比特率。大小I1可指示图像组最前面的I图像的比特率。“a”可代表存储I图像的缓冲器的状态。根据缓冲器的剩余容量，“a”可将目标比特率增加或减少适当的大小。例如，如果大小I1是80kbps，目标比特率I2是80kbps。然而，可根据缓冲器的状态，将目标比特率I2设置在30kbps到120kbps的范围之内。
根据本发明示例性实施例，可根据I图像的信息来确定在相同图像组中的P图像的目标比特率。在这种情况下，参照准备好的缓冲器的大小，增加或减少目标比特率。例如，如果在图像组的最前面有大的I图像被连续输入，那么就能够减少已解码并存储在缓冲器中的I图像的数量，这样，可根据缓冲器的状态来调整被解码的目标比特率，以便维持特定数值。因此，能够实现无缝平滑逆向播放。
正如在本发明的示例性实施例中所述，可根据图像组的最前面的I图像的大小来设置由I帧编码器140接收的输入图像的目标比特率，因为该组中的图像具有类似的组成和/或很小的移动。也就是说，可在具有类似图像的帧内执行将P图像重新编码成I图像的过程，以便通过该帧中已编码图像组的最前面的已经存在的I图像来有效地得到目标比特率，而不需另外增加的处理或计算。
图5显示了例如通过视频播放装置在逆向播放操作期间控制比特率的示例性方法。该过程可以是由视频播放装置100执行的软件程序。例如，在图中显示的步骤S1可以是包括在I帧编码器中并由I帧编码器执行的程序。
参考图5，在本发明示例性实施例中，视频播放装置100可从数字视频数据存储介质中接收已编码的数字视频流作为图像组(GOP)，然后在步骤S200中(例如，通过图像分类器110)分类出I、P和B图像。在步骤S210中，可将来自步骤S200的已分类的图像中的I图像输出到I帧编码器140和I图像存储器160。可通过视频解码器120和帧存储器130，将P图像提供给I帧编码器140，并可将B图像存储在B图像存储器150中。在I帧编码器140中的比特率确定单元142可确定第一个子图像组最前面的I图像的大小信息，并利用这个大小信息来控制下一个子图像组中P图像的比特率。也就是说，在子图像组中的P图像被编码成I图像时，比特率确定单元142可根据第一个子图像组中的I图像确定出大小信息(SIZE)，并根据已确定的比特率来设置P图像的比特率。
参考图5，在本发明的示例性实施例中，步骤S230可利用已设置的比特率将P图像编码成I图像，并将已编码的I图像存储在I图像存储器160中。在步骤S240中，利用来自缓冲器连接器170的指示信息(POINT)，以逆向显示次序将存储在I图像存储器160中的I图像和由P图像编码成的I图像以及存储在B图像存储器150中的B图像提供给视频编码器120。然后，对图像进行解码，并根据逆向显示过程输出逆向视频图像数据。
如上所述，在示例性实施例中，数字视频流播放装置利用I图像的大小信息来控制P图像的比特率，以便简单地通过使用I帧编码器来播放逆向视频流。
虽然，已经详细地示出了本发明，并参考其示例性实施例对其进行了说明，但是本领域的普通技术人员应理解，可在不脱离本发明的由权利要求书所限定的实质和范围之内，作出形式和细节上的各种改变。
权利要求
1.一种在数字视频流的逆向播放期间控制比特率的装置，该数字视频流通过包含子图像组的至少一个图像组进行解码，该子图像组具有多个图像和图像周期，所述装置包括分类单元，用于接收图像组，并且从所接收的图像组中分类出帧内编码图像、预测编码图像和双向预测编码图像；确定单元，用于利用根据从所述分类单元中接收的图像组中第一个子图像组的帧内编码图像得到的大小信息来确定比特率，并利用所确定的比特率来设置下一个子图像组的比特率；帧内编码单元，用于利用所设置的比特率，将预测编码图像转换成帧内编码图像以便进行逆向播放；存储单元，用于存储从所述分类单元接收的帧内编码图像、转换成的帧内编码图像和双向预测编码图像；和解码单元，用于对从所述存储单元接收的帧内编码图像、转换成的帧内编码图像和双向预测编码图像进行解码并输出。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述确定单元根据所述存储单元的状态和所述所确定的比特率来设置比特率。
