TW404132B

TW404132B - A real-time single pass variable bit rate control strategy and encoder

Info

Publication number: TW404132B
Application number: TW087110219A
Authority: TW
Inventors: Nader Mousenian
Original assignee: Ibm
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-06-25
Publication date: 2000-09-01
Also published as: KR19990077445A; KR100305941B1; US6278735B1; SG80615A1; JPH11346362A

Description

第87110219號專利申請案中文說明書修正頁(89年5月） A7 五、發明説明（ 21 B7^04132 一種技術，用以調變K，並估計待分配給每一G〇p的位元數。將此種即時單一掃描VBR架構稱為學習程序，因為該架構在進行中學習某些資訊。下文中將參照圖4而說明一學習程序實施例： 1.以P代表重元組（tuple)所界定的一經先前編碼之幻像·在步驟（400)中，Z0的典型值為108，且N。的典型值為114。 N.

g〇P set ζϋ·- Σ

Ng〇p~i k=o and nq and 9〇P' 广请先st#背面之注意事項#填寫本莨) 一装· 2.在步驟（402)中，啟動VBR速率控制技術，使用諸如一 CBR MPEG-2編碼器，而在f.^〇p的速率下將輸入影像流的前兩個GOP(亦即％及5〇編碼。f 的標稱值應對應於使用者所設定的VBR影像流之平均速率。 J .在將S k ·,編碼之後，在步驟（4 〇 4)中更新各參數。例如，將代表編碼困難度量測值總和的z k及作為調整後G 〇 p數的〜更新如下：Zk = Zk 1+ r F(Qk i aetuai)，Nni + γ，其中r是學習演算法的更新速度（例如τ=2 〇)。此外，並計算Cu actual及總和Σ爲Cj。 (a) 如果（k -丨=〇) ’則將k遞增1，並回到步驟3。 (b) 否則，根據方程式（1 〇)中所界定的預測模型而計算諸如fk及？？（：等的其他參數。 4.在步驟（404)中，利用步驟3之總和項以決定預定位元數中之剩餘位元Ru〇t。例如，以Rt〇t減掉Σ爲c ]，而得到R _。 -24- 本紙張尺度_中ΐ國家鮮（⑽( 21GX297公缝訂線經濟部中央標準局員工消费合作社印製 404.32 at -----------------B7 五、發明説明（1 ) 技術領域本發明係大致有關數位影像壓縮毛一領域，尤係有關適於在—個採用MPEG-2國際標準的影像壓縮系統、中進行即時單掃為可變位元傳送速率编碼之途率控制技術。 $景技術一在諸如廣播電視、通訊網路、消費電子、及多媒體電腦等行業中，各種數位影像技術已以愈來愈快的速率出現。由於數位資訊的信號處理、編輯、及資料轉移在執行相同工作上，比以類比形式執行容易許多，所以激發了各種應用的廣泛使用。但更重要的是：數位影像的廣泛流行係歸因於在最近幾年已爲數位影像壓縮創造了數種標準。數位影像壓縮的解決方案大概是任何數位影像平台的最重要组成郅分。因爲我們知道數位影像在未經壓縮的格式下包含了巨量的資訊，所以此種格式的數位影像之操縱、儲存、及傳輸即使不是不可能，也是相當耗時且成本昂貴的。因此’需要以數位影像壓縮技術減少巨量的資料，並同時保有其内谷的收視品質。然後利用相容的影像解壓縮架構將資料解壓縮，以供播放。由移動影像專家群（Moving Pictures and Expert Group)提出的MPEG-2國際標準意圖滿足上述各業界之壓縮需求，而 MPEG-2 國際標準係述kIS0/iec 13818_2之„Inf〇rmati〇n technology-Generic coding of moving pictures and associated audio information: Video, 1996”，本發明特此引用該文件之全文以供參照。該標準規定了编碼影像流之語法、及解碼 -4-

