KR20020026190A

KR20020026190A - 공동 비트율 트랜스코딩의 비트율 할당

Info

Publication number: KR20020026190A
Application number: KR1020017016285A
Authority: KR
Inventors: 필리페 가테핀
Original assignee: 요트.게.아. 롤페즈; 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2002-04-06
Also published as: JP2003531533A; US20010038668A1; EP1277350A1; CN1366779A; US7672371B2; WO2001080571A1; CN1197386C; KR100796177B1; US20100040142A1

Abstract

본 발명은 트랜스코더들의 세트(TC[1] 내지 TC[n]), 제어기(CONT) 및 멀티플렉서(MUX)를 포함하는 멀티플렉싱 시스템에 관한 것이다. 트랜스코더들의 세트는 n개의 트랜스코더들을 포함하며, 이들 각각의 트랜스코더(TC[i])는 입력 비트율(Rin[i])로 인코딩된 입력 압축 데이터 신호(ICS[i])를 출력 비트율(Rout[i])로 인코딩된 출력 압축 데이터 신호(OCS[i])로 변환되게 한다. 제어기(CONT)는 각각의 트랜스코더로부터 정규 프로세스 상의 파라메트릭 정보(parametric information) 및 비디오 코딩 복잡도를 수신하고, 후속하여 멀티플렉서의 출력에서 사용가능한 총 비트율 용량에 따라 각각의 트랜스코더(TC[i])에 할당된 비트율(Rout[i])을 계산한다. 제어기는 또한 입력 압축 데이터 신호(ICS[i])로부터 유도된 파라메트릭 정보를 수신하고, 이러한 정보는 비트율 할당 방법을 개선하기 위해 사용된다. 마지막으로, 멀티플렉서(MUX)는 출력 압축 데이터 신호들(OCS[1] 내지 OCS[n])의 멀티플렉싱에 의해 멀티플렉스된 데이터 신호(MS)를 제공한다.

Description

공동 비트율 트랜스코딩의 비트율 할당{Bit rate allocation in joint bit rate transcoding}

WO 95/29559 에 공개된 국제 특허 출원서는 다수의 채널 프로세서들을 제어하기 위한 멀티플렉싱 시스템을 기술하고 있다. 그 멀티플렉싱 시스템은 도 1을 참조하여 기술되고:

멀티플렉스된 신호(MS)를 제공하기 위한 멀티플렉서(MUX);

다수의 채널 프로세서들(CP[1] 내지 CP[n])로서, 각 채널 프로세서(CP[i])가 제어 입력, 입력 신호(IS[i])를 수신하기 위한 데이터 입력, 관련된 입력 신호의 복잡도를 나타내는 복잡도 신호를 공급하기 위한 복잡도 출력(complexity output), 및 멀티플렉서의 관련된 입력에 출력 데이터 신호(OS[i])를 공급하기 위한 데이터 출력을 갖는, 상기 다수의 채널 프로세서들; 및

채널 프로세서(CP[i])로부터의 출력 데이터 신호(OS[i]')의 비트율(Rout[i])이 입력 데이터 신호들의 조합 및 관련된 입력 데이터 신호의 복잡도의 함수인 방법으로, 복잡도 신호들의 함수로서 채널 프로세서들의 관련된 제어 입력들에 비트율 신호들을 공급하기 위한, 복잡도 신호들에 대응하는 비트율 할당기(CONT)를 포함한다.

그러한 멀티플렉싱 시스템에서, 채널 프로세서(CP[i])으로부터 출력 데이터 신호(OS[i])의 비트율(Rout[i])은 다음과 같다;

- 여기에서 i는 채널 프로세서의 수이며,

- X[i]는 픽처에 대한 평균 양자화 스케일(Qpic)과 픽처를 인코딩하는데 사용된 비트수(Tpic)의 곱의 GOP의 모든 픽처들에 대해 슬라이딩 윈도우 기반(sliding window basis), 즉, 합의선행한 픽처들의 그룹(하기에 GOP로 칭함)의 복잡도이다 :

- Rtot는 멀티플렉서의 출력에서 사용가능한 총 비트율 용량이다:

본 발명은 데이터 압축 채널들의 세트를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다. 데이터 압축 채널들은, 예컨대, 상이한 프로그램들에 대응하는 MPEG 인코딩 데이터 신호들을 처리하는 트랜스코딩 채널들일 수 있다. 트랜스코딩된 프로그램들은 멀티플렉스되어 소위 부케(bouquet)를 형성할 수도 있다. 부케는 부케로부터 주어진 프로그램들을 선택하여 디코딩되는 수신기에 송신될 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 멀티플렉싱 시스템의 블록도.

