KR20020064925A

KR20020064925A - 디지털 비디오 기록을 위한 비디오 비트율 제어 방법 및장치

Info

Publication number: KR20020064925A
Application number: KR1020027007283A
Authority: KR
Inventors: 모렐안토니
Original assignee: 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date: 2000-10-10
Filing date: 2001-10-01
Publication date: 2002-08-10
Also published as: EP1329109A2; WO2002032141A2; CN1393109A; CN1223197C; US20020085634A1; WO2002032141A3; JP2004511976A; US6823008B2

Abstract

본 발명은 비디오 코딩 시스템을 위한 비디오 비트율 제어 방법에 관한 것으로, 상기 코딩 시스템은 저장 장치에 저장되는 코딩된 비디오 프레임들을 발생시키고, 입력 프레임들의 시퀀스로부터 시작하고, 상기 방법은 평가 단계로부터 나온 양자화 인수를 상기 입력 프레임들에 적용하기 위한 적어도 하나의 양자화 단계를 포함한다. 평가 단계는 코딩되는 현재 프레임의 복잡도를 평가하도록 이전의 코딩된 프레임들에 관련된 통계량들을 이용한다. 병행하여, 코딩되는 프레임을 위한 현재의 비트 타깃은 저장 장치에 이용 가능한 남은 공간 및 시퀀스에서 코딩되는 프레임들의 남은 수와 관련하여 추정된다. 이어서, 양자화 인수는 추정된 복잡도 및 추정된 현재 비트 타깃에 기초하여 유도된다. 본 발명은 저장 장치의 최적의 필링을 보증하면서 코딩된 비디오 프레임들의 일정한 품질을 유도하는 CBR 또는 VBR 동작들을 갖는 코딩된 프레임들을 위한 출력 비트율을 초래한다.

Description

디지털 비디오 기록을 위한 비디오 비트율 제어 방법 및 장치{Video bitrate control method and device for digital video recording}

ISO/IEC 13818-2로 불리는 MPEG-2 비디오 압축 표준(Moving Pictures Experts Group)은 방송 애플리케이션들뿐만 아니라 기록 애플리케이션들에도 이용된다. 이 표준은 실제로 디지털 비디오 디스크(digital video disc; DVD) 상에 저장되는 압축된 비디오 시퀀스들을 발생시키기 위해 이용된다. 이 때문에, 많은 기술들이 상상될 수 있다. 하나는 MPEG-2 인코딩된 프레임들을 포함하는 초래되는 출력 신호(resulting output signal)가 일정한 비트율(constant bit rate; CBR)을 갖도록 인코딩 입력 프레임들로 구성된다. 다른 하나는 초래되는 출력 신호가 가변 비트율(variable bit rate; VBR)을 갖도록 인코딩 입력 프레임들로 구성된다. 제 1 접근은 공간 제한된 저장 장치 상의 인코딩된 프레임들의 저장이 보장되기 때문에 매우 편리하지만, 그것은 비디오 품질에 손해를 주어, 입력 프레임들이 그 복잡도(complexity)에 의존한 비트들의 동일한 양을 요구하지 않기 때문에 변동할 수 있다. 제 2 접근은 할당된 비트들의 양이 프레임 복잡도와 함께 증가하기 때문에 전체 인코딩된 프레임들의 매우 일정한 품질을 보증한다. 그러나, 이 처리의 제어는 고정되지 않은 발생된 비트들의 양의 예측을 허용하지 않고, 결과적으로, 공간 제한된 저장 장치 상의 상기 인코딩된 프레임들의 저장은 보장되지 않고, 큰 비트 오버플로우들(overflows) 및 언더플로우들(underflows)을 유도할 수 있다.

국제특허출원 제 WO 99/49664 호는 인코딩된 비디오 프레임들의 비트율을 일정한 전체 값으로 규제하는 방법을 기술하지만, 지역적으로 가변 출력 비트율(variable output bitrate)을 초래한다. 이 때문에, 타깃 비트율(target bitrate)은 타깃 인코딩 품질(target encoding quality)을 결정하는 관점에서 인코딩되는 프레임들의 연속적인 세트들을 위해 결정된다. 타깃 비트율은 이전의 타깃 비트율과 현재의 타깃 비트율 사이의 차이들로부터 유도된다. 현재 타깃은 장면 복잡도(scene complexity) 및 프레임들의 각각의 세트의 타깃 인코딩 품질에 따라 가변한다.

