專(zhuān)利名稱(chēng)：用于數(shù)字視頻記錄的視頻比特率控制方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于視頻編碼系統(tǒng)的視頻比特率控制方法，所述的編碼系統(tǒng)產(chǎn)生存儲(chǔ)于存儲(chǔ)設(shè)備的編碼視頻幀并且源于一系列輸入幀，所述的方法包括至少一個(gè)量化步驟，用于為所述的輸入幀提供一個(gè)量化參數(shù)。
本發(fā)明也可被用于視頻編碼系統(tǒng)，例如MPEG-2視頻編碼器或轉(zhuǎn)碼器。
MPEG-2視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)(活動(dòng)圖像專(zhuān)家組)，被稱(chēng)作ISO/IEC13818-2，不只被用于廣播設(shè)備，也被用于記錄設(shè)備。這一標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是被用于產(chǎn)生將要保存在數(shù)字視頻盤(pán)(DVD)上的壓縮視頻序列。為此，能夠設(shè)想很多技術(shù)。其中的一個(gè)包括編碼輸入幀，使得產(chǎn)生的包括MPEG-2編碼幀的輸出信號(hào)，具有一個(gè)恒定的比特率(CBR)。另外的一個(gè)包括編碼輸入幀使得產(chǎn)生的輸出信號(hào)具有一個(gè)可變的比特率(VBR)。第一種方法是非常方便的，因?yàn)榫幋a視頻幀在空間有限的存儲(chǔ)設(shè)備上的存儲(chǔ)是可以保證的，但是這損害了視頻的質(zhì)量，視頻質(zhì)量會(huì)由于輸入幀根據(jù)它們的復(fù)雜性而不需要同樣數(shù)量的比特而有所波動(dòng)。第二種方法保證了整個(gè)編碼幀具有相當(dāng)恒定的質(zhì)量，因?yàn)榉峙涞谋忍財(cái)?shù)量會(huì)隨著幀復(fù)雜度而有所增加。但是，這一過(guò)程的控制并不允許對(duì)產(chǎn)生的比特的數(shù)量進(jìn)行預(yù)測(cè)，它是不固定的，并且結(jié)果是，所述的編碼幀在空間有限的存儲(chǔ)設(shè)備上的存儲(chǔ)不能被保證，并且可能導(dǎo)致大量比特上溢和下溢。
國(guó)際專(zhuān)利申請(qǐng)WO99/49664描述了一種將編碼視頻幀的比特率控制在一個(gè)整體恒定的值的方法，但是這導(dǎo)致了一個(gè)局部可變的輸出比特率。結(jié)果是，考慮到目標(biāo)編碼質(zhì)量的確定，為將要編碼的連續(xù)系列幀確定目標(biāo)比特率。目標(biāo)比特率得自于先前和實(shí)際的目標(biāo)比特率的差。實(shí)際的目標(biāo)是根據(jù)圖像的復(fù)雜度和每一系列幀的目標(biāo)編碼質(zhì)量而可變的。
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的視頻比特率控制方法，它允許壓縮序列幀以恒定的質(zhì)量存儲(chǔ)在空間有限的存儲(chǔ)設(shè)備上。
在現(xiàn)有技術(shù)中采用的方法當(dāng)被用于編碼存儲(chǔ)在空間有限的存儲(chǔ)設(shè)備上的順序視頻幀的時(shí)候具有功能上的局限。
首先，如果輸出VBR具有較大幅度的波動(dòng)，問(wèn)題可能發(fā)生在序列編碼的終端。在這種情況下，對(duì)將要編碼的剩余幀的比特率分配是非常冒險(xiǎn)的，很可能導(dǎo)致存儲(chǔ)設(shè)備容量的上溢或者下溢。結(jié)果是，幀存儲(chǔ)的最佳集中無(wú)法被保證，例如，不是包含在輸入序列中的所有幀都可以被存儲(chǔ)。
