专利名称：视频图象处理的制作方法
技术领域：
本发明涉及处理视频信号的方法，具体地、但不是唯一地涉及处理来源于625行50Hz的视频或电影摄影机的素材，以便产生各种格式的记录媒体，例如小型盘，它们可以在PAL制或NTSC制电视设备上重放和显示。
从使用高清晰度和标准清晰度的电视电影(telecine)装置的库存中得出视频图象的处理系统的实例在欧洲专利申请EP-A-0595323(Fujinami等人/Sony)中给出。高清晰度电视电影被用来产生具有提高了垂直分辨率的视频信号，以便能在逐行扫描显示器上显示。通过进一步减少象素数目的处理，产生了标准清晰度的逐行扫描信号，由此再产生标准清晰度隔行信号。
这种系统的主要应用是产生NTSC标准视频、光盘或其它记录媒体。按照传统的技术，这就需要为产生525行的NTSC视频磁带而进行的标准变换处理，并用此磁带来制备盘。制备标准的变换磁带的费用对于一张完整的盘的素材而言，一般在15,000美元左右。上述系统的一种用途是把音乐视频节目(它们通常被制作在影片上)变换到小型盘(CD)标准上。
对于PAL和NTSC系统有不同需求的问题长久以来已被认识到。想克服这些困难的企图是把内装的标准变换设备包括在显示系统内，例如在EP-A-0639029(Lee/Goldstar(金星))和US 5,280,351(Wilkinson/Sony UK)中所描述的那样。然而，这样的选择现在并没有吸引力，因为装置的费用大为增加，而且此花费必须由顾客承担。
本发明的一个目的是提供这样一种系统，它能同时产生两组专门适合于按照视频小型盘标准(也被称为白皮书标准)记录的图象，其中一组可在NTSC标准放象机上重放，另一组则在PAL标准放象机上重放，从而当从影片源产生视频时可不需要制备NTSC母带。
本发明的另一个目的是提供这样的系统，其中该两组图象可通过对原始序列(原版)图象的单次操作而得出。
按照本发明，提供了一种视频信号处理设备，它具有用于接收来自图象信号源的数字化图象序列的输入端，所述设备包括
场提取器装置，它被耦合成接收来自输入端的数字化的图象，并能识别其分开的各场并以象素数据行的形式输出图象帧；图象操纵装置，它能实施水平和垂直压缩，以便把由场提取装置输出的每个图象帧中的象素行数和每行的象素数减少到由预选的显示格式所规定的数量；视频编码装置，它被安排来从图象操纵装置接收经过压缩的图象帧，并按照预定的编码标准对它们进行编码。
在图象源提供隔行视频信号的情况下，场提取装置最好能同时提取两个场，让图象操纵装置通过二次采样以完成场的组合，从而基本上以一半视频信号场速率来产生压缩的图象帧。在这种情况下，图象操纵装置最好能在进行场组合时实行滤波以达到减少混淆和补偿图象场中的运动效应。图象操纵装置还可能藉图象的水平扩展来完成图象尺寸的改变该尺寸改变可替换地、或附加地、在编码级选择一部分图象来实行。
在图象源提供来自电影的图象的情况下(也就是图象源包括电视电影设备)，该成对的压缩图象帧再次被组合，并以适合于电影的显示帧速率或接近于该速率产生输出。
按照本发明，还提供一种处理从图象源接收到的数字化图象序列的方法，所述方法包括以下步骤提取数字化图象，识别其中分开的场，并以象素数据行的形式输出图象帧。
通过分别实施水平和垂直压缩，把每个图象帧中的象素行数和每行的象素数减少到由预选的显示格式所确定的数量；以及按照预定的编码标准对压缩的图象帧进行编码。
适宜的预定编码标准可以是MPEG1或2标准，预选的显示格式是NTSC或PAL标准。
按照本发明，还提供一种优选记录载体，它更为可取地、但并不一定是光盘，它承载由上述的信号处理设备或方法所产生的编码视频图象。在记录载体是光盘的情况下，所述预定记录格式相应地遵循小型盘交互(CD-I)标准或视频小型盘(VCD)标准。
将会看到，上述的处理可以作为设备中的指定功能或可选项来实现，它进行提取、图象尺寸改变、以及在有需要时用适当的滤波器进行二次采样。当按照本发明运行时，该设备可从相同的源带来产生用于PAL或NTSC显示器所要求的输出。
