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CN1147158C - 图象信号处理、记录方法和设备 - Google Patents

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CN1147158C
CN1147158C CNB991047044A CN99104704A CN1147158C CN 1147158 C CN1147158 C CN 1147158C CN B991047044 A CNB991047044 A CN B991047044A CN 99104704 A CN99104704 A CN 99104704A CN 1147158 C CN1147158 C CN 1147158C
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mpeg
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image signal
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辻井训
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Sony Corp
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Abstract

一种图象信号处理方法和设备、一种图象信号记录方法和设备、以及一种记录介质，其中实现了无缝分辨率切换。为此，一个控制器(19)具有这样的功能，即从设置在作为允许MPEG 2标准位流中的分辨率切换的最小单位的视频流中提供形成一个用户数据区读出指明位流的分辨率和记录单位之间的关系的识别信息，并切换与记录单位相联系的图象信号的分辨率。

Description

图象信号处理、记录方法和设备
技术领域
本发明涉及与提供分辨率切换的无缝再现的MPEG(运动图象专家组)2的位流句法的表示相关的一种图象信号处理方法和设备、一种图象信号记录方法和设备、以及一种记录介质。
背景技术
MPEG(运动图象专家组)2是用于广播或AV设备中的一种编码系统，且它作为一种图象/语音/数据信息压缩技术已经变得非常流行。
在MPEG 2中，输入的图象/语音/数据等根据位速率得到编码。对于图象，各个图象被分成m×n个块并得到正交变换以集中信号功率，从而压缩总的信息量。
借助MPEG 2编码的图象数据采用了从序列层至块层的层级结构。
即，MPEG 2的图象数据由具有一系列相同属性的一个图象组的序列层、代表作为随机访问单位的图象组的最小单位的一个GOP(图象组)层、具有对一个单一图象公共的属性的图象层、在可选地分割一个单一图象时获得的一个小图象的公共信息的段层、在对该段层进行进一步分割时获得的象素块(宏块)的公共信息的宏块层、以及变换系数本身的一个块层组成。
在这些层中，图象层作为其对象根据主电平格式具有在例如NTSC系统的电视信号中的704(H)×480(V)的图象。
各个图象被分成一个作为内编码图象的内图象(I图象)、在显示序列中沿着向前方向得到预测编码的一个向前预测编码图象或P图象、沿着显示序列中的向前和向后方向得到预测编码的双向预测编码图象或B图象。这些不同的图象共同构成了一个图象组(GOP)层。
同时，MPEG 2中的电影的处理，诸如分辨率切换，通常是以一个视频序列为单位进行的，该单位是能够进行分辨率定义的最小单位。
然而，作为图象源的一个序列意味着没有定义分辨率的单位的视频序列以外的其他序列。因此，编码尺寸-它是分辨率-不能通过对序列的过程的控制操作而得到切换。
