JP2005065291A - ビデオエンコーダのエンコーディング率制御方法、ビデオデータの伝送方法、ビデオエンコーダのエンコーディング率制御器、及びビデオデータ伝送システム - Google Patents
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Abstract
【課題】リアルタイム可変ビット率制御によって画質を改善させるビデオエンコーダのエンコーディング率制御器、それを備えたビデオデータ伝送システム、及びその方法を提供する。
【解決手段】エンコーディング率と歪曲との関係を定義せずとも、従来のエンコーディング結果に基づいて現在のピクチャーにビットを割当て、現在のピクチャーの性質が以前のピクチャーと異なる場合、制限されたビットに合せるように強制せず、量子化スケール変化による追加ビットも使用せずにピクチャー内の多様な性質に適応して量子化スケールを設定するエンコーディング率制御器、及びビデオデータ伝送システムである。したがって、このようなリアルタイム可変ビット率制御方式でエンコーディングされたビデオデータがモニターに表示されるようにデコーディングされる時、ディスプレイ画質を改善させうる。
【選択図】図1
【解決手段】エンコーディング率と歪曲との関係を定義せずとも、従来のエンコーディング結果に基づいて現在のピクチャーにビットを割当て、現在のピクチャーの性質が以前のピクチャーと異なる場合、制限されたビットに合せるように強制せず、量子化スケール変化による追加ビットも使用せずにピクチャー内の多様な性質に適応して量子化スケールを設定するエンコーディング率制御器、及びビデオデータ伝送システムである。したがって、このようなリアルタイム可変ビット率制御方式でエンコーディングされたビデオデータがモニターに表示されるようにデコーディングされる時、ディスプレイ画質を改善させうる。
【選択図】図1
Description
本発明はビデオデータ伝送システムに係り、特に、MPEG2(Moving Picture Experts Group 2)ビデオエンコーダのエンコーディング率制御器、それを備えたビデオデータ伝送システム、及びその方法に関する。
MPEG2ビデオエンコーディングでエンコーディング率の制御方法には2つがある。その一つは恒等ビット率方式であり、他の一つは可変ビット率方式である。恒等ビット率方式は、DTV(Digital Television)放送信号のように一定時間に対して決まったビット数でエンコーディングする方式であって、静止映像のビデオデータ及び動き映像のビデオデータが何れも同じビット数でエンコーディングするので、大きいビット数を割当てなければならない動き映像の画質が相対的に悪い。そして、可変ビット率方式は、帯域幅が十分であるか、またはDVD(Digital Video Disk)などの保存媒体を使用する状況のようにデータ伝送率が可変的である時、動き映像のビデオデータにさらに大きいビット数で割当てられるので、恒等ビット率方式に比べて画質を向上させうる。このようにビデオカメラで撮像されたビデオデータがビデオエンコーディングによって圧縮されたデータは、無線LANやDTV送信機などで変調されてRF(Radio Frequency)信号として出力されうる。また、圧縮されたビデオデータはDVD光ディスクなどにコード化されて記録されうる。
MPEG2ビデオエンコーディングのエンコーディング率制御は、主にマクロブロック量子化パラメータの量子化スケールを調節する方法を使用する。マクロブロックは、エンコーディングされたI、P、Bフレームデータで所定ウィンドー(例えば、16*16ピクセル)を取る時、当該ウィンドー内にあるピクセルデータを意味する。グレーレベルを表すピクセルデータは、主に8ビットデータである。この時、可変ビット率方式によるエンコーディング率の制御方法は、大きく3段階に分けられる。第一段階は、フレームごとにピクチャータイプ(I、P、またはB)に適するビット数を割当てるビット割当て段階であり、第二段階は、量子化スケールを決定するレート制御段階であり、第三段階は、ピクチャータイプ(I、P、またはB)内の全てのマクロブロックに対して量子化スケールを調節する適応量子化段階である。
ビット割当て段階では、エンコーディング率と歪曲との関係を利用して複雑度を定義した後、以前にエンコーディングされたピクチャータイプ(I、P、またはB)の複雑度を参照して、現在のピクチャータイプ(I、P、またはB)のビット数を決定して、それに合わせてビット数を割当てる。レート制御段階では、仮想のバッファ量や以前のピクチャータイプ(I、P、またはB)の複雑度に基づいて量子化スケールを計算する。ここで、量子化スケールは、エンコーディングビット数と反比例する関係にあるため、量子化スケールが大きくなれば、エンコーディングビット数が小さくなる方向に量子化される。適応量子化段階では、以前のマクロブロック内での活動度(データ変化度)を利用して、現在のマクロブロックに対して新しい量子化スケールを決定する。
このような可変ビット率方式による従来のエンコーディング率の制御方法では、ビット割当て段階で、エンコーディング率と歪曲との関係を表す最も近い数式を探そうとする色々な試みから見れば、その正確な関係を定義し難く、近い数式で定義しても、ピクチャータイプ(I、P、またはB)の多様な変化に対応できないという問題点がある。
また、従来のエンコーディング率の制御方法では、適応量子化段階で、全てのマクロブロックに対して新しい量子化スケールを計算する方法は、ビット使用量に比べて画質向上性能が高くないという問題点がある。一方、1ピクチャーに一つの量子化スケールを使用する他の方法も適用できるが、この場合には、ピクチャー内に多様な性質が存在する時に効果的ではないという問題点が再び現れる。