现在参照附图(
图1)。并仅以实例的方式描述本发明的优选实施例。
图1是体现本发明的数据处理系统的方框示意图。
对于来源于以NTSC显示的光盘的视频素材所进行的处理包括对图象施加垂直挤压，以使625行的源信号减少到240行的接近于全屏幕的图象(它将在放象机中被扩展，一般是通过对各行进行重复以给出480行)，并具有每行352个象素的分辨率。这种挤压可用外部的数字效应视频设备或装在作为子采样和滤波处理部件的提取装置内来实施。然后，此图象序列被编码成为按照MPEG1或2标准的、以25Hz图象速率的350象素乘240行的接近全屏幕的图象。这样，可以利用采取放像机中译码器帧存储获得的好处而把显示速率从25Hz变换为30Hz，以提供NTSC输出。
对于来源于电影的素材，625行的原始图象序列可以是被加速到高达25Hz的原始每秒24帧的电影片。该处理允许MPEG编码数据流以每秒24或25帧的速率加上时间标记，以便在需要时可使速率变慢。音频必须作相应处理以保持同步。
图1是处理环节中设备的方框图，从放象机10重放视频母带开始(当然可以很容易看到，这可能是电视电影设备给出来自电影帧的图象)。尽管未示出，如何处理音频是明白的，而在要进行特别考虑的情况下，将在下面对它们加以讨论。场提取器12把各个不同的视频场分开进行分析，例如，检验场要素的正确配套，还检测由于编辑造成的接缝间断，以避免来自不同的原始图象发生场的组合(例如由间断点的两侧来的图象)。否则它会造成模糊不清的图象。接着，分开的场进到帧处理单元14，它按要求进行组合、尺寸改变、二次采样和滤波。如果原版是影片，那么该单元按需要进行采样和滤波以提供隔行扫描的场；如果原版是视频，将需要不同的滤波以便补偿运动效应。至于尺寸改变，至少有些是在这一级进行的，虽然有些也可以在这级以外进行，例如通过在后续级的MPEG编码器16的窗口选择来实行。在级14实行的二次采样把图象减小到一半尺寸以便在MPEG中编码。
在常规的MPEG编码器16后面，盘建造装置18按照为所选择的特定的盘格式(例如扇区布置，音频处理等)所规定的法则安排数据，然后这些数据被用来由复制机20生产盘。
现在来考察小型盘交互(CDI)和视频小型盘(VCD)标准之间的差别，也就是通常所说的和以后分别称之为绿皮书和白皮书标准，对于视频来说，此差别包括在绿皮书中，图象被编码为16×16象素的信息块，对每帧的信息块数是有限制的。它就是在受限制的MPEG中在25Hz时规定为396个信息块，而在30Hz时设定为330个信息块。对于25Hz，这就允许接近全屏幕尺寸的信息块数目为352×288＝22×18＝396个信息块384×256＝24×16＝384个信息块368×272＝23×17＝391个信息块与此对比，对于白皮书标准，规定了固定的图象尺寸对于PAL在25Hz时为352×288象素而在24和30Hz时为352×240象素。白皮书的PAL光盘可在NTSC显示器上重放，但是有48行被略去以得出所规定的240行，通常此切割是从顶部和底部每边去除24行(但并不总是这样)。在这种情况下，这48行冗余行被简单地编码为黑色，当在PAL显示的情况下重放时，就给出“宽银幕电影”的形象。
该系统自始至终给出图象序列的时间精确性，使得视频和音频的组合很直接了当，除非在速度上要由24增加到25Hz，一般音频不需要进行处理。然而，如果需要处理音频，那么它是精确的可预见的。绿皮书和白皮书标准对音频的不同影响为如下所述。对于绿皮书，音频比特率是可变的，但对于白皮书，它是固定在每秒224kbits，也就是说，对于白皮书中固定持续时间的序列，已规定了固定的音频比特数目。因此，如果所加的时间标记是24Hz而想要以25Hz进行显示，那么就必须对音频重新编码以得到正确的比特率。然而，如果时间标记是25Hz，就意味着，整个序列被加速(包括音频)，而不需要对音频单独重新编码。
