JP4634622B2 - ビデオ又はオーディオ符号化器におけるビットレート制御のための方法及び装置 - Google Patents

ビデオ又はオーディオ符号化器におけるビットレート制御のための方法及び装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオ又はオーディオ符号化器におけるビットレート制御のための方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＰＥＧ−２ビデオ符号化器の出力ビットレートは、源のデータ伝送速度、源の画像の細部の内容又は動きの程度、及び量子化器の設定値に依存する。符号化器の出力ビットレートの制御は、ＶＬＣ（可変長符号化）ワードを含み符号化器の出力の近傍に配置されるバッファの充填レベルに基づく。このＶＬＣバッファの実際の充填レベルに対応して、適用の要件を満たす符号化器の出力ビットレートを達成するために、量子化器の設定値又は特徴が変更又は適合される。
【０００３】
現在、かかるＭＰＥＧ−２ビデオ符号化されたビデオシーケンスを記憶することが可能なＤＶＤ−ＲＡＭ（Digital Versatile disc）装置が市販されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
使用されるビットレート制御アルゴリズムは、符号化されたビデオシーケンスの達成可能な可視の画質に対して大きな影響を与える。ビットレート制御を十分に行なわない場合、しばしば符号化された画像の可視の画質の低下が生ずる。このような質の低下は、オーディオ符号化についてもいえる。
【０００５】
本発明は、ビットレート制御を改善するための、特に続いて記憶媒体上に記憶されるビデオ又はオーディオデータについての方法を提供することを目的とする。この目的は、請求項１に記載される方法によって達成される。
【０００６】
本発明は、本発明の方法を用いる装置を提供することを更なる目的とする。この目的は、請求項６に記載される装置によって達成される。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によるビットレート制御スキームは、符号化されたオーディオデータ又は例えばＭＰＥＧ−２符号化されたビデオデータをＤＶＤ−ＲＡＭのような記憶媒体上に記憶するのに適している。処理チェーン中の２つの更なるバッファの現在の充填レベルもまたビットレート制御のために考慮に入れられる。即ち、ＤＶＤ−ＲＡＭを用いた適用では、ＤＶＤレコーダの機械的なバッファ及びその中に装填されるＤＶＤ−ＲＡＭディスク自体である。本発明によるビットレート制御スキームは、主に上述の量子化器の設定値又は特徴に対して適用される。それに追加して、又はその代わりに、上記の１つ又はそれ以上のバッファ充填レベルに依存して、適用される予測の種類及び／又は例えば現在の画像統計に従って異なるハフマン（Huffman）テーブルといった異なるＶＬＣ符号化スキームを選択することによりＶＬＣ符号化を適応することが可能である。
【０００８】
オーディオ信号を符号化する場合、主に、スペクトル係数のビット割当てが制御される。それに追加して、又はその代わりに、ＭＰＥＧ−１又はＭＰＥＧ−２レイヤ１又はレイヤ２オーディオのある種類のスケールファクタ又はＡＣ−３の仮数ワード長又はＭＤのワード長が制御されうる。全ての種類のオーディオ符号化において、マスク閾値又は周波数帯域内容の伝送が制御されうる。
【０００９】
本発明の主な利点は、符号化中に符号化器の要件のみが考慮に入れられるのでなく、例えば記憶媒体の再生中に改善された画像復号化の質を与える追加的な要件も考慮に入れられることである。かかる追加的な要件は、例えばレコーダの入力バッファの記憶容量、記憶媒体上の必要なデータフォーマット、並びに、記録されるべきビデオ、オーディオ、及びユーザデータといった様々な種類のデータストリームの量である。
【００１０】
