BRPI0614591A2

BRPI0614591A2 - processo para difusão de múltiplas seqüências de dados de vìdeo em um único canal

Info

Publication number: BRPI0614591A2
Application number: BRPI0614591-4A
Authority: BR
Inventors: Praveen A Mohandas
Original assignee: Symmetricom Inc
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2012-01-24
Also published as: MX2008014372A; KR20090045882A; EP2039172A2; CN101502112A; JP2009543513A; WO2008127217A2; WO2008127217A3; CA2622548A1; EP2039172A4

Abstract

PROCESSO PARA DIFUSãO DE MúLTIPLAS SEQUêNCIAS DE DADOS DE VìDEO EM UM úNICO CANAL. Trata-se de um método para determinação em tempo real de complexidade de imagem em aplicações de "streaming" de vídeo, IPTV e difusão, utilizando um modelo estatístico representativo de variação de largura de banda de canal e complexidade de imagem que considera alterações de conteúdo de cenas. A largura de banda de canal disponível é distribuída desigualmente entre múltiplas seqüências de dados de video proporcionalmente à variacão de largura ae banda e complexidade de imagem da seqüência de dados de video difundida. A distribuição da largura de banda disponível do canal é determinada com base em matrizes de probabilidade considerando variações de largura de banda e complexidade de imagem.

Description

PROCESSO PARA DIFUSÃO DE MÚLTIPLAS SEQÜÊNCIAS DE DADOS DE VÍDEO EM UM ÚNICO CANAL

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

A presente invenção refere-se na generalidade a sistemas de difusão. Mais particularmente, a presente invenção refere-se a métodos para estimativa da complexidade de uma série de imagens em programas de vídeo compactado que utilizam codificação compatível com o padrão MPEG.

Em sistemas de difusão típicos, tais como IPTV (Internet Protocol Television - Televisão de Protocolo Internet) e aplicações de difusão direta por satélite (Direct Broadcast Satellite - DBS), uma multiplicidade de programas de vídeo são codificados em paralelo, e as seqüências de bits com compressão digital são multiplexadas em um único canal de dados de taxa de bits variável ou constante. A largura de banda de canal disponível pode ser distribuída desigualmente entre programas, proporcionalmente ao conteúdo/complexidade d as i η o r ma ç o e s de cada uma das fontes de vídeo. 0 sistema de monitoração que computa a qualidade de vídeo mediante medição de fatores adversos pode levar em consideração o fator de complexidade de imagem da seqüência de vídeo para calcular os diferentes efeitos de fatores adversos em imagens menos ou mais complexas.

É previsto que o tráfego de vídeo de taxa de bits variável (Variable Bit Rate - VBR) com codificação MPEG venha tornar-se predominante na largura de banda das redes de banda larga. Este tráfego pode ser fornecido em ambientes de "streaming", sob demanda, de IPTV ou DBS. São necessários modelos acurados de complexidade de video de taxa VBR ou CBR para permitir que os sistemas de monitoração realizem uma previsão do desempenho de qualquer rede proposta durante sua operação. A Fig. 1 ilustra componentes envolvidos na provisão de conteúdo de video em um ambiente de IPTV típico. A fonte de video, que tem origem na forma de um sinal analógico, é codificada mediante utilização de um codificador e organizada em pacotes e enviada através de uma rede de protocolo IP. A fonte de video pode ser enviada como multidifusão ou unidifusão para a rede. O núcleo contém diversos elementos para atendimento e gerenciamento de assinantes da rede e de fluxos de tráfego. O conteúdo é armazenado em servidores de conteúdo e é fornecido mediante demanda de usuário(s). Em diversos pontos da rede podem ser realizadas medições relativas a fatores adversos por sistemas de gerenciamento de garantia de serviço.

Os padrões de codificação MPEG definem t rés tipos de imagens (I, B e P) e codificam as imagens com uma organização fixa. Podem ocorrer alterações de tipo de imagem devidas a transições entre cenas. No caso de uma transição abrupta, o primeiro quadro da nova cena é intra- codifiçado (quadro-I) para serem evitados erros graves de codificação. Durante uma transição gradual entre cenas, a distância entre dois quadros de referência (I ou P) pode ser alterada para aperfeiçoamento da qualidade de imagem. Durante a maioria dessas transições graduais, a correlação temporal tende a reduzir-se. Esta situação requer uma disposição mais freqüente de quadros de referência previstos (quadros-P) para garantia da qualidade de imagem requerida. Quando a seqüência de video contém movimentos rápidos, esta condição pode igualmente requerer quadros-P freqüentes para aperfeiçoamento da qualidade de imagem. Este fato aumenta a taxa de bits. Por outro lado, se a cena não contiver quaisquer movimentos rápidos ou transições graduais entre cenas, a distância de referência de inter- quadro (quadro-I) poderá ser aumentada sem prejuizo da qualidade de imagem. Isto deve-se à grande correlação entre quadros.

Desta forma, é necessário um processo para análise das alterações de indicação de complexidade da Camada de Codificação de Video (Video Coding Layer - VCL) e das alterações de taxa de bits na seqüência de video, mediante análise de parâmetros de camada VCL, incluindo sem limitações, fatias, macro-blocos, quantificação, referência de codificação INTER / INTRA e tipos de imagens/macro- blocos/fatias não-de-referência, para ser obtido um modelo estatístico para computação dinâmica de complexidade de imagem, de tal forma que meios de monitoração de fatores adversos possam utilizar esse valor para determinar seu efeito em uma seqüência de imagens complexas. SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção proporciona uma forma de estimativa de complexidade de imagem em tempo real por análise estatística de parâmetros de camada VCL e variações de largura de banda em seqüências de programas de vídeo. Este valor pode ser utilizado para monitoração ou outras aplicações para estimativa de qualidade de vídeo em situações de perda, e para realização de uma melhor estimativa da qualidade perceptível para o sistema visual humano.

