DE10253380B4 - Verfahren und Einrichtung zum Kodieren sich bewegender Bilder mit fester Rechenkomplexität - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Kodieren eines sich bewegenden Bildes, welches Bewegungsvektoren eines sich bewegenden Bildes berechnen kann, wobei das Verfahren umfaßt:
(a) Vergleichen (320) einer Summe absoluter Differenzen (SAD) von zu prüfenden Bewegungsvektoren mit einem Schwellenwert, der auf eine Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock eines vorherigen Rahmens beruht;
(b) vorzeitige Beendigung der Suche (324) nach dem Bewegungsvektor des zu prüfenden Makroblocks, falls in (a) bestimmt wird, dass die SAD eines zu prüfenden Bewegungsvektors kleiner ist als der Schwellenwert, und Bestimmung eines zu prüfenden Bewegungsvektors, der eine minimale SAD aufweist, als ein Bewegungsvektor; und
(c) Aktualisieren (340) des Schwellenwertes, der in (a) verwendet werden soll, in Bezug auf einen nächsten Rahmen, entsprechend der Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock eines momentanen Rahmens, wenn die Suche nach dem Bewegungsvektor in (b) endet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Videokodiersystem, und insbesondere ein Verfahren und eine Einrichtung zum Kodieren sich bewegender Bilder unter Verwendung fester Rechenkomplexität unabhängig von den Eigenschaften des sich bewegenden Bildes.
  • Herkömmlich wird ein sich bewegendes Bild mittels Hardware kodiert. Die Verbesserungen der Leistungen zentraler Verarbeitungseinheiten (CPUs) von Personalcomputern (PC) und die Entwicklung eines Hochleistungs-Medienprozessors ermöglichen es allerdings, ein sich bewegendes Bild mittels Software zu kodieren. Daher ist ein Kodierverfahren zur wirksamen Verringerung des Rechenaufwands erforderlich, um ein sich bewegendes Bild in Echtzeit zu komprimieren und wieder herzustellen. Wenn beispielsweise die Bewegung eines sich bewegenden Bildes mit einem Videokodierer entsprechend dem H.263-Standard unter Verwendung einer Suche mit n Stufen berechnet wird, benötigte ein Modul mit diskreter Kosinustransformation (DCT) und inverser DCT dreißig Prozent (30%) der Verarbeitungszeit in dem Videokodierer. Zur Verringerung einer derartigen Rechenkomplexität verwendet ein herkömmlicher Videokodierer ein DCT-Sprungverfahren.
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Videokodiersystems. Zuerst werden eingegebene Videodaten in Einheiten von Gruppen von Bildern (GOP) unterteilt. Eine Einheit 120 für diskrete Kosinustransformation (DCT) führt einen DCT-Prozess bei den Videodaten auf Grundlage von 8 × 8 Blöcken durch, um eine räumliche Redundanz in den Videodaten zu erhalten. Ein Quantisierer (Q) 130 quantisiert die Videodaten, bei denen der DCT-Prozess von der DCT-Einheit 120 durchgeführt wird. Ein inverser Quantisierer (IQ) 150 führt eine inverse Quantisierung der Videodaten durch, die von dem Q 130 quantisiert wurden. Eine Einheit 160 für inverse DCT (IDCT) führt einen IDCT-Prozess bei den Videodaten durch, bei denen eine inverse Quantisierung durch den IQ 150 erfolgt. Eine Rahmenspeichereinheit (FM-Einheit) 170 speichert die Videodaten, bei denen eine IDCT-Verarbeitung durch die IDCT-Einheit 160 erfolgt, in Rahmeneinheiten. Eine Bewegungsberechnungseinheit (ME-Einheit) 180 berechnet einen Bewegungsvektor (MV) und die Summe absoluter Differenzen (SAD) eines sich bewegenden Bildes pro Makroblock, unter Verwendung von Videodaten eines momentanen Rahmens und von Videodaten eines vorherigen Rahmens, die in der FM-Einheit 170 gespeichert sind. Eine Einheit 140 für Kodierung mit variabler Länge (VLC) entfernt statistische Redundanz in den Videodaten, die entsprechend dem MV quantisiert wurden, der von der ME-Einheit 180 berechnet wurde.
  • Eine DCT-Sprungeinheit 110 vergleicht die SAD pro Block, die von der ME-Einheit 180 berechnet wird, oder einen Quantisierungsparameter (QP), der von dem Q 130 erzeugt wird, mit einem Schwellenwert T, und schickt an die DCT-Einheit 120 das Ergebnis des Vergleiches als Sprunginformation auf Grundlage von 8 × 8 Blöcken. Genauer gesagt schränkt die DCT-Sprungeinheit 110 die Videodaten ein, die nicht kodiert werden sollen, wenn das Verhältnis SAD/QP kleiner ist als der Schwellenwert T, was bedeutet, dass das Blockende (EOB) annähernd gleich Null ist, und läßt die DCT-Einheit 120 eine DCT bei den Videodaten durchführen, wenn das Verhältnis SAD/QP größer ist als der Schwellenwert T. Falls jedoch der Schwellenwert T ein fester Wert innerhalb einer Videosequenz ist, wird die Komplexität bei der DCT-Berechnung pro Makroblock oder Rahmen unterschiedlich. Insbesondere wenn ein Software-Videokodierer von einem PC oder einem Medienprozessor ausgeführt wird, ist eine Echtzeitkodierung unmöglich, infolge von Grenzen bezüglich der Rechenkomplexität der PC oder des Medienprozessors, wenn sich die DCT-Rechenkomplexität entsprechend einem Makroblock oder einem Rahmen ändert.