原理的に、本発明の方法は、符号化データバッファを有するビデオ又はオーディオ符号化器においてビットレート制御することに適しており、上記ビデオ又はオーディオ符号化器において使用される少なくとも１つの符号化パラメータの対応する適応によってビデオ又はオーディオ符号化器の出力ビットレートを制御するために上記符号化データバッファの現在の充填レベルを表わす第１の制御信号が使用され、上記符号化された出力ビデオ又はオーディオデータは上記符号化データバッファ及びデータレコーダの入力バッファを通過し、その後上記データレコーダ上で動作する記憶媒体上に記憶され、上記符号化パラメータ及び／又は上記ビデオ又はオーディオ符号化器の出力ビットレートに影響を与える更なる符号化パラメータは、上記入力バッファの現在の充填レベルを表わす第２の制御信号によって、及び／又は、上記記憶媒体上の現在利用可能な記憶容量を表わす第３の制御信号によって更に制御される。
【００１１】
本発明の方法の有利な追加的な実施例は、夫々の従属項に開示されている。
【００１２】
原理的に、本発明の装置はビットレート制御に適しており、符号化データバッファが割り当てられるビデオ又はオーディオ符号化器と、入力バッファを含むデータレコーダとを含み、上記符号化データバッファの出力ビデオ又はオーディオデータは上記入力バッファを通過し、その後上記データレコーダ中で操作される記憶媒体上に記憶され、上記符号化データバッファの現在の充填レベルを表わす第１の制御信号は、上記ビデオ又はオーディオ符号化器において使用される少なくとも１つの符号化パラメータの対応する適応によってビデオ又はオーディオ符号化器出力ビットレートを制御するために使用され、上記符号化パラメータ及び／又は上記ビデオ又はオーディオ符号化器の出力ビットレートに影響を与える更なる符号化パラメータは、上記入力バッファの現在の充填レベルを表わす第２の制御信号によって、及び／又は、上記記憶媒体上の現在利用可能な記憶容量を表わす第３の制御信号によって更に制御される。
【００１３】
本発明の装置の有利な追加的な実施例は、夫々の従属項に開示されている。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の典型的な実施例について、添付の図面を参照して説明する。図１中、入力ビデオ信号ＩＰは、主ＭＰＥＧ符号化器ブロックＭＭＰＥ及びＶＬＣバッファＶＬＣＢを有するＶＬＣ符号化器を含むＭＰＥＧ−２ビデオ符号化器に供給される。充填又は内容レベル信号ＣＯＮＬは、ＶＬＣＢの現在の充填レベルから導出され、その量子化器及び逆量子化器の特徴を制御するために、ＭＭＰＥへ供給される。ＭＭＰＥは、周知のループの中に、減算結合器、ＤＣＴ変換器、量子化器、逆量子化器、逆ＤＣＴ変換器、及び画像ブロック値予測器を含む。予測され、それに対応して動き補償された画素ブロック値は、上記結合器の減算入力に供給される。イントラフレーム又はイントラフィールド符号化の場合、結合器は、元の入力信号画素ブロック値を上記ＤＣＴ変換器へ出力する。インターフレーム又はインターフィールド、即ち予測符号化の場合、結合器は上記ＤＣＴ変換器に対して、元の入力信号画素ブロック値と対応する再構成された予測され動き補償された画素ブロック値との間の画素ブロック差分値を出力する。量子化器の出力信号は、ＶＬＣＢへ供給される。ＭＰＥＧ符号化されたビデオ信号は、ＤＶＤデータレコーダＤＲＥＣへ挿入されるＤＶＤ−ＲＡＭディスクＤＶＤＲに記憶される。このレコーダは、ＭＰＥＧ符号化された入力信号を受信しデータ項目が記録する準備ができたときにデータをＤＶＤＲへ出力する機械バッファＭＢと称されるバッファを含む。
【００１５】
図２に示される本発明のシステムは、図１の段及び／又はステップに対応するものを含む。しかしながら、量子化器及び／又はＶＬＣ符号化器及び／又は予測特徴又は設定値は、第２の充填又は内容レベル信号ＣＯＮＬ２及び／又は第３の充填又は内容レベル信号ＣＯＮＬ３によって追加的に制御される。ＣＯＮＬ２はＭＢの現在の充填レベルから導出される。ＣＯＮＬ３は記憶媒体ＤＶＤＲの現在の充填レベルから導出される。本発明によるビットレート制御は、少なくとも以下の特徴を使用する。
【００１６】
（ａ）機械バッファＭＢのオーバーフロー及びアンダーフローが防止される。
【００１７】
