CN104427342A - 视频编码方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种视频编码方法及装置。所述方法是先存取外部存储器，以参考先前写入外部存储器的参考画面，编码待压缩画面。接着，采用无损压缩方式压缩编码后的待压缩画面，并输出压缩画面。然后，监看压缩画面的压缩效率，并判断压缩画面的压缩效率是否低于系统需求，以决定是否将压缩画面的下一张压缩画面写入外部存储器。

Description

视频编码方法及装置

技术领域

本发明是有关于一种编码方法及装置，且特别是有关于一种视频编码方法及装置。

背景技术

在大部分标准化的有损视频压缩标准的压缩过程当中，为了增加压缩的效率，往往通过参考画面（reference frame）与目前待压缩画面（current frame）的相关性将压缩率增加。举例而言，在一般压缩的过程当中，会自外部存储器当中读取目前待压缩画面以及前一张的压缩结果，并且，在压缩过后会将目前压缩的结果储存至外部存储器，以作为下一个待压缩画面的参考画面。因为这样的设计，所以在视频编码装置的设计上，压缩所需要的带宽需要至少3倍于视频解析度的大小。对于高解析度（例如，4K×2K）的视频而言，其在写入外部存储器时所需的带宽更是急遽增加。换言之，视频处理装置在设计上需要配合视频的解析度而调整外部存储器的比特率。为了能够减少设计视频处理装置的成本，有部分的编解码器已经引入带宽压缩机制，以降低视频压缩带宽。

为了能够减少压缩带宽，在将目前的待压缩画面编码完成后，视频处理装置会在写入外部存储器时，采用接近于无损的压缩的方式，将内嵌式去区块效应滤波器（in-loop deblocking filter）的编码结果写入外部存储器。此种机制的好处在于因为实际上仍是有损压缩，所以在将此编码结果写入外部存储器时，可以确保写入外部存储器所需要的带宽是足够的。在视频处理装置的设计上，此种保证压缩率的方法虽可不需预留需求带宽以外的带宽资源，但却可能出现参考画面信息偏移的问题，进而导致解码时物件偏移或是非原先编码画面的错误编码结果。

另外，视频编码装置也可对所述待压缩画面进行无损压缩，以降低视频压缩带宽。此种无损压缩方法可保证编码端与解码端之间的参考画面对称性，使得无论视频流传递多久，都不会产生偏移或错误编码的现象。然而，当参考画面的变化较大时，采用无损压缩方法却可能会产生压缩效率不足的问题，甚至在最糟的状况下，将可能发生压缩效率为零（即，压缩前的文件与压缩后的文件大小相同）的情况。换言之，无损压缩无法提供一个所需最高带宽的上限来作为系统的需求。更进一步而言，实施无损压缩的视频编码装置在设计上虽然可以自无损压缩当中获得降低带宽的好处，但却必须考量最差的无损压缩状况，以确保视频编码装置不会因为带宽超载而违反即时性的运作。

发明内容

本发明提供一种视频编码方法及装置，可在对待压缩画面实施无损压缩的情况下，避免发生写入外部存储器带宽不足的情形发生。

本发明提供一种视频编码方法，适用于连接到外部存储器视频编码装置。所述方法是先存取外部存储器，以参考先前写入外部存储器的参考画面，编码待压缩画面。接着，采用无损压缩方式压缩编码后的待压缩画面，输出压缩画面。然后，监看压缩画面的压缩效率，并判断此压缩效率是否低于系统需求，以决定是否将压缩画面的下一张压缩画面写入外部存储器。

在本发明的一实施例中，所述参考先前写入外部存储器的参考画面，编码待压缩画面的步骤包括参考前一张写入外部存储器的参考画面，编码待压缩画面。

在本发明的一实施例中，所述参考先前写入外部存储器的参考画面，编码待压缩画面的编码结果的步骤包括针对先前写入外部存储器的多张参考画面中各所述参考画面的压缩效率及编码效率，选择压缩效率及该编码效率的合并效率最高的参考画面作为参考，编码待压缩画面。