도 2는 본 발명에 따른 멀티플렉싱 시스템의 블록도.

본 발명의 목적은 상이한 트랜스코딩 채널들에 대한 더욱 우수한 비트율 할당과, 결과적으로, 트랜스코딩된 프로그램들의 시각적인 품질의 더욱 우수한 분포를 초래하는 트랜스코딩 채널들의 세트를 제어하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 다음의 관점들을 고려한다.

종래의 멀티플렉싱 시스템은 인코딩 채널들의 세트를 제어하는 방법을 제안한다. 이러한 방법으로, 각각의 인코딩 채널(CP[i])은 인코더가 모든 인코딩 채널들의 총 코딩 복잡도를 견디는 코딩 복잡도(X[i])로서 총 비트율 용량(Rtot)과 동일한 비율(Rout[i])를 수신한다.

상이한 입력 신호들(IS[1] 내지 IS[n])에 대응하는 모든 프로그램들의 전체 대역폭의 이러한 분포는 항상 적절한 것은 아니며, 그 복잡도 상이(complexity disparities)에 대해 허용할 만큼 충분히 견고하다. 이러한 경우에, 이러한 비트율 할당은 낮은 복잡도 프로그램들의 시각적인 품질 열화를 초래한다.

본 발명에 따른 트랜스코딩 채널들의 세트를 제어하는 방법은;

●각각의 트랜스코딩 채널에 대한 압축 데이터 품질의 표시자를 계산하는 단계로서, 상기 표시자는 상기 입력 압축 데이터 신호로부터 계산되는 상기 계산 단계와,

●총 출력 비트율, 그에 대응하는 표시자 및 트랜스코딩 채널들의 표시자들의 합으로부터 상기 트랜스코딩 채널에 대한 상기 출력 비트율을 할당하는 단계를 포함한다.

트랜스코딩 채널들의 세트를 제어하는 이러한 방법은 상이한 트랜스코딩 채널들 간에 더욱 우수한 총 비트율의 분배를 보장하기 위해 트랜스 코딩 응용들에대해 결정되었던 표시자를 사용한다. 그러나, 표시자가 입력 압축 데이터 신호로부터 유도된다는 사실은 트랜스코더에 의해 실행된 조정 단계에 상관없이 그 값을 계산하고, 상기 조정 단계는 트랜스코더의 출력에서 주어진 비트율을 획득하기 위해 입력 압축 데이터 신호에 적용될 양자화 스케일들을 계산하도록 의도된다. 이와 같이, 상기 방법은 가능한 조정들에 기인하여 비트율 할당에서의 드리프트를 회피하는 것을 가능케 한다.

본 발명은 또한 트랜스코더들의 세트에 대해 비트율 할당을 제어하는 제어기에 관한 것이며, 또한 적어도 2개의 트랜스코더들 및 그러한 제어기를 포함하는 멀티플렉싱 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 이러한 관점들 및 다른 관점들은 하기에 기술된 실시예들을 참조하여 명확하고 명료해질 것이다.

본 발명은 첨부한 도면들을 참조하여 예를 통해 더욱 자세히 기술될 것이다.

본 발명은 트랜스코딩 채널들의 세트를 제어하는 개선된 방법에 관한 것이다. 그러한 방법은 MPEG-2 압축 데이터 신호들에 기술되지만, 본 발명의 범위는 이러한 특정한 경우에 제한되지 않고, 본 발명은 또한 예컨대, MPEG-4, H-261 또는H-263 표준들과 같은 압축 데이터 신호들 중 임의의 형태에 적용될 수 있다는 것은 당업자들에게 명확할 것이다. 도 2는 본 발명에 따른 멀티플렉싱 시스템을 도시한다. 그러한 멀티플렉싱 시스템은 트랜스코더들의 세트(TC[1] 내지 TC[n]), 제어기(CONT) 및 멀티플렉서(MUX)를 포함한다.

