DE69816875T2 - Sequenzadaptive bit-zuordnung zur codierung von bildern - Google Patents

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kodieren von Bewegtbildsequenzen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bit-Zuordnung in einem Videosignal-Kompressionssystem.
  • Ausganqspunkt
  • Verfahren zum Kodieren von Bewegtbildern oder Video wurden entwickelt für eine effiziente Übertragung und Speicherung. Der derzeitige Stand der Technik solcher Kodierverfahren läßt sich in dem MPEG2 Testmodel 5, ISO/IEC JTC1/SC29/WG11/NO400, April 1993 finden. Bei diesem Verfahren wird eine Eingangs-Videosequenz organisiert in eine Sequenzschicht, Gruppen von Bildern (group-of-pictures), Bilder, Abschnitte bzw. Slices, Makroblöcke und schlussendlich eine Blockschicht. Jedes Bild in einer Gruppe von Bildern wird gemäß seines Bildkodiertyps kodiert.
  • Die in dem MPEG2 Testmodel 5 verwendeten Kodiertypen umfassen intrakodiertes Bild (intra-coded picture; I-Bild), vorhersagend kodiertes Bild (predictive-coded picture; P-Bild) und bidirektional vorhersagend kodiertes Bild bzw. Mittelbild (bidirectionally predictive-coded picture; B-Bild). Die 1-Bilder werden hauptsächlich für einen Direktzugriff oder ein Szenenupdate verwendet. Die P-Bilder verwenden eine Vorwärtsbewegungsvorhersagekodierung mit Bezugnahme auf zuvor kodierte I- oder P-Bilder (Ankerbilder). Die B-Bilder verwenden sowohl eine vorwärts- als auch rückwärtsbewegungsvorhersagende/interpolierende Kodierung mit Bezugnahme auf zuvor kodierte I- oder P-Bilder. Eine Gruppe von Bildern (GOP) wird gebildet in kodierter Reihenfolge beginnend mit einem I-Bild und endend mit dem Bild vor dem nächsten I-Bild in der Sequenz.
  • Ein Bild wird in kleinere und nicht überlappende Blöcke von Pixeldaten aufgeteilt, die als Makroblöcke (MB) bezeichnet werden und zwar vor dem Kodieren. Jeder MB eines P- oder B-Bildes wird einem Bewegungsschätzprozess ausgesetzt, in dem Vorwärtsbewegungsvektoren und für den Fall eines B-Bild MBs Rückwärtsbewegungsvektoren bestimmt werden unter Verwendung eines Referenzbildes aus einem Einzelbildspeicher bzw. Framebuffer. Mit den bestimmten Bewegungsvektoren wird eine Bewegungskompensation durchgeführt, bei der zunächst der Intra- oder Inter-Bildvorhersagemodus des MB bestimmt wird gemäß der Genauigkeit der aufgefundenen Bewegungsvektoren gefolgt durch die Erzeugung des notwendigen vorhergesagten MBs, der den Vorhersagefehler bzw. Prediction Error enthält.
  • Der vorhergesagte MB wird dann einer diskreten Kosinus Transformation (DCT) ausgesetzt und einer Quantisierung der DCT-Koeffizienten basierend auf Quantisierungsmatrizen und einer Quantisierungsschrittgröße. Die quantisierten DCT-Koeffizienten des MB werden dann lauflängenkodiert mit Kodes mit variabler Länge (variable length codes = VLC) und multiplext mit zusätzlicher Information, wie beispielsweise ausgewählten Bewegungsvektoren, MB Kodiermodi, Quantisierungsschrittgröße und/oder Bild und Sequenzinformation, um den Ausgangsbitstrom zu bilden.
  • Eine lokale Dekodierung wird durchgeführt durch eine Inversquantisierung der quantisierten DCT-Koeffizienten gefolgt durch eine Invers-DCT und eine Bewegungskompensation. Eine lokale Dekodierung wird so durchgeführt, dass die Referenzbilder, die in der Bewegungskompensation verwendet werden identisch zu denen sind, die durch irgendeinen externen Dekodierer verwendet werden.