本発明が解決しようとする技術的課題は、エンコーディング率と歪曲との関係を定義せずとも、従来のエンコーディング結果に基づいて現在のピクチャーにビットを割当て、現在のピクチャーの性質が以前のピクチャーと異なる場合、制限されたビットに合せるように強制せず、量子化スケールの変化による追加ビットも使用せずにピクチャー内の多様な性質に適応して量子化スケールを設定する、リアルタイム可変ビット率制御方式で画質を改善させるビデオエンコーダのエンコーディング率の制御方法、及びそれを備えてMPEG−2ビデオエンコーディングを行うビデオデータ伝送方法を提供することである。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、エンコーディング率と歪曲との関係を定義せずとも、従来のエンコーディング結果に基づいて現在のピクチャーにビットを割当て、現在のピクチャーの性質が以前のピクチャーと異なる場合、制限されたビットに合せるように強制せず、量子化スケールの変化による追加ビットも使用せずにピクチャー内の多様な性質に適応して量子化スケールを設定する、リアルタイム可変ビット率制御方式で画質を改善させるビデオエンコーダのエンコーディング率制御器、及びそれを備えてMPEG−2ビデオエンコーディングを行うビデオデータ伝送システムを提供することである。
前記課題を達成するための本発明によるビデオエンコーダのエンコーディング率の制御方法は、
以前のGOP(Group Of Picture)のピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数と平均目標ビット数、及びバッファバランス値を利用して、現在のピクチャータイプの目標ビット数を計算して出力するビット割当て段階と、
前記現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値と前記目標ビット数とを利用して、前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力するレートコントロール段階と、
前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応して、以前のローでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを計算し、その値を含む関数によって現在のローに対応する量子化スケール値を計算して出力し、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数を計算して出力する適応量子化段階と、
前記適応量子化段階で出力される前記量子化スケール値を保存し、前記以前のピクチャータイプ及び前記以前のローマクロブロックの量子化スケール値を出力するメモリ入出力段階と、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数及び前記平均目標ビット数を利用して前記バッファバランス値を計算して出力するバッファ量計算段階と、を備える。
以前のGOP(Group Of Picture)のピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数と平均目標ビット数、及びバッファバランス値を利用して、現在のピクチャータイプの目標ビット数を計算して出力するビット割当て段階と、
前記現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値と前記目標ビット数とを利用して、前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力するレートコントロール段階と、
前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応して、以前のローでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを計算し、その値を含む関数によって現在のローに対応する量子化スケール値を計算して出力し、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数を計算して出力する適応量子化段階と、
前記適応量子化段階で出力される前記量子化スケール値を保存し、前記以前のピクチャータイプ及び前記以前のローマクロブロックの量子化スケール値を出力するメモリ入出力段階と、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数及び前記平均目標ビット数を利用して前記バッファバランス値を計算して出力するバッファ量計算段階と、を備える。
前記目標ビット数の計算は、数式、
によって決定されることを特徴とする。
前記バッファバランス値は、数式、
d+=Si,p,b−Tavgi,p,b
(ここで、dはバッファバランス値、Si,p,bはピクチャータイプ別の1ピクチャーの全体エンコーディングビット数)
によって決定されることを特徴とする。
d+=Si,p,b−Tavgi,p,b
(ここで、dはバッファバランス値、Si,p,bはピクチャータイプ別の1ピクチャーの全体エンコーディングビット数)
によって決定されることを特徴とする。
前記ピクチャータイプ別平均エンコーディングビット数Bi,p,bは、補正条件式、
If (Bp < 1.2・Bb) Bp = 1.2・Bb;
If (Bi < 1.2・Bp) Bi = 1.2・Bp;
If (Bi > 3.5・Bp) Bi = 3.5・Bp;
If (Bb < 0.6・Bp) Bb = 0.6・Bp.
によって補正されることを特徴とする。
If (Bp < 1.2・Bb) Bp = 1.2・Bb;
If (Bi < 1.2・Bp) Bi = 1.2・Bp;
If (Bi > 3.5・Bp) Bi = 3.5・Bp;
If (Bb < 0.6・Bp) Bb = 0.6・Bp.
によって補正されることを特徴とする。
前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値の計算は、数式、
によって決定されることを特徴とする。
前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応する量子化スケール値の計算は、前記関数と関連された数式、
If (f(j,Sj,Sj-1,Trow)>β_upj) mquantj+1 = mquant_up(mquantj,q_scale_type);
else if (g(j,Sj,Sj-1,Trow)>β_dnj) mquantj+1 = mquant_dn(mquantj,q_scale_type);
else mquantj+1 = mquantj.