（ｂ）例えばディジタルテレビジョンデータストリームは、初期の又は現在残っている番組の長さ及び所望の平均データ伝送速度に基づいて、またＤＶＤ−ＲＡＭディスク上のこの番組についての初期の又は現在残っている記憶容量に基づいて、符号化パラメータが適用されうるＥＰＧ（電子番組案内）データのような情報を含む。特に、入力シーケンス又は番組の最後の部分が、「ディスク領域がいっぱいである」状態によりディスク上に記憶されえない状態が回避される。対応する符号化器／レコーダシステムは、スタジオ内で動作するか、番組長データがデータストリームへ手動で又は自動的に挿入されていれば、又はディジタルテレビ受像機又はセットトップボックスがＥＰＧデータを有するデータストリームを受信及び復号化し、次に記憶の前に再び符号化されれば、消費者によって操作されうる。アナログテレビジョン信号が符号化され記憶される場合、番組の長さに関する情報はＶＰＳデータ（video programming system standard）から得られる。
【００１８】
有利に、本発明は、ビデオ又はオーディオ符号化器及びＤＶＤレコーダシステムとして実施されたときは、ＤＶＤフロントエンドのために機械バッファを使用することが必須であるため、追加的な高コストのハードウエアを必要としない。残るディスク又はディスク面積容量は、ＤＶＤレコーダ中で監視される。唯一の追加的なハードウエアは、ＤＶＤレコーダからビデオ又はオーディオ符号化器への信号ＣＯＮＬ２及びＣＯＮＬ３を運ぶ単純な制御信号チャネルの実施だけである。
【００１９】
本発明は、入力バッファＭＢが、ビデオ符号化器又はオーディオ符号化器の符号化データバッファＶＬＣＢからのデータストリームだけでなく、ビデオ符号化器の符号化データバッファＶＬＣＢからのデータストリーム及びオーディオ符号化器又は他のビデオ符号化器の符号化データバッファＶＬＣＢからのデータストリーム、又は幾つかのオーディオ符号化器からの対応するデータストリームを含む幾つかのデータストリームも受信する特徴を有する。このような場合、信号ＣＯＮＬ２及び／又はＣＯＮＬ３は、対応する符号化データバッファＶＬＣＢを有する幾つかの対応する符号化器ＭＭＰＥへ供給される。データストリームの初期のデータストリームについての現在生じている符号化の品質について適当であれば、データストリームの第２のデータストリームのためのＶＬＣＢにおける充填レベルの現在の変化又は主にデータストリームの第２のデータストリームによって生ずるＭＢ又はＤＶＤＲにおける充填レベルの現在の変化もまた、対応する信号ＣＯＮＬ及び信号ＣＯＮＬ２及びＣＯＮＬ３のうちの１つ以上を用いてデータストリームのうちの第１のデータストリームのための符号化に影響を与えうる。ＭＰＥＧ−２ビデオ符号化の代わりに、例えばＭＰＥＧ−４又はＤＶといった任意の他の種類のビデオ符号化が使用されうる。オーディオ符号化の場合、全てのレイヤを含むＭＰＥＧ−１又はＭＰＥＧ−２又はＭＰＥＧ−３又はＭＰＥＧ−ＡＡＣ、ＡＣ−３又はＤＴＳが使用されうる。ＤＶＤレコーダ及びＤＶＤ−ＲＡＭディスクの代わりに、例えばＤＶＤ−ＲＷ即ちＤＶＤストリーマ又はＤＶテープカセットを用いたＤＶレコーダといった任意の他の種類のデータレコーダ又は記憶媒体が使用されうる。ＭＭＰＥと称されるビデオ又はオーディオ符号化もまたソフトウエアを用いて実行されえ、それによりＶＬＣＢはマイクロプロセッサに割り当てられる標準メモリでありうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】出力データをＤＶＤ−ＲＡＭ装置へ供給するＭＰＥＧ−２ビデオ又はオーディオ符号化器のための公知のビットレート制御について示す図である。
【図２】図１によるシステムについての改善されたビットレート制御について示す図である。
【符号の説明】
ＩＰ 入力ビデオ信号
ＭＭＰＥ 主ＭＰＥＧ符号化器ブロック
ＶＬＣＢ ＶＬＣ符号化器
ＭＢ 機械バッファ
ＤＶＤＲ ＤＶＤ−ＲＡＭディスク
ＤＲＥＣ ＤＶＤデータレコーダ
ＣＯＮＬ 充填又は内容レベル信号

Claims (12)

  1. 符号化データバッファを有するビデオ又はオーディオ符号化器におけるビットレート制御方法であって、
    上記符号化データバッファの現在の充填レベルを表わす第１の制御信号を用いて、上記ビデオ又はオーディオ符号化器において使用する少なくとも１つの符号化パラメータを適応させて、上記ビデオ又はオーディオ符号化器の出力ビットレートを制御し、
