CN1886991A - 对位流进行编码或解码的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于对内容信号所对应的位流进行再编码的***，再编码器(101)接收包括例如MPEG－2编码信号的位流。接收机(109)将该位流馈送给提取处理器(111)，该提取处理器从位流中提取非本质信息，从而产生仍然兼容MPEG－2的缩减位流。使用非MPEG－2编码原理在再编码处理器(113)中对具体来说可以为较高频率的变换系数的非本质信息进行再编码。可以使该编码对非本质信息得到更加有效的编码的特性最佳。由合成处理器(115)将再编码数据***到缩减位流的用户数据部分中。这样，可以实现位流大小的有效缩减。解码器(107)可以从用户数据部分中提取出再编码数据、再生原始非本质信息并且将此***到缩减位流中。具体来说，可以再生出原始位流。该手段具体来说可以用于可还原位流加水印，这种加水应的方法不会增大位流的大小。

Description

对位流进行编码或解码的方法和设备
技术领域
本发明涉及对位流进行编码和/或解码的方法和设备，并且尤其但非专门涉及对MEPG(运动图像专家组)编码位流进行编码和/或解码的方法和设备。
背景技术
有版权素材的非法发布使版权持有者丧失了对这一素材的合法版税，并且可能会为这一非法发布的素材的提供者带来收益，这会怂恿继续进行非法发布。由于通过例如因特网提供的转让非常轻松，结果意欲加以版权保护的内容素材，比如艺术复制品或具有受限发布权利的其它素材很容易遭到大规模非法发布。
尤其是，诸如音乐或视频制品这样的内容制品目前正吸引着相当大量的未授权发布或拷贝。这部分地是因为通过新技术提供发布和拷贝变得越来越切实可行。例如，用于存储和传送压缩音频文件的MP3格式使得大规模发布音频复制品成为可能。例如，可以将30或40兆字节的一首歌的数字PCM(脉冲编码调制)音频复制品压缩成3或4兆字节的MP3文件。使用典型的56kbps的因特网拨号连接，可以在几分钟之内将这个MP3文件下载到用户的计算机中。这可能例如使得不良团伙能够提供下载MP3编码歌曲的直接拨号接入服务。MP3编码歌曲的非法拷贝随后可以通过软件或硬件装置还原，或者可以解压缩和存储在用于在常规CD播放器上重放的可记录CD上。
已经提出了多种用于对再现拷贝受保护的内容素材加以限制的技术。安全数字音乐计划(SDMI)等提倡使用“数字水印”来防止未授权拷贝。
数字水印可以用于依照上面提到的情景的拷贝保护。不过，数字水印的应用并不局限于拷贝保护，而是也可以用于所谓的司法取证，在这种情况下，将水印嵌入在例如通过电子内容递交***发布的文件中，并且用于跟踪例如因特网上非法复制的内容。水印此外还可以用于监控广播台站(例如，商业台站)；或者用于授权的用途等。
水印常常嵌入在未压缩的信号中，并且已知数种用于此目的的技术。此外，已经提出了应用直接嵌入在编码位流上的水印的技术。这一技术常常称为位流水印。在Steenhof等人提交的美国专利申请US2003/00167756中公开了位流水印的例子。
位流水印一般来说会伴随着一些缺点。例如，水印可以通过改变位流中的特定位来嵌入，但是这样可能会由于这种改变导致信息损失而造成水印嵌入位流的质量降低。另外或此外，水印可以通过加入信息并且具体来说通过对已有位流加入数据位而引入。这样一般来说将会造成位流的大小增大。
已经提出了一种称为可还原水印嵌入的技术。这是一种以这样的方式在数字信号中嵌入数据(即，水印)的技术：原始信号可以在还原处理中以位精准方式得到还原。这样，不会因水印造成信息丢失，并且由位流代表的信号的质量可以得到保持。
作为一种特殊的可还原水印技术的例子，已经提出了通过将各个编码的离散余弦变换(DCT)系数乘以因数二并且将水印嵌入在最低有效位内来将水印***到JPEG或MPEG位流中。这使得原始信号能够得到回复并且使得水印能够得到提取。不过，它不可避免地造成结果得到的位流的大小增大。具体来说，MPEG位流的增大的大小可能甚至超过所嵌入数据的大小。这是由于在MPEG中较大的等级用较长的码字编码而造成的。这样，嵌入1位有可能使MPEG流的大小增大例如3位。
诸如因特网之类的数据网络的发展和不断流行已经大大增加了在有或没有权利所有人的授权的前提下发布和拷贝内容制品的可能性。因此，权利所有人安全发布内容制品和控制对内容制品的访问变得越来越难。虽然加水印已经在跟踪和监控内容方面发挥了作用，但是控制的灵活性和可能性是相对有限的。例如，可能希望将相同内容制品的不同版本提交给不同范畴的用户。通过将不同的水印嵌入到与内容制品的不同版本对应的不同位流中，加水印可以实现这一愿望。不过，这需要产生不止一个位流，这样可能会增加编码处理以及发布的复杂程度。
因此，能够实现得到提高的性能和灵活性的经过改进的用于对位流进行编码的***应该是很有益处的，尤其是能够实现灵活性得到提高、使得对不同范畴的用户的用户化更加容易、位流大小得到减小、发布带宽要求得到减小、编码质量得到提高和/或加水印处理得到改善的编码***应该是很有益处的。