(ここで、Sjはピクチャー内の一番目のローマクロブロックからj番目のローマクロブロックまでのエンコーディングビット数、Trowは単位ロー当り目標ビット数、mquant_up(mquantj,q_scale_type)は多数のq_scale_typeのうち何れか一つでmquantjに対応する以前のk番目のコードより大きいコードに対応する量子化スケール値、mquant_dn(mquantj,q_scale_type)は多数のq_scale_typeのうち何れか一つでmquantjに対応する以前のk番目のコードより小さなコードに対応する量子化スケール値、β_upj及びβ_dnjそれぞれは第1臨界定数及び第2臨界定数)
によって決定されることを特徴とする。
If (f(j,Sj,Sj-1,Trow)>β_upj) mquantj+1 = mquant_up(mquantj,q_scale_type);
else if (g(j,Sj,Sj-1,Trow)>β_dnj) mquantj+1 = mquant_dn(mquantj,q_scale_type);
else mquantj+1 = mquantj.
(ここで、Sjはピクチャー内の一番目のローマクロブロックからj番目のローマクロブロックまでのエンコーディングビット数、Trowは単位ロー当り目標ビット数、mquant_up(mquantj,q_scale_type)は多数のq_scale_typeのうち何れか一つでmquantjに対応する以前のk番目のコードより大きいコードに対応する量子化スケール値、mquant_dn(mquantj,q_scale_type)は多数のq_scale_typeのうち何れか一つでmquantjに対応する以前のk番目のコードより小さなコードに対応する量子化スケール値、β_upj及びβ_dnjそれぞれは第1臨界定数及び第2臨界定数)
によって決定されることを特徴とする。
前記関数f()、及びg()は、以前のローでのエンコーディングビット数を表す数式、 Sj−Sj−1.
を含む関数であることを特徴とする。
を含む関数であることを特徴とする。
前記mquant_up(mquantj,q_scale_type)及びmquant_dn(mquantj,q_scale_type)は、多数のq_scale_typeのうち何れか一つでmquantjに対応する以前のk番目のコードより、1が大きい“k+1”番目のコードに対応する量子化スケール値、及び1が小さな“k−1”番目のコードに対応する量子化スケール値であることを特徴とする。
前記課題を達成するための本発明によるビデオデータ伝送方法は、現在のピクチャータイプの現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を入力されて、前記量子化スケール値によってビデオ入力データをエンコーディングしてエンコーディングされたビデオデータを出力するビデオエンコーディング段階と、
前記エンコーディングされたビデオデータに対する以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数と平均目標ビット数、及びバッファバランス値を利用して計算された現在のピクチャータイプの目標ビット数、及び前記現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値を利用して前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算し、以前のローマクロブロックでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを含む関数によって前記現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力するエンコーディング率制御段階と、
前記エンコーディングされたビデオデータを伝送率によって出力するバッファリング段階と、を備えることを特徴とする。
前記エンコーディングされたビデオデータに対する以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数と平均目標ビット数、及びバッファバランス値を利用して計算された現在のピクチャータイプの目標ビット数、及び前記現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値を利用して前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算し、以前のローマクロブロックでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを含む関数によって前記現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力するエンコーディング率制御段階と、
前記エンコーディングされたビデオデータを伝送率によって出力するバッファリング段階と、を備えることを特徴とする。
前記エンコーディング率制御段階は、
前記平均エンコーディングビット数と前記平均目標ビット数、及び前記バッファバランス値を利用して前記目標ビット数を計算して出力するビット割当て段階と、
前記平均量子化スケール値と前記目標ビット数とを利用して前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力するレートコントロール段階と、
前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応して、以前のローでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを計算してその値を含む関数によって現在のローに対応する量子化スケール値を計算して出力し、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数を計算して出力する適応量子化段階と、
前記適応量子化段階で出力される前記量子化スケール値を保存し、前記以前のピクチャータイプ及び前記以前のローマクロブロックの量子化スケール値を出力するメモリ入出力段階と、
前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数及び前記平均目標ビット数を利用して前記バッファバランス値を計算して出力するバッファ量計算段階と、を備えることを特徴とする。
前記平均エンコーディングビット数と前記平均目標ビット数、及び前記バッファバランス値を利用して前記目標ビット数を計算して出力するビット割当て段階と、
前記平均量子化スケール値と前記目標ビット数とを利用して前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力するレートコントロール段階と、
前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応して、以前のローでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを計算してその値を含む関数によって現在のローに対応する量子化スケール値を計算して出力し、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数を計算して出力する適応量子化段階と、
前記適応量子化段階で出力される前記量子化スケール値を保存し、前記以前のピクチャータイプ及び前記以前のローマクロブロックの量子化スケール値を出力するメモリ入出力段階と、
前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数及び前記平均目標ビット数を利用して前記バッファバランス値を計算して出力するバッファ量計算段階と、を備えることを特徴とする。
前記課題を達成するための本発明によるビデオエンコーダのエンコーディング率制御器は、ビット割当て部、レートコントロール部、適応量子化部、メモリ、及びバッファ量計算部を備える。
前記ビット割当て部は、以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数と平均目標ビット数、及びバッファバランス値を利用して現在のピクチャータイプの目標ビット数を計算して出力する。
前記レートコントロール部は、前記現在ピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値と前記目標ビット数とを利用して前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力する。