본 발명은 비디오 코딩 시스템(video coding system)을 위한 비디오 비트율 제어 방법(video bitrate control method)에 관한 것으로, 상기 코딩 시스템은 저장 장치에 저장된 코딩된 비디오 프레임들을 발생시키고, 입력 프레임들의 시퀀스로부터 시작하며, 상기 방법은 양자화 인수(quantization factor)를 상기 입력 프레임들에 적용하기 위한 적어도 하나의 양자화 단계를 포함한다.

본 발명은 MPEG-2 비디오 인코더들(video encoders) 또는 트랜스코더들(transcoders)과 같은 비디오 코딩 시스템들에 이용될 수 있다.

도 1은 MPEG-2 비디오 압축된 신호 트랜스코딩(video compressed signal transcoding)의 환경(context)에서 본 발명에 따른 방법을 도시하는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 비트율 제어 단계들을 도시하는 도면.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따라 얻어진 비트율 제어의 예를 나타내는 도면.

본 발명의 목적은 공간-제한된 저장 장치 상의 일정한 품질에서 프레임들의 압축된 시퀀스의 저장을 허용하는 개선된 비디오 비트율 제어 방법을 제안하는 것이다.

종래 기술에서 제안된 방법은 그것이 공간 제한된 저장 장치 상의 비디오 프레임들의 시퀀스의 코딩에 이용될 때 기능적 제한들을 갖는다.

먼저, 출력 VBR이 큰 진폭으로 변동하면 시퀀스 인코딩의 끝에서 문제들이 발생할 수 있다. 이 경우에, 인코딩되는 남은 프레임들을 위한 비트율 할당은 저장 장치 캐패시티의 가능한 오버플로우 또는 언더플로우를 유도하여 위험해진다. 결과적으로, 프레임 저장의 최적의 집중성은 항상 보장되지 않고, 예를 들어, 입력 시퀀스에 포함된 모든 프레임들은 저장될 수 없다.

둘째로, 이 방법에 의해 청구된 인코딩된 프레임들의 일정한 품질은 항상 보장되지 않는다. 실제로, 타깃 인코딩 품질은 프레임들의 이전의 세트에 관련된 비트율 타깃과 현재 비트율 타깃 사이의 차이들에 기초하여 변경된다. 주어진 비트율 타깃에서 동일한 품질이 얻어지지 않기 때문에, 프레임 복잡도가 낮거나 높은지에 따라, 타깃 인코딩의 변화는 지역적인 임시 가시 품질 파동들(local temporary visual quality fluctuations)을 유도하여 진동할 수 있다.

본 발명에 따른 방법은 종래 방법의 한계들에 대한 해법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 때문에, 본 발명에 따른 방법은, 양자화 인수의 평가가,

- 이전의 코딩된 프레임에 관련된 프레임 사이즈 S(n-1) 및 양자화 인수 Q(n-1)로부터 이전의 코딩된 프레임 복잡도 X(n-1)를 계산하기 위한 계산 서브 단계,

- 상기 복잡도 X(n-1)로부터 현재의 입력 프레임 복잡도 Xe(n)을 추정하기위한 제 1 추정 서브 단계,

- 상기 저장 장치 상의 여전히 이용 가능한 비트들의 수 및 상기 입력 시퀀스에서 코딩되는 프레임들의 남은 수로부터의 코딩 후에 상기 현재 입력 프레임에 관련된 프레임 사이즈 R(n)을 추정하기 위한 제 2 추정 서브 단계와,