其次，本方法要求的編碼幀的恒定的質(zhì)量不能總被保證。實(shí)際上，目標(biāo)編碼質(zhì)量是根據(jù)當(dāng)前比特率目標(biāo)和與先前的一系列幀相關(guān)的比特率目標(biāo)之間的差來(lái)改變的。由于在一個(gè)給定的比特率目標(biāo)無(wú)法獲得同樣的質(zhì)量，根據(jù)幀復(fù)雜度是高還是低，目標(biāo)編碼的改變可能振蕩，這將導(dǎo)致局部暫時(shí)視覺(jué)質(zhì)量的波動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的方法目的是提供一種對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的方法的局限性的解決方法。最終，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于量化參數(shù)的計(jì)算，包括-一個(gè)計(jì)算子步驟，用于根據(jù)它的量化參數(shù)Q(n-1)和它的幀尺寸S(n-1)計(jì)算先前的編碼幀復(fù)雜度X(n-1)，-一個(gè)第一估算子步驟，用于根據(jù)至少?gòu)?fù)雜度X(n-1)估算當(dāng)前輸入幀的復(fù)雜度Xe(n)，-一個(gè)第二估算子步驟，用于在編碼以后根據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備上可用的比特的數(shù)目以及在輸入序列中將要編碼的剩余幀的數(shù)目估算當(dāng)前輸入幀的幀的尺寸R(n)，-一個(gè)第三估算子步驟，用于根據(jù)當(dāng)前輸入幀的復(fù)雜度Xe(n)以及估算的幀的尺寸R(n)估算將被用于當(dāng)前輸入幀的量化參數(shù)。
本方法允許系統(tǒng)獲得一個(gè)用于編碼幀序列的恒定的質(zhì)量。應(yīng)當(dāng)考慮先前編碼幀的統(tǒng)計(jì)量從而計(jì)算將要編碼的當(dāng)前幀的復(fù)雜度。這種評(píng)算的特征在于它是通過(guò)包含由時(shí)間常數(shù)的裝置評(píng)算執(zhí)行的，從而使得估算的復(fù)雜度沿著編碼幀平滑。與此同時(shí)，對(duì)于正被編碼的幀的當(dāng)前比特目標(biāo)是根據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備上剩余的可用空間以及將被編碼的剩余的幀的數(shù)目而被估算的。然后，根據(jù)估算的復(fù)雜度以及估算的當(dāng)前比特目標(biāo)，得到一個(gè)量化步長(zhǎng)并且該步長(zhǎng)被用作量化定義正被編碼的幀的離散余弦變換(DCT)系數(shù)。結(jié)果是，該量化步長(zhǎng)平滑了幀中的相對(duì)變化，造成了輸出比特率與具有一個(gè)VBR特性的編碼幀相關(guān)，并且導(dǎo)致了編碼視頻幀的質(zhì)量的恒定或者緩慢變化。
本方法的特征還在于時(shí)間常數(shù)是存儲(chǔ)設(shè)備上的編碼視頻幀的數(shù)目和在序列中將要編碼的視頻幀的剩余數(shù)目的函數(shù)。
這允許相對(duì)于編碼幀的輸出比特率的可控變化，主要在序列編碼的開(kāi)始與結(jié)束。這樣，考慮到編碼參數(shù)的設(shè)定，比特率對(duì)于從CBR到VBR狀態(tài)的改變被控制，并且從VBR到CBR狀態(tài)是為了確保輸入序列中所有的幀能夠存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備上。這樣短時(shí)間的狀態(tài)，根據(jù)與序列中當(dāng)前幀的排列有關(guān)的時(shí)間常數(shù)值的變化，與抑制VBR的特性變化相應(yīng)，從而確保就質(zhì)量和空間而言存儲(chǔ)設(shè)備得到最佳的填充。當(dāng)然，這種方法允許在編碼的過(guò)程中獲得VBR特性。
本發(fā)明的特殊方面將參照下文描述的實(shí)施例并結(jié)合隨后的附圖進(jìn)行解釋?zhuān)渲型瑯拥牟糠只蛘咦硬襟E以同樣的方式指出附

圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明在MPEG-2視頻壓縮信號(hào)轉(zhuǎn)碼的環(huán)境中的方法，附圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的比特率控制步驟，附圖3給出了根據(jù)本發(fā)明獲得的比特率控制的實(shí)施例。