前記適応量子化部は、前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応して、以前のローでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを計算し、その値を含む関数によって現在のローに対応する量子化スケール値を計算して出力し、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数を計算して出力する。
前記メモリは、前記適応量子化部から出力される前記量子化スケール値を保存し、前記以前のピクチャータイプ及び前記以前のローマクロブロックの量子化スケール値を出力する。
前記バッファ量計算部は、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数及び前記平均目標ビット数を利用して前記バッファバランス値を計算して出力する。
前記ビット割当て部は、以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数と平均目標ビット数、及びバッファバランス値を利用して現在のピクチャータイプの目標ビット数を計算して出力する。
前記レートコントロール部は、前記現在ピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値と前記目標ビット数とを利用して前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力する。
前記適応量子化部は、前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応して、以前のローでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを計算し、その値を含む関数によって現在のローに対応する量子化スケール値を計算して出力し、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数を計算して出力する。
前記メモリは、前記適応量子化部から出力される前記量子化スケール値を保存し、前記以前のピクチャータイプ及び前記以前のローマクロブロックの量子化スケール値を出力する。
前記バッファ量計算部は、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数及び前記平均目標ビット数を利用して前記バッファバランス値を計算して出力する。
前記課題を達成するための本発明によるビデオデータ伝送システムは、ビデオエンコーダ、エンコーディング率制御器、及びエンコーダバッファを備える。
前記ビデオエンコーダは、現在のピクチャータイプの現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を入力されて、前記量子化スケール値によってビデオ入力データをエンコーディングしてエンコーディングされたビデオデータを出力する。
前記エンコーディング率制御器は、前記エンコーディングされたビデオデータに対する以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数と平均目標ビット数、及びバッファバランス値を利用して計算された現在のピクチャータイプの目標ビット数、及び前記現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値を利用して前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算し、以前のローマクロブロックでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを含む関数によって前記現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力する。
前記エンコーダバッファは、前記エンコーディングされたビデオデータを伝送率によって出力する。
前記ビデオエンコーダは、現在のピクチャータイプの現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を入力されて、前記量子化スケール値によってビデオ入力データをエンコーディングしてエンコーディングされたビデオデータを出力する。
前記エンコーディング率制御器は、前記エンコーディングされたビデオデータに対する以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数と平均目標ビット数、及びバッファバランス値を利用して計算された現在のピクチャータイプの目標ビット数、及び前記現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値を利用して前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算し、以前のローマクロブロックでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを含む関数によって前記現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力する。
前記エンコーダバッファは、前記エンコーディングされたビデオデータを伝送率によって出力する。
本発明によるエンコーディング率制御器及びビデオデータ伝送システムは、エンコーディング率と歪曲との関係を定義せずとも、従来のエンコーディング結果に基づいて現在のピクチャーにビットを割当て、現在ピクチャーの性質が以前のピクチャーと異なる場合、制限されたビットに合わせるように強制せず、量子化スケールの変化による追加ビットも使用せずにピクチャー内の多様な性質に適応して量子化スケールを設定する。したがって、このようなリアルタイム可変ビット率制御方式でエンコーディングされたビデオデータがモニターに表示されるようにデコーディングされる時、ディスプレイ画質を改善させうる。
本発明と本発明の動作上の利点及び本発明の実施によって達成される目的を十分に理解するためには、本発明の望ましい実施例を例示する添付図面及び図面に記載された内容を参照しなければならない。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は同じ部材を表す。
以下、添付した図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明することによって、本発明を詳細に説明する。各図面に提示された同じ参照符号は同じ部材を表す。
図1は、本発明の一実施例によるエンコーディング率制御器を備えたMPEG2ビデオデータ伝送システムのブロック図である。
図1を参照すれば、本発明の一実施例によるビデオデータ伝送システムは、ビデオエンコーダ110、エンコーディング率制御器120、及びエンコーダバッファ130を備える。
図1を参照すれば、本発明の一実施例によるビデオデータ伝送システムは、ビデオエンコーダ110、エンコーディング率制御器120、及びエンコーダバッファ130を備える。
前記ビデオエンコーダ110は、現在のピクチャータイプの現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値mquantj+1を入力されて、前記量子化スケール値mquantj+1によってビデオ入力データをエンコーディングしてエンコーディングされたビデオデータEDを出力する。ビデオ入力データは、通常、ビデオカメラで撮像されて8ビットデジタル信号として出力されるビデオデータのR、G、B信号、またはY、Pb、Pr信号であるが、これに限定されない。