  • Die Quantisierungsschrittgröße (QS), die für die Quantisierung der DCT-Koeffizienten jedes MB verwendet wird, besitzt einen direkten Einfluss auf die Anzahl der erzeugten Bits am Ausgang des Lauflängen-VLC-Kodierprozesses und daher auf die durchschnittliche Ausgangsbitrate. Sie besitzt auch einen direkten Einfluss auf die Kodierqualität, welche die Ausgangsbildqualität an dem entsprechenden Dekodierer darstellt. Im Allgemeinen erzeugen größerer QS eine gerin gere Ausgangsbitrate und eine geringere Kodierqualität. Um die Ausgangsbitrate und die Bildqualität so zu steuern, dass der sich ergebende Bitstrom die Kanalbandbreiten- oder Speicherbeschränkung sowie Qualitätsanforderungen erfüllen kann, werden mal Raten-Steuer- und Quantisierungs-Steueralgorithmen verwendet.
  • Einige Verfahren für die Ratensteuerung und die Quantisierungssteuerung sind in dem oben genannten MPEG2 Testmodel 5 zu finden. Diese Verfahren weisen im Allgemeinen einen Bit-Zuordnungsprozess, einen Ratensteuerprozess und einen adaptiven Quantisierungsprozess auf. Bei dem Bit-Zuordnungsprozess wird eine Zielanzahl von Bits für ein neues zu kodierendes Bild zugewiesen und zwar gemäß der Anzahl von zuvor bestimmten und voreingestellten Parametern. Der Ratensteuerschritt berechnet dann eine Referenzquantisierungsschrittgröße für jeden MB basierend auf den Zielbits für das Bild und der Anzahl der schon verwendeten Bits von den Zielbits beim Kodieren von MBs dieses Bildes. Bei dem adaptiven Quantisierungsprozess wird die berechnete Referenzquantisierungsschrittgröße skaliert gemäß den lokalen Aktivitäten des MBs und es wird eine durchschnittliche MB-Aktivität bestimmt aus dem derzeitigen oder einem zuvor kodierten Bild. Diese Skalierung wird durchgeführt gemäß einem Niveau eines Maskierungseffekts von Kodierstörungen bzw. Rauschen durch menschliche Wahrnehmung für den MB mit hohen oder niedrigen Aktivitäten innerhalb eines Bildes. Ein Video Buffer Verifier bzw. Videopufterspeicherverifizierer (VBV) kann auch in einer solchen Art und Weise verwendet werden, dass ein Unterschießen und ein Überschießen des Dekodierereingangszwischenspeichers bzw. Puffers verhindert wird, wie es beim MPEG-Standard erforderlich ist, um sicher zu stellen, dass eine Ziel-Bitrate beibehalten wird.
  • Es wird bei dem Bit-Zuordnungsprozess angenommen, das die visuelle Qualität eines kodierten Bildes als eine einzelne Zahl VQ qualifiziert werden kann, die durch die folgende Formel ausgedrückt ist:
    Figure 00030001
    wobei Q die durchschnittliche Quantisierungsschrittgröße des kodierten Bildes und K ein konstanter Qualitätsfaktor ist, der nur von dem Bildkodiertyp abhängt. Es wird auch angenommen, dass die visuelle Qualität aller kodierten Bilder auf einem gleichen bzw. ähnlichen Niveau innerhalb einer GOP gehalten werden sollte. Daher hält der Bit-Zuordnungsprozess für alle Bilder innerhalb einer GOP die folgende Gleichung bei:
    Figure 00040001
    wobei QI, QP, QB die jeweiligen durchschnittlichen Quantisierungsschrittgrößen von kodierten I-, P- und B-Bildern sind und in ähnlicher Weise KI, KP, KB die jeweiligen vorbestimmten Qualitätsfaktoren für I-, P- und B-Bilder sind. Obwohl diese Gleichung nicht auf eine gesamte Bildsequenz anwendbar ist, sollte sie als gültig innerhalb einer GOP angesehen werden, sowie über aufeinanderfolgende GOP-Grenzen. Zur Vereinfachung wird KI der Gleichung (2) auf den Wert 1 normalisiert.
