專利名稱：動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于數(shù)據(jù)壓縮的領(lǐng)域，特別是指一種適用于視訊編碼系統(tǒng)執(zhí)行位元率控制的方法及裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，電子通訊世界正經(jīng)歷一次數(shù)字革命，以數(shù)字表示信息的主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠幾近無誤地儲(chǔ)存、再生、傳收、處理及運(yùn)用的數(shù)據(jù)比特流(bitstream)。舉例而言，NTSC的彩色視訊影像每秒有29.97張畫面，每張畫面約480條可見掃瞄線，每條掃瞄線約需480點(diǎn)以紅、綠、藍(lán)三色呈現(xiàn)的像素(pixel)，但若每種色彩成分以8位編碼，則所產(chǎn)生的位元率(bitrate)每秒約168兆位(Mbits/s)，故各種視訊格式其未經(jīng)壓縮處理的位元率是非常高而不經(jīng)濟(jì)，因此不適于多數(shù)的應(yīng)用。
與計(jì)算機(jī)、電信網(wǎng)絡(luò)、消費(fèi)性產(chǎn)品整合的數(shù)字音訊和視訊，更加刺激信息革命的前進(jìn)，而這革命的核心則是視、音訊的數(shù)字壓縮技術(shù)。許多的壓縮標(biāo)準(zhǔn)，包含以壓縮技術(shù)共通的精髓為基礎(chǔ)的算法，如ITU-T(前身是CCITT)建議書H.261和H.263，以及ISO/IEC的MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)。MPEG的算法是由動(dòng)態(tài)影像專家群組(Moving Picture Experts Group，MPEG)所發(fā)展出來，該動(dòng)態(tài)影像專家群組是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織(InternationalStandards Organization，ISO)及國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì)(InternationalElectrotechnical Commission，IEC)的聯(lián)合技術(shù)委員會(huì)，致力于發(fā)展視、音訊的壓縮及多路傳輸?shù)谋憩F(xiàn)方式，這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了壓縮比特流的語法(syntax)以及譯碼的方法，但對(duì)于編碼器所使用的算法而言，卻為編碼的新穎性與多樣性保留了相當(dāng)多的自由度。
根據(jù)MPEG，一連串的視訊畫面(picture)分成一序列的畫面群組(groupof picture，GOP)，其中每組GOP以I-畫面開始，后面跟著P-畫面和B-畫面的安排，圖1以顯示的順序說明一組典型的GOP。I-畫面的編碼毋須參考先前或?qū)淼漠嬅?，P-畫面則參考連串的視訊畫面中在時(shí)間上最接近的I-畫面或P-畫面來進(jìn)行編碼，而B-畫面散布于I-畫面和P-畫面之間。并且利用先前的、將來的或兩者兼具的緊鄰I-畫面和P-畫面來編碼。雖然好幾張B-畫面可以緊接著連續(xù)出現(xiàn)，但絕不能以B-畫面預(yù)估其它的畫面。
每張畫面具有三種成分亮度值(luminance，以Y表示)，紅色差值(redcolor difference，以Cr表示)，以及藍(lán)色差值(blue color difference，以Cb表示)。對(duì)于MPEG的4∶2∶0的格式而言，每一種Cr和Cb成分的取樣點(diǎn)在水平與垂直方向只有Y成分的一半。如圖2所示，一張MPEG的畫面其基本構(gòu)成方塊是大區(qū)塊(macroblock，以MB表示)。以4∶2∶0的視訊為例，每個(gè)MB包含一個(gè)Y成分16×16取樣點(diǎn)的數(shù)組，以及兩個(gè)Cr和Cb成分8×8取樣點(diǎn)的區(qū)塊，其中Y成分16×16取樣點(diǎn)的數(shù)組實(shí)際上由4個(gè)8×8取樣點(diǎn)的區(qū)塊所組成。