- 상기 현재 입력 프레임 복잡도 Xe(n) 및 상기 추정된 프레임 사이즈 R(n)로부터 상기 현재 입력 프레임에 적용할 상기 양자화 인수를 추정하기 위한 제 3 추정 서브 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 방법은 시스템이 시퀀스의 코딩된 프레임들을 위한 일정한 품질을 얻도록 허용한다. 이는 코딩되는 현재의 프레임의 복잡도를 평가하기 위해 이전의 코딩된 프레임들의 통계량들(statistics)을 고려한다. 이 평가는 추정된 복잡도가 코딩된 프레임들을 따라 부드러워지도록 시간 상수를 포함하는 메커니즘에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다. 병행하여, 코딩되는 프레임을 위한 현재의 비트 타깃은 저장 장치 상의 이용 가능한 남은 공간 및 코딩되는 프레임들의 남은 수와 관련하여 추정된다. 이어서, 추정된 복잡도 및 추정된 현재 비트 타깃에 기초하여, 양자화기 단계는 코딩되는 프레임을 정의하는 이산 코사인 변형(discrete cosine transform; DCT) 계수들을 양자화하기 위해 유도되고 이용된다. 결과적으로, 이 양자화기 단계는 프레임들 사이에서 상대적으로 부드럽게된 변동들을 가지며, VBR 동작을 갖는 코딩된 프레임들에 관련된 출력 비트율을 초래하고, 코딩된 비디오 프레임들의 품질을 느리게 변동하거나 일정하게 유도한다.

이 방법은 또한, 시간 상수가 저장 장치 상의 코딩된 비디오 프레임들의 수및 시퀀스에서 코딩되는 비디오 프레임들의 남은 수의 함수인 것을 특징으로 한다.

이는 주로 시퀀스 코딩의 시작 및 끝에서, 코딩된 프레임들에 관련된 출력 비트율의 제어된 변동들을 허용한다. 따라서, 비트율은 코딩 파라미터들 설정의 관점에서 CBR로부터 VBR 동작으로 변동하고, 및 저장 장치 상의 입력 시퀀스의 모든 프레임들의 저장을 보증하기 위해 VBR로부터 CBR 동작으로 변동하기 위해 제어된다. 그런 일시적인 상태들은, 시퀀스에서 현재 프레임의 랭크에 관한 시간 상수값의 변동에 기초하여, 품질 및 광간에 대해 저장 장치의 최적의 필링(optimal filling)을 보장하는 억제된 VBR 동작 변화들에 대응한다.

본 발명의 특정한 양상들은 이하에 기술되는 실시예들을 참조하여 설명되고, 동일한 부분들 또는 서브 단계들이 동일한 방식으로 지정되는 첨부한 도면들에 관련하여 고려될 것이다.

본 발명은 공간 제한된 저장 장치(space-limited storage device)에 대한 일정한 품질에서 프레임들의 압축된 시퀀스의 저장을 허용하는 개선된 비디오 비트율제어 방법에 관한 것이다.

본 발명은 속도 제어 전략이 요구되고, 초래되는 코딩된 프레임들(resulting coded frames)의 출력 품질을 조정하기 위해 사용되는 임의의 비디오 코딩 시스템에서 구현될 수 있다. 예컨대, 본 발명은 비디오 인코딩 시스템 또는 비디오 트랜스코딩 시스템의 양자화 단계를 감독하기 위해 이상적으로 사용될 수 있다. 본 발명은 MPEG-2 비디오 트랜스코딩 시스템의 경우에 대해 기술되었지만, 본 발명의 범위가 특정한 경우에 제한되지 않고, MPEG-4 또는 H.263 표준들과 같은 임의의 블록-기반 비디오 코딩 표준을 커버할 수 있다는 것은 당업자에게는 명백할 것이다.

도 1은 MPEG-2 비디오 압축된 신호 트랜스코딩의 환경에서 본 발명에 따른 방법을 도시한다. 트랜스코딩은 더 낮은 비트율을 갖는 출력 신호를 얻도록 입력 신호의 비트율 감소를 수행하고, 상기 출력 신호는 공간 제한된 저장 장치 상에 저장된다. 이 도면은 트랜스코딩 단계(101), 저장 단계(102)와, 비트율 제어 단계들(103)을 구성하는 3개 세트들의 처리 단계들을 포함한다.