  • Aus den obigen Annahmen kann eine Gleichung zur Bestimmung der Zielbit-Zuordnung für ein zu kodierendes Bild für jeden der Bildkodiertypen abgeleitet werden. Die Gleichungen werden wie folgt für jeden der I-, P- und B-Bildkodiertypen angegeben:
    Figure 00040002
    Figure 00050001
    wobei Xi = SIQI, XP = SPQP, XB = SBGB.und
    SI, SP, SB sind die Anzahl von Bits, die durch zuvor kodierte I-, P- bzw. B-Bilder verwendet wurden;
    QI, QP, QB sind die durchschnittliche Quantisierungsschrittgröße, die durch zuvor kodierte I-, P- bzw. B-Bilder verwendet wurden,
    NP und NB sind die Anzahl von P- und B-Bildern die in der derzeitigen GOP verbleiben und zwar bezüglich des derzeitig zu kodierenden Bildes;
    R ist die verbleibende Anzahl von Bits die der GOP gemäß einer Ziel-Bitrate zugewiesen sind; und
    TI, TP, TB sind die berechnete Ziel-Bitzuordnung für ein neues zu kodierendes I-, P- bzw. B-Bild.
  • Eine optionale untere Grenze kann an die bestimmte Ziel-Bitzuordnung angelegt werden, wie in dem MPEG2 Testmodel 5 vorgegeben ist, und somit gilt:
    Figure 00050002
    wobei Bit-Rate die Ziel-Bitrate ist,
    Bild-Rate die Anzahl von kodierten Bildern pro Sekunde ist, und
    K eine Konstante ist (z. B. 8).
  • Ein typisches Videokodiersystem ist aufgebaut zum Kodieren von Bildsequenzen mit unterschiedlichen Charakteristika und Komplexitäten. Insbesondere erzeugen Sequenzen mit wenig Bewegungsupdates oder komplexen Bewegungsszenen unterschiedliche Anforderungen für das Kodieren von Bildern von Differenzbildkodiertypen.
  • Z. B. kann eine Sequenz mit wenig Bewegungsupdates am Besten mit einer höheren Rate von Bits-Zuordnungen zu dem Ankerbild (I-Bilder und P-Bilder) kodiert werden für Verbesserungen hinsichtlich der visuellen Qualität. Andererseits kann eine Sequenz mit komplexen Bewegungsszenen am Besten kodiert werden mit einer relativ gleichmäßigen Verteilung der Bits auf die Bilder aller Bildkodiertypen für Verbesserungen hinsichtlich des Bewegungsdetails und somit einem höheren Verhältnis der Bit-Zuordnung an die B-Bilder.
  • Derzeitige Systeme, welche auf festgelegten visuellen Qualitätsverhältnissen, z. B. gemäß der Gleichung (2) basieren sprechen diese Änderungen hinsichtlich der Sequenzcharakteristika nicht in adäquater Weise an.
  • Mit anderen Worten haben die vorbestimmten und festgelegten Qualitätsfaktoren KI, KP, KB mehr oder weniger die Verhältnisse der durchschnittlichen Quantisierungsschrittgrößen (d. h. QI, QP, QB-Verhältnisse) festgelegt, die zum Kodieren von Bildern von unterschiedlichen Bildkodiertypen verwendet wurden. Diese Beziehung begrenzt die Anpassbarkeit der Bit-Zuordnung für unterschiedliche Bildkodiertypen bei unterschiedlichen Bewegungscharakteristika.
  • Ein Bewegtbildenkoder bzw. Kodierer und ein Bewegtbildkodierverfahren gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6 ist z. B. in der EP-A-0655867 gezeigt.
  • Ein weiterer bekannter Kodierer und ein Verfahren ist in der EP-A-0804035 gezeigt, bei der konstante Qualitätsfaktoren k zum Berechnen der Zielbit-Zuordnung verwendet werden.
  • Darüber hinaus sollte die Anpassbarkeit der Bit-Zuordnung von der visuellen Qualität selbst abhängen. Wenn eine höhere visuelle Qualität für die Ankerbilder erreicht wird, ist ein Merkmal, das die Bits an die B-Bilder neuverteilt wünschenswert so dass sowohl die visuelle Qualität als auch die Bewegungsdetails ausbalanciert werden können.