前記エンコーディング率制御器120は、前記エンコーディングされたビデオデータEDに対する以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数Bi,p,bと平均目標ビット数Tavgi,p,b、及びバッファバランス値dを利用して計算された現在のピクチャータイプの目標ビット数T、及び前記現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値Qi,p,bを利用して、前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値Qinitを計算し、以前のローマクロブロックでの単位ロー当り目標ビット数Trowとエンコーディングビット数Sj−Sj−1を含む関数f,gによって、前記現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値mquantj+1を計算して出力する。GOPは、通常、15個のピクチャーより構成され、2個のGOPが伝送される時間は1秒である。GOPを構成するピクチャータイプの伝送順序は、I,B,B,P,B,B,P,B,B,P,...と同じであり、ピクチャータイプのうち一つに当る時間は一つのフレームに当る時間と同じである。
前記エンコーダバッファ130は、前記エンコーディングされたビデオデータEDを伝送率によって出力する。伝送率は、DTVの場合、20Mbpsほどであり、DVDの場合、5Mbpsほどである。前記エンコーダバッファ130から出力されたビデオデータBDは、MPEG2規格によって圧縮されたデータであって、無線LANやDTV送信機などで変調されてRF信号として出力されうる。また、このように圧縮されたビデオデータBDは、DVD光ディスクにコード化されて記録されうる。
本発明は、特に、前記エンコーディング率制御器120の可変ビット率方式によるエンコーディング率制御と関連付けがなされている。
図2は、図1のエンコーディング率制御器120の具体的なブロック図である。
図2を参照すれば、図1のエンコーディング率制御器120は、ビット割当て部121、レートコントロール部123、適応量子化部125、メモリ127、及びバッファ量計算部129を備える。
図2は、図1のエンコーディング率制御器120の具体的なブロック図である。
図2を参照すれば、図1のエンコーディング率制御器120は、ビット割当て部121、レートコントロール部123、適応量子化部125、メモリ127、及びバッファ量計算部129を備える。
前記ビット割当て部121は、以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数Bi,p,bと平均目標ビット数Tavgi,p,b、及びバッファバランス値dを利用して、現在のピクチャータイプの目標ビット数Tを計算して出力する。前記目標ビット数Tの計算は、数式1及び2によって決定される。図2で、平均エンコーディングビット数計算部1211は、前記エンコーディングされたビデオデータEDを受信してピクチャータイプ別平均エンコーディングビットBi,p,bを計算し、目標ビット数計算部1213は数式1を利用して数式2のように目標ビット数Tを計算して出力する。
Tavgi,p,bはピクチャータイプ別平均目標ビット数であって、I、P、Bピクチャータイプ別にTavgi、Tavgp、Tavgbそれぞれを意味する。同様に、Bi,p,bはピクチャータイプ別平均エンコーディングビット数であって、I、P、Bピクチャータイプ別にBi、Bp、Bbそれぞれを意味する。Ndisは、バッファバランスの影響を分散させる分散ピクチャー数であって、前記の例で1秒に当るフレーム数である30と同じである。Ni、Np、及びNbそれぞれはGOP内のI、P、及びBピクチャー数であって、それぞれは前記の例で、1、4、10と同じである。bit_rateは所定伝送率であって、1秒当り伝送ビット数と同じであり、frame_rateはフレーム率であって1秒当りフレーム数と同じである。
前記バッファバランス値dは、数式2を利用して数式3のように計算される。数式3の計算は、前記バッファ量計算部129でなされる。
数式3は“d(i)=d(i−1)+Si,p,b−Tavgi,p,b”を簡略に表したものであって、d(i)は現在のピクチャーのバッファバランス値であり、d(i−1)は以前のピクチャーのバッファバランス値である。ここで、数式2に表されたように、バッファバランス値dが負の値であれば、現在のピクチャータイプの目標ビット数Tは大きくなる関係がある。Si,p,bはピクチャータイプ別の1ピクチャーの全体エンコーディングビット数であって、I、P、Bピクチャータイプ別にSi、Sp、Sbそれぞれを意味する。前記ピクチャータイプ別平均エンコーディングビット数Bi,p,bは、補正条件式、例えば、数式4のような補正条件式によって補正される。
数式3は“d(i)=d(i−1)+Si,p,b−Tavgi,p,b”を簡略に表したものであって、d(i)は現在のピクチャーのバッファバランス値であり、d(i−1)は以前のピクチャーのバッファバランス値である。ここで、数式2に表されたように、バッファバランス値dが負の値であれば、現在のピクチャータイプの目標ビット数Tは大きくなる関係がある。Si,p,bはピクチャータイプ別の1ピクチャーの全体エンコーディングビット数であって、I、P、Bピクチャータイプ別にSi、Sp、Sbそれぞれを意味する。前記ピクチャータイプ別平均エンコーディングビット数Bi,p,bは、補正条件式、例えば、数式4のような補正条件式によって補正される。
前記レートコントロール部123は、前記現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値Qi,p,bと前記目標ビット数Tとを利用して、前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値Qinitを計算して出力する。一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値Qinitはmquant1と同じである。前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値Qinitの計算は、数式5ないし数式7によって決定される。数式7は、数式6を利用して計算する。
前記適応量子化部125は、前記現在ピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応して、以前のローでの単位ロー当り目標ビット数Trowとエンコーディングビット数Sj−Sj−1を計算し、その値を含む関数f,gによって現在のローに対応する量子化スケール値を計算して出力し、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数Si,p,bを計算して出力する。前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応する量子化スケール値mquantj+1の計算は、前記関数f,gと関連された数式8によって決定される。
数式8で、関数f()、及びg()は、以前のローでのエンコーディングビット数、“Sj−Sj−1”を含む関数である。図4に示されたようなmquantタイプ別量子化スケールを表す一例で、数式8のmquant_up(mquantj,q_scale_type)及びmquant_dn(mquantj,q_scale_type)は、多数のq_scale_typeのうち何れか一つでmquantjに対応する以前のk番目のコードより、1が大きい“k+1”番目のコードに対応する量子化スケール値、及び1が小さな“k−1”番目のコードに対応する量子化スケール値にできる。例えば、図4でmquantjに対応する以前のk番目のコードが2であり、この時、q_scale_type“0”で量子化スケール値が4である場合に、mquant_up(mquantj,q_scale_type)及びmquant_dn(mquantj,q_scale_type)それぞれは、“k+1”番目及び“k−1”番目のコードに対応する量子化スケール値6及び2を表す。
前記メモリ127は、前記適応量子化部125から出力される前記量子化スケール値mquantj+1を保存し、前記以前のピクチャータイプ及び前記以前のローマクロブロックの量子化スケール値mquantjを出力する。
前記バッファ量計算部129は、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数Si,p,b及び前記平均目標ビット数Tavgi,p,bを利用して、数式3のように前記バッファバランス値dを計算して出力する。
前記バッファ量計算部129は、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数Si,p,b及び前記平均目標ビット数Tavgi,p,bを利用して、数式3のように前記バッファバランス値dを計算して出力する。
以下、本発明の一実施例による前記エンコーディング率制御器120の動作を、さらに詳細に説明する。