. 复-----1TL _ *~ ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁J

本纸張尺度適州中园國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） J A7 A7 B7 4*413^ 五'發明説明（2 技術。該標準提供了較大的彈性給編碼器設計者，使設計者可以衍生其自己的一组壓縮參數，因而可以使該設^者的產品與其他製造商開發的其他產品有所區隔。經由固定通訊頻寬傳送的或一數位媒體所儲存I影像之收視傳眞度與MPEG-2編碼系統的效率有關。對於諸如數位衛星系統中的某些應用而言，係爲了廣播而將多個節目多工化成單-大型影像流，且使用了 — Mmpeg_2編碼器對所有的節目進行監視及編碼，並同時保持所有接收頻道的收視品質。係經由一固定通訊頻寬或非同步傳輸模式 (Asynchronous Transfer Mode ;簡稱 ATM)網路中之動態頻 ^ 而傳送MPEG-2影像流。對於儲存媒體容量有限的家用视訊或個人電腦等應用而言，使用者可能想要儘量累積更多 =資訊，JL 一個有效率的編碼器在這些情形+的確是有利所開發的大部分MPEG_2编碼器是在固定位元傳送率 (C〇Stant Bit Rate;簡稱CBR)模式下執行，在模式中’影像流的平均速率自開始到結束幾乎都是相同的二 -影像流複數個各種類型的影像或圖框如叫，例如卜 =及P型影像。-個影像由於其類型的不同，可能耗用比 β像流的設定目標速率更多或更少的位元。CBR速率控制策略之責任在於爲影像流的不同影像類型維持—位元：像=而滿足所需的平均位元傳送速率，並顯示高品質的影包括其他MPEG-2編碼器的其他編碼器係在作爲一可變本紙張尺度適用中囤囤家標準（CNS ) A4規格（2Ι〇χ297公釐 --------^—— .-V f靖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T ---4Ml32_____ 五、發明説明（3 ) 位凡傳送速率（Variable Bit Rate;簡稱VBR)模式的不同模式下執行。可變位&像送速率编瑀可盞！過路縮的每景夕像根據影像内（intra-picture)壓縮及影像間（inter-picture) 壓縮特性之複雜性，而具有不同的位元數。例如，對影像内今較簡單的場景（例如彩色檢驗圖）编碼時’所耗用的位凡將遠少於影像内容較'複雜的場景（例如人群擁擠的市區街道）’即可得到相同的影像品質。因爲將影像特徵化所需的資訊量、及解譯該資訊以便有效地強化编碼程序所需演算法之複雜性，所以傳統上係以非即時而使用兩次或更多次程序掃描（pass)之方式完成 VB R編碼。在第一次掃描中，執行编碼，並搜集且分析統 <>十資料，且在第二次掃描中，利用分析的結果來控制編碼程序。雖然此種方式產生了經過壓縮的高品質影像流，但是也無法進行即時作業，也無法進行單一掃抬编碼。因此，目前需要一種可提供高品質影像的即時單—择描可變位元傳送速率编碼架構。也需要一種易於以硬體實施的即時單一掃描可變位元傳送速率編碼架構。發明概述由於提供了一種處理圖框群的方法，而克服了習用技街的缺點’並提供了額外的優點。該方法包含諸如下列步樣 :將一輸入影_像_^的至少一個圖框群编碼；以及在對整個輸入影像流编碼之前，先決定待分配給該輸八影像流的另一囷框群之位元數。將在可變位元傳送速率模式下對另— 圖框群編碼。該決定步驟使用了得自該編碼的一個或多個 ^紙張尺度適;則，國囤家標苹（CNS ) A4規格（210X297公釐） m I...... n I · I- I- - —I— I I , m''. In - XV Kw U3. s 、T • i * • · (請先閲讀背面之注意事項再填巧本頁) 紂浐部中呔"^Γ^Βτ·"·於合竹衫卬？i __ 404132^_Βτ_ 五、發明説明（4 ) 參象ϋ » 在本發明的另一實施例中，該方法包冬下丨于㉗.二^ 單-掃描可變位元傳送速率模式下將另—圖框群编碼，其中只在一次编碼掃描下將另一圖框群編碼。在本發明的又一實施例中，該決定步驟包含下列步驟：爲另一圖框群將一預定感知函數之斜率調變；以及柬該經過調變的斜率用於一位元傳送速率方程式，以便決定待分配的位元數。在又一實施例中，該決定步驟包含下列步驟：爲另—圖框群決定一預定感知函數之以及將該轉換因數用於一位元傳送速率方程式，以便決定位元數。在本發明的又一實施例中，該击螂包含下列步祿· 補償該輸入影像流的一個或多個不穩定狀況。且在另—實施例中，該決定步驟包含下列步驟：利用一預定函數決定位元數。在本發明的又一面向中，提供了 —種處理1框群之方法。該方法包含諸如下列步驟：利用—個或多個先前編碼的圖框群決定複數個參數値；在一單一掃描可變位元傳送速率模式下，爲所要編碼的的一圖框群計算一預定函數之— 斜率，其中該計算步驟使用該等複數個參數値中之—個或多個參數値；以及利用所計算出的斜率、及慈等複數個參數値中之一個或多個參數値，取得所要编碼的圖框群之位元傳送速率。在本發明的另一面向中，提供了—種處理圖框群之方法 -7- 本紙張尺度適财1^|:標率（CNS ) Μ規格（2丨〇'χ 297公楚） --- --------‘裝——.^丨^__訂Κ——_---^ ·' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} A7 B7 404132 五、發明説明（5 ) 。該方法包含諸如下列步驟··決定待分配給一輸入影像流的一圖框群之位元數》該決定步驟使用該圖框群的一瞬時速率量化狀態、及一個指示該圖框群的複雜性之感知模型。該方法又包含下列步驟：在該決定步驟所界定的一速率下，使用一可變位元傳送速率模式將該圖框群編碼。在本發明的又一面向中，提供了一種單一掃楛可變位_立傳送速率编碼^器^該编碼爲包全諸如_ :一個適於將一輸入影像流的至少一個胤jg群編碼才編碼引擎；以及決定裝置 ’該決定裝置在辦> 整個餘込；_影像流编碼之前，先決定待分配給該輸入影像流的另一圖框群之位元數。係在一可變位元傳送速率模式下將另一圖枢群编碼。該決定裝置使用得自該编碼引擎的一個或多個參數値。在本發明的又一面向中，提供了一種單一掃描可變位元傳送速率編碼器，該編碼器包含諸如：決定裝置，用以決定一個或多個先前編碼的圖框群之複數個參數値；身算裝置，該計算裝置爲將在一單一掃描可變位元傳送速率模式下編碼的一圖框群計算一預定函數的一斜率，其中使用了該等複數個參數値中之一個或多個參數値；以兵^得褽I ，該取得裝£利用料算㈣斜率、及㈣複數個參數値中之一個或多個參數値，取得所要編碼送速率。在本發真的又二冬崎Ρ提供了—料—掃描可變位凡傳运速率編碼器，該編碼器包含諸如：決^裝置，用以決定待分配給-輸人影像流的—圖框群之位元數，其中兮表纸張尺度通州中囤國家標卒（CNS ) Α4規格（ --------Τ 裝--.--*---訂 h------4 te » !···". (锖先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 的圖框群之位元傳 210X297 公釐）經米部中次ir.5r^’.il-T消於合竹·^印5'! A7 ----------ΜΛ1Ά2__ 五、發明説明（6 ) 決定裝置使用該圖框群的一瞬時速率屢旨不該圖框群的複雜性之感知模型；以及—編碼引擎，該编碼引擎適於在該決定裝置所界定的一/途率下Λ使用一可變位元傳送速率模式將該圖框群編碼。本發明特別適用於無法對影像進杆預丰分柄蛊葙丰瑞碼的應用，例如在家中進行數位影音光碟（Digital video Disk ’ 痛％ DVD)、數位舞影機（Digital Video Cassette Recorder;簡稱DVCR)、電腦多媒體、及數位攝錄機節目的製作。一單一掃描VBR編碼器只使用先前编碼的影像，即可估計所要編碼的一影像之複雜性。此種方式與用於高階 DVD母盤製作的多次掃描vbr影像壓縮不同，在後一種方式中可對一影像來源進行數次的預先編碼及預先编碼，以便爲一特定的儲存媒體產生一最佳的經過壓縮之影像流。因此，一單—掃描VBr編碼器依賴一因果預測模型，而動態地碉整影像流的平均速率，並產生高傳眞的影像。經由本發明的揭示事項將實現額外的特徵及優點。下文中將詳述本發明的其他實施例及面向，並將這些實施例及面向視爲本發明申請專利範圍之一部分。附圖簡述將在本説明書結尾的申請專利範圍中特別指出並明確主張被視爲本發明的主題。若參照下文中之詳細説明並配合各附圖’將可易於了解本發明的前述及其他的目的、特徵、及優點，這些附圖有：圖1是設有並使用本發明的即時單一掃描可變位元傳送速 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本再) -裝. 、1Τ -9- ---- A7 B7 好"‘部中次"^^h-Tivi於A::竹.71卬；^ 404132 五、發明説明（率控制策略的—MpEG-2編碼器實例之方塊圖；圖2是P及B影像類型的移動估計工作實例之方塊圖；囷3示出本發明的可變位元傳送速率㈣技術之模型及作用點實例；圖4 π出與根據本發明的原理而估計待分配給一影像群 (Group Of Pieture;簡稱㈣）的位元數相關聯之一邏輯實施例；圖5是本發月的—可變位元傳送速率控制策略實施之塊圖；、圖6示出與根據本發明的原理而估計待分配給—影像群的位凡數相關聯之另—邏輯實施例；圖7示出本發明的另—可變位元傳送速率控制技術之〒模型及作用點實例；圖8示出於-換景時使用本發明之中心値餘技術之— G 0 Β位元調整實例；以及圖9示出根據本發明的原理而進行速率控制不穩定性之一 G Ο Ρ位元調整實例。 f施本發明之最佳禮式根據本發明的原理’提供了一種即時即時單一掃位4送速率（VBR)編碼之速率控制策略，易於以硬體實 =種控制策略，並可在諸如任何MpEG_2壓縮系統用此種控制策略。 _ MPEG-2編碼器（！ 00)的塊圖實例係示於圖l。圖1 、、出編碼器用來將_影像流編碼並將經過壓縮的影 •10· 本纸狀度iii则’關( CNS ) A4)tm ( 210X29TS7 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

