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CN1723709A - 视频编码设备和视频编码控制方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种在VBV缓冲器内不产生错误的情况下能够实现无缝连接的视频编码设备。提供下述装置：记录模式确定装置，用于根据在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接相关的确定结果来确定虚拟缓冲器的占用量的初始值；占用量更新装置，用于更新虚拟缓冲器的占用量；最佳占用量计算装置，用于根据已更新的虚拟缓冲器的占用量计算预定的最佳占用量；目标码量计算装置，用于根据后一章节的视频信号计算预定的目标码量；目标码量调整装置，用于调整目标码量以便虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量；和编码装置，用于根据已调整的目标码量执行编码。

Description

视频编码设备和视频编码控制方法
技术领域
本发明涉及一种用于编码视频信号的视频编码设备，尤其涉及一种视频编码设备，它在执行章节之间的无缝连接时控制从下一章节生成的码量，还涉及一种视频编码控制设备、一种视频编码控制方法和一种用于使计算机执行该方法的程序。
背景技术
近年来，作为能够存储视频数据和音频数据的记录媒体，光盘倍受关注。光盘不仅用作用于诸如电影等内容产品的媒体，而且用作用于在用户侧记录数据的可写入媒体。例如，允许将数据一次记录在同一区域的DVD标准和允许反复重写数据的DVD-RW标准等作为可重写媒体是众所周知的。作为上述光媒体的文件格式，用于仅再现光盘的DVD视频标准也是公知的。然而，可以以符合DVD视频标准的形式将数据写入在可写入的媒体上。
DVD视频标准允许每张盘最多记录九十九个标题。此外，每个标题可以最多包括九十九个章节(PTT：标题的部分)。在通过摄录机即摄像机和录像机将数据记录在上述DVD-R和DVD-RW上的情况下，作为一个章节记录从记录开始到记录结束的单个记录单元。此外，在满足预定条件之前，作为一个和相同的标题记录所述单个记录单元。结束标题的预定条件例如是：光盘弹出，标题章节的数量达到九十九个，标题单元的数量达到九十九个，出现从视频记录到静止图像记录的转换，等等。
在再现以上述方式逐章节地记录的数据的情况下，由于在章节之间出现的微小间隙，显示图像中断片刻。摄录机的记录单元平均为大约仅十几秒到几十秒。不希望再现图像在每个记录单元上中断。
因此，已经推荐了实现允许相互连接视频流而不看到其中中断的无缝连接的技术(例如，参见日本待审专利申请公报JP 11-155131(图25))。
根据上述已知的技术，相互耦合视频对象的部分区间，从光盘中读取包括所述部分区间末尾的图像数据的VOBU和包括在同一部分区间的引导端的图像数据的VOBU，并将所述VOBU划分成多个音频包和多个视频包。随后，重新编码这些视频包，将多个音频包中的一部分复用到后一区间内。也就是说，必需重新复用输出流。
另一方面，在为了执行符合DVD视频标准的记录而执行视频编码的情况下，使用MPEG-2(运动图像专家组标准2)标准。然而，根据MPEG-2标准，预期在编码器和解码器之间提供称作VBV(参见视频缓冲验证器：ISO13818-2附件C)的虚拟缓冲器，并且必需执行编码，以便在VBV缓冲器内不出现错误。当试图实现在分别编码的视频流之间的无缝连接时，将后一章节的数据发送给VBV缓冲器，而不考虑VBV缓冲器中前一章节的占用量。因此，在VBV缓冲器内可能会出现错误。
因此，本发明提供一种视频编码设备，用于在VBV缓冲器内不产生错误的情况下实现章节之间的无缝连接。
发明内容
为了解决上述问题，本发明(1)的视频编码设备是用于编码视频信号和根据虚拟缓冲器的占用量执行编码控制的视频编码设备，根据通过编码生成的码量和传送给输出目的地的码量确定所述占用量。该视频编码设备包括：记录模式确定装置，用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行，并根据确定结果设置虚拟缓冲器的占用量的初始值；占用量更新装置，用于在每次执行编码时，更新虚拟缓冲器的占用量；最佳占用量计算装置，用于根据虚拟缓冲器的已更新占用量计算预定的最佳占用量；目标码量计算装置，用于根据后一章节的视频信号计算预定的目标码量；目标码量调整装置，用于调整目标码量以便虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量；和编码装置，用于根据已调整的目标码量执行编码。因此，设置虚拟缓冲器的占用量的初始值，根据该占用量计算目标码量，和执行编码。因此，能够实现章节之间的无缝连接，而不在虚拟缓冲器内产生错误。