實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明涉及一種改進(jìn)的視頻比特率控制方法，它允許壓縮序列幀以恒定的質(zhì)量存儲(chǔ)于空間有限的存儲(chǔ)設(shè)備上。
本發(fā)明可以在任何需要比特率控制策略并且比特率控制用于調(diào)整產(chǎn)生的編碼幀的輸出質(zhì)量的編碼系統(tǒng)中執(zhí)行。例如，本發(fā)明理想的可被用于管理視頻編碼系統(tǒng)或者視頻轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)的量化步長(zhǎng)。這里描述的是MPEG-2視頻轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)的情況，但是對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)很明顯本發(fā)明的范圍并不局限于這個(gè)特定的情況，而可以覆蓋任何象MPEG-4或H.263標(biāo)準(zhǔn)的基于塊的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。
附圖1描繪了根據(jù)本發(fā)明的在MPEG-2視頻壓縮信號(hào)轉(zhuǎn)碼的環(huán)境中的方法。該轉(zhuǎn)碼執(zhí)行了輸入信號(hào)的比特率縮減從而獲得具有一個(gè)較低的比特率的輸出信號(hào)，所述的輸出信號(hào)被存儲(chǔ)在空間有限的存儲(chǔ)設(shè)備中。該圖包括根據(jù)本發(fā)明的三套處理步驟，包括轉(zhuǎn)碼步驟101，存儲(chǔ)步驟102，以及比特率控制步驟103。
相對(duì)于轉(zhuǎn)碼步驟101的該裝置包括-一剩余解碼支路104，接收輸入的包含有多個(gè)壓縮數(shù)據(jù)幀的壓縮視頻信號(hào)105，并且提供一個(gè)解碼的數(shù)據(jù)信號(hào)106。該分支包括一系列可變長(zhǎng)度解碼107(VLD)用于提供解碼的DCT系數(shù)，以及一個(gè)反量化108(IQ)用于提供一個(gè)解量化的DCT系數(shù)，以及一個(gè)反離散余弦變換109(IDCT)用于提供解碼信號(hào)106；-一運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償支路110用于為了構(gòu)成信號(hào)114產(chǎn)生將從信號(hào)106中減去的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償信號(hào)111。通過(guò)與將被轉(zhuǎn)碼并包含在輸入信號(hào)105中的當(dāng)前幀有關(guān)的運(yùn)動(dòng)矢量V(n)的使用而獲得了運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償112。該運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償被用于存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器113并與先前處理幀的編碼誤差相應(yīng)的幀信號(hào)。該編碼誤差是通過(guò)將應(yīng)用于輸出量化參數(shù)122的信號(hào)經(jīng)反量化115和反DCT116之后獲得的信號(hào)減去信號(hào)114獲得的。支路110避免了在輸出轉(zhuǎn)碼信號(hào)117時(shí)的質(zhì)量漂移；-一編碼支路118用于從信號(hào)114獲得輸出轉(zhuǎn)碼和壓縮輸出視頻信號(hào)117。它包括一個(gè)DCT119用于提供一個(gè)由DCT系數(shù)形成的一個(gè)頻率信號(hào)120，一個(gè)量化121(QUANT)用于提供由量化DCT系數(shù)構(gòu)成的信號(hào)122，以及一個(gè)可變長(zhǎng)度編碼(VLC)，用于在作為信號(hào)117發(fā)送并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)設(shè)備102以前，產(chǎn)生一個(gè)存儲(chǔ)于緩沖器124中的可變長(zhǎng)度編碼DCT系數(shù)。
