TW201212655A - Image encoding integrated circuit and image encoding data transmission method thereof - Google Patents

Description

201212655 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明是關於一種影像編碼積體電路及其$ 傳輸方法；具體而言，本拥錢於—種以碼資料 調整位元料方絲提高位元率㈣之魏的影像 電路及其影像編碼資料傳輸方法。 積體 【先前技術】 隨著數位f彡像科技的蓬紐展，各她⑽彡像裝置例如 路攝影機(webcam)及數位照相機都不斷地推陳出新，1 \ 競爭之激烈由時常舉辦的新產品發表會可見—斑。為使^ 產品在競爭激朗市場上賴㈣，触影料置的廠商^ 無不竭力於改進其產品的魏及性能。在衫細技術中， 影像壓縮是其巾最主要的—環，而對數位影健置的性 關鍵性的影響。 圖1為習知的影像編碼積體電路的示意圖。如圖丨所示， 在-般採用H.264影像壓縮標準的系統中，影像編碼積體電 路1中的影像感測控制器2將外部的影像感應器3所產生的 影像訊號轉換成影像資料，並儲存於外部記龍4。影像編 碼積體電路1巾的熵編雕咖py en⑺啦精5自外部記憶 體4取彳彡像資料，並加以編碼為影像編碼資料。位元率監 /貝J 器(bit rate monitor)6 連接於熵編碼(entr〇py enc〇cjing)器 5 的 輸出端’-方面負責將影像資料傳送至傳輸裝置7以進行傳 201212655 輸等處理，另-方面負責比較爛編瑪器5所產生的影像資料 的數量與傳輸裝置7所能處理的影像資料的數量之間的差異 而據以產生包含量化參數(quantizati〇n parameter)的量化參數 訊息S。 〆 在H264影像壓縮標準中’位元率監測器6是利用視訊緩 衝驗證IKVideoBuffer Verifier，VBV)來實現，位元率監測器 6會將包含緩衝被填滿與否等訊息的傳輸雜訊息了回傳給 • 低率控制器8，使位元率控制器8可加以參考而藉以調整 量化參數’並對熵編 5發送包含此量化參數的量化參數 訊息S。舰碼n 5輸出影像編碼龍的位元率隨著量化參 數的變化而改變，以調整熵編碼器5輸出影像編碼資料的速 率，使之配合傳輸裝置7的處理速度。 然而’目前以S〇C(SyStem_on_a_chip，晶片系統)的架構實 現影像編碼積體電路的作法正在日漸普及。在SoC架構中， 藝自於在彡財整合了衫的軟硬體元件_係原先僅藉由 參考位元率監測器6所產生的量化參數訊息s來調整量化參 數的做法顯得明顯不足。 【發明内容】 本發明的-個目的在於提供一種高解析度影像編碼積體 電路及其影像編瑪資料傳輸方法。相較於先祕術，其位元 率的°周整參考了更多個系統變數，使得位元率控制的效能因 而被馬。 201212655 =明触像編碼麵電制於鱗攝影射，其中包含 =理早影像感測控制單元、影像編碼單元、位元率 需长=位疋率控制早疋及傳輸單元。十央處理單元接收 ，並據以產生需求調整訊息；影像感測控制單元接 號並轉換為影像資料，並據以產生制狀態訊息，· :像、扁碼單元將影像資料轉換為影像編碼資料，·位元率監測 :兀讀編碼單元接收影像編碼資料而純儲存；位元率 監測單元自影像編碼單元接收影像編碼資料而加以儲存；傳 輸早讀“位元賴尋元接㈣影像編碼雜，並 影像編碼資料的傳輸狀態產生傳輸狀態訊息。位元率監測單 70依據傳輸單元接收影像編碼資料驗態魅位元率訊息， 位元率控辦元雜絲縱訊息、_絲 專ς 態訊息及位神訊息至少針之—產生魏參數訊息專= 編碼，减特定的位元率傳輸影像編碼資料，射位元率是 依據量化參數訊息而輕。本發_影像編碼健電路參= ^多的系_數來調整影像編碼單元的輸出位元率，因而 提高了位元率控制的效能。 本發明的縣編碼資_輸方法胁設置_路攝影機 中的影像編碼積體電路’其中包含下列步驟：自外部主機接 收需求訊息’並依據需求訊息產生需求調整訊息；轉換影像 感測單元所產生的影像訊號為影像資料，並依據影像訊號產 生感測狀態訊息；轉換影像資料為影像編碼資料，並以特定 的位元率傳輸影像編碼，其巾位辑依據量化參數訊^ 而調整；儲存影像編碼·，並依據經儲存的影像編碼資二 201212655 態訊息、位元i:?=息;依據需求調整訊息、感測狀 參數訊《。太^傳輪狀態訊息至少其中之一產生量化 ㈣魁：毛明的影像編碼資料傳輸方法參考了更多的系 、、充k數來調整編碼積體電 ’、 率控制的效能。電路的輸出位轉’因而提高了位元 【實施方式】 輸賴碼資料傳 本發明的影像編碼積體電路及其 4編㉝料傳輸方法使用於彻高 :器，如譲等)進行視訊編碼的高解析:：:解 圖2A為本發明影像編〜像編碼積體電路。 圖iB:圖2A所示影像編碼積體電路傳輸==: w圖。此純編碼積體電路較翻於 型電腦、電視機算#罟估田匕如人電恥、筆圮 2B所-的網路攝影機中。如圖2A及圖 不’此影像編碼積體電路觸包含中央處 衫像感測控解元12G、影像編碼單元】 早=一 :、傳輸單元15。及位元率控制單元⑽。