发明内容
因此，本发明优先探求单独地或者以任何组合方式减轻、缓解或消除上面提到的缺点之一或其中的多个。
按照本发明的第一个方面，给出了一种对输入信号的输入位流进行编码的方法，包括步骤：接收输入位流；从输入位流中提取非本质信息，以产生缩减位流；依照与位流中对非本质信息使用的编码规则不同的编码规则对非本质信息进行再编码，以产生再编码数据；和将再编码数据包含在与缩减位流相关的用户数据元素中。
非本质信息可以是能够在使得缩减位流符合输入信号的编码的同时从输入位流中除掉的信息。具体来说，缩减输入位流的格式可以与原始输入位流兼容。这个约束条件可以使得非兼容层(例如，不适于解读再编码数据的播放器)仍然能够呈现缩减位流。
非本质信息可以是依照适合具体应用的要求的任何适当的算法或标准选择出来的。这样，非本质信息可以具体地是导致缩减位流相对于输入位流仅有轻微质量降低的相对较低量的信息，或者可以是例如导致明显和高度可知觉质量降低的大量信息。用户数据元素是不是缩减位流的编码数据的一部分的数据部分、文件、位流或其它数据元素。
输入信号可以是诸如音频信号和/或视频信号之类的内容信号，并且输入位流具体可以包括依照适当编码标准编码的输入信号。再编码可以例如包括非本质信息(或其一部分)的无损再编码，从而再编码数据将会保持非本质信息的全部信息。这将会使得解码器能够准确再生非本质信息，在解码器中可以将再生的非本质信息与缩减位流组合起来以再生原样拷贝(除了因诸如传输误差之来的误差引入的差别)。再编码可以另外或额外包括非本质信息(或其一部分)的有损编码，从而非本质信息的某些信息可能丢失。不过，这样可以实现高效的再编码，得到明显的位流大小降低，同时仅仅造成非常小的并且可能感觉不到的质量降低。
处理的各个步骤可以循环进行。这样，缩减位流可以用作后续再编码的输入位流。
本发明可以实现输入信号编码灵活性的提高，并且具体可以实现内容信号编码的效率、灵活性和差异性的提高。具体来说，将再编码数据嵌入到用户数据元素中可以实现与不包括灵活且分等级编码的措施的编码标准的兼容。例如，本发明可以使得MPEG编码位流能够得以再编码成缩减位流和用户数据元素，它们合在一起具有比原始位流小的大小，它们仍然可以使得解码器准确再生原始位流。依靠非本质信息的再编码，本发明可以实现例如位流大小降低、在不增大位流大小的前提下嵌入水印和/或附加数据和/或取决于对再编码数据的使用权限对不同用户质量不同等。
按照本发明的特征，用户数据元素是缩减位流的用户数据部分。用户数据元素可以包括在用于非编码数据的缩减位流的数据部分中。例如，如果缩减位流是依照MPEG-2标准编码的，则用户数据元素可以是MPEG-2标准中规定的用户数据部分。
按照本发明的另一个特征，用户数据元素包括在单独的位流中。这一特征可以例如有助于再编码数据的发布。此外还可以实现更加复杂的发布方法，其中例如缩减位流是自由发布的，而用户数据元素仅仅发布给特定订户。由于再编码数据在典型情况下具有比缩减位流小得多的大小，因此这可以明显有助于发布并且会确保只有特定订户能够再生原始信号。
按照本发明的另一个特征，提取非本质信息的步骤包括从位流中除掉与非本质信息相对应的非本质数据。这一特征可以实现适当的实现方式并且可以具体给出提取非本质信息的简单而又高性能的处理。可以实现作为结果的位流大小降低。
按照本发明的另一个特征，提取非本质信息的步骤包括修改缩减位流的量化量级。这一特征可以实现适当的实现方式并且可以具体给出提取非本质信息的简单而又高性能的处理。
按照本发明的另一个特征，再编码的步骤包括压缩非本质信息。具体来说，可以将非本质信息再编码得需要比用于输入位流中非本质信息的表达的位更少的位。这可以使缩减位流和再编码数据的合成大小小于输入位流的位流大小。
按照本发明的另一个特征，非本质信息相当于与输入信号相关的不重要的数据值。不重要的数据值可以例如是数据值的最低有效位、较高频率的编码系数或者低值数据值。因此，不重要数据值可以是能够从输入位流中除掉而又仅仅对编码信号的知觉质量造成较小影响的值。该特征可以给出用于鉴别可以提取的适当非本质信息的标准。
按照本发明的另一个特征，该方法此外还包括响应于与输入信号相关的知觉模型确定非本质信息的步骤。这使得非本质信息的提取能够适合于对编码信号的知觉质量造成期望影响。这样，按照某些实施例，可以选择非本质信息来实现所期望的较高质量降低程度(例如除掉颜色信息)，而这一质量较低能够仅仅通过使用再编码数据来补救。在其它一些例子中，可以选择非本质信息来实现较低的知觉(或不能感觉到的)质量降低程度，比如在将水印嵌入到位流中时。
按照本发明的另一个特征，该方法此外还包括将指示包含在用户数据元素中存在再编码数据的用户数据元素中的步骤。这支持简单容易的实现和与此外还可以使用再编码数据的用户数据元素和缩减位流的接收器进行通信的可行方式。