트랜스코딩 단계들(101)에 관련된 세트는,

- 복수의 압축된 데이터 프레임들을 포함하는 입력 압축된 비디오 신호(105)를 수신하고, 디코딩된 데이터 신호(106)를 제공하는 잔여 디코딩 브랜치(residue decoding branch; 104)로서, 디코딩된 DCT 계수들을 제공하기 위한 가변 길이 디코딩(variable length decoding; 107)(VLD), 역양자화된 DCT 계수들(dequantized DCT coefficients)을 제공하기 위한 역양자화(inverse quantization; 108)(IQ)와, 디코딩된 신호(106)를 제공하기 위한 역 이산 코사인 변형(inverse discrete cosine transform; 109)(IDCT)을 연속하여 포함하는 상기 잔여 디코딩 브랜치;

- 신호(114)를 구성하기 위해 신호(111)로부터 공제되는 동작 보상된 신호(111)를 발생시키기 위한 동작 보상 브랜치(110)로서, 동작 보상은 입력 신호(105)에서 트랜스코딩되고 포함되는 현재 프레임(current frame)에 관련된 동작 벡터들(Vn)의 사용으로 달성되고, 이 동작 보상은 이전의 처리된 프레임의 코딩 에러에 대응하여 메모리(113)에 저장된 프레임 신호에 적용되고, 이 코딩 에러는 출력 양자화된 신호(122)에 적용된 역 DCT(116) 및 역 양자화(115) 후에 얻어진 신호로부터 신호(114)의 공제 후에 얻어지며, 브랜치(110)가 출력 트랜스코딩된 신호(117)에 품질 드리프트(quality drift)를 피하는, 상기 동작 보상 브랜치;

- 신호(114)로부터 출력되고, 트랜스코딩되고 압축된 출력 비디오 신호(117)를 얻기 위한 인코딩 브랜치(118)로서, DCT 계수들에 의해 형성된 주파수 신호(frequential signal; 120)를 제공하기 위한 DCT(119), 양자화된 DCT 계수들로 구성된 신호(122)를 제공하기 위한 양자화(121; QUANT)와, 신호(117)로서 보내지고 저장 장치(102)에 저장되기 전에 버퍼(124)에 저장된 가변 길이 코딩된 DCT 계수들을 발생시키기 위한 가변 길이 코딩(123; VLC)을 포함하는, 상기 인코딩 브랜치를 포함한다.

비트율 제어 단계들에 관련된 세트(103)는 신호(117)의 일정한 품질 및 저장 장치(102) 상의 최적의 필링(optimal filling)을 보증하기 위해 신호(117)의 출력 비트율을 제어하기 위한 세트들(101 및 102)에 링크된다. 이 때문에, 세트(103)는 현재 프레임이 트랜스코딩될 때 단계(121)에서 사용된 양자화 인수(quantization factor)의 더 적합한 값을 결정하도록 이전의 트랜스코딩된 프레임들의 코딩 및 저장 통계량들(statistics)을 이용한다. 이 비트율 제어는 양자화 인수값의 평가가 프레임 복잡도와 압축된 프레임의 프레임 사이즈 사이의 비율로부터 유도될 수 있다는 원리에 기초한다.

따라서, 제 1 단계(125)에 있어서, 이전의 트랜스코딩된 프레임에 관련된 평균 양자화 인수값 Q(n-1)는 상기 이전의 트랜스코딩된 프레임의 프레임 사이즈(S(n-1)에 의해 승산되고, 이전의 트랜스코딩된 프레임에 관련된 복잡도(X(n-1)를 초래한다. 프레임 사이즈 S(n-1)는 비트들로 표현되고, 이전의 트랜스코딩된 프레임이 버퍼(124)에 임시적으로 저장될 때 계산된다.

제 2 단계(126)에 있어서, 트랜스코딩되는 현재의 프레임 복잡도 Xe(n)는 계산된 이전의 트랜스코딩된 프레임 복잡도 X(n-1)로부터 추정된다. 다음 문단에 더 설명될 많은 기술들은, 예컨대, 이전의 트랜스코딩된 프레임들에 관련된 프레임 복잡도들의 가중된 평균을 사용하여, Xe(n)을 평가하는데 사용될 수 있다. 현재 프레임 복잡도 추정에 병행하여, 현재 프레임 사이즈 R(n)은 단계(102)의 저장 통계량들로부터 추정된다. 따라서, 비트들로 표현된 프레임 사이즈 R(n)은 다음과 같이 계산된다.

R(n) = Remaining_bits/(Remaining_pics + Margin_pics) (수식 1)

변수 Remaining_bits는 저장 장치 상에 채워지지 않은 남은 비트들 공간들의 수에 대응하고,

변수 Remaining_pics는 저장 장치 상에 기록되고 시퀀스에서 트랜스코딩되는 남은 프레임들의 수에 대응하며,

Margin_pics는 Margin_pics ≥0을 증명하는 프레임들의 수에 대응한다.