編碼器的作用在于決定何種畫面編碼型態(tài)以及何種預(yù)測(cè)模式為最佳。對(duì)每張I-畫面，MB中的每個(gè)8×8方塊均經(jīng)過離散余弦轉(zhuǎn)換(discrete cosinetransform，DCT)而形成8×8轉(zhuǎn)換系數(shù)數(shù)組，轉(zhuǎn)換系數(shù)接著以一量化矩陣進(jìn)行量化，然后用Z字形(zig-zag)掃瞄DCT系數(shù)的量化結(jié)果而得到一連串的DCT系數(shù)，并且此DCT系數(shù)序列以可變長(zhǎng)度碼(variable length code，VLC)進(jìn)行編碼。P-畫面必須決定將每個(gè)MB以I型MB或P型MB進(jìn)行編碼，I型MB的編碼是以上述的方式為之，而對(duì)于每個(gè)P型MB，則需得到該MB以先前畫面所做的預(yù)測(cè)，此預(yù)測(cè)是借由一種移動(dòng)向量(motion vector)獲得，移動(dòng)向量象征著目前畫面中即將編碼的MB及其在先前畫面中的預(yù)估MB之間的變動(dòng)，預(yù)估MB與目前MB間的預(yù)測(cè)誤差則以DCT、量化、Z字形掃瞄以及VLC進(jìn)行編碼。
處理B-畫面時(shí)，必須決定以下列何種MB模式來編碼每個(gè)MBI模式、F模式、B模式以及FB模式。I模式是以MB本身而不借助移動(dòng)補(bǔ)償來編碼(如I型MB一般)；F模式為單向的向前預(yù)測(cè)編碼，是以先前畫面得到移動(dòng)補(bǔ)償?shù)念A(yù)估(如P型MB一般)；反之，B模式為單向的向后預(yù)測(cè)編碼，是以后來的畫面得到移動(dòng)補(bǔ)償?shù)念A(yù)估。特別的是FB模式，其是雙向的預(yù)測(cè)編碼，運(yùn)用向前的和向后的移動(dòng)補(bǔ)償預(yù)估兩者來做內(nèi)插(interpolation)而得到FB模式的移動(dòng)補(bǔ)償預(yù)估。對(duì)F、B和FB模式而言，預(yù)測(cè)誤差可以使用DCT、量化、Z字形掃瞄以及VLC進(jìn)行編碼。
編碼器需要為整張畫面選取量化位階以便在給定的位元率下控制可見的失真，然而直到實(shí)際編碼后，以選擇的量化位階編碼一張畫面所用的實(shí)際位數(shù)才會(huì)得知，現(xiàn)實(shí)中并不存在一個(gè)逆轉(zhuǎn)函數(shù)，能夠在給定希望達(dá)到的量化位階下，決定一張畫面所用的實(shí)際位數(shù)，因此，視訊編碼器很重要的一點(diǎn)即為位元率的控制。位元率控制的主要目的是很有智能地分配編碼每張畫面及其中每個(gè)MB所用的位數(shù)，使編碼過的視訊于譯碼器進(jìn)行譯碼時(shí)，能盡可能的提高編碼視訊的視覺品質(zhì)。不過，傳統(tǒng)的位元率控制方法卻相當(dāng)復(fù)雜，通常需進(jìn)行好幾次才能完成視訊編碼的處理。
有鑒于此，亟需一種新穎的位元率控制技術(shù)，可用于單次、實(shí)時(shí)的視訊編碼器，再者，亦期待一種適用動(dòng)態(tài)影像視訊壓縮的圖幀層級(jí)(frame-level)的位元率控制方法及裝置。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，每一張畫面其目標(biāo)位的分配，是基于先前畫面的編碼結(jié)果和對(duì)即將被編碼的目前畫面其預(yù)先分析的活動(dòng)量，再者，借由目前畫面的預(yù)先分析的活動(dòng)量以及先前編碼畫面的實(shí)際復(fù)雜度，能夠估計(jì)目前畫面的復(fù)雜度。由于畫面復(fù)雜度的量測(cè)包含了編碼后的品質(zhì)信息，這種預(yù)估的目前畫面復(fù)雜度對(duì)視訊編碼器是非常有用的，可以更精確地分配目標(biāo)位額度給每張畫面，而能達(dá)到不同畫面間更平均的視覺品質(zhì)。
本發(fā)明是針對(duì)一種動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的方法，首先為一即將被編碼的目前畫面來計(jì)算其全活動(dòng)量，其中該目前畫面是在一視訊序列的一組連續(xù)畫面之中；接著基于目前畫面的全活動(dòng)量以及這組連續(xù)畫面中同型態(tài)的先前編碼畫面其活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比，估計(jì)目前畫面的復(fù)雜度，并且以目前畫面預(yù)估的復(fù)雜度更新本組連續(xù)畫面的瞬間復(fù)雜度；目前畫面的目標(biāo)位額度的分配，是依預(yù)估的復(fù)雜度以及瞬間復(fù)雜度而定；故基于目標(biāo)位額度，對(duì)視訊序列中的目前畫面進(jìn)行編碼。在目前畫面編碼之后，根據(jù)目前畫面的全活動(dòng)量、目前畫面的實(shí)際消耗位數(shù)和目前畫面的平均量化位階，計(jì)算目前畫面其活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比，就這點(diǎn)而言，目前畫面的活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比與目前畫面的全活動(dòng)量成正比，而與目前畫面的實(shí)際消耗位數(shù)以及平均量化位階成反比。