  • Die Erfindung
  • Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für eine Bildsequenzkompression vorzusehen, das bzw. die Änderungen in der Sequenz und den Kodiercharakteristika besser berücksichtigt. Insbesondere ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung ein Verfahren oder eine Vorrichtung zur Verbesserung der Bit-Zuordnung vorzusehen.
  • Daher ist ein Bewegtbildkodierer bzw. Enkoder und ein Verfahren zum Kodieren von Bildern gemäß Anspruch 1 bzw. Anspruch 6 vorgesehen.
  • Während hochwertige bzw. raffinierte Verfahren zum Bestimmen von Bewegungscharakteristika durch eine Frame- bzw. Bild-Differenzdetektierung oder eine Bewegungsvektoranalyse verwendet werden können, besitzen solche Verfahren eine erhebliche Auswirkung auf die Implementierungskosten. Die Implementierungskosten können ein wichtiger Faktor bei weitverbreiteten Systemen sein. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher das Vorsehen eines Verfahrens oder einer Vorrichtung für die Bit-Zuordnung mit geringer Implementierungskomplexität.
  • Eine Art zur Lösung der oben genannten Probleme ist eine adaptive Bestimmung neuer Qualitätsfaktoren KI, KP, KB der Gleichungen (2), (3), (4) und (5) gemäß den Charakteristika oder Parametern, die aus zuvor kodierten Bildern einer Sequenz erhalten wurden. Dies verändert tatsächlich die Ziel-Verhältnisse der durchschnittlichen Quantisierungsschrittgrößen für I-, P- und B-Bilder so dass visuelle Qualität und/oder Bewegungsdetails verbessert werden können in Abhängigkeit des Inhalts bzw. Kontents innerhalb der Sequenz.
  • Ein weiter vereinfachter Ansatz ist das adaptive Modifizieren nur des Wertes KB und daher des Ziel-Verhältnisses der durchschnittlichen Quantisierungsschrittgröße für B-Bilder gegenüber den I- oder P-Bildern, da experimentell bestimmt wurde, dass der Einfluss bei der Lösung der oben genannten Probleme nicht so erheblich ist, wenn auch KI, KP, adaptiv modifiziert werden.
  • Die Qualitätsfaktoren werden bei der vorliegenden Erfindung adaptiv modifiziert und zwar gemäß den durchschnittlichen Quantisierungsschrittgrößen und der Bit-Verwendung von zuvor kodierten I-Bildern, P-Bildern und B-Bildern. Die Kodierqualität und die Kodierkomplexität eines Bildes kann aus seiner durchschnittlichen Quantisierungsschrittgröße und den verwendeten Bits gemessen werden. Die Verhältnisse der Kodierkomplexitäten von Bildern unterschiedlicher Bildkodiertypen zusammen mit den Kodierqualitäten können verwendet werden zum Anzeigen räumlicher und/oder Bewegungskomplexität und daher können die Qualitätsfaktoren demgemäß bestimmt werden.
  • Ein Videokodiersystem kodiert eine Videosequenz unterschiedlicher Bildkodiertypen (I-, P- und B-Bilder) mit einer sequenzadaptiven Bit-Zuordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Anfangswerte von notwendigen Parametern zum Kodieren können vorbestimmt sein. Die Bits werden jedem zu kodierenden Bild zugeordnet, so dass die sich ergebenden visuellen Qualitäten, die als K/Q definiert werden, aller Bilder innerhalb einer Gruppe von Bildern (group-of-pictures) auf einem ähnlichen Niveau bleiben.
  • Der Qualitätsfaktor K ist abhängig von dem Bildkodiertyp; und darüber hinaus wird K adaptiv modifiziert gemäß der durchschnittlichen Quantisierungsschrittgrößen (Q) und der Bit-Verwendung zuvor kodierter Bilder.
  • Wenn die Bits einem zu kodierenden Bild zugeordnet sind, wird dann eine Ratensteuerung verwendet zum Regulieren der Bits zum Kodieren jedes Makroblocks innerhalb des Bildes. Ein Videokodiersystem gemäß der vorliegenden Er findung kann Komponenten umfassen, welche ähnlich zu denen sind, die in dem MPEG2 Testmodel 5 verwendet werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird in größerer Einzelheit nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel davon und die Zeichnungen beschrieben; in den Zeichnungen zeigt:
  • 1 ein Blockdiagramm, das ein Videokodiersystem mit einer sequenzadaptiven Bit-Zuordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Endung darstellt; und
  • 2 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Qualitätsfaktorestimators bzw. eines Qualitätsfaktorschätzers der vorliegenden Erfindung.
  • Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • 1 illustriert ein Videokodiersystem 100 mit einer sequenzadaptiven Bit-Zuordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Eine Eingangsvideobildsequenz wird durch einen Videokodierer bzw. Enkoder 101 kodiert zum Erzeugen eines komprimierten Ausgangsbitstroms, der an einen externen Dekodierer übertragen werden kann über einen Kommunikationskanal oder der auf einem digitalen Speichermedium für Abspielanwendungen aufgezeichnet werden kann. Jedes Bild aus der Eingangs-Videosequenz wird gemäß seines zugewiesenen Bildkodiertyps (I-, P- oder B-Bild) kodiert. Eine Gruppe von Bildern (GOP = group-of-pictures) wird gebildet beginnend mit einem I-Bild und gefolgt von möglichen Sätzen von P-Bildern und B-Bildern.
  • Typischerweise verwendet der Videokodierer 101 eine Bewegungsschätzung, eine Bewegungskompensation, eine diskrete Kosinustransformations-(DCT)-Kodierung und eine Lauflängen/Differenzialkodierung mit Kodes mit variabler Länge (VLC = variable length codes) als eine Videokompressionstechnik. Ein Videokodierer kann so implementiert werden, so dass der Ausgangsbitstrom einem der ISO/IEC MPEG-Standards entspricht und kann durch die entsprechenden MPEG-Videodekodierer dekodiert werden.
  • Ein Bit-Zuordnungsprozessor 103 ist mit dem Videokodierer gekoppelt oder bildet einen Teil desselben und ist vorgesehen zum Bestimmen einer Zielanzahl von Bits (T), die verwendet werden zum Kodieren eines Bildes aus dem Eingangsvideo und zwar gemäß seines Bildkodiertyps und der Ziel-Bitrate. Die Ziel-Bitrate und der Bildkodiertyp sind vorgesehen als Eingang bzw. Eingabe an dem Bit-Zuordnungsprozessor 103. Die Bits werden so zugeordnet, dass die sich ergebenden visuellen Qualitäten, definiert als K/Q, aller Bilder innerhalb einer Gruppe von Bildern (GOP) auf einem ähnlichen Niveau verbleiben. Der Qualitätsfaktor K hängt von dem Bildkodiertyp (z. B. KI, KP, KB) ab und Q ist die durchschnittliche Quantisierungsschrittgröße, die zum Kodieren des Bildtyps verwendet wird. Beispielhafte Verfahren der Bit-Zuordnung lassen sich in dem MPEG2 Testmodel 5 finden und sind durch die Gleichungen (3), (4), (5) mit einer optionalen unteren Grenze, vorgegeben durch (6), angegeben. Ein Satz von Anfangswerten kann für KI, KP, KB, XI, XP, XB angenommen werden.
  • Nach der Bestimmung der Ziel-Bits (T) werden eine Bit-Ratensteuerung 104 und ein adaptiver Quantisierungsprozessor 105 verwendet zum Berechnen der Quantisierungsschrittgrößen zum Kodieren jedes Makroblocks (MB) in dem Bild. Die Quantisierungsschrittgrößen werden optional zusammen mit Quantisierungsmatrizen verwendet zum Quantisieren der MBs innerhalb des Videokodierers 101. Die MBs können einer Bewegungsschätzung, einer Bewegungskompensation und einer diskreten Kosinustransformation vor der Quantisierung ausgesetzt werden. Frame-Field adaptive Verfahren, die in dem MPEG2 Testmodel 5 genannt sind, können auch angewendet werden. Die quantisierten MBs werden lauflängenkodiert mit Kodes mit variabler Länge und multiplext mit der gesamten notwendigen Nebeninformation zum Vorsehen des komprimierten Ausgangsbitstroms.