_____404132 b7 五、發明説明（8 ) 像流解碼之這種影像及信號處理工作β MPEG-2編碼器（1〇〇)是—種精緻 · ，及時間影像分析器、量^訊内 1 (她〇Py)編碼器、及一速率_策略，該速率㈣策略確保滿足一所選應用需求的完全符合影像流之產生。將一影像2的每一亮度影像分成若干16 χ 16像素的非重疊區段，廷些區段又再被分成8 χ 8個區段。根據4 2:2或4:2:〇的色訊抽樣選擇’兩個色訊影像將產生四個或兩個8χ8區段。將包含所有亮度及色訊區段的這组區段稱爲一巨區段 (macroblock)。一個4:2:2巨區段具有八個區段，而4:2:〇巨區段具有六個區段。利用—個二維離散型餘弦變換 (Discrete Cosine Transformation;簡稱 DCT)(1〇2)將每 8 χ 8區段的像素變換到頻域。DCT係用來得到高優先（低頻）頻率係數及低優先（高頻）頻率係數之類別，而對輸入區段執行能量緊縮。DCT是一種去掉影像區段的某些空間冗餘的快速且有效率之方式。係經由一種稱爲移動估計（Motl〇n Estimati〇n;簡稱 ME)(104)之技術去掉時間冗餘。在此種架構下，在—搜尋窗内移動一個屬於一先前影像之對應巨區段，即可預測任何売度巨區段。將搜尋最佳巨區段匹配的程序定義爲移動估计。然後在考慮下以巨區段減掉該最佳匹配（預測），並對巨區段差異應用一 DCT變換。此外，產生一個指向所預測巨區段的移動向量（1 〇 6 )。编碼器及解碼器使用該移動向量（Motion Vector;簡稱MV)向對應的巨區段進行移 -11 - 本纸張尺度適用中囚國家標率（CNS ) A4規格（21 ox 297公楚） •裝--·-----訂 i------ \ (讀先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 404132 b7 _ 五、發明説明（9 ) 動補償（Motion C〇mpensete;簡稱⑽），並找出最佳的匹配。只對巨區段的亮度部分實施移動估計，而換算並使用所得到的移動向量以移動補償色訊區段對。係採用__種被稱爲差動脈碼調變（Differential pulse c〇de M〇dulati〇n ;簡稱 DPCM)的技術實施移動向量的编碼，其中係利用一先前編碼的巨區段I移動向量預劍一移動向量，且只將移動向量 &其預測間I差異編碼。利用之代碼字组表示移動向量差異。如圖2所示，MPEG-2標準使用丨（影像内編碼）、p(預設）、及B(雙向預測）型影像。影像内编碼〖只使用影像内"之資訊，而P型採用對先前編碼的丨或p型執行的移動估計及補償工作，而預測一巨區段（200)，並計算—個所要編碼的預測誤差。這是一種有效率的壓縮方式，因爲經過移動補償的巨區段差異包含的資訊少於原始的巨區段。通常將P型影像稱爲順向預測影像，因爲這些影像利用先前的影像而預先作預測。例如，在圖2中，一移動向量 MV<(202)被用來找出影像P中巨區段（2〇〇)之最佳匹配，該巨區·^又（200)係位於影像I中，且係位於一搜尋窗（2 〇 4 )(以圖2中之虛線示出）内。 B型影像使用順向預測及逆向預測的及未來I或p瘦影像之資訊’ B型影像尤其適甩老不同的方向及不同的速度移動之物體。此外，與用於p型影像的因果預測比較時，用於B型影像的雙向移動估計架構在有雜訊的環境中更具有軔性。這是因爲可平均兩種預測的標稱値，而同時使 -12- 本纸張尺度適州中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I— I - -- - -- I ..... ί ^ I- =· I i 1 --- ml·. I l~ -- - - !— HI ^ i- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本萸) 404132 at _B7 五、發明説明（1G ) 用兩種預測。在圖2所示的實例中，影像B i中巨區段之移動估計工作包含由MV ^代表的—順向預測、及由 Μ V ^代表的一逆向預測。對於影像b 2而言，係分別以及MVh代表順向預測及。編碼器（100)在數個步驟中將各種影像類型量化（100)。首先’將一影像類型特有的量化矩陣應用到一個8 X 8 D C T區段。該矩陣各元素（權値）係經過選擇，使^^查係數較爲重要°這些係數包含且，影像的收視品質有較大的影響。然後計算—量化換算因數，而根據局部影像的活動性、影像類型__的複雜性、及緩銜^充滿的一量測値，而將各巨區段分類成若干不同的類別。該指標與分配給一影像的位元數、及該影像之收視品質直接相關。根據MPEG-2標準所規定的程序，首先掃描（112)每一 DCT區段，然後將量化後的各交流（Alternate Current; 簡稱A C )係數聚集在一起，而得到實際位元數。利用一 Huffman查閱表，以一特有的可變長度碼（Variable Length Code;簡稱VLC)對每一群進行平均資訊内容编碼（1 1 4)。利用D P C Μ (類似於爲Μ V之編碼）及均勻量化，而將直流（D i r e c t C u r r e n t;簡稱D C)係數編碼。平均資訊内谷编碼邊（1 14)的輸出被輸入到平均資訊内容解碼器（116)。解碼器（11 6)之輸出在經過一反向掃描 (118)、反向量化（120) '及反-向離散型餘弦變換（122)等的處理之後，送回一個有耗損的差異巨區段。如本門技術中所習知的，經過解碼的影像然後經由一延遲裝置（124)而 -13- 本紙張尺度適川中囤國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） ---- (請先閱硪背面之注意事項再填寫本页) ---------------扣^— -V1--I- - '1T·—J - II--^- ----- I--- A7 404132_£ 五、發明説明（11 ) 傳送到移動估計裝置（104)及（或）移動補償裝置（1〇8)。因爲經過壓縮的影像流之瞬時速率隨著時間而改變，所以使用一解碼緩衝器來吸收速率波動，並將固定的頻道速率轉換成經過壓縮的影像位元，且將這些經過壓縮的影像位元傳送到一個實際的解碼器’以供處理。因此，在本發明的一速率控制策略實施例中，追蹤緩衝器的佔用層級、影像的複雜性、及影像巨區段的局部活動性，其中情形將於下文中詳述之。编碼器（100)包含一種用來產生一個完全符合的影像流且滿足所選擇應用的需求之速率控制策略。根據本發明的原理’編碼器（100)的速率控制策略包含一個用來將一輸入位元流（例如一影像流）的圖框编碼之可變位元傳送速率 (VB R)编碼架構。然而’在討論本發明的vB R編碼架構之如’將先討論某些速率控制的基本概念，以便強化對本發明的了解。這些基本概念與固定位元傳送率（CBR)编碼架構有關。 1 · C B R速率控制某太概仝通常將一 Μ P E G - 2影像流分割成若干較小的間隔，例如立，像為（G Ο Ρ)或圖枢群ί這些影像又被分類成影像類型I、 Ρ、及Β。分配每一 g 〇 ρ的位元數，使一 I型影像的分配數多於一 Ρ型影像的分配數。這是因爲一 ρ型影像使用移動估計技術來估計其内容，因此，將平均資訊内宕低_原始來源的一經過移動補償吃圖框差異（M〇ti〇n Compensated Frame Difference;簡稱MCFD)编碼。B型影像传用最少的位 -14- 本紙乐尺度適削，國國家標準（CNS) A4規格（2I0x297公幻 ---------- --r--?--訂一1 I* 一讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} A7 B7 五、發明説明（12 疋數，因爲其移動估計技街較p型影像更爲徹底。將不同類型的影像編碼時，上述方式提供了一個在一G〇p内維持相同影像品質的基礎。此外，可減少B型影像的位元分配，因爲將不B利用B型衫像來估計其他的影像。一個經過编瑪的 GOP係以一 I型影像開始。指定給一影像類型χ ( χ ε { I，Ρ，Β })的位元數係與在該類型影像品質中所感知的失眞量有反向的相關。在 J.L. Mitchel卜 W.B. pennebaker、C.E. Fogg、及 D.J.