此外，在本发明(2)的视频编码设备内，根据本发明(1)的视频编码设备提供该视频编码设备，记录模式确定装置在无缝连接可行的情况下，将就在将后一章节的视频信号传送给虚拟缓冲器之前的虚拟缓冲器的占用量确定为虚拟缓冲器占用量的初始值，在无缝连接不可行的情况下，将虚拟缓冲器占用量的初始值设置为零。随后，在设置用于后一章节的虚拟缓冲器占用量的初始值的情况下，取代由于虚拟缓冲器的前一章节产生的占用量的状态。
此外，在本发明(3)的视频编码设备中，根据本发明(2)的视频编码设备提供该视频编码设备，占用量更新装置在占用量大于传送码量的情况下，将通过从占用量中减去传送码量和将所生成码量加上占用量获得的，且不大于虚拟缓冲器最大值的预定值确定为新的占用量，在占用量等于或小于传送码量的情况下，将所生成码量确定为新的占用量。因此，更新了与虚拟缓冲器的占用量相关的信息。
此外，在本发明(4)的视频编码设备中，根据本发明(2)的视频编码设备提供该视频编码设备，最佳占用量计算装置计算预定值作为最佳占用量，所述预定值等于虚拟缓冲器的更新占用量和/或与之相同大小。随后，虚拟缓冲器的占用量可以反映在比特率中，所以能够降低图像的迅速恶化。
此外，本发明(5)的视频编码控制设备是用于根据虚拟缓冲器的占用量执行编码控制的视频编码控制设备，根据在编码视频信号时生成的码量和传送给输出目的地的码量确定占用量。该视频编码控制设备包括：记录模式确定装置，用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行，并根据确定结果设置虚拟缓冲器的占用量的初始值；占用量更新装置，用于在每次执行编码时，更新虚拟缓冲器的占用量；最佳占用量计算装置，用于根据虚拟缓冲器的已更新的占用量计算预定的最佳占用量；目标码量计算装置，用于根据后一章节的视频信号计算预定的目标码量；目标码量调整装置，用于调整目标码量以便虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量，并使用已调整的目标码量进行编码。因此，设置虚拟缓冲器的占用量的初始值，并根据该占用量计算目标码量，从而控制编码。因此，能够实现章节之间的无缝连接，而不在虚拟缓冲器内产生错误。
此外，在本发明(6)的视频编码控制设备内，根据本发明(2)的视频编码控制设备提供该视频编码控制设备，记录模式确定装置在无缝连接可行的情况下，将就在将后一章节的视频信号传送给虚拟缓冲器之前虚拟缓冲器的占用量确定为虚拟缓冲器的占用量的初始值，在无缝连接不可行的情况下，将虚拟缓冲器占用量的初始值设置为零。随后，在设置用于后一章节的虚拟缓冲器占用量的初始值的情况下，取代由于虚拟缓冲器的前一章节产生的占用量的状态。
此外，本发明(7)的视频编码控制方法是用于根据虚拟缓冲器的占用量执行编码控制的视频编码控制方法，根据在编码视频信号时生成的码量和传送给输出目的地的码量确定所述占用量。该视频编码控制方法包括：用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行的步骤；根据确定结果设置虚拟缓冲器的占用量的初始值的步骤；在每次执行编码时更新虚拟缓冲器的占用量的步骤；根据虚拟缓冲器的已更新的占用量计算预定的最佳占用量的步骤；根据后一章节的视频信号计算预定的目标码量的步骤；调整目标码量以便虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量，和使用已调整的目标码量执行编码的步骤。因此，设置虚拟缓冲器的占用量的初始值，并根据该占用量计算目标码量，从而控制编码。因此，能够实现章节之间的无缝连接，而不在虚拟缓冲器内产生错误。
此外，本发明(8)的视频编码控制方法是用于根据虚拟缓冲器的占用量执行编码控制的视频编码控制方法，根据在编码视频信号时生成的码量和传送给输出目的地的码量确定所述占用量。该视频编码控制方法包括：用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行的步骤；在根据确定结果确定无缝连接可行的情况下，将就在将后一章节的视频信号传送给虚拟缓冲器之前虚拟缓冲器的占用量确定为虚拟缓冲器的占用量的初始值，在确定无缝连接不可行的情况下，将虚拟缓冲器占用量的初始值设置为零的步骤；在每次执行编码时更新虚拟缓冲器的占用量的步骤；根据虚拟缓冲器的已更新的占用量计算预定的最佳占用量的步骤；根据后一章节的视频信号计算预定的目标码量的步骤；调整目标码量以便虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量，和使用已调整的目标码量执行编码的步骤。因此，在设置用于后一章节的虚拟缓冲器的占用量的初始值的情况下，取代由于虚拟缓冲器的前一章节产生的占用量的状态。