  • Die nachveröffentlichte Druckschrift DE 102 53 383 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Codieren sich bewegender Bilder mit fester Rechenkomplexität, wobei die Rechenkomplexität ständig aufrecht erhalten wird. Das Verfahren umfasst eine Berechnung der Rechenkomplexität in Bezug auf die Bewegungsberechnung (ME) von Videodaten und eine Berechnung einer Differenz zwischen der berechneten ME-Rechenkomplexität und einer Soll-Rechenkomplexität, eine Aktualisierung einer Soll-Komplexität bezüglich einer diskreten Cosinus-Transformation (DCT) auf Grundlage der Differenz ME-Rechenkomplexität, die in dem Berechnungsschritt berechnet wurde und Einstellen eines Schwellenwertes, um zu bestimmen, ob die Durchführung eines DCT-Prozesses auf Grundlage der Soll-DCT-Rechenkomplexität bei den Videodaten übersprungen werden soll, die in dem Aktualisierungsschritt ermittelt wurden, und Überspringen der Durchführung eines DCT-Prozesses oder Durchführung eines DCT-Prozesses bei Videodaten entsprechend der Einstellung des Schwellenwertes.
  • Der Artikel mit dem Titel „A FAST MOTION ESTIMATION FOR SOFTWARE BASED REALTIME VIDEO CODING" von Jong-Nam Kim und Tae-Sun Choi, IEEE, Transactions an Consumer Electronics, Ausgabe 45, Nr. 2, Mai 1999, bezieht sich auf einen Dreischritt-Suchalgorithmus, um dessen Berechnungsgeschwindigkeit und Fehlerverhalten effizienter zu gestalten. Es wird ein so genannter Half-Stop-Algorithmus hinzugezogen, der eine geringe Reduzierung der Vorhersagbarkeit der Bildqualität bewirkt, wobei eine deutliche Reduzierung der Rechenkomplexität erreicht wird. Dies basiert auf der Annahme, dass, wenn eine geringe Bewegungsfehlerkompensation notwendig ist, die übereinstimmenden Blöcke als passende Blöcke herangezogen werden können und der Bewegungsvektor als ein übergeordneter Bewegungsvektor behandelt wird. Weiterhin werden unnötige Berechnungen von Fehlern verhindert. Es ist daher möglich, den Berechnungsaufwand für Bewegungsvektoren signifikant zu reduzieren mit einer einhergehenden reduzierten Vorhersagbarkeit der Bildqualität unter Verwendung eines Schwellenwertes.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung des vorstehend geschilderten Problems.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Videocodierverfahren bereitzustellen, welches die Rechenkomplexität eines Videocodierers dadurch festhalten kann, dass adaptiv ein Schwellenwert für den DCT-Sprung eingestellt wird.
  • Diese Aufgabe ist durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
  • Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Patentansprüche definiert.
  • Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Einrichtung zum Videocodieren, welche die Rechenkomplexität eines Videocodierers festhalten können, unabhängig von den Eigenschaften eines Bildes, durch Einstellung der ME-Rechenkomplexität und der Rechenkomplexität bezüglich der diskreten Cosinus-Transformation (DCT).
  • Es wird ein Verfahren zum Codieren eines sich bewegenden Bildes zur Verfügung gestellt, das Bewegungsvektoren eines sich bewegenden Bildes berechnen kann, wobei das Verfahren umfasst:
    • (a) Vergleichen einer Summe absoluter Differenzen (SAD) von zu prüfenden Bewegungsvektoren mit der Schwelle, die auf der Grundlage von Suchpunkten pro Makroblocks eines vorherigen Rahmens eingestellt wird; (b) Beenden der Suche nach Bewegungsvektoren von Makroblocks, wenn im Schritt (a) bestimmt wird, dass die SAD jedes zu prüfenden Bewegungsvektors kleiner ist als ein Schwellenwert, und Festlegung eines zu prüfenden Bewegungsvektors, der eine minimale SAD aufweist, als Bewegungsvektor; und (c) Aktualisieren des Schwellenwertes, der im Schritt (a) in Bezug auf einen nächsten Rahmen eingesetzt werden soll, entsprechend der Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock eines momentanen Rahmens, wenn nach den Bewegungsvektorenden im Schritt (b) gesucht wird.