트랜스코더들의 세트는 n이 적어도 2인 n 트랜스코더들을 포함한다. 각각의 트랜스코더(TC[i])는 입력 비트율(Rin[i])로 인코딩된 입력 압축 데이터 신호(ICS[i])가 출력 비트율(Rout[i])로 인코딩된 출력 압축 데이터 신호(OCS[i])로 변환되게 한다. 그러한 트랜스코더는 방송 응용들에 의해 부과된 송신 제한를 충족시키기 위해, 압축 데이터 신호들(Rout[i] < Rin[i])의 비트율을 감소시키는 기능을 한다.

적어도 2개의 MPEG-2 트랜스코딩된 프로그램들이 동시에 트랜스코딩될 때, 고정되거나 가변할 수 있는 총 비트율(Rtot)이 트랜스코딩된 프로그램들 중 서로 분배하는 방법으로 트랜스코딩된 프로그램 각각에 할당된 비트율을 공동으로 제어하는 것이 가능하다. 이러한 기술은 공동 비트율 트랜스코딩(joint bit rate transcoding)으로 칭해진다. 그러한 기법으로서, 각각의 트랜스코더가 MPEG-2 유연 출력 압축 데이터 신호(MPEG-2 compliant output compressed data signal)를 생성하는 경우에, 비트율 할당은 트랜스코딩된 프로그램들 간의 서로 동일하게 분포되는 전체 픽처 품질을 획득하기 위해 실행된다. 그러한 목적을 위해, 제어기(CONT)는 각 트랜스코더로부터 조정 처리 상의 마라메트릭한 정보(parametric information) 및 비디오 코딩 복잡도를 수신하고 후속하여 각 트랜스코더(TC[i])에할당된 비트율을 계산한다. 본 발명에 있어서, 제어기는 또한 입력 압축 데이터 신호(ICS[i]) 유도된 파라메트릭 정보를 수신하며, 이러한 정보는 비트율 할당 방법을 개선하기 위해 사용된다.

마지막으로, 멀티플렉서(MUX)는 출력 압축 데이터 신호들(OCS[1] 내지 OCS[n])의 멀티플렉싱에 의해 총 출력 비트율(Rtot)로 멀티플렉스된 데이터 신호(MS)를 제공한다.

공동 비트율 트랜스코딩의 목적은 모든 트랜스코딩된 프로그램들 에 대해 픽처 품질을 동일하게 하는 것이다. 이러한 목적을 위해, 트랜스코딩 채널들을 제어하는 방법은, 각 트랜스코딩 채널(TC[i])에 대응하는 압축 데이터 품질 표시자(IND[i])를 계산하는 것이다. 종래 기술에서, 표시자는:

IND_BA[i] = X[i] 이고,

여기에서, - i는 트랜스코딩 채널 수이며,

- X[i]는 출력 압축 데이터 신호(OCS[i])로부터 계산된, 슬라이딩 윈도우 기반(sliding window basis)의 선행하는 GOP 기간의 복잡도이다.

상술한 바와 같이, 이러한 표시자는 만족스러운 결과를 주지 못한다. MPEG-2 표준의 테스트 모델 5(기준 ISOIEC/JTC1?SC29/WG11하에 사용가능함)에 따라, 휘도 및 색차, 즉, 많은 상세들을 갖는 영역들의 높은 평균 매크로-블록 복잡도를 갖는 픽처들이 다른것들 보다 열화할 수 있다. 본 발명은 비트율 계산에서 가중 인자(wf[i])의 도입에 의해 이러한 효과를 허용한다. 그러나, 다른 프로그램들에 비교하여 프로그램의 품질을 증가 또는 감소시키기 위해, 근소한 타겟 비트율값(Rtar[i])은 최적의 비트율 할당에 사용된다. 결과적으로, 바람직한 실시예에 대응하는 표시자(IND[i])는 다음과 같이 계산된다:

트랜스코딩 채널(TC[i])에 할당된 최적의 출력 비트율(Rout[i])은 그 후에 다음과 같이 계산된다:

도 2에 도시된 바와 같이, 가중 인자(wf[i])는 그것을 디코딩하지 않고 입력 압축 데이터 신호(ICS[i])로부터 유도된다. 가중 인자는 트랜스코딩 채널들의 세트를 제어하는 방법의 피드백으로 간주될 수 있고, 복잡도 값(X[i])을 본완하는데 사용되고, 후자의 값은 출력 압축 데이터 신호로부터 계산된다. wf[i]의 계산은 인트라 코딩된 픽처(Intra coded picture) 또는 예측 코딩된 픽처(Predictive coded picture)일 수 있는 픽처 레벨에서 달성된다.