與比特率控制步驟相關(guān)的裝置103被連結(jié)到裝置101和102用于控制信號(hào)117的輸出比特率，從而確保信號(hào)117的恒定質(zhì)量以及在存儲(chǔ)設(shè)備102上的最佳填充。為此，裝置103使用先前轉(zhuǎn)碼幀的編碼和存儲(chǔ)統(tǒng)計(jì)確定在當(dāng)前幀被轉(zhuǎn)碼時(shí)在步驟121中使用的更為合適的量化參數(shù)的值。比特率控制遵循量化參數(shù)值的計(jì)算能夠從幀復(fù)雜度以及壓縮幀的幀尺寸之間的比獲得的原則。
這樣，在第一步驟125中，與先前轉(zhuǎn)碼幀有關(guān)的平均量化參數(shù)值Q(n-1)乘以所述的先前轉(zhuǎn)碼幀的幀尺寸S(n-1)，結(jié)果產(chǎn)生與先前轉(zhuǎn)碼幀相關(guān)的復(fù)雜度X(n-1)。幀尺寸S(n-1)以比特表示，并且當(dāng)先前的轉(zhuǎn)碼幀被暫時(shí)存儲(chǔ)于緩沖器124的時(shí)候被計(jì)算。
在第二步驟126中，將被轉(zhuǎn)碼的當(dāng)前幀的復(fù)雜度Xe(n)根據(jù)計(jì)算得到的先前轉(zhuǎn)碼幀的復(fù)雜度X(n-1)而被估算。許多的技術(shù)，在下文中將要進(jìn)一步描述，可以被用于計(jì)算Xe(n)，例如使用與先前轉(zhuǎn)碼幀相關(guān)的幀復(fù)雜度的加權(quán)平均值。與當(dāng)前幀的復(fù)雜度估算相平行的，當(dāng)前幀的尺寸R(n)根據(jù)步驟102中的存儲(chǔ)統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行估算。以比特表示的幀尺寸R(n)，是通過(guò)下述的方式計(jì)算的R(n)＝Remaining_bits/(Remaining_pics+Margin_pics) (等式1)變量Remaining_bits與存儲(chǔ)設(shè)備中未填滿的剩余空間的比特?cái)?shù)目相對(duì)應(yīng)，變量Remaining_pics與序列中將被轉(zhuǎn)碼的以及將被記錄在存儲(chǔ)設(shè)備上的剩余幀的數(shù)目相對(duì)應(yīng)，Margin_pics與檢驗(yàn)的Margin_pics≥0的幀的數(shù)目相對(duì)應(yīng)。
這種估算允許系統(tǒng)通過(guò)考慮存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)占有量以及在輸入序列中尚未轉(zhuǎn)碼的幀的數(shù)目為當(dāng)前幀的轉(zhuǎn)碼設(shè)定一個(gè)平均的幀尺寸的目標(biāo)。這是一個(gè)為了確保輸入序列的所有的幀的都能最佳存儲(chǔ)的重要特征。變量Margin_pics，如果被設(shè)為一個(gè)正的非零值并且允許支持存儲(chǔ)容量的少量的下溢而不是上溢，這在處理具有不同復(fù)雜度的連續(xù)幀的時(shí)候是最優(yōu)的。