LeGall 的著作 Mp£g_Vj_de〇 Compression Standard,,(^^MPw York的Chapman and H a 11公司於i 9 9 7年出版；本發明特此引用孩著作炙全文以供參照））中之實驗結果顯示來源（或影像、或圖框）的速率R與量化因數Q之間存在著類似的行爲’可以簡化的形式如下式所示： (1), (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂！好浐部中""'-準而，，5(-7消於合竹^卬欠其中X是每一影像類型的一預定複雜性量測値。然而，因爲來源隨著時間而改變之、本性，所以在將每一影像類型編碼之前，先決定—個新的複雜性量測値。通常是根據過去的編碼參數（例如位元、量化因數、及（或）某些預測統計値）計算該參數。對_鮮£(3_2影像流的每一 G〇p 而言’ C k所提供的位元數被強制爲：

X

x=I,P,B (2), -15- 冬紙張尺度適扣中國國家標準（CNS ) A4規^公釐 404132 A7 _____________B7 五、發明説明（I3 ) 其中指標k表示GOP數，X是影像類型，Νχ是在一 GOP 中類型x的影像數，Rx是類型x的目標影像位元。對於一 CBR影像流而言，Ck = Cgop，其中Cgop是一固定 GOB位元。對一特定的C]c而言，在方程式（2)的條件下儘量減小各量化換算因數的平均總和，而儘量提高該G〇p之影像品質，

Nx (3). 並不在方程式（2)的限制下儘量減小ψ ,而是去掉此一限制條件’並使用拉格朗日乘數（Lagrange multiplier)几，以便儘量減少丁： (4). 在方程式（1)所述的速率量化模型的協助下，將每一影像類型的目標位元推論如下： R: X3 ck Σχ (5). (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ml -1— I 1-.- - i I. - s- 1 !-- -II . - - - I J -1 —！-· 1- - I - . ,i- n^— 訂

好浐部中决"·^^，·^ t_消於合竹U卬ϊ! 方程式（5 )中之目標代表理想的影像位元，且平均位元將幾乎必然偏離該理想位元。計算累積誤差，並將該累積誤差傳送回固定位元傳送率控制技術，以便確保最後的 MPEG-2位元流符合平均位元傳送率或總預定位元數。使 Cic，ideai&Ck actual分別代表g〇p k的理想位元及實際位元 -16- ’ __ 本張尺度適用中固國( CNS ) M規格（21〇χ297公楚) — 404132 五、發明説明（Μ A7 B7 c

Ck，ideal爲理想位元與實際位元間之差異。此外，使“㈤分別代表影像立的理想位凡及實際位7L，JL β i pic = Ri actuai_Ri Μ…爲理想位元與實際位7G間4差異。在已將n個影像編碼之後，可計算總累積誤差如下： u a 1 - n-n9G-i .pic=An-1(9〇 +Δ 9〇Ρ n-l,pjc (6) · GOP的大小爲g=2 ΧΝΧ且ng = 有已處理GOP的子誤差累積-係爲•丨，㈣，而An十伙是在编碼順序中最後—個但當爲結束的G Ο P之子誤差累'積。現在可爲得自先前編碼的影像的位元之產生過度或產生不足，調整出理想的影像目標。屬於G〇p(k = ng)而在對第11 個影像編碼前之新理想位元爲：吾·丨碼GOP的數目。所 --I - -- 1 - - - I mu I - 1 ^ii— I. —^n n fc M I lOJ1 - 1* * - i (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

R ^nt ideal' ΣΧ-χ (7), N: 好沪部中"^19x'J、h T·消抡"竹杉卬欠其中Cgop是一固定數目的CBR (JOB位元；cv是諸如10 乂及八11-1-/\11-1,§〇{)+八)1-1,1^(； ο Λ是一個指示進行調整的積極私度之常數。在將每一X影裱編碼之後，即更新複雜性量測値X，並計算次一影像的基於方程式（7)之新的目標。孩目標應符合將於下文中説明的某些限制條件，以便確保解碼缓衝器不會碰到上溢或下溢的狀況。最後’得到一個在方程式（1)的雙曲線上界定之量化換算 17 本紙張尺度4則，_轉準（⑽）Α4規格（2似297公楚 404132 ΑΊ --------------Β7 五、發明説明（15 ) ~" 因數Q。請注意，每一影像氣型有其本身的複合（R_Q)曲線 ’此外，對於每一影像，可稍微調整Q因數，以便保證以相同6^^|見到直|的圖框。本文中將不説明加入巨區段層級速率控制的收视效果之方式及在經由調變Q因數而將工作編碼的過程中符合理想目標之方式。然而’上述廷些方式係述於1993年4月公佈的1§〇/1]^ JTCl/SC29/WGll/N040〇"Test M〇del 5"，本發明特此引用該文獻之全文以供參照。前又所述爲各種CBR基本概念之説明，下文中將説明本發明的VBR技術，尤其是即時單一掃描VBR技術。 2. VBR影像調變各量化參數，即可在_ G0P内得到一固定目標Cg。的恆定品質，此種方式因而激發了第i節之CBR速率控制技術。利用任何統計値變化或位元不足，以協助穩定在時間向度上的C B R速率控制技術。此外，一 μ p £ g - 2 C B R 編碼器利用一组通用常數及預定起始複雜性量測値，而在分配給不同影像類型的位元數之間維持某一比率。然而，就複雜性的嚴厲或柔和而將一群諸如G 〇的連續影像分類成不同類型的時間間隔而言，在即時單一掃描 Μ P E G - 2編碼中上述的努力受到限制。爲產咕眞結果而需要的大量（或少量）位元界定了影像複雜性的嚴厲（或柔和）。對於多次掃描CBR或多次掃描VBR編碼而言，此種資訊是已知的，因而可提昇品質。然而，在本發明中，由於係即時調整G 〇 B位亓.，所以 -18- 本纸張尺度通扣中囤囤家標準（CNS ) Α4規格（2丨0Χ297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝_

、1T I- - 1

II I —.n κι A7 B7 404132 五、發明説明（l6 CBR編碼的速率控制策略又增加了一層複雜性。此一問題特別具有挑戰性，因I任何影像來源的統計本質既無法預先知道且又暖I時間變而且不可能正確估計來源的^ 佈。本發明的即時單一掃描VBR編碼器利用_(c_q)感知模型來區別各影像段落複雜性的嚴厲或柔和，其中每二影像段落對應於方程式（1)所=定的一特定雙曲線。'然後沿= 該雙曲線計算各實際的（¾ _万）對。 2 _ 1速率量化感知模型：由於每一影像段落（亦即每一 G0P)係與—編碼困難度層級相關聯，且可以諸如總影像位元、量化換算因數、空間活動性，時間活動性、信號雜訊比、或上述各項的任何组〇等各種來源統計値或壓縮參數來量側此種複雜性，因而在觀念上激發了本發明的VBR ^應將較大量的位元分配給一個編碼困難度層級較高之影像段落。這是—種與速 2控制技術不同的方式，在CBR速率控制技術中，係將固定^目的位元分配，而不管來源的複雜程度如何。由研究的努力得知：對於由複雜、中等、及容易的材料構成的太量測試實例而言，影像間隔的速率與量化換算因數I間有相當大的相關性。此種相關性係述於諸如r RajagopaUn等人於1 998年1月26日提出申請的待審查美國專利申請案09/0 1 3, 149"固定或可變速率的數位移動影像流1兩次掃描编碼方法"（内部案號γ〇 9 9 8 _〇23)，本發明特此引用該專利申請案之令文以供參照。此種相關性尤其係由下列方程式示出： -19 本紙張尺度適/1]中囤囤家棉準（CNS ) Α4規格（21〇)<297公釐 1^— - I I II— - 11 ----I -I ' I - . - I: - * ----- ----IU.1 _ - . * (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 好浐部中夾ir.-^-/';.,J!T.消介合竹.^卬-^ 404132 A7 —---------- 五、發明説明（Π ) (a1+a2i?J) (8), 其中a!是一感知線（301)與一 C抽（302)交叉的一點 (3 〇〇)(圖3 )(例如a〖=〇 2) ; a 2是感知線（3 〇 i )的斜率（例如 a2 = 〇.〇6) ’且々指示該感知模型是線性或非線性（例如卢 =1指示線性）。係根據應以相同品質下收視到所有類型的影像間隔之準則，而推導出方程式（8)之Ra_Qa關係。此外，我們建議產生一較大量化換算因數Q的困難影像段落應耗用比經過壓縮的影像流的平均位元傳送率更大的位元傳送速率，而容易的影像段落則使用較少的位—元數上此身量雅在形喊可靠性的單—掃描VBR编碼技術時提供了一積丰式部件，因爲此種關係利用了影像來源的可狻柹。利用上述關係時，可根據本發明的原理，而以下列感知模型的斜率K決定分配給每一間隔（例如每一〇〇 p)的實際位元數：