结果是不能根据图象的种类-诸如静止图象或正在经历生动的运动的运动图象-来切换分辨率，从而使编码的压缩效果恶化了。
发明内容
本发明的一个目的，是提供一种图象信号处理方法和设备、一种图象信号记录方法和设备、以及一种记录介质，其中图象信号的分辨率根据图象的种类-诸如静止图象还是正在进行生动的运动的运动图象一而得到切换。
本发明采用了运动序列的的概念并把运动序列规定为一组视频序列。为此，运动序列的开头和结尾得到了澄清。分辨率的切换可在运动序列中自由地进行，从而改善压缩比。具体地，从通常MPEG 2编码的开始至结束采用了相同的编码尺寸。根据本发明，编码尺寸得到了适当的切换，以改善压缩比。
根据本发明的一个方面，提供了一种图象信号处理设备，包括：一个控制器，用于从一个固有信息区提取多个视频序列的每一个视频序列的分辨率和所述视频序列的开始点和结束点信息，该视频序列是允许符合MPEG标准的位流的分辨率发生改变的最小单位，该固有信息区是为所述多个视频序列的每一个视频序列提供的；以及滤波装置，它受到所述控制器的控制，用于根据所述分辨率和开始点和结束点信息而对与所述视频序列相联系的图象信号进行滤波。
根据本发明的一个方面，提供了一种图象信号处理方法，包括：从给作为允许符合MPEG标准的位流的分辨率发生改变的最小单位的多个视频序列的每一个视频序列提供的一个固有信息区，提取显示各个所述视频序列的分辨率和所述视频序列的开始点和结束点信息；以及响应于所述分辨率和开始点和结束点信息而对与所述视频序列相关联的图象信号进行滤波。
根据本发明的一个方面，提供了一种图象信号处理方法，包括：检测多个视频序列中的每一个视频序列的运动量，所述视频序列是允许符合MPEG标准的位流的分辨率发生改变的最小单位；根据所检测的运动量，确定所述视频序列的分辨率；以及把所述视频序列的分辨率和所述视频序列的开始点和结束点信息加入到为所述视频序列提供的固有信息区中。
根据本发明的一个方面，提供了一种图象信号记录设备，包括：一个控制器，用于对多个视频序列中的每一个视频序列的分辨率的切换进行控制，这些视频序列每一个都是允许符合MPEG标准的位流的分辨率改变的最小单位；滤波器，它受到所述控制器的控制并用于对与所述视频序列相联系的图象信号进行滤波；MPEG编码器，用于把表示由所述控制器切换和控制的分辨率和所述视频序列的开始点和结束点信息加入到为各个所述视频序列而设置的固有信息区中。
根据本发明的一个方面，提供了一种图象信号记录方法，包括：对多个视频序列中的每一个视频序列的分辨率的切换进行控制，这些视频序列每一个都是允许符合MPEG标准的位流的分辨率改变的最小单位；以及把所述分辨率和所述视频序列的开始点和结束点信息加入到为各个所述视频序列而设置的固有信息区中。
附图说明
图1是示意框图，显示了根据本发明的第一实施例的记录/再现设备的结构。
图2显示了一系列的运动图象。
图3显示了一个视频序列。
图4显示了一个数据结构，说明了用户数据的结构。
图5显示了在第一实施例中将运动图象序列记录至一个盘介质上。
图6是示意框图，显示了在一个第二实施例中的记录/再现设备的结构。
图7显示了在第二实施例中将运动图象序列记录至一个盘介质上。
图8是流程图，用于说明记录/再现方法的处理步骤序列。
具体实施方式
现在参见附图详细描述本发明的最佳实施例。
作为第一实施例，解释用于光盘的用于记录/再现数据的记录/再现设备。这种记录/再现设备在适合于MPEG 2标准的位流的信息区中记录识别信息。
参见图1，该记录/再现设备包括：一个前置滤波单元19，用于对输入的视频信号进行预定的滤波处理；一个MPEG 2编码器20，用于把来自前置滤波单元19的信号转换成MPEG 2位流；以及，一个自适应变换声频编码器18，用于借助语音自适应变换编码(诸如所谓的ATRAC一自适应变换声频编码)对输入的声频信号进行处理。该记录/再现设备还包括一个MUX(多路复用器)16，用于对受到MPEG 2编码器20和编码器18的编码的位流进行多路复用。