对于白皮书，音频速率固定为每秒224kbits，视频速率固定为每秒1.15Mbits。对于绿皮书，音频没有这样的比特率的限制，但组合的音频和视频由从盘传送数据的最大速率所限制。满足这一点的典型的绿皮书速率，音频为每秒192kbit，视频为每秒1.186Mbits。
一个具体问题是关于不同的标准的宽高比的失真。如果设定绿皮书标准，当以白皮书进行显示时，在显示屏上呈现的圆将会被压扁，而如果设定白皮书标准，则以绿皮书的显示会被挤压。所引用的图形对于应用到绿皮书标准需要有11％的水平校正(这在白皮书情况通常不成为问题，因为其频率和VTS时钟相对应)。从CCIR601 D1时钟VTR图象出发，如果我们希望按照白皮书标准提取NTSC或PAL的话，我们必须解决显示速率和图象尺寸的改变。对于绿皮书标准，我们也必须解决宽高比的改变。
通常我们指望在PAL时以固定的图象尺寸和25Hz来对白皮书的图象编码，而对于NTSC则以24或25Hz来编码(通常对两种制式都将使用25Hz)，这可给出352×288的25Hz图象的可能性。在数据速率方面，这是两种制式都能接受的。对于图象尺寸，这是PAL能接受的，但NTSC则要处理240行加上在其上面和下面的24行黑色行。然后，此图象可利用白皮书图象变换机制以25Hz被显示，或者我们可提取中心的240行并编码成24或25Hz的NTSC(在编码器中的这种分离是可能的，它允许我们从无论哪个输入提取一个窗口，也就是说略去黑色)。
校正过程要经过如图1所显示的这些级而被割裂成多个部分，并需要一个最初的决定以确定所产生的盘是白皮书还是绿皮书标准。
绿皮书在理论上所需要的11％伸展(由于我们通常的目标是白皮书)是以实际上6％的水平伸展和4％的垂直压缩来产生的。11％这个数字是从象素时钟速率15对13.5MHz的比值得出，而6％这个数字则从384对360个象素的比值得出，也就是说，在想要的图象速率下绿皮书图象最大可允许宽度对全宽度(也就是CCIR60图象的原先720象素宽度的一半)的比值。这些比值允许实现扩展以使图象面积最大化而不丟失边缘处的细节。
对希望用于PAL显示的盘进行的处理涉及提取输入视频的两个场，并且涉及通过二次采样进行场组合以使数据减少到典型的288行，分辨率为每行352个象素。在绿皮书格式的情况下，图象在水平方向被伸展以便在最后显示的图象上得到正确的宽高比。然后利用常规的MPEG1或2编码方案对数据进行编码。
在有525线的NTSC原版的情况下，不必试图从NTSC直接得出PAL，而是从NTSC视频通过翻转32下拉(32pull down)以重新建立原始的影片帧。原始的影片帧给出从同一瞬间得到的后续帧(以视频形式)，这就是说，没有运动效应的、更鲜明的图象。通常，宁愿从影片(即每秒24帧的序列)开始，但是如果原始影片库存丢失或损坏，那么可进行从NTSC所作的再生。这种重新建立将涉及各种加权方法以便从30Hz的视频得出24帧，但这是在本发明的范围之外的。
从以上所述将可看到，我们已描述了一种处理方法，它把PAL标准50Hz视频或电影变换为适合于以绿皮书或白皮书数字视频进行编码的格式，以便允许同时产生两个输出数据文件，其中一个可被编码以产生在NTSC放象机上重放的盘，而另一个则产生在PAL放象机上重放的盘。该处理方法可满足由白皮书，绿皮书和MPEG1或2标准所规定的有关限制，并利用现有的放象机中的设备来产生想要的输出图象而没有图象失真。
通过阅读本说明的内容，对于本领域的技术人员来说，其它的修改将是显而易见的。这种修改可包括在音频/视频标准变换设备及其零部件的设计、制造和使用中已经熟知的其它特性，它们可以代替或加到已在此处描述过的特性上。虽然在本申请中已对特定的特性组合制定了权利要求，但应当看到，本发明所揭示的内容的范围也包括在此处以或者明显或者隐含地揭示的任何新颖的特性、或这些特性的任何新颖的组合或它们的任何一般化，而不管它是否涉及和在当前所要求的任何一项权利要求相同的发明，也不管它是否减轻了和本发明所处理的相同的技术问题中的任一个或全部问题的难度。本申请人在此提请注意，在实现本申请或实现由此得出的任何进一步的申请期间可能对这种特性和/或这些特性的组合制定出新的权利要求。