在第三步驟127中，估算的復(fù)雜度Xe(n)以及估算的幀尺寸R(n)之間的比被計(jì)算從而得到一個(gè)估算的量化參數(shù)Qe(n)。步驟121包括使用正被Qe(n)轉(zhuǎn)碼的當(dāng)前輸入幀將每一個(gè)包含在信號(hào)120中的DCT系數(shù)進(jìn)行劃分，所述的劃分的結(jié)果將被四舍五入到最近的整數(shù)值從而確定構(gòu)成信號(hào)122的量化DCT系數(shù)。但是，用作量化DCT參數(shù)的量化參數(shù)可以與估算的值Qe(n)有輕微的不同。這可能是下述的情況-Qe(n)被四舍五入到MPEG-2量化水平的粒度允許的最近的值，-適應(yīng)性的量化被執(zhí)行，包括局部的改變量化參數(shù)，使之與局部幀復(fù)雜度相適應(yīng)，-根據(jù)將被轉(zhuǎn)碼的幀的類(lèi)型改變估算的Qe(n)，例如，對(duì)于B幀乘以參數(shù)1.4，對(duì)于P幀和I幀乘以參數(shù)1.0，-如果Qe(n)超出了輸入幀被量化的量化參數(shù)值，其將被設(shè)定為所述的值。
附圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的比特率控制策略裝置103。比特率控制的目的是根據(jù)統(tǒng)計(jì)值Q(n-1)，S(n-1)和R(n)為將被轉(zhuǎn)碼的當(dāng)前幀數(shù)n傳遞量化參數(shù)Qe(n)的估算值。最終，如前面圖1所述的，與當(dāng)前幀有關(guān)的復(fù)雜度Xe(n)的估算126根據(jù)與前面的轉(zhuǎn)碼幀有關(guān)的復(fù)雜度X(n-1)而被執(zhí)行。估算126使用可調(diào)整的忽略參數(shù)T(n)作為輸入，它允許調(diào)整估算的反應(yīng)速度。這種估算是根據(jù)下面的等式進(jìn)行的Xe(n)＝(1-T(n)).Xe(n-1)+T(n).X(n-1) (等式2)其中0＜T(n)＜1等式2相應(yīng)于表示與前一轉(zhuǎn)碼幀有關(guān)的復(fù)雜度X(n-1)與復(fù)雜度Xe(n-1)的第一順序遞歸濾波器的等式。該估計(jì)值的特征在于它的時(shí)間常數(shù)被定義為持續(xù)時(shí)間，以幀或者取樣的數(shù)目表示，是獲得等于一個(gè)統(tǒng)一階躍信號(hào)X的幅度的66％的Xe的幅度所必需的。在等式2的情況下，時(shí)間常數(shù)，以τ表示，由下式給出τ＝1/(2.T) (等式.3)
時(shí)間常數(shù)直接依賴(lài)于忽略參數(shù)T，該參數(shù)具有一個(gè)常量或者隨著序列中的正被轉(zhuǎn)碼的幀的排列而改變。如果τ被設(shè)為τ))1，復(fù)雜度Xe(n)不會(huì)從一個(gè)估計(jì)值較大的變化到下一個(gè)估計(jì)值。換句話說(shuō)，復(fù)雜度Xe(n)非常接近復(fù)雜度Xe(n-1)。這樣，估計(jì)的量化參數(shù)Qe(n)非常接近量化參數(shù)Qe(n-1)，這意味著對(duì)于具有n和n-1的序列的幀可以獲得恒定的質(zhì)量。結(jié)果是，以一個(gè)恒定的量化參數(shù)執(zhí)行的來(lái)自于量化器121的信號(hào)117的比特率是一個(gè)VBR狀態(tài)。如果τ被設(shè)為一個(gè)較小數(shù)目的幀，Xe可能以大比例變化，這造成了連續(xù)的量化參數(shù)具有較大的不同，導(dǎo)致了信號(hào)117的輸出比特具有一個(gè)CBR的狀態(tài)。
本發(fā)明的另一個(gè)方面在于在復(fù)雜度估算步驟126中為所使用的時(shí)間常數(shù)τ定義一個(gè)變量圖表。該變量圖表允許在序列轉(zhuǎn)碼的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)獲得一個(gè)受控的信號(hào)117的CBR狀態(tài)從而確保存儲(chǔ)設(shè)備上的所有可用空間都被利用，而不會(huì)上溢或者下溢。該變量圖表也允許為了獲得一個(gè)轉(zhuǎn)碼幀的相當(dāng)恒定的質(zhì)量而隨著時(shí)間常數(shù)τ的增加而從CBR變化到VBR狀態(tài)。時(shí)間常數(shù)τ被限制在一個(gè)如下定義的變化范圍內(nèi)。