Ra = K{at+a2Ql) = KF{Q^ (9) ·

I 尤其根據本發明的一技術，爲每一影像間隔（亦即每— G Ο P)調變（以每秒百萬位元數量測的）常數κ，以便確保經過壓縮的影像流之平均速率符合所需的目標速率。將於下文中詳述用來調變K的一種技術。 2.2 V B RI率控制技術！： -20- 本紙張尺度適川十國國家標隼（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) I - < 1— bnn 一 IT * t^n In— · ----: 1^1 HI n^— -1- 1 1 - -. - II I -- - —I— A7 B7 一 404132

五、發明説明（W 枯描VBR编碼器的效率係與該編碼器的速率控制 ΪΓ:ί根據影像流複雜性的柔和或嚴厲而調整的速度 ,/A w ;符沐效果的區域中，應儘量減 =品質的降低。因爲在單一掃插編碼中影像的統計値 2又限於先前分析及编碼的影像，所以速率控制技術的學習速率應適當而足以預測未來影像間隔的内容，但又不會太過積極而造成演算法的不穩定性。解決此種雙重問題二一種方式即是在每-時間間隔（亦即每—G0P)中調整經過壓縮的影像流之品質，使該速率控制抹術學習在該時間間隔内每一影像之局部内容。根據本發明的原理，VBR輸入影像流Svbr是諸如數個相接的影像或時間間隔（亦即G0P)之—序連，每—影像間隔在在一個不同的CBR位元傳送速率下工作。2 i節中説明的感知模型決定了每一影像間隔之動態位元傳送速率調整 ’而係利用方程式（1 )之速率量化模型計算實際的（己_ ^ )對。因此，可將VBR影像流Svbr分割成由指定的有限數目之GOP。界定GOP Sk的一平均位元數Ck、及一平均量化換算因數，使[LSkpG-ICk Qk]。根據本發明的原理修改方程式（9)的各項，以便形成G Ο P S k的千崎仓元與量化換算因數間之一相依性如下：KF(Gk)(方程式（9 a))，其中係由f界定影像之圖框速率。以（Ck-2, actual，Qlc-2,actual)及（Ck-l,actual，Qk-l,actual)代表已編碼的GOP Sk<2及Sk-1之平均位元及平均量化摄數對。可將一 CBR或VBR MPEG-2编碼器J於這些G〇p -21 - 本紙張尺度辿州中國囤家標率（CNS ) A4規格（2丨0X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填艿本頁) 裝--------訂一^------- 部中 A il if 消 A ίΐ 卬 f- 404132 A7 B7 五、發明説明（l9 的編碼。此外，假設如同在方程式 ^ ,1. 4* . .. .. J 干 C 1c 與 Q k 之間有一雙曲線相依性，並假設在本發明中利用上關係的一線性模型如下：士預'到^ where,

△A ^Qk tljc=Cfc-l.acCuai + iJt0., actual ^C^ck-i.actu^-ck_2iactual ^〇k=Qk.2iactual~Q 尺 **1，actual (10). 二程式（10)界定了-特定G0P在分析下的瞬時速率h 狀態。圖3中示出方程式（1G)的線性模型及該線性模型與〉程式（9a)的感知模型間之關係。爲了找出同時解方程式⑽及方程式（9a)之感知模型。^用點例如，以（己1，6 1 )及（己2，6 2 )解各方程式，而得到理想十用點3 ’並以（C2，Q2)及（c：3，Q3)解各方程式，而得到理衣作用點4。 A 尤其是在下式所示的平均位元下將次一GOP編碼： (11) 調變每一G ο ρ的常數κ，而確保VB R影像流所產生的總位凡數不會大於諸如DVD光碟等儲存或擷取裝置之容量。例如’如果可使用的總位元數是Rtct，則在對輸入影像流的每一GOP進行分析及编碼之後，可利用方程式（9a)的感知模型計算K如下： -22 本紙張尺度關巾_家網M CNS ) Μ規格（2丨GX297公麓） ---------‘裝--------訂-----„---^ ** (諳先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 A7 =—______ gE^W- ic=o (12), 五、發明説明（20 fR, iom一其中N g。p疋輸入影像流中之G 〇 p數，G是G 〇 p的大小。可易於在-多次掃指編碼架構中計算出方程式（i 2)的分母，但疋在如同本發明的單一掃描即時壓墙架構中無法得到該分母。因此，根據本發明的原理，替代性地使用_先前編碼的幻像影像流，其中—組G〇p量化器係界定如下： (¾ 4〇p-x k=Q, 其中是幻像影像流中經過編碼的G〇p之數目。因而在將輸入影像流的每-G〇P編碼之後，調整方程式（12)之總和〇若已知-影像數及-預定位元數Rt〇t，則本發明之單一掃描VBR編碼器將負責將所產生的所有位元放入數位媒體中。爲了避免超出或不足，動態地修改每一 G〇kRT〇T。以RT0T減掉實際位元，而得到經過調整的預定位元數 Rk，t〇t ’並利用該Rk，tC)t設定一個新的斜率： 1^1 I - I ! . I-- - ' I m. I· - -- ί - *- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :‘部中""-^-^m T.消於合竹ίι卬舻

Kk: fRk. tot (13). 圖3示出如何在將複雜性爲柔和或嚴厲的G〇p編碼的情形中調整感知模型。因爲無法在—單—掃描vbr編碼架構中-十算出K及K的仝母’所以已根據本發明的原理而開發了 ,23- 本紙張尺度適中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）第87110219號專利申請案中文說明書修正頁(89年5月） A7 五、發明説明（ 21 B7^04132 一種技術，用以調變K，並估計待分配給每一G〇p的位元數。將此種即時單一掃描VBR架構稱為學習程序，因為該架構在進行中學習某些資訊。下文中將參照圖4而說明一學習程序實施例： 1.以P代表重元組（tuple)所界定的一經先前編碼之幻像·在步驟（400)中，Z0的典型值為108，且N。的典型值為114。 N.

g〇P set ζϋ·- Σ

Ng〇p~i k=o and nq and 9〇P' 广请先st#背面之注意事項#填寫本莨) 一装· 2.在步驟（402)中，啟動VBR速率控制技術，使用諸如一 CBR MPEG-2編碼器，而在f.^〇p的速率下將輸入影像流的前兩個GOP(亦即％及5〇編碼。f 的標稱值應對應於使用者所設定的VBR影像流之平均速率。 J .在將S k ·,編碼之後，在步驟（4 〇 4)中更新各參數。例如，將代表編碼困難度量測值總和的z k及作為調整後G 〇 p數的〜更新如下：Zk = Zk 1+ r F(Qk i aetuai)，Nni + γ，其中r是學習演算法的更新速度（例如τ=2 〇)。此外，並計算Cu actual及總和Σ爲Cj。 (a) 如果（k -丨=〇) ’則將k遞增1，並回到步驟3。 (b) 否則，根據方程式（1 〇)中所界定的預測模型而計算諸如fk及？？（：等的其他參數。 4.在步驟（404)中，利用步驟3之總和項以決定預定位元數中之剩餘位元Ru〇t。例如，以Rt〇t減掉Σ爲c ]，而得到R _。 -24- 本紙張尺度_中ΐ國家鮮（⑽( 21GX297公缝訂線經濟部中央標準局員工消费合作社印製 --404132五、發明説明（22 A7 B7 5.在步驟（4 〇6)中，量測新的斜率： fRk.t〇tNk Kf=--->Pkzk 6_在步驟（408)中，利用前文所述的方程式（1 1)或將於下又中説明的方程式（i4)計算新的目標。7. 在步驟（41〇)中，在¥6尺模式中將51^編碼。 8. 在步驟（414)中，如果影像流中尚有未完成的G〇p，則回到步戰3，否則停止。 Zk項係用來將其本身調整到每.4QP的影像内容，並使 V B R影像的變化性平滑化。—該項係作爲一安全措施，避免將不合理的位元分配給極高（或極低）複雜性的各〇〇 p。則文所述是一種用來決定所要編碼的一〇〇 p s k之平均位元。概言之’係以下列方程式設定該等目標位元：

b, tot^k) PkZk J (14) (請先閱讀背面之：;i意事項再填寫本頁) -裝.