  • Um einen anderen Aspekt in Bezug auf den voranstehend geschilderten Vorteil bereitzustellen, wird ein Verfahren zum Kodieren eines sich bewegenden Bildes zur Verfügung gestellt, welches umfaßt: (a) Vergleichen eines Schwellenwertes, der entsprechend der Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock eines vorherigen Rahmens eingestellt wird, mit der SAD des Bewegungsvektors des vorherigen Rahmens, Bestimmung, ob nach den Makroblockenden gesucht werden soll oder nicht, entsprechend dem Vergleichsergebnis, und Berechnung der Bewegung eines sich bewegenden Bildes auf der Grundlage des Bestimmungsergebnisses; (b) Berechnung der Rechenkomplexität der Bewegungsberechnung (ME), die im Schritt (a) berechnet wurde, um eine Differenz zwischen der ME-Rechenkomplexität und einer Soll-Rechenkomplexität zu erhalten; (c) Aktualisierung einer Soll-Komplexität der diskreten Kosinustransformation (DCT) auf der Grundlage der Differenz zwischen der ME-Rechenkomplexität und einer Soll-Rechenkomplexität, und Einstellung eines Schwellenwertes auf Grundlage der aktualisierten Soll-DCT-Komplexität, um zu bestimmen, ob eine DCT von Videodaten übersprungen werden soll; und (d) Überspringen der Durchführung eines DCT-Prozesses oder Durchführung eines DCT-Prozesses bei Videodaten eines momentanen Rahmens entsprechend dem im Schritt (c) eingestellten Schwellenwert.
  • Um einen weiteren Aspekt in Bezug auf den voranstehend geschilderten Vorteil bereitzustellen wird eine Einrichtung zum Kodieren eines sich bewegenden Bildes zur Verfügung gestellt, welche eine Einheit für diskrete Kosinustransformation (DCT) zur Durchführung einer DCT bei eingegebenen Videodaten blockweise aufweist; einen Quantisierer zum Quantisieren des Videosignals, bei dem die DCT von der DCT-Einheit durchgeführt wird; eine Bewegungsberechnungseinheit (ME-Einheit) zum Aktualisieren eines Schwellenwertes TH entsprechend der mittleren Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock eines vorherigen Rahmens, zum Vergleichen des Schwellenwertes mit der SAD pro Makroblock, und zur Berechnung eines Bewegungsvektors eines momentanen Rahmens; einen DCT-Rechenkomplexitätsberechner zur Berechnung der Rechenkomplexität entsprechend der Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock entsprechend dem Schwellenwert pro Rahmen, der von der ME-Einheit aktualisiert wird, zur Berechnung einer Differenz zwischen der berechneten Rechenkomplexität und einer Soll-ME-Rechenkomplexität, und zum Aktualisieren einer Soll-DCT-Rechenkomplexität auf Grundlage der berechneten ME-Rechenkomplexität; und eine DCT-Sprungeinheit zum Bestimmen, ob die Durchführung der DCT bei den Videodaten übersprungen wird, auf Grundlage der Soll-DCT-Rechenkomplexität, die von dem DCT-Rechenkomplexitätsberechner aktualisiert wird, der DCT-Sprungeinheit zum Vergleichen der SAD pro Block, die von der ME-Einheit erzeugt wird, und eines Quantisierungsparameters, der von dem Quantisierer mit dem Schwellenwert erzeugt wird, und zur Bestimmung, ob die DCT-Einheit eine DCT bei den Videodaten durchführen darf oder nicht.
  • Die voranstehend geschilderten Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch deutlicher. Es zeigt:
  • 1 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Videokodiersystems;
  • 2 ein Blockdiagramm des Aufbaus eines Videokodierers gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Berechnung der Bewegung eines sich bewegenden Bildes mit einer Bewegungsberechnungseinheit (ME-Einheit) gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Kodieren eines sich bewegenden Bildes gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • 5 ein Diagramm zur Erläuterung der Anzahl an Suchpunkten pro Rahmen, wenn ein Schwellenwert bei der Ausführung des Verfahrens von 3 eingestellt wird.
  • 2 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus eines Videokodierers gemäß der vorliegenden Erfindung. In 2 umfassen eingegebene Videodaten Rahmen in Einheiten von 8 × 8 Blöcken.
  • Eine Einheit 220 für diskrete Kosinustransformation (DCT) führt einen DCT-Prozess bei Eingangs-Videodaten in Einheit von 8 × 8 Blöcken durch, oder verarbeitet die eingegebenen Videodaten, die nicht kodiert werden sollen, in Reaktion auf ein DCT-Sprungsteuersignal, das von einer DCT-Sprungeinheit 290 erzeugt wird. Ein Quantisierer (Q) 230 quantisiert die Videodaten, bei denen die DCT durch die DCT-Einheit 220 durchgeführt wird. Eine Einheit 240 für Kodierung mit variabler Länge (VLC) entfernt statistische Redundanz in den quantisierten Videodaten. Ein inverser Quantisierer (IQ) 250 führt eine inverse Quantisierung der Videodaten durch, die von dem Q 230 quantisiert wurden. Eine Einheit 260 für inverse DCT (IDCT) führt eine IDCT bei den Videodaten durch, die invers von dem IQ 250 quantisiert wurden. Eine Rahmenspeichereinheit (FM-Einheit) 270 speichert die Videodaten, bei denen die IDCT von der IDCT-Einheit 260 durchgeführt wird, in Einheiten von Rahmen. Eine Bewegungsberechnungseinheit (ME-Einheit) 280 berechnet einen Bewegungsvektor (MV) und eine Summe absoluter Differenzen (SAD) pro Makroblock, unter Verwendung von Videodaten eines momentanen Rahmens und von Videodaten eines vorherigen Rahmens, die in der FM-Einheit 270 gespeichert sind. Während der Berechnung des MV und der SAD aktualisiert die ME-Einheit 280 einen Schwellenwert TH entsprechend der mittleren Anzahl an Suchpunkten des vorherigen Rahmens pro Makroblock, vergleicht den aktualisierten Schwellenwert TH und die SAD in Bezug auf den momentanen Rahmen, und bestimmt, ob die Suche nach dem Bewegungsvektor beendet ist oder nicht.
