[發明專利]視頻編碼

有效

• 申請號: 00803932.1
• 申請日: 2000-02-16
• 公開（公告）號: CN1340275A
• 公開（公告）日: 2002-03-13
• 發明（設計）人: M·漢努克塞拉;A·霍倫蘭塔
• 申請（專利權）人: 諾基亞移動電話有限公司
• 主分類號: H04N7/64
• 分類號: H04N7/64;H04N7/24;H04N7/50
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 程天正,張志醒

本發明涉及視頻編碼。

移動電信中當前的目標之一是提高數據傳輸的速度，以便能夠通過無線網提供多媒體業務。多媒體的一個關鍵部分是數字視頻。數字視頻比起傳統的模擬系統給出非常多的優點，支持諸如視頻技術和多媒體應用那樣的業務。然而，當與模擬系統相比較時，數字視頻的關鍵問題是對于通信和貯存資源的要求。例如，為了發送廣播質量的視頻，需要約160Mbps的帶寬，這與對于可比較的質量的模擬視頻的約5MHz的帶寬成為鮮明對照。因此，為了能夠使用數字視頻，數字信號需要減小數據量。

視頻傳輸包括代表活動圖象的連續的數據業務。眾所周知，傳送圖象所需要的數據量與許多其它類型的媒體相比較是很高的，至今為止低比特速率終端的視頻的使用一直是可忽略的。然而，在低比特速率視頻壓縮領域中取得了重大的進展。可以在大約每秒20千比特的比特速率下得到可接受的視頻質量。

由于這種對比特速率的逐漸降低，預期視頻很快成為提供給有限帶寬網絡的可行的業務，諸如公共交換電話網(PSTN)和移動電信網。在使用固定網絡的視頻電話應用項中，錯誤典型地是通過重新發送數據而被克服的。然而，移動電話比起PSTN趨向于更高的錯誤率，以及具有較長的來回路程延時。這些較長的延時使得對于實時移動視頻電話應用項來說使用重新發送是不實際的。重新發送在高的錯誤率情形下也是不經濟的。

視頻序列包含一系列靜止圖象或幀。數據減小是通過使用壓縮技術去除冗余的數據而仍舊保持足夠的信息以允許原先的圖象以可接受的質量被重現而達到的。在視頻信號中有兩種主要類型的冗余度：空間的和時間的。對于圖象的編碼，只利用空間冗余度的技術被稱為幀內或I幀(即，它們分開地處理每個幀)，而利用時間冗余度的技術被稱為幀間或P幀(即，它們利用幀之間的相同性)。后者也總是利用空間冗余度，這種利用例如通過產生用來描述在當前的和先前的圖象的相同區域之間的運動(位移)的運動補償數據來實現。在幀間的情形下，預測的(運動補償的)圖象很難足夠精確，所以空間壓縮的預測錯誤圖象也是與每個幀間相關聯的。

然而，只減小序列的冗余度，通常不能達到足夠的壓縮。因此，視頻編碼器試圖降低視頻序列中主觀上最不重要的那些部分的質量。另外，編碼的比特流的冗余度是借助于對壓縮的參量和系數進行有效的無損編碼而被減小的。主要的技術是使用可變長度編碼，其中每個數值通過使用獨特的碼字來編碼。最短的碼字被分配給統計上最經常出現的那些值。

已經開發了幾種視頻編碼方法。這些方法包括運行長度編碼、有條件的再補充、變換編碼、Huffman(霍夫曼)編碼、和差分相位碼調制(DPCM)。其中有許多被利用在關鍵的標準中，諸如ITU-T建議JPEG、MPEG-1和MPEG-2、以及H.261/H.263。JPEG規定用于靜止圖象的壓縮數據流的形式；MPEG/MPEG2是用于活動圖象的壓縮；H.261/H.263主要被規定用于采用低的比特速率通信鏈路(大約幾十kbit/s)的視頻電話應用項。當前的視頻電話系統主要被設計使用于PSTN或分組網，以及遵從ITU-T建議H.234(它覆蓋低比特速率的多媒體通信)、H.245(它覆蓋傳輸協議)、H.233(它涉及復接)、和H.323(它覆蓋在傳統的共享媒體的局域網上的視頻會議)。第一個移動視頻電話將是基于H.324的。

壓縮的視頻容易遭受傳輸錯誤的破壞，這主要由于兩個原因。第一，由于利用時間預測差分編碼(幀間)，錯誤在空間和時間上被傳播。實際上，這意味著，一旦出現錯誤，它就在相對較長的時間內對于人的眼睛是很容易看到的。低的比特速率下的傳輸是特別受影響的，這種情況下只有幾個幀間編碼幀(幀間編碼幀的傳輸將停止時間錯誤的傳播)。第二，使用可變長度編碼會增加受錯誤影響的程度。當誤碼改變碼字時，譯碼器將失去碼字同步，而且也不能正確地譯碼以后的無錯誤的碼字(包括幾個比特)直至下一個同步碼(或開始)為止。同步碼是一種不能從其它碼字的任何合法組合來產生的比特圖案，以及這樣的代碼在一些時間間隔內被加到比特流，以便使得能夠重新得到同步。