Способ и устройство для генерации масштабируемого кодированного видеосигнала из немасштабируемого кодированного видеосигнала

Изобретение относится к способу модификации данных во входном кодированном видеосигнале для генерации выходного масштабированного видеосигнала, скомпанованного из основного видеосигнала и набора из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества, причем способ содержит, по меньшей мере, этап декодирования ошибки для генерации сигнала декодированных данных из входного кодированного видеосигнала, первый этап повторного кодирования для генерации основного видеосигнала из сигнала промежуточных данных, полученного сложением сигнала с компенсацией движения и сигнала декодированных данных, этап реконструкции для генерации ошибки кодирования основного видеосигнала, этап компенсации движения для генерации сигнала с компенсацией движения на основе ошибки кодирования, второй этап повторного кодирования для генерации видеосигнала повышения качества на основе ошибки кодирования. Ошибка кодирования основного видеосигнала повторно кодируется с более высокой степенью детализации по сравнению с той, которая используется для генерации основного видеосигнала. Технический результат - обеспечение адаптации битовой скорости передаваемого кодированного видеосигнала к пропускной способности сетей связи. 6 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к первому способу модификации данных во входном кодированном видеосигнале для генерации выходного масштабируемого видеосигнала, скомпонованного из основного видеосигнала и набора из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества, причем способ содержит, по меньшей мере:

этап декодирования ошибки для генерации сигнала декодированных данных из входного кодированного видеосигнала,

первый этап повторного кодирования для генерации основного видеосигнала из сигнала промежуточных данных, полученного сложением сигнала с компенсацией движения и сигнала декодированных данных, при этом на первом этапе повторного кодирования выполняется квантование сигнала промежуточных данных,

этап определения ошибки кодирования основного видеосигнала для определения ошибки кодирования основного видеосигнала посредством применения обратного квантования к сигналу, который был получен упомянутым квантованием сигнала промежуточных данных, и вычитания из сигнала промежуточных данных сигнала, полученного упомянутым обратным квантованием,

этап компенсации движения для генерации сигнала с компенсацией движения исключительно на основе ошибки кодирования.

Настоящее изобретение также относится ко второму способу модификации данных во входном кодированном видеосигнале, для генерации выходного масштабируемого видеосигнала, скомпонованного из основного видеосигнала и набора из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества, причем способ содержит:

этап декодирования ошибки для генерации сигнала декодированных данных из входного кодированного видеосигнала,

первый этап повторного кодирования для генерации основного видеосигнала исключительно из сигнала декодированных данных, при этом на первом этапе повторного кодирования выполняется квантование сигнала декодированных данных,

этап определения ошибки кодирования для определения ошибки кодирования основного видеосигнала посредством применения обратного квантования к сигналу, который был получен упомянутым квантованием сигнала декодированных данных, и вычитания из сигнала декодированных данных сигнала, полученного упомянутым обратным квантованием.

Изобретение также относится к устройству транскодирования для осуществления первого или второго способа. Это изобретение можно использовать, например, для видеовещания или хранения видеоданных.

Предшествующий уровень техники

С появлением новых информационных технологий сжатый видеосигнал используется в различных приложениях, например в профессиональных приложениях и/или потребительских изделиях, в связи с чем предполагается, что битовая скорость передаваемого кодированного видеосигнала должна быть адаптирована к пропускной способности сетей связи. С этой целью используются способы транскодирования, обеспечивающие необходимую манипуляцию данными.

Способ транскодирования предложен в Европейской патентной заявке ЕР 0960392 A1. Этот способ используется для осуществления снижения битовой скорости входного видеосигнала, кодированного согласно стандарту MPEG-2. В этой патентной заявке описан способ и соответствующее ему устройство для модификации входного кодированного видеосигнала, генерации из входного кодированного видеосигнала масштабируемого видеосигнала, скомпонованного из набора кодированных видеосигналов, имеющих разные уровни качества.

Масштабируемый видеосигнал, генерируемый согласно способу, отвечающему предшествующему уровню техники, скомпонован из основного видеосигнала низкого качества и видеосигнала повышения качества, переносящего видеоинформацию более высокого качества. Видеосигнал повышения качества генерируется на этапе повторного кодирования, последовательно включенного в цикл компенсации движения, т.е. оперирующего ошибкой кодирования основного видеосигнала. На этом этапе повторного кодирования также происходит генерация модифицированной ошибки кодирования, используемой в качестве видеосигнала на этапе компенсации движения. Этот этап повторного кодирования содержит этап квантования, применяемый к ошибке кодирования, затем этап неравномерного кодирования, на котором генерируется видеосигнал повышения качества. Параллельно выходной сигнал этапа квантования подвергается обратному квантованию для генерации обратно-квантованного сигнала, из которого вычитается ошибка кодирования, в результате чего получается модифицированная ошибка кодирования. Также описано, что, последовательно повторяя аналогичный этап повторного кодирования, можно получить другие уровни качества.

