CN1347620A - 转换mpeg－2 4:2:2－轮廓位流为主轮廓位流的方法及架构 - Google Patents

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Abstract

一种转换数字视频位流的色彩格式的系统,本系统说明前以及后转换位流可用的格式,包含量化器355精度等级,以及亮度和色度数据是否具有个别的量化矩阵385、390或共享一个共用量化矩阵。在特定实施中,具有4∶2∶2或4∶2∶0的色彩格式的MPEG－2 4∶2∶2P转换为具有4∶2∶0色彩格式的MP位流,使用亮度量化矩阵390以将色度数据再量化,并且再使用亮度运动矢量MV来执行色度数据的运动补偿320、325、510,可实现编码效率。而用4∶2∶0格式来表示4∶2∶2参考图像用于转换内部编码帧,并且改变像素小型化滤波器340和削波功能元件335的位置,可实现更佳的效率。并且在需要时提供量化精度的调整装置130、230、382。也可实现代码转换功能800。

Description

转换MPEG-2 4：2：2一轮廓位流为主轮廓位流的方法及架构
发明背景
本发明提供一种转换数字视频位流格式的系统，特别适合用于将MPEG-2数字视频数据从4：2：2轮廓格式转换为主轮廓格式。
本文中总共使用到下列几样缩写：
4：2：2P-4：2：2轮廓；
CBP—编码块图样；
DCT—离散余弦转换；
HDTV—高清晰度电视；
HL—高等级(level)；
IDCT—反向DCT；
MB—宏块；
MC—运动补偿；
ML—主等级；
MP—主轮廓；
MV—运动矢量；
QDC—量化直流电；
SDTV—标准清晰度电视；
VBV—视频缓冲区检验器；
VLC—可变长度编码器；以及
VLD—可变长度解码器。
许多图像元素(也是就熟知的像素)可定义出视频影像，像素是影像内光栅扫描线的最小元素，其具有相关的色彩空间。例如：在YCrCb色彩空间中，Y是亮度成份，而Cr和Cb是色差成份。有许多取样格式已经定义过，包含4：4：4、4：2：2和4：2：0，例如就4：2：2格式而言，宏块具有四个8×8Y块，两个8×8Cr块以及两个8×8Cb块，就此格式，Y、Cr和Cb成份的取样频率分别为13.5MHz、6.75MHz和6.75MHz。
以4：2：0格式而言，宏块具有四个8×8Y块，一个8×8Cr块以及一个8×8Cb块。
再者，现在已经发展出许多用于对视频数据进行编码的数字视频编码标准，包括(尤其是)1995年ISO/IEC 13818-2 MPEG-2视频(ITU-RH.262)内所定义的MPEG-2标准。
MPEG-2指明许多组使用二维度排列顺序的约束参数，其中一维度称为“轮廓”系列，指出所支持的编码特征，其他维度称为“等级”，指出图像的解析度、位率等可容纳的成份。最重要的轮廓等级组合称为“主等级上的主轮廓”或MP@ML，MP@ML支援4：2：0色彩子取样比。
除了主轮廓以外，还存在有其他轮廓，例如：取样轮廓类似于主轮廓但没有B图像，而SNR可缩放轮廓则将SNR可缩放能力添加到主轮廓，高轮廓则将4：2：2色彩格式能力添加到空间可缩放轮廓。
当取样等级定义用于标准居中格式(SIF)视频时，主等级便定义用于CCIR601视频。此外，高清晰度电视的两较高等级是每行最多为1440像素的高-1440等级和每行最多为1920像素的高等级。
更进一步，最近已经发展出可容纳4：2：2和4：2：0色彩格式的4：2：2轮廓(也称为4：2：2P)。请参阅1996年1月ISO/IEC13818-2第2修正的“主等级上的MPEG-24：2：2轮廓”、1997年ANSI/SMPTE308M电视SMPTE标准的“高等级上的MPEG-2 4：2：2轮廓”以及1998年3月ISO/IEC13818-2提议草案第5修正的“高等级上的4：2：2轮廓”，在此全部并入作为参考。
4：2：2轮廓专供专业视频应用之用，其中要求容易地进行压缩视频的编辑和视频的多重产生编码/解码。此轮廓的主要应用目标是：
·储存
·视觉效果的编辑和产生
·供专业使用(专用品质)的录像带或碟片记录
·高品质视频序列的摄影棚后期制作
·专用品质视频的储存和分配的有效传送
4：2：2P可提供较高的视频品质、较佳的色度解析度并且允许高位于主轮廓〔即是MP@ML〕的位率(在主等级(ML)上，最高50Mbit/s)。尤其是4：2：2P提供亮度和色度数据的分别的量化矩阵。在摄影棚的应用中，为易于色度键控以及其他特效，通常需要非常高品质的视频和ITU-R 601 4：2：2视频格式。因为易于编辑的需求，需要更频繁的INTRA(内)图像，也导致了高编码位率。4：2：2P允许所有的I图像编码，如此可快速从传输错误中恢复并且可简化编辑应用。
即使是具有4：2：0色彩格式的4：2：2P都能提供比具有相同色彩格式的MP更佳品质的影像，这是因为4：2：2P允许更高的量化精确度。
4：2：2P进一步允许在仅使用I图像编码时维持高品质所需的高位率，4：2：2P也允许使用P和B图像编码类型，其可进一步改善品质或降低相同品质的位率。
更进一步，在传统TV播放链中，视频要经过多代编码/解码，而当地的电视台会在视频播送至收视户家中之前(例如通过有线电视网)会在其中添加自制的电视节目和广告。再者，以模拟电视而言，多重编码/解码的产生会导致显著的图像品质损失。换言之，4：2：2P能够在多重编码/解码的产生之后保留高品质。在经过多代而在各代之间没有图像操控或图像编码类型改变的情况下，4：2：2P编码器的品质在第一代后还保留有接近不变的品质。在各代之间使用图像操纵或改变图像编码类型会导致品质有些劣化，尽管如此，所获得的品质对于许多应用来说是可接受的。