  • Ein DCT-Rechenkomplexitätsberechner 284 berechnet die gesamte ME-Rechenkomplexität des vorherigen Rahmens, die von der ME-Einheit 280 verwendet wird, um die Differenz zwischen der gesamten ME-Rechenkomplexität und einer Soll-Rechenkomplexität zu berechnen, und aktualisiert die Soll-DCT-Rechenkomplexität auf der Grundlage der Differenz.
  • Die DCT-Sprungeinheit 290 stellt einen Schwellenwert Ton+1 entsprechend der aktualisierten Soll-DCT-Rechenkomplexität ein, um die Durchführung einer DCT bei dem momentanen Rahmen zu überspringen. Dann vergleicht die DCT-Sprungeinheit 290 die SAD pro Block, die von der ME-Einheit 280 berechnet wird, sowie einen Quantisierungsparameter (QP), der von dem Q 230 berechnet wird, mit dem eingestellten Schwellenwert Ton+1, und übersendet an die DCT-Einheit 220 das Vergleichsergebnis als DCT-Sprunginformation.
  • 3 ist ein Flußdiagramm, das ein Verfahren zur Berechnung der Bewegung eines sich bewegenden Bildes mit der ME-Einheit 280 gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert. In 3 wird zuerst, entsprechend einem bestimmten Verfahren zur Berechnung der Hochgeschwindigkeitsbewegung eines Bildes, die SAD für einen ersten, zu prüfenden Bewegungsvektor eines Makroblocks, der verarbeitet wird, berechnet, und auf eine minimale SAD, nämlich SADmin im Schritt 310 gesetzt.
  • Nach dem Schritt 310 wird die berechnete SAD mit einem vorbestimmten Schwellenwert TH verglichen, der die Anzahl an Suchpunkten eines vorherigen Rahmens pro Makroblock ist, im Schritt 320. Ist die SAD kleiner als der Schwellenwert TH, so wird im Ergebnis die SAD als die minimale SAD, nämlich SADmin, im Schritt 322 bestimmt. Gleichzeitig wird im Schritt 324 die Suche nach einem Bewegungsvektor eines momentanen Makroblocks beendet, und wird ein zu prüfender Bewegungsvektor der minimalen SAD, SADmin, als der endgültige Bewegungsvektor des momentanen Makroblocks bestimmt. Dann wird überprüft, ob irgendwelche zu verarbeitende Makroblöcke in dem momentanen Rahmen vorhanden sind, im Schritt 330. Ist noch ein zu verarbeitender Makroblock übrig, kehrt das Verfahren zum Schritt 310 zurück, und wird die Bewegung eines Bildes in dem Makroblock im Schritt 310 berechnet. Ist dies nicht der Fall, geht das Verfahren zum Schritt 340 über, und wird der Schwellenwert TH aktualisiert, entsprechend der Anzahl an Suchpunkten jedes Makroblocks des vorherigen Rahmens, und wird die Bewegung eines nächsten Rahmens auf Grundlage des Schwellenwertes TH berechnet. Weiterhin wird im Schritt 340 der Schwellenwert TH unter Verwendung der Formel (THn × Sn)/St aktualisiert, wobei TH einen vorherigen Schwellenwert bezeichnet, Sn die mittlere Anzahl an Suchpunkten jedes Makroblocks des vorherigen Rahmens, und St die Sollanzahl von Suchpunkten pro Makroblock. Die Berechnung des Schwellenwertes TH beruht auf der Tatsache, dass dieser proportional zur Rechenkomplexität einer ME-Einheit ist. Daher wird ein Schwellenwert TH eines n+1-ten Rahmens folgendermaßen berechnet:
    Figure 00110001
    wobei M die Anzahl an Makroblöcken pro Rahmen bezeichnet, SADmin[i] die minimale SAD eines i-ten Makroblocks für einen n-ten Rahmen bezeichnet, und w eine Konstante bezeichnet. Weiterhin ist im allgemeinen ein Schwellenwert umgekehrt proportional zur mittleren Anzahl an Suchpunkten, nämlich:
    Figure 00110002
    wobei Sn die ME-Rechenkomplexität in einem n-ten Rahmen bezeichnet. Das Verfahren gemäß 3 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet einen Algorithmus mit einer Gradientenabstiegssuche auf Blockbasis (BBGDS), der von L. -K. Liu und E. Feig vorgeschlagen wurde, "A Block-Based Gradient Descent Search Algorithm for Block Motion Estimation in Video Coding", IEEE Trans. Circ. Syst. For Video Technol., Vol. 6, No. 4, Seiten 419–422, August 1996. Bei der BBGDS ist die Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock gleich S, gemäß Gleichung 2.
