[發明專利]視頻編碼

無效

• 申請號: 00810573.1
• 申請日: 2000-07-14
• 公開（公告）號: CN1361991A
• 公開（公告）日: 2002-07-31
• 發明（設計）人: M·漢努克賽拉
• 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;H04N7/50
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 王岳,張志醒

本發明涉及視頻編碼和解碼。

移動通信中新近的目標之一是增大數據傳輸的速度，以做到能將多媒體業務結合進移動網絡中。多媒體的關鍵成分之一是數字視頻。視頻傳輸中包含有一種相當地持續的數據通信量，它反映了活動圖像。眾所周知，傳輸圖像所需的數據量比之傳輸許多其它類型媒體的數據量大，迄今為止，在低比特率終端內應用視頻是不被重視的。然而，在低比特率視頻壓縮領域內，已經取得顯著的進步。在大約20kbps的比特率下，能得到可以接受的視頻質量。作為這種前進中的比特率壓縮的結果，通過諸如移動通信信道之類的信道傳輸視頻業務，將是可行的。

一個視頻序列是由一系列靜止圖像或靜止幀組成的。視頻壓縮方法是基于減低視頻序列中的冗余和感知上不相關的部分。視頻序列中的冗余可分類成空間冗余、時間冗余和頻譜冗余。空間冗余是指一幀內相鄰像素之間的相關性。時間冗余是指相繼幀之一些區域間的相關性。時間冗余是由前一圖像中呈現的物體也相似地呈現在當前圖像中引起的。通過產生出運動補償數據能夠實現壓縮，運動補償數據描述了當前圖像與先前圖像之類似區域間的運動(也即是位移)情況。因此，當前圖像是從先前圖像中進行預測的。頻譜冗余是指同一圖像中不同彩色分量之間的相關性。

視頻壓縮方法通常是在圖像之間求差值，各個圖像可以利用或不利用時間冗余進行壓縮。不利用時間冗余壓縮方法的被壓縮圖像一般稱之為幀內幀或I幀，而進行了時間預測壓縮的圖像稱為幀間幀或P幀(又，當幀間幀能在前向方式和反向方式下進行預測時，則稱為B幀)。在幀間幀情況下，預測的(運動補償的)圖像難以有足夠的精確性，所以，空間壓縮的預測誤差圖像也是每個幀間幀的一部分。

然而，僅僅借助于減低視頻序列中的冗余通常不能夠達到足夠的壓縮。因此，視頻編碼器中嘗試減低視頻序列中人們主觀上感覺最不重要的那些部分的圖像質量。此外，被編碼比特流中的冗余可借助于壓縮參數和系數的高效無損編碼予以減少。這方面的主要技術是應用變字長編碼。

壓縮的視頻易于受到傳輸差錯的干擾，原因主要有兩點。首先，由于應用了時間預測差值編碼(幀間幀)，差錯會在空間上和時間上兩方面發生蔓延。實際中，這意味著，一旦發生一個差錯，在人眼中容易看到一個比較長時間的差錯。在低比特率傳輸時這尤其敏感，因為這時只有少量的幀內編碼幀(傳輸幀內編碼幀時將終止差錯在時間上的蔓延)。其次，變字長編碼的應用增大了對差錯的敏感性。當一個比特的差錯使一個碼字變更為另一個不同長度的碼字時，解碼器將丟失碼字的同步，不正確地解碼隨后的無誤碼的碼字(它包含有若干個比特)，直至下一個同步碼或者下一個起始碼到達。(同步碼是這樣一種比特模式，從其它碼字的任何合法組合中不能產生出該種比特模式)。

無線數據傳輸的固有特性之一是比特差錯的概率比較高。這個問題的解決可借助于各樣的傳送方案、網絡方案和鏈路層再傳輸方案等。然而，此類方案的缺點是可能存在不定的和起伏的傳輸延時。在對話式的音頻-視頻業務中，大的端到端延時是不能接受的。因此，在此類業務中不能夠應用。取代的方法是必須嘗試著檢測和隱匿傳輸差錯。在流式的音頻-視頻獲取業務中，傳輸延時會有所變化的原因在于，在開始播放之前可能有某種初始的緩存。然而，最大可接受的傳輸延時是固定的，如果超過此延時，會在播放中發生一種令人討厭的暫停。實際上，在音頻-視頻獲取業務中應用了可靠的和不可靠的兩種傳送信道。

壓縮視頻流中的每一個比特對于解壓縮的圖像來說，有著不相等的重要性。某些比特包含著緊要的信息，諸如所應用的圖像類型(例如，幀內幀或幀間幀)、量化器量化值和可選的編碼模式等)。ITU-T建議H.263涉及低比特率通信中的視頻編碼。在H.263中，最緊要的信息聚集在圖像首標中。圖像首標中的差錯通常會造成對規定了圖像內容的隨后各比特作出總體錯誤的解釋。由于應用了時間預測的差值編碼(幀間幀)，差錯將在空間上和時間上兩方面發生蔓延。因此，對于圖像首標受干擾的正常解決辦法，是在屏幕上凍結先前的圖像，向發送端傳輸一個幀內幀的圖像請求，并等待所請求的幀內幀。然而，這會在接收的視頻中造成一種討厭的暫停，尤其是在實時的對話運行的視頻序列中更為討厭。

取決于鋪設的網絡，傳輸差錯有著不同的特性。在分組交換網絡中，諸如是互聯網等，傳輸差錯通常造成分組損失(由于網絡單元內的擁塞)。在電路交換網絡中，諸如是移動網絡(例如，GSM中的HSCSD)，傳輸差錯通常為比特差錯，“1”受干擾而成為“0”，或是相反的干擾情況。