  • Die Ratensteuerung 104 berechnet eine Referenzquantisierungsschrittgröße für jeden MB basierend auf den Zielbits (T) für die Bilder und die Anzahl von verbrauchten Bits aus den Zielbits beim Kodieren von MBs aus dem Bild. Für eine adaptive Quantisierung 105 wird die berechnete Referenzschrittgröße skaliert gemäß den lokalen Aktivitäten des MBs und es wird eine durchschnittliche MB-Aktivität bestimmt aus dem derzeitigen oder einem zuvor kodierten Bild. Verfahren der Ratensteuerung und der adaptiven Quantisierung lassen sich auch in dem MPEG2 Testmodell 5 finden.
  • Ein Qualitätsfaktorestimator bzw. -schätzer 102 wird verwendet zum Schätzen der Werte von K gemäß dem Bildkodiertyp und den Bit-Verwendungen (S) von zuvor kodierten Bildern, die als Eingang von dem Videokodierer geliefert werden, und den durchschnittlichen Quantisierungsschrittgrößen (Q) welche von dem adaptiven Quantisierungsprozessor 105 geliefert werden. Zusammen mit der durchschnittlichen Quantisierungsschrittgröße Q, bestimmt der Qualitätsfaktor K die visuelle Qualität eines kodierten Bildes. Ein Satz von Werten für K kann für jeden Bildkodiertyp bestimmt werden. Somit können KI, KP, KB adaptiv bestimmt werden. Darüber hinaus kann der Satz von Werten für K für jedes Bild upgedated bzw. auf den neuesten Stand gebracht werden oder für jede Vielzahl von Bildern und zwar gemäß den Adaptivitätsanforderungen hinsichtlich Berechnung und visueller Qualität. Die geschätzten Werte von K werden durch den Bit-Zuordnungsprozessor 103 verwendet zum Bestimmen der Zielanzahl von Bits die zum Kodieren jedes Bildes verwendet wird.
  • 2 illustriert ein Flussdiagramm 200 von Arbeitsschritten des Qualitätsfaktorschätzers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Beginnend im Schritt 201 wird Kodierinformation wie beispielsweise die Bildkodiertypen, die durchschnittliche Quantisierungsschrittgröße und die Bit-Verwendungen von kodierten Bildern erhalten. Für den Schritt 202 werden Kodierqualitäten bestimmt unter Verwendung der durchschnittlichen Quantisierungsschrittgrößen. Die Kodierqualitäten für zuvor kodierte Bilder unterschiedlicher Bildkodiertypen werden bestimmt zum Zweck einer Neuverteilung von Bits an die B-Bilder, wenn eine gute Kodierqualität für P-Bilder erreicht ist. In ähnlicher Weise werden die Bits zu I-Bildern neu bzw. umverteilt, wenn gute Kodierqualitäten für P-Bilder und B-Bilder erreicht werden. Z. B. ist es möglich eine maximale und minimale Grenze für den Wert von K eines bestimmten Bildkodiertyps einzustellen unter Verwendung durchschnittlicher Quantisierungsschrittgrößen für zuvor kodierte Bilder als ein solches Verfahren. Insbesondere kann ein vereinfachtes Ausführungsbeispiel wie folgt angeben werden. KB- MIN = CO KB-MAX = C1 × QP + C2 und C3 ≤ KB-MAX ≤ C4 wobei C0 bis C4 Konstanten sind (z. B. 1,4; 0,3; –0,4; 1,4 bzw. 2,0);
    QP die durchschnittliche Referenzquantisierungsschrittgröße eines zuvor kodierten P-Bildes ist, und
    KB -MAX und KB -M IN der maximale bzw. minimale Qualitätsfaktor K für B-Bilder ist.
  • In ähnlicher Weise können KI -MAX; KI -MIN; KB -MAX und KB -MIN für I-Bilder und P-Bilder erhalten werden. Tatsächlich können zur Vereinfachung KI -MAX; KI -MIN; KB -MAX und KB -MIN auch auf den konstanten Wert von 1,0 normalisiert werden.