3.如权利要求2所述的装置，其中所述存储单元的状态是所述存储单元的剩余容量。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述确定单元是所述帧内编码单元的一部分。
5.如权利要求2所述的装置，其中所述确定单元是所述帧内编码单元的一部分。
6.如权利要求1所述的装置，其中所述存储单元包括双向预测编码帧存储器，用于存储从所述分类单元接收的双向预测编码图像；和帧内编码帧存储器，用于存储从所述分类单元接收的帧内编码图像和转换成的帧内编码图像。
7.如权利要求1所述的装置，进一步包括缓冲器连接器，所述缓冲器连接器包含用于以逆向播放次序将存储在所述存储单元中的图像输出到所述解码单元的指示信息。
8.一种数字视频播放装置中，当逆向播放包含至少一个图像组的视频流时，用于控制图像组中多个图像的比特率的方法，所述方法包括从所接收的图像组中分类出帧内编码图像、预测编码图像和双向预测编码图像；根据图像组中第一个子图像组的帧内编码图像确定大小信息；根据该大小信息确定出比特率，并利用所确定的比特率来设置把包含在图像组中的下一个子图像组的预测编码图像编码成帧内编码图像所需的比特率；以及利用所设置的比特率，将预测编码图像编码成帧内编码图像。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述比特率的设置是根据所述大小信息和所述存储单元的状态来执行的。
10.如权利要求8所述的方法，其中利用每一个相应的图像组中的第一个子图像组的帧内编码图像的所确定的比特率，来确定下一个子图像组的比特率。
11.如权利要求8所述的方法，进一步包括存储已编码的帧内编码图像，并对已编码的帧内编码图像进行解码，并以逆向播放次序输出已解码的图像。
12.一种方法，包括接收数字视频数据流，该数字视频数据流包括至少一个组，该组包含至少两种不同类型的图像；利用根据包含在所接收的至少一个图像组内第一个子图像组中的第一种类型的图像得到的大小信息来确定至少一个比特率，并为下一个子图像组设置至少一个比特率；以及利用所设置的至少一个比特率，将第二种类型的图像转换成第一种类型的图像以便进行逆向播放操作。
13.一种装置，包括分类单元，用于接收包括至少一个组的数字视频数据流，该组包含至少两种不同类型的图像，并从所接收的至少一个图像组中分类出不同类型的图像；确定单元，用于利用根据包含在所接收的至少一个图像组内第一个子图像组中的第一种类型的图像得到的大小信息来确定至少一个比特率，并为下一个子图像组设置至少一个比特率；以及编码单元，用于利用所设置的至少一个比特率，将第二种类型的图像转换成第一种类型的图像以便进行逆向播放操作。
14，一种编码器，包括确定单元，被配置成接收第一图像类型，所述第一图像类型用于设置与第二图像类型的大小信息相对应的比特率；以及编码单元，用于利用所设置的比特率将第一图像类型转换成第二图像类型。
15.一种用于编码的方法，包括接收第一图像类型，该第一图像类型用于设置与第二图像类型的大小信息相对应的比特率；以及利用所设置的比特率将第一图像类型转换成第二图像类型。
16，一种用于执行如权利要求15所述的方法的编码器，进一步包括确定单元，被配置成接收第一图像类型，以便设置与第二图像类型的大小信息相对应的比特率；以及编码单元，被配置成利用所设置的比特率，将第一图像类型转换成第二图像类型。