首先，為了確保在轉(zhuǎn)碼結(jié)束時(shí)滿足存儲(chǔ)容量，τ必須滿足τ≤Remaining_pics (等式4)而且，τ必須大于包含在一組圖像(GOP)或者一組幀中的幀的數(shù)目GOP_sizeτ≥GOP_size (等式5)這允許在至少GOP_size幀中平滑將被轉(zhuǎn)碼的輸入幀的估算復(fù)雜度，而不考慮對(duì)所述的輸入幀的個(gè)別比特分配特性。
估算的復(fù)雜度Xe(n)，盡管來(lái)自于與先前的轉(zhuǎn)碼幀有關(guān)的復(fù)雜度，但不需要由太老的復(fù)雜度得到。結(jié)果，τ必須滿足≤Max_time (等式6)這樣，當(dāng)前的復(fù)雜度的估價(jià)值Xe(n)主要依賴(lài)于與先前的轉(zhuǎn)碼幀的Max_time相關(guān)的復(fù)雜度，這允許以滑動(dòng)的方式對(duì)于序列的當(dāng)前圖像的復(fù)雜度估計(jì)值的緩慢的適應(yīng)。
量化參數(shù)Qe(n)的估計(jì)值是周期的執(zhí)行的。例如，它可以以幀循環(huán)頻率執(zhí)行，表示在同一時(shí)刻的R(n)，Q(n-1)，S(n-1)以及Xe(n)的更新。在一個(gè)替代結(jié)構(gòu)中，如果輸入視頻信號(hào)具有一個(gè)GOP結(jié)構(gòu)，例如每一個(gè)GOP以一個(gè)INTRA幀識(shí)別，Qe(n)可以以一個(gè)GOP頻率被更新，從而估算值Qe(n)被高度的平滑而且處理負(fù)載被降低。否則，如果在輸入視頻信號(hào)中沒(méi)有GOP結(jié)構(gòu)被識(shí)別，R(n)，Q(n-1)，S(n-1)以及Xe(n)的更新被以每次最大值在0.5秒的任意的循環(huán)被執(zhí)行，其與在廣播背景中建議的GOP持續(xù)時(shí)間相對(duì)應(yīng)。
附圖3示出了在子圖3a中描述的用于估算復(fù)雜度Xe(n)的時(shí)間常數(shù)變量的例子，并且示出了在圖1描述的轉(zhuǎn)碼的情況下，在子圖3b中描述的用于量化與信號(hào)120相關(guān)的量化DCT系數(shù)的量化參數(shù)Q的產(chǎn)生變量，以及在子圖3c中描述的信號(hào)117的產(chǎn)生輸出比特率的變量。每一圖的水平軸相應(yīng)于包含整個(gè)N幀的序列中的幀的排列。根據(jù)幀序列n，有五個(gè)特別的范圍需要被考慮-0＜n＜min_dist該范圍相應(yīng)于轉(zhuǎn)碼的開(kāi)始。時(shí)間常量τ被設(shè)定為一個(gè)恒定的較小的值從而獲得信號(hào)117的CBR狀態(tài)。這保持verifiesτ(n)＝min_dist。該范圍允許設(shè)定編碼參數(shù)，比如先前的復(fù)雜度X(n-1)的設(shè)定，從中可推導(dǎo)出復(fù)雜度Xe(n)。典型的，min_dist被設(shè)定從而該范圍的持續(xù)時(shí)間大約為一分鐘。量化參數(shù)Q(n)會(huì)有較大的波動(dòng)，反映出如果CBR被間接的施加，為了補(bǔ)償幀復(fù)雜度的變化需要強(qiáng)或者小的量化。
-min_dist＜n＜max_dist該范圍是一個(gè)τ滿足τ(n)＝n的短暫的狀態(tài)。時(shí)間常數(shù)隨著幀序列增加，從而信號(hào)117的輸出比特率緩慢的從CBR變化到VBR狀態(tài)。換句話說(shuō)，該狀態(tài)與抑制VBR控制調(diào)節(jié)相應(yīng)。從圖3b中可以看出，量化參數(shù)Q(n)具有降低幅度的波動(dòng)，這導(dǎo)致了轉(zhuǎn)碼幀的更為恒定的質(zhì)量。典型的，max_dist被設(shè)定從而從時(shí)刻0開(kāi)始的持續(xù)時(shí)間是幾分鐘。
-max_dist＜n＜N-max_dist該范圍相應(yīng)于在施加一個(gè)時(shí)間常量τ(n)＝max_dist中輸入幀的轉(zhuǎn)碼。該大的時(shí)間常量允許獲得一個(gè)轉(zhuǎn)碼幀的相當(dāng)恒定的質(zhì)量，因?yàn)榱炕礠(n)在平均值Qmean周?chē)哂杏邢薜淖兓秶＿@導(dǎo)致了輸出信號(hào)117的VBR狀態(tài)。