図3は、エンコーディング率制御器120の動作説明のためのフローチャートである。
図3を参照するに、図1のビデオエンコーダ110がエンコーディングを開始すれば、エンコーディング率制御器120で、以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数Bi,p,bと、現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値Qi,p,bと、がリセットされて初期化され(S311)、GOP開始段階に進入する(S313)。エンコーディングが開始されて、現在のGOP内での各ピクチャータイプに対するエンコーディングは、まず、平均エンコーディングビット数計算部1211が、以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数Bi,p,bを計算する(S313)。
図3は、エンコーディング率制御器120の動作説明のためのフローチャートである。
図3を参照するに、図1のビデオエンコーダ110がエンコーディングを開始すれば、エンコーディング率制御器120で、以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数Bi,p,bと、現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値Qi,p,bと、がリセットされて初期化され(S311)、GOP開始段階に進入する(S313)。エンコーディングが開始されて、現在のGOP内での各ピクチャータイプに対するエンコーディングは、まず、平均エンコーディングビット数計算部1211が、以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数Bi,p,bを計算する(S313)。
これに基づいて、目標ビット数計算部1213は、数式2によって、平均目標ビット数Tavgi,p,b、及びバッファバランス値dを利用して、現在のピクチャータイプの目標ビット数Tを計算する。この時、レートコントロール部123は、数式7によって、前記現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値Qi,p,bを利用して、前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値Qinit、すなわち、mquant1を計算する(S315)。
各ピクチャーを構成するマクロブロックローに対する量子化スケール値mquantj+1計算段階に進入すれば(S317)、適応量子化部125が以前のローマクロブロックでのエンコーディングビット数Sj−Sj−1を計算し(S319)、単位ロー当り目標ビット数Trowを含む関数f,gによって、数式8のように、現在のピクチャーの最後のローまで前記現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値mquantj+1を計算する(S320〜S321)。
1ピクチャーに対する計算が終われば、適応量子化部125は、現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数Si,p,bも計算して出力する。この時、次のピクチャーに対する計算のために、バッファ量計算部129は、数式3によって、バッファバランス値dを計算し、レートコントロール部123は、数式5によって、再び従来のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値Qi,p,bを計算する(S323)。GOPが終われば、平均エンコーディングビット数計算部1211が、再び以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数Bi,p,bを計算する(S325、S313)。新しいGOP内でピクチャータイプ別に量子化スケール値mquantj+1を計算するために、前記のような過程はエンコーディングシークエンスが終了するまで続く(S327)。
以上、本発明による本発明の一実施例によるエンコーディング率制御器120は、ビット割当て部121、レートコントロール部、及び適応量子化部125を備えて、現在のピクチャーの性質が以前のピクチャーと異なる場合、制限されたビットに合せるように強制せず、量子化スケール変化による追加ビットも使用せずにピクチャー内の多様な性質に適応して量子化スケールを設定する可変ビット率制御方式で、現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応する量子化スケール値mquantj+1をリアルタイム計算して出力する。
以上のように、図面と明細書とで最適の実施例が開示された。ここで、特定の用語が使われたが、これは単に本発明を説明するための目的で使われたものであり、意味限定や特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するために使われたものではない。したがって、当業者ならば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることが分かる。こうして、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲の技術的思想によって決定されなければならない。
本発明によるビデオエンコーダのエンコーディング制御器、それを備えたビデオデータ伝送システム及びその方法は、MPEG2ビデオエンコーダなどに利用されて、ビデオデータのエンコーディング方式を大きく改善する。
110 ビデオエンコーダ
120 エンコーディング率制御器
130 エンコーダバッファ
ED エンコーディングされたビデオデータ
BD 出力されたビデオデータ
mquantj+1 量子化スケール値
120 エンコーディング率制御器
130 エンコーダバッファ
ED エンコーディングされたビデオデータ
BD 出力されたビデオデータ
mquantj+1 量子化スケール値
Claims (20)
- 以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数と平均目標ビット数、及びバッファバランス値を利用して、現在のピクチャータイプの目標ビット数を計算して出力するビット割当て段階と、
前記現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値と前記目標ビット数とを利用して、前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力するレートコントロール段階と、
前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応して、以前のローでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを計算し、その値を含む関数によって現在のローに対応する量子化スケール値を計算して出力し、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数を計算して出力する適応量子化段階と、
前記適応量子化段階で出力される前記量子化スケール値を保存して、前記以前のピクチャータイプ及び前記以前のローマクロブロックの量子化スケール値を出力するメモリ入出力段階と、
前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数及び前記平均目標ビット数を利用して、前記バッファバランス値を計算して出力するバッファ量計算段階と、を備えることを特徴とするビデオエンコーダのエンコーディング率の制御方法。 - 前記バッファバランス値は、
数式、
d+=Si,p,b−Tavgi,p,b
(ここで、dはバッファバランス値、Si,p,bはピクチャータイプ別1ピクチャーの全体エンコーディングビット数)
によって決定されることを特徴とする請求項2に記載のビデオエンコーダのエンコーディング率の制御方法。 - 前記ピクチャータイプ別平均エンコーディングビット数Bi,p,bは、
補正条件式、
If(Bp < 1.2・Bb) Bp = 1.2・Bb;
If(Bi < 1.2・Bp) Bi = 1.2・Bp;
If(Bi > 3.5・Bp) Bi = 3.5・Bp;
If(Bb < 0.6・Bp) Bb = 0.6・Bp.