在本发明的一实施例中，所述判断压缩画面的压缩效率是否低于系统需求，决定是否将压缩画面写入外部存储器的步骤是在压缩效率低于系统需求时，不将下一张压缩画面写入外部存储器，并选定先前写入外部存储器的参考画面，作为编码次于下一张压缩画面的待压缩画面的参考；而在压缩效率不低于系统需求时，将下一张压缩画面写入外部存储器，并重新选定先前写入外部存储器的参考画面，作为编码次于下一张压缩画面的待压缩画面的参考。

在本发明的一实施例中，在压缩效率低于系统需求时，所述方法还包括减少编码待压缩画面的比特率，并重新编码待压缩画面。

本发明提出一种视频编码装置，其包括编码器、无损压缩模块、压缩效率统计引擎以及编码策略器。编码器存取外部存储器，以参考先前写入外部存储器的参考画面，编码待压缩画面。无损压缩模块采用无损压缩方式压缩编码器编码后的待压缩画面，输出压缩画面。压缩效率统计引擎监看无损压缩模块所压缩的压缩画面的压缩效率。编码策略器判断压缩画面的压缩效率是否低于系统需求，以决定是否将压缩画面的下一张压缩画面写入外部存储器。

在本发明的一实施例中，所述编码策略器是选择前一张写入外部存储器的参考画面，以作为编码器编码待压缩画面的参考画面。

在本发明的一实施例中，所述编码策略器是针对先前写入外部存储器的多张参考画面中各所述参考画面的压缩效率及编码效率，选择压缩效率及编码效率的合并效率最高的参考画面，以作为编码器编码待压缩画面的参考画面。

在本发明的一实施例中，所述编码策略器在判断压缩效率低于系统需求时，不将无损压缩模块输出的下一张压缩画面写入外部存储器，并选定先前写入外部存储器的参考画面，作为编码器编码次于下一张压缩画面的待压缩画面的参考，而在判断压缩效率不低于系统需求时，将无损压缩模块输出的下一张压缩画面写入外部存储器，并重新选定先前写入外部存储器的参考画面，作为编码器编码次于下一张压缩画面的待压缩画面的参考。

在本发明的一实施例中，所述视频编码装置还包括比特率控制器。所述比特率控制器在编码策略器判断压缩效率低于系统需求时，减少编码器编码待压缩画面的比特率，并重新编码待压缩画面。

基于上述，本发明实施例提出的视频编码方法及其装置可在对待压缩画面进行无损压损之后，依据所产生压缩画面的压缩效率来决定是否将此压缩画面的下一张压缩画面写入外部存储器，从而避免因压缩效率低下所导致的写入外部存储器带宽不足的情形发生。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依据本发明的一实施例示出的视频编码装置示意图；

图2是依据本发明的一实施例示出的视频编码方法流程图；

图3是依据本发明另一实施例示出的视频编码装置示意图；

图4是依据本发明另一实施例示出的视频编码方法流程图。

附图标记说明：

100：视频编码装置；

110：编码器；

120：无损压缩模块；

130：压缩效率统计引擎；

140：编码策略器；

150：外部存储器；

310：比特率控制器；

CI、IM：待压缩画面；

CI’：压缩画面；

RI：参考画面。

具体实施方式

图1是依据本发明的一实施例示出的视频编码装置示意图。在本实施例中，视频编码装置100包括编码器110、无损压缩模块120、压缩效率统计引擎130以及编码策略器140。在一实施例中，上述元件例如是以逻辑电路元件组成的硬件装置，而可执行视频编码功能；在另一实施例中，这些元件也可以是储存在视频编码装置100的储存媒体（未示出）中的程序，其可载入视频编码装置100的处理器（未示出），以执行视频编码功能，在此不设限。