另一方面，本發(fā)明還揭露一種動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的裝置，包括一移動(dòng)估算單元、一復(fù)雜度估計(jì)器、一配額分派器以及一參數(shù)更新器。移動(dòng)估算單元接收視訊序列里的一組連續(xù)畫面中即將被編碼的目前畫面，用來在執(zhí)行移動(dòng)估算的區(qū)塊匹配時(shí)，計(jì)算此目前畫面的全活動(dòng)量?；谀壳爱嬅娴娜顒?dòng)量以及這組連續(xù)畫面中同型態(tài)的先前編碼畫面其活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比，復(fù)雜度估計(jì)器可因此用來估計(jì)目前畫面的復(fù)雜度。以目前畫面預(yù)估的復(fù)雜度，配額分派器更新本組連續(xù)畫面的瞬間復(fù)雜度，且根據(jù)預(yù)估的復(fù)雜度以及瞬間復(fù)雜度，分配目標(biāo)位額度給目前畫面。參數(shù)更新器以目前畫面的全活動(dòng)量、目前畫面的實(shí)際消耗位數(shù)和目前畫面的平均量化位階為基礎(chǔ)，計(jì)算目前畫面其活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比。


圖1是以顯示的順序呈現(xiàn)典型的畫面群組(GOP)；
圖2是MPEG的大區(qū)塊；圖3是本發(fā)明較佳實(shí)施例的位元率控制裝置的方塊示意圖；圖4是本發(fā)明的操作流程圖。
圖號(hào)說明300-動(dòng)態(tài)影像視訊編碼器310-移動(dòng)估算單元312-訊號(hào)線320-復(fù)雜度估計(jì)器330-配額分派器340-參數(shù)更新器350-影像編碼器P(i)-畫面A(i)-全活動(dòng)量Cest(i)-預(yù)估復(fù)雜度ACR(i)-活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比EB-超用位量TB(i)-目標(biāo)位額度AQ(i)-平均量化位階UB(i)-實(shí)際消耗位數(shù)CD-編碼后的數(shù)據(jù)具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉一較佳實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說明如下一開始，預(yù)測(cè)用的I-畫面和P-畫面必須先在MPEG編碼器內(nèi)譯碼，利用計(jì)算原始畫面及譯碼的畫面間的均方根(root mean square)誤差，可以得到譯碼畫面其品質(zhì)的客觀量度。以均方根誤差作為譯碼畫面的失真度，則譯碼畫面的復(fù)雜度(complex)-C定義如下C＝r×d其中，r是編碼該畫面所需的位元率，d是譯碼的畫面的失真度。理論上，平均的量化位階(quantization step size)和失真度之間為一比例關(guān)系，故，畫面的復(fù)雜度可定義成C≈r×q2]]>其中，q是該畫面的平均量化位階。在畫面編碼之后，將可得知位元率(實(shí)際消耗位數(shù))以及平均量化位階，而該畫面的復(fù)雜度亦因此獲得。
畫面的復(fù)雜度視畫面的本質(zhì)及其編碼的形式而定。先前技術(shù)利用最近編碼畫面的復(fù)雜度來表示目前畫面的復(fù)雜度，并且為I-、P-及B-畫面分別保持其復(fù)雜度以減輕不同編碼形式的影響，倘若視訊序列的畫面其內(nèi)容為平順的變化，則此方式可達(dá)到相當(dāng)不錯(cuò)的效果。然而，由于畫面編碼的目標(biāo)位配額與其實(shí)際消耗位數(shù)之間不相符合，如果視訊序列的內(nèi)容大幅變動(dòng)，上述方式并不適合用來達(dá)成一致的視覺品質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明，預(yù)先分析目前畫面的活動(dòng)量(activity)以及先前編碼畫面的實(shí)際復(fù)雜度之間的關(guān)系，目前畫面的復(fù)雜度將能借此預(yù)估?；顒?dòng)量是一種在畫面編碼后其位元率和品質(zhì)的量度嘗試，假設(shè)一整張畫面的全活動(dòng)量A正比于復(fù)雜度C，則A=k×C≈k2×r×q=k′×r×q]]>其中，K是比例常數(shù)。若K′為活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比(activity-to-complexity ratio，ACR)，則全活動(dòng)量A還可以下列式子表示A＝ACR×r×q