Однако способ модификации данных, отвечающий предшествующему уровню техники, имеет ряд недостатков.

Во-первых, согласно предшествующему уровню техники для осуществления этапа повторного кодирования требуются этапы квантования и обратного квантования. Поскольку эти этапы обработки задействуют значительные вычислительные ресурсы, реализация такого способа оправдана в профессиональных изделиях, но не в бытовых изделиях. Этот недостаток имеет место постольку, поскольку согласно этому способу, отвечающему предшествующему уровню техники, генерируют совокупность видеосигналов разного качества, и в этом случае нужно обеспечить столько этапов квантования и обратного квантования, сколько имеется видеосигналов разного качества.

Во-вторых, согласно настройке этапа повторного кодирования при снижении уровня качества видеосигнала повышения качества амплитуда модифицированной ошибки кодирования может изменяться во много раз. Действительно, тот факт, что ошибка кодирования модифицируется на этапе повторного кодирования до компенсации движения, может мешать регулировке битовой скорости основного видеосигнала, что затрудняет сохранение целевой битовой скорости основного видеосигнала.

Наконец, содержимое основного видеосигнала, генерированного согласно способу, отвечающему предшествующему уровню техники, зависит от генерации видеосигнала повышения качества на этапе повторного кодирования, поскольку основной видеосигнал генерируется на основе, по меньшей мере, одной модифицированной ошибки кодирования после компенсации движения. Поэтому при потере видеосигнала повышения качества при передаче совместно с основным видеосигналом декодирование основного сигнала будет приводить к дрейфу качества, поскольку опорные кадры, используемые при кодировании, невозможно реконструировать при декодировании.

Задача и сущность изобретения

Задачей изобретения является преодоление недостатков способа, отвечающего предшествующему уровню техники, за счет обеспечения первого и второго экономичных способов модификации входного кодированного видеосигнала для генерации выходного масштабируемого видеосигнала, скомпонованного из основного видеосигнала и набора видеосигналов повышения качества.

В этой связи первый способ модификации данных, отвечающий изобретению, отличается тем, что содержит второй этап повторного кодирования для генерации видеосигнала повышения качества на основе ошибки кодирования.

Обработка входного кодированного видеосигнала дает масштабируемый видеосигнал. Действительно, при генерации основного видеосигнала на данной битовой скорости из входного кодированного видеосигнала этот первый способ позволяет одновременно генерировать, по меньшей мере, один видеосигнал повышения качества. Ошибка кодирования основного видеосигнала повторно кодируется с повышенной степенью детализации (т.е. содержит более подробную информацию видеоданных), чем используется для генерации основного видеосигнала. Таким образом, входной кодированный видеосигнал разлагается после обработки в соответствии с совокупностью кодированных видеосигналов на: основной видеосигнал, соответствующий предпочтительно низкокачественному варианту входного кодированного видеосигнала, и набор из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества, для повышения качества основного видеосигнала.

Этап повторного кодирования осуществляется непосредственно над ошибкой кодирования, и это значит, что ошибка кодирования, используемая на этапе компенсации движения, не модифицирована, что позволяет избежать нарушений основного видеосигнала.

Кроме того, в отличие от предшествующего уровня техники потеря при передаче одного или совокупности видеосигналов повышения качества не влияет на основной видеосигнал (т.е. дрейф качества отсутствует), поскольку опорные кадры, используемые для такого декодирования, полностью независимы от уровней повышения качества.

Второй способ модификации данных, отвечающий изобретению, отличается тем, что второй способ содержит второй этап повторного кодирования для генерации видеосигнала повышения качества на основе ошибки кодирования.

В сравнении с рассмотренным выше первым способом, отвечающим изобретению, цикл кодирования, включающий в себя этап компенсации движения, является открытым. Поэтому этап компенсации движения уже не выполняется, благодаря чему реализация этого второго способа позволяет снизить вычислительную нагрузку.

Повторное кодирование ошибки кодирования, приводящее к генерации видеосигналов повышения качества, компенсирует дрейф качества основного видеосигнала, поскольку ошибку кодирования можно частично или полностью передавать одновременно с основным видеосигналом.

Согласно предпочтительному варианту осуществления и первый, и второй способы модификации данных, отвечающие изобретению, отличаются тем, что второй этап повторного кодирования содержит:

подэтап сдвига для сдвига «битовых слоев» (масивов, образованных совокупностью одноименных битов всех пикселов, описывающих двумерное растровое изображение) данных, составляющих ошибку кодирования,

подэтап отыскания максимального значения среди данных, составляющих сдвинутые битовые слои, и определения количества сдвинутых битовых слоев, подлежащих повторному кодированию,

подэтап неравномерного кодирования сдвинутых битовых слоев для генерации неравномерно кодированных битовых слоев, причем каждый неравномерно кодированный битовый слой определяет видеосигнал повышения качества.