中央:里;則= 接收表示雜郷像網積 、早兀0 影像編碼單元13〇的輸出位 的2裝置等元件對 以產生需长哨自T 兩求的茜求訊息I丨，並據 產生而求訊息12叫出至位辑控輪•影像 201212655 感測控制單元12G接收影像感應單元200所產生的影像訊號 Sl，並以類比轉數位等方式將影像訊號S,轉換為影像資料 =而儲存於外部記憶單元·，且依據影像訊號&產生表示 影像訊號~之狀態的感測狀態訊息13以輸出至位元率控制單 疋^)。影像編碼單it 130將自外部記憶單元3⑻取得的影 像資料Dl以壓縮、編石馬等方式轉換為影像編碼資料D2。位 兀率監測單元140自影像編碼單元⑽接《彡像編碼資料1)2 =加以儲存’並依據傳輸單元15〇接收影像編碼資料D2的狀 匕產生位元率訊息1$以輸出至位元率控制單元_。在本實 %例中’>[立元率監測單元14〇 &含視訊緩衝驗證器(他〇 BufferVenfier ’ VBV);然而在其他實施例中可以包含其他 種具備緩衝儲存功能的裝置。 次傳輪單元150輸出自位元率監測單元14〇接收的影像編碼 二料d2 ’並依據影像編碼資料D2的傳輸狀態產生傳輸狀態 =心Lj以輸出至位元率控制單元16() ^在本實施射，傳輸 單元150為通用序列匯流排（universai seriai bus，usb)介 面’然而在其他實施射，可以制其他麵的連接介面。 位神控制單元160依據需求調整訊息l2、感測狀態訊息& 傳輸狀態訊息I4與位元率訊息l5至少其中之—產生量化參數 Hr量化參數訊息Ιό中包含量化參數。影像編碼單元⑽ ^特疋的位元率傳輸影像編碼資料D2，其巾該位元率是依據 ，化參數訊息16巾的量化參數蝴整。在本實關中，加大 置化參數會械崎低影像編碼單元13G的位元率，減小量 化參數則會減地增加影像編解元π㈣位元率；然而在 201212655 其他實施财’加大量化參數可減地增加影像編竭單元 130的位it率，減小#化參細可減崎低影像編喝單元 130的位元率。本發明的影像編碼積體電路參考了更多的系 統變數來調整影像編碼單元的輸出位元率，因而提高了位元 率控制的效能。 由於影像感應單元200在低光源時會產生較多的雜訊，使 得影像編碼單元m相應地產生大量的雜，0此當影像感 測控制單元120以分析自影像感應單元200接收的影像訊號 Si之内容等方式得知目前的畫面亮度較低且雜訊量較大時， 可藉由感測狀態訊息I3使得位元率控制單元160得以預先加 大量化參數訊息I6中的量化參數以減少影像編碼單元13〇的 位元率，而不必等到位元率監測單元140察覺到影像編碼單 元130所產生的影像編碼資料〇2的數量大於傳輸單元15〇 所能處理的數量時，再藉由位元率訊息使得位元率控制單 元160加大量化參數訊息I6中的量化參數以減少影像編碼單 元130的位元率。此種預先減少位元率的作法使得位元率控 制單元160得以更有效地控制影像編碼單元13〇的位元率， 以配合傳輸單元150傳輸編碼資料〇2的速度。 如圖2A及圖2B所示，在本實施例中，網路攝影機1〇〇 的傳輸單元150連接至外部主機400，使得影像編碼資料D2 在傳輸至外部主機400以後，可藉由連接於外部主機6〇〇的 網路500傳輸至遠端外部主機600。外部主機4〇〇可以是例 如個人電腦、筆記型電腦等電子裝置，網路5⑻則可以是例 如乙太網路(Ethernet)等電腦網路。當網路5〇〇的頻寬減少而 201212655 使得影像編碼資料D2不能完整地傳送時，以通用序列匯流排 介面實現的傳輸單元150會察覺到。此時傳輸單元15〇除了 藉由需求訊息h通知中央處理單元11〇以外，同時也藉由傳 輸狀態訊息I4通知位元率控制單元16〇 ’以降低影像編碼單 元130的位元率，進而減少自傳輸單元15〇輸出的影像編碼 資料D2的數量。因此在較佳實施例中，傳輸狀態訊息l4的產 生除了參考影像編碼資料D2於傳輸單元150與外部主機400 之間的傳輸狀態以外，還可以參考影像編碼資料d2於網路 500中的傳輸狀態；然而在其他實施例中，可視需求僅參考 其中之一者。 中央處理單元110經由傳輸單元150自外部主機400接收 需求訊息1丨。需求訊息I〗包含作業系統訊息In及應用程式訊 息I〗至少其中之一。圖3A為圖2A所示影像編碼積體電路傳 輸作業系統訊息的一實施例的示意圖。如圖3A所示，當外 部主機400的作業系統410得知目前外部主機4〇〇的中央處 理器(Central Processing Unit ’ CPU)的運算資源已經被大量佔 用而沒有多餘的運算資源來處理高資料量的影像編碼資料 D2時’可以回傳作業系統訊息In給影像編碼積體電路1〇〇， 使得位元率控制單元160得以加大量化參數訊息ι6中的量化 參數以降低影像編碼單元130的位元率。 執行於外部主機400中的影像傳輸應用程式(例如Skype) 可以根據當時的系統狀態、網路頻寬、使用者需求等因素而 動態地設定影像編碼積體電路1〇〇傳輸影像編碼資料D2的速 率。圖3B為圖2A所示影像編碼積體電路傳輸應用程式訊息 201212655 的-貫關的不賴。如圖3B所示，在影像傳輸應用程式 進行速率設定時，外部主機可以相應地_應_ 式訊息I!2以告知位元率控制單元16〇，使得位元率控制單元 ::〇 =大量化參數訊息l6中的量化參數而減少影像編碼 早兀的位元率’或減小量化參數訊息16中的量化參數而 13。的位辑’以滿足影像傳輸應用程式 42〇對〶傳輸速率或高畫質等方面的需求。