电视摄影棚通常会产生“专用品质”(contribution quality)视频(通常是ITJ-R601源视频或4：2：2P@ML)或4：2：2P@HL压缩视频，然后会作为“分布品质”(distribution quality)电视来编码和传送此视频。北美的数字电视和HDTV已经使用MPEG-2MP@ML和MP@HL当成其视频编码标准，MP@ML和MP@HL编码及传输都只是4：2：0格式的分布品质视频。MP提供亮度和色度数据共用的一量化矩阵。例如：包含压缩视频、压缩音频、情况存取以及辅助数据信道的HDTV系统的集中数据率大约是18至20Mbit/s。
因此，需要有一种有效的系统将4：2：2P预压缩专用品质位流转换为MP分布品质位流。
若要降低编码的复杂性，该系统应该允许重复使用运动矢量，避免需要改变到MB编码类型，并且只使用一种MC单元来处理色度块。此系统应进一步提供可在INTER(中间)编码MB的残余色度块上执行中十取一(decimate)滤波处理的能力。
若呈现在4：2：2P位流内，本系统应可在格式转换期间提供一种简单的方法来取代色度量化矩阵。
该系统应精制色度块的CBP。
系统也应提供MPEG DC系数精确度变量intra_dc_precision的调整，遵照符合所使用的编码标准的要求。例如，MP位流最大允许的intra_dc_precision等级要低于4：2：2P位流所允许的等级。
该系统应提供一种组合的4：2：2至4：2：0转换器以及一个正常的代码转换器，以执行具有格式转换的4：2：2P至MP代码转换。
该系统应避免在格式转换期间需要将处理的位流完整解码。
本发明提供一具有上述及其它优点的系统。
发明概述
本发明与转换数字视频位流的格式有关，例如用于将4：2：2P预压缩专用品质位流转换为MP分布品质位流。
将具有第一格式的前转换位流转换为具有第二格式的后转换位流的方法，包含步骤：至少部分地解压缩该前转换位流以恢复其中像素域内的色度数据，从前转换位流恢复与亮度数据相关联的量化矩阵数据，以及重新压缩对应于恢复的色度数据的数据。重新压缩包含依照恢复的亮度量化矩阵的对应于恢复的色度数据的数据再量化，以提供后转换位流。
当前转换位流包括内部编码影像，并且恢复的色度数据具有对应于前转换位流的第一格式的第一色度格式，此方法包含进一步步骤：从前转换位流恢复与亮度数据相关联的运动矢量，使用恢复的亮度运动矢量以执行内部编码影像的恢复色度数据的第一运动补偿处理，而第一运动补偿处理则使用第一色度格式，在第一运动补偿处理之后过滤色度数据，提供具有对应于后转换位流的第二格式的第二色度格式的色度数据，并使用恢复的亮度运动矢量来执行具有第二色度格式的色度数据的第二运动补偿处理，以提供重新压缩步骤用的数据。
就第二色度格式而言，一个色度块被提供给采用第一色度格式的至少每两个色度块(即是两个用于4：2：2的块以及一个用于4：2：0的块)。
由滤波步骤提供的对应于具有第二色度格式的色度数据的数据被从像素领域变换至变换域，然后量化，然后反量化并逆变换以提供第二运动补偿处理用的数据。
此方法可包含从前转换位流恢复第一量化精度等级的进一步步骤，并且若第一量化精度等级大于后转换位流第二格式的最大可允许精度等级：(i)降低第一量化精度等级；(ii)从前转换位流恢复DC亮度变换数据；以及(iii)依照降低的量化精度等级将对应于恢复的DC亮度变换数据的数据再量化。
另外，当前转换位流包含内部编码的影像，并且恢复的色度数据具有对应于前转换位流的第一格式的第一色度格式时，此方法包含进一步步骤；过滤恢复色度数据以提供具有第二色度格式的剩余色度数据，此第二色度格式对应于后转换位流的第二格式，从前转换位流恢复与亮度数据相关联的运动矢量，以及使用恢复的亮度运动矢量执行数据的运动补偿处理，该数据对应至内部编码影像的剩余色度数据，并将数据提供给重新压缩步骤。在此，运动补偿处理使用第二色度格式，所以只需要一个运动补偿器。此导入的错误通常还不确定，因为在所得的影像内色度错误要比亮度错误难检测的多。
第一格式为MPEG4：2：2轮廓格式，并且第二格式为MPEG主轮廓格式。
前转换位流的编码的块图样经过修改可用于后转换位流。
再者，前转换位流以及后转换位流可使用相同的宏块编码类型。
更进一步，再量化步骤可响应于设定后转换位流位率的速率控制信号。
恢复的亮度量化矩阵可经过修改以增进后转换位流的编码效率。
在此也给出一种对应的装置。
附图的简要说明
图1说明依照本发明将4：2：2P转换为MP位流的第一种方法。
图2说明依照本发明将4：2：2P转换为MP位流的第二种方法。
图3说明依照本发明从4：2：2P 4：2：2位流到MP4：2：0位流的色度块位流转换。
图4说明依照本发明从4：2：2P 4：2：2位流到MP 4：2：0位流的简化色度块位流转换。
图5说明依照本发明从4：2：2P 4：2：2位流到MP 4：2：0位流的约略色度块位流转换。
图6说明依照本发明从4：2：2P 4：2：0位流到MP 4：2：0位流的色度块位流转换。
图7说明依照本发明当intra_dc_precision＝11时从4：2：2P 4：2：2或4：2：0位流到MP 4：2：0位流的色度块位流转换。
图8说明依照本发明4：2：2到4：2：0转换器和代码转换器的组合。
本发明的详细描述
本发明与将4：2：2P前压缩专用品质位流转换为MP分布品质位流的方法有关。