제 1 실시예에서, 가중 인자(wf1[i,t])는, t로 계산된 현재 인코딩된 픽처에 대해, 인코딩 순서로 현재 픽처에 선행하는 Lmax 인코딩된 픽처들의 세트를 통해, 동일한 픽처를 인코딩하는데 사용되는 다수의 비트 및 픽처에 걸쳐 평균 양자화 스케일의 함수의 평균으로부터 계산된다.

상기 가중 인자는:

여기에서, - wf1[i, t]의 계산이 시간적으로 유연하게되게 하는 Lmax는 규정된 정수이고(예컨대, M이 예측 코딩된 픽처와 다음의 인트라 또는 예측 코딩된 픽처간의 거리인 2M과 동일함),

●Q(i, t-L0는 t-L로 계산된 픽처에 대한 평균 양자화 스케일이고,

●T(i, t-L)는 t-L로 계산된 픽처를 인코딩하는데 사용된 비트수이고, 평균 양자화 스케일(Q(i, t-L))과 비트수(T(i, t-L))의 곱은 복잡도(X(i, t-L))와 동일하며,

●1 및 C2는 복잡도(i, t-L)의 합을 유연하게 하는데 사용된다. 8과 같은 계수(C1) 및 1과 같은 계수(C2)는 상기 방법의 우수한 안정성을 보장한다.

제 2 실시예에서, 가중 인자(wf2[i,t])는 Lmax 인코딩된 픽처들의 세트에 걸쳐 (Kmax+1)계산된 평균들의 세트의 가중 평균으로부터 계산되고, 다음과 같다:

여기에서,

● max는 wf2[i,t]의 계산이 시간적으로 유연하게되는 규정된 정수(예컨대, M과 같음)이고,

● a_k는 Lmax 인코딩된 픽처들에 걸쳐 계산된 평균들에 적용된 시간적인 가중 윈도우를 규장하는데 사용된다. 가중 계수들(a_k)는 예컨대, {a0 = 0.6 ; a1 = 0.3 ; a2 = 0.1}이고, 멀리 떨어진 픽처들에 대해서보다 현재 픽처 근처의 픽처들에 대해 더 크다.

이러한 제 2 실시예에서, 가중 평균화(weighted averaging)에 기인하한 제 2 유연화와 조합하여 Lmax 인코딩된 픽처들의 세트를 통한 평균화에 기인한 제 1 유연화는 트랜스코딩 채널들의 세트를 제어하는 우수한 안정성 및 우수한 효율을 갖는 방법을 제공한다.

비트율 재할당 방법으로 가중 계수를 사용하기 때문에, 더욱 우수한 트랜스코딩된 프로그램들의 품질이 획득된다. 이와 같이, 더욱 많은 비트율의 하부-할당들(sub-allocations)이 보다 적은 복잡한 압축 데이터 신호들로 실행될수록, 더욱 복잡한 신호들이 정확하게 트랜스코딩된다. 각 입력 MPEG-2 프로그램들의 복잡도 불균형을 참작하여, 우수한 전체 대역폭의 분배가 이루어진다. 그러나, 각 입력 압축 데이터 신호 상에 실행된 추가 계산은 비용 효율적(cost-effective)일 뿐만 아니라 입력 신호 특성들이 각 트랜스코딩 채널의 조종 단계와 상관없이 사용되도록 허용한다. 결과적으로, 결과적으로, 트랜스코딩 채널들의 세트를 제어하는 이러한 방법은 일부 어려운 트랜스코딩 조건들에서 비트율 할당 드리프트들(bit rate allocation drifts)을 방지한다.

적절하게 프로그램된 집적 회로를 사용하는 제어 방법을 실시하는 것이 가능하다. 예컨대, 컴퓨터 프로그래밍 메모리 내에 포함된 명령들의 세트는 집적 회로로 하여금 제어 방법의 상이한 단계들을 실행하게 할 수 있게 한다. 명령들의 세트는 예컨대, 디스크와 같은 데이터 캐리어를 판독함으로써 프로그래밍 메모리로 로딩될 수 있다. 명령들의 세트는 또한 예컨대, 인터넷과 같은 통신 네트워크를 통해 서비스 제공자에 의해 사용될 수 있다. 청구항의 임의의 참조 기호는 청구항을 제한하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 동사 "포함한다(새 comprise)" 및 그 활용이 임의의 청구항에 규정된 것보다 어떤 다른 단계들 또는 요소들의 존재를 배제하지 않는 것을 주목한다. 요소 또는 단계 앞의 단어 "하나("a" or "an")"는 다수의 상기 요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않지 않는다.