按照本发明的另一个特征，该方法此外还包括将附加数据包含在用户数据元素中的步骤。这一特征可以使得附加信息能够得以传送给用户数据元素的接收机。附加数据可以与输入信号或缩减位流有关，但是并不局限于此，还可以例如与用户定购信息、版本信息、源信息等有关。因此，能够实现多种附加功能、增强和服务。由于再编码可以实现位流大小的降低，因此能够在不造成数据量增大的情况下包含附加数据，因此发布要求不会升高。
按照本发明的另一个特征，附加数据包括水印。这样，本发明可以实现将水印嵌入到位流中的方法，其中非本质信息的再编码较佳地补偿了所嵌入的附加数据，并且还方法较佳地使得原始位流能够得以精确地再生。这样，可以给出不会造成质量降低或位流大小增加地位流水印嵌入。
按照本发明的另一个特征，所要求保护的方法此外还包括对附加数据的至少一部分进行加密的步骤。这一特征可以实现对附加数据的使用权限受到限制并且因此可以使得与此相关的特征和功能能够受到控制和限制。
按照本发明的另一个特征，附加数据包括从由下列各项组成的组中选取的数据：废止数据；数字版权管理(DRM)信息数据；和检查和数据。这些数据元素能够实现对编码信号的发布和管理尤其有益的服务，并且尤其是能够实现或有助于用于诸如因特网之类的大网络中的内容信号的发布和使用控制的适当服务。
按照本发明的另一个特征，对非本质信息进行再编码的步骤包括加密。这可以使得对再编码数据的使用权限受到限制，从而在内容制品的使用权限的管理当中实现得到充分提高的灵活性和性能。例如，可以自由发布包括缩减位流和用户数据元素的单独一个位流。所有接收机可以仅基于缩减位流(预演)以降低的质量呈现编码内容制品。不过，全质量表达仅限于具有对再编码数据的使用权的接收机。具体来说，非本质信息的再编码可以包括或在于对从输入位流中提取的非本质数据值进行加密。因此可以通过具有合乎要求的(多个)解密密钥的单元仅仅将这些数据值重新***到缩减位流中。这样，对内容的使用可以简单地通过解密密钥地安全发布来加以控制。
最好，输入位流是输入信号的MPEG编码位流。具体来说，可以对视频输入信号和/或音频输入信号使用MPEG编码标准。
按照本发明的另一个特征，非本质信息相当于较高频率的变换系数。在典型情况下，MPEG编码的DCT的较高频率的系数包括比较低频率系数少的知觉信息。因此，与非本质信息的提取相关的质量降低程度可以得到减小。
按照本发明的另一个特征，提取的步骤包括提取位流的连串-量级对(run-level pair)。这支持适当、简单且高性能的实现方式。
按照本发明的另一个特征，至少某些连串-量级对是紧接在块结束指示之前的连串-量级对。这能够实现实施起来尤其适当和容易的实现方式。
按照本发明的另一个特征，对非本质对进行再编码的步骤包括使用与为MPEG规定的连串长度值与数据字的对应关系不同的连串长度值与数据字的对应关系对连串-量级对进行再编码。具体来说，可以使用连串长度值与数据字的对应关系，它尤其适合于所提取的连串对的特性。这样，可以实现这些连串长度对的更为有效的编码，造成总体数据减少。
按照本发明的另一个特征，缩减位流和输入位流都依照相同的编码标准。例如，输入位流和缩减位流二者可以都是MPEG编码位流。最好，非本质信息是通过除掉这样的数据值从MPEG编码位流中提取的：使得剩下的位流仍然是有效MPEG编码位流，尽管质量有所降低。
最好，再编码数据和缩减位流的组合数据速率等于或小于输入位流的数据速率。
按照本发明的第二个方面，给出了一种对与输入信号对应的输入位流进行解码的方法，包括步骤：接收输入位流，该输入位流包括与输入信号对应的缩减位流；接收包括与输入信号相关的编码数据的用户数据元素；从用户数据元素中提取编码数据；对编码数据进行再编码，以产生与缩减位流中的输入信号的编码相一致的增强数据；和通过对缩减位流和增强数据进行合成来产生输出位流。
按照本发明的第三个方面，给出了一种用于对输入信号的输入位流进行再编码的设备，该设备包括：用于接收输入位流的装置；用于从输入位流中提取非本质信息以产生缩减位流的装置；用于依照与位流中对非本质信息使用的编码规则不同的编码规则对非本质信息进行再编码以产生再编码数据的装置；和用于将再编码数据包含在与缩减位流相关的用户数据元素中的装置。
按照本发明的第四个方面，给出了一种用于对与输入信号对应的输入位流进行解码的设备，该设备包括：用于接收输入位流的装置，该输入位流包括与输入信号对应的缩减位流；用于接收包括与输入信号相关的编码数据的用户数据元素的装置；用于从用户数据元素中提取编码数据的装置；用于对编码数据进行再编码以产生与缩减位流中的输入信号的编码相一致的增强数据的装置；和用于通过对缩减位流和增强数据进行合成来产生输出位流的装置。
按照本发明的第五个方面，给出了一种位流，包括与内容信号的编码相应的缩减位流部分和用户数据部分，该用户数据部分包括以不同于缩减位流部分的编码格式的格式编码的输入信号所对应的编码数据。