一般来说，MPEG-2代码转换器是一种将前压缩MPEG-2位流转换为新速率的另一MPEG-2位流的仪器，将MPEG-2 4：2：2P@ML(或4：2：2P@HL)位流转换为MP@ML(MP@HL)位流的代码转换器可为级联的4：2：2P(@ML或@HL)或MP代码转换器以及具有速率控制的4：2：2至4：2：0转换器。下列代码转换情况是特别有意义的：4：2：2P@ML至MP@ML、4：2：2P@HL至MP@ML以及4：2：2P@HL至MP@HL。从HL到ML的代码转换非常普遍，即是从HDTV格式变成SDTV格式。不过从ML到HL的代码转换通常并不有意义，因为会导致高位率但是并无法改善图像品质。若要从ML位流得到较高的解析度，则可将位流解码，并且使用后处理内插法来放大影像。
如图1和2所示，共有两种不同的方法可实现4：2：2P到MP的代码转换。
在图内，数字编号的元件彼此相对应。
图1说明依照本发明的4：2：2P至MP位流代码转换的第一种方法，在此当输入预压缩的4：2：2P位流时，4：2：2至4：2：0位流转换器110会部分地解码4：2：2位流并且将结果重新组合以提供MP位流，然后使用传统的4：2：0代码转换器120来产生新速率的新MP压缩位流。速率控制功能元件(function)130可控制代码转换器120所输出的位流率。
图2说明依照本发明将4：2：2P转换为MP位流的第二种方法，在此当输出预压缩的4：2：2P位流时，4：2：2P代码转换器210与一4：2：2至4：2：0位流转换器220相级联，在速率控制功能元件230的控制下产生新速率的MP压缩位流。
就速度控制而言，请特别注意在各宏块内的最大位数量，因为4：2：0色度数据宏块内最大位数量的上限为4,608位，但是对于4；2：2P 4：2：2色度格式的宏块则不受限制。本发明将焦点放在4：2：2至4：2：0位流转换器110、220。
4：2：2P@ML格式在许多方面是MP@ML格式的延伸，表格1内总括了关键的ML特征，同样的4：2：2P@HL格式在许多方面是MP@HL格式的延伸，表格2内总括了关键的HL特征。
4：2：2P@ML MP@ML
色度格式 4：2：2或4：2：0 4：2：0
轮廓和恢复识别 10000101 1001000
重复第一场 被限制如MP@ML，对于超过512条扫描线的图像拥有两个额外的限制：若帧率为25Hz，则B图像应该不会重复第一场。 MPEG-2影像内的表格8-7
内部DC精度 8、9、10或11位 8、9或10位
取样密度的上限： 720取样/扫描线，608扫描线/帧，30帧/秒(30Hz的512扫描线/帧、25Hz的608扫描线/帧 720取样/扫描线，576扫描线/帧，30帧/秒
亮度取样率的上限： 11,059,200像素/秒 10,368,000像素/秒
位率的上限： 50MB/秒 15MB/秒
最大VBV缓冲区大小 9,437,184位 1,835,008位
量化表 分别的亮度和色度量化表 亮度和色度为同一个表
宏块内最大的位数量 4：2：2无限制，4：2：0则为4,608 4,608
表2-4：2：2P@HL和MP@HL
    4：2：2P@HL MP@HL
色度格式     4：2：2或4：2：0 4：2：0
轮廓和等级识别     10000010 1000100
重复第一场     被限制如MP@HL，对于超过1152条扫描线的图像拥有两个额外的限制：若帧率为25Hz，则B图像应该不会重复第一场。 MPEG-2影像内的表格8-7
内部DC精度     8、9、10或11位 8、9或10位
取样密度的上限：     1920取样/扫描线，1152扫描线/帧，60帧/秒 1920取样/扫描线，1152扫描线/帧，60帧/秒
亮度取样率的上限：     62,668,800像素/秒 62,668,800像素/秒
位率的上限：     300MB/秒 80MB/秒
最大VBV缓冲区大小     47,185,920位 9,781,248位
量化表     分别的亮度和色度量化表 亮度和色度为同一个表
宏块内最大的位数量     无限制 4,608
未改变4：2：2P位流内的编码宏块类型，表格1和2内所指出4：2：2P与MP之间的差异会导致表格3内所列语法的可能改变。
请注意到，VLC编码的术语macroblock_type所赋予的宏块类型指示宏块的许多差异特性，包含：
位流内是否存在quant_scale_code(macroblock_quant)，
是否使用向前或向后运动补偿(分别是macroblock_motion-forward和macroblock_motion_backward)，位流内是否存在coded_block_pattern(macrobleock_pattern)，
宏块是否是内部编码的(macroblock_intra)，位流内是否存在spatial_temporal_weight_code(spatial_temporal_weight_code_flag)和允许的spatial_temporal_weight_classes。
表格3-可能的语法变更
语法变更的元素     语法变更动作
    A     在Sequnce_header()内，重设vbv_buffer_size_vlaue＝1,835,008@ML(9,781,248@HL)并且重设bit_rate_value在Sequence_extenion()内，重设profile_ard_level_indication＝01001000@ML(01000100@HL)。
    在Picture_header()内，重新计算和重新设定vbv_delay。