根據(jù)本發(fā)明，可以從相同型態(tài)的先前編碼畫面來預(yù)估ACR。觀念上，先在編碼一張畫面前計(jì)算其全活動(dòng)量A，然后，即將被編碼的畫面P(i)的復(fù)雜度Cest(i)以如下方式估算Cest(i)=A(i)ACR(i)]]>其中，A(i)是畫面P(i)的全活動(dòng)量，ACR(i-1)是同型態(tài)的先前編碼畫面的活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比。以下，在符號(hào)或變量中的上標(biāo)(i)表示該符號(hào)或變量是與即將被編碼的目前畫面有關(guān)；同理，在符號(hào)或變量中的上標(biāo)(i-1)則與先前編碼畫面相關(guān)。
估計(jì)的復(fù)雜度Cest(i)可用來為合適型態(tài)的畫面更新其復(fù)雜度，所以三種型態(tài)的畫面其復(fù)雜度CI、CP和CB將分別儲(chǔ)存以利后續(xù)的處理。一組連續(xù)畫面的瞬間復(fù)雜度(instantaneous complexity)亦以如下方式更新INST_C＝NI×CI+NP×CP+NB×CB其中，NI、NP和NB分別是該組連續(xù)畫面中I-、P-及B-畫面的數(shù)目，而且此處所指的一組連續(xù)畫面至少包含一組GOP。一旦瞬間復(fù)雜度INST_C已經(jīng)決定，則目前畫面P(i)的目標(biāo)位額度TB(i)為TB(i)=Cest(i)INST_C×Reff]]>其中，Reff是一組連續(xù)畫面的有效位用量。由上式可知，目標(biāo)位額度TB(i)是與復(fù)雜度Cest(i)成正比，而與瞬間復(fù)雜度INST_C成反比。
所有的MPEG-2數(shù)據(jù)比特流均必須遵循MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的視訊緩沖器檢驗(yàn)者(Video Buffer Verifier，VBV)規(guī)則，分配的目標(biāo)額度必須受限以使VBV緩沖器不會(huì)滿溢(overflow)或匱乏(underflow)。當(dāng)目前畫面的目標(biāo)位額度決定好時(shí)，便可利用許多不同型態(tài)的影像編碼器，像是MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)描述的測(cè)試原型5(Test Model 5)，根據(jù)目標(biāo)位額度來完成畫面的壓縮。
目前畫面在完成編碼之后，其實(shí)際的復(fù)雜度將可得知，而目前畫面的全活動(dòng)量和實(shí)際復(fù)雜度之間的關(guān)系，ACR(i)可從以下計(jì)算得到ACR(i)=A(i)AQ(i)×UB(i)]]>其中，ACR(i)與全活動(dòng)量A(i)成正比，而與目前畫面的實(shí)際消耗位數(shù)UB(i)以及平均量化位階AQ(i)成反比。此ACR(i)可拿來預(yù)估同型態(tài)的下張畫面的復(fù)雜度。ACR(i)可以和ACR(i-1)做線性結(jié)合來避免受到那些富含噪聲畫面的影響。
本發(fā)明的單次(single-pass)視訊編碼可借由圖3的較佳實(shí)施例并配合圖4的操作流程圖來解釋。如圖3所示，動(dòng)態(tài)影像視訊編碼器300包括一移動(dòng)估算單元310、一復(fù)雜度估計(jì)器320、一配額分派器330、一參數(shù)更新器340以及一影像編碼器350。移動(dòng)估算單元310接收視訊序列里的一組連續(xù)畫面中即將被編碼的目前畫面P(i)，用來在執(zhí)行移動(dòng)估算的區(qū)塊匹配時(shí)，計(jì)算此目前畫面P(i)的全活動(dòng)量A(i)(步驟S410)。基于全活動(dòng)量A(i)以及這組連續(xù)畫面中同型態(tài)的先前編碼畫面其ACR(i-1)，復(fù)雜度估計(jì)器320可用來估計(jì)目前畫面的復(fù)雜度Cest(i)(步驟S420)。