-n-max_dist＜n＜N-min_dist_end該范圍是一個(gè)τ滿足τ(n)＝N-n的短暫的狀態(tài)。時(shí)間常數(shù)隨著幀序列的增加而減少，從而輸出信號(hào)117緩慢的從VBR變化到CBR狀態(tài)。量化參數(shù)Q(n)具有增加幅度的波動(dòng)，這導(dǎo)致了轉(zhuǎn)碼幀的更為可變的質(zhì)量。
-n-min_dist_end＜n＜N該范圍相應(yīng)于轉(zhuǎn)碼的結(jié)束。時(shí)間常數(shù)被設(shè)定為一個(gè)恒定的較小的值從而獲得信號(hào)117的CBR狀態(tài)。這保持τ(n)＝min_dist_end。因?yàn)楸忍芈时淮_定，考慮在序列中將被轉(zhuǎn)碼的剩余幀以及在所述的存儲(chǔ)設(shè)備中的可獲得空間，該CBR狀態(tài)允許獲得一個(gè)空間有限存儲(chǔ)設(shè)備的最佳的填充。典型的，min_dist_end被設(shè)定從而該范圍的持續(xù)時(shí)間大約為一分鐘。
當(dāng)然，上述的與時(shí)間常量τ的變量設(shè)定相關(guān)的例子不是詳盡的，并且在不背離本發(fā)明的精神的范圍內(nèi)可以應(yīng)用可替代的設(shè)定。例如，在0到max_dist的范圍可以被抑制，從而以一個(gè)較大的時(shí)間常數(shù)開(kāi)始量化，結(jié)果造成了輸出信號(hào)117從一開(kāi)始就為VBR狀態(tài)。
本發(fā)明可以以幾種方式實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)連線電子電路，或者可替代的，通過(guò)存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀媒體中的一套指令，所述的指令替代了至少一部分所述的電路并且在計(jì)算機(jī)或者數(shù)字處理器的控制下被執(zhí)行從而在所述的替代電路中執(zhí)行的同樣的功能。本發(fā)明也涉及一種包括一個(gè)軟件模塊的計(jì)算機(jī)可讀媒體，該軟件模塊包括用于執(zhí)行上述的方法步驟或其一些步驟的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令。
很顯然，詞語(yǔ)“編碼”涉及在數(shù)字領(lǐng)域中執(zhí)行的任何視頻信號(hào)數(shù)據(jù)處理。特別是，該詞語(yǔ)應(yīng)用于編碼與轉(zhuǎn)碼方法當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種用于視頻編碼系統(tǒng)的視頻比特率控制方法，所述的編碼系統(tǒng)從一系列輸入幀產(chǎn)生將存儲(chǔ)于存儲(chǔ)設(shè)備的編碼視頻幀，所述的方法包括至少一個(gè)量化步驟，用于根據(jù)計(jì)算步驟為所述的輸入幀提供一個(gè)量化參數(shù)，所述的方法其特征在于在所述的計(jì)算步驟中包括-一個(gè)計(jì)算子步驟，用于根據(jù)與所述的先前編碼幀有關(guān)的量化參數(shù)Q(n-1)和幀尺寸S(n-1)計(jì)算先前的編碼幀復(fù)雜度X(n-1)，-一個(gè)第一估算子步驟，用于根據(jù)復(fù)雜度X(n-1)估算當(dāng)前輸入幀的復(fù)雜度Xe(n)，-一個(gè)第二估算子步驟，用于在編碼以后根據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備上仍然可用的比特的數(shù)目以及在輸入序列中將要編碼的剩余幀的數(shù)目估算與當(dāng)前輸入幀有關(guān)的幀的尺寸R(n)，-一個(gè)第三估算子步驟，用于根據(jù)當(dāng)前輸入幀的復(fù)雜度Xe(n)以及估算的幀的尺寸R(n)估算將被用于當(dāng)前輸入幀的量化參數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第一估算子步驟是通過(guò)包含一個(gè)時(shí)間常數(shù)的濾波器進(jìn)行的。