此外，本发明(9)的程序是用于根据虚拟缓冲器的占用量执行编码控制的程序，根据在编码视频信号时生成的码量和传送给输出目的地的码量确定所述占用量。该程序使计算机执行下述步骤：用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行的步骤；根据确定结果确定虚拟缓冲器的占用量的初始值的步骤；在每次执行编码时更新虚拟缓冲器的占用量的步骤；根据已更新的虚拟缓冲器的占用量计算预定的最佳占用量的步骤；根据后一章节的视频信号计算预定的目标码量的步骤；调整目标码量以便虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量和使用已调整的目标码量执行编码的步骤。因此，设置虚拟缓冲器的占用量的初始值，并根据该占用量计算目标码量，从而控制编码。因此，能够实现章节之间的无缝连接，而不在虚拟缓冲器内产生错误。
此外，本发明(10)的程序是用于根据虚拟缓冲器的占用量执行编码控制的程序，根据在编码视频信号时生成的码量和传送给输出目的地的码量确定所述占用量。该程序使计算机执行下述步骤：用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行的步骤；在根据确定结果确定无缝连接可行的情况下，将就在将后一章节的视频信号传送给虚拟缓冲器之前的虚拟缓冲器的占用量确定为虚拟缓冲器的占用量的初始值，在确定无缝连接不可行的情况下，将虚拟缓冲器占用量的初始值设置为零的步骤；在每次执行编码时更新虚拟缓冲器的占用量的步骤；根据已更新的虚拟缓冲器的占用量计算预定的最佳占用量的步骤；根据后一章节的视频信号计算预定的目标码量的步骤；调整目标码量以便虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量，和使用已调整的目标码量执行编码的步骤。因此，在设置用于后一章节的虚拟缓冲器的占用量的初始值的情况下，取代由于虚拟缓冲器的前一章节的占用量的状态。
本发明具有实现章节之间的无缝连接而不在VBV缓冲器内产生错误的良好效果。
附图说明
图1图示根据本发明一种实施例的视频编码设备的示例结构。
图2图示根据本发明实施例的视频编码器100的示例结构。
图3A和图3B图示符合MEPG-2标准的VBV缓冲器的模型。
图4图示在编码器一侧上VBV缓冲器701的占用量的示例转变。
图5A和图5B图示在解码器一侧上VBV缓冲器709的占用量的示例转变。
图6图示根据本发明实施例的编码控制单元500的处理器510的示例功能结构。
图7图示本发明的示例函数VBV。
图8是图示由根据本发明的实施例的视频编码设备执行的示例处理的流程图。
图9是图示根据本发明的实施例执行用于控制VBV缓冲器的示例处理的流程图。
图10是图示根据本发明的实施例的执行用于更新VBV缓冲器的占用量的相关信息的示例处理的流程图。
具体实施方式
接着，将参考附图详细描述本发明的实施例。
图1图示根据本发明实施例的视频编码设备的示例结构。该视频编码设备包括：视频编码器100，用于编码视频信号；音频编码器200，用于编码音频信号；复用器300，用于复用视频编码器100和音频编码器200的输出；媒体记录单元400，用于将由复用器300复用的流数据记录在记录媒体490上；和编码控制单元500，用于控制由视频编码器100执行的编码。
编码控制单元500包括处理器510、ROM 520、RAM 530、输入和输出接口540和用于相互连接上述单元的总线550。处理器510通过信号线179接收所生成码量或由视频编码器100编码的数据量，确定用于编码下一图像的符合目标码量或目标数据量的量化指数，和通过信号线159向外发送所述量化指数。ROM 520是一个存储器，用于保存由处理器510执行的程序和各种参数等，例如通过包括闪存等的EPROM来实现。RAM 530是用于保存工作数据等的存储器，其中工作数据是当处理器510执行程序时所必需的，并通过诸如SRAM或DRAM等实现。输入和输出接口540在其自身和外部之间交换数据，并用于更新例如在ROM 520内的程序。
图2图示根据本发明实施例的视频编码器100的示例结构。这个视频编码器100编码经信号线101向其发送的视频信号，并经信号线199向外部发送已编码视频信号。视频编码器100包括重排电路111、扫描转换电路112、运动检测电路121、运动补偿电路122、减法器131、加法器132、DCT电路141、逆DCT电路142、量化电路151、去量化电路152、编码器161和缓冲存储器171。
重排电路111根据编码顺序重排经信号线101向其发送的视频信号的每幅图像，并将重排后的图像发送给扫描转换电路112。扫描转换电路112确定所发送图像的数据是否具有帧结构或场结构，并根据确定结果对所发送图像的数据执行扫描转换。随后，扫描转换电路112将数据转换成宏块数据，并向外将该宏块数据分别发送给运动检测电路121和减法器131。
运动检测电路121根据从扫描转换电路112发送的数据检测运动矢量，并将该运动矢量发送给运动补偿电路122。根据从运动检测电路121发送的运动矢量，运动补偿电路122读取在该运动补偿电路122内预先存储的图像数据中符合发送给减法器131的宏块数据的图像数据。随后，运动补偿电路122将所读取的数据作为预测图像数据分别发送给减法器131和加法器132。