    符号化ビデオ又はオーディオデータを上記符号化データバッファを通過させて、データレコーダにおいて操作される記憶媒体上に記憶し、
    上記符号化ビデオ又はオーディオデータを、上記符号化データバッファを通過させた後、上記記憶媒体に記憶する前に、さらに、少なくとも１つの他の符号化ビデオ又はオーディオデータストリームのデータと共に、上記データレコーダの入力バッファを通過させ、
    上記入力バッファのオーバーフローとアンダーフローを回避するために、上記少なくとも１つの符号化パラメータを、さらに、上記データレコーダの上記入力バッファの現在の充填レベルを表わす第２の制御信号によって制御する方法。
  2. 上記ビデオ又はオーディオ符号化器はＭＰＥＧ符号化器である、請求項１記載の方法。
  3. 上記データレコーダはＤＶＤレコーダである、請求項１又は２記載の方法。
  4. 上記ビデオ又はオーディオ符号化器はその符号化ループ中に量子化器を有し、上記符号化パラメータは上記量子化器の、そして存在するのであれば逆量子化器の、設定値又はパラメータである、請求項１乃至３のうちいずれか一項記載の方法。
  5. 上記ビデオ又はオーディオ符号化器へ入力されるデータストリームは、記録する番組の時間的長さに関するデータ又はデータ量に関するデータを含み、該データから、最初の又は現在残っている番組の長さと所望の平均データ伝送速度とに基づいて、また上記記憶媒体上のこの番組用の最初の又は現在残っている記憶容量に基づいて、少なくとも１つの符号化パラメータを上記第２の制御信号を用いて計算する、請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の方法。
  6. 上記記録する番組の時間的長さに関するデータをＥＰＧデータまたはＶＰＳデータから取る、請求項５に記載の方法。
  7. ビットレート制御装置であって、
    符号化データバッファが割り当てられるビデオ又はオーディオ符号化器と、
    入力バッファを含むデータレコーダとを含み、
    上記符号化データバッファの出力ビデオ又はオーディオデータが、少なくとも１つの他の符号化ビデオ又はオーディオデータストリームからのデータと共に、上記入力バッファを通過し、その後上記データレコーダにおいて操作される記憶媒体上に記憶され、
    上記符号化データバッファの現在の充填レベルを表わす第１の制御信号を用いて、上記ビデオ又はオーディオ符号化器において使用する少なくとも１つの符号化パラメータを適応させて、上記ビデオ又はオーディオ符号化器の出力ビットレートを制御し、
    上記入力バッファのオーバーフローとアンダーフローを回避するために、上記少なくとも１つの符号化パラメータを、さらに、上記データレコーダの上記入力バッファの現在の充填レベルを表わす第２の制御信号によって制御する装置。
  8. 上記ビデオ又はオーディオ符号化器はＭＰＥＧ符号化器である、請求項７記載の装置。
  9. 上記データレコーダはＤＶＤレコーダである、請求項７又は８記載の装置。
  10. 上記ビデオ又はオーディオ符号化器はその符号化ループ中に量子化器を有し、上記符号化パラメータは上記量子化器の、そして存在するのであれば逆量子化器の、設定値又はパラメータである、請求項７乃至９のうちいずれか一項記載の装置。
  11. 上記ビデオ又はオーディオ符号化器へ入力されるデータストリームは、記録する番組の時間的長さに関するデータ又はデータ量に関するデータを含み、該データから、最初の又は現在残っている番組の長さと所望の平均データ伝送速度とに基づいて、また上記記憶媒体上のこの番組用の最初の又は現在残っている記憶容量に基づいて、少なくとも１つの符号化パラメータを上記第２の制御信号を用いて計算する、請求項７乃至１０のうちいずれか一項記載の装置。
  12. 上記記録する番組の時間的長さに関するデータをＥＰＧデータまたはＶＰＳデータから取る、請求項１１に記載の装置。
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