从下文中介绍的(多个)实施例中，将会明显看出本发明的这些和其它方面、特征和优点，并且本发明的这些和其它方面、特征和优点是参照下文介绍的(多个)实施例加以解释说明的。
附图说明
将会参照附图仅仅以举例的方式介绍本发明的实施例，其中
附图1表示按照本发明的实施例的位流发布***的框图；
附图2表示用于按照MPEG-2编码标准的连串-量级对的可变长编码的表格的实例；和
附图3表示用于按照本发明的实施例的连串-量级对的编码的表格。
具体实施方式
下面的说明介绍将重点放在可应用于视频内容信号的MPEG-2编码位流的本发明的实施例上，但是应该意识到，本发明并不局限于这种应用，而是可以应用于很多其它的编码位流和信号。
附图1表示按照本发明的实施例的位流发布***100的框图。
位流发布***100包括与位流源103相连的再编码器101。位流源103通过对内容信号进行编码来产生位流，并且具体按照所介绍的实施例，位流源103通过对内容视频信号进行编码来产生MPEG-2编码位流。位流源103将编码位流馈送给再编码器101。将会意识到，按照其它一些实施例，位流源103可以包含在再编码器101中。此外还将意识到，位流源103可以是任何适当的用于将编码位流提供给再编码器101的装置并且并不需要包括自己进行编码的供能。例如，位流源103可以是与多个外部源相连的网络。
再编码器101与可以将来自再编码器101的输出位流发布给其它网络组成部分的网络105相连。具体来说，网络105可以是因特网。将会意识到，位流源103可以是网络105的一部分。
位流发布***100此外还包括也与网络105相连的解码器107。这样可以通过该网络将再编码器101的输出位流发布给解码器107。解码器107可以对所接收到的位流进行解码，以产生可以在适当显示器(未示出)上呈现给用户的视频信号。此外或另外，该解码器可以对所接收到的位流进行解码，以产生经过改造的位流。
再编码器101包括可进行从位流源103接收输入位流的操作的接收机109。具体来说，接收机109可以是网络接口。
接收机109与可进行从位流中提取非本质信息的操作的提取处理器111相连。具体来说，提取处理器111可以从位流中除掉编码信息，以致产生质量因除掉编码信息而降低的简化位流。将会意识到，可以使用任何适当的用于判定和提取非本质信息的方法、准则或算法。还将意识到，最好不除掉所有的非本质信息，而是仅仅除掉对于特定应用为了实现期望效果而需要的信息。
按照所介绍的实施例，非本质信息是通过从输入位流中除掉特定的非本质数据而提取的，并且尤其是这样除掉数据：使得结果得到的缩减位流仍然是原始信号的有效MPEG编码位流，尽管质量有所降低。因此，按照所介绍的实施例，将非本质信息看作是在使得结果得到的缩减位流仍然是原始信号的有效编码表达的同时可以除掉的信息。按照具体实施例，通过除掉非本质数据获得的缩减位流仍然是可以由标准MPEG-2解码器解码的有效MPEG-2编码位流。
提取处理器111与再编码处理器113相连，该在编码处理器113能够进行从提取处理器111接收所提取的非本质信息和对非本质信息进行再编码移产生再编码数据的操作。对非本质信息进行再编码所使用的编码规则与对输入位流中的这一信息进行编码所使用的编码规则不同。具体来说，对于所介绍的实施例，再编码可以与MPEG-2不兼容。
这样，非本质信息在再编码处理器113中的再编码并不局限于编码标准，而是可以将其选择成具体满足具体应用的期望和要求以及对非本质信息的具体特性最佳。例如，典型地将会把非本质信息选择成具有不同于输入流的剩余部分的特性。例如，非本质信息可能倾向于具有相对较低的数据值。这样，可以使再编码对低数据值的编码最佳。这可以实现表达非本质信息所需的位的数量减少。按照具体的实施例，非本质信息的再编码是无损的，即，可以由再编码数据精确再生非本质信息。
再编码器101此外还包括合成处理器115，该合成处理器115与提取处理器111和再编码处理器113相连。合成处理器115从提取处理器111接收缩减位流并且从再编码处理器113接收再编码数据。按照所介绍的实施例，合成处理器115能够进行将再编码数据包含在与缩减位流相关的用户数据元素中的操作。合成处理器115与网络105相连并且能够进行将用户数据元素和缩减位流发布给其它网络部件的操作。
用户数据元素和缩减位流的发布可以是组合发布，在这种情况下它们是一起发布的，或者可以是单独发布，在这种情况下例如缩减位流是自由发布的，而将用户数据元素仅仅发布给选定网络部件或用户。
按照具体介绍的实施例，对缩减位流和用户数据元素进行合成，以产生单独一个位流。具体来说，将再编码数据包含在MPEG-2编码缩减位流的用户数据部分中。这样，用户数据元素可以具体是缩减位流的用户数据部分。