    B     在Sequence_extension()内，重设chroma_format＝“4：2：0”
    C     在Picture_coding_extension()内，重设intra_dc_precision＝8、9或10(可编程)设定chroma_420_type＝progressive_frame；
    D     在Quant_matrix_extension()内，重设load_chroma_intra_quantiser_matrix＝0并去除chroma_intra_quantiser_matrix[64]
    E     在Quant_matrix_extension()内，重设load_chroma_non_intra_quantiser_matrix＝0并去除chroma_non_intra_quantiser_matrix[64]
    F     变更每个宏块的编码块图样。
参考MPEG-2标准公布的“Sequence header(序列头部)”、“Sequence extension(序列扩展)”、“Picture Header(图象头部)”、“Pictute coding extension(图象编码扩展)”和“Quant matrix extension(定量矩阵扩展)”可进一步了解到表格3内公开的语法变更动作。
请注意，若原始的intra_dc_precision＝11位，为了与MP相兼容所以重设为8、9或10位(请参阅表格1和2)。
MPEG参数intra_dc_precision为2位整数，其被定义具有二进制数值00、01、10或11，以分别指定8、9、10或11位的精确度。参数intra_dc_precision指出用于多工器的值intra_dc_mult，用于内部编码块的DC系数的反向量化。换言之，intra_dc_mult＝8、4、2或1分别用于00、01、10或11的intra_dc_precision值。
一般来说对于反向量化而言，系数的二维阵列QF[v][u]被反向量化以产生重建的DCT系数，此处理本质上被乘以量化器步长。共有两个机构可修改量化器步长，换言之就是使用一加权矩阵来改变一块内的步长，以及使用比例因子，如此仅需耗用一些位就可修改步长(与整个新加权矩阵的编码比较起来)。
在欲转换的位流内使用quantiser_scale_code、未签名的非零整数(范围从1到31，指出量化比例因子)和加权矩阵W[w][v][u]，可在变换系数上执行适当的反向量化计算。结果系数F”[v][u]饱和后可产生F’[v][u]，然后会执行误配的控制操作得出最后重建DCT系数F[v][u]。
4：2：0数据使用两种加权矩阵-一个用于内部宏块(亮度和色度)，另一个给非内部宏块(亮度和色度)使用。对于4：2：2数据而言，总共使用四种矩阵(内部亮度、内部色度、非内部亮度和非内部色度)，因此亮度和色度数据可使用不同的矩阵。每个矩阵都具有缺省数值集，而利用下载使用者定义矩阵就可覆写此数值集。
对于加权矩阵W[w][v][u]而言，w取0至3的数值表示所使用的矩阵。表格4总括管理w的选择的规则。
                 表格4-w的选择
    4：2：0    4：2：2
亮度 色度 亮度 色度
    内部块(maeroblock_intra＝1)    0     0     0     2
    非内部块(macroblock_intra＝0)    1     1     1     3
对于内部块而言，量化DCT变换系数QF[0][0]的二维阵列DC数值会以和AC数值不同的方式来处理。DC数值会反向量化以产生DCT变换DC系数阵列数值F’’[0][0]，依照关系：
F’’[0][0]＝intra_dc_mult×QF[0][0]。
再者，从vbv_delay(n)＝Bd(n)/R可重新计算vbv_delay，其中Bd(n)是解码图像n之前的解码器(VBV)缓冲区满溢度，而R为位率。一般来说，vbv_delay和vbv_buffer_size重设要求一个量化反馈环路，避免VB缓冲区以及实际速率缓冲区的溢流或不足流。
再量化的色度数据可决定MP位流内一MB色度块的新编码块图样(CBP)。CBP指示每个宏块的编码块数量，即是4：2：2色彩格式有八个编码块，或者4：2：0色彩格式有六个编码块。例如对于4：2：2至4：2：0转换而言，语法变更F可能牵涉到改变CBP以指出存在两个色度块而不是四个，而亮度块的数量则未发生改变(即是四个块)。
若要执行4：2：2P至MP的转换，则需要从4：2：2P位流分析下列关键语法元素：
a＝(intra_dc_precision＝11)?1：0；
b＝(chroma_format＝“4：2：2”)?1：0；
c＝(load_chroma_intra_quantiser_matrix＝1)?1：0；以及
d＝(1oad_chroma_non_intra_quantiser_matrix＝1)?1：0。
上述陈述使用C语言样假代码语法，例如：
“a＝(intra_dc_precision＝11)?1：0”表示若“intra_dc_precision＝11”为真，则“a”被指定值“1”，否则“a”被指定值“0”
如同上面提及的，intra_dc_precision必须具有用于MP的8、9或10的数值，因此若intra_dc_precison＝11(十进位11或1110)，则必须重设。