  • Gleichung 2 läßt sich auch folgendermaßen schreiben:
    Figure 00120001
  • Auf Grundlage der Gleichungen 3 und 4 erhält man folgende Gleichung 5.
  • Figure 00120002
  • Nach dem Schritt 310 wird im Schritt 320 überprüft, ob der Schwellenwert TH größer als die SAD. Ist der Schwellenwert TH kleiner als die SAD, so wird überprüft, ob die SAD kleiner ist als die minimale SAD, SADMIN, im Schritt 326. Ist dies der Fall, so wird im Schritt 328 festgestellt, dass es sich bei der SAD um die minimale SAD handelt, nämlich SADMIN. Danach wird, wenn das Vorhandensein eines nächsten, zu prüfenden Bewegungsvektors im Schritt 350 überprüft wird, eine SAD entsprechend dem zu prüfenden Bewegungsvektor im Schritt 360 berechnet. Dann wird im Schritt 320 die berechnete SAD mit dem Schwellenwert TH verglichen.
  • Daher wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Bewegungsvektor für jeden Prüfling in einem Suchbereich durchsucht, zum Einsatz eines Verfahrens zur Berechnung einer bestimmten Hochgeschwindigkeitsbewegung. Ist die SAD entsprechend dem Bewegungsvektor eines bestimmten Prüflings kleiner als der Schwellenwert eines momentanen Rahmens, der auf dem Schwellenwert eines vorherigen Rahmens und der mittleren Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock des vorherigen Rahmens beruht, wird nach den Bewegungsvektoren der anderen Prüflinge nicht gesucht, und wird der Bewegungsvektor des verbleibenden Prüflings als der endgültige Bewegungsvektor bestimmt.
  • 4 ist ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Kodieren eines sich bewegenden Bildes gemäß der vorliegenden Erfindung. In 4 werden zuerst eine Sollbewegungsberechnungs-Rechenkomplexität St und eine Soll-DCT-Rechenkomplexität Ct eingestellt, auf Grundlage der gesamten Rechenkomplexität des Kodierers.
  • Dann wird im Schritt 405, wenn Videodaten zugeführt werden, die Bewegung eines sich bewegenden Bildes berechnet, durch Aktualisieren eines Schwellenwertes entsprechend der Anzahl an Suchpunkte pro Makroblock jedes Rahmens, Vergleichen des Schwellenwertes mit einer SAD, und Steuern der Suche nach einem Makroblock entsprechend dem Vergleichsergebnis, wie dies in dem Flußdiagramm von 3 erläutert wurde.
  • Nach dem Schritt 405 werden Suchpunktanzahlen pro Makroblock eines n-ten Rahmens, dessen Bewegung berechnet wird, gemittelt, um die ME-Rechenkomplexität S(n) zu berechnen, im Schritt 410. In diesem Fall sind übliche Hochgeschwindigkeitsbewegungsberechnungsverfahren nachteilig in der Hinsicht, dass die Such-Rechenkomplexität pro Makroblock nicht konstant ist. Die üblichen Hochgeschwindigkeitsbewegungsberechnungsverfahren lassen sich in Verfahren, bei denen die Anzahl an Suchpunkten in Suchbereichen nicht gleich ist, beispielsweise ein Verfahren mit Gradientenabstiegssuche auf Blockbasis (BBGDS) und Verfahren unterteilen, bei denen die pro Blockübereinstimmung erforderliche Berechnung wirksam verringert ist, also schnelle vollständige Suchverfahren. Die ME-Rechenkomplexität pro Rahmen kann mit einem der voranstehend geschilderten Verfahren berechnet werden.
  • Nach dem Schritt 410 wird die ME-Rechenkomplexität S(n) des vorherigen Rahmens von der Soll-ME-Rechenkomplexität St subtrahiert, um eine Differenz zu erhalten, also St – S(n), bezüglich der ME-Rechenkomplexität, im Schritt 420. Anders ausgedrückt wird geprüft, ob eine ME-Rechenkomplexität S(n) des vorherigen Rahmens größer oder kleiner ist als die Soll-ME-Rechenkomplexität St, was auf der Grundlage beruht, dass die ME-Rechenkomplexität kontinuierlicher Rahmen, beispielsweise eines vorherigen Rahmens und eines momentanen Rahmens, ähnlich oder gleich ist.