*1T 經濟部中央標4,-局员工消费合作社印裂下文中將參照圖5而詳述本發明之速率控制技術。在—實施例中’將一個未經壓縮的輸入位元流（例如一影像流）輸入一壓縮引擎（500) ’該壓縮引擎（5 00)包含諸如圖！所示且於前文中説明之編碼器。因爲無法預先知道該輸入影像流’所以利用舊有的晶片技術（亦即一習知的C b r或v b R 汝算法）啓動該壓縮引擎（5 0 0 )。’然後在諸如匚b R模式下將前兩個G Ο P编碼。 -25- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4%格（210X 297公垃） A7 B7 -- 五、發明説明（23 前—延遲以（5G2)，用以説明資訊將係得自先㈣GUG()IV2)，並非得自作爲秤編碼的次一 GOP之G〇Pk。然後在步驟（504)中計算最後兩個經過編碼的G〇p(例如 G〇Pk.丨及GOPk-2)中的每—G〇p之平均位元d]、及這一 G 0 P的平均Q因數Q丨，Q 2。舉例而t，前文中係參照方彳式1到7而説明计算前兩個GQp的平均位元及平均Q因數 =方式。然後緩衝儲存(Uo，仏九）値，且隨後將用這二値來估计所要編碼的次一 G 〇 p所需之g 〇 b位元。爲了在步驟（506)中估計新的g〇b位元，將方程式（1〇) 之（ε-β)預測模型（508)及方程式（9a)之感知模型用於估計新的GOB位元。如圖5所示，在步驟（511)中，將待耗用的剩餘位元及待編碼的影像數等學習程序之經過更新的參數輸入到隨時間變化的感知模型。預測模型及感知模型相符的點即是G Ο P k的G Ο B位元之估計値。係由前文中説明的方程式（1 4)界定該點。除了前文所述的以外，在步驟（5 12)中可針對特殊效果或不穩定性而調整G Ο B位元的估計，其中情形將於下文中説明之。在推導出新的GOB位元之後，在步驟（514)中使用一影像位元分配模型將一位元數指定给所要编碼的G Ο P之每一圖框或影像。在一實施例中，爲了調整每一影像類型的目標位元，將C k乘以G Ο P大小G，並利用下列方程式得到每一影像的理想位元： -26- 本紙張尺度適用肀囤囤家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐）請先閱讀背面之注意事項再填 η 本頁裝訂好浐部中夹悴^-’-?,,Ji.T>vi於合竹=11印纪 A7 B7 __404132 五、發明説明（24 ideal' ai^n~1^g〇p"0C2^n-lfpic) (15). 對於一CBR類型的作業而言，每一G0P將耗用相同的位兀數，而且如果在理想的G0P目標位元與實際値之間有差異，則長期G0P誤差將被所要編碼的次一g〇p承接。因此，一 G0P、一群G0P、或整個影像流的影像流位元傳送速率將是相同的。長期G0P誤差是。然而，在即時 VBR的情形中，並不需要承接長期G〇p誤差，因爲每一 G0P可在一不同的位元傳送速率下工作。vbr架構的責任在於針對影像品質而將總預定位元數最佳化。在有上述方私式的參數a 1的情形下，我們可換算該長期G Ο P誤差，並在將該長期G Ο P誤差傳送到V B R編碼器的速率控制演算法時，控制該資訊。一旦設定VBR G0P目標位元之後，即利用a 2以符合G 0 P内的預定位元數。a 1及a 2的典型値分別是0.0 5及〇 . 2。例如’將C B R速率設定在每秒4 · 〇百(萬位元，並將第一個G 0 P編碼。假設每秒耗用了 3 · 9百萬位元。其餘的每秒 0.1百萬位元將進入次一 G0P(第2個），且該g〇P將得到每秒4.1百萬位元（在理想狀況下）。但是，如果第2個G〇P只得到每秒3 · 5百萬位元，則前兩個G 〇 P共有每秒〇 · 6百萬位元的不足’此種不足將由第3個G0P承接，以便確保在每一個G0P計算的固定位元傳送率dVBR並不需要此種方式 ’因爲我們嘗試在C B R不穩定的區域將影像品質最佳化。 •27· 本紙張尺度適/11中囤國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） n^i aft im mt^ fl^n »·111 w Iw ，T .· (請先閱讀背面之注意事項再填荇本頁} ~^--- 五、發明说明（25 ) " ~~ ---------^丨_ -~ f請先聞讀背面之注意事項再填艿本页) 應保留剩餘的位元（每秒0·6百萬位元），並將這些剩餘位元有效率地用於較困難的（較嚴厲的）影像編碼。這就是〇 1相當小的原因。在決定影像的理想位元之後，利用諸如方程式（1)推導每一影像的量化因數。將該量化因數輸入到壓縮引擎（5〇〇)， I縮引擎（5 00)被用來壓縮現有g〇P的每—圖框或影像。該壓縮引擎的輸出是根據本發明的原理而在_單一掃描即時可變位元傳送速率模式下壓縮的一影像流。在將圖框編碼之後，即可自諸如壓縮引擎（5 〇〇 )内的一計數器取得分配給每一影像的實際位元數。然後將這些値放入方程式（6 )，以便決定實際位元偏離理想位元有多少。在圖5中，示出與壓縮引擎（5〇0)無關而係用來估計g〇b 位元數的各種程序。亦即，獨立於壓縮引擎（5 〇〇 )的這些處理邏輯或電路可用來執行這些程序。然而，在另一實施例中，可將圖5所示的一個或多個程序包含在一個晶片内（亦即在壓縮引擎（5 00)内）。 :¾¾:-部中戎«.·準而h-t.;/]贽合竹彩印纪前文所述之單一掃描VB R速率量化架構係基於下列假設 :一解壓縮引擎内的解碼緩衝器有無限大的容量，且永遠可取得足夠大的位元數。然而，在現實的情形中，緩衝器的容量是有限的，且係由Μ P E G - 2標準所界定。因此，本發明之編碼架構負貴消除解碼緩衝器可能會碰到的任何上溢或下溢狀況。檢查一假想解碼缓衝器（亦即一影像緩衝器驗證器（Video Buffer Verifier;簡稱 VBV))、，並計算指定給—影像類型的位元數之下限/上限，即可達到上述目 -28- 本紙张尺度適jiTFig!家標率（CNS ) A4規格（21〇χ297公瘦) —' _ 404132 — _ -___ 五、發明説明（26 A7 B7 的。在-VBR的情科，幸運的是不會在解碼緩衝器中發生上溢的狀況。這是因爲在VBV解碼緩衝器的佔用量到達其最大限度之後，立即停止填充解碼緩衝器的工作。因此，在影像界限中加上-個零的下限。此外，係在使用者設定的最大速率R„ax(以每秒百萬位元爲單位）下填充解碼緩衝器。然而，在一VBR解碼器的VBV緩衝器中可能發生下溢的狀況，且應指定一個不大於一預定値之上限，以避免此種狀況。因此’以分別代表在去掉^個影像之前及之後的解碼緩衝器填滿程度。可將Β 計算爲：