图2是依据本发明的一实施例示出的视频编码方法流程图。图2实施例的方法可由图1所示的视频编码装置100执行，以下即搭配图1的各个元件说明图2的方法步骤。

在步骤S210中，编码器110可存取外部存储器150，以参考先前写入外部存储器150的参考画面RI，编码待压缩画面IM。外部存储器150例如是可用于储存关联于视频的多个连续图像画面的动态随机存取存储器（DynamicRandom Access Memory，以下简称：DRAM）或其他类似品。待压缩画面IM例如是视频编码装置100在目前的时间点欲处理的图像画面，而参考画面RI则例如是视频编码装置100在先前的时间点（例如前一个时间点或前N个时间点（N为正整数））已处理（即，压缩）过的图像画面。

在一实施例中，参考画面RI例如是由编码策略器140所选择的前一张写入外部存储器150的参考画面。在其他实施例中，编码策略器140也可针对先前写入外部存储器150的多张参考画面中各所述参考画面的压缩效率及编码效率，选择压缩效率及编码效率的合并效率最高的参考画面，以作为编码器110编码待压缩画面IM的参考画面RI。其中，由于时间上愈靠近目前待压缩画面IM的参考画面，其画面内容与待压缩画面IM的重复性愈高、差异也愈小，其编码效率也相对较高。据此，本实施例即综合考量压缩效率与编码效率这两种参数，并选择合并效率最高的参考画面来作为编码待压缩画面IM的参考画面RI，藉此可提高编码器110编码待压缩画面IM的效率。

在步骤S220中，无损压缩模块120可采用无损压缩（lossless compression）方式压缩编码器110编码后的待压缩画面CI，输出压缩画面CI’。在一实施例中，无损压缩模块120例如可采用熵编码（entropy encoding）或其他的无损压缩算法来压缩待压缩画面CI，但本发明的可实施方式不限于此。

在步骤S230中，压缩效率统计引擎130可监看无损压缩模块120所压缩的压缩画面CI’的压缩效率。所述压缩效率例如是1减去压缩画面CI’与待压缩画面CI的文件大小比值。举例而言，若压缩画面CI’的文件大小为待压缩画面CI的文件大小的75%，其文件大小比值为75%，压缩效率则为25%。

接着，在步骤S240中，编码策略器140判断压缩画面CI’的压缩效率是否低于系统需求，以决定是否将压缩画面CI’的下一张压缩画面写入外部存储器150。详细而言，由于无损压缩模块120在压缩待压缩画面CI时的压缩效率会随着待压缩画面CI的图像特性（例如图像数据的重复性）而变动，若将所有的压缩画面都写入外部存储器150的话，则在压缩效率低下时，将可能导致写入外部存储器150带宽不足的情形发生。因此，压缩效率统计引擎130可将所监看到的压缩效率通知编码策略器140，以让编码策略器140适应性地依据压缩画面CI’的压缩效率来决定是否将压缩画面CI’的下一张压缩画面写入外部存储器150。

在一实施例中，当编码策略器140判断压缩画面CI’的压缩效率（例如是25%）低于系统需求（例如是30%）时，编码策略器140即不将无损压缩模块120输出的压缩画面CI’的下一张压缩画面写入外部存储器150。如此一来，当压缩画面CI’的压缩效率低下（亦即，压缩画面CI’与待压缩画面CI的文件大小相差无几）时，由于压缩画面CI’的下一张压缩画面不会被写入外部存储器150，因而使得视频编码装置100可避免写入存取外部存储器150带宽不足的情形发生。从另一角度而言，在处理连续的多个压缩画面时，编码策略器140只会将压缩效率高于系统需求的压缩画面写入外部存储器150，并适应性地丢弃压缩效率低下的其中几个压缩画面。

此时，由于编码器110在编码次于所述下一张压缩画面的待压缩画面时，仍需要使用参考画面，因此，编码策略器140可选定先前写入外部存储器150的参考画面，作为编码器110编码次于所述下一张压缩画面的待压缩画面的参考。详细而言，由于编码器110需从外部存储器150取得用于编码次于所述下一张压缩画面的待压缩画面的参考画面，但压缩画面CI’的下一张压缩画面并未被写入外部存储器150，因此压缩画面CI’的下一张压缩画面并无法作为编码器110编码次于所述下一张压缩画面的待压缩画面的参考。在此情况下，编码策略器140可从已写入外部存储器150的多张压缩画面（即，压缩效率高于系统需求的压缩画面）中，挑选其中一张作为编码器110编码次于所述下一张压缩画面的待压缩画面的参考。如先前所教示的，编码策略器140可挑选前一张写入外部存储器150的压缩画面，或是从已写入外部存储器150的多张压缩画面中选择压缩效率及编码效率的合并效率最高的压缩画面，以作为编码器110编码次于所述下一张压缩画面的待压缩画面的参考画面。