O processo para difusão de múltiplas seqüências de vídeo em um único canal tem início com a análise de alterações de indicação de complexidade e alterações de taxa de bits em uma camada de codificação de vídeo de cada uma das múltiplas seqüências de vídeo. Em seguida é criado um modelo estatístico para computação dinâmica da complexidade de imagem de cada uma das múltiplas seqüências de vídeo. É então determinado o efeito da complexidade de imagem de cada uma das múltiplas seqüências de vídeo sobre a difusão. A largura de banda de canal disponível é distribuída entre as múltiplas seqüências de vídeo com base no efeito determinado da complexidade de imagem de cada uma das múltiplas seqüências de vídeo.

O processo envolve adicionalmente a estimativa de qualidade de vídeo em determinados estados de perda.

A análise das alterações de indicação de complexidade envolve a análise de alterações de parâmetros de seções distintas das seqüências de vídeo. As seções distintas das seqüências de vídeo incluem fatia, macro- blocos, quantificação, blocos de referência inter- codificados, blocos de referência intra-codifiçados, e tipos de imagem/fatia/macro-bloco não-de-referência.

A criação do modelo estatístico envolve a criação de um primeiro modelo estatístico de alterações de indicação de complexidade de camada de codificação de vídeo para seções distintas de cada seqüência de vídeo.

Adicionalmente, é criado um segundo modelo estatístico de alterações de taxa de bits de camada de codificação de vídeo ou variação de largura de banda, para as mesmas seções distintas de cada seqüência de vídeo. Os primeiro e segundo modelos estatísticos das seções distintas de cada seqüência de vídeo são então combinados. A complexidade de imagem das seções distintas de cada seqüência de vídeo é calculada com base nos primeiro e segundo modelos estatísticos combinados.

As transições de grande quantificação, fatia/macro- blocos e tipos de previsão inter/intra para tipos de imagem/fatia/macro-bloco são contados mediante determinação de alterações de quantificação em cada seqüência de vídeo.

A variação de largura de banda é contada por determinação da largura de banda dos dados de camada de codificação de vídeo em cada seqüência de vídeo. A contagem é realizada mediante incremento de um primeiro contador para cada alteração de quantificação, de um segundo contador para cada macro-bloco, de um terceiro contador para cada fatia, e de um quarto contador para cada transição de estado de largura de banda baixa, média e alta.

Uma probabilidade de complexidade, da complexidade de camada de codificação de video para seções distintas de cada seqüência de video, é computada mediante utilização dos primeiro, segundo, terceiro e quarto contadores.

Adicionalmente, uma probabilidade de estados de largura de banda baixa, média e alta para as seções distintas de cada seqüência de video, é computada mediante utilização dos primeiro, segundo, terceiro e quarto contadores. Uma primeira matriz de probabilidade de transição é construída para a transição de complexidade de camada de codificação de vídeo das seções distintas de cada seqüência de vídeo, e uma segunda matriz de probabilidade de transição é construída para a transição de estado de largura de banda das seções distintas de cada seqüência de vídeo. Um valor de complexidade de imagem das seções distintas de cada seqüência de vídeo é computado mediante utilização probabilidades de estado de limitação obtidas de cada matriz de probabilidade de transição.

O método pode ser utilizado por meios de coleta para obtenção de um valor de complexidade de imagem de sondas distribuídas remotamente; para facilitar a computação de fatores adversos em uma seqüência de vídeo em pacotes utilizando a complexidade de imagem como variável para obtenção de uma percepção de qualidade de vídeo de maior precisão; para provisão de informação de complexidade de imagem a intervalos regulares para aplicações de vídeo em pacotes; para provisão de uma estimativa sobre complexidade de vídeo de acordo com a percepção do sistema visual humano; para provisão de medições de complexidade de imagem para modelos de avaliação de qualidade de video tipicamente utilizados na indústria, incluindo sem limitações, razão de pico de sinal para ruído {Peak Signal to Noise Ratio - PSNR), MPQM, MQUANT e média ponderada de erro (Root Mean Square Error - RMSE); para provisão de medições de complexidade de imagem em tempo real e fora-de- linha ("offline") que podem ser utilizadas ou incorporadas por codificadores de vídeo, multiplexadores, roteadores, servidores de vídeo sob demanda (VOD), servidores de difusão e equipamentos de medição de qualidade de vídeo; para provisão de um modelo estatístico da complexidade de camada de codificação de vídeo que contribui para transições entre cenas; e para determinação da distribuição estatística de séries de imagens em um estado de baixa complexidade e em um estado de alta complexidade.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos em anexo ilustram a invenção. Nos desenhos citados:

A FIGURA 1 ilustra um exemplo de uma rede de distribuição de IPTV (televisão com protocolo de rede IP) com pontos potenciais onde podem ser realizadas medições de complexidade de imagem; a FIGURA 2 ilustra uma pilha de protocolo típica em que quadros de padrão MPEG são encapsulados em IP (Internet Protocol - Protocolo Internet) e em que os valores para medição são extraídos no nível de camada de codificação de vídeo VCL;

a FIGURA 3 ilustra um modelo estatístico para computação de Complexidade de Imagem com a equação de ajuste de curva final;

a FIGURA 4 ilustra um processo de transição Markov para um modelo de Largura de Banda;

a FIGURA 5 ilustra um processo de transição Markov para um modelo de Complexidade de Camada de Codificação de Vídeo;

a FIGURA 6 ilustra a relação de matriz de transição e contadores para o modelo de' Largura de Banda;

a FIGURA 7 ilustra a relação de matriz de transição e contadores para o modelo de Complexidade de Camada de Codificação de Vídeo;

a FIGURA 8 ilustra a matriz de probabilidade de transição para um modelo de variação de Largura de Banda;

a FIGURA 9 ilustra a matriz de probabilidade de transição para o modelo de Complexidade de Camada de Codificação de Vídeo;

a FIGURA 10 ilustra a relação de ajuste de curva e valores de probabilidade que realiza a computação de complexidade de imagem; e

a FIGURA 11 ilustra o diagrama de fluxo para a computação de modelo de Camada de Codificação de Vídeo e largura de banda.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONFIGURAÇÕES PREFERENCIAIS