在从扫描转换电路112发送的宏块数据是I图像的情况下，减法器131将原始格式的宏块数据发送给DCT电路141。在宏块数据是P图像或B图像的情况下，减法器131将通过将从运动补偿电路122发送的预测图像数据从宏块数据中减去获得的数据发送给DCT电路141。
DCT电路141对从减法器131发送的数据执行DCT(离散余弦变换)处理，并将该数据转换成DCT系数。根据经信号线159从编码控制单元500发送的量化指数，量化电路151量化从DCT电路141发送的DCT系数，并将量化DCT系数发送给编码器161和去量化电路152。编码器161将量化数据转换成可变长度码，并将该可变长度码存储在缓冲存储器171内。缓冲存储器171将所存储的可变长度码转换成图像内的数据，并将该数据作为比特流数据向外发送给信号线199。此外，缓冲存储器171经信号线179将所生成的整个图像的可变长度码的数量作为所生成码量发送给编码控制单元500。
去量化电路152去量化从量化电路151发送的量化数据。逆DCT电路142对由去量化电路152去量化的数据执行逆DCT处理，并将数据发送给加法器132。加法器132相加从逆DCT电路142发送的数据与从运动补偿电路122发送的预测图像数据，以便重新构建原始图像，并将原始图像数据发送给运动补偿电路122，从而生成与下一次或者随后将要编码的宏块图像数据对应的预测图像数据。
图3A和图3B图示符合MPEG-2标准的VBV缓冲器的模型。根据MPEG-2标准，设想称作VBV缓冲器的虚拟缓冲器在编码器和解码器之间，用于以合适的方式发送和解码所获得的比特流数据，并执行编码，以便VBV缓冲器不上溢。由编码器生成的码量与传送给输出目的地的码量之间的差值对应于在VBV缓冲器内存在的数据量(将这个量称作“占用量”)。将VBV缓冲器的最大量定义为224KB。然而，虚拟地提供VBV缓冲器，它并不必需存在。
当从编码器一侧观看VBV缓冲器时，VBV缓冲器701连接到视频编码器100的输出侧，在理论上将数据从视频编码器100瞬时传送给VBV缓冲器701，如图3A所示。在VBV缓冲器701内存在数据的情况下，以传输速度Rmax传输自VBV缓冲器701的输出信号。在VBV缓冲器701内不存在数据的情况下，以传输速度0传输自VBV缓冲器701的输出信号。随后，获得VBV缓冲器701的占用量，并控制视频编码器100的操作，以便占用量并不超过VBV缓冲器701的最大量(以便VBV缓冲器701不上溢)。
另一方面，当从解码器一侧观看VBV缓冲器时，VBV缓冲器709连接到视频解码器900的输入侧，在理论上将数据从VBV缓冲器709瞬时传送给视频解码器900，如图3B所示。因此，以传输速度Rmax或传输速度0传输到VBV缓冲器709的输入信号。在这种情况下，执行传输，以便VBV缓冲器709的占用量不超过其最大量，必需传送输入信号，以便在时间上与由视频解码器900执行的解码一致。如果输入信号迟于视频解码器900的解码定时，则在VBV缓冲器709内出现下溢。
图4图示在编码器一侧上VBV缓冲器701的占用量的示例转换。纵轴表示VBV缓冲器的占用量，横轴表示时间。在向下的方向上图示沿着纵轴的占用量，这意味着占用量随着它下降而增加。顺便指出，将VBV缓冲器701的最大量定义为224KB。
顺便指出，在此，符号T表示图像生成周期，即帧速率的倒数。此外，符号n是表示期望图像的编号的整数。此外，符号Px表示第X个图像的所生成编码的实际数量，符号Bx表示就在编码第X个图像之前VBV缓冲器的占用量。
视频编码器100以图像编号为顺序编码向其发送的视频信号。在编码第0个图像(时间0)之后，立即将所生成的码量P0瞬时传送给VBV缓冲器701，用B0+P0表示VBV缓冲器的占用量。随后，直到当完成下一个或第一个图像的编码时为止，以传输速度Rmax从VBV缓冲器701传输编码，因此，VBV缓冲器701的占用量随着时间而降低。
就在编码第一个图像(时间T)之前，VBV缓冲器701的占用量变成B1，将具有所生成码量P1的第一图像瞬时传送给VBV缓冲器701。因此，在时间T上，用B1+P1表示VBV缓冲器701的占用量。
此后，以上面描述的方式，继续从VBV缓冲器701传输数据，继续在VBV缓冲器701内存储所编码图像的编码。就在编码第n个图像(时间n×T)之前，用符号Bn(＝Bn-1+Pn-1)表示VBV缓冲器的占用量，将具有码量Pn的第n个图像瞬时传送给VBV缓冲器。因此，在时间n×T上，用Bn+Pn表示VBV缓冲器701的占用量。
在此，当向外发送的编码数量超过向内发送的编码数量时，VBV缓冲器701的占用量变成0，如在时间Tx上表示的，VBV缓冲器701停止发送数据。当在DVD内存储数据时，在编码器一侧上出现VBV缓冲器701下溢是可以容忍的。然而，即使在DVD内存储数据，VBV缓冲器701的上溢也是不能容忍的。因此，视频编码器100必需控制VBV缓冲器701，以便VBV缓冲器701不上溢。
