用於通過一條傳輸信道發送的多個電視信號的設備的製作方法
2023-06-14 18:34:31
專利名稱：用於通過一條傳輸信道發送的多個電視信號的設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及通過一條傳輸信道發送多個電視信號的設備。本發明還涉及用於存儲電視信號的設備以及所述信號的重放設備。
對於未來數字視頻廣播(DVB)系統在考慮通過一條傳輸信道同時地傳送多個電視信號。用於這種目的的設備包括一個用於每個電視信號對比特流的這種信號編碼的編碼器，用於控制每個比特流的比特速率的控制裝置和用於組合比特流為信道比特流的裝置。
首先，正開發的MPEG2標準適合於編碼每個電視信號。在1993年4月出版的ISO/IECCJTC1/SC29/WG11/NO400"測試模式5"中描述了用於這種目的的編碼器。已知的MPEG2編碼器對該電視信號形成比特流，受控的比特速率符合目標值。存在著一種不達到目標值的危險，例如，當複雜的圖像畫面出現時，為了使每個圖像有較少比特產生，該圖像以粗糙的方法量化。因此，在實際中編碼電視信號的圖像質量將隨畫面而變化，而且甚至可能是引人注意的差的圖像。
當通過一條數字傳輸信道發送多個電視信號時，可變的信道比特率被分為多個比特率，其中之一被分配給每個電視信號。分配的比特率事先固定好的。對於每個發送的電視信號，它現在保持著複雜圖像畫面的圖像質量可能是經受降級。
本發明的目的是提供一種通過一個傳輸信道發送多個電視信號的設備，用該設備獲得較高圖像質量。
因此，根據本發明的設備其特徵在於控制裝置適合於控制每個信號的比特率，相對於多個電視信號的聯合複雜性與所述信號的複雜性無關。
基於本發明認識到，當通過一條傳輸信道傳輸多個電視信號時，不是所有電視信號同時地將被複雜化。例如，如果發送兩個電視信號A和B，而且如果在給定瞬間，信號A包括一個不太複雜的畫面，而信號B包括一個非常複雜的畫面，信號B將以信號A比特率為代價臨時地以較高比特率發送。這種動態分配比特率的處理以後將稱為"聯合比特率控制"。
在熟知的一套單獨的編碼器中，例如MPEG編碼器，每個編碼器有其自己的控制裝置，用於獲得比特率的預定目標值。以此為基礎設備的實施例包括一個公共調整電路，用於加比特率目標值到每個控制裝置，與相應電視信號的複雜性無關。用預分析電路，例如以附加編碼器的形式可以測量該複雜性。該複雜性還可以從比特數和平均步長來計算，用該步長所述電視信號的前面的圖像已編碼。這種可能性具有優點，在MPEG編碼器中這樣的計算已經是可能了。
該設備的另一個實施例的特徵在於，該控制裝置對每個編碼器適於形成一個聯合控制值，與多個電視信號的聯合複雜性無關。在這個實施例中每個比特流的比特率直接地代表信號的複雜性。因此，該複雜性不需要分別地測量。
已經發現，聯合比特率控制降低了在每個信號中可注意的差的圖像質量出現的危險。發送的電視信號的質量大致提高。然而，在保持圖像質量的同時，聯合比特率控制提供通過相同傳輸信道傳送更多電視信號的可能性。已經發現，以相同的圖像質量，通過20Mbit/s信道能夠發送5個電視信號，而與四個電視信號一樣具有固定的5Mbit/s的速率。
通過劃分電視節目為多個等長部分並由聯合比特率控制裝置通過同時地存儲這些部分為光碟上的一個信道比特流，獲得使用聯合比特率控制的具有吸引力的可能性。通過重複讀取存儲的信道比特流並由每個時間解碼不同的部分重放該電視信號。然後得到或是較長的播放的時間或較高的圖像質量。
圖1表示根據本發明發送多個電視信號的設備的可能實施例。
圖2表示該設備的另一個實施例。
圖3表示圖2所示調整電路的替代實施例。
圖4表示該設備的另一個實施例。
圖5表示根據本發明用於存儲電視信號的設備。
圖6表示根據本發明電視信號的重放設備。