Uma configuração preferencial da presente invenção encontra-se ilustrada nas FIGS. 2-10. Uma configuração da presente invenção pode ser utilizada em um sistema de provisão de IPTV tal como aquele ilustrado na FIG. 1.

A presente invenção refere-se a um método de estimativa de complexidade de imagem em uma série de imagens em uma seqüência de dados de vídeo com suporte de codificação de imagens do tipo MPEG. O método inclui a criação, durante um fluxo de seqüência de bits de vídeo codificado, de um modelo estatístico representativo dos parâmetros de camada de codificação de vídeo VCL tais como quantificação, contagens de fatia/macro-bloco, tamanhos de macro-bloco 16x16, 16x8, 8x8, 4x4, 8x16, variações de tipo de imagem tais como tipos de variação inter-, intra-, quadro I / B / P / macro-bloco que determinam a probabilidade de serem causadas transições entre cenas.

Durante o mesmo fluxo de seqüência de dados de vídeo codificado, é igualmente criado um modelo estatístico representativo de variação de largura de banda que determina a probabilidade de estados de alta e baixa largura de banda. A complexidade de imagem é então determinada a partir dos dois modelos estatísticos criados do mesmo fluxo de seqüência de dados de vídeo codificado. O método pode ser utilizado para provisão de um sistema distribuído para estimativa de complexidade perceptível de vídeo.

O método inclui igualmente: determinação das alterações de quantificação para contagem das transições de alta quantificação, contagens de fatia / macro-blocos para o intervalo de monitoração, tipos de Inter- / Intra- previsão para tipos de imagem / fatia / macro-blocos (I, B, P) e determinação da largura de banda de dados de camada de codificação de vídeo VCL para contagem da variação de largura de banda; incremento de um contador para alterações de quantificação, incremento de contadores para tamanhos e tipos de fatias e macro-blocos, e incremento de um contador para transições de estado de largura de banda baixa, média e alta; computação de probabilidade dos contadores para transições de estado para complexidade de camada de codificação de vídeo, e computação de probabilidade dos contadores para transições de estado para estados de largura de banda baixa, média e alta; e computação de uma matriz de probabilidade de transição para transição de complexidade de camada de codificação de vídeo e computação de uma matriz de probabilidade de transição para transição de estado de largura de banda.

Conforme delineado acima, a FIG. 1 ilustra uma rede típica 21 de distribuição de IPTV que inclui um meio de aquisição de conteúdo de Vídeo 12, um sistema de gerenciamento de IPTV 14, um meio de distribuição de conteúdo de IPTV 16 e um dispositivo de consumidor de IPTV 18. A Fonte de Video 20 é normalmente adquirida em formato analógico e codificada em formato MPEG 1/2/4 por um codificador de video 22, e é enviada para um servidor de Video Sob Demanda (Video On Demand - VOD) 24 ou para um servidor de Difusão (Broadcast server) 26. 0 servidor de VOD 24 encapsula o conteúdo em uma seqüência de dados de programa para transporte para um núcleo de rede 28. 0 núcleo de rede 28 é um canal de maior largura de banda. Uma rede de IPTV 21 também consiste em uma variedade de elementos de gerenciamento, fornecimento e garantia de serviço. Tipicamente a rede inclui o Sistema de Suporte Operacional (Operation Support System - OSS) 30, o sistema de gerenciamento de Assinante 32 e servidores de aplicativo 34 para criação de novos serviços de adição de valor. Após o gerenciamento, fornecimento e garantia de serviço, o conteúdo pode ser armazenado em um servidor de VOD 36 ou em um servidor de difusão 38 acessível ao consumidor. 0 conteúdo é tipicamente localizado em uma margem 40 da rede 21. Um consumidor pode acessar sua linha de acesso de banda larga 42, que pode consistir em uma linha de Cabo / DSL 44.

Um televisor é tipicamente ligado a uma caixa decodificadora tipo "set-top box" 46 que decodifica a seqüência de dados de video para a saida de vídeo- componente.

Na FIG. 2 encontra- se ilustrada uma pilha de protocolo para uma seqüência de dados de video em pacotes. 0 acoplamento dependente de midia 48 pode ser do tipo Ethernet, Sonet, DS3, cabo, ou interface DSL. Um dispositivo PHY 50 realiza o processamento de pacotes dependente de mídia. Um IP {Protocolo Internet) 52 é a parte de camada de rede que proporciona principalmente o endereçamento para roteamento de pacotes na rede de IPTV 21. Um protocolo UDP / RTP 54 constitui a camada de transporte que proporciona endereçamento de nível de aplicativo para portas. A seqüência de dados de vídeo pode ser encapsulada na camada UDP / RTP ou somente na camada UDP 54. O vídeo codificado pode ser submetido a compressão em MPEG 1 / 2/ 4 e enviado como uma seqüência de dados de transporte ou em encapsulação RTP para vídeo 56. Pode existir uma Camada de Abstração de Rede 58 opcional tal como ocorre no caso da codificação H.264/AVC. Uma entrada 60 de pacotes de camada de codificação de vídeo é decodificada e são extraídos os parâmetros necessários para obtenção dos valores para medição 62 para o modelo de complexidade de imagem, conforme se encontra descrito abaixo.