图5A和图5B图示在解码器一侧上VBV缓冲器709的占用量的转变。纵轴表示VBV缓冲器的占用量，横轴表示时间。与图4相反，在向上的方向上图示沿着纵轴的占用量，这意味着占用量随着它上升而增加。
在比特流内存在视频流的情况下，以传输速度Rmax在VBV缓冲器709内存储编码。在比特流内不存在视频流的情况下，不在VBV缓冲器709内存储编码。此外，当开始解码每幅图像时，编码从VBV缓冲器709瞬时流向视频解码器900。
在并不无缝地相互连接章节的情况下，如图5A所示，已解码的图像具有与前一章节和后一章节之间的间隔相对应的间隙。在这种情况下，在由于前一章节的所生成编码产生的VBV缓冲器709的占用量变成零之后，由后一章节生成的编码流入。因此，不需要容许因为VBV缓冲器709导致的章节的干扰。
然而，在无缝地相互连接章节的情况下，如图5B所示，在由于前一章节产生的VBV缓冲器709的占用量变成零之前，后一章节的所生成的编码流入。因此，应当继承由于前一章节产生的VBV缓冲器709的占用量，用于计算VBV缓冲器709的初始值。如果在由于前一章节产生的VBV缓冲器的大量占用量保持时后一章节的所生成编码开始流入，则VBV缓冲器709可能上溢。
另一方面，如果在VBV缓冲器709内存储的编码数据数量不足时开始用于解码的编码流入，则VBV缓冲器709可能下溢。例如，在用于解码后一章第一图像(I2)的必需数量的编码数据被瞬间提取的情况下，和如果在VBV缓冲器709内存储的编码数据数量不足，则不能获得解码必需的编码数据。因此，不能实现无缝地连接。为了预先存储足够数量的编码数据，应当尽可能快地开始后一章节的比特流传输。然而，在能够开始后一章节传输的时间方面存在限制，因为后一章节的传输必需在完成前一章节的传输之后开始。
因此，根据本发明的实施例，如下文所述，在限制后一章节的所生成编码数据的数量时执行编码，从而在即便符合VBV缓冲器要求的情况下允许章节之间的无缝连接。此外，因为在上述VBV缓冲器701和709之间存在密切关系，作为前提，将描述VBV缓冲器701。
图6图示根据本发明实施例的编码控制单元500的处理器510的示例功能结构。在这个示例的功能结构中，提供有记录模式确定单元511、占用量更新单元512、最佳占用量计算单元513、目标码量计算单元514、目标码量调整单元515和量化指数确定单元516。此外，即使在处理器510根据在ROM 520内保存的程序实现每个功能的假定下提供这个例子，也可以通过硬件实现这些功能。
记录模式确定单元511确定是否能够实现章节之间的无缝连接。为了实现无缝连接，例如，被无缝连接的下一章节应当不是该下一章节所属的标题的第一章节，再现前一章节的最终VOB的时间周期应当不小于1.5秒，由于媒体上的布局确定的搜索时间周期应当落入在可允许的范围内。由记录模式确定单元511确定的无缝连接存在与否影响在DVD数据存储区域内VTSI(视频标题集信息)的PGCI(节目链信息)的C_PBIT(单元重放信息表)内的无缝重放标记。也就是说，在执行无缝连接的情况下，将下一章节的无缝重放标记设置为ON(开)，在不执行无缝连接的情况下，将下一章节的无缝重放标记设置为OFF(关)。
此外，在确定无缝连接可行的情况下，记录模式确定单元511将在RAM 530(或ROM 520)内保存的VBV缓冲器的前一占用量确定为VBV缓冲器的初始值。反之，在确定无缝连接不可行的情况下，将VBV缓冲器的初始值设置为零。VBV缓冲器的初始值对应于图4所示的占用量“B0”。以上述方式设置VBV缓冲器的初始值，并发送给占用量更新单元512。
占用量更新单元512根据自视频编码器100的缓冲存储器171发送的所生成编码数据的数量更新VBV缓冲器的占用量。例如，在将图4所示的“B0+P0”确定为前一定时的情况下，从“B0+P0”中减去高达“B1”的用于传输的编码数据数量。此外，在“B0+P0”上加上所生成的编码数据数量“P1”。
在这种情况下，如果假设传输速度Rmax是9.3Mbps和将NTSC(国家电视标准委员会)方法确定为屏显方法，则将NTSC的帧频率表示为：
(1000/1001×30)＝29.97Hz，
由此，将每周期传输的编码数据数量表示为：
9.3Mbps/29.97Hz＝310.31Kb
在减去用于传输的编码数据数量和清空VBV缓冲器的情况下，如在图4所示的Tx上表示的，在该点上的占用量变成零，因为进一步的数据传输是不可行的。因此，通过相加所生成的编码数据数量和占用量获得的数值变成新的占用量。将以上述方式更新的占用量保存在RAM 530(或ROM 520)中，并发送给最佳占用量计算单元513。
最佳占用量计算单元513计算在编码下一幅图像时VBV缓冲器的最佳占用量。最佳占用量是在完成下一幅图像编码之后VBV缓冲器的理想占用量的指数。如果VBV缓冲器的占用量超过该值，则VBV缓冲器上溢的概率显著增加。实验数据表明通过表示为：By＝VBV(Bx)的函数能够计算最佳占用量。通过使用函数VBV，能够快速地以比特率反映VBV缓冲器的占用量，从而能够降低图像的急剧劣化。在此，符号Bx表示在编码第x个图像之前使用VBV缓冲器的数量，符号By表示在编码第x个图像之后VBV缓冲器的最佳占用量。