Bn=Bn~Rn,actual (16). 此外，在去掉次一影像之前的缓衝器填滿程度爲 (17), I I----- - 1. - m I I—--Γ '!iT - (請先M讀背面之注意事項存填筇本筲) fes;.部中央奵^1-,而U.T消妁合竹.^卬*';本其中Bvbv是影像缓衝器驗證器的總容量，且L是第η個影像（顯示期間。（Tn*f的相反）。在去掉第&個影像之前，可得到緩衝器中所有的資訊，因而上限^變成緩衝器之填滿程度。限制影像目標位元的標稱値係由下限Ln及上限u 所指定： " °

Lnn^〇IN{BvbV' Bn'X -Rn-1, actual ) (18). -29- 本紙張尺度適則，_家料（CNS ) A4規格（21GX297公货） A7404132 ~~•一〜—^... ________ 五、發明説明（27 ) B7 因此，利用影像界限來限制理想的影像位元： R 一 .ideal'

Pn lf ^Rn.ldeal>Un) Ln el5eif ^n,ideal<Ln) 户n, idea! (19). 經米部中呔i:.^'-^h.t消价合竹打卬纪上述是由{RT。!·，{Ri，Qi} f=〇}指定的一單一掃描VBR MPEG-2编碼器。該编碼器沿著由聯解一隨時間變化的感知模型及一組C-$模型而形成的星座上工作。首先以GOP 複雜性的"柔和"或"嚴厲"決定該星座内—G Ο P的（ί： k - Q k) 對之相對理想位置，然後以預定位元數的剩餘數目的位元來調整該相對理想位置。以-影像類型的（R _ Q )模型表示一影像的（Ri，Qi)對的當地位置。圖3示出採用可變位元傳送速率控制技術1的VB R編碼器形成的（ck_Qk)對之—星座之情形。在此圖中，己= 0gQp界定的常數線指示在cBR模式下編碼時所有（Ck-Qk)對的理想位置。此外，該圖反映了下列事實’當各GOP複雜性的嚴厲増加時，平均量化換算因數亦增加。—分別^以白S及苎色的圓圈示出理想及實際的作用點。以（Cj-Qd及（C2-Q2)代表一，，柔和” G〇p的前兩對，而係在一影像流開始時啓動VBR編碼器而得到這兩對。以 ”3"表示的次一理想作用點係在感知模型（實線）與因果預測模型的f又點上。點"3"的位置指示分配—個小於影均位元Cgcp的平均位元。然而，該編碼器的輸出（亦即（_^3_ Q3)點)將是不同的’因此’將推導一個新的感知模型心表示），以符合預定位元數限制。然後利用及 (CrQO對而得到—個新的感知模型（以虛線表示），並計算 -30- 本紙張尺心财 _ ^-(cns)^~(210x297^7 I - I ...... I - -I - U - -1 > —11 * - HI τ» "1-'m -- (請先閱讀背面之注意事項再填本頁) 好浐部中^^^Λ.-;!-τί7ί^;Α"4"卬·" 404132 五、發明説明（28 ) —個新的作用點，亦即點"4，，。如果影像流包含大量的相接 —柔和” G Ο P，則感知模型終將涵蓋—條在接近c B R輸出對 (Ci-Ch)及（C2-Q2)處與 C = Cg()p 交又的線。如果影像素材以"嚴厲"G Ο P開始，則實際點（c 3 _ $ 3)的位置係在C = Cg。p線之上《因而確保在c b r编碼器作業最不穩定的區域（亦即”嚴厲” G Ο P)中對可用預定位元數的最佳化》在此種情形中，形成一個新的感知模型（以虛線表示） ’而逐漸降低所分配的GOB_位元’一^含預戈备每美φ] 。該模划i拿同新的因果預測模型（亦以虛線示出）決定以"4 " 表示的次一作用點。在輸入影像流主要由"嚴厲"G 〇 p構成的情2卞，感知模型終將與在一接近及（ϋ2：)處符合C = C g。ρ的一線重合。對於—個典型的影像節目而言，不可Bb在一段較長的時間中沿著同一 G 〇, P (或先前計算出各點的一星座）工作。然而，有可能在短時間之後自一 G〇p跳到次一鄰近的G0P。因此，我們可推論下列行爲。在感知模型於該模式可無變化地降低一 G 〇 ρ的"嚴厲"或"柔和"的情況中安定之前，速率控制技術將遷移到一個新的GOp。先刖编碼的影像類型之實際量化換算因數値決定遷移到_ 個••較嚴厲"或較柔和^的G 0 Ρ。對於—個未來的”較嚴厲的”（”較柔和的”）G0P而言Γ係如圖3所示而移到先前編碼的G0P之右方。因此，在與感知模型交叉的位置產生了高於（或低於）先前G0P所耗用實際位元的G〇B位元。此種機制確保在一群具有類似"編碼困難度層級"的相接G 〇 ρ中，係在對應的影像間隔之編碼後内容中分佈"嚴厲"（或"柔和 -31 - 本紙張尺度適州中國國家標準（CNS )Α4規格（210X297公楚） _ I_ II I - II ' 士.f/ I ΐ I m ~ - 1^1 *T 齡 · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 404132 五、發明説明（29 ) ")降低或增加之效應’而最複雜的（最不複雜的）(3〇ρ將相對於其他GO Ρ而獲得最大的（最小的）位元分配。雖然此種技術係基於調變感知模型的斜率K，但是亦可轉換該感知模型以符合使用者所設定的總位元數，而形成一種替代的 VBR速率控制技術。將於下文中説明此種可變位元傳送速率控制技術。 2-3 VBR速率控制枯俯7 在本節中’將説明用來計算所要编碼的每一 G〇p的目標位元之苐一種技術。根據本發明的原理，並不調變（C_Q) 感知模型的斜率K，而是解參數&1以轉換感知模型的位置 β斜率K係固定在一 CBR速率[(^”上，且以下式推導參數 a ί · __________ — R -C a ν' N90P-1— KT〇T k=p Q~k (20). 一即時單一掃描VBR編碼器並未界定上述方程式的總和項。因此，利用一先前編碼的幻像影像流（如同技術丨）啓動本發明的VBR速率控制技術2 ^爲了確保數位儲存媒體不會碰到超過/不足’定期監視剩餘位元，並利用剩餘位元作爲瞬時總位元數（亦即Rk，t〇t)。感知模型的轉換變化爲· 11 - I I - t 1:1 -:- - -I V 士I -I -.I- - - - I I - I Ty -- (請先閲讀背面之注意事項再填存衣頁) # tot a. ra - (21〉 -32 本纸張尺度述州中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） A7 B7 #?沪部中夾"-^而「-3!-7消抡合竹卬？^ 五、發明説明（3〇其中rg代表尚未編碼的〇〇1>之長期速率與影像流的一 CBR速率=之比—率^且將於下文中説明Yk&Ek。對於嚴厲的G Ο P而Q，（ c k :> C g。p)及比率r $随著時間而變小，以便滿足二位元數'Ek提供其他的強制動作，而沿著星座向下移動(ek_Qk)對的位置，以便降低經過壓縮的影像流之速率。如果在一段時間中將數個柔和的GOP編碼，則將發生相反的情形。每一G0P的平均位元係設定如下： (22) 根據本發明的原理，亦將一學習程岸提供給vbr速率控制技術2。在該學習程序中，設定γ的起始値並更新之。係以與形成VBR速率控制技術i相同的方式界走其餘的編碼參數。下文中將參照圖6而説明學習程序2^ —實施制。 1·以P表示由重元組界定的-先前編碼之句像，並設定VYD= (Συ，且N〇=NW ’ 步驟（600) 〇 2.在步驟（602)中，啓動VBR速^控制技術，使用諸如— CBR MPEG-2编碼器，而在%”的速率下將輸入影像流的前兩個GOP(亦即S〇及Sl)編碼。f允”的標稱値應對應於VBR影像流之平均速率。 3·在將31£_1編碼之後，在步驟（604)中更新各參數。例如，將代表每一圖框群的平均量化因數總和之更新爲 -33 一装-------ΐτ t-· (請先閱讀背面之注意事項再域寫本筲} 本紙張尺度適則家標準（CNS ) A4規格 (21 OX297公釐 A7 B7 __404132 ' 一·· ___ I - 一五、發明説明（31