将会意识到，非本质信息的提取和再编码考虑了增大灵活性，因为可以使非本质信息的再编码对非本质信息和具体应用最佳。因此，再编码并不受限于必须遵从输入位流的编码标准。例如，可以使再编码对造成更加有效的压缩和得到减小的合成位流大小最佳。同时，按照所介绍的实施例，合成位流是依照MPEG-2标准加以编码的，并且因此MPEG-2解码可以基于缩减位流由标准解码器进行。
而且，再编码数据使得解码器能够进行使用这一数据来提高缩减位流的信号质量的操作。附图1表示可以实现这一目的的解码器107的原理。
按照所介绍的实施例，解码器107通过网络105从再编码器101接收合成位流。因此，解码器107包括解码器接收机117，该解码器接收机117能够进行接收合成位流的操作，因此能够进行接收缩减位流和包括更多编码数据的用户数据元素二者的操作。将会意识到，按照其它一些实施例，缩减位流和用户数据元素可以是分开发布和接收的。
解码器接收机117与用户数据元素处理器119相连，所接收到的用户数据元素馈送给该用户数据元素处理器119。用户数据元素处理器119能够进行从用户数据元素中提取编码数据的操作。将会意识到，按照某些实施例，用户数据元素处理器119可以是解码器接收机117的一部分并且可以具体能够进行从合成流中提取用户数据元素和缩减位流的操作。具体来说，用户数据元素处理器119可以处理所接收到的遵从MPEG-2的位流和提取所有用户数据部分的数据。
用户数据元素处理器119与再编码单元121相连，该再编码单元121能够进行对编码数据进行再编码的操作，以产生与缩减位流中的输入信号的编码相适应的增强数据。按照所介绍的实施例，再编码单元121具体再生由再编码器101从编码数据中提取的非本质信息。这样，按照这种实施例，增强数据相当于从缩减位流中除掉的非本质信息。按照所介绍的实施例，其中再编码器101中的再编码处理器113的再编码是无损的，增强数据可以确切地相当于原始非本质信息。
解码器107此外还包括位流产生器123，该位流产生器123与解码器接收机117相连并且与再编码单元121相连。位流产生器123能够进行通过对缩减位流和增强数据进行合成来产生输出位流的操作。具体来说，按照所介绍的实施例，其中提取处理器111简单地从输入位流中除掉数据值，位流产生器123可以通过将增强数据***到缩减位流的适当位置上从而产生与位流源103的原始位流相当的输出位流来创建输出位流。将会意识到，在没有处理和通信错误的情况下，可以在解码器107处精确地产生原始位流。
解码器107因此可以产生经过改造的位流。按照某些实施例，解码器此外还可以再生编码视频信号并且将此呈现给用户。
附图1的位流发布***100因此可以给出一种可以更加灵活和有效地对输入位流进行编码的***。具体来说，这可以减小位流大小和/或使得额外的数据能够得以包含在位流中。该***此外还可以使得引入质量降低能够在适当的解码器中得到补偿，并且具体来说如果在再编码器中使用了无损编码，则原始位流可以得到精确再生。
该***此外还可以支持灵活且分等级的内容发布，其中在标准解码器中可以按照给定质量等级对位流加以解码，而在具有处理用户数据元素的再编码数据的能力和功能的解码器中可以按照较高质量等级对位流加以解码。这样，对于管理和控制对内容的使用而言，该***可以支持得到提高的灵活性和功能性。
在下文中将具体参照附图1的位流发布***100更加详细地介绍针对水印在MEPG-2位流中的可还原嵌入的具体实施例。
将会具体参照所谓的内帧中的DCT(离散余弦变换)系数的编码介绍该实施例，内帧是独立进行压缩的帧。
内帧的压缩包括将帧切割成8×8像素元素的块。二维DCT变换是对8×8块进行的，得到8×8DCT系数块。DCT系数包含关于输入块的水平和垂直空间频率的信息。与零水平和零垂直频率对应的系数称为DC系数。对于自然图像，典型地，这些系数的分布不是均匀的；变换的趋势是将能量集中到低频系数上。
DCT系数是使用选定量化电平加以量化的。对各个系数采用的量化程度受知觉变形影响的支配。在实践中，这意味着对高频系数的量化要比低频系数粗放。选定量化电平的信息是编码在MPEG位流中的。
然后将DCT系数编排成一维序列，即，将二维8×8DCT系数块映射成64个系数的一维阵列。具体来说，对MPEG的映射相当于通过8×8DCT系数块的之字型路径。这样，一维阵列一般来说具有按照二维空间频率的顺序排列的频率。量化DCT系数的映射开创了能量向低频系数的可能聚集。
然后使用可变长编码(VLC)对一维阵列的DCT系数进行熵编码。在这个步骤中，发生了实际的压缩。VLC使用固定表格将连串-量级对转换成特定的位序列。在附图2中示出了用于MPEG的表格的例子。这样，各个VLC码字代表后面有某一量级的非零系数的一连串零(即，在非零DCT系数之前的零值DCT系数的数量)。VLC编码承认较短的零连串可能多于较长的零连串，并且较小的系数可能多于较大的系数。为所出现的不同VLC代码分配不同长度的码字。
为了更加详细地解释说明可变长编码处理，考虑下面的DCT系数序列
    -7，6，5，0，0，0，-2，-1，0，1，0，...，0.