在另一实施例中，当编码策略器140判断压缩画面CI’的压缩效率（例如是40%）不低于系统需求（例如是30%）时，编码策略器140可将无损压缩模块120输出的压缩画面CI’的下一张压缩画面写入外部存储器150，并重新选定先前写入外部存储器150的参考画面，作为编码器110编码次于所述下一张压缩画面的待压缩画面的参考。此时，由于压缩画面CI’的下一张压缩画面已储存于外部存储器150中，因此编码策略器140可选取压缩画面CI’的下一张压缩画面作为编码器110编码次于所述下一张压缩画面的待压缩画面的参考画面。或者，编码策略器140也可从已写入外部存储器150的多张压缩画面中选择压缩效率及编码效率的合并效率最高的压缩画面，以作为编码器110编码次于所述下一张压缩画面的待压缩画面的参考画面。

图3是依据本发明另一实施例示出的视频编码装置示意图。在本实施例中，视频编码装置300除了包括图1的视频编码装置100的所有元件之外，还包括比特率控制器310。视频编码装置300所包括的编码器110、无损压缩模块120、压缩效率统计引擎130以及编码策略器140的功能与特性可参照图1实施例的相关说明，在此不再赘述。比特率控制器310例如是以逻辑电路元件组成的硬件装置，而可执行视频编码功能；在另一实施例中，比特率控制器310也可以是储存在视频编码装置300的储存媒体（未示出）中的程序，其可载入视频编码装置300的处理器（未示出），以执行视频编码功能，在此不设限。

图4是依据本发明另一实施例示出的视频编码方法流程图。本实施例的方法可由图3中的视频编码装置100执行，以下即搭配图3中的元件来说明本实施例的方法步骤。步骤S410～S430的细节可参照图2实施例中的步骤S210～S230，在此不再赘述。

在步骤S440中，压缩效率统计引擎130可监看压缩画面CI’的压缩效率是否低于系统需求。若是，则接续进行步骤S450；若否，则接续进行步骤S470。

在步骤S470中，编码策略器140可将压缩画面CI’的下一张压缩画面写入外部存储器150，并重新选定先前写入外部存储器150的参考画面，作为编码器110编码次于所述下一张压缩画面的待压缩画面的参考。

在步骤S450中，编码策略器140可不将压缩画面CI’的下一张压缩画面写入外部存储器150，并选定先前写入外部存储器150的参考画面，作为编码器110编码次于所述下一张压缩画面的待压缩画面的参考。接着，在步骤S460中，比特率控制器310可减少编码器110编码待压缩画面CI的比特率，进而让编码器110依据降低后的比特率重新编码待压缩画面CI。换言之，编码器110可使用较少的比特数来编码待压缩画面CI。同时，节省下来的比特数可在后续用于提升可能作为编码下一张待压缩画面的参考画面，以提升其图像品质。

此外，由于压缩效率低于系统需求的压缩画面CI’的下一张压缩画面并不会被写入外部存储器150，因此即使待压缩画面CI’的下一张压缩画面被以较低的比特率重新编码，其并不会让编码器110在对后续待压缩画面进行编码操作时出现错误传递（error propagation）的现象。