圖4旦為本發明影像編碼資料傳輸方法的一實施例的流程 圖二此衫像編碼資料傳輸方法較佳用於設置於網路攝影機中 路。如圖4所示，此影像編碼積體電路所 使用的影像編碼資料傳輸方法包含下列步驟：步驟10自外部 訊息，並依據需求訊息產生需求調整訊自，。需 求訊息表科胁雜編碼频 = 像編碼積體電路的輸出位元率 2等70件對〜 =:侧統訊息及應用程式訊 ==運統得知目前外部主機的中央處 理高資料量的影像辦而沒有多餘崎算#源來處 像編碼積體電可以回傳作業系統訊息給影 整訊息；而執行於夕卜^輪^體電路可據以產生需求調 等因素而動態地設定影像編碼積體路二寬像Ζ r，此時外部主機可以相應=== 編碼積體電路，使得影像編碼積體電路得以調整傳輸影像 201212655 編碼資料的位元率，以滿足影像傳輸應用程式對高傳輸速率 或南晝質等方面的需求。 ’驟2〇轉換影像感測單元所產生的影像訊號為影像資 料並依據衫像5fi號產生感測狀態訊息。此轉換以類比轉數 位等方式來完成。步驟3G轉換影像資料為影像編碼資料，並 以特定的位元率傳輸影像編碼資料，其中位元率依據量化參 數訊息而。此轉換_縮、編碼等方式來完成。步驟4〇 儲存影像編碼資料，並依據經儲存的影像編碼·被接收的 狀態產生位元率訊息。步驟50接收經儲存的影像編碼資料， 將影像編碼資料傳輸至外部主機’並依據影像編碼資料的傳 輸狀匕、產生傳輸狀態§〖息。在本實施例巾，網路攝影機的影 像編碼積體電路連接至外部域，使得影像編碼資料在傳輸 至外部主機以後，可藉由連接於外部主機的網路傳輸至遠端 外部主機(見圖2A及圖2B的實施例)，因此步驟5〇較佳可以 更依據影像編碼資料於網路中的傳輸狀態產生傳輸狀態訊 息。步驟60依據需求調整訊息、感測狀態訊息、位元率訊息 及傳輸狀態訊息至少其中之一產生量化參數訊息。本發明的 影像編碼資料傳輸方法以參考了更多的緣變數來調整編碼 積體電路的輸出位元率，因而提高了位元率控制的效能。 本發明已由上述相關實施例加以描述，然而上述實施例僅 為實施本發明的範例。必需指出的是，已揭露之實施例並未 限制本發明的範圍。相反地，包含於申請專利範圍之精神及 範圍之修改及均等設置均包含於本發明的範圍内。 201212655 【圖式簡單說明】 圖1為習知的影像編碼積體電路的示意圖； 圖2A為本發明影像編碼積體電路的一實施例的示意圖； 圖2B為圖2A所示影像編碼積體電路傳輸訊息的一實施例的 不意圖， ‘ 圖3A為圖2A所示影像編碼積體電路傳輸作業系統訊息的一 . 貫施例的不意圖， 圖3B為圖2A所示影像編碼積體電路傳輸應用程式訊息的一 實施例的不意圖；以及 圖4為本發明影像編碼資料傳輸方法的一實施例的流程圖。 【主要元件符號說明】 100像編碼積體電路 110中央處理單元 120影像感測控制單元 130影像編碼單元 140位元率監測單元 150傳輸單元 160位元率控制單元 φ 200影像感應單元 300外部記憶單元 400外部主機 410作業系統 420影像傳輸應用程式 500網路 600遠端外部主機 Di影像資料 D2影像編碼資料 Ιι需求訊息 111作業系統訊息 13 201212655