Эти последовательные подэтапы позволяют генерировать на основе ошибки кодирования единый видеосигнал повышения качества, который можно легко ухудшать и масштабировать при выборе битовых слоев, например, в слоях старших битов. Битовую скорость видеосигнала повышения качества можно изменять в любом месте двоичного потока, что позволяет мгновенно приспосабливаться к ограничениям полосы пропускания канала связи, по которому осуществляется передача видеоданных. Экономичность такого решения обусловлена тем, что оно предусматривает экономичные подэтапы, требующие малых вычислительных ресурсов и тем, что этап повторного кодирования осуществляется непосредственно над ошибкой кодирования в частотной области определения.

Изобретение также относится к первому устройству транскодирования видеосигнала для модификации данных во входном кодированном видеосигнале, для генерации выходного масштабируемого видеосигнала, скомпонованного из основного видеосигнала и набора из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества, причем устройство транскодирования содержит, по меньшей мере:

средство декодирования ошибки для генерации сигнала декодированных данных из входного кодированного видеосигнала,

первое средство повторного кодирования для генерации основного видеосигнала из сигнала промежуточных данных, полученного путем суммирования сигнала с компенсацией движения и сигнала декодированных данных, при этом первое средство повторного кодирования содержит средство квантования для квантования сигнала промежуточных данных,

средство определения ошибки кодирования основного видеосигнала, содержащее средство обратного квантования для приема выходного сигнала средства квантования и вычитатель для вычитания из сигнала промежуточных данных выходного сигнала средства обратного квантования,

средство компенсации движения для генерации сигнала с компенсацией движения исключительно на основе ошибки кодирования.

Первое устройство перекодирования отличается тем, что содержит второе средство повторного кодирования для генерации видеосигнала повышения качества на основе ошибки кодирования.

Это устройство транскодирования видеосигнала содержит программные и аппаратные средства для реализации различных этапов и подэтапов первого способа, отвечающего изобретению.

Изобретение также относится ко второму устройству транскодирования видеосигнала для модификации данных во входном кодированном видеосигнале, для генерации выходного масштабируемого видеосигнала, скомпанованного из основного видеосигнала и набора из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества, причем устройство транскодирования содержит, по меньшей мере:

средство декодирования ошибки для генерации сигнала декодированных данных из входного кодированного видеосигнала,

первое средство повторного кодирования для генерации основного видеосигнала исключительно из сигнала декодированных данных, причем первое средство повторного кодирования содержит средство квантования для квантования сигнала декодированных данных,

средство определения ошибки кодирования основного видеосигнала, содержащее средство обратного квантования для приема выходного сигнала средства квантования и вычитатель для вычитания из сигнала декодированных данных выходного сигнала средства обратного квантования.

Это устройство транскодирования отличается тем, что содержит второе средство повторного кодирования для генерации видеосигнала повышения качества на основе ошибки кодирования.

Это устройство транскодирования видеосигнала содержит программные и аппаратные средства для реализации различных этапов и подэтапов второго способа, отвечающего изобретению.

Согласно конкретному варианту реализации изобретения первое устройство транскодирования и второе устройство транскодирования таковы, что второе средство повторного кодирования содержит:

средство сдвига для сдвига битовых слоев, составляющих ошибку кодирования,

средство отыскания максимального значения среди данных, составляющих сдвинутые битовые слои, и определения количества сдвинутых битовых слоев, подлежащих повторному кодированию,

средство неравномерного кодирования сдвинутых битовых слоев для генерации неравномерно кодированных битовых слоев, причем каждый неравномерно кодированный битовый слой определяет видеосигнал повышения качества.

Изобретение также относится к устройству для приема входного кодированного видеосигнала, содержащему вышеописанное устройство транскодирования, отвечающее изобретению, для модификации данных во входном кодированном видеосигнале, для генерации выходного масштабируемого видеосигнала, скомпонованного из основного видеосигнала и набора из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества.

Изобретение также относится к кодированному видеосигналу, содержащему основной видеосигнал и набор из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества, причем кодированный видеосигнал получается путем реализации первого или второго способа модификации данных во входном кодированном видеосигнале.

Этот масштабируемый сигнал отражает технические характеристики этапов и подэтапов первого и второго способов, отвечающих изобретению.

Изобретение также относится к носителю информации, на котором хранится кодированный видеосигнал, содержащий основной уровень и набор уровней повышения качества, причем кодированный видеосигнал получается путем реализации первого или второго способа модификации данных во входном кодированном видеосигнале.

В качестве носителя информации может выступать предпочтительно жесткий диск или стираемый цифровой видеодиск (например, перезаписываемый диск (R/W)).

Изобретение также относится к компьютерной программе, содержащей кодовые команды для реализации этапов и подэтапов первого и второго способов, отвечающих изобретению.

Эта компьютерная программа содержит набор команд, которые, будучи загружены в аппаратное средство, например память, подключенную к процессору сигналов, позволяют выполнять любые этапы и подэтапы вышеописанных первого и второго способов, отвечающих изобретению.