17.一种视频播放装置，包括视频播放器，从数字视频存储介质接收数字视频数据流，该数字视频数据流包含至少一个组，该组包含至少两种不同类型的图像，利用根据包含在所接收的至少一个图像组内第一个子图像组中的第一种类型的图像得到的大小信息来确定至少一个比特率，为下一个子图像组设置至少一个比特率，并利用所设置的至少一个比特率将第二种类型的图像转换成第一种类型的图像以便进行逆向播放操作；和显示单元，接收第一种类型的图像和转换成的图像，并根据逆向显示过程提供逆向图像输出。
18.一种方法，包括接收数字视频数据流，该数字视频数据流包括至少一个组，该组包含至少两种不同类型的图像；利用根据包含在所接收的至少一个图像组内第一个子组中的第一种类型的图像得到的大小信息来确定至少一个比特率；为下一个子图像组设置至少一个比特率；利用所设置的至少一个比特率，将第二种类型的图像转换成第一种类型的图像以便进行逆向播放操作；以及根据逆向显示过程，显示所接收的第一种类型的图像和转换成的图像以便进行逆向图像输出。
19.一种用于执行如权利要求18所述的方法的视频播放装置，进一步包括视频播放器，从数字视频存储介质接收数字视频数据流，该数字视频数据流包含至少一个组，该组包含至少两种不同类型的图像，利用根据包含在所接收的至少一个图像组内第一个子图像组中的第一种类型的图像得到的大小信息来确定至少一个比特率，为下一个子图像组设置至少一个比特率，并利用所设置的至少一个比特率将第二种类型的图像转换成第一种类型的图像以便进行逆向播放操作；和显示单元，接收第一种类型的图像和转换成的图像，并根据逆向显示过程提供逆向图像输出。
20.一种用于在数字视频流的逆向播放期间控制比特率的装置，该数字视频流通过包含子图像组的至少一个图像组进行解码，该子图像组具有多个图像和图像周期，所述装置执行如权利要求8所述的方法，该装置进一步包括分类单元，用于接收图像组，并且从所接收的图像组中分类出帧内编码图像、预测编码图像和双向预测编码图像；确定单元，用于利用根据从所述分类单元中接收的图像组中的第一个子图像组的帧内编码图像得到的大小信息来确定比特率，并利用所确定的比特率来设置下一个子图像组的比特率；帧内编码单元，用于利用所设置的比特率，将预测编码图像转换成帧内编码图像以便进行逆向播放；存储单元，用于存储从所述分类单元中接收的帧内编码图像、转换成的帧内编码图像和双向预测编码图像；和解码单元，用于对从所述存储单元接收的帧内编码图像、转换成的帧内编码图像和双向预测编码图像进行解码并输出。
21.一种包含如权利要求14所述的编码器的装置，该装置进一步包括分类单元，用于接收数字视频数据流，该数字视频数据流包含至少一个组，该组包含至少两种不同类型的图像，并且从所接收的至少一个图像组中分类出不同类型的图像，并且其中，所述确定单元利用根据包含在所接收的至少一个图像组内第一个子图像组中的第一种类型的图像得到的大小信息来确定比特率，并为下一个子图像组设置比特率。
22.一种包含如权利要求21所述的编码器的视频播放装置，该装置进一步包括视频播放器，从数字视频存储介质接收数字视频数据流，该数字视频数据流包含至少一个组，该组包含至少两种不同类型的图像，利用根据包含在所接收的至少一个图像组内第一个子图像组中的第一种类型的图像得到的大小信息来确定比特率，为下一个子图像组设置比特率，并利用所设置的比特率将第二种类型的图像转换成第一种类型的图像以便进行逆向播放操作；和显示单元，接收第一种类型的图像和转换成的图像，并且根据逆向显示过程提供逆向图像输出。
全文摘要
一种装置和方法，接收包括至少一个图像组的数字视频流，该图像组包含至少两种不同类型的图像。该装置和方法利用包含在所接收的图像组内第一个子图像组中的第一类型图像的大小信息来确定比特率，并且利用所确定的比特率来为下一个子图像组设置至少一个比特率，以及利用所设置的比特率将第二类型的图像转换成第一类型的图像以便进行逆向播放操作。
文档编号H04N9/804GK1571500SQ200410055020
公开日2005年1月26日 申请日期2004年4月26日 优先权日2003年4月24日
发明者卢庚宪, 郑世雄 申请人:三星电子株式会社