圖1表示根據本發明發送多個電視信號的設備。利用發送兩個電視信號TV1和TV2的設備作為實施例。電視信號TV1被加到編碼器1。這個編碼器包括一個離散餘弦變換器10，該變換器變換像素信息組的一系列係數。獲得的這些係數在量化器11中以給定的步長被量化並且接著該量化的係數在可變長度編碼電路12中被編碼。獲得的碼字被加到一個緩衝器13。產生的比特數隨圖像的不同而波動，這些比特被加到比特控制電路14，響應到那裡，該控制電路14以這樣的方法控制量化器11的步長，即每個圖像所加比特的平均數等於目標值T1。這樣的比特控制電路是已知的電路(perse)。以相應的方式，在編碼器2中處理電視信號TV2。這種編碼器還包括一個變換器20，一個量化器21，一個可變長度編碼器22，一個緩衝器23和一個比特控制電路24。目標值T2被加到控制電路24。兩個比特流在復用器3中被聯合為具有相應於每個圖像的T＝T1+T2比特的信道比特率的一個信道比特流。該信道比特流被加到傳輸信道4。
根據本發明，該設備裝備有一個聯合比特率調整電路5。這個電路確定兩個電視信號(X1為第一電視信號和X2為第二電視信號)的複雜性的值，該值代表當前圖像畫面的複雜性，而且以正比例於它們的複雜性在兩個信號中間分配可變信道比特率T。
在該設備的可能的實施例中，通過對每個所加的電視信號的預分析，獲得複雜性值X1和X2。所以，調整電路5包括用於兩個各自的電視信號的預分析電路51和52。這樣的一個預分析電路包括，例如一個圖像變換器，一個具有固定步長的量化器和可變長度編碼器，以及用於計數對每個圖像得到的比特數的計數器。兩個複雜性值X1和X2在求和裝置53中加在一起。因此，每個電視信號的相對複雜性在除法器54和55中確定，所以除法器的計算分別為 (X1)/(X1+ X2) 和 (X2)/(X1+ X2)最後，用電視信號的相對複雜性，用乘可變信道比特率T(以比特/每圖像表示)，通過乘法器56和57計算目標值T1和T2。現在對於保持目標值T1= (X1)/(X1+ X2) ×T和T2= (X2)/(X1+ X2) ×T
如果有N個電視信號，保持對於目標值Tn(n＝1…N)，該值被加到n次編碼器Tn=Xnn = 1NXn×T]]>該設備以正比於其複雜性分配比特率至每個電視信號。然後得到的圖像質量基本上等於所有信號。但是，另一種可能是對電視信號分配不同的圖像質量。以預定方式，通過影響信號的相對複雜性來達到這一點。在那種情況下實現除法器54和55，例如計算分別為 (α1X1)/(α1X1+ α2X2) 和 (α2X2)/(α1X1+ α2X2)其中α1和α2是常數。對於等複雜性(X1＝X2)的信號，現在得到不等的比特率。
圖2表示該設備的另一個實施例。在這個實施例中，編碼器1和2假定是MPEG編碼器。如可能知道的(例如見ISO-IECDIS11172"用於數字存儲介質達到約1.5Mbit/s的運動圖像和相關聲頻的編碼")，在MPEG標準中的電視信號是以圖像組(GOPS)的形式發送。每個GOP包括一個幀內編碼圖像(I圖像)，許多預測編碼圖像(P圖像)和許多雙向預測編碼圖像(B圖像)。為了簡單起見，在圖2中沒有表示出編碼器1和2中構成運動補償預測圖像的通常的預測環路。根據本發明調整電路5現在包括(A)計算裝置58和59，用於計算被發送的N個電視信號的每一個信號的複雜性Xn。圖1中表示了作為替換的預分析電路，現在參考比特的數S和量化參數Q確定複雜的值，S是花費在編碼前面的圖像，Q代表量化這個圖像用的平均步長。S和Q兩個值由每個編碼器加到調整電路。前述的ISO文件"MPEG2測試模式5"的第10章描述了S和Q的產物是代表電視信號複雜性的測量。通過對圖像(I，P和B)的每種類型單獨地確定這個產物，對每個電視信號TVn(n＝1，2)獲得三個複雜性數值XI，XP和XB。
XIn＝SIn×QIn，XPn＝SPn×QPnXBn＝SBn×QBn替換公式是可能的。特別明顯地強調量化值影響複雜性的值，例如X*= S*×Q*α(α＞1)orin X*= S*×eQ*]]>其中標號※指的是圖像(I，P，B)類型。
(B)根據下面的方程，求和裝置53和除法器54，55對每個類型圖像確定每個信號的相對複雜性XI nn =1NXI n,XP nn = 1NXP n和XB nn = 1NXB n]]>