Ниже приведены подробные пояснения и другие аспекты изобретения.

Перечень чертежей

Конкретные аспекты изобретения объяснены ниже со ссылками на варианты осуществления, описанные ниже и рассмотренные в совокупности с прилагаемыми чертежами, где идентичные части или подэтапы обозначены одинаково.

Фиг.1 - схема первого варианта осуществления способа, отвечающего изобретению.

Фиг.2 - схема второго варианта осуществления способа, отвечающего изобретению.

Фиг.3 - схема варианта осуществления способа, позволяющего декодировать видеосигналы, генерируемые способом, отвечающим изобретению.

Подробное описание изобретения

Данное изобретение хорошо адаптировано для модификации данных входных кодированных видеосигналов MPEG-2, но специалистам в данной области техники будет ясно, что такой способ также применим к любому кодированному сигналу, который был закодирован методом блочного сжатия, например, описанным в видеостандартах MPEG-4, Н. 261 или Н. 263.

Нижеследующее подробное описание изобретения опирается на предположение о том, что входной кодированный видеосигнал, подлежащий модификации, согласуется с международным стандартом видеосигнала MPEG-2 (Группа экспертов по движущимся изображениям, ISO/IEC 13818-2). Предполагается, что видеокадр делится на прилегающие друг к другу квадратные области 16×16 пикселей, именуемые макроблоками (МБЛ, MB).

Способ, отвечающий изобретению, позволяет модифицировать данные входного кодированного видеосигнала для генерации одновременно основного видеосигнала, согласующегося с синтаксисом кодирования MPEG-2, и набора видеосигналов повышения качества. В связи с этим основной видеосигнал генерируется на этапе транскодирования. Этот этап транскодирования состоит в снижении битовой скорости входного кодированного видеосигнала и, следовательно, в ухудшении качества видеосигнала по сравнению со входным кодированным видеосигналом. Способ, отвечающий изобретению, предусматривает использование этой потери качества для генерации видеосигналов повышения качества. Ошибка кодирования, материализующая потерю качества, повторно кодируется на этапе повторного кодирования для генерации видеосигналов повышения качества. Ошибка кодирования повторно кодируется для генерации одного или совокупности видеосигналов повышения качества, содержащих дополнительную, более подробную информацию видеоданных, которой нет в основном видеосигнале. Таким образом, объединение основного видеосигнала с видеосигналами повышения качества позволяет формировать видеосигнал более высокого качества по сравнению с качеством основного видеосигнала.

На фиг.1 представлен первый вариант осуществления способа, отвечающего изобретению.

Этот вариант осуществления основан на схеме транскодирования, содержащей, по меньшей мере, этап 101 декодирования ошибок для генерации сигнала 102 декодированных данных из текущего входного кодированного видеосигнала 103. На этапе 101 декодирования ошибок осуществляется частичное декодирование входного видеосигнала 103, поскольку декодированию подлежит лишь ограниченное количество типов данных, содержащихся во входном сигнале. Этот этап содержит неравномерное декодирование (НРД, LD), обозначенное позицией 104, по меньшей мере, коэффициентов дискретного косинусного преобразования (ДКП, DCT) и векторов движения, содержащихся в сигнале 103. Этот этап содержит статистическое декодирование (например, посредством таблицы обратного соответствия, содержащей коды Хаффмена) для получения декодированных коэффициентов 105 ДКП и векторов 106 движения. После этапа 104 осуществляется обратное квантование (ИК, IQ), обозначенное 107, декодированных коэффициентов 105 для генерации сигнала 102 декодированных данных. Обратное квантование 107, по существу, состоит в умножении декодированных коэффициентов 105 ДКП на показатель квантования входного сигнала 103. В большинстве случаев, это обратное квантование 107 осуществляется на уровне макроблоков, поскольку показатель квантования может изменяться от одного макроблока к другому. Декодированный сигнал 102 содержит данные в частотной области определения.

Эта схема транскодирования также содержит этап 108 повторного кодирования для генерации выходного видеосигнала 109, соответствующего сигналу, полученному путем транскодирования входного видеосигнала 103. Этот видеосигнал 109 именуется основным видеосигналом. Сигнал 109 согласуется со стандартом видеосигнала MPEG-2, как и входной сигнал 103. Повторное кодирование 108 осуществляется над сигналом 110 промежуточных данных, полученных сложением, посредством подэтапа 111 сложения, сигнала 102 декодированных данных с модифицированным сигналом 112 с компенсацией движения. Этап 108 повторного кодирования начинается с квантования (K, Q), обозначенного 113. Это квантование 113 состоит в делении коэффициентов ДКП сигнала 110 на новый показатель квантования для генерации квантованных коэффициентов 114 ДКП. Этот новый показатель квантования характеризует модификацию, осуществляемую путем транскодирования входного кодированного видеосигнала 103, поскольку, например, увеличение показателя квантования по сравнению с используемым на этапе 107 может приводить к снижению битовой скорости входного кодированного видеосигнала 103. После квантования 113 коэффициенты 114 подвергаются неравномерному кодированию (НРК, VLC), обозначенному 115, для получения статистически кодированных коэффициентов 116 ДКП. По аналогии с обработкой НРД, обработка НРК осуществляется с помощью таблицы соответствия для задания кода Хаффмена для каждого коэффициента 114. Затем коэффициенты 116 накапливаются в буфере (БУФ, BUF), обозначенном 117, как и векторы 106 движения (не обозначено) для создания транскодированных кадров, переносимых основным видеосигналом 109.