配額分派器330以預(yù)估的復(fù)雜度Cest(i)更新本組連續(xù)畫面其瞬間復(fù)雜度INST_C(步驟S430)，并且根據(jù)Cest(i)以及INST_C分配目標(biāo)位額度TB(i)給目前畫面P(i)(步驟S440)。影像編碼器350依照目標(biāo)位額度TB(i)而決定目前畫面P(i)所使用的量化位階，這些量化位階是作為目前畫面P(i)中的每一空間區(qū)域編碼之用，以MPEG而言，此空間區(qū)域是指大區(qū)塊；根據(jù)以TB(i)所決定的這些量化位階，影像編碼器350編碼目前畫面P(i)(步驟S450)，且回報(bào)實(shí)際消耗位數(shù)UB(i)以及平均量化位階AQ(i)給參數(shù)更新器340。以全活動(dòng)量A(i)、實(shí)際消耗位數(shù)UB(i)和平均量化位階AQ(i)為基礎(chǔ)，參數(shù)更新器340為目前畫面P(i)計(jì)算其活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比ACR(i)(步驟S460)。
在等效上，圖3的較佳實(shí)施例可考量以硬件以及/或是軟件來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，移動(dòng)估算單元310和圖3中的其它組件可以管線(pipeline)模式運(yùn)作，在復(fù)雜度估計(jì)器320開始計(jì)算目前畫面的復(fù)雜度之前，移動(dòng)估算單元310必須先完成即將被編碼的目前畫面其全活動(dòng)量的計(jì)算以及移動(dòng)向量的估算，并且，當(dāng)移動(dòng)估算單元310為下張畫面作準(zhǔn)備時(shí)，復(fù)雜度估計(jì)器320和其它組件仍正忙于完成所有與目前畫面相關(guān)的運(yùn)作。接下來將詳細(xì)地描述較佳實(shí)施例中的每個(gè)組件。
移動(dòng)估算單元310的主要目的之一為決定用何種預(yù)測(cè)模式來編碼一張畫面里的每個(gè)MB，如果必要的話，亦進(jìn)行向前和向后的移動(dòng)預(yù)測(cè)，還可從區(qū)塊匹配運(yùn)算中提取畫面活動(dòng)量的信息。首先，計(jì)算每個(gè)MB的自身活動(dòng)量(intra-activity)，將一個(gè)MB中4個(gè)8×8亮度值區(qū)塊的像素強(qiáng)度以Ym，n，m＝0，...，7，n＝0，...，7來表示，并且每個(gè)8×8區(qū)塊其平均值為Y，則每個(gè)MB的內(nèi)活動(dòng)量IntraActIntraAct=Σk=03σk]]>其中σk=Σm=07Σn=07(Ym,nY‾)2]]>倘若需要較低的計(jì)算復(fù)雜度，可以相對(duì)Y的絕對(duì)差值代替IntraAct=Σk=03Δk]]>其中Δk=Σm=07Σn=07|Ym,n-Y‾|]]>由于I-畫面中的MB僅有一種模式I模式，因此IntraAct即為I-畫面的每個(gè)MB的活動(dòng)量。
如果畫面為P-或B-畫面，則需進(jìn)行移動(dòng)估算。最常使用來發(fā)現(xiàn)最佳移動(dòng)向量的技術(shù)是區(qū)塊匹配。對(duì)非自身編碼(nonintra coding)而言(如P-和B-畫面)，利用將失真標(biāo)準(zhǔn)如變異數(shù)或失真絕對(duì)值和減至最低，來選擇向前、向后、雙向的預(yù)測(cè)或不需移動(dòng)補(bǔ)償。一旦P-或B-畫面中每個(gè)MB的MB模式?jīng)Q定，在每個(gè)移動(dòng)補(bǔ)償?shù)牟钪礛B中4個(gè)8×8區(qū)塊的變異數(shù)亦可求得，移動(dòng)補(bǔ)償?shù)牟钪礛B是待處理MB和預(yù)估MB間像素對(duì)像素之差；失真絕對(duì)值和通常具有較佳的計(jì)算效率，因此可用來取代變異數(shù)。將4個(gè)8×8區(qū)塊的變異數(shù)或失真絕對(duì)值和相加以求得非內(nèi)編碼畫面中每個(gè)MB的相互活動(dòng)量(inter-activity)，InterAct，然后把非內(nèi)編碼畫面中每個(gè)MB的IntraAct及其InterAct拿來作比較，以判斷InterAct是否較小，若是，則以InterAct作為該MB的活動(dòng)量，并以相互模式(inter-mode)編碼該MB；否則以IntraAct作為該MB的活動(dòng)量，并以自身模式(intra-mode)編碼該MB。最后，對(duì)目前的I-、P-或B-畫面，將所有MB的活動(dòng)量相加而得全活動(dòng)量A(i)，移動(dòng)估算單元310再把全活動(dòng)量A(i)傳送給復(fù)雜度估計(jì)器320及參數(shù)更新器340。