Il2應用程式訊息 需求調整訊息 13感測狀態訊息 14傳輸狀態訊息 15位元率訊息 16量化參數訊息 S!影像訊號

Claims (1)

1. 201212655 七、申清專利範圍： 1.,種精編’體電路，用於_網賴雜（W咖 談 影像編碼積體電路包含： ο # .、处單元’接收至少一需求訊息，並依據該需求訊 心產生一需求調整訊息； 一、、像感測控制單元，接收一影像訊號並轉換為至少一影 像貝料’並依據該影像織產生-制狀態訊息；

   .一影像編碼單元’將該影像資料轉換為至少一影像編碼資 料； 一位兀率監測單元，自該影像編碼單元接收該影像編碼資 料而加以儲存； 一傳輸單元，輸出自該位元率監測單元接收的該影像編碼 資料’並依據該影像編碼資料的傳輸狀態產生一傳輸狀態訊 息，該位元率監測單元依據該傳輸單元接收該影像編碼資料 的狀態產生一位元率訊息；以及 一位元率（bitrate)控制單元，依據該需求調整訊息、該 感測狀態訊息、該傳輸狀態訊息及該位元率訊息至少其中之 產生一置化參數訊息(quantization parameter)，其中該影像 編碼單元以一位元率傳輸該影像編碼資料，該位元率依據該 量化參數訊息而調整。 2. 如申請專利範圍第1項所述的影像編碼積體電路，其中該位 元率監測單元包含一視訊緩衝驗證器(Video Buffer Verifier， VBV)。 3. 如申請專利範圍第1項所述的影像編碼積體電路，其中該網 15 201212655 路攝影機連駐—外縣機，棘像編碼 =部主機的—網路傳輸至—遠端料城，轉輪 =影像編料於綱路切傳輸_纽輯輪狀魏 4. 如申請專利範圍第!項所述的影像編碼積體電路，1 路攝影機連接至—外部主機，該中央處 料粒機 接收該需求訊息。 4縣機 5. 如申請專利範圍第4項所述的影像編碼積體電路，其中該需 长扎,以〇各作業系統訊息及一應用程式訊息至少其中之 6. -種影像編碼積體電路所使_影像編碼資料傳輸方法用 於一網路攝影機，該方法包含下列步驟： 自一外部主機接收至少-需求訊息’並依據該需求訊息產 生一需求調整訊息； 轉換-影像感測單元所產生的一影像訊號為至少一影像資 料，並依據該影像訊號產生一感測狀態訊息； 轉換該景》像資料為至少一影像編碼資料，並以一位元率傳 輸該影像編碼資料，其中該位元率依據一量化參數訊息而調 整； 儲存該影像編碼資料，並依據經儲存的該影像編碼資料被 接收的狀態產生一位元率訊息； 接收經儲存的該影像編碼資料’將該影像編碼資料傳輸至 該外部主機，並依據該影像編碼資料的傳輸狀態產生一傳輸 狀態訊息；以及 16 201212655 依據該需求調整訊息、該感測狀態訊息、該位元率訊息及 該傳輸狀態訊息至少其中之一產生該量化參數訊息。 7. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中該影像編碼資料傳 輸藉由連接於該外部主機的一網路傳輸至一遠端外部主機， 傳輸該影像編碼資料至該外部主機的步驟更依據該影像編碼 資料於該網路中的傳輪狀態產生該傳輸狀態訊息。 8. 如申請專利範圍第6項所述的方法，其中該需求訊息包含一 作業系統訊息及一應用程式訊息至少其中之一。