Эта схема также содержит этап 118 реконструкции для генерации ошибки 119 кодирования, в частотной области определения, основного видеосигнала 109. Этот этап реконструкции позволяет определить ошибку кодирования, обусловленную квантованием 113. Эта ошибка кодирования текущего транскодированного видеокадра учитывается на этапе компенсации движения, подробно описанного ниже, для транскодирвания следующего видеокадра во избежание дрейфа качества от кадра к кадру в основном видеосигнале 109. Ошибка кодирования реконструируется посредством обратного квантования (ОК), обозначенного 120 и осуществляемого над сигналом 114, в результате которого получается сигнал 121. Затем, на подэтапе 122 вычитания сигнала 121 из сигнала 110, получается ошибка 119 кодирования в области определения ДКП, т.е. в частотной области определения. Эта ошибка 119 кодирования соответствует разности между входным кодированным видеосигналом 103 и основным видеосигналом 109. Ошибка 119 кодирования в частотной области определения подвергается обратному дискретному косинусному преобразованию (ОДКП, IDCT), обозначенному 123, для генерации соответствующей ошибки 124 кодирования в пиксельной области определения.

Эта схема также содержит этап 126 компенсации движения для генерации сигнала 112 с компенсацией движения на основе ошибки кодирования, хранящейся в памяти (ЗУ, MEM), обозначенной 125, и относящейся к предыдущему транскодированному видеокадру, переносимому сигналом 109. Память 125 содержит, по меньшей мере, две подобласти памяти: первую, предназначенную для хранения модифицированной ошибки 124 кодирования, относящейся к транскодируемому видеокадру, и вторую, предназначенную для хранения модифицированной ошибки 124 кодирования, относящейся к предыдущему транскодированному видеокадру. Сначала, на этапе прогнозирования, содержимое второй подобласти памяти, доступной для сигнала 127, подвергается компенсации движения (КОМП, СОМР), обозначенной 128. Этап прогнозирования состоит в вычислении прогнозируемого сигнала 129 на основе сохраненной ошибки 127 кодирования. Прогнозируемый сигнал, также именуемый сигналом с компенсацией движения, соответствует части сигнала, сохраненного в запоминающем устройстве 125, указанной вектором 106 движения, относящимся к транскодируемой части входного видеосигнала 102. Как известно специалистам в данной области техники, прогнозирование обычно осуществляется на уровне МБЛ, т.е. для каждого входного МБЛ, переносимого сигналом 102, определяется прогнозируемый МБЛ, который на подэтапе 111 сложения складывается в области определения ДКП со входным МБЛ для ослабления дрейфа качества от кадра к кадру. Поскольку сигнал 129 с компенсацией движения задан в пиксельной области определения, он проходит через этап 130 ДКП для генерации сигнала 112 с компенсацией движения в области определения ДКП.

Эта схема также содержит этап 131 повторного кодирования для генерации видеосигнала 137 повышения качества на основе ошибки 119 кодирования. Этот этап повторного кодирования основан на способе кодирования битовых слоев, который содержит подэтап 132 сдвига для сдвига битовых слоев или предпочтительно частей битовых слоев данных, составляющих ошибку 119 кодирования. С учетом того, что входной кодированный видеосигнал 103, как и ошибка 119 кодирования, кодирован блочным методом с использованием блоков ДКП 8×8, битовый слой, преимущественно, представляет собой массив из 64 битов одинакового старшинства, извлеченных из 64 элементов данных, составляющих блок 8×8 ошибки кодирования. Например, первый слой состоит из 64 битов, соответствующих первым старшим битам (СБ, MSB) упомянутых 64 элементов данных, второй битовой слой состоит из 64 битов, соответствующих вторым СБ упомянутых 64 элементов данных, и т.д. Если используется метод взвешивания, то сдвиг осуществляется на уровне МБЛ, т.е. все биты данных, составляющие МБЛ, получают один и тот же сдвиг влево. Например, в случае видеоформата 420, заданы и таким образом подвергаются сдвигу четыре набора из 64 коэффициентов, относящихся к данным яркости, и два набора данных цветности. На этапе 134 сдвинутые битовые слои 133 подвергаются анализу, состоящему в отыскании максимального значения данных, составляющих сдвинутые битовые слои. Максимальное значение непосредственно используется для определения количества сдвинутых битовых слоев 133. Например, если после сдвига на подэтапе 132 сдвинутые битовые слои 133 содержат следующий набор из 64 элементов данных (10, 0, 6, 0, 0, 3, 0, 2, 2, 0, 0, 2, 0, 0, 1, 0, ... 0, 0), то максимальное значение в этом блоке равно 10 и минимальное количество битов для представления 10 в двоичном формате (1010) равно 4. Записывая каждое значение в двоичном формате с использованием 4 битов, 4 битовых слоя формируются следующим образом:

(1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,...0,0)	(слой СБ)
(0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,...0,0)	(слой вторых СБ)
(1,0,1,0,0,1,0,1,1,0,0,1,0,0,0,0,...0,0)	(слой третьих СБ)
(0,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,0,...0,0)	(слой четвертых
	СБ = слой младших битов
	(MB, LSB)

Затем на подэтапе 136, неравномерного кодирования, сдвинутые битовые слои кодируются для генерации неравномерно кодированных данных, содержащих видеосигналы 137 повышения качества. Для этого битовые слои сначала преобразуются в двумерные символы (СЕРИЯ, КС; RUN, EOP) следующим образом:

количество последовательных «0» перед «1» (СЕРИЯ),

остались ли еще «1» на этом битовом слое, т.е. конец_слоя (КС). Если битовый слой после слоя СБ содержит все «0», то формируется специальный символ ВСЕ_НУЛИ (ALL_ZERO), представляющий полностью нулевой битовый слой.

Преобразуя биты четырех битовых слоев в символы (СЕРИЯ, КС), получаем:

(0,1)	(слой СБ)
(2,1)	(слой вторых СБ)
(0,0), (1,0), (2,0), (1,0),	(слой третьих СБ)
(0,0), (2,1)
(5,0), (8,0)	(слой четвертых СБ = слой МБ)

Каждый двумерный символ подвергается кодированию НРК посредством таблицы соответствия, связывающей код НРК с каждым двумерным символом.

Сигналы 137 можно рассматривать как единый видеосигнал повышения качества, если все битовые слои передаются одновременно как один сигнал совместно с основным видеосигналом. Сам сигнал 137 можно также рассматривать как масштабируемый видеосигнал, подлежащий передаче одновременно с основным видеосигналом, если до или во время передачи отбросить ряд битовых слоев, например слои младших битов (слои МБ). Количество видеосигналов 137 повышения качества можно увеличить, увеличивая сдвиг влево, причем сдвигу предпочтительно подвергать более важные данные, чтобы не терять соответствующую информацию при отбрасывании слоев МБ. Поэтому при увеличении количества битовых слоев масштабируемость сигнала 137 приобретает более высокую степень детализации, что позволяет с большей точностью достигать целевой битовой скорости, причем целевая битовая скорость является суммой битовой скорости основного видеосигнала и битовой скорости выбранного набора битовых слоев в сигнале 137.

Сдвиг, применяемый к данным, составляющим сигнал 119, можно осуществлять на уровне кадров благодаря весовой матрице 8×8, содержащей значения сдвига, хранящиеся в заголовке изображения. Затем каждое значение, составляющее данные блока 8×8, сдвигается в соответствии со значением сдвига, располагающимся в тех же самых строке и столбце весовой матрицы. Таким образом, преимущество состоит в том, что частотные участки в блоке 8×8, которые можно рассматривать как содержащие более важные коэффициенты, можно подвергать большему смещению, чем остальные частотные участки.

Сдвиг также может состоять в выборочном сдвиге отдельных участков в данном кадре, переносимом сигналом 119. Для этого сдвиг, значение которого содержится в заголовках МБЛ, осуществляется над всеми данными, составляющими МБЛ, задающий отдельную область. Этот способ сдвига выгодно использовать, когда отдельный участок представляет собой нужную область в видеопоследовательности, который нужно сохранять.

На фиг.2 изображен второй вариант осуществления способа, отвечающего изобретению.

Этот вариант осуществления опирается на фиг.1, в которой цикл кодирования, содержащий этап компенсации движения, открыт. Это позволяет снизить вычислительную нагрузку, предусмотренную способом, отвечающим изобретению, в ущерб качеству видеосигнала, поскольку в основном видеосигнале 109 имеется дрейф от кадра к кадру. Действительно, при таком способе транскодирования происходит дрейф основного видеосигнала 109, поскольку ошибка кодирования 119, обусловленная этапом 113 квантования, больше не учитывается при транскодировании следующих кадров.

Преимущество этого способа состоит в раздельном повторном кодировании ошибки 119 кодирования на этапе 131 повторного кодирования, приводящего к генерации одного или совокупности видеосигналов 137 повышения качества. Таким образом, объединение основного видеосигнала с видеосигналами повышения качества позволяет формировать видеосигнал более высокого качества по сравнению с качеством основного видеосигнала.

Масштабируемость сигнала 137 препятствует дрейфу качества, поскольку ошибку 119 кодирования можно частично или полностью передавать одновременно с основным видеосигналом.