이 추정은 자장 장치의 저장 점유(storage occupancy) 및 아직 트랜스코딩되지 않은 입력 시퀀스에서 프레임들의 수를 고려함으로써 현재 프레임의 트랜스코딩을 위한 평균 프레임 사이즈를 시스템이 정하는 것을 허용한다. 이것은 입력 시퀀스의 모든 프레임들의 최적의 저장을 보증하기 위한 키 특성이다. 변수 Margin-pics는, 양의 0이 아닌 값으로 설정된다면, 저장 캐패시티의 오버플로우보다는 작은 언더플로우를 선호하도록 허용하고, 서로 다른 복잡도들을 갖는 연속적인 프레임들을 처리할 때 바람직하다.

제 3 단계(127)에 있어서, 추정된 복잡도 Xe(n)과 추정된 프레임 사이즈 R(n) 사이의 비율은 추정된 양자화 인수 Qe(n)를 얻기 위해 계산된다. 이 단계(121)는 Qe(n)에 의해 트랜스코딩되는 현재 입력 프레임에 의해 신호(120)에 포함된 각의 DCT 계수를 나누는데 존재하고, 상기 분할의 결과는 신호(122)를 구성하는 양자화된 DCT 계수들을 정의하도록 가장 가까운 정수에 라운딩된다. 그러나, DCT 계수들을 양자화하기 위해 사용된 양자화 인수는 추정된 값 Qe(n)과 약간 다를 수 있다. 이는 다음의 경우일 수 있다.

- Qe(n)은 MPEG-2 양자화 스케일의 입도(granularity)에 의해 허용된 가장가까운 값에 라운딩되고,

- 적응성 양자화는 지역 프레임 복잡도에 적응되는 양자화 인수를 지역적으로 변화시키는데 존재하고,

- 추정된 Qe(n)은, 예를 들어, P-프레임들 및 I-프레임들에 대한 인수 1.0 및 B-프레임들에 대한 인수 1.4에 의해 Qe(n)을 승산하는데 있어 트랜스코딩되는 프레임의 타입에 따라 변화되며,

- Qe(n)이 입력 프레임이 양자화된 양자화 인수의 값을 초과하면, 그것은 상기 값으로 설정된다.

도2는 본 발명에 따른 속도 제어 전략 세트(103)를 도시한다. 이 속도 제어는 통계량들 Q(n-1), S(n-1) 및 R(n)에 관하여 트랜스코딩되는 현재 프레임 수 n에 대한 양자화 인수 Qe(n)의 추정을 전달하는 것을 목표로 한다. 이 때문에, 이전에 설명된 도 1과 같이, 현재 프레임에 관련된 복잡도 Xe(n)의 추정(126)은 이전의 트랜스코딩된 프레임에 관련된 복잡도 X(n-1)에 기초하여 수행된다. 이 추정(126)은 추정의 반응 속도를 조정하도록 허용하는 입력으로서 조정 가능한 망각 인수(forgetting factor)를 이용한다. 이 추정은 다음 수식에 따라 수행된다.

Xe(n) = (1-T(n)).Xe(n-1) + T(n).X(n-1) (수식 2)

0<T(n)<1이다.

수식 2는 트랜스코딩된 이전의 프레임에 관련된 복잡도 Xe(n-1) 및 복잡도X(n-1을 나타내는 제 1 오더 재귀형 필터(first order recursive filter)에 대응한다. 이 추정은 단일 단계 신호(unity step signal) X의 진폭의 66%와 같은 Xe의 진폭을 얻기 위해 필요한, 프레임들 또는 샘플들의 수로 표현된 기간(duration)으로서 정의된 그 시간 상수를 특징으로 한다. 수식 2의 경우에, τ로 표기된 시간 상수는 다음과 같이 주어진다.

