[发明专利]视频数据传输的方法

说明书

发明人：Andrey V.Zurov(俄罗斯圣彼得堡市)、Sergey V.Novikov(俄罗斯圣彼得堡市)、Alexander P.Tanchenko(俄罗斯圣彼得堡市)。

通信地址：俄罗斯圣彼得堡市197349 Kolomyazhsky pr.20-282。

通过引用的包含

授予Shapiro的美国专利第5,321,776号和授予Pearlman等人的第5,764,807号均通过引用其整体包含在此。

也对由Andrey V.Zurov等人于2005年6月29日提交的名为“METHOD OFDATA COMPRESSION INCLUDING COMPRESSION OF VIDEO DATA(包括视频数据压缩的数据压缩方法)”的美国专利申请第＿＿＿＿号进行引用。

本申请要求于2004年6月30日提交的临时专利申请第60/584,364号的优先权。

以上标识的申请的公开通过引用以其整体包含在此。

发明领域

本发明是经由低比特率通信信道基本上以实时的模式进行视频数据传输的技术。

发明背景

经由低比特率通信信道传输视频数据的主要问题在于保持高图像重量。这个问题由各种数字视频数据压缩方法解决，主要方法是由MPEG过程编码的帧序列。该过程基于对作为图像组(GOP)的集合从图像源接收的数字视频数据的显示，每一GOP以关键帧(I帧)开始，并包含有限数目的预测帧(P帧)，它们通常经由相同的图像场景连接至I帧。I帧作为场景的第一帧，继之以GOP P帧，这些P帧非常类似于该I帧并彼此相似。MPEG过程的下一阶段是GOP数字视频数据的压缩。I帧压缩由已知方法之一执行，例如二维频谱分解随后将结果频谱系数作为数字数据流表示的方法，该数字数据流根据这些系数对图像质量的影响组织，对应于较低空间频率的系数被置于该流的开始处。对GOP P帧的压缩基于每一后续的P帧相比前导的GOP帧的高度可预测性。该过程被称为预测性编码，隐含以下过程：用作编码帧的后续内容预测的来源的帧图像被划分成矩形像素块。然后为编码帧搜索相同大小的内容上最接近前导帧的块的图像块。当找到这样的块之后，通过设置位移向量相对于前导帧在编码帧上固定其位置。对编码的P帧中在预定准则的基础上不能对其找到来自前导帧的任何原型的图像部分，应用类似于GOP I帧编码的标准编码过程。因此，预测性编码算法有助于基本上将GOP数据量减少到包括编码的GOP I帧、每一GOP P帧的编码的图像块的位移向量的阵列的量，以及没有来自前导GOP帧的原型的P帧的编码的图像块的量。

MPEG过程是通用的，且确保了相对高等级的视频数据压缩。然而，对个别应用，诸如以实时模式经由低比特率的通信信道传输来自会议的视频数据或是缓慢移动或周期性再现的对象的视频调查的数据，可改进比特流形成算法来增强所传输的图像的质量。

本发明的目的在于增强视频图像传输质量。它是由通过当从图像接收器(例如，摄影机)传入的帧数目超过在同一时间段内可经由通信信道传输的编码帧的数目时减少位于这样的距离的帧流的每次传输的数据量来建立每时间单位传输的帧的数目而实现的。

发明概述

为了确保经由低比特率的通信信道传输的视频数据的高质量，首先必须理解和指定决定观众对视频范围的感知的关键因素。作者针对人类感知的个体独特性进行的众多实验证实，视频信息的质量较少由观众每时间单位接收到的视频数据的纯数量确定，而是由图像细节变换的平滑度确定。换言之，相比其中即使每一帧都具有完美的质量、但因视频序列的延迟产生了“幻灯片”效果的图像，观众对其中小细节可能被略去或扭曲的图像的质量作出较高评价。考虑实时视频数据传输的任务，高视频图像质量的问题证明是难以驾驭的，因为就作者所知没有任何有效的方法提供对当期望质量和帧速率的编码的视频数据的比特数量超过信道容量的情况的解决方案。

本发明的本质在于经由不仅基于由信道直接传输的数据而且基于所有之前传输、解码并存储的视频数据在通信的接收端上每时间单位进行视频数据重建的视频数据传输方法。所要求保护的方法的优点有助于当所传输的图像例如在视频会议范围那样周期性重复时避免“幻灯片”效果。

遵循本发明，该视频数据传输的方法具有两个可能的步骤序列：