遵循VLC编码手段，这一序列得以映射为下面的连串-量级对：
(0，-7)，(0，6)，(0，5)，(3，-2)，(0，-1)，(1，1)，EOB
在这种记法中，对中的第一个数字代表第二数字的值之前的零的数量。最后一个零连串由块结束(EOB)指示代替。使用附图2的表格，将这些连串-量级对转换成位流。在该具体的例子中，将会把连串-量级转换成下列代码：
  0001001/0001010/111010/001001101/101/0100/0110/EOB.
按照具体实施例，提取处理器111将会接收到按照上述方式编码的MPEG位流。将能够提取出非本质信息，并且具体来说，将会从具有用于特定连串-量级对的码字的形式的编码位流中除掉数据。如前所述，高频DCT系数倾向于具有较低的幅值并且倾向于对信号的知觉质量具有相对较低的影响。按照当前的实施例，将较高频率的变换系数从所接收到的位流中除掉，具体来说是从位流中除掉块结束指示之前的最后一个连串-量级对所对应的码字。这样，在上面的具体例子中，将对应于连串-量级对(1，1)的码字0110从位流中除掉。因此，产生了缩减位流，该缩减位流具有比原始位流少的高频信息。不过，该位流的大小得到了减小并且质量下降一般来说相对较低。
应当注意到，在位流仍然是有效MPEG位流的前提下，可以除掉任何适当的连串量级对。不过，最好是除掉对应于高频的系数，因为这样会产生最小的知觉失真。
将所除掉的连串-量级对(在这个例子中是连串-量级对(1，1))馈送给再编码处理器113，在该处理器中，使用与附图2的MPEG-2标准VLC不同的编码手段对这些连串-量级对进行再编码。
具体来说，再编码可以使用与用于MPEG-2的连串-量级对与码字的对应关系不同的连串-量级对与码字的对应关系。例如，与高频对应的系数的特性和统计量不同于与所有系数相关的特性和统计量。例如，对各种不同视频序列进行的8×8块中的最后一个连串-量级对的实验评估证明，这些连串-量级对中有大约90％具有为1的量级和介于0与13之间的连串。这样，鉴于此，可以得出更加有效的连串-量级对与码字之间的对应关系。附图3表示适合于对连串-量级对进行再编码的连串-量级对编码用表格。附图2和3的比较结果表明，频繁出现的连串-量级对的数量可以由明显较少的几位代表。具体来说，附图3的所有连串-量级对是由四位代表的，而附图2的同样的连串-量级对却编码为多达八位的码字。因此，缩减位流与来自再编码处理器113的再编码数据合在一起将会具有一般来说小于原始位流的大小。而且，没有丢失信息，并且适当的解码器可以精确再生原始位流。
将会意识到，也可以对再编码使用其它的手段。例如，不使用用于VLC转换的固定表格，可以使用基于(多个)图像的统计结果的自适应表格。
按照具体实施例，由合成处理器115将再编码连串-量级对重新***到缩减位流中。具体来说，将再编码连串-量级对***到MPEG-2位流的用户数据部分中。因此，常规解码器将会忽略再编码连串-量级对并且基于缩减位流解码出信号。这样，仍然可以产生出信号，只是质量有所下降。不过，增强解码器能够进行从用户数据部分中提取再编码码字的操作。于是该解码器可以由再编码码字再生出连串-量级对并且从而依照MPEG-2标准(即，使用附图2的表格)对这些再编码码字进行再编码。结果得到的连串-量级对码字与提取处理器111除掉的那些码字是一样的，因此可以将它们***到缩减位流中以再生原始位流。这样，可以质量无损地实现位流大小降低。
再编码器101此外还能够进行将其它的数据包含在用户数据部分中的操作。具体来说，再编码器101可以将水印***到用户数据部分中。给出了可还原位流加水印***，该***可以将水印嵌入到位流中。在标准解码器中，水印的嵌入可能导致质量轻微降低，但是对于融合了上述手段的解码器，可以检测到水印并且可以精确地再生原始位流。而且，可以在不对位流的大小造成任何增大的前提下实现这一效果。
应当注意，非本质信息的提取并非必然要求除掉输入位流的特定数据。而是也可以例如借助通过修改所使用的编码参数而修改数据值来提取非本质信息。例如，可以改变某些或所有系数的量化量级。这样可以导致更为粗放的量化，从而导致非本质信息缺失，从而得到缩减位流。可以对与较为精细的量化量级相关的信息进行编码并且将其存储在用户数据元素中，以备解码器取用。
按照某些实施例，用户数据元素此外还可以包括在用户数据元素中存在再编码数据的指示。例如，可以设置简单的标记来表明包含有再编码数据。这样，解码器可以针对用户数据部分中是否存在这一标记来对所有输入位流进行检查。如果没有检测到标记，则继续进行标准解码的处理，如果检测到了标记，则继续进行产生增强数据合将其包含在位流中的处理。
将会意识到，可以使用任何适当的确定和选择非本质信息的方法。例如，可以响应于与输入信号相关的知觉模型来确定非本质信息。这样，可以将要除掉的非本质信息具体选择得能够实现对位流的可知觉质量造成期望的影响。