(C)計算裝置50用於對每種類型的圖像計算聯合信號接著發生的圖像的總比特數T。模擬一套單獨MPEG解碼器(見MPEG2測試模式5的第10章)可執行如下的計算TI=R1 +nP· XPXI· KP+nB· XBXI· KB, TP=RnP+nB· KP· XBKB· XP和 TB=RnB+nP·KB·XPKP· XB]]>其中nP和nP代表GOP中靜止被編碼的P和B圖像數和kP和kB是具體的系統常數。
XIn = 1NSI n×QI n, XP=n = 1NSP n×QP n和 XB=n = 1NSB n×QB n]]>在公式(1)中，XI，XP和XB代表電視信號的聯合複雜性，因為如果它們的圖像聯合形成一個超級圖像。由下式可組成這個聯合複雜性值或由下式XIn = 1NSI n×n = 1NQI n, XP=n = 1NSP n×n = 1NQP n和]]>XBn = 1NSB n×n = 1NQB n]]>
因此，計算裝置50從每個編碼器接收其花費的比特數S和平均步長Q。
在公式(1)中，R是分配給聯合的GOP(超GOP)的剩餘比特數。R的初始值是可用的比特數/超GOP。對於一套單獨編碼器這裡用G來標註。在根據本發明的設備中，該初始值是NXG。在用花費比特數(分別為SI，SP，SB)每個超圖像的編碼之後，R被降低。
(D)乘法器56和57，用於對超圖像在N個編碼器中間，以正比例於相應電視信號的相對複雜性分配目標值T。用公式，其值表示為TI n=XI nn =1NXI n× TI, TP n=XP nn = 1NXP n× TP和TB n=XB nn = 1NXB n× TB]]>在這樣描述的方式中，編碼器1接收每種類型圖像的目標值TI1，TP1和TB1。在另一個自治方式中，編碼器的控制電路14試圖滿足這個目標。以相應的方式，解碼器2接收目標值TI2，TP2和TB2。這樣，對每個編碼器保持著所加的目標值相對於其它電視信號來說取決於相應電視信號的相對複雜性。
圖3表示在圖2所示設備中使用的調整電路5的可替代的實施例。相同的標號代表在這種情況下的相同功能。該調整電路不同於圖2所示的一個電路。在那裡計算裝置(圖2中的標號50)現在被分為兩個相同的計算裝置501和502。如果整個信道比特率對該信號是可用的，它們對每個電視信號計算下一個圖像的比特數。前面描述的公式(1)用於計算，在公式中XI，XP和XB現在代表相應(不是聯合)電視信號的複雜性數值。在圖3中計算的比特數用T1′和T2′標註。它是用相應信號的相對複雜性相乘(56，57)的一個數。以圖2所示相同的方法(求和裝置53，除法器54和55)獲得相對複雜性。
圖4表示根據本發明設備的另一個實施例。這個實施例不同於前面描述的實施例，在那個實施例中，聯合控制電路60的量化器11和21接收平均步長，該步長對於兩個編碼器是相等的(如果需要，步長可在圖像內從一個宏塊到一個宏塊的變化，取決於有效性)。控制電路接收相應於信道比特率的目標值T並控制作為比特數函數的平均量化步長，該比特數由編碼器聯合地產生。這個數由加法器61供給。該控制電路具有與一套單獨編碼器(圖1和2中的標號14和24)的已知控制電路相同的結構，而且不需要任何進一步說明。因為在這個實施例中每個編碼器的步長是相等的(即Q＝Q2＝Q)，每個信號(即Xn＝SnQ)的複雜性直接地用花費的比特數Sn表示。因此，複雜性的單獨測量是多餘的。因為從下式明顯地看出Sn= (Xn)/(Q) = (Xn)/(X1+ X2) × (X1+ X2)/(Q) = (Xn)/(X1+ X2) ×(S1+ S2)在這個實施例中，每個信號的比特率還正比例於其複雜性。對於兩個信號來說圖像質量是相等的，因為兩個編碼器以相同的步長量化。如果對每個電視信號希望不同的圖像質量，由控制電路60產生的步長可被分為兩個不同的步長，步長相對於相互之間具有一個預定的固定比。
對於所有前面描述的設備的實施例，應當保持N個電視信號的當前的比特率，對每個圖像或每個GOP，以適當參數的形式，能被發送到接收的解碼器。MPEG標準已經提供了這種可能性。
使用聯合比特率控制，每個電視信號的圖像質量提高。對廣播系統來說這是一個重要優點。聯合比特率控制還提供發送外部信號的可能性。例如，代替兩個一套單獨5Mbit/s的電視編碼器，具有9Mbit/s的聯合比特率的兩個中心控制編碼器能夠耦合10Mbit/s信道，而保持圖像質量。剩餘的1Mbit/s，例如可發送外部數據信號。理論考慮和實際經驗已進一步證明，保持圖像質量的同時能發送更多數目的電視節目，例如5個節目代替4個，或27個節目代替20個。