至于视频信号流，该视频信号在前置滤波单元19中的滤波特性根据分辨率而得到修正，以通过滤波而处理这些视频信号。来自前置滤波单元19的信号受到MPEG 2编码器18的编码。
至于声频信号流，这些信号受到自适应变换声频编码器18的位压缩。
受到MPEG 2编码器20的编码的视频信号和受到自适应变换声频编码器18的编码的声频信号由MUX 16进行多路复用。
另外，该记录/再现设备包括：ECC编码/解码单元15，用于对ECC(错误校正码)进行编码/解码；一个存储器14，用于在ECC编码/解码单元15的控制下存储数据；以及，数据调制/解调单元13，用于调制/解调数据。记录/再现设备还包括用于在光盘101上施加一个调制磁场的磁场调制驱动器11和用于照射/接收用于光盘101的激光的光拾取器12。
在ECC编码/解码单元15中，用于错误校正的所谓的ECC和同步图案被附到数据上。数据调制/解调单元13依次读出存储在存储器14上的数据并以预定的方式调制读出的数据，以把调制的数据送到磁场调制驱动器11。
磁场调制驱动器11响应于提供的数据以驱动产生磁场的线圈，以把磁场加到光盘101的磁区上。光拾取器12把一个记录激光束或再现激光束照到光盘101上，同时把从光盘101反射的再现激光束转换成作为回放RF信号而输出的电信号。
数据调制/解调单元13以预定的方式解调回放的RF信号，并把解调的数据存储在存储器14中。ECC编码/解码单元15对该数据进行错误校正。
记录/再现设备还包括：一个DMUX(多路分解器)21；一个自适应变换声频解码单元22，用于借助所谓的自适应声频变换对来自DMUX 21的声频数据进行解码；一个MPEG 2解码器23，用于根据MPEG 2对来自DMUX21的视频数据进行解码；以及，一个后置滤波单元24，用于以预定的方式对来自MPEG 2解码器23的信号进行滤波。
ECC编码/解码单元15的输出数据被DMUX 20分成视频和声频数据。声频数据受到自适应变换声频解码单元22的处理并随后得到输出，而视频数据受到MPEG 2解码器23和后置滤波单元24的处理并随后得到输出
记录/再现设备包括用于控制本运动图象压缩扩展装置的各个部分的控制器17。控制器17由所谓的微计算机构成，而该微计算机由例如CPU、ROM和RAM组成。
控制器17检测MPEG 2编码器20的运动量，确定与该运动量相符合的分辨率以准备分辨率数据，把分辨率数据附到用户数据上并把所产生的数据输出到MPEG 2编码器20。控制器17还响应于该分辨率以控制前置滤波单元19。例如，控制器17进行控制从而使接近静止图象的运动图象的分辨率被保持在704×480且同时正在进行生动的运动的运动图象的分辨率被置于352×480且只呈现出有限的运动的运动图象的分辨率被置于一个中间值528×480。在再现期间，控制器17从MPEG2解码器23获取用户数据，以响应于分辨率而控制后置滤波单元24。
假定MPEG 2标准位流的视频序列以一个序列首部开始并以一个序列结尾结束。此视频序列中的编码尺寸即分辨率由记录单位唯一地确定。
即，如图4所示，在开始端(start_end)有表示运动图象的被称为视频序列的单位，且分辨率是以该视频序列作为一个单位而定义的。
通常，单一的图象源(图象节目)正是由MPEG 2定义的视频序列，因而分辨率不能在中途进行切换。
因此，若干个这种视频序列被汇集在一起并重新被定义为一个运动序列。
即，该运动图象序列被定义为一组视频序列-其分辨率被唯一地确定。
在这种运动图象序列中，会有具有不同编码尺寸(分辨率)的视频序列，因而在视频序列1中采用了一种分辨率且在视频序列2中沿着水平方向的分辨率被减半。