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于時(shí)間常數(shù)是已編碼的視頻幀的數(shù)目以及在序列中尚未編碼的視頻幀的剩余數(shù)目的函數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于時(shí)間常數(shù)τ(n)的暫態(tài)計(jì)算是通過(guò)如下關(guān)系給出的如果(0＜n＜min_dist)則τ(n)＝min_dist；如果(min_dist＜n＜max_dist)則τ(n)＝n；如果(max_dist＜n＜N-max_dist)則τ(n)＝max_dist；如果(N-max_dist＜n＜N-min_dist_end)則τ(n)＝N-n；如果(N-min_dist_end＜n＜N)則τ(n)＝min_dist_end；其中，min_dist_end，min_dist以及nax_dist是升高的門(mén)限值，n是在序列中正被編碼的當(dāng)前幀的數(shù)目，并且N是在序列中全部幀的數(shù)目。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于復(fù)雜度Xe(n)被周期的更新。
6.一種允許執(zhí)行權(quán)利要求1-5中任何一種視頻比特率控制方法的視頻編碼設(shè)備。
7.一種允許執(zhí)行權(quán)利要求1-5中任何一種視頻比特率控制方法的視頻轉(zhuǎn)碼設(shè)備。
8.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，對(duì)于一種從輸入的未編碼的幀產(chǎn)生輸出編碼幀的編碼設(shè)備，該產(chǎn)品包括一套指令，當(dāng)指令被下載到所述的設(shè)備時(shí)，令所述的設(shè)備執(zhí)行在權(quán)利要求1-5中要求的方法。
9.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，對(duì)于一種從輸入的編碼幀產(chǎn)生輸出編碼幀的轉(zhuǎn)碼設(shè)備，該產(chǎn)品包括一套指令，當(dāng)被下載到所述的設(shè)備時(shí)，令所述的設(shè)備執(zhí)行在權(quán)利要求1-5中要求的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于視頻編碼系統(tǒng)的視頻比特率控制方法，所述的編碼系統(tǒng)產(chǎn)生將被存儲(chǔ)于存儲(chǔ)設(shè)備的編碼視頻幀并且來(lái)源于輸入幀的一個(gè)序列，所述的方法包括至少一個(gè)量化步驟，用于向所述的輸入幀施加一個(gè)來(lái)自于一個(gè)評(píng)算步驟的量化參數(shù)。該評(píng)算步驟使用與先前的編碼幀有關(guān)的統(tǒng)計(jì)量計(jì)算將被編碼的當(dāng)前幀的復(fù)雜度。與此同時(shí)，正被編碼的當(dāng)前比特目標(biāo)根據(jù)在存儲(chǔ)設(shè)備上剩余的可用空間以及在序列中將被編碼的剩余幀的數(shù)目而被估算。然后，根據(jù)估算的復(fù)雜度以及估算的當(dāng)前比特目標(biāo)產(chǎn)生量化參數(shù)。本發(fā)明導(dǎo)致了編碼幀的輸出比特率具有CBR或者VBR狀態(tài)，帶來(lái)了編碼視頻幀的恒定的質(zhì)量，同時(shí)保證了存儲(chǔ)設(shè)備的最佳填充。
文檔編號(hào)G11B20/10GK1393109SQ01803049
公開(kāi)日2003年1月22日 申請(qǐng)日期2001年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月10日
發(fā)明者A·莫雷爾 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司