  • Nach dem Schritt 420 wird die Differenz St – S(n) zur ursprünglichen Soll-DCT-Rechenkomplexität Ct addiert, um eine aktualisierte Soll-DCT-Rechenkomplexität C't zu erhalten, im Schritt 430. Hierbei geben die Soll-ME-Rechenkomplexität St und die ME-Rechenkomplexität S(n) des vorherigen Rahmens die mittlere Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock an, und gibt die Soll-DCT-Rechenkomplexität Ct eine Gesamtanzahl von einer DCT durchführenden Blöcken pro Makroblock an. Danach wird die Differenz St – S(n) einfach nur zur ursprünglichen Soll-DCT-Rechenkomplexität Ct addiert, unter der Annahme, dass die Rechenkomplexität, die zur Verarbeitung eines Suchpunktes verbraucht wird, gleich der 8 × 8-DCT-Rechenkomplexität ist. Ist die Rechenkomplexität, die zur Verarbeitung eines Suchpunktes verbraucht wird, von der 8 × 8-DCT-Rechenkomplexität verschieden, wird die Differenz St – S(n) mit einem ordnungsgemäßen Gewicht w multipliziert, und zur ursprünglichen Soll-DCT-Rechenkomplexität Ct addiert, wodurch erhalten wird w{St – S(n)} + Ct.
  • Nach dem Schritt 430 wird der Schwellenwert Ton+1 eines momentanen Rahmens, der dazu verwendet wird, zu bestimmen, ob eine DCT bei dem momentanen Rahmen durchgeführt wird oder nicht, auf Grundlage der aktualisierten Soll-DCT-Rechenkomplexität C't eingestellt, im Schritt 440.
  • Der Schwellenwert Ton+1 des momentanen Rahmens wird folgendermaßen erhalten.
  • Die DCT-Komplexität betrifft die Wahrscheinlichkeit, dass eine DCT-Einheit eine DCT bei Videodaten durchführt, und wird durch die Anzahl von einer DCT durchführenden Blöcken bestimmt. Auf Grundlage der Tatsache, dass der Schwellenwert Ton+1 umgekehrt proportional zu einem Schwellenwert und einem Quantisierungskoeffizienten (T. Q.) ist, wird die DCT-Komplexität durch folgende Gleichung ausgedrückt:
    Figure 00150001
    wobei To einen Schwellenwert bezeichnet, und Q einen Quantisierungskoeffizienten. Im Falle eines n-ten Rahmens wird aus Gleichung 6 folgende Formel erhalten: ν = CnQnTon.
  • Weiterhin wird ein bevorzugter Schwellenwert eines (n+1)-ten Rahmens folgendermaßen aus Gleichung 6 erhalten:
    Figure 00160001
    wobei Ct eine Soll-DCT-Komplexität bezeichnet.
  • Gleichung 7 läßt sich auch folgendermaßen schreiben:
    Figure 00160002
  • Gleichung 8 läßt sich auch folgendermaßen schreiben:
    Figure 00160003
  • Gleichung 9 läßt sich auch folgendermaßen schreiben:
    Figure 00160004
    wobei die Konvergenzgeschwindigkeit des Schwellenwertes Ton+1 von einer Konstanten k abhängt. In Bezug auf Gleichung 10 wird angemerkt, dass der Schwellenwert Ton+1 des momentanen Rahmens mit dem Schwellenwert Ton des vorherigen Rahmens berechnet wird, mit den Quantisierungskoeffizienten Qn und Qn+1, und mit der DCT-Komplexität Cn des vorherigen Rahmens.
  • Schließlich wird, wenn die Soll-DCT-Komplexität Ct, die in Gleichung 10 vorhanden ist, auf eine Soll-DCT-Rechenkomplexität Ct' aktualisiert wird, also Ct' = Ct + St – Sn, der Schwellenwert Ton+1 des momentanen Rahmens, der bei der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird, folgendermaßen berechnet:
    Figure 00170001
    wobei Ton den Schwellenwert des vorherigen Rahmens bezeichnet, Qn einen Quantisierungskoeffizienten des vorherigen Rahmens, Qm+1 einen Quantisierungskoeffizienten des vorherigen Rahmens, Cn die DCT-Rechenkomplexität des vorherigen Rahmens, K eine Konstante, und C't eine aktualisierte Soll-DCT-Rechenkomplexität.
  • Nach dem Schritt 440 werden die SAD und Quantisierungsparameter Qn+1 pro Block, die jeweils während der ME bzw. der Quantisierung erzeugt werden, mit dem Schwellenwert Ton+1 des momentanen Rahmens im Schritt 450 verglichen.
  • Ist der SAD/Quantisierungsparameter Qn+1 kleiner als der Schwellenwert Ton+1, so wird eine DCT bei dem betreffenden Block nicht durchgeführt, und wird der Block so eingeschränkt, dass er nicht kodiert wird, im Schritt 460. Ist der SAD/Quantisierungsparameter Qn+1 größer als der Schwellenwert Ton+1, so wird eine DCT bei dem Block im Schritt 470 durchgeführt.
  • Nach dem Schritt 470 wird geprüft, ob das Kodieren eingegebener, sich bewegender Bilder beendet ist, und falls dies nicht der Fall ist, werden die voranstehenden Schritte wiederholt, bis die Kodierung endet, im Schritt 480.