专用术语cbroma_format为两位整数，指示欲转换的位流的亮度格式。换言之，chroma_format＝01(二进制)指示4：2：0格式，且chroma_format＝10指示4：2：2格式。记得4：2：2P位流可容纳4：2：2色彩格式(b＝1)和4：2：0色彩格式(b＝0)。4；2：2P的4：2：0格式也是重要的情况。这与ML有所不同，即使是两者具有相同的解析度，因为以4：2：2P而言，亮度和色度都可具有不同的量化矩阵。相较之下，以ML而言，亮度和色度都使用相同的量化矩阵。实验显示以分离的亮度和色度矩阵进行编码可提供品质较佳的影像。
专用术语load_chroma_intra_quantiser_matrix为一位标志，若chroma_intra_quantiser_matrix跟随则设定为“1”，若设定为“0”，则所使用的数值并无变更。若chroma_formt为“4：2：0”(即是10)，则标志会取数值“0”。
专用术语chroma_intra_quantiser_matrix为用于量化内部色度变换值的六十四非零8位未签名整数清单。
专用术语load_chroma_non_intra_quantiser_matrix为一位旗标，若chroma_non_intra_quantiser_matrix跟随则设定为“1”，若设定为“0”，则所使用的数值并无变更。若chroma_format为“4：2：0”(即是01)，则旗标会取数值“0”。
专用术语chroma_non_intra_quantiser_matrix为用于量化内部色度转换值之六十四非零8位未符号化整数清单。
表格5定义转换处理中十六种可能的情况，例如：对于情况＝0，abcd＝0000(即是a＝0、b＝0、c＝0以及d＝0)。对于施用Q矩阵的选项，其通过检测接收的位流是否有分离的用于色度的Q矩阵，决定4：2：2P至MP代码转换/转换。若是如此，则使用亮度矩阵来取代色度矩阵。
 表格5-语法变更以及纹理转换处理的情况
情况：        Abcd：     语法变更(请参阅表格3) 转换处理                 选项
0： 0000     A Vbv_delay和vbv_size变更
1： 0001     A、E 图6 应用chroma_intra_quantiser_matrix
2： 0010     A、D 图6 应用chroma_non_intra_quantiser_matrix
3： 0011     A、D、E 图6
4： 0100     A、B、F 图3-5
5： 0101 A、B、E、F 图3-5 应用chroma_intra_quantiser_matrix
6： 0110 A、B、D、F 图3-5 应用chroma_non_intra_quantiser_matrix
7： 0111 A、B、D、E、F 图3-5
8： 1000        A、C 图6、7 变更intra_dc_precision
9： 1001        A、C、E 图6、7 变更intra_dc_precision应用chroma_intra_quantiser_matrix
10： 1010        A、C、D 图6、7 变更intra_dc_precision应用chroma_non_intra_quantiser_matrix
11： 1011        A、C、D、E 图6、7 变更intra_dc_precision
12： 1100 A、B、C、F 图3-5、7 变更intra_dc_precision
13： 1101 A、B、C、E、F 图3-5、7 变更intra_dc_precision应用chroma_non_intra_quantiser_matrix
14： 1110 A、B、C、D、F 图3-5、7 变更intra_dc-precision应用chroma_non_intra-quantiser_matrix
15： 1111 A、B、C、D、E、F 图1、2、4、5、7 变更intra_dc_precision
在依照本发明的格式转换器的纹理转换处理内，若intra_dc_precision≠11位，则只有亮度块需要重新编码，并且不需要执行运动评估，因为已由亮度块确定的运动矢量被用来重新编码色度块。
对于4：2：2P位流内intra_dc_precision＝11位的情况而言，内部DCT DC亮度元素的再量化被要求用于转换处理(还有色度元素的再量化)。若要简化转换过程，MP位流会重复使用运动矢量，因为intra_dc_precidion可重设为8、9或10位，所以在节省内部DCT DC元素的量化位与保留重新使用的运动矢量的精确度之间要截长补短，因此调整intra_dc_precision的方法会设定缺省intra_dc_precision＝10(4：2：0MP的最高允许值)，但是也可依照使用者的意愿改写为8或9。
对于较高精确度而言，传输时就需要更多的位。再者，全像素和半像素运动矢量都可再度使用。因为至少半像素MV会产自重建的图像，而intra_dc_precision的改变会产生错误(即是偏移)，所以在格式转换期间将此变更降至最低可减少可能的4：2：2P至MP代码转换错误。
若再量化处理在格式转换中被应用，而且要减少编码位的数量，则会使用intra_dc_precision＝8。
若色度Q矩阵(chroma_intra_quantiser_matrix和/或chroma_non_intra_quantiser_matrix)在4：2：2P位流内被应用，则亮度Q矩阵(luma_intra_quantiser_matrix和/或luma_non_intra_quantiser_matrix)会依照本发明在色度块的再量化中被应用。