特性1：By＝VBV(Bx)表示对于Bx区间[0，Bmax]内的Bx的单调递增的函数。
特性2：函数{By＝Bx}和函数{By＝VBV(Bx)-(Rmax×T)}在Bx区间[0，Bmax]中在Bx＝Bth(其中0＜Bth＜Bmax)上相交。
特性3：在表达式Bx≤Bth成立的情况下，表达式{VBV(Bx)-(Rmax×T)}≥Bx成立，和在表达式Bx＞Bth成立的情况下，表达式{VBV(Bx)-(Rmax×T)}＜Bx成立。
图7图示具有上述三个特性的示例VBV函数。在VBV函数的情况下，在数值Bx处于[0，Bth]的区间内，数值By在预定数值(Bth的值或更大)上保持恒定。此外，在数值Bx处于[Bth，Bmax]的区间内，数值By以小于1的增加速率逐渐增加。
在图6中，最佳占用量计算单元513将VBV缓冲器的以上述方式获得的最佳占用量发送给目标码量调整单元515。
根据将经受无缝连接的下一章节的视频信号，目标码量计算单元514计算目标码量。已经建议了用于计算目标码量的各种模型。在此，例如，使用公知的TM5方法。已经推荐了TM5方法作为用于控制MPEG-2的码量的模型(参见ISO/IEC JTC1/SC29/WG11，MPEG93/457，“Test Model 5”，1993)，从而根据每种图像类型确定编码数据量的分配。
参考由目标码量计算单元514计算的目标码量和由最佳占用量计算单元513计算的最佳占用量，目标编码数量调整单元515确定通过相加目标码量与当前的占用量获得的数值是否超过最佳占用量。如果该数值超过最佳占用量，则目标码量调整单元515调整目标码量，以便通过从最佳占用量中减去当前的占用量获得的数值变成目标码量。将以上述方式调整的目标码量发送给量化指数确定单元516。
量化指数确定单元516确定与量化电路151的量化特征值对应的量化指数，以便视频编码器100的所生成码量变成从目标码量调整单元515发送的目标码量。将量化指数经信号线159发送给量化电路151。
接着，将参考附图描述根据本发明实施例的视频编码设备的操作。
图8是图示根据本发明实施例的由视频编码设备执行的示例处理的流程图。在编码下一章节之前，记录模式确定单元511确定是否应当作为记录模式执行无缝连接(步骤S901)。在执行无缝连接的情况下(步骤S902)，将在RAM 530(或ROM 520)内保存的VBV缓冲器的前一占用量设置为VBV缓冲器的初始值(步骤S903)。反之，在不执行无缝连接的情况下(步骤S902)，将VBV缓冲器的初始值设置为零(步骤S904)。
在由记录模式确定单元511完成准备之后，由视频编码器100一次一幅图像(帧)地编码下一章的视频信号(步骤S905)。随后，每次按一幅图像编码视频信号时，执行对VBV缓冲器的控制(步骤S906)。重复上述步骤S905至S906，直到完成下一章节的全部图像(帧)的编码(步骤S907)。
图9是图示根据本发明实施例的用于执行VBV缓冲器控制(步骤S906)的示例处理的流程图。如图8所示，每次执行单幅图像(帧)的编码时，执行VBV缓冲器的控制。
当完成单幅图像的编码时，首先，由占用量更新单元512更新VBV缓冲器的占用量的相关信息(步骤S911)。随后，获得在编码之后VBV缓冲器的占用量。将参考图10描述上述处理的细节。
随后，最佳占用量计算单元513计算在下一编码之后VBV缓冲器的最佳占用量(步骤S912)。例如使用上述VBV函数，可以计算最佳占用量。此外，目标码量计算单元514计算用于下一编码的目标码量(步骤S913)。例如可以使用公知的TM5方法计算目标码量。
此后，目标码量调整单元515确定通过相加VBV缓冲器的当前占用量和在步骤S913计算的目标码量获得的数值是否超过在步骤S912计算的最佳占用量(步骤S914)，其中在步骤S911获得所述的当前占用量。当该数值超过最佳占用量时，目标码量调整单元515调整该数值，以便通过从最佳占用量中减去当前占用量获得的数值变成目标码量(步骤S915)。
量化指数确定单元516根据以上述方式调整的目标码量确定量化指数(步骤S916)。将该量化指数发送给视频编码器100的量化电路151。
图10是图示根据本发明实施例的为更新VBV缓冲器占用量的相关信息(步骤S911)而执行的示例处理的流程图。首先，从VBV缓冲器的前一占用量中减去与单个周期对应的传送码量。此时，相互比较在相减之前的占用量和单个周期所对应的传送码量(在上述例子中为310.31Kb)(步骤S921)。当相减之前的占用量较大时，相减结果变成新的占用量(步骤S922)。反之，在VBV缓冲器内出现下溢，所以新的占用量变成零(步骤S923)。
随后，将视频编码器100的所生成码量添加给新的占用量(步骤S924)。在相加之后的占用量超过VBV缓冲器的最大量的情况下(步骤S925)，VBV缓冲器上溢，因此，新的占用量变成VBV缓冲器的最大量(步骤S926)。