如果704×480象素的分辨率被用于接近静止图象的运动图象，704×480象素的分辨率被用于视频序列1和视频序列3-它们是接近静止图象的运动图象，且352×480象素的分辨率-它是704×480象素分辨率的一半-被用于具有强烈运动的运动图象的视频序列2。
在此情况下，如果运动图象序列被认为是各个视频序列的开始，则不能区分被定义为视频序列组的运动图象序列的开始和结束。
在第一实施例中，视频序列中的序列首部(sequence_header)的用户数据(user_data)被用来指定如图3所示的运动图象序列的开始和结束并用于指定分辨率。
即，运动图象序列被记录/再现设备借助盘记录在相继的位置。为了区分以这种方式相继记录的运动图象序列的开始点和结束点，定义了鉴别运动图象序列的第一视频序列和最后一个视频序列的ID。这些ID在编码时得到设定。
在运动图象序列的解码中，盘上的运动图象序列的开始点和结束点，借助区分组成运动图象序列的第一视频序列和最后一个视频序列的ID，而得到区分。
对于指定这些运动图象序列中的视频序列的位置的ID，采用了1字节的用户数据区-它可从一个视频序列被定义到另一个视频序列。
即。在用户数据的字节1中，如图4所示，第7位b7是起始ID，第6位b6是结束ID，且第5和第4位b5和b4是显示尺寸转换比。在图4中，b表示着所用的二进制符号系统。
如果起始ID是“1”，则它被定义为意味着运动图象序列的第一视频序列。如果结束ID是“1”，则它被定义为运动图象序列的最后一个视频序列。
作为显示尺寸转换比，沿着水平和竖直方向的转换比得到了限定。例如，如果显示转换比是‘00’(1∶1)，分辨率被保持在704×480。‘01(3∶4)’的转换比意味着在编码时乘以3/4，因而尺寸是528×480。类似地，显示转换比‘10’(1∶2)意味着在编码时乘以1/2，因而尺寸是352×480。
为了解码，分辨率通过向回转换被恢复到原来的分辨率704×480。这种信息是为了不采取措施而与在352×480分辨率下进行编码的情况相区别所必需的。
通过提供作为格式的这些信息，判定视频序列的哪个序列与运动图象序列相关。另外，这些信息被用作在解码时进行判定的材料。即，可以从上述用户数据知道从哪个部分至哪个部分的运动图象序列以哪一种分辨率进行解码。
现在借助图5的示意图描述运动图象序列在作为盘形记录介质的盘介质上的记录。
在盘介质101中，显示了视频序列VS1、VS2和VS3按照视频序列而被写入的状态。
在第一视频序列VS1的用户数据中，起始ID和结束ID分别是“1”和“0”。在下一个视频序列的用户数据中，起始ID和结束ID都是“0”，而在最后一个视频序列的用户数据中，起始ID是“0”而结束ID是“1”。
由此可见，视频序列VS1是运动图象序列中的第一视频序列且视频序列VS3是运动图象序列中的最后一个视频序列。
作为本发明的第二实施例，描述用于记录/再现用于光盘的图象数据的一种记录/再现设备。第二实施例的记录/再现设备把识别信息记录在管理文件上。
参见图6，一种运动图象压缩扩展设备包括：前置滤波单元19，用于对输入的视频信号进行预定的滤波；一个MPEG 2编码器20，用于把来自前置滤波单元19的信号转换成MPEG 2位流；一个所谓的自适应变换声频编码器18，用于对输入的声频信号进行自适应声频编码；以及一个MUX(多路复用器)16，用于对由MPEG 2编码器20和自适应变换声频编码器18编码的位流进行多路复用。
该运动图象压缩扩展设备还包括：一个ECC编码/解码单元15，用于对所谓的ECC(错误校正码)进行编码或解码；一个存储器14，用于在ECC编码/解码单元15的控制下存储数据；一个数据调制/解调单元13，用于调制或解调数据；一个磁场调制驱动器11，用于把调制磁场加到光盘101上；以及一个光拾取器12，用于照射/接收用于光盘101的激光。