На фиг.3 представлен принцип декодирования видеосигнала, генерируемого способом, отвечающим изобретению, который не является частью изобретения, поскольку он описан в документе INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STADARDISATION ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 «CODING OF MOVING PICTURES AND AUDIO», ISO/IEC JTC1/SC29/WG11, N3317, март 2000 г., «FGS Verification Model». Это декодирование состоит в раздельном декодировании основного видеосигнала и видеосигналов повышения качества. Основной видеосигнал 301 декодируется стандартным декодером 302 согласно стандарту видеосигнала MPEG-2, который генерирует декодированный основной видеосигнал 303, тогда как битовые слои видеосигналов 304 повышения качества декодируются смешанным декодером 305. Если видеосигналы повышения качества сгенерированы согласно варианту осуществления, представленному на фиг.1 или фиг.2, то смешанное декодирование 305 состоит из последовательных подэтапов, содержащих подэтап 307 неравномерного декодирования, подэтап 308 обратного сдвига неравномерно декодированных битовых слоев вправо и обратное дискретное косинусное преобразование 309, генерирующее видеосигналы 310 повышения качества на пиксельной основе. На подэтапе 311 сложения сигналы 303 и 310 суммируются, в результате чего получается декодированный видеосигнал 308 повышения качества.

Этот способ модификации данных, отвечающий изобретению, можно реализовать в устройстве транскодирования в различных контекстах.

Такое устройство транскодирования может соответствовать оборудованию видеовещания или потоковой передачи видеоданных. В этом контексте, входной видеосигнал, кодированный в соответствии со стандартом видеосигнала MPEG-2, можно, после обработки, передавать по каналам связи, различающимся пропускной способностью, связывая переменное количество видеосигналов повышения качества (т.е. большее или меньшее количество важных битовых слоев) с основным видеосигналом.

Такое устройство транскодирования может также соответствовать таким потребительским изделиям, как телевизионная приставка или цифровой видеодиск (DVD). В этом контексте, после обработки входного видеосигнала, кодированного в соответствии со стандартом видеосигнала MPEG-2, основной видеосигнал и связанные с ним видеосигналы повышения качества локально сохраняются в средстве памяти. В случае недостатка места в памяти один или совокупность видеосигналов повышения качества можно удалить из средства памяти, не подавляя видеопоследовательность в целом. Это устройство особенно хорошо применимо для приложений с гибкой памятью.

Этот способ модификации данных во входном кодированном видеосигнале можно реализовать по-разному в устройстве транскодирования видеоданных. Во-первых, с использованием аппаратных компонентов этот масштабируемый способ можно реализовать посредством проводных электронных схем (например, регистров сдвига для осуществления подэтапов сдвига, ОЗУ для хранения видеокадров на этапе компенсации движения и при буферизации данных) или, во-вторых, с использованием программных компонентов посредством набора команд, хранящихся на машиночитаемом носителе, причем эти команды заменяют, по меньшей мере, часть упомянутых схем и выполняются под управлением компьютера или цифрового процессора для выполнения тех же функций, которые выполняют заменяемые схемы.

Таким образом, изобретение также относится к машиночитаемому носителю, содержащему программный модуль, включающий в себя машиноисполняемые команды для осуществления этапов или некоторых этапов вышеописанных первого и второго способов.

1. Способ модификации данных во входном кодированном видеосигнале для генерации выходного масштабируемого видеосигнала, скомпонованного из основного видеосигнала и набора из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества, причем способ содержит, по меньшей мере,

этап декодирования ошибки для генерации сигнала декодированных данных из входного кодированного видеосигнала,

первый этап повторного кодирования для генерации основного видеосигнала из сигнала промежуточных данных, полученного сложением сигнала с компенсацией движения и сигнала декодированных данных, при этом на первом этапе повторного кодирования выполняют квантование сигнала промежуточных данных

этап определения ошибки кодирования для определения ошибки кодирования основного видеосигнала посредством применения обратного квантования к сигналу, который был получен упомянутым квантованием сигнала промежуточных данных, и вычитания из сигнала промежуточных данных сигнала, полученного упомянутым обратным квантованием,

этап компенсации движения для генерации сигнала с компенсацией движения исключительно на основе ошибки кодирования,

отличающийся тем, что содержит второй этап повторного кодирования для генерации видеосигнала повышения качества на основе ошибки кодирования.

2. Способ модификации данных по п.1, отличающийся тем, что второй этап повторного кодирования содержит

подэтап сдвига для сдвига битовых слоев данных, составляющих ошибку кодирования,

подэтап отыскания максимального значения среди данных, составляющих сдвинутые битовые слои, и определения количества сдвинутых битовых слоев, подлежащих повторному кодированию,

подэтап неравномерного кодирования сдвинутых битовых слоев для генерации неравномерно кодированных битовых слоев, причем каждый неравномерно кодированный битовый слой определяет видеосигнал повышения качества.