综上所述，本发明实施例提出的视频编码方法及其装置可在对待压缩画面进行无损压损之后，依据所产生压缩画面的压缩效率来决定是否将此压缩画面的下一张压缩画面写入外部存储器。具体而言，当压缩效率不低于系统需求时，视频编码装置可将压缩画面的下一张压缩画面写入外部存储器。反之，当压缩效率低于系统需求时，视频编码装置可不将压缩画面的下一张压缩画面写入外部存储器。如此一来，视频编码装置即可避免因压缩效率低下所导致的写入外部存储器带宽不足的情形发生，因而使得视频编码装置更适合实施在需要即时性的应用中。此外，由于视频编码装置所采用的是无损压缩，因而可避免出现参考画面信息偏移或错误编码的现象。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种视频编码方法，适用于视频编码装置，其特征在于，该视频编码装置连接至外部存储器，该方法包括下列步骤：

存取该外部存储器，以参考先前写入该外部存储器的参考画面，编码待压缩画面；

采用无损压缩方式压缩编码后的该待压缩画面，输出压缩画面；

监看该压缩画面的压缩效率；以及

判断该压缩画面的该压缩效率是否低于系统需求，决定是否将该压缩画面的下一张压缩画面写入该外部存储器。

2.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，其中参考先前写入该外部存储器的该参考画面，编码该待压缩画面的步骤包括：

参考前一张写入该外部存储器的该参考画面，编码该待压缩画面。

3.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，其中参考先前写入该外部存储器的该参考画面，编码该待压缩画面的该编码结果的步骤包括：

针对先前写入该外部存储器的多张参考画面中各所述参考画面的该压缩效率及编码效率，选择该压缩效率及该编码效率的合并效率最高的该参考画面作为参考，编码该待压缩画面。

4.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，其中判断该压缩画面的该压缩效率是否低于该系统需求，决定是否将该压缩画面写入该外部存储器的步骤包括：

当该压缩效率低于该系统需求时，不将该下一张压缩画面写入该外部存储器，并选定先前写入该外部存储器的该参考画面，作为编码次于该下一张压缩画面的该待压缩画面的参考；以及

当该压缩效率不低于该系统需求时，将该下一张压缩画面写入该外部存储器，并重新选定先前写入该外部存储器的该参考画面，作为编码次于该下一张压缩画面的该待压缩画面的参考。

5.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，其中在该压缩效率低于该系统需求时，还包括：

减少编码该待压缩画面的比特率，重新编码该待压缩画面。

6.一种视频编码装置，其特征在于，包括：

编码器，存取外部存储器，以参考先前写入该外部存储器的参考画面，编码待压缩画面；

无损压缩模块，采用无损压缩方式压缩该编码器编码后的该待压缩画面，输出压缩画面；

压缩效率统计引擎，监看该无损压缩模块所压缩的该压缩画面的压缩效率；以及

编码策略器，判断该压缩画面的该压缩效率是否低于系统需求，以决定是否将该压缩画面的下一张压缩画面写入该外部存储器。

7.根据权利要求6所述的视频编码装置，其特征在于，其中该编码策略器是选择前一张写入该外部存储器的该参考画面，以作为该编码器编码该待压缩画面的该参考画面。

8.根据权利要求6所述的视频编码装置，其特征在于，其中该编码策略器是针对先前写入该外部存储器的多张参考画面中各所述参考画面的该压缩效率及编码效率，选择该压缩效率及该编码效率的合并效率最高的该参考画面，以作为该编码器编码该待压缩画面的该参考画面。

9.根据权利要求6所述的视频编码装置，其特征在于，其中该编码策略器在判断该压缩效率低于该系统需求时，不将该无损压缩模块输出的该下一张压缩画面写入该外部存储器，并选定先前写入该外部存储器的该参考画面，作为该编码器编码次于该下一张压缩画面的该待压缩画面的参考，而在判断该压缩效率不低于该系统需求时，将该无损压缩模块输出的该下一张压缩画面写入该外部存储器，并重新选定先前写入该外部存储器的该参考画面，作为该编码器编码次于该下一张压缩画面的该待压缩画面的参考。

10.根据权利要求6所述的视频编码装置，其特征在于，还包括：

比特率控制器，在该编码策略器判断该压缩效率低于该系统需求时，减少该编码器编码该待压缩画面的比特率，并重新编码该待压缩画面。