によって補正されることを特徴とする請求項2に記載のビデオエンコーダのエンコーディング率の制御方法。 - 前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応する量子化スケール値の計算は、
前記関数と関連された数式、
If (f(j,Sj,Sj-1,Trow)>β_upj) mquantj+1 = mquant_up(mquantj,q_scale_type);
else if (g(j,Sj,Sj-1,Trow)>β_dnj) mquantj+1 = mquant_dn(mquantj,q_scale_type);
else mquantj+1 = mquantj.
(ここで、Sjはピクチャー内の一番目のローマクロブロックからj番目のローマクロブロックまでエンコーディングビット数、Trowは単位ロー当り目標ビット数、mquant_up(mquantj,q_scale_type)は多数のq_scale_typeのうち何れか一つでmquantjに対応する以前のk番目のコードより大きいコードに対応する量子化スケール値、mquant_dn(mquantj,q_scale_type)は多数のq_scale_typeのうち何れか一つでmquantjに対応する以前のk番目のコードより小さなコードに対応する量子化スケール値、β_upj及びβ_dnjそれぞれは第1臨界定数及び第2臨界定数)
によって決定されることを特徴とする請求項5に記載のビデオエンコーダのエンコーディング率の制御方法。 - 前記関数f()、及びg()は、
以前のローでのエンコーディングビット数を表す数式、
Sj−Sj−1.
を含む関数であることを特徴とする請求項6に記載のビデオエンコーダのエンコーディング率の制御方法。 - 前記mquant_up(mquantj,q_scale_type)及びmquant_dn(mquantj,q_scale_type)は、
多数のq_scale_typeのうち何れか一つでmquantjに対応する以前のk番目のコードより、1が大きい“k+1”番目のコードに対応する量子化スケール値、及び1が小さな“k−1”番目のコードに対応する量子化スケール値であることを特徴とする請求項6に記載のビデオエンコーダのエンコーディング率の制御方法。 - 現在のピクチャータイプの現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を入力されて、前記量子化スケール値によってビデオ入力データをエンコーディングし、エンコーディングされたビデオデータを出力するビデオエンコーディング段階と、
前記エンコーディングされたビデオデータに対する以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数と平均目標ビット数、及びバッファバランス値を利用して計算された現在のピクチャータイプの目標ビット数、及び前記現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値を利用して、前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算し、以前のローマクロブロックでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを含む関数によって前記現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力するエンコーディング率制御段階と、
前記エンコーディングされたビデオデータを伝送率によって出力するバッファリング段階と、を備えることを特徴とするビデオデータの伝送方法。 - 前記エンコーディング率制御段階は、
前記平均エンコーディングビット数と前記平均目標ビット数、及び前記バッファバランス値を利用して、前記目標ビット数を計算して出力するビット割当て段階と、
前記平均量子化スケール値と前記目標ビット数とを利用して、前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力するレートコントロール段階と、
前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応して、以前のローでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを計算し、その値を含む関数によって現在のローに対応する量子化スケール値を計算して出力し、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数を計算して出力する適応量子化段階と、
前記適応量子化段階で出力される前記量子化スケール値を保存し、前記以前のピクチャータイプ及び前記以前のローマクロブロックの量子化スケール値を出力するメモリ入出力段階と、
前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数及び前記平均目標ビット数を利用して、前記バッファバランス値を計算して出力するバッファ量計算段階と、を備えることを特徴とする請求項9に記載のビデオデータの伝送方法。 - 以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数と平均目標ビット数、及びバッファバランス値を利用して現在のピクチャータイプの目標ビット数を計算して出力するビット割当て部と、
前記現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値と前記目標ビット数とを利用して、前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力するレートコントロール部と、
前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応して、以前のローでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを計算し、その値を含む関数によって現在のローに対応する量子化スケール値を計算して出力し、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数を計算して出力する適応量子化部と、
前記適応量子化部から出力される前記量子化スケール値を保存し、前記以前のピクチャータイプ及び前記以前のローマクロブロックの量子化スケール値を出力するメモリと、
前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数及び前記平均目標ビット数を利用して、前記バッファバランス値を計算して出力するバッファ量計算部と、を備えることを特徴とするビデオエンコーダのエンコーディング率制御器。 - 前記バッファバランス値は、
数式、
d+=Si,p,b−Tavgi,p,b
(ここで、dはバッファバランス値、Si,p,bはピクチャータイプ別の1ピクチャーの全体エンコーディングビット数)
によって決定されることを特徴とする請求項12に記載のビデオエンコーダのエンコーディング率制御器。 - 前記ピクチャータイプ別の平均エンコーディングビット数Bi,p,bは、
補正条件式、
If (Bp < 1.2・Bb)・Bp = 1.2・Bb;
If (Bi < 1.2・Bp)・Bi = 1.2・Bp;
If (Bi > 3.5・Bp)・Bi = 3.5・Bp;
If (Bb < 0.6・Bp)・Bb = 0.6・Bp.