Claims

트랜스코딩 채널들(TC[1] 내지 TC[n])의 세트를 제어하는 방법으로서, 상기 트랜스코딩 채널(TC[i])이 입력 비트율(Rin[i])로 인코딩된 입력 압축 데이터 신호(ICS[i])를 출력 비트율(Rout[i])로 인코딩된 출력 압축 데이터 신호(OCS[i])로 변환되게 하는, 상기 제어 방법에 있어서,

각각의 트랜스코딩 채널에 대한 압축 데이터 품질의 표시자를 계산하는 단계로서, 상기 표시자는 상기 입력 압축 데이터 신호(ICS[i])로부터 계산되는 상기 계산 단계와,

총 출력 비트율(Rtot), 그에 대응하는 표시자 및 트랜스코딩 채널들의 표시자들의 합으로부터 상기 트랜스코딩 채널(TC[i])에 대한 상기 출력 비트율(Rout[i])을 할당하는 단계를 포함하는, 제어 방법.
제 1항에 있어서,

상기 표시자는, 인코딩된 픽처들의 세트에 대해, 한 픽처의 평균 양자화 스케일과 동일한 픽처를 인코딩하는데 사용된 비트수의 함수의 평균으로부터 계산되는 제어 방법.
제 2항에 있어서,

상기 표시자는 상기 인코딩된 픽처들의 세트에 대해 계산된 평균들의 세트의가중 평균으로부터 계산되는 제어 방법.
트랜스코더들(TC[1] 내지 TC[n])의 세트를 제어하는 제어기(CONT)로서, 상기 트랜스코더(TC[i])가 입력 비트율(Rin[i])로 인코딩된 입력 압축 데이터 신호(ICS[i])를 출력 비트율(Rout[i])로 인코딩된 출력 압축 데이터 신호(OSC[i])로 변환되게 하는, 상기 제어기(CONT)에 있어서,

각 트랜스코더에 대한 압축 데이터 품질의 표시자를 계산하는 수단으로서, 상기 표시자는 상기 입력 압축 데이터 신호(ICS[i])로부터 계산되는, 상기 계산 수단과;

총 출력 비트율(Rtot), 그에 대응하는 표시자 및 상기 트랜스코더들의 표시자들의 합으로부터 상기 트랜스코더(TC[i])에 대한 상기 출력 비트율(Rout[i])을 할당하는 수단을 포함하는, 제어기.
데이터 멀티플렉싱 시스템에 있어서,

입력 비트율(Rin[1] 내지 Ri[n])로 인코딩된 입력 압축 데이터 신호들(ICS[1] 내지 ICS[n])을 출력 비트율(Rout[1] 내지 Rout[n])로 인코딩된 출력 압축 데이터 신호들(OCS[1] 내지 OCS[n])로 변환하는 트랜스코더들(TC[1] 내지 TC[n])의 세트와,

상기 트랜스코더들의 세트를 제어하는 제어기(CONT)와,

상기 출력 압축 데이터 신호들(OCS[1] 내지 OCS[n])의 멀티플렉싱에 의해 총출력 비트율(Rtot)에서 멀티플렉스된 데이터 신호(MS)를 제공하는 멀티플렉서(MUX)를 포함하고,

상기 제어기(CONT)는:

상기 각 트랜스코더에 대한 압축 데이터 품질의 표시자를 계산하는 수단으로서, 상기 표시자는 압축 데이터 신호(ICS[i])로부터 계산되는,상기 계산 수단과,

총 출력 비트율(Rtot), 그에 대응하는 표시자 및 상기 트랜스코더들의 표시자들의 합으로부터 상기 트랜스코더(TC[i])에 대한 출력 비트율(Rtot[i])을 할당하는 수단을 포함하는, 데이터 멀티플렉싱 시스템.
상기 제어기로 로딩될 때, 상기 제어기로 하여금 청구항 제 1항 내지 제 3항에 청구된 바와 같이 제어하는 상기 방법을 실행하도록 하는 명령들의 세트를 포함하는 제어기(CONT)용 컴퓨터 프로그램 제품.