还将意识到，可以使用任何适当的对非本质信息进行再编码的方法或规则。例如，再编码可以是能够实现原始位流的精确和准确再生的无损再编码。不过，再编码也可以是会丢失信息的有损再编码。这可以支持高效编码并且可以造成位流大小的进一步降低。
此外还将意识到，所介绍的步骤可以根据情况适当进行循环。例如，在除掉和再编码了块结束指示之前的最后一个连串-量级对之后，可以对缩减位流进行同样的处理，从而提取和再编码缩减位流中块结束指示之前的最后一个连串-量级对。
按照某些实施例，非本质信息的再编码可以包括或在于代表非本质信息的数据的加密。这样，包括在用户数据元素中的再编码数据可以得到加密，并且因此仅可由有权使用解密密钥的用户或解码器对其进行访问。按照这些实施例，可以提取出非本质信息，来将位流质量降低到给定的质量水平。例如，提取处理器111可以进行从位流中提取出所有颜色信息的操作，从而得到仅包括黑白信号的缩减位流。可以对颜色信息进行加密并且将其包括在缩减位流的用户数据部分中。这样，从再编码器101接收到位流的解码器能够产生黑白信号。不过，只有在解码器包括利用用户数据元素的数据的功能并且具有所需的解密密钥的情况下，才能够产生完整的彩色信号。
这样能够对内容制品实现分级别的且完善的发布和权限控制。例如，可以在例如因特网熵自由发布包括缩减位流和加密再编码数据的位流。这样能够实现内容制品的低质量预演。有意的用户可以联系内容提供者，通过付费来获得适当的加密密钥。这样，可以通过加密和加密密钥的发布来控制对内容的使用权限，而不是通过控制内容制品本身的发布来控制使用权限。
将会意识到，可以使用任何适当的加密和解密算法。还将意识到，可以采用任何适当的解密密钥发布、控制或管理处理。
将会意识到，这些实施例中的再编码，最好但非必须，包括加密和数据压缩二者。具体来说，这样可以实现，在不增大位流大小的前提下，产生预演/全质量相结合的内容制品。
按照某些实施例，对包括在用户数据部分中的附加数据和再编码数据二者都进行加密。这样，只有具有合乎要求的解密密钥的兼容装置能够访问附加数据。附加数据具体来说可以包括下列各项中的一项或多项：
●废止信息。废止信息可以用于关闭泄漏了某些秘密(例如装置加密密钥)以致内容可以以相对容易的方式遭到拷贝的装置。当装置遭到废止时，就不能再呈现某些兼容内容。
●数字版权管理信息。这涉及到与进行与数据内容相关的行为的权利有关的信息。权利的例子是“播放一次”、“拷贝一次”、“永不拷贝”等。
●强健性检查和。这涉及到可以用于检验信号变换的操作正确与否的数据。
可以包含在内的附加数据的其它例子包括音频增强数据、音频编码信息(例如，OCS最佳立体声数据编码)、视频增强数据、支持从2D视频图像转换到3D视频图像的数据等。
因此这些实施例可以给出来自再编码器的位流向后兼容(即，可以使用旧型装置播放例如加水印的或加密的流)的优点。而且，可以采用加密方式确保用户数据元素中信息的安全。虽然，除掉这一数据可能是相对较容易的，但是总是要以降低质量为代价。这一质量降低的程度可以由生产者或内容提供者针对具体的应用来加以调节，即，信号质量是可以调整的。此外还有一个优点是，可以在不增大位流大小的情况下实现加密。
将会意识到，虽然上述说明把重点关注的是将用户数据元素包含在缩减位流中，但是也可以以任何适当方式存储和发布用户数据元素，包括以独立文件或位流的方式发布用户数据元素。
本发明可以以任何适当的形式实现，包括硬件、软件、固件或它们的组合。不过，最好，将本发明至少部分地实现为在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行的计算机软件。本发明的实施例的单元和组成部分可以以任何适当方式从物理、功能和逻辑角度实现。实际上，功能可以在单独一个单元、多个单元中实现或者实现为其它功能单元的一部分。同样，本发明可以实现在单独一个单元中或者从物理和功能角度上来说可以分布在不同的单元和处理器之间。
虽然是结合优选实施例对本发明加以介绍的，但是并非想要使本发明局限于本文提出的具体形式。而是，本发明的范围仅由所附权利要求限定。在权利要求中，措辞“包括”并不排除存在其它单元或步骤的可能。而且，虽然是独自列出的，但是多个装置、组件或方法步骤可以由例如单独一个单元或处理器。此外，虽然独立的特征可能包含不同的权利要求中，但是这些特征可能有益地组合起来，并且包含在不同的权利要求中并不意味着特征的组合不可行和/或没有优点。此外，单一的提到并不排除有多个的可能。因此提到“一”、“一个”、“第一”、“第二”等并不排除有多个的可能。

Claims (35)

1.一种对输入信号的输入位流进行编码的方法，包括步骤：
接收输入位流；
从输入位流中提取非本质信息，以产生缩减位流；
