[发明专利]视频编码

说明书

本发明涉及视频编码。

移动电信中当前的目标之一是提高数据传输的速度，以便能够通过无线网提供多媒体业务。多媒体的一个关键部分是数字视频。数字视频比起传统的模拟系统给出非常多的优点，支持诸如视频技术和多媒体应用那样的业务。然而，当与模拟系统相比较时，数字视频的关键问题是对于通信和贮存资源的要求。例如，为了发送广播质量的视频，需要约160Mbps的带宽，这与对于可比较的质量的模拟视频的约5MHz的带宽成为鲜明对照。因此，为了能够使用数字视频，数字信号需要减小数据量。

视频传输包括代表活动图象的连续的数据业务。众所周知，传送图象所需要的数据量与许多其它类型的媒体相比较是很高的，至今为止低比特速率终端的视频的使用一直是可忽略的。然而，在低比特速率视频压缩领域中取得了重大的进展。可以在大约每秒20千比特的比特速率下得到可接受的视频质量。

由于这种对比特速率的逐渐降低，预期视频很快成为提供给有限带宽网络的可行的业务，诸如公共交换电话网(PSTN)和移动电信网。在使用固定网络的视频电话应用项中，错误典型地是通过重新发送数据而被克服的。然而，移动电话比起PSTN趋向于更高的错误率，以及具有较长的来回路程延时。这些较长的延时使得对于实时移动视频电话应用项来说使用重新发送是不实际的。重新发送在高的错误率情形下也是不经济的。

视频序列包含一系列静止图象或帧。数据减小是通过使用压缩技术去除冗余的数据而仍旧保持足够的信息以允许原先的图象以可接受的质量被重现而达到的。在视频信号中有两种主要类型的冗余度：空间的和时间的。对于图象的编码，只利用空间冗余度的技术被称为帧内或I帧(即，它们分开地处理每个帧)，而利用时间冗余度的技术被称为帧间或P帧(即，它们利用帧之间的相同性)。后者也总是利用空间冗余度，这种利用例如通过产生用来描述在当前的和先前的图象的相同区域之间的运动(位移)的运动补偿数据来实现。在帧间的情形下，预测的(运动补偿的)图象很难足够精确，所以空间压缩的预测错误图象也是与每个帧间相关联的。

然而，只减小序列的冗余度，通常不能达到足够的压缩。因此，视频编码器试图降低视频序列中主观上最不重要的那些部分的质量。另外，编码的比特流的冗余度是借助于对压缩的参量和系数进行有效的无损编码而被减小的。主要的技术是使用可变长度编码，其中每个数值通过使用独特的码字来编码。最短的码字被分配给统计上最经常出现的那些值。

已经开发了几种视频编码方法。这些方法包括运行长度编码、有条件的再补充、变换编码、Huffman(霍夫曼)编码、和差分相位码调制(DPCM)。其中有许多被利用在关键的标准中，诸如ITU-T建议JPEG、MPEG-1和MPEG-2、以及H.261/H.263。JPEG规定用于静止图象的压缩数据流的形式；MPEG/MPEG2是用于活动图象的压缩；H.261/H.263主要被规定用于采用低的比特速率通信链路(大约几十kbit/s)的视频电话应用项。当前的视频电话系统主要被设计使用于PSTN或分组网，以及遵从ITU-T建议H.234(它覆盖低比特速率的多媒体通信)、H.245(它覆盖传输协议)、H.233(它涉及复接)、和H.323(它覆盖在传统的共享媒体的局域网上的视频会议)。第一个移动视频电话将是基于H.324的。

压缩的视频容易遭受传输错误的破坏，这主要由于两个原因。第一，由于利用时间预测差分编码(帧间)，错误在空间和时间上被传播。实际上，这意味着，一旦出现错误，它就在相对较长的时间内对于人的眼睛是很容易看到的。低的比特速率下的传输是特别受影响的，这种情况下只有几个帧间编码帧(帧间编码帧的传输将停止时间错误的传播)。第二，使用可变长度编码会增加受错误影响的程度。当误码改变码字时，译码器将失去码字同步，而且也不能正确地译码以后的无错误的码字(包括几个比特)直至下一个同步码(或开始)为止。同步码是一种不能从其它码字的任何合法组合来产生的比特图案，以及这样的代码在一些时间间隔内被加到比特流，以便使得能够重新得到同步。