当在格式转换器上提供量化矩阵(Q矩阵)时，它们会以一种扫描顺序在位流内编码，而如上面分布般转换成在反向量化器内使用的二维加权矩阵W[w]u[][v]。
图3说明依照本发明从4：2：2P位流到MP位流的色度块位流转换。图3提供用于将4：2：2P位流(即前转换位流)内的两个(可能)色度块转换成MP位流(即是从后转换位流)内的一个色度块的转换器的完整方框图。转换器300在VLD功能元件305接收4：2：2P位流，该功能元件提供MV数据分别用于第一和第二色度运动补偿功能元件，色度MC(1)320和色度MC(2)。
有关接收数据的内部或中间模式状态的信息会提供给切换器325、327和370。
就内部模式数据而言，切换器325将启动以传递一个空值“0”信号给加法器330，切换器327会启动以传递一个空值“0”信号给加法器345，而切换器370将启动以传递一个空值“0”信号给加法器367。就中间模式数据而言，切换器325会启动以将参考影像数据从色度MC〔1〕功能元件320传递至加法器330，切换器327会启动以将参考影像数据从色度MC(2)功能元件325传递至加法器345。
色度MC(1)功能元件320是用于4：2：2色度数据的运动补偿单元，而色度MC(2)功能元件325是用于4：2：0色度数据的运动补偿单元，依照本发明，在色度MC(2)功能元件325上的4：2：0色度MP数据的运动补偿会使用亮度MV数据(并且也用于色度MC(1)功能元件320上的4：2：2P色度4：2：2P数据的运动补偿)，这可避免4：2：0色度MP数据需要个别的运动评估处理，包含在参考帧内搜寻。
自VLD功能元件305输出的数据包含来自目前影像(即帧)的量化变换系数数据，此数据会提供至反向量化器Q-11310，以及提供至IDCT功能元件315。结果像素域数据会提供给加法器330，并且加法器330的输出会提供给削波(clip)功能元件335，以在需要时削波最小与最大数值之间(即是范围[0，255]的数据。
削波的数据会提供给滤波器340，其包含基于场的垂直滤波器和2：1垂直向下取样滤波器。例如{-16、0、79、130、79、0、-16}的垂直滤波器抽头(tap)会用于顶场，而{1、7、7、1}的滤波器抽头则用于底场，滤波的结果被削波成范围[0、255]。
请注意色度MC(1)功能元件320会修改接收自VL305之MV，使用这些MV的水平(X)分量的2：1向下取样，类似地，色度MC(2)功能元件325会修改接收来自VLD305之MV，使用这些MV的垂直(y)分量的2：1向下取样。
削波的数据也提供给色度MC(1)功能元件320。
请注意某些功能元件单元会内嵌于其他单元内，例如：量化DCTDC系数的差分编码和解码可考虑分别当成VLD单元395和VLD单元305的一部分。单元310上的反向量化Q1-1包含以范围[-2048，+2047]为每个来自反向量化算术的系数进行饱和处理。IDCT单元315包含以范围[-256，255]为每个反向变换数值进行饱和处理。MC单元，色度MC(1)320和色度MC(2)325包含用于参考图像的存储器。
CBP功能元件315可用来变更出发MP位流的CBP，而亮度Q矩阵功能元件390为一种可修改CBP的因子，其他因子则是增加再量化的等级，并且只有在MB的原来(接收的位流)两Cb或Cr块内的一个场块具有像素数值。
具有4：2：0色彩格式的滤波的当前影像数据会提供给加法器345，在此会减去来自色度MC(2)功能元件的空值信号或参考影像数据。在DCT功能元件350上，来自加法器345的数据(包含用于内部编码影像的目前影像4：2：0像素数据，或包含对应至用于中间编码影像的目前影像与参考影像之间差异的差异4：2：0像素数据)会变换成DCT系数，并且在再量化器(Q1)355上进行量化。
在此所显示的再量化等级Q1会对应于反向量化等级Q-1，不过再量化恢复可根据来自速率控制功能元件的合适的控制信号而调整为不同的等级(Q2)，以提供接收的位流的代码转换，其中会以和4：2：2P位流不同的速率来提供MP位流。
有关完整的代码转换器的实现，请参阅图8。
量化数据会提供给VLC功能元件395以获得传输或其他处理用的MP位流，例如：代码转换器可与格式转换器300连结。
量化数据将会在反向量化器360和IDCT功能元件365上进行处理，然后恢复的目前影像像素数据会提供给加法器367，在此会依照切换器370与空值信号(用于内部模式数据)或来自色度MC(2)功能元件325的参考影像数据(用于中间模式数据)相加总，切换器370响应于提供给它(例如来自VLD305)的内部/中间模式信息。
削波功能元件375会削波来自加法器367的输出并提供给色度MC(2)功能元件325。
在转换器300内，虚线功能单元和路径是有条件的(即是用于某些情况下)，例如：若使用者设定有要求或者
intra_dc_precision＝1110的话，具体地，QDC单元380可用来执行DC色度系数的再量化。
intra_dc_precision＝8时QDC(8位)＝DC//8、
intra_dc_precision＝9时QDC(9位)＝DC//4以及
intra_dc_precision＝10时QDC(10位)＝DC//2。“DC”指出未量化的DC DCT系数的数值，“//”指出四舍五入到最接近整数的整数划分，四舍五入不舍为零。
若有需要的话可像之前分布的，提供功能元件382来设定新的intra_dc_precision等级(例如8-10位)。