3. Способ модификации данных во входном кодированном видеосигнале для генерации выходного масштабируемого видеосигнала, скомпонованного из основного видеосигнала и набора из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества, причем способ содержит, по меньшей мере,

этап декодирования ошибки для генерации сигнала декодированных данных из входного кодированного видеосигнала,

первый этап повторного кодирования для генерации основного видеосигнала исключительно из сигнала декодированных данных, при этом на первом этапе повторного кодирования выполняется квантование сигнала декодированных данных,

этап определения ошибки кодирования для определения ошибки кодирования основного видеосигнала посредством применения обратного квантования к сигналу, который был получен упомянутым квантованием сигнала декодированных данных, и вычитания из сигнала декодированных данных сигнала, полученного упомянутым обратным квантованием,

отличающийся тем, что содержит второй этап повторного кодирования для генерации видеосигнала повышения качества на основе ошибки кодирования.

4. Способ модификации данных по п.3, отличающийся тем, что второй этап повторного кодирования содержит

подэтап сдвига для сдвига битовых слоев данных, составляющих ошибку кодирования,

подэтап отыскания максимального значения среди данных, составляющих сдвинутые битовые слои, и определения количества сдвинутых битовых слоев, подлежащих повторному кодированию,

подэтап неравномерного кодирования сдвинутых битовых слоев для генерации неравномерно кодированных битовых слоев, причем каждый неравномерно кодированный битовый слой определяет видеосигнал повышения качества.

5. Устройство транскодирования для модификации данных во входном кодированном видеосигнале, для генерации выходного масштабируемого видеосигнала, скомпонованного из основного видеосигнала и набора из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества, причем устройство транскодирования содержит, по меньшей мере,

средство декодирования ошибки для генерации сигнала декодированных данных из входного кодированного видеосигнала,

первое средство повторного кодирования для генерации основного видеосигнала из сигнала промежуточных данных, полученного путем суммирования сигнала с компенсацией движения и сигнала декодированных данных, при этом первое средство повторного кодирования содержит средство квантования для квантования сигнала промежуточных данных,

средство определения ошибки кодирования основного видеосигнала, содержащее средство обратного квантования для приема выходного сигнала средства квантования и вычитатель для вычитания из сигнала промежуточных данных выходного сигнала средства обратного квантования,

средство компенсации движения для генерации сигнала с компенсацией движения исключительно на основе ошибки кодирования,

отличающееся тем, что содержит второе средство повторного кодирования для генерации видеосигнала повышения качества на основе ошибки кодирования.

6. Устройство транскодирования по п.5, отличающееся тем, что второе средство повторного кодирования содержит

средство сдвига для сдвига битовых слоев данных, составляющих ошибку кодирования,

средство отыскания максимального значения среди данных, составляющих сдвинутые битовые слои, и определения количества сдвинутых битовых слоев, подлежащих повторному кодированию,

средство неравномерного кодирования сдвинутых битовых слоев для генерации неравномерно кодированных битовых слоев, причем каждый неравномерно кодированный битовый слой определяет видеосигнал повышения качества.

7. Устройство транскодирования для модификации данных во входном кодированном видеосигнале для генерации выходного масштабируемого видеосигнала, скомпонованного из основного видеосигнала и набора из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества, причем устройство транскодирования содержит, по меньшей мере,

средство декодирования ошибки для генерации сигнала декодированных данных из входного кодированного видеосигнала,

первое средство повторного кодирования для генерации основного видеосигнала исключительно из сигнала декодированных данных, причем первое средство повторного кодирования содержит средство квантования для квантования сигнала декодированных данных,

средство определения ошибки кодирования основного видеосигнала, содержащее средство обратного квантования для приема выходного сигнала средства квантования и вычитатель для вычитания из сигнала декодированных данных выходного сигнала средства обратного квантования,

отличающееся тем, что содержит второе средство повторного кодирования для генерации видеосигнала повышения качества на основе ошибки кодирования.

8. Устройство транскодирования по п.7, отличающееся тем, что второе средство повторного кодирования содержит

средство сдвига для сдвига битовых слоев, составляющих ошибку кодирования,

средство отыскания максимального значения среди данных, составляющих сдвинутые битовые слои, и определения количества сдвинутых битовых слоев, подлежащих повторному кодированию,

средство неравномерного кодирования сдвинутых битовых слоев для генерации неравномерно кодированных битовых слоев, причем каждый неравномерно кодированный битовый слой определяет видеосигнал повышения качества.

9. Устройство для приема входного кодированного видеосигнала, содержащее устройство транскодирования по п.5 или 7 для модификации данных во входном кодированном видеосигнале для генерации выходного масштабируемого видеосигнала, скомпонованного из основного видеосигнала и набора из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества.

10. Кодированный видеосигнал, содержащий основной видеосигнал и набор из, по меньшей мере, одного видеосигнала повышения качества, причем кодированный видеосигнал получается путем реализации способа модификации данных во входном кодированном видеосигнале по п.1 или 3.