因而，根据本发明的实施例，记录模式确定单元511确定是否应当执行章节之间的无缝连接。根据确定结果预定VBV缓冲器的初始值，编码控制单元500控制被无缝连接的下一章节的所生成码量。随后，可以实现在VBV缓冲器内不产生错误的无缝连接。
顺便指出，本发明的实施例是实施本发明的例子。尽管该实施例对应于落入下文指出的本发明权利要求的保护范围之内的具体项目，但是本发明并不限制于该实施例，在不脱离本发明的精神的情况下，可以以各种方式进行修改。
也就是说，在本发明(1)中，虚拟缓冲器例如对应于VBV缓冲器701。此外，记录模式确定装置例如对应于记录模式确定单元511。此外，占用量更新装置例如对应于占用量更新单元512。此外，最佳占用量计算装置例如对应于最佳占用量计算单元513。此外，目标码量计算装置例如对应于目标码量计算单元514。此外，目标码量调整装置例如对应于目标码量调整单元515。此外，编码装置例如对应于视频编码器100。
此外，在本发明(5)中，虚拟缓冲器例如对应于VBV缓冲器701。此外，记录模式确定装置例如对应于记录模式确定单元511。此外，占用量更新装置例如对应于占用量更新单元512。此外，最佳占用量计算装置例如对应于最佳占用量计算单元513。此外，目标码量计算装置例如对应于目标码量计算单元514。
此外，在本发明(7)或本发明(9)中，虚拟缓冲器例如对应于VBV缓冲器701。此外，用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行的步骤例如对应于步骤S901。此外，用于根据确定结果设置虚拟缓冲器的占用量的初始值的步骤例如对应于步骤S902至S904。此外，用于在每次执行编码时更新虚拟缓冲器的占用量的步骤例如对应于步骤S911。此外，用于根据虚拟缓冲器的已更新占用量计算预定最佳占用量的步骤例如对应于步骤S912。此外，用于根据下一章节的视频信号计算预定目标码量的步骤例如对应于步骤S913。此外，用于调整目标码量以便虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量，和将该已调整的目标码量用于编码的步骤例如对应于步骤S914和S915。
此外，在本发明(8)或本发明(10)中，虚拟缓冲器例如对应于VBV缓冲器701。此外，用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行的步骤例如对应于步骤S901。此外，用于在根据确定结果确定无缝连接可行的情况下，将在将后一章节的视频信号传送给虚拟缓冲器之前的虚拟缓冲器的占用量确定为虚拟缓冲器的占用量的初始值，在确定无缝连接不可行的情况下，将虚拟缓冲器的占用量的初始值设置为零的步骤例如对应于步骤S902至S904。此外，用于在每次执行编码时更新虚拟缓冲器的占用量的步骤例如对应于步骤S911。此外，用于根据虚拟缓冲器的已更新占用量计算预定最佳占用量的步骤例如对应于步骤S912。此外，用于根据下一章节的视频信号计算预定目标码量的步骤例如对应于步骤S913。此外，用于调整目标码量以便虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量，和将该已调整的目标码量用于编码的步骤例如对应于步骤S914和S915。
顺便指出，在本发明的实施例中描述的处理步骤可以解释为包括上述一系列步骤的方法。此外，可以将这些处理步骤解释为用于使计算机执行上述一系列步骤的程序和/或存储该程序的记录媒体。
工业应用性
例如，本发明可以用于将视频信号编码成MPEG-2编码，并将MPEG-2编码记载在例如DVD上。

Claims (10)

1.一种用于编码视频信号和根据虚拟缓冲器的占用量执行编码控制的视频编码设备，根据通过编码生成的码量和传送给输出目的地的码量确定所述占用量，该视频编码设备包括：
记录模式确定装置，用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行，并根据确定结果设置虚拟缓冲器的占用量的初始值；
占用量更新装置，用于在每次执行编码时，更新虚拟缓冲器的占用量；
最佳占用量计算装置，用于根据虚拟缓冲器的已更新的占用量计算预定的最佳占用量；
目标码量计算装置，用于根据后一章节的视频信号计算预定的目标码量；
目标码量调整装置，用于调整目标码量，使得虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量；和
编码装置，用于根据已调整的目标码量执行编码。
2.根据权利要求1的视频编码设备，其中记录模式确定装置在无缝连接可行的情况下，将就在后一章节的视频信号传送给虚拟缓冲器之前虚拟缓冲器的占用量确定为虚拟缓冲器占用量的初始值，而在无缝连接不可行的情况下，将虚拟缓冲器占用量的初始值设置为零。
3.根据权利要求2的视频编码设备，其中占用量更新装置在占用量大于传送码量的情况下，将通过从占用量中减去传送码量和将所生成码量加上占用量获得的、不大于虚拟缓冲器最大值的预定值确定为新的占用量，而在占用量等于或小于传送码量的情况下，将所生成码量确定为新的占用量。