该运动图象压缩扩展设备还包括：一个DMUX(多路分解器)20；一个自适应变换声频解码单元22，用于来自DMUX 20的声频数据；一个MPEG 2解码器23，用于根据MPEG 2对视频数据进行解码；以及一个后置滤波单元24，用于对来自MPEG 2解码器23的信号进行预定的滤波。
该运动图象压缩扩展设备进一步包括一个用于控制运动图象压缩扩展设备的各个部分的控制器17。该控制器以所谓的微计算机的方式构成，且该微计算机由例如CPU、ROM和RAM组成。
现在描述第二实施例的记录/再现设备的特征部分。控制器17在MUX 16进行多路复用时对管理文件进行多路复用，表明上述视频序列的位置，以写入多路复用的管理文件。
在再现时，控制器17读出该管理文件并以视频序列为单位根据分辨率切换后置滤波单元24。其他电路部分的操作与上述第一实施例中相同，因而不再作具体描述。
如果在第二实施例中要把运动图象序列记录到盘介质上，必须准备显示已经在盘介质上进行记录的方式的滞后文件或管理文件，且该记录方式由管理文件规定。
例如，在记录/再现设备的第二实施例中，所有地址都从一开始就被记录在盘介质上。运动图象序列被依次记录在盘介质上的空白区域中。盘介质上的所有位置都借助地址来指定。
参见图7，首先记录的视频序列VS1被记录在盘介质101的第n个地址，下一个记录的视频序列VS2被记录在第m个地址，且如此进行下去，直到最后一个记录的视频序列VS4被记录在第p个地址。
在实际的管理文件中，在一个盘区中写入了一个文件，它表明第一个记录的视频序列VS1处于第n个地址，第二个记录的视频序列VS2处于第m个地址，等等。在其中已经记录有运动图象序列中的视频序列的盘上地址，在与用于运动图象序列的数据区分离的一个区中以一个管理文件的形式得到了记录。
如果，在结束记录运动图象序列之后，这种管理文件得到检查，就能够容易地看到哪些地址上已经记录了运动图象序列中的视频序列。即，通过采用这种文件，可以识别运动图象序列中的各个视频序列的开始和结束。
该第二实施例是当管理文件被用于把不同分辨率的视频序列结合成一个运动图象序列时使用的。
参见图8的流程图，现在描述该记录/再现方法的一系列处理步骤。
在第一步骤S11，一个序列首部被附在一个视频序列上，且在下一个步骤S12，从MPEG 2编码器检测运动量。
在下一个步骤S13，根据MPEG 2编码器在步骤S12检测到的运动量，核实是否需要增大象素数目。如果象素数目需要得到增大，则按照“是”路径进行到步骤6，否则按照“否”路径进行到步骤S14。
在步骤S14和S16，分辨率得到确定。即，在步骤S14，分辨率被置于352×480且处理转移到步骤S15。在步骤S16，分辨率被置于704×480且处理转移到步骤S17。
在步骤S15，检查在步骤S14设定的分辨率是否与当前的分辨率相同。如果在步骤S14设定的分辨率与当前的分辨率相同，则按照“是”路径进行到步骤S12，否则按照“否”路径进行到步骤S18。
在步骤S17，检查在步骤S16设定的分辨率是否与当前的分辨率相同。如果在步骤S16设定的分辨率与当前的分辨率相同，则按照“是”路径进行到步骤S12，否则按照“否”路径进行到步骤S18。
在步骤S18，一个序列结束被附到视频序列上且处理转移到步骤S19。在步骤S19，用户数据得到形成并被写入预定的区域。在步骤S19结束之后，处理返回到步骤S11。
现在描述了记录介质。这种记录介质上已经记录有按照MPEG 2标准编码的图象信号。
在MPEG 2标准位流中，允许分辨率切换的最小单位是视频序列。在这种记录介质上，与多个视频序列的分辨率的关系有关的识别信息被记录在作为适合于位流的信息的用户数据中。
这种记录介质是以例如所谓的CD的形式提供的。
上述的本发明的目的，是通过在单一的运动图象序列中进行不同编码尺寸的编码处理而改善压缩比。为了用多种不同的分辨率来处理单一的序列，本发明收集了由MPEG 2定义的多个视频序列，以完成一个单一的运动图象序列，并使该运动图象序列适合于诸如所谓DVD或MD的盘介质的记录/再现。