接著，復(fù)雜度估計(jì)器320為某型態(tài)的目前畫面P(i)估算其復(fù)雜度，且依照三種畫面型態(tài)，引進(jìn)加權(quán)系數(shù)至預(yù)估的復(fù)雜度Cest(i)。因?yàn)榻^不能以B-畫面預(yù)估其它的畫面，故可減少B-畫面的加權(quán)系數(shù)以分配較少的位給B-畫面而保留較多的位給I-和P-畫面；一般而言，編碼I-畫面會(huì)產(chǎn)生最多的位，因此P-畫面的加權(quán)系數(shù)又小于I-畫面的加權(quán)系數(shù)。復(fù)雜度估計(jì)器320根據(jù)目前畫面的型態(tài)更新復(fù)雜度CI、CP或CB三者其中之一，目前畫面P(i)的復(fù)雜度Cest(i)以如下方式估算if(I-畫面)Cest(i)=CI=KI×A(i)ACRI(i-1)]]>else if(P-畫面)
Cest(i)=CP=KP×A(i)ACRp(i-1)]]>else if(B-畫面)Cest(i)=CB=KB×A(i)ACRB(i-1)]]>其中，ACRI(i-1)、ACRP(i-1)及ACRB(i-1)是一組連續(xù)畫面中，I、P和B型態(tài)的先前編碼畫面各自的活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比。這些ACRI(i-1)、ACRP(i-1)和ACRB(i-1)存放在參數(shù)更新器340之中，而復(fù)雜度估計(jì)器320會(huì)為適當(dāng)型態(tài)的先前畫面讀取對(duì)應(yīng)的活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比。KI、KP及KB分別是I-、P-和B-畫面的加權(quán)系數(shù)，其范圍一般是在0到1.0之間。至于I-畫面，較佳實(shí)施例可以采用KI＝1.0。
當(dāng)收到Cest(i)的時(shí)候，配額分派器330為該組連續(xù)畫面更新其瞬間復(fù)雜度INST_C且分配目標(biāo)位額度TB(i)給目前畫面P(i)，瞬間復(fù)雜度INST_C的更新如下INST_C＝NI×CI+NP×CP+NB×CB其中，NI、NP和NB分別是本組連續(xù)畫面中I-、P-及B-畫面的數(shù)目。
再者，目前畫面P(i)的目標(biāo)位額度TB(i)為TB(i)=Cest(i)INST_C×nf×R]]>其中，n是本組連續(xù)畫面的畫面數(shù)，f是每秒畫面數(shù)，即圖幀率(framerate)，R則是每組連續(xù)畫面的期望平均位元率。然而，實(shí)際的消耗位數(shù)并不會(huì)和期望的位額度剛好相等，因此發(fā)展一種回授策略來使畫面實(shí)際消耗的位數(shù)接近于目標(biāo)位額度，在較佳實(shí)施例中，編碼至目前為止的超用位量，可由正在編碼的目前畫面攤還一部份TB(i)＝TB(i)-AR×EB
其中，EB是參數(shù)更新器340傳來的超用位量，AR則是既定的攤還率，其范圍一般是在0.05到0.2之間。配額分派器330須調(diào)整目標(biāo)位額度TB(i)以符合VBV規(guī)范，所以還定下額度的上限(U_bound)及下限(L_bound)。就固定位元率(constant bitrate，CBR)的操作而言，分配給一張畫面的目標(biāo)位額度須使VBV緩沖器不會(huì)滿溢或匱乏，因此目標(biāo)位額度TB(i)限制在上、下限范圍內(nèi)if(TB(i)＞U_bound)then TB(i)＝U_boundif(TB(i)＜L_bound)then TB(i)＝L_bound若是可變位元率(variable bitrate，VBR)的操作，則只要防止VBV匱乏即可，故if(TB(i)＞U_bound)then TB(i)＝U_bound然后，目標(biāo)位額度TB(i)會(huì)被傳送到參數(shù)更新器340以及影像編碼器350。
影像編碼器350透過訊號(hào)線312從移動(dòng)估算單元310接收畫面數(shù)據(jù)以及每個(gè)MB的移動(dòng)向量和MB模式。為了盡可能的使畫面達(dá)到最佳品質(zhì)，影像編碼器350依據(jù)目標(biāo)位額度TB(i)來決定編碼目前畫面的每個(gè)MB所用的量化位階，以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，影像編碼器350開始對(duì)目前畫面P(i)進(jìn)行編碼且輸出編碼后的數(shù)據(jù)CD。在目前畫面P(i)編碼之后，影像編碼器350將量化位階做平均并且計(jì)算實(shí)際消耗位數(shù)UB(i)，再回報(bào)目前畫面的UB(i)以及平均量化位階AQ(i)給參數(shù)更新器340。