τ = 1/(2.T) (수식 3)

시간 상수는 망각 인수 T에 직접 의존하고, 이 인수는 시퀀스에서 트랜스코딩되는 프레임의 랭크(rank)를 갖는 상수 값 또는 변수들(varies)을 갖는다. τ가 τ>> 1이 되도록 설정되면, 복잡도 Xe(n)은 하나의 추정으로부터 다음으로 많이 변화하지 않는다. 즉, 복잡도 Xe(n)은 복잡도 Xe(n-1)에 가깝다. 따라서, 추정된 양자화 인수 Qe(n)은 양자화 인수 Qe(n-1)에 가깝고, 이는 일정한 품질이 랭크들 n 및 n-1을 갖는 프레임들을 위해 얻어진다는 것을 의미한다. 결과적으로, 일정한 양자화 인수로 수행된 양자화(121)로부터 초래되는 신호(117)의 비트율은 VBR 동작 (behavior)을 갖는다. τ가 프레임들의 작은 수로 설정되면, Xe는 큰 차이들을 갖는 연속적인 양자화 인수들을 초래하는 큰 비율들로 변화할 수 있고, 신호(117)의 출력 비트율의 CBR 동작을 유도할 것이다.

본 발명의 다른 양상은 복잡도 추정 단계(126)에 사용된 시간 상수 τ를 위한 변동 구성(variation scheme)을 정의하는데 있다. 이 변동 구성은, 오버플로우들 또는 언더플로우들 없이 저장 장치 상에 이용 가능한 모든 공간이 사용되는 것을 보증하도록 시퀀스 트랜스코딩의 끝에 및 처음에 신호(117)의 제어된 CBR 동작을 얻는 것을 허용한다. 이 변동 구성은 또한, 트랜스코딩된 프레임들의 비교적 일정한 품질을 얻기 위해, 시간 상수 τ를 증가시키어 CBR로부터 VBR 동작으로 스위칭하는 것을 허용한다. 시간 상수 τ는 다음과 같이 정의된 변동 범위에 제한된다.

먼저, 저장 캐패시티가 트랜스코딩의 끝에서 마주치는 것을 보증하도록, τ는 다음에 따른다.

τ ≤ Remaining_pics (수식 4)

더욱이, τ는 픽처들의 그룹(GOP) 또는 프레임들의 그룹에 포함된 프레임들의 수 GOP_size보다 더 클 것이다.

τ ≥ GOP_size (수식 5)

이는 상기 입력 프레임들의 개별적인 비트 할당 특성들(bit allocation characteristics)을 고려하지 않고, 적어도 GOP_size 프레임들 위에 트랜스코딩되는 입력 프레임들의 추정된 복잡도를 부드럽게 하도록 허용한다.

비록 이전의 트랜스코딩된 프레임들에 관련된 복잡도들로부터 유도되지만,추정된 복잡도 Xe(n)는 너무 오래된 복잡도들로부터 유도될 필요가 없다. 이 때문에, τ는 다음에 따른다.

τ ≤ Max_time (수식 6)

따라서, 현재 복잡도 Xe(n)의 추정은 이전의 트랜스코딩된 프레임들의 Max_time에 관련된 복잡도에 주로 의존하고, 이는 슬라이딩 방식으로 시퀀스의 현재 장면을 위한 복잡도 추정의 느린 적응을 허용한다.

양자화 인수 Qe(n)의 추정은 주기적으로 수행된다. 예컨대, 그것은 동시에 R(n), Q(n-1), S(n-1) 및 Xe(n)의 갱신을 또한 의미하는 프레임 사이클 주파수(frame cycle frequency)로 수행될 수 있다. 대안적인 구성에 있어서, 입력 비디오 신호가, 예를 들어 각각의 GOP가 INTRA 프레임에 의해 식별되는 GOP 구조를 갖는다면, Qe(n)은 추정된 값 Qe(n)이 매우 부드러워지고 처리 부하(processing load)가 감소되도록 GOP 주파수로 갱신될 수 있다. 그렇지 않으면, GOP 구조가 입력 비디오 신호에서 식별될 수 없다면, R(n), S(n-1) 및 Xe(n)의 갱신은 각각의 시간의 최대값에서 0.5 초의 임의의 사이클로 수행되고, 방송 환경(broadcast context)에서 추천된 GOP 기간에 대응한다.

도 3은 도 1에 설명된 것과 같은 트랜스코딩의 환경에서, 복잡도 Xe(n)을 추정하기 위해 사용된 도 3a에 설명된 시간 상수 변동들, 신호(12)에 관련된 DCT 계수들을 양자화하기 위해 사용된 양자화 인수(Q)의 도 3b에 설명된 초래되는 변동들, 및 신호(117)의 초래되는 출력 비트율의 도 3c에 설명된 변동들을 도시한다.