  • Bei 203 werden die Kodierkomplexitäten (XI, XP, XB) von zuvor kodierten Bildern berechnet. Die Kodierkomplexitäten zeigen räumliche und/oder Bewegungskomplexität beim Kodieren eines Bildes eines bestimmten Bildkodiertyps an. Sie kann wie folgt angegeben werden: XI = SI × QI XP = SP × QP XB = SB × QB wobei SI, SP, SB die Anzahl von erzeugten Bits durch das Kodieren eines vorhergehenden I-Bildes, P-Bildes bzw. B-Bildes ist, und
    QI, QP, QB die durchschnittliche Quantisierungsschrittgröße ist, die verwendet wurde zum Kodieren aller Makroblöcke des I-Bildes, P-Bildes bzw. B-Bildes.
  • Mit den bestimmten Kodierqualitäten und Kodierkomplexitäten werden die Qualitätsfaktoren (KI, KP, KB) im nächsten Schritt 204 geschätzt. Die Verhältnisse der Kodierkomplexitäten von unterschiedlichen Bildkodiertypen werden verwendet zum Definieren der Verhältnisse der Qualitätsfaktoren so dass der Bit-Zuordnungsprozess räumliche und/oder Bewegungskomplexitäten unterschiedlicher Bildkodiertypen in Betracht ziehen kann. Darüber hinaus werden die Verhältnisse der Qualitätsfaktoren auch begrenzt gemäß den bestimmten Kodierqualitäten, um visuelle Qualität und Bewegungsdetails zu maximieren. Zur Vereinfachung können die Qualitätsfaktoren normalisiert werden gemäß dem folgenden Beispiel:
    Figure 00130001
    wobei C5 bis C8 Konstanten sind.
  • Die Werte von C5 bis C8 können experimentell bestimmt werden. Es ist auch möglich das Verfahren noch weiter zu vereinfachen indem C5 bis C8 auf die Werte von 0; 1; 1 bzw. 0 gesetzt werden.
  • Der Bit-Zuordnungsprozess versucht eine ähnliche visuelle Qualität beizubehalten, die auf den durchschnittlichen Quantisierungsschrittgrößen und den Qualitätsfaktoren (KI, KP, KB) basiert, während die Bilder von Gruppen von Bildern (GOP) aus einer Eingangs-Videosequenz kodiert werden. Durch adaptives Modifizieren der Qualitätsfaktoren gemäß den Bildkodiertypen, Kodierqualitäten und Kodierkomplexitäten bestimmt durch die durchschnittlichen Quantisierungsschrittgrößen und Bitverwendungen von kodierten Bildern kann ein Videokodierer bzw. ein Enkodierer gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung effizient Bits aus einer Ziel-Bitrate zum Kodieren jedes Bildes innerhalb der Videosequenz zuordnen.
  • Die Qualitätsfaktoren werden in einer solchen Art und Weise adaptiert bzw. angepasst, dass mehr Bits verwendet werden für Bewegungsdetailverbesserungen, wenn komplexe Bewegungsszenen innerhalb der Bildsequenz vorliegen; und andererseits werden mehr Bits zugewiesen zum Verbessern visueller (räumlicher) Qualitäten, wenn Szenen innerhalb der Bildsequenz wenige Bewegungsupdates bzw. Änderungen enthalten. Die Bit-Zuordnung wird ferner überprüft mit den erreichten Kodierqualitäten, so dass sowohl die Bewegungsdetails als auch die visuelle Qualität optimiert werden können zum Verbessern der gesamten objektiven Ergebnisse des Videokodierers.