除了廣播之外，聯合比特率還提供應用於記錄的有趣可能性。圖5表示用於在存儲介質上存儲電視節目的設備。該設備包括用於分離電視節目為等長的兩部分A和B的裝置100。這些裝置例如可能是由兩個錄像機構成，該錄像機分別重放節目的第一和第二個的一半。兩部分A和B加到設備101，以在此之前描述的方法，設備101形成該兩部分的一個信道比特流A+B，該信道比特流被存儲在一個光碟102上。圖6表示光碟重放的相應裝置。從光碟102上讀取的信道比特流A+B被加到一個選擇器103，該選擇器首先選擇比特流A並把它加到MPEG2解碼器104。解碼的信號在圖像監視器105上顯示。在控制電路106的控制下，在結束部分A之後相同的信道比特流接著再被讀取。然而，現在選擇比特流B並被編碼。在讀頭的重置期間(在實際中約0.8秒)部分A的最後的圖像可作為靜止圖像顯示。這裡有些麻煩，可使用一個緩衝器作為這個期間的橋。聯合比特率控制在記錄中的這種應用要求光碟以(基本上)兩倍的速率旋轉和比較複雜的光碟控制，無論如何，這是用較好的圖像質量或較長的放像時間來彌補。
權利要求
1.一種用於通過具有預定信道比特率的一個傳輸信道傳送多個電視信號的設備，包括編碼器(1，2)，用於編碼每個比特流電視信號；控制裝置(14，24，5)，用於控制每個比特流的比特速率；用於聯合比特流為信道比特流的裝置(3)，其特徵在於，控制裝置適於控制每個信號的比特流，與相對於多個電視信號聯合複雜性的所述信號複雜性無關。
2.根據權利要求1的設備，其中每個編碼器(1，2)提供相應的控制裝置(14，24)，其特徵在於，該設備包括一個公共調整電路(5)，用於加一個比特率目標值(T1，T2)到每個控制裝置，與相應電視信號的複雜性(X1，X2)無關。
3.根據權利要求2的設備，其特徵在於，該調整電路(5)提供一個預分析電路(51，52)，用於確定每個電視信號的複雜性。
4.根據權利要求2的設備，其特徵在於，該調整電路(5)提供裝置(58，59)，用於從比特數(S)和平均步長(Q)確定電視信號的複雜性，用平均步長(Q)編碼所述電視信號的前面的圖像。
5.根據權利要求2，3或4的設備，其特徵在於，該調整電路包括乘法器(56，57)，用於以相對於總複雜性的相應信號的相對複雜性(Xn/∑Xn)乘對於多個電視信號的可變比特數(T)。
6.根據權利要求1的設備，其特徵在於該控制裝置(60，61)適合於對每個編碼器形成一個聯合控制值，與多個電視信號的聯合複雜性無關。
7.根據前述權利要求的任何一個權利要求，其特徵在於該編碼器是MPEG的編碼器。
8.一種用於存儲電視信號的設備，其特徵在於該設備包括用於分離信號為等長度的多個部分(A，B)的裝置(100);用於在存儲介質(102)上同時存儲該部分的裝置(101)，該裝置由前面權利要求的任何一個權利要求限定的設備構成。
9.一種存儲介質，用於存儲信道比特流形式的電視信號，其特徵在於，存儲的信道比特流包括多個同時出現的信號，每個信號的比特率取決於相對於多個信號聯合複雜性的所述信號的複雜性。
10.一種從存儲介質重放電視信號的設備，其特徵在於，該設備包括用於重複讀取存儲信道比特流的裝置(106)，該比特流包括多個同時出現的信號，每個信號的比特率取決於相對於多個信號聯合複雜性的所述信號的複雜性;用於從讀取信道比特流選擇並編碼同時出現信號的預定的一個信號的裝置(103，104)。
全文摘要
一種同時發送多個電視信號的裝置包括一個調整電路(57)，用於調整每個電視信號的比特率，與相對於多個電視信號的聯合複雜性的這個信號的複雜性無關。該設備提供數字視頻廣播系統的質量改進。也發現在保持圖像質量的同時通過給定信道能發送外部信號。使用光記錄設備提供更長放像時間的可能性。
文檔編號H04N7/58GK1111874SQ9411370
公開日1995年11月15日 申請日期1994年9月9日 優先權日1993年9月10日
發明者G·J·基斯曼 申請人:菲利浦電子有限公司