畫面P(i)的目標(biāo)位額度TB(i)以及實(shí)際消耗位數(shù)UB(i)間的差距，會(huì)由參數(shù)更新器340做累計(jì)以便在畫面P(i)編碼之后得到超用位量EBEB＝EB×(1-AR)+UB(i)-TB(i)其中，AR是既定的攤還率。因此，活動(dòng)量和實(shí)際復(fù)雜度之間的關(guān)系，ACR(i)，可從以下計(jì)算得到
ACR(i)=A(i)AQ(i)×UB(i)]]>此ACR(i)可用來預(yù)估同型態(tài)的下張畫面的復(fù)雜度。為使ACR(i)不會(huì)受到富含噪聲畫面的影響，較佳實(shí)施例利用了ACR(i)和ACR(i-1)的線性組合，例如if(I-畫面)ACRI(i)=ACRI(i-1)×(1-CW)+ACR(i)×CW]]>else if(P-畫面)ACRP(i)=ACRP(i-1)×(1-CW)+ACR(i)×CW]]>else if(B-畫面)ACRB(i)=ACRB(i-1)×(1-CW)+ACR(i)×CW]]>其中，CW是線性組合既定的加權(quán)系數(shù)。更新過的ACRI(i)、ACRP(i)及ACRB(i)會(huì)被傳送到復(fù)雜度估計(jì)器320來為下一張適當(dāng)型態(tài)的畫面做估算，此外，超用位量EB則送至配額分派器330作為位分配之用。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的方法，其特征在于所述方法至少包含下列步驟為一即將被編碼的目前畫面而計(jì)算一全活動(dòng)量，該目前畫面在一視訊序列的一組連續(xù)畫面之中；基于該目前畫面的該全活動(dòng)量以及該組連續(xù)畫面中同型態(tài)的一先前編碼畫面其活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比，估計(jì)該目前畫面的一復(fù)雜度；以該目前畫面預(yù)估的該復(fù)雜度更新該組連續(xù)畫面的一瞬間復(fù)雜度；依據(jù)該估計(jì)復(fù)雜度以及該瞬間復(fù)雜度，分配一目標(biāo)位額度給該目前畫面；基于該目標(biāo)位額度，對(duì)該視訊序列中的該目前畫面進(jìn)行編碼；在編碼該目前畫面之后，根據(jù)該目前畫面的該全活動(dòng)量、該目前畫面的實(shí)際消耗位數(shù)和該目前畫面的平均量化位階，計(jì)算該目前畫面其活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比；其中，該目前畫面的該活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比與該目前畫面的該全活動(dòng)量成正比，而與該目前畫面的實(shí)際消耗位數(shù)以及平均量化位階成反比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的方法，其中計(jì)算上述目前畫面的上述全活動(dòng)量是在上述目前畫面進(jìn)行移動(dòng)估算時(shí)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的方法，其中上述分配的目標(biāo)位額度是與上述目前畫面的上述復(fù)雜度成正比，而與上述一組連續(xù)畫面的上述瞬間復(fù)雜度成反比。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的方法，其中上述估計(jì)復(fù)雜度的步驟是依據(jù)一方程式進(jìn)行計(jì)算Cest=K×AACR]]>其中Cest是上述目前畫面預(yù)估的上述復(fù)雜度，K是一既定的加權(quán)值，其范圍在0到1之間，A是上述一組連續(xù)畫面中的上述目前畫面的上述全活動(dòng)量，ACR是上述一組連續(xù)畫面中同型態(tài)的上述先前編碼畫面其活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的方法，其中上述一組連續(xù)畫面至少包含一畫面群組(group of picture，GOP)，且該畫面群組符合MPEG視訊標(biāo)準(zhǔn)。