によって補正されることを特徴とする請求項12に記載のビデオエンコーダのエンコーディング率制御器。 - 前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応する量子化スケール値の計算は、
前記関数と関連された数式、
If (f(j,Sj,Sj-1,Trow)>β_upj) mquantj+1 = mquant_up(mquantj,q_scale_type);
else if (g(j,Sj,Sj-1,Trow)>β_dnj) mquantj+1 = mquant_dn(mquantj,q_scale_type);
else mquantj+1 = mquantj.
(ここで、Sjはピクチャー内の一番目のローマクロブロックからj番目のローマクロブロックまでエンコーディングビット数、Trowは単位ロー当り目標ビット数、mquant_up(mquantj,q_scale_type)は多数のq_scale_typeのうち何れか一つでmquantjに対応する以前のk番目のコードより大きいコードに対応する量子化スケール値、mquant_dn(mquantj,q_scale_type)は多数のq_scale_typeのうち何れか一つでmquantjに対応する以前のk番目のコードより小さなコードに対応する量子化スケール値、β_upj及びβ_dnjそれぞれは第1臨界定数及び第2臨界定数)
によって決定されることを特徴とする請求項15に記載のビデオエンコーダのエンコーディング率制御器。 - 前記関数f()、及びg()は、
以前のローでのエンコーディングビット数を表す数式、
Sj−Sj−1.
を含む関数であることを特徴とする請求項16に記載のビデオエンコーダのエンコーディング率制御器。 - 前記mquant_up(mquantj,q_scale_type)及びmquant_dn(mquantj,q_scale_type)は、
多数のq_scale_typeのうち何れか一つでmquantjに対応する以前のk番目のコードより、1が大きい“k+1”番目のコードに対応する量子化スケール値、及び1が小さな“k−1”番目のコードに対応する量子化スケール値であることを特徴とする請求項16に記載のビデオエンコーダのエンコーディング率制御器。 - 現在のピクチャータイプの現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を入力されて、前記量子化スケール値によってビデオ入力データをエンコーディングし、エンコーディングされたビデオデータを出力するビデオエンコーダと、
前記エンコーディングされたビデオデータに対する以前のGOPのピクチャータイプI、P、及びBそれぞれの平均エンコーディングビット数と平均目標ビット数、及びバッファバランス値を利用して計算された現在のピクチャータイプの目標ビット数、及び前記現在のピクチャータイプと同じ以前のピクチャータイプのうち最も最近のピクチャータイプの平均量子化スケール値を利用して、前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算し、以前のローマクロブロックでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを含む関数によって、前記現在のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力するエンコーディング率制御器と、
前記エンコーディングされたビデオデータを伝送率によって出力するエンコーダバッファと、を備えることを特徴とするビデオデータ伝送システム。 - 前記エンコーディング率制御器は、
前記平均エンコーディングビット数と前記平均目標ビット数、及び前記バッファバランス値を利用して、前記目標ビット数を計算して出力するビット割当て部と、
前記平均量子化スケール値と前記目標ビット数とを利用して、前記現在のピクチャータイプの一番目のローマクロブロックに対応する量子化スケール値を計算して出力するレートコントロール部と、
前記現在のピクチャータイプのマクロブロックローそれぞれに対応して、以前のローでの単位ロー当り目標ビット数とエンコーディングビット数とを計算し、その値を含む関数によって現在のローに対応する量子化スケール値を計算して出力し、前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数を計算して出力する適応量子化部と、
前記適応量子化部から出力される前記量子化スケール値を保存して、前記以前のピクチャータイプ及び前記以前のローマクロブロックの量子化スケール値を出力するメモリと、
前記現在のピクチャータイプの全体エンコーディングビット数及び前記平均目標ビット数を利用して前記バッファバランス値を計算して出力するバッファ量計算部を備えることを特徴とする請求項19に記載のビデオデータ伝送システム。
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