각각의 도면의 수평축은 N개의 프레임들의 총합을 포함하여 시퀀스에서 프레임들의 랭크에 대응한다. 5개의 명확한 범위들(distinct ranges)은 프레임 랭크 n에 의존하여 고려될 수 있다.

- 0 < n < min_dist: 이 범위는 트랜스코딩의 시작에 대응한다. 시간 상수 τ는 신호(117)의 CBR 동작을 얻기 위해 일정한 작은 값으로 설정된다. 그것은 τ(n) = min_dist를 증명한다. 이 범위는 복잡도 Xe(n)이 추론되는 이전의 복잡도들 X(n-1)의 세트와 같은 코딩 파라미터들을 설정하도록 허용한다. 전형적으로, min_dist는 이 범위의 기간이 약 1분이 되도록 설정된다. 양자화 인수 Q(n)는, CBR이 간접적으로 부과되면, 강한 또는 작은 양자화들이 프레임 복잡도 변동들을 위해 보상하는데 사용된다는 사실을 반영하여 크게 변동한다.

- min_dist < n < max_dist: 이 범위는 τ가 τ(n) = n을 따르는 일시적인 상태이다. 시간 상수는 신호(117)의 출력 비트율이 CBR로부터 VBR 동작으로 느리게 변동하도록 프레임 랭크로 증가된다. 즉, 이 상태는 억제된 VBR 제어 규제(control regulation)에 대응한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 양자화 인수 Q(n)는 감소하는 진폭들의 파동들(fluctuations)을 갖고, 이는 트랜스코딩된 프레임들의 더 일정한 품질을 초래한다. 전형적으로, max_dist는 모멘트 0으로부터의 기간이 수분이 되도록 설정된다.

- max_dist < n < N - max_dist: 이 범위는 τ(n) = max_dist가 되는 시간 상수를 부과하여 입력 프레임들의 트랜스코딩에 대응한다. 이 큰 시간 상수는 양자화 Q(n)가 평균값 Q_mean주위의 제한된 변동들을 갖기 때문에 트랜스코딩된 프레임들의 비교적 일정한 품질을 얻도록 허용한다. 이것은 출력 신호(117)의 VBR 동작을 초래한다.

- N - max_dist < n < N-min_dist_end: 이 범위는 τ가 τ(n) = N - n을 따르는 일시적인 상태이다. 시간 상수는 출력 신호(117)가 VBR로부터 CBR 동작으로 느리게 변동하도록 프레임 랭크가 증가하는 것처럼 감소한다. 양자화 인수 Q(n)는 증가하는 진폭들의 파동들을 갖고, 이는 트랜스코딩된 프레임들의 더 가변적인 품질을 초래한다.

- N - min_dist_end < n < N: 이 범위는 트랜스코딩의 끝에 대응한다. 시간 상수 τ는 신호(117)의 CBR 동작을 얻기 위해 일정한 작은 값으로 설정된다. 이는 τ(n) = min_dist_end를 보유한다. 이 CBR 동작은 비트율이 시퀀스에서 트랜스코딩되는 잔여 프레임들 및 저장 장치 상에 이용 가능한 공간을 고려하여 정해지기 때문에 공간 제한된 저장 장치의 최적의 필링을 얻도록 허용한다. 전형적으로, min_dist_end는 이 범위의 기간이 약 1분이 되도록 설정된다.

물론, 시간 상수 τ의 변동 구성에 관련된 상기 예는 유일한 것이 아니고, 대안적인 구성들이 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 응용될 수 있다. 예컨대, 0과 max_dist 사이의 범위는 시작으로부터 오른쪽 출력 신호(117)의 VBR 동작을 초래하는 큰 시간 상수를 갖는 양자화를 시작하기 위해 억제될 수 있다.