Claims (11)

  1. Ein Bewegtbildenkoder bzw. -kodierer (100) für das Kodieren von Bildern in einer Bewegbildsequenz gemäß einer Gesamt-Zielbitrate, wobei jedes Bild einen zugewiesenen Bildkodiertyp hat, wobei der Enkoder Folgendes aufweist: einen Qualitätsfaktorschätzer (102), der Mittel (203) aufweist für das Bestimmen einer Bildkomplexität (X) für den zugewiesenen Bildkodiertyp auf der Basis der Anzahl von genutzten Bits (S) und einer durchschnittlichen Quantisierungsschrittgröße für zuvor kodierte Bilder von diesem Typ (Q); einen Bitzuordnungsprozessor (103) für das Bestimmen einer Zielanzahl von Bits (T) für das Kodieren eines Bildes gemäß der Gesamt-Zielbitrate, dem zugewiesenen Bildkodiertyp und einem Qualitätsfaktor (K) für den zugewiesenen Bildkodiertyp, und zwar definiert als das Produkt einer visuellen Qualität und der durchschnittlichen Quantisierungsschrittgröße für Bilder von diesem Typ; eine Bitratensteuerung (104) für das Bestimmen einer Referenzquantisierungsschrittgröße basierend auf der Zielanzahl von Bits (T) und der Anzahl von Bits, die für das Bild genutzt wurden; und einen adaptiven Quantisierungsprozessor (105) für das Bestimmen einer Kodierquantisierungsschrittgröße basierend auf der Referenzquantisierungsschrittgröße und den Bildaktivitäten für das Bild und zum Bestimmen der durchschnittlichen Quantisierungsschrittgröße für zuvor kodierte Bilder (Q), dadurch gekennzeichnet, dass der Qualitätsfaktorschätzer (102) weiter Mittel (204) aufweist für das Bestimmen eines Qualitätsfaktors für den zugewiesenen Bildkodiertyp als eine Funktion des Verhältnisses der Bildkomplexitäten von unterschiedlichen Bildkodiertypen bestimmt für zuvor kodierte Bilder.
  2. Bewegtbildkodierer nach Anspruch 1, wobei die Mittel für das Bestimmen eines Qualitätsfaktors (204) Mittel aufweisen für das Bestimmen des Verhältnisses der Bildkomplexitäten von unterschiedlichen Bildkodiertypen.
  3. Bewegtbildkodierer nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Wert für den Qualitätsfaktor bestimmt wird für das Kodieren eines jeden Bildes, des entsprechenden Bildtyps.
  4. Bewegtbildkodierer nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Wert für den Qualitätsfaktor bestimmt wird für das Kodieren einer jeden Vielzahl von Bildern des entsprechenden Bildtyps.
  5. Bewegtbildkodierer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei minimale und maximale Grenzen für den Qualitätsfaktor für jeden Bildtyp gesetzt werden.
  6. Verfahren zum Kodieren von Bildern in einer Bewegtbildsequenz gemäß einer Gesamt-Zielbitrate, wobei jedes Bild einen zugewiesenen Bildkodiertyp hat, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Bestimmen einer Bildkomplexität (X) für den zugewiesenen Bildkodiertyp auf der Basis der Anzahl von genutzten Bits (S) und einer durchschnittlichen Quantisierungsschrittgröße (Q) für zuvor kodierte Bilder dieses Typs; Bestimmen einer Zielanzahl von Bits (T) für das Kodieren eines Bildes gemäß der Gesamt-Zielbitrate, dem zugewiesenen Bildkodiertyp und einem Qualitätsfaktor (K) für den zugewiesenen Bildkodiertyp, und zwar definiert als das Produkt einer visuellen Qualität und der durchschnittlichen Quantisierungsschrittgröße für Bilder von diesem Typ; Bestimmen einer Referenzquantisierungsschrittgröße basierend auf der Zielanzahl von Bits (T) und der Anzahl von Bits, die für das Bild genutzt wurden; und Bestimmen einer Kodierquantisierungsschrittgröße basierend auf der Referenzquantisierungsschrittgröße und auf Bildaktivitäten für das Bild und Bestimmen der durchschnittlichen Quantisierungsschrittgröße (Q) von zuvor kodierten Bildern, gekennzeichnet durch den Schritt: Bestimmen des Qualitätsfaktors für den zugewiesenen Bildkodiertyp als eine Funktion des Verhältnisses der Bildkomplexitäten von unterschiedlichen Bildkodiertypen bestimmt für zuvor kodierte Bilder.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Bestimmens des Qualitätsfaktors das Bestimmen des Verhältnisses der Bildkomplexitäten für unterschiedliche Bildkodiertypen aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Zielanzahl der Bits (T) bestimmt wird gemäß den folgenden Gleichungen:
    Figure 00170001
  9. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Wert für den Qualitätsfaktor bestimmt wird für das Kodieren eines jeden Bildes des entsprechenden Bildtyps.
  10. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Wert für den Qualitätsfaktor bestimmt wird für das Kodieren einer jeden Vielzahl von Bildern für den entsprechenden Bildtyp.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei minimale und maximale Grenzen für den Qualitätsfaktor für jeden Bildtyp gesetzt werden.
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