A FIG. 3 proporciona a lógica de nível alto para os modelos estatísticos em uma configuração da presente invenção. A entrada de camada de codificação de vídeo VCL MPEG é fornecida tanto para um modelo 66 de complexidade de camada de codificação de vídeo VCL (quadro-I) quanto para um modelo de largura de banda 68 para computação dos contadores necessários para os modelos estatísticos. Uma equação de ajuste de curva 70 toma os parâmetros de saída de modelo e computa a complexidade de imagem 72.

A FIG. 4 ilustra transições de estado de processo Markov distintas para o modelo de largura de banda 68. As variações de largura de banda em seqüências de dados de vídeo são modeladas para um processo Markov de três estados para determinação da probabilidade de transições de estado de baixa e alta largura de banda. O Estado um (Sl) 74, o Estado dois (S2) 76 e o Estado três (S3) 78 representam respectivamente estados do modelo 68 em estados de largura de banda baixa, constante e alta.

A FIG. 5 ilustra transições de estado de processo Markov distintas para o modelo 66 de quantificação de complexidade da camada de codificação de vídeo VCL. As transições de quantificação recuperadas da camada de macro- bloco são modeladas para um processo Markov de dois estados. Kl 80 e K2 82 ilustram estados do modelo 66 de complexidade da camada VCL - estados de quantificação alta e de quantificação baixa.

A FIG. 6 ilustra os contadores 86 utilizados para computação das probabilidades de transição 90 do modelo 68 de largura de banda. Um monitor 84 de largura de banda de camada de codificação de vídeo VCL monitora as variações de largura de banda na seqüência de dados de VCL e atualiza os contadores cXY 86, em que X representa o estado inicial e Y representa o estado resultante. Os estados inicial e resultante podem ser estados de largura de banda baixa, constante ou alta designados como 1, 2 ou 3, respectivamente. Por exemplo, Cll representa o evento cie transição de estado de um estado 74 de largura de banda baixa para um estado 74 de largura de banda baixa, e C23 representa o evento de transição de estado de um estado 76 de largura de banda constante para um estado de largura de banda alta 78.

As probabilidades 90 de transição de estado são computadas para obtenção de uma matriz de transição 8. As probabilidades de 90 transição de estado são representadas por pXY em que X representa o estado inicial e Y representa o estado resultante. Os estados inicial e resultante podem ser estados de largura de banda baixa, constante ou alta, designados como 1, 2 ou 3, respectivamente. Por exemplo, pl2 é a probabilidade de transição para transição do estado de largura de banda baixa (Sl) 74 para o estado de largura de banda constante (S2) 76. A matriz de transição 88 é formada a partir das probabilidades 90 de transição. A partir da matriz 88 de transição são computadas probabilidades de estado de limitação sem as condições iniciais para obtenção de BPlOl 92 e BPlOl 94. Estes valores representam as probabilidades de permanência no estado de largura de banda baixa e no estado de largura de banda alta, respectivamente.

Os contadores 98 utilizados para computação das probabilidades de transição para o modelo de quantificação de complexidade de camada VCL encontram-se ilustrados na FIG. 7. Um monitor 96 de macro-bloco e fatia de camada de codificação de video VCL monitora o parâmetro de quantificação no macro-bloco e atualiza os contadores dXY, em que X representa o estado inicial e Y representa o estado resultante. Os estados inicial e resultante podem ser estados de recepção de quantificação alta ou quantificação baixa designados como 1 ou 2, respectivamente. Por exemplo, d12 representa as contagens de eventos de transição de estado de um estado de recepção de quantificação alta para um estado de recepção de quantificação baixa. As probabilidades de transição de estado são computadas para obtenção de uma matriz de transição 100 para o modelo 66 de quantificação de camada VCL. A partir da matriz de transição 100, a probabilidade de uma ocorrência de quantificação alta em uma seqüência de imagens é computada e definida na variável IP100 102.

A matriz 88 de probabilidade de transição para o modelo 68 de largura de banda encontra-se ilustrada na FIG. 8. Os estados Sl 74, S2 76 e S3 78 representam estados de largura de banda baixa, média e alta, conforme foi assinalado acima, e cada célula da matriz 88 representa a probabilidade de transição de estado, de um estado para outro.

A FIG. 9 ilustra uma matriz 100 de probabilidade de transição para o modelo 66 de quantificação de camada VCL. Os estados K1 104 e K2 106 representam estados de ocorrência de quantificação alta e de quantificação baixa, e cada célula da matriz 100 representa a probabilidade de transição de estado, de um estado para outro.

A FIG. 10 ilustra os parâmetros de saída BPlOl 92, 3P101 94 e IP100 102 do modelo 66 de complexidade de camada VCL e do modelo 68 de largura de banda, utilizados na equação de ajuste de curva 73 da FIG. 3 para obtenção de complexidade de imagem (Γ) 72 que se situa em uma faixa de valor de 2 até 3.