色度Q矩阵功能元件385恢复色度量化矩阵供反向量化器310使用。亮度Q矩阵功能元件390在再量化4：2：0MP色度系数中供再量化器355使用。任选地，亮度Q矩阵可为了编码原因而进行修改，即通过本领域的熟练技术人员所显见的方式，调整矩阵内的数值来改善编码效率。当intra_dc_precision＝1110时，再量化器355也会再量化DC亮度系数。
若在接收的位流内没有量化矩阵存在，则会使用缺省值(例如缺省MPEG量化矩阵)，缺省矩阵例如可储存在当地的转换器300内。
为了平衡成本与效能之间的截长补短，在接下来的图4和5内提供两种简化的色度一块位流转换间。
图4说明依照本发明将4：2：2P位流转换成MP位流的简化色度一块位流转换。在转换器400内，只使用到一个运动补偿单元，就是色度MC(2)功能元件325，这与图3的转换器300比较起来可节省2/3的帧缓冲存储器。图4内的滤波器340只会用于从IDCT功能元件315重建的色度块，并且在滤波过程中不会应用削波。
不过，虽然转换器400可显著降低复杂性，但是此简化也导入了错误。其三种错误源分别是：
1、色度MC〔1〕的去除并且将4：2：2色度参考图像表现于(a)4：2：0格式中以及(b)由新的亮度量化器矩阵所量化。
2、变更滤波器和削波功能元件块的位置，以及
3、滤波处理的整数运算。
因为整个处理仅牵涉到色度，所以导入的错误非常小，因为在影像中比较不会察觉到色度错误。
除了上述的近似值外，若可忽视量化和削波所产生的错误，则图4的转换器400所提供的色度一块位流转换处理就近似于图5的转换器500所提供的。
图5说明依照本发明将4：2：2P位流转换成MP位流的近似色度一块位流转换。在转换器500内，运动补偿单元(就是色度MC(3)功能元件510)被应用至差异(或剩余)影像。通过将IDCT功能元件315、滤波器340和DCT功能元件350结合成单一单元520，转换器500可降低复杂度。不过这类结构会导致色彩偏移。
就具有4：2：0色彩格式的4：2：2P位流情况而言，转换器可进一步简化成图6内所示。
图6说明依照本发明将具有4：2：0色彩格式的4：2：2P位流转换成MP位流的色度一块位流转换。对于转换器600而言，通过去除三个破折线功能单元IDCT315、削波功能元件335和DCT功能元件350可实现近似的低成本实施。
对于亮度块而言，仅需的转换可能是图7内显示的DC精确度变更382。
图7说明依照本发明当intra_dc_precision＝1110时将4：2：2P 4：2：2或4：2：0位流转换成MP 4：2：0位流的亮度—块位流转换。转换器700包含功能元件382，用于在数值超出限制时或根据使用者输入来设定新intra_dc_precision的数值。
表格5内总结了许多纹理转换处理的情况。
图8说明依照本发明的4：2：2至4：2：0转换器与代码转换器的组合。图4内的4：2：2至4：2：0转换器400可与正常的代码转换器结合，变成一4：2：2P至MP代码转换器800。在代码转换器/转换器800内，再量化功能元件(Q2)855提供Q1以外的差异量化等级，即是响应于速率控制信号，并且提供对应的反向量化功能元件Q2 -1860。速率控制功能元件可用传统方式产生速率控制信号，以达成所期望的MP位流用的位率。
功能元件810、830、850和867分别对应至功能元件310、330、350和367，而功能元件855’、860’和365’分别对应至功能元件855、860和365。
在此也提供亮度MC功能元件820以在接收的位流内提供亮度数据的运动补偿。请注意，MV可被再使用以避免运动评估的需要。
因此，可了解本发明提供一种用于转换数字视频位流的色彩格式的系统，本系统计及可允许的前和后转换位流格式(包含量化器精度恢复)，及亮度和色度数据是否具有分别的量化矩阵，或共享一个共用的量化矩阵。在特定具体实施例中，具有4：2：2或4：2：0色彩格式的MPEG-2 4：2：2P位流(即前转换位流)被转换成具有4：2：0色彩格式的MP元流(即后转换位流)。
通过使用亮度量化矩阵将色度数据再量化，并且重新使用用来执行色度数据的运动补偿的亮度运动矢量，可实现编码效率。
通过改变一像素小型化滤波器及削波功元件的位置可实现进一步效率。
对4：2：2P4：2：0格式的前转换位流也可进行简化。
当前转换位流的量化精确度无法与后转换后位流的量化精确度相兼容时，则会揭露出亮度块的有效转换。
在此也揭露出代码转换格式转换器，用于实现后转换位流中的一不同位率。
虽然本发明使用许多特定具体实施例来做说明，不过本领域的熟练技术人员了解，在不背离由权利要求定义的本发明的精神和范围的前提下可进行许多适应性修改和变型。

Claims (26)

1、一种将具有一第一格式的前转换位流转换成具有一第二格式的后转换位流的方法，包含步骤：
至少将前转换位流部分解压缩以在一像素域内恢复其内的色度数据；
从该前转换位流恢复与亮度数据相关联的量化矩阵数据；及再压缩以应于恢复的色度数据的数据；
该再压缩包含根据恢复的亮度量化矩阵，将对应至恢复的色度数据的数据再量化，以提供该后转换位流。
2、根据权利要求1所述的方法，其中该前转换位流包含内编码影像，并且该恢复的色度数据具有一对应至该前转换位流的第一格式的第一色度格式，进一步包含步骤：
从前转换位流恢复与亮度数据相关联的运动矢量；
使用恢复的亮度运动矢量来执行用于内编码影像的恢复的色度数据的第一运动补偿处理；
该第一运动补偿处理使用该第一色度格式；
在该第一运动补偿处理之后过滤色度数据，以提供具有对应至该后转换位流的第二格式的第二色度格式的色度数据；以及