4.根据权利要求2的视频编码设备，其中最佳占用量计算装置计算预定值作为最佳占用量，所述预定值等于虚拟缓冲器的更新占用量和/或与之一样大。
5.一种用于根据虚拟缓冲器的占用量执行编码控制的视频编码控制设备，根据在编码视频信号时生成的码量和传送给输出目的地的码量确定所述占用量，该视频编码控制设备包括：
记录模式确定装置，用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行，并根据确定结果设置虚拟缓冲器的占用量的初始值；
占用量更新装置，用于在每次执行编码时，更新虚拟缓冲器的占用量；
最佳占用量计算装置，用于根据虚拟缓冲器的已更新的占用量计算预定的最佳占用量；
目标码量计算装置，用于根据后一章节的视频信号计算预定的目标码量；以及
目标码量调整装置，用于调整目标码量使得虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量，并将已调整的目标码量用于所述编码。
6.根据权利要求5的视频编码控制设备，其中记录模式确定装置在无缝连接可行的情况下，将就在后一章节的视频信号传送给虚拟缓冲器之前虚拟缓冲器的占用量确定为虚拟缓冲器的占用量的初始值，而在无缝连接不可行的情况下，将虚拟缓冲器占用量的初始值设置为零。
7.一种用于根据虚拟缓冲器的占用量执行编码控制的视频编码控制方法，根据在编码视频信号时生成的码量和传送给输出目的地的码量确定所述占用量，该视频编码控制方法包括：
用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行的步骤；
用于根据确定结果设置虚拟缓冲器的占用量的初始值的步骤；
用于在每次执行编码时更新虚拟缓冲器的占用量的步骤；
用于根据虚拟缓冲器的已更新的占用量计算预定的最佳占用量的步骤；
用于根据后一章节的视频信号计算预定的目标码量的步骤；和
用于调整目标码量以使虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量，和将已调整的目标码量用于所述编码的步骤。
8.一种用于根据虚拟缓冲器的占用量执行编码控制的视频编码控制方法，根据在编码视频信号时生成的码量和传送给输出目的地的码量确定所述占用量，该视频编码控制方法包括：
用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行的步骤；
用于在根据确定结果确定无缝连接可行的情况下，将就在后一章节的视频信号传送给虚拟缓冲器之前虚拟缓冲器的占用量确定为虚拟缓冲器的占用量的初始值，而在确定无缝连接不可行的情况下，将虚拟缓冲器占用量的初始值设置为零的步骤；
用于在每次执行编码时更新虚拟缓冲器的占用量的步骤；
用于根据虚拟缓冲器的已更新的占用量计算预定的最佳占用量的步骤；
用于根据后一章节的视频信号计算预定的目标码量的步骤；和
用于调整目标码量以使虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量，和将已调整的目标码量用于所述编码的步骤。
9.一种用于根据虚拟缓冲器的占用量执行编码控制的程序，根据在编码视频信号时生成的码量和传送给输出目的地的码量确定所述占用量，该程序用于使计算机执行下述步骤：
用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行的步骤；
用于根据确定结果确定虚拟缓冲器的占用量的初始值的步骤；
用于在每次执行编码时更新虚拟缓冲器的占用量的步骤；
用于根据已更新的虚拟缓冲器的占用量计算预定的最佳占用量的步骤；
用于根据后一章节的视频信号计算预定的目标码量的步骤；和
用于调整目标码量以便虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量和使用已调整的目标码量执行编码的步骤。
10.一种用于根据虚拟缓冲器的占用量执行编码控制的程序，根据在编码视频信号时生成的码量和传送给输出目的地的码量确定所述占用量，该程序用于使计算机执行下述步骤：
用于确定在视频信号内包括的前一章节和后一章节之间的无缝连接是否可行的步骤；
用于在根据确定结果确定无缝连接可行的情况下，将就在后一章节的视频信号传送给虚拟缓冲器之前的虚拟缓冲器的占用量确定为虚拟缓冲器的占用量的初始值，而在确定无缝连接不可行的情况下，将虚拟缓冲器占用量的初始值设置为零的步骤；
用于在每次执行编码时更新虚拟缓冲器的占用量的步骤；
用于根据已更新的虚拟缓冲器的占用量计算预定的最佳占用量的步骤；
用于根据后一章节的视频信号计算预定的目标码量的步骤；和
用于调整目标码量以便虚拟缓冲器的占用量和目标码量的总和不超过最佳占用量，和使用已调整的目标码量执行编码的步骤。
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