본 발명은 유선 전자 회로들 또는 대안적으로 컴퓨터-판독 가능한 매체에 저장된 명령들의 세트에 의해서와 같은 몇 가지 방식들로 구현될 수 있고, 상기 명령들은 상기 회로들의 적어도 일부를 대체하고, 상기 대체된 회로들에서 이행된 동일한 기능들을 수행하기 위해 디지털 프로세서 또는 컴퓨터의 제어 하에서 실행될 수 있다. 또한, 본 발명은 단계들을 수행하기 위한 컴퓨터 실행 가능한 명령들을 포함하는 소프트웨어 모듈, 또는 상술된 방법의 몇몇 단계들을 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 매체에 관한 것이다.

동사 "코드(code)"는 디지털 영역에서 수행된 어떤 비디오 신호 데이터 처리에 관한 것임은 명백하다. 특히, 이 동사는 인코딩 및 트랜스코딩 방법들 양쪽에 적용한다.

Claims

입력 프레임들의 시퀀스로부터 저장 장치 상에 저장되는 코딩된 비디오 프레임들을 발생시키는 비디오 코딩 시스템을 위한 비디오 비트율 제어 방법으로서, 평가 단계로부터 나온 양자화 인수를 상기 입력 프레임들에 적용하기 위한 적어도 하나의 양자화 단계를 포함하는 상기 비디오 비트율 제어 방법에 있어서,

상기 평가 단계는,

- 이전의 코딩된 프레임에 관련된 프레임 사이즈 S(n-1) 및 양자화 인수 Q(n-1)로부터 이전의 코딩된 프레임 복잡도 X(n-1)를 계산하기 위한 계산 서브 단계,

- 상기 복잡도 X(n-1)로부터 현재의 입력 프레임 복잡도 Xe(n)을 추정하기 위한 제 1 추정 서브 단계,

- 상기 저장 장치 상의 여전히 이용 가능한 비트들의 수 및 상기 입력 시퀀스에서 코딩되는 프레임들의 남은 수로부터의 코딩 후에 상기 현재 입력 프레임에 관련된 프레임 사이즈 R(n)을 추정하기 위한 제 2 추정 서브 단계와,

- 상기 현재 입력 프레임 복잡도 Xe(n) 및 상기 추정된 프레임 사이즈 R(n)로부터 상기 현재 입력 프레임에 적용할 상기 양자화 인수를 추정하기 위한 제 3 추정 서브 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비디오 비트율 제어 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 추정 서브 단계는 시간 상수를 포함하는 필터에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 비디오 비트율 제어 방법.
제 2 항에 있어서,

상기 시간 상수는 상기 시퀀스에서 이미 코딩된 비디오 프레임들의 수 및 아직 코딩되지 않은 비디오 프레임들의 남은 수의 함수인 것을 특징으로 하는, 비디오 비트율 제어 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 시간 상수 τ(n)의 시간적 전개(temporal evolution)는 다음 관계들,

if(0<n<min_dist)

then τ(n) = min_dist;

if(min_dist<n<max_dist)

then τ(n) = n;

if(max_dist<n<N - max_dist)

then τ(n) = max_dist;

if(N - max_dist<n<N - min_dist_end)

then τ(n) = N-n;

if(N - min_dist_end<n<N)

then τ(n) = min_dist_end;

여기서, min_dist_end, min_dist 및 max_dist는 증가하는 값의 문턱값들이고, n은 상기 시퀀스에서 코딩되는 현재 프레임 수이며, N은 상기 시퀀스에서 프레임들의 총수인, 상기 관계에 의해 주어지는 것을 특징으로 하는 비디오 비트율 제어 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 복잡도 Xe(n)은 주기적으로 갱신되는 것을 특징으로 하는, 비디오 비트율 제어 방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에서 청구된 비디오 비트율 제어 방법을 구현하도록 허용하는 비디오 인코딩 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에서 청구된 코딩 비디오 비트율 제어 방법을 구현하도록 허용하는 비디오 트랜스코딩 장치.
입력 비인코딩된 프레임들로부터 출력 인코딩된 프레임들을 발생시키는 인코딩 장치를 위해, 상기 장치에 로딩될 때, 상기 장치로 하여금 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 청구된 상기 방법을 수행하게 하는 명령들의 세트를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.
입력 인코딩된 프레임들로부터 출력 인코딩된 프레임들을 발생시키는 트랜스코딩 장치를 이해, 상기 장치에 로딩될 때, 상기 장치로 하여금 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 청구된 상기 방법을 수행하게 하는 명령들의 세트를 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품.