使用恢复的亮度运动矢量来执行具有第二色度格式的色度数据的第二运动补偿处理，以提供该数据给该再压缩步骤。
3、如权利要求2所述的方法，其中：
就该第二色度格式而言，为至少每两个采用该第一色度格式的色度块提供一色度块。
4、根据权利要求2所述的方法，其中：
对应至由该过滤步骤提供的具有第二色度格式的色度数据的数据被从像素域变换至变换域，然后量化，然后反向量化，然后反向变换以为该第二运动补偿处理提供数据。
5、如权利要求1所述的方法，进一步包含步骤：
从前转换位流恢复一第一量化精度等级；以及
若该第一量化精度等级大于后转换位流的第二格式的最大允许精度等级；
(i)降低该第一量化精度等级，
(ii)从该前转换位流恢复DC亮度变换数据，以及
(iii)依照降低的量化精度等级，将对应至恢复的DC亮度变换数据的数据再量化。
6、根据权利要求1所述的方法，其中该前转换位流包含内编码影像，并且该恢复的色度数据具有一对应至该前转换位流的第一格式的第一色度格式，进一步包含步骤：
过滤恢复的色度数据以提供剩余色度数据，此数据具有对应至该后转换位流的第二格式的第二色度格式；
从前转换位流恢复与亮度数据相关联的运动矢量；以及
使用恢复的亮度运动矢量来执行对应至内编码影像的剩余色度数据的数据的运动补偿处理，以为再压缩步骤提供该数据；
其中该运动补偿处理使用该第二色度格式。
7、根据权利要求6所述的方法，其中：
就该第二色度格式而言，为至少每两个采用该第一色度格式的色度块提供一色度块。
8、根据权利要求1所述的方法，其中：
该第一格式包含一4：2：2色彩格式，以及该第二格式包含一4：2：0色彩格式。
9、根据权利要求1所述的方法，其中：
该第一格式包含一MPEG4：2：2轮廓格式，以及该第二格式包含一MPEG主轮廓格式。
10、根据权利要求1所述的方法，其中：
前转换位流的一编码块图样被修改用于后转换位流内。
11、根据权利要求1所述的方法，其中：
该前转换位流和该后转换位流使用相同的宏块编码类型。
12、根据权利要求1所述的方法，其中：
该量化步骤响应于用于设定后转换位流的位率的速率控制信号。
13、根据权利要求1所述的方法，其中：
该恢复的亮度量化矩阵被修改以改善该后转换位流的编码效率。
14、一种将具有一第一格式的前转换位流转换成具有一第二格式的后转换位流的装置，包含：
至少将前转换位流部分解压缩以恢复在像素域内的其内的色度数据的装置；
从前转换位流恢复与亮度数据相关联的量化矩阵数据的装置；
再压缩对应于恢复的色度数据的数据的装置，包括依照恢复的亮度量化矩阵，将对应至恢复的色度数据的数据再量化，以提供该后转换位流的装置。
15、根据权利要求14所述的装置，其中该前转换位流包含内编码影像，并且该恢复的色度数据具有一对应至该前转换位流的第一格式的第一色度格式，进一步包含：
从前转换位流恢复与亮度数据相关联的运动矢量的装置；
使用恢复的亮度运动矢量，来执行用于内编码影像的恢复的色度数据的第一运动补偿处理的装置；
该第一运动补偿处理使用该第一色度格式；
一在该第一运动补偿处理之后过滤色度数据，以提供具有对应至该后转换位流的第二格式的第二色度格式的色度数据的滤波器；以及
使用恢复的亮度运动矢量，以执行具有第二色度格式的色度数据的第二运动补偿处理，以提供该数据给该再压缩装置的装置。
16、根据权利要求15所述的装置，其中：
就该第二色度格式而言，为采用该第一色度格式的至少每两个色度块提供一色度块。
17、根据权利要求15的装置，其中：
对应至由该滤波器提供的具有第二色度格式的色度数据的数据被从像素域变换至变换域，然后量化，然后反向量化，然后反向变换以提供数据给该第二运动补偿处理。
18、根据权利要求14的装置，进一步包含：
从前转换位流恢复一第一量化精度等级的装置；以及
用于下列的装置：(i)降低该第一量化精度等级，
(ii)从前转换位流恢复DC亮度变换数据，以及
(iii)依照降低的量化精度等级，将对应至恢复的DC亮度变换数据的数据再量化，若该第一量化精度等级大于后转换位流的第二格式的最大允许精度等级。
19、根据权利要求14的装置，其中该前转换位流包含内编码影像，并且该恢复的色度数据具有一对应至该前转换位流的第一格式的第一色度格式，进一步包含：
一用于过滤恢复的色度数据以提供剩余色度数据的滤波器，其中该剩余色度数据具有对应至该后转换位流的第二格式的第二色度格式；
从前转换位流恢复与亮度数据相关联的运动矢量的装置；以及
使用恢复的亮度运动矢量，以执行对应至用于内编码影像的剩余色度数据的数据运动补偿处理，以将该数据提供给该再压缩装置的装置；
其中该运动补偿处理使用该第二色度格式。
20、根据权利要求19所述的装置，其中：
就该第二色度格式而言，为采用该第一色度格式的至少每两色度块提供一色度块。
21、根据权利要求14所述的装置，其中：
该第一格式包含一4：2：2色彩格式，以及该第二格式包含一4：2：0色彩格式。
22、根据权利要求14所述的装置，其中：
该第一格式包含一MPEG 4：2：2轮廓格式，以及该第二格式包含一MPEG主轮廓格式。
23、根据权利要求14所述的装置，其中：
前转换位流的一编码块图样被修改用于后转换位流内。
24、根据权利要求14所述的装置，其中：
该前转换位流和该后转换位流使用相同的宏块编码类型。
25、根据权利要求14所述的装置，其中：
该再量化装置响应于用于设定后转换位流的一位率的速率控制信号。
26、根据权利要求14所述的装置，其中：
该恢复的亮度量化矩阵被修改以改善该后转换位流的编码效率。
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