  • Wie voranstehend geschildert hält gemäß der vorliegenden Erfindung, unter Verwendung eines bestimmten Hochgeschwindigkeitsbewegungsberechnungsverfahrens, die ME-Einheit 280 regelmäßig die ME-Rechenkomplexität fest, durch Einstellung des Schwellenwertes TH jedes Rahmens, während eine Differenz der Rechenkomplexität der ME-Einheit 280 bei einem DCT-Sprungmodul eingesetzt wird. Im Ergebnis wird ermöglicht, das Ausmaß der gesamten Berechnung eines Kodierers nahe an der Soll-Rechenkomplexität zu halten, nämlich Ct + St.
  • 5 ist ein Diagramm, das die Anzahl an Suchpunkten pro Rahmen zeigt, wenn ein Schwellenwert TH unter Verwendung von Gleichung 5 während des Bewegungsberechnungsverfahrens von 3 eingestellt wird. In dem Diagramm von 5 bezeichnet eine gestrichelte Linie die Verteilung von Suchpunktanzahlen, die erhalten wird, wenn das Bewegungsberechnungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, und gibt eine durchgezogene Linie die Verteilung der Suchpunktanzahlen an, wenn nicht das Bewegungsberechnungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt wird. Das Diagramm von 5 verdeutlicht, dass es möglich ist, wirksam einen schnellen Anstieg der Anzahlen an Suchpunkten infolge einer plötzlichen Zunahme der Bewegung eines Bildes zu verringern, ohne die Leistung eines Kodierers zu beeinträchtigen.
  • Die vorliegende Erfindung läßt sich als Computer-lesbarer Code verwirklichen, der von einem Computer-lesbaren Medium ausgeführt werden kann. Hierbei kann das Computer-lesbare Medium jede Aufzeichnungseinrichtung sein, welche Daten speichern kann, die von einem Computersystem gelesen werden können, also beispielsweise ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), ein Kompaktdisketten-ROM (CD-ROM), ein Magnetband, eine Floppy-Disk, ein Flash-Speicher, ein optisches Datenspeichergerät, usw. Weiterhin kann beispielsweise das Computer-lesbare Medium auch ein Trägersignal sein, das Daten über das Internet überträgt. Das Computer-lesbare Speichermedium kann entfernt in einem Computersystem installiert sein, das an ein Netzwerk angeschlossen ist, und speichert und führt einen Computer-lesbaren Code durch eine verteilte Berechnungsumgebung aus.
  • Wie voranstehend geschildert wird bei einem Bewegungsberechnungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung die Anzahl an Suchpunkten pro Rahmen dadurch eingestellt, dass adaptiv ein Schwellenwert pro Rahmen aktualisiert wird, wodurch regelmäßig die Rechenkomplexität eines Videokodierers festgehalten wird, unabhängig von den Änderungen eines Bildes. Weiterhin ermöglicht die Verwendung eines DCT-Sprungverfahrens, das unter Berücksichtigung der Rechenkomplexität der Bewegungsberechnung (ME) ausgelegt ist, zusammen mit dem Bewegungsberechnungsverfahren, die regelmäßige Aufrechterhaltung der gesamten Rechenkomplexität der Kodierung, selbst wenn ein Hochgeschwindigkeits-Bewegungsberechnungsverfahren verwendet wird. Daher verringert, wie in 2 gezeigt, ein Videokodierer gemäß der vorliegenden Erfindung zuerst eine Differenz bezüglich der ME-Rechenkomplexität eines Rahmens, und aktualisiert eine Soll-DCT-Rechenkomplexität auf der Grundlage der verringerten Differenz. Daher wird ermöglicht, die Rechenkomplexität des Videokodierers effektiver und regelmäßiger aufrecht zu erhalten als dann, wenn die Soll-DCT-Rechenkomplexität ohne Einstellung der Rechenkomplexität einer Bewegungsberechnungseinheit aktualisiert würde.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Kodieren eines sich bewegenden Bildes, welches Bewegungsvektoren eines sich bewegenden Bildes berechnen kann, wobei das Verfahren umfaßt: (a) Vergleichen (320) einer Summe absoluter Differenzen (SAD) von zu prüfenden Bewegungsvektoren mit einem Schwellenwert, der auf eine Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock eines vorherigen Rahmens beruht; (b) vorzeitige Beendigung der Suche (324) nach dem Bewegungsvektor des zu prüfenden Makroblocks, falls in (a) bestimmt wird, dass die SAD eines zu prüfenden Bewegungsvektors kleiner ist als der Schwellenwert, und Bestimmung eines zu prüfenden Bewegungsvektors, der eine minimale SAD aufweist, als ein Bewegungsvektor; und (c) Aktualisieren (340) des Schwellenwertes, der in (a) verwendet werden soll, in Bezug auf einen nächsten Rahmen, entsprechend der Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock eines momentanen Rahmens, wenn die Suche nach dem Bewegungsvektor in (b) endet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) weiterhin umfaßt: Vergleichen (326) der SAD des zu prüfenden Bewegungsvektors mit der minimalen SAD, und wenn die SAD des zu prüfenden Bewegungsvektors größer ist als der Schwellenwert; Bestimmen (328) der SAD des zu prüfenden Bewegungsvektors als minimale SAD, wenn die SAD kleiner ist als die minimale SAD, und Berechnen (360) der SAD eines nächsten, zu prüfenden Bewegungsvektors Beenden der Suche (324) nach dem Bewegungsvektor eines momentanen Makroblocks, wenn ein nächster, zu prüfender Bewegungsvektor nicht vorhanden ist, und Bestimmung des zu prüfenden Bewegungsvektors, der die minimale SAD aufweist, als der Bewegungsvektor; und Aktualisieren (340) des Schwellenwertes, der bei einem nächsten Rahmen eingesetzt werden soll, entsprechend der Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock des momentanen Rahmens, wenn die Suche nach dem zu prüfenden Bewegungsvektor endet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt des Aktualisierens des Schwellenwertes entsprechend der Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock eines Rahmens bestimmt wird, wenn ein nächster Makroblock nicht vorhanden ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schwellenwert durch THn proportional zu Sn/St aktualisiert wird, wobei THn einen vorherigen Schwellenwert bezeichnet, Sn die mittlere Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock des vorherigen Rahmens, und St eine Sollanzahl an Suchpunkten pro Makroblock ist.