A FIG. 11 ilustra um diagrama de fluxo dos principais blocos funcionais do processo de acordo com a invenção, üma inicialização 108 de modelo de largura de banda é a primeira etapa que precisa ser realizada para execução dos modelos de largura de banda 68 e de complexidade de camada VCL 66. Em 110 são inicializadas as variáveis para computação de uma média de largura de banda. Em 112 uma entrada de camada de codificação de vídeo VCL é lida da seqüência de dados de transporte / NAL (Network Abstraction Layer - Camada de Abstração de Rede). A largura de banda média para os pacotes de camada VCL é computada em 114 e definida em 116. Durante esta operação, um modelo 68 de largura de banda e um modelo 66 de complexidade de camada de codificação de vídeo VCL são executados em paralelo em 118. O modelo 68 de largura de banda é inicializado para contadores de transições em 120. O tamanho de pacote de camada de codificação de vídeo VCL é lido da seqüência de dados de camada de transporte/camada NAL em 122. A largura de banda para a camada VCL é computada em 124. Os contadores de transição são atualizados em 126 e a matriz de probabilidade de transição é atualizada em 128. A etapa seguinte consiste na computação 130 das probabilidades de estado de limitação de estado alto e de estado baixo mediante utilização das equações (1) e (2), conforme detalhadas abaixo. As variáveis BPlOl e BP 103 são definidas em 132. Para cada macro-bloco, o modelo 66 de complexidade de camada VCL é executado ao mesmo tempo em 118. Os contadores são inicializados era 136 e são lidos parâmetros de quantificação de macro-bloco e fatia da seqüência de dados de transporte/NAL em 138 mediante decodificação de dados de fatia da camada VCL. A matriz de probabilidade de transição de quantificação de complexidade de camada VCL é computada em 140 e as probabilidades de estado de limitação são computadas em 142. A variável IP100 é então definida em 144. A equação de ajuste de curva final é computada em 146 com utilização das variáveis BP101, BP 103 e IP100.

Será agora explicada mais detalhadamente a operação de uma configuração. Um modelo 68 de largura de banda é construído mediante utilização do modelo de Markov na FIG. 4. Os estados Sl 74, S2 76, e S3 78 correspondem ao estado de uma taxa de pacotes de VCL em qualquer instância no tempo após o processamento de um certo número de pacotes de VCL ou seções distintas. 0 modelo 68 de largura de banda é inicializado após a criação da seqüência de dados de vídeo MPEG. Neste estágio, o modelo 68 de largura de banda determina a largura de banda média da seqüência de dados de vídeo para cada seção distinta, isto é, a cada instância de amostragem. 0 procedimento para determinação da média de largura de banda é como segue:

o Inicialização dos contadores A100, al0l, A102, A103, A104, para zero;

o Leitura, a partir da camada MPEG, do tamanho de pacote de VCL para cada pacote de camada de transporte/NAL recebido, e ajuste do contador Al00 para o tamanho cumulativo recebido;

o Incremento do contador A103 para cada tipo de imagem/macro-bloco INTRA;

o Incremento do contador A104 para cada tipo de fatia;

o Ajuste do contador AlOl para primeiro tempo de recepção de VCL em milésimos de segundo;

o Ajuste do contador A102 para cada tempo de recepção de VCL em milésimos de segundo; e

o Em cada instância de amostragem, computação de média de largura de banda.

O cálculo observa o seguinte procedimento:

A100 = A100 + tamanho_receb_VCL da camada MPEG

Se (A101 = 0) então A101 = tempo atual

A102 = tempo atual

C100 = AlOO * 8 / (A102 - al0l) / 1000 (em kbps)

A faixa Média de Largura de Banda (C100) será C100 ± 10 kbps.

O modelo é executado somente quando é recebida uma contagem mínima previamente definida do contador A103. Este contador indica a necessidade de transições de cena e transições de cenas múltiplas para computação eficaz do modelo. O modelo estará no estado baixo de largura de banda (SI} se a largura de banda da seqüência de dados de video atual for inferior a C100 - 10 kbps; para larguras de banda superiores a C100 + 10 kbps o modelo estará no estado alto de largura de banda (S3) . Se a largura de banda se encontrar dentro do valor médio de largura de banda, o modelo estará no estado constante de largura de banda (S2).

A largura de banda média (C100) é determinada continuamente para os pacotes de camada de codificação de video VCL, e a variação de largura de banda pode ser modelada mediante utilização do Processo de Markov de transição Distinta ilustrado na FIG. 4. As transições dos três estados (SI, S2 e S3) são calculadas mediante monitoração da variação de largura de banda da seqüência de dados de video. É obtida a matriz de transição 88 (FIG. 8), em que cada célula representa a probabilidade de transição de estado de um estado em particular para o estado seguinte. Na medida em que o modelo de Markov para este processo não tem estados periódicos e seus estados recorrentes forma uma cadeia única, as probabilidades de estado de limitação são independentes das condições iniciais. Esta condição pode ser aplicada para obtenção de P1 (probabilidade de estar no estado S1), P2 (probabilidade de estar no estado S2) e P3 (probabilidade de estar no estado S3). Para probabilidades de estado de limitação, as seguintes equações são adequadas:

<formula>formula see original document page 21</formula>

Visto existirem três variáveis (PI, P2, P3) para resolver, são necessárias três equações simultâneas, cada uma das quais pode ser criada da matriz de transição 88 (FIG. 8) . A matriz de transição 88 é construída a partir das estatísticas de variação de largura de banda da seqú6encia de dados de vídeo MPEG. A matriz de transição 88 é obtida por computação da probabilidade de transição de um estado em particular para qualquer outro estado possível, conforme se encontra ilustrado na FIG. 8. Por exemplo, a probabilidade de permanência no estado Sl é representada por pll.

Estas probabilidades de transição são inseridas nas equações (1) e (2) para obtenção de três equações simultâneas que podem ser resolvidas para obtenção de PI, P2 e P3, em que representam o seguinte: Pl (probabilidade de o modelo permanecer no estado de largura de banda baixa); P2 (probabilidade de o modelo permanecer em estado de largura de banda média / constante); e P3 (probabilidade de o modelo permanecer em estado de largura de banda alta).