6.一種動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的裝置，其特征在于所述裝置至少包含一移動(dòng)估算單元，接收一視訊序列里的一組連續(xù)畫面中即將被編碼的一目前畫面，用來在執(zhí)行移動(dòng)估算的區(qū)塊匹配時(shí)，計(jì)算該目前畫面的一全活動(dòng)量；一復(fù)雜度估計(jì)器，基于該目前畫面的該全活動(dòng)量以及該組連續(xù)畫面中同型態(tài)的一先前編碼畫面其活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比，用來估計(jì)該目前畫面的一復(fù)雜度；一配額分派器，以該目前畫面預(yù)估的該復(fù)雜度更新該組連續(xù)畫面的一瞬間復(fù)雜度，用來根據(jù)該估計(jì)復(fù)雜度以及該瞬間復(fù)雜度，分配一目標(biāo)位額度給該目前畫面；一參數(shù)更新器，以該目前畫面的該全活動(dòng)量、該目前畫面的實(shí)際消耗位數(shù)和該目前畫面的平均量化位階為基礎(chǔ)，計(jì)算該目前畫面其活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比；其中，該目前畫面的該活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比與該目前畫面的該全活動(dòng)量成正比，而與該目前畫面消耗的位數(shù)以及平均量化位階成反比。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的裝置，更至少包含一影像編碼器，依上述目前畫面的上述目標(biāo)位額度而決定上述目前畫面所使用的復(fù)數(shù)個(gè)量化位階，該些量化位階是作為上述目前畫面中的每一空間區(qū)域編碼之用，該影像編碼器根據(jù)該些量化位階編碼上述目前畫面，且回報(bào)上述目前畫面的實(shí)際消耗位數(shù)以及上述目前畫面的平均量化位階。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的裝置，其中上述分配的目標(biāo)位額度是與上述目前畫面的上述復(fù)雜度成正比，而與上述一組連續(xù)畫面的上述瞬間復(fù)雜度成反比。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的裝置，其中上述復(fù)雜度估計(jì)器所估計(jì)得到的上述目前畫面的上述復(fù)雜度，是依據(jù)一方程式Cest=K×AACR]]>其中Cest是上述目前畫面預(yù)估的上述復(fù)雜度，K是一既定的加權(quán)值，其范圍在0到1之間，A是上述一組連續(xù)畫面中的上述目前畫面的上述全活動(dòng)量，ACR是上述一組連續(xù)畫面中同型態(tài)的上述先前編碼畫面其活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的裝置，其中上述一組連續(xù)畫面至少包含一畫面群組(group of picture，GOP)，且該畫面群組符合MPEG視訊標(biāo)準(zhǔn)。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的裝置，其中上述目前畫面中的上述空間區(qū)域是MPEG視訊標(biāo)準(zhǔn)所定義的一大區(qū)塊(macroblock)。
全文摘要
一種動(dòng)態(tài)影像視訊位元率控制的方法及裝置，根據(jù)本發(fā)明，首先為一即將被編碼的目前畫面來計(jì)算其全活動(dòng)量，該目前畫面是在一視訊序列的一組連續(xù)畫面之中；接著基于目前畫面的全活動(dòng)量以及該組連續(xù)畫面中同型態(tài)的先前編碼畫面其活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比，估計(jì)目前畫面的復(fù)雜度，并且依此估計(jì)的復(fù)雜度，分配一目標(biāo)位額度給目前畫面，然后基于目標(biāo)位額度，對(duì)視訊序列中的目前畫面進(jìn)行編碼。在目前畫面編碼之后，根據(jù)目前畫面的全活動(dòng)量、實(shí)際消耗位數(shù)和平均量化位階，計(jì)算目前畫面其活動(dòng)量對(duì)復(fù)雜度之比。
文檔編號(hào)H04N7/24GK1538752SQ0312197
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2003年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月18日
發(fā)明者張永清, 姚若壇, 徐國(guó)平 申請(qǐng)人:矽統(tǒng)科技股份有限公司