虽然在上述实施例中把记录介质显示为盘介质，本发明也可适用于带状的记录介质，诸如所谓的DAT，而不仅限于盘介质。

Claims (12)

1.一种图象信号处理设备，包括：
一个控制器(17)，用于从一个固有信息区提取多个视频序列中的每一个视频序列的分辨率和所述视频序列的开始点和结束点信息，该视频序列是允许符合MPEG标准的位流的分辨率发生改变的最小单位，该固有信息区是为所述多个视频序列中的每一个视频序列提供的；以及
滤波装置(24)，它受到所述控制器(17)的控制，用于根据所述分辨率和开始点和结束点信息而对与所述视频序列相联系的图象信号进行滤波。
2.根据权利要求1的图象信号处理设备，其中所述位流具有作为单位的一组图象，即一个内编码图象、一个从在显示序列中处于前面的其他图象预测的向前预测编码图象、以及从位于显示序列中沿着向前和向后方向的其他图象预测的双向预测编码图象。
3.根据权利要求1的图象信号处理设备，其中：
所述控制器(17)还用于把所述分辨率和起始点和结束点信息插入提供在所述位流中的固有信息区中。
4.根据权利要求1的图象信号处理设备，其中所述位流与MPEG 2标准相符合且其中所述视频序列是构成MPEG 2标准位流的视频序列。
5.一种图象信号处理方法，包括：
从给作为允许符合MPEG标准的位流的分辨率发生改变的最小单位的多个视频序列的每一个视频序列提供的一个固有信息区，提取显示各个所述视频序列的分辨率和所述视频序列的开始点和结束点信息；以及
响应于所述分辨率和开始点和结束点信息而对与所述视频序列相关联的图象信号进行滤波。
6.根据权利要求5的图象信号处理方法，其中所述位流具有作为单位的一组图象，即一个内编码图象、一个从在显示序列中处于前面的其他图象预测的向前预测编码图象、以及从位于显示序列中沿着向前和向后方向的其他图象预测的双向预测编码图象。
7.根据权利要求5的图象信号处理方法，其中所述位流与MPEG 2标准相符合且其中所述视频序列是构成MPEG 2标准位流的视频序列。
8.一种图象信号处理方法，包括：
检测多个视频序列中的每一个视频序列的运动量，所述视频序列是允许符合MPEG标准的位流的分辨率发生改变的最小单位；
根据所检测的运动量，确定所述视频序列的分辨率；以及
把所述视频序列的分辨率和所述视频序列的开始点和结束点信息加入到为所述视频序列提供的固有信息区中。
9.一种图象信号记录设备，包括：
一个控制器(17)，用于对多个视频序列中的每一个视频序列的分辨率的切换进行控制，这些视频序列每一个都是允许符合MPEG标准的位流的分辨率改变的最小单位；
滤波器(19)，它受到所述控制器的控制并用于对与所述视频序列相联系的图象信号进行滤波；
MPEG编码器(20)，用于把表示由所述控制器切换和控制的分辨率和所述视频序列的开始点和结束点信息加入到为各个所述视频序列而设置的固有信息区中。
10.根据权利要求9的图象信号记录设备，其中所述位流具有作为单位的一组图象，即一个内编码图象、一个从在显示序列中处于前面的其他图象预测的向前预测编码图象、以及从位于显示序列中沿着向前和向后方向的其他图象预测的双向预测编码图象。
11.根据权利要求9的图象信号记录设备，其中所述位流是与MPEG 2符合的标准且其中所述视频序列是构成MPEG 2标准位流的视频序列。
12.一种图象信号记录方法，包括：
对多个视频序列中的每一个视频序列的分辨率的切换进行控制，这些视频序列每一个都是允许符合MPEG标准的位流的分辨率改变的最小单位；以及
把所述分辨率和所述视频序列的开始点和结束点信息加入到为各个所述视频序列而设置的固有信息区中。
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