A probabilidade de transições baixas e altas é inserida na equação 70 de ajuste de curva final para obtenção de um valor 72 de complexidade de imagem. O algoritmo para obtenção de Pl, P2 e P3 é descrito a seguinte forma:

o Inicialização dos contadores cll, cl2, cl3, c21, c22, c23, c31, c32, e c33 para 0;

o estado = S2; e

o para vários pacotes de camada de codificação de vídeo VCL em seqüência elementar de dados de vídeo MPEG (contagem configurável)

Se (A103 > 5000 (contagem conf igurável) | | A104 > 100 (contagem configurável)) largura_de_banda_atual = tamanho_vcl * 8} / (tempo_atual - tempo_anterior) / 1000 Se (largura_de_banda_atuai > (€100 + 10)) Se (estado = SI) ++cl3.

senão, se (estado = S2)

++c23.

senão

++c33.

senão, se (largura_de_banda_atual < (clOO - 10))estado = S2)

se (estado = Sl) senão, se (estado = S2) ++c21.

senão

++c31.

senão

se (estado = SI) senão, se {estado = S2)

++c22.

senão

++c32.

atualizar estado para o estado atual

Em cada instância de amostragem (por exemplo, 10 segundos), é comutada uma matriz de transição do exemplo acima. As probabilidades de transição são calculadas das freqüências relativas de transição de estado.

p11 = c11 / (c11 + c12 + c13) p12 = c12 / (c11 + c12 + c13) p13 = c13 / (c11 + c12 + c13) p21 = c21 / (c21 + c22 + c23) p22 = c22 / (c21 + c22 + c23) p23 = c23 / (c21 + c22 -r c23) p31 = c31 / (c31 + c32 + c33) p32 - c32 / (c31 + c32 -r c33) p33 = c33 / (c31 + c32 + c33)

A partir da matriz de transição, as probabilidades P1 (probabilidade de taxa baixa), P2 (probabilidade de taxa constante / média) e P3 (probabilidade de taxa alta) são comutadas com utilização de três equações simultâneas formadas mediante utilização das equações (1) e (2).

Inserindo-se as probabilidades de transição na equação (1), é obtido o seguinte resultado:

0 = P1 * (p11 - 1) + P2 * p21 + P3 * p31 ----Equação (3)

0 = P1 * p12 + P2 * (p22 - 1) + P3 * p32 ----Equação (4) da equação (2), é obtido o seguinte resultado:

1 = Pl + ?2 + P3 ---------------Equação (5}

Após as equações serem resolvidas, as probabilidades são atribuídas para as seguintes variáveis:

BP101 = P1

BP103 = P3

Após as três equações acima terem sido resolvidas, Pl e P3 são computados para uso na equação de ajuste de curva 70 para obtenção da complexidade de imagem final 72.

Para cada entrada de camada de codificação de vídeo VCL, é necessário executar em paralelo um modelo 66 de complexidade de camada VCL. Os parâmetros de camada VCL são monitorados quanto a transições de cenas e qualidade de imagem. Os tipos de macro-blocos INTER / INTRA são analisados para determinação de transições de cenas e os parâmetros de quantificação contidos no macro-bloco são lidos para determinação da contribuição da qualidade de imagem para a complexidade de imagem. Após a execução do modelo 66 de complexidade de camada de codificação de vídeo VCL, a equação 70 de ajuste de curva para complexidade de imagem pode ser resolvida para obtenção do valor final de complexidade de imagem 72.

A computação de probabilidade de complexidade de camada de codificação de vídeo VCL segue um processo similar àquele descrito acima, porém os estados de Markov são limitados a dois estados. A FIG. 10 ilustra o processo de transição de estado do modelo de complexidade de camada de codificação de vídeo VCL. Os estados representam:

Kl (estado em que é recebido um macro-bloco de quantificação alta); e

K2 (estado em que é recebido um macro-bloco de quantificação baixa).

Cada matriz de transição 100 (FIG. 9) que contém probabilidades de transição é computada. Cada célula representa a transição de estado, por exemplo, pl2 representa a probabilidade de ocorrência de quantificação baixa (K2) em estado de recepção de quantificação alta (Kl).

O procedimento para computação de probabilidades de transição é o seguinte:

Para cada entrada de camada de codificação de vídeo VCL, em uma seqüência de dados de vídeo MPEG elementar,

o Inicialização de todos os contadores dll, dl2, d21, d22 para zero. definição de estado = S1.

o Para determinação do limiar de quantificação para definição de estados de quantificação alta / baixa, leitura do valor de quantificação inicial, alternativamente de um parâmetro de imagem definido (tal como em MPEG4) ou de um valor previamente configurado se não existir um valor disponível. Definição de ClOl para este valor.

o Definição de C102 para zero para contagens de macro- bloco

o Definição de C103 para zero para tipos de macro-bloco INTRA o Definição de C105 para zero para tipos de Fatia o Para cada macro-bloco que é processado, incremento de C102

o Para cada tipo de macro-bloco INTRA, incremento de C103 o para cada tipo de Fatia, incremento de C105 o Para cada macro-bloco em que existir quantificação disponível, leitura do valor de quantificação em C104 Se (estado = Kl) se (C104 > ClOl && C105 > 100 (configurável) && C103 > 30Q0 (configurável))

++dll;

senão

++dl2;

senão, se (estado = K2) Se (C104 > ClOl && C105 > 100 (conf igurável) && C103 > 3000 (configurável)) ++d21 senão ++d22 atualização de estado para o estado atual

Em cada instância de amostragem (por exemplo, 10 segundos) dos contadores acima, as probabilidades de transição são computadas para obtenção da matriz de transição 100 acima

pll = dll / (dll + dl2) ρ 12 = dl2 / (dll + dl2) p21 = d21 / (d21 + d22) ρ22 = d22 / (d21 + d22)

A partir das probabilidades de transição, é possivel computar a probabilidade de ocorrência de quantificação alta (Pl) e a probabilidade de ocorrência de quantificação baixa (P2) . A probabilidade de ocorrência de quantificação alta será utilizada na equação de ajuste de curva 7 0 para obtenção do valor de complexidade de imagem final 72.