依照与位流中对非本质信息使用的编码规则不同的编码规则对非本质信息进行再编码，以产生再编码数据；和
将再编码数据包含在与缩减位流相关的用户数据元素中。
2.按照权利要求1所述的方法，其中用户数据元素是缩减位流的用户数据部分。
3.按照权利要求1所述的方法，其中用户数据元素包括在单独的位流中。
4.按照权利要求1所述的方法，其中提取非本质信息的步骤包括从位流中除掉与非本质信息相对应的非本质数据。
5.按照权利要求1所述的方法，其中提取非本质信息的步骤包括修改缩减位流的量化量级。
6.按照权利要求1所述的方法，其中再编码的步骤包括压缩非本质信息。
7.按照权利要求1所述的方法，其中非本质信息相当于与输入信号相关的不重要的数据值。
8.按照权利要求1所述的方法，此外还包括响应于与输入信号相关的知觉模型确定非本质信息的步骤。
9.按照权利要求1所述的方法，此外还包括将指示包含在用户数据元素中存在再编码数据的用户数据元素中的步骤。
10.按照权利要求1所述的方法，此外还包括将附加数据包含在用户数据元素中的步骤。
11.按照权利要求10所述的方法，其中附加数据包括水印。
12.按照权利要求10所述的方法，此外还包括对附加数据的至少一部分进行加密的步骤。
13.按照权利要求10所述的方法，其中附加数据包括从由下列各项组成的组中选取的数据：
a.废止数据；
b.数字版权管理信息数据；和
c.检查和数据。
14.按照权利要求1所述的方法，其中对非本质信息进行再编码的步骤包括加密。
15.按照权利要求1所述的方法，其中输入位流是输入信号的MPEG编码位流。
16.按照权利要求15所述的方法，其中非本质信息相当于较高频率的变换系数。
17.按照权利要求15所述的方法，其中提取的步骤包括提取位流的连串-量级对。
18.按照权利要求17所述的方法，其中至少一些连串-量级对是紧接在块结束指示之前的连串-量级对。
19.按照权利要求17所述的方法，其中对非本质对进行再编码的步骤包括使用与为MPEG规定的连串长度值与数据字的对应关系不同的连串长度值与数据字的对应关系对连串-量级对进行再编码。
20.按照权利要求1所述的方法，其中缩减位流和输入位流都依照相同的编码标准。
21.按照权利要求1所述的方法，其中再编码数据和缩减位流的组合数据速率等于或小于输入位流的数据速率。
22.一种能够执行权利要求1所述的方法的计算机程序。
23.一种包括权利要求22所述的计算机程序的记录载体。
24.一种对输入信号的输入位流进行解码的方法，包括步骤：
接收输入位流，该输入位流包括输入信号的缩减位流；
接收包括与输入信号相关的编码数据的用户数据元素；
从用户数据元素中提取编码数据；
对编码数据进行再编码，以产生与缩减位流中的输入信号的编码相一致的增强数据；和
通过对缩减位流和增强数据进行组合来产生输出位流。
25.按照权利要求24所述的方法，其中用户段的编码数据是以与缩减位流的编码格式不一致的格式加以编码的。
26.按照权利要求24所述的方法，其中对编码数据进行加密并且再编码的步骤包括对编码数据进行解密。
27.按照权利要求24所述的方法，其中输入位流包括输入信号的MPEG编码。
28.按照权利要求24所述的方法，此外还包括从用户数据元素中提取附加数据的步骤。
29.按照权利要求24所述的方法，其中附加数据是水印。
30.按照权利要求24所述的方法，其中用户数据元素是输入位流的用户数据部分。
31.一种能够执行权利要求24所述的方法的计算机程序。
32.一种包括权利要求28所述的计算机程序的记录载体。
33.一种用于对输入信号的输入位流进行编码的设备(101)，该设备(101)包括：
用于接收输入位流的装置(109)；
用于从位流中提取非本质信息以产生缩减位流的装置(111)；
用于依照与位流中对非本质信息使用的编码规则不同的编码规则对非本质信息进行再编码以产生再编码数据的装置(113)；和
用于将再编码数据包含在与缩减位流相关的用户数据元素中的装置(115)。
34.一种用于对输入信号的输入位流进行解码的设备(107)，该设备(107)包括：
用于接收输入位流的装置(117)，该输入位流包括与输入信号对应的缩减位流；
用于接收包括输入信号的编码数据的用户数据元素的装置(117)；
用于从用户数据元素中提取编码数据的装置(119)；
用于对编码数据进行再编码以产生与缩减位流中的输入信号的编码相一致的增强数据的装置(121)；和
用于通过对缩减位流和增强数据进行组合来产生输出位流的装置(123)。
35.一种位流，包括与内容信号的编码相对应的缩减位流部分和用户数据部分，该用户数据部分包括以与缩减位流部分的编码格式不同的格式编码的输入信号的编码数据。
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