  5. Verfahren zum Kodieren eines sich bewegenden Bildes mit folgenden Schritten: (a) Vergleichen eines ersten Schwellenwertes, der entsprechend der Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock eines vorherigen Rahmens eingestellt wird, mit der SAD des Bewegungsvektors des vorherigen Rahmens, Bestimmen, ob die Suche nach dem Makroblock endet oder nicht, entsprechend dem Vergleichsergebnis, und Berechnen der Bewegung eines sich bewegenden Bildes auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung; (b) Berechnen (410) der Rechenkomplexität der Bewegungsberechnung (ME), die in (a) berechnet wurde, um eine Differenz zwischen der ME-Rechenkomplexität und einer Soll-Rechenkomplexität zu erhalten; (c) Aktualisieren (430) einer Soll-Komplexität für die diskrete Kosinustransformation (DCT) auf Grundlage der Differenz zwischen der ME-Rechenkomplexität und einer Soll-Rechenkomplexität, und Einstellen (440) eines zweiten Schwellenwertes auf Grundlage der aktualisierten Soll-DCT-Komplexität, um zu bestimmen, ob die Durchführung einer DCT bei Videodaten übersprungen werden soll; und (d) Überspringen (460) der Durchführung eines DCT-Prozesses, so dass dieser Rahmen nicht codiert wird, oder Durchführen (470) eines DCT-Prozesses bei Videodaten eines momentanen Rahmens, entsprechend dem in (c) eingestellten zweiten Schwellenwert.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die ME-Rechenkomplexität durch Berechnen der Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock erhalten wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei in Schritt (c) die Soll-DCT-Rechenkomplexität durch Addieren der Differenz zwischen Soll-ME-Rechenkomplexität (St) und ME-Rechenkomplexität S(n) aktualisiert wird.
  8. Einrichtung zum Kodieren eines sich bewegenden Bildes, wobei die Einrichtung umfasst: eine Einheit (220) für diskrete Kosinustransformation (DCT) zur Durchführung einer DCT bei eingegebenen Videodaten blockweise; ein Quantisierer (230) zum Quantisieren der Videodaten, bei denen eine DCT von der DCT-Einheit durchgeführt wird; eine Bewegungsberechnungseinheit (ME-Einheit) (280) zum Aktualisieren eines Schwellenwertes TH entsprechend der mittleren Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock eines vorherigen Rahmens, zum Vergleichen des Schwellenwertes mit einer SAD pro Makroblock, und zur Berechnung eines Bewegungsvektors eines momentanen Rahmens; ein DCT-Rechenkomplexitätsberechner (284) zur Berechnung der Rechenkomplexität entsprechend der Anzahl an Suchpunkten pro Makroblock entsprechend dem Schwellenwert pro Rahmen, der von der ME-Einheit aktualisiert wird, zur Berechnung einer Differenz zwischen der berechneten Rechenkomplexität und einer Soll-ME-Rechenkomplexität, und zum Aktualisieren einer Soll-DCT-Rechenkomplexität auf Grundlage der berechneten ME-Rechenkomplexität; und eine DCT-Sprungeinheit (290) zur Einstellung eines Schwellenwertes, um zu bestimmen, ob die Durchführung einer DCT bei den Videodaten übersprungen werden soll, auf Grundlage der Soll-DCT-Rechenkomplexität, die von dem DCT-Rechenkompiexitätsberechner (284) aktualisiert wird, auf Grundlage der DCT-Sprungeinheit (290) zum Vergleichen der SAD pro Block, erzeugt von der ME-Einheit (280), und eines Quantisierungsparameters, der von dem Quantisierer (230) mit dem Schwellenwert erzeugt wird, und zur Bestimmung, ob der DCT-Einheit (220) die Durchführung einer DCT bei den Videodaten gestattet wird oder nicht.
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