Na medida em que as probabilidades de estado de limitação independem das condições iniciais, as equações simultâneas para as probabilidades de estado de limitação podem ser resolvidas da seguinte forma:

<formula>formula see original document page 27</formula>

Substituindo-se e expandindo-se a probabilidades de transição nas equações (6) e (70 acima,

<formula>formula see original document page 27</formula>

As duas equações acima são resolvidas para obtenção de Pl e P2. Será atribuído, IP100 = Pl (probabilidade de ocorrência de estado de complexidade alto na camada de codificação de vídeo VCL nos macro-blocos) a ser utilizado na equação de complexidade de imagem.

BP101, BP103 e IP100 são utilizados na equação de ajuste de curva 70 (FIG. 10 para obtenção de uma complexidade de imagem 72 situada na faixa entre 2 e 3. Complexidade de Imagem (Γ)

Γ = 2 + In {1 + IP100) +In (2 + B103 - B101) ---Equação (10)

para (Γ > 3) Γ = 3

Muito embora tenham sido detalhadamente descritas várias configurações para propósitos ilustrativos, diversas modificações podem ser feitas em cada uma das mesmas sem afastamento do escopo e espirito da invenção.

Claims

1. PROCESSO PARA DIFUSÃO DE MÚLTIPLAS SEQÜÊNCIAS DE DADOS DE VÍDEO EM UM ÚNICO CANAL, caracterizado por compreender as etapas de: análise de alterações de indicação de complexidade e alterações de taxa de bits em uma camada de codificação de video de cada uma das referidas múltiplas seqüências de dados de video; criação de um modelo estatístico para computação dinâmica de complexidade de imagem de cada uma das referidas múltiplas seqüências de dados de vídeo; determinação do efeito da complexidade de imagem das referidas múltiplas seqüências de dados de vídeo sobre a referida difusão; e distribuição da largura de banda de canal disponível entre as referidas múltiplas seqüências de dados de vídeo com base no efeito determinado da complexidade de imagem de cada uma das referidas múltiplas seqüências de dados de vídeo.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a etapa de análise incluir a etapa de análise de alterações de indicação de complexidade de camada de codificação de vídeo em parâmetros de seções distintas das seqüências de dados de vídeo.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por as seções distintas das seqüências de dados de video incluírem fatia, macro-blocos, quantificação, blocos de referência inter-codificados, blocos de referência intra-codifiçados, e tipos de não- referência de macro-bloco/fatia/imagem.

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de estimativa de qualidade de video em estados de perda.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a etapa de criação incluir as etapas de: criação de um primeiro modelo estatístico de alterações de indicação de complexidade de camada de codificação de vídeo para seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo; criação de um segundo modelo estatístico de alterações de taxa de bits de camada de codificação de vídeo ou variações de largura de banda para as mesmas seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo; combinação dos primeiro e segundo modelos estatísticos das seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo; e cálculo da complexidade de imagem para as seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo com base nos primeiro e segundo modelos estatísticos combinados.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: contagem de tipos de inter / íntra previsão e macro-blocos / fatias, transições de alta quantificação para tipos de macro-blocos / fatia / imagem mediante determinação de alterações de quantificação nas seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo; e contagem de variação de largura de banda mediante determinação da largura de banda de dados de camada de codificação de vídeo nas seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por as etapas de contagem compreenderem o incremento de um primeiro contador para cada alteração de quantificação, o incremento de um segundo contador para cada macro-bloco, o incremento de um terceiro contador para cada fatia, e o incremento de um quarto contador para cada transição de estado de largura de banda baixa, média e alta.

8. Processo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: computação de uma probabilidade de complexidade de camada de codificação de vídeo para as seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo mediante utilização dos primeiro, segundo, terceiro e quarto contadores; e computação de uma probabilidade de estados de largura de banda baixa, média e alta para as seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo mediante utilização dos primeiro, segundo, terceiro e quarto contadores.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: construção de uma primeira matriz de probabilidade de transição para transição de complexidade de camada de codificação de video das seções distintas de cada seqüência de dados de video; e construção de uma segunda matriz de probabilidade de transição para transição de estado de largura de banda das seções distintas de cada seqüência de dados de video.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de computação de complexidade de imagem das seções distintas de cada seqüência de dados de video mediante utilização de probabilidades de estado de limitação obtidas de cada matriz de probabilidade de transição.

11. PROCESSO PARA DIFUSÃO DE MÚLTIPLAS SEQÜÊNCIAS DE DADOS DE VÍDEO EM UM ÚNICO CANAL, caracterizado por compreender as etapas de: análise de alterações de indicação de complexidade e alterações de taxa de bits em uma camada de codificação de video em parâmetros de seções distintas de cada uma das referidas múltiplas seqüências de dados de vídeo; criação de um modelo estatístico para computação dinâmica de complexidade de imagem de cada uma das referidas múltiplas seqüências de dados de vídeo; determinação do efeito da complexidade de imagem das referidas múltiplas seqüências de dados de video sobre a referida difusão; distribuição de largura de banda de canal disponível entre as referidas múltiplas seqüências de dados de vídeo com base no efeito determinado da complexidade de imagem de cada uma das referidas múltiplas seqüencia s de dados de vídeo; e estimativa de qualidade de vídeo em estados de perda.

12. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por as seções distintas das seqüências de dados de vídeo incluírem fatia, macro-blocos, quantificação, blocos de referência inter-codif i-cados, blocos de referência intra-codifiçados, e tipos de não- referência de macro-bloco/fatia/imagem.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a etapa de criação incluir as etapas de: criação de um primeiro modelo estatístico de alterações de indicação de complexidade de camada de codificação de vídeo para seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo; criação de um segundo modelo estatístico de alterações de taxa de bits de camada de . codificação de vídeo ou variações de largura de banda para as mesmas seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo; combinação dos primeiro e segundo modelos estatísticos das seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo; e cálculo da complexidade de imagem para as seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo com base nos primeiro e segundo modelos estatísticos combinados.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: contagem de transições de quantificação alta de tipos de fatia / macro-blocos e previsão inter / intra para tipos de imagem / fatia / macro-bloco mediante determinação de alterações de quantificação nas seções distintas de cada seqüência de vídeo; e contagem de variação de largura de banda mediante determinação da largura de banda de dados de camada de codificação de vídeo nas seções distintas de cada seqüência de vídeo.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por as etapas de contagem compreenderem o incremento de um primeiro contador para cada alteração de quantificação, o incremento de um segundo contador para cada macro-bloco, o incremento de um terceiro contador para cada fatia, e o incremento de um quarto contador para cada transição de estado de largura de banda baixa, média e altâ. ·

16. Processo, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de; computação de uma probabilidade de complexidade de camada de codificação de video para as seções distintas de cada seqüência de dados de video utilizando os primeiro, segundo, terceiro e quarto contadores; e computação de uma probabilidade de estados de largura de banda baixa, média e alta para as seções distintas de cada seqüência de dados de video utilizando os primeiro, segundo, terceiro e quarto contadores.

17. Processo, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: construção de uma primeira matriz de probabilidade de transição para transição de complexidade de camada de codificação de video das seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo; e construção de uma segunda matriz de probabilidade de transição para transição de estado de largura da banda das seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo.

18. Processo, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de computação de complexidade de imagem das seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo utilizando probabilidades de estado de limitação obtidas de cada matriz de probabilidade de transição.

19. PROCESSO PARA DIFUSÃO DE MÚLTIPLAS SEQÜÊNCIAS DE DADOS DE VÍDEO EM UM ÚNICO CANAL, caracterizado por compreender as etapas de: análise de alterações de indicação de complexidade e de alterações de taxa de bits em uma camada de codificação de video de cada uma das referidas múltiplas seqüências de dados de vídeo; criação de um primeiro modelo estatístico de alterações de indicação de complexidade de camada de codificação de vídeo para seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo; criação de um segundo modelo estatístico de alterações de taxa de bits de camada de codificação de vídeo ou variação de largura de banda para as mesmas seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo; combinação dos primeiro e segundo modelos estatísticos das seções distintas de cada seqüência de dados de vídeo para computação dinâmica de complexidade de imagem de cada uma das referidas múltiplas seqüências de dados de vídeo; determinação do efeito da complexidade de imagem das referidas múltiplas seqüências de dados de vídeo sobre a referida difusão; distribuição de largura de banda de canal disponível entre as referidas múltiplas seqüências de dados de vídeo com base no efeito determinado da complexidade de imagem de cada uma das referidas múltiplas seqüências de dados de vídeo; cálculo da complexidade de imagem para as seções distintas de cada seqüência de dados.de video com base nos primeiro e segundo modelos estatísticos combinados; e estimativa da qualidade de vídeo em estados de perda.

20. Processo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: contagem de transições de quantificação alta de tipos de fatia / macro-blocos e previsão inter / intra para tipos de imagem / fatia / macro-bloco mediante determinação de alterações de quantificação em cada seqüência de vídeo; e contagem de variação de largura de banda mediante determinação da largura de banda de dados de camada de codificação de video em cada seqüência de vídeo.

21. Processo, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por as etapas de contagem compreenderem o incremento de um primeiro contador para cada alteração de quantificação, o incremento de um segundo contador para cada macro-bloco, o incremento de um terceiro contador para cada fatia, e o incremento de um quarto contador para cada transição de estado de largura de banda baixa, média e alta.

22. Processo, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: computação de uma probabilidade de complexidade de camada de codificação de video para as seções distintas de cada seqüência de dados de video utilizando os primeiro, segundo, terceiro e quarto contadores; e computação de uma probabilidade de estados de largura de banda baixa, média e alta para as seções distintas de cada seqüência de dados de video utilizando os primeiro, segundo, terceiro e quarto contadores.

23. Processo, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado por compreender adicionalmente as etapas de: construção de uma primeira matriz de probabilidade de transição para transição de complexidade de camada de codificação de video das seções distintas de cada seqüência de dados de video; e construção de uma segunda matriz de probabilidade de transição para transição de estado de largura da banda das seções distintas de cada seqüência de dados de video.

24. Processo, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por compreender adicionalmente a etapa de computação de complexidade de imagem das seções distintas de cada seqüência de dados de video utilizando probabilidades de estado de limitação obtidas de cada matriz de probabilidade de transição.

25. Processo, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por a etapa de análise incluir a etapa de análise de alterações de indicação de complexidade de camada de codificação de video em parâmetros das seções distintas das seqüências de dados de vídeo, e em que as seções distintas das seqüências de dados de vídeo incluem fatia, macro-blocos, quantificação, blocos de referência inter-codifiçados, blocos de referência intra-codificados, e tipos de não-referência de macro-bloco / fatia / imagem.