权利要求
1.一种视频信号处理设备，具有用于接收来自图象信号源的数字化图象序列的输入端，所述设备包括场提取器装置，通过耦合以便接收来自输入端的数字化图象，并能识别其中分开的场，以及以象素数据行形式的输出图象帧；图象操纵装置，它能实施水平和垂直压缩，以便把场提取装置输出的每个图象帧中的象素行数和每行的象素数减少到由预选的显示格式所确定的数量；视频编码装置，它被安排来接收来自图象操纵装置的经过压缩的图象帧，并按照预定的编码标准对它们进行编码。
2.如权利要求1中所要求的设备，其中所述图象操纵装置还能用来通过以象素值的插值而在水平方向扩展图象。
3.如权利要求1中所要求的设备，其中在图象源提供隔行视频信号的情况下，场提取装置能用来同时提取两个场，并且图象操纵装置能用来通过二次采样完成场组合以产生压缩图象帧，其速率基本上是视频信号场速率的一半。
4.如权利要求3中所要求的设备，其中图象操纵装置还能用来在进行场组合时实施滤波，以便补偿在图象场中的运动效应。
5.如权利要求1中所要求的设备，其中图象源包括从相继的影片帧中提供成对图象的电视电影设备，场提取装置能用来同时提取两个场，并且图象操纵装置能用来完成场的组合，以该电影片的显示帧速率或接近于该速率产生所述压缩图象帧。
6.如任一项前述权利要求中所要求的设备，其中所述视频编码装置能用来选择每个所接收的压缩图象帧的一部分以进行编码。
7.如任一项前述权利要求中所要求的设备，其中所述预定编码标准是MPEG1或MPEG2标准。
8.如任一项前述权利要求中所要求的设备，其中还包括盘建造装置，被连接到从视频编码装置接收所述经过编码的帧，并按照预定的记录格式安排数据以记录到光盘上。
9.如权利要求8中所要求的设备，其中所述预定记录格式遵循视频小型盘标准。
10.如权利要求8中所要求的设备，其中所述预定记录格式遵循小型盘交互标准。
11.一种处理从图象源接收到的数字化图象序列的方法，所述方法包括以下步骤提取数字化图象，识别其中分开的场，并以象素数据行的形式输出图象帧；通过分别实施水平和垂直压缩，把每个图象帧中的象素行数和每行的象素数减少到由预选的显示格式所确定的数量；以及按照预定的编码标准对压缩的图象帧进行编码。
12.如权利要求11中所要求的方法，其中预选的显示格式是NTSC标准，且所述的压缩使图象帧减少到240行。
13.如权利要求11中所要求的方法，其中预选的显示格式是PAL标准，且所述的压缩使图象帧减少到288行。
14.一种光盘，载承由在权利要求1到10中任一项所要求的信号处理设备的视频编码装置输出的编码视频图象。
15.一种数据载体，承载由在权利要求11到13中任一项所要求的处理方法所编码的视频图象序列。
全文摘要
提供了对来源于视频录像带(10)或电影片的数字化图象序列进行视频信号处理的方法和设备。场提取器(12)接收来自输入端的数字化图象，并识别其分开的场。图象操纵级(14)按要求把场组合起来，并通过实施水平和垂直压缩以减少每个图象的象素行数和每行的象素数；该级也能按要求进行滤波和图象的尺寸改变。在对压缩的图象进行编码(16)以后，然后编码的数据流可被处理成用于记录的形式，例如，记录在光盘上的形式。通过相应地选择由图象操纵级(14)把图象缩减后的行数，就可由单个图象源产生出能在PAL或NTSC标准设备上放象的盘。
文档编号H04N7/26GK1150510SQ96190318
公开日1997年5月21日 申请日期1996年2月26日 优先权日1995年3月3日
发明者D·安德鲁, I·S·法格 申请人:菲利浦电子有限公司