Yk ，其中厂是學習演算法的更新速度（例如r=2.0)e並計算Ckiaetuai及總和 2 爲 Cj,actual。 (a) 如果（k-i = 0)，則將k遞増i，並回到步驟3。 (b) 否則，根據方程式（10)中所界定的預測模型而計算諸如f k及7 k。 4. 在步驟（604)中，利用步驟3之總和項以決定預定位元數中之剩餘位元Rk，tc)t。更新所要編碼的的剩餘影像匕數。 5. 在步驟（606)中，計算4、Ek及新的轉換因數“。 6_在步驟（608)中，利用諸如友程式(22)計算新的目標匕。 7. 在步驟（6 10)中，在VBR模式中將％編碼。 8. 如果在查詢步驟（6 12)中，發現影像流中尚有未完成的 G Ο P，則回到步驟3，否則在步驟（6〗* )中停止。以如同先前各節中所述之方式處理對VBV緩衝器佔用程度之限制及目標調整。圖7示出如何在每一 G〇p内形成瞬時因果預測模型，並配合一個隨著時間變化的感知模型而使用該因果預測模型，以便爲採用可變位元傳送速率控制技術2的VBR編碼器估計一個新的。如果在—段時間中將數個柔和（或嚴厲）的G0P编碼，則將向上（或向^ )移動該感知模型，以便符合預定位元數限制。 2.4換景在編碼程序的過程中’ VBR速率控制技術可能變得不穩定。其原因通常是特殊效果或自然發生的現象，例如換景陵速或快速移動的淡入淡出（例如自舊景淡出到黑色背子 .34· 私紙張尺度適用中囤國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐 I I- - - -- I - - - -I . - - · 士良 I- Hr —i— - Γ· . XJ 、-'° I- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 _ 404132 一 ------—------- 五、發明説明（32 ) =淡入到新景）、及突然的亮度改變（由於在動作片等電影 ' ‘B>、、相機的強烈閃光、槍擊等鏡頭）、以及壓縮後影像參數之易欠化本質。對於上述的時間及空間轉變而言，幾乎不可能進行编碼器的參數調整。 s根據本發明的原理’縱使在壓縮特殊效果的影像時，也提仏了 π ρα處的V B R景> 像流。這是由於偵測v B R編碼器（因特殊效果而引起的)演算法不穩定性，並沿著前面各節所述的一條與程序不同之軌跡設定各GOP目標，而達到上述目的。圖8不出自一柔和的G0P轉變到一個嚴厲的G〇p時對所要編碼的次一GOP作出一錯誤估計的情形。圖中係以,,不良作用點"表示該錯誤估計。將一 3點中心値濾波應用於一組小心選出的參數，即可作出較佳的估計。例如’對於V B R速率控制技術1而言，係利用下式推導出新的目標： ~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) --° q,new=G· Indian{^KkF{Qk^ actual else (23) 再舉一個例子，對於VBR速率控制技術2而言，係利用下式推導新的目標： (24)

Af/7Dr叫丨丨 a 抑1 ^-l,accuaj) : k·^ ' imk<〇) else _ l (幻，μ2°ν〇ρ,μ3s_立卿、 ^2Bk+H(k) 其中 = + γ幻. -35- 本紙张尺度適用中國國家標準（cns )A4規格（210x297公釐）好浐部中央"'^/;)，，;!二消診合竹彩卬欠 —---4D413-2__B7_ 五、發明说明（33 ) ~ 中心値濾波係用來補償可能在所有類型的G〇p(例如柔和或嚴厲的GOP)發生的（因換景而引起之）不穩定狀況。常數組{ A 1，# 2, A s}對一換景中產生的位元數強制執行—界限。在一實施例中’〆尸1〇，" 2 = 0.9、M 3 = 〇.9。當偵測到換景時，亦可使用方程式（23)及（24)的G〇p目標分配。本文中將不説明偵測換景的方式，因爲可在文獻中找到許多換景偵測的技術。因爲對每一 G〇p的編碼係以 -個I型影像’，所以如果該影像的位置是在在影像流中發生換景的地方，則使用方程式（23)或方程式（24)來設定新的目標。此外，如果編碼器偵測到—p型影像的換景，則將此類型的影像改變成一個Ϊ型影像，並開始一個新的G〇p ，且号4根據方程式（23)或方程式（24)設定新的目標。 2-5 C - 〇不穩宕& : 我們知道方程式（1)的（11_(^關係式對各種類別的影像流都工作良好，且爲許多即時MPEG及非MpEG壓縮系统所採用的基本觀念。然而，根據本發明的原理，利用該關係式建立一因果預測模型’以便依據先前各G〇p的實際平均 GOP位元及平均量化隨，而估計所要編碼的—現紅之平均位元。多而，縱使在沒有特殊效果或換景時;此種預測模型在某些影像段落中也可能變得不穩定。其原因係與影像來源的不固定本質有關，例如，數個細節豐富的物體緩慢移動通過一個有強烈亮度或豐富色_傻細節的背景時’或者在景中出現的意料外的雜訊時。圖9示出由一編碼器所推導出的兩點，其中一點係在複合 -36- 本紙張尺度適川中®囤家標準（CNS ) A4規格（2丨公釐y -I- - I. I - I - 11 I -1 I I _ - Hr I -I 1 -- - (諳先閱讀背'面之注意事項再填寫本頁) 404132 a7 ___________B7 五、發明説明（34 ) (C-Q)曲線之外。該點是前文所述準則的結果，而並不依循（ό-i)關係式。此外，此種方式有助於計算—個"不良作用點"。本發明之VBR編碼器額外引用方程式或方程式（2 4 )所界定的策略，而抑制了此種不穩定性。尤其係根據下列條件而設定各G Ο B位元： (25) (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁). (Θ^ΙΔΟ^Θ^) Λ ) M^N{Ck.nevG^ninCktfn) θΐΒβί£(ξι：<0)/\ (ei<|Ap|<0Cf)/yi(cJ： ^<Cyop)GC— eJseii(G<0)A (θΐ·<1△罚 <θ„)八

g〇P 裝---------訂其中

A fil ωΛ-2 ,actual+^2^~k-1 .actual ωχ+ω2 (26), 好采部中呔糅泽而.，：：；丁-消«-合竹.=[1卬^ 其中①！及ω 2代表濾波的權値。在一實例中，ω i = 1 . 〇且ω 2=1.0，而在另一實例中，被設定爲1〇，且ω2被設定爲 3.0。在上述方程式中，Φ是用來調變待分配的位元數之一常數。例如，φ最大値是H，且φ最小値是〇 9。在未來的 GOP屬於已處理過的G〇p所在之同一影像段落之假設下，選擇臨界値Θ L (例如〇；[)及θ 口（例如1 . 〇 );且亡k, f;丨丨是一 -37- 艮尺度適削國家標準（CNS) A4規格（21〇><297公瘦） A7 B7 404132 五 '發明説明（35 ) 平均G Ο B位无，其中係對先前編碼的各G Ο P之位元進行線性濾波，而決定該平均GOB位元。該線性濾波的輸出是新的作用點。利用MAX及Μ IN函數以濾除將造成（5-5)不穩定性的這些編碼位元參數。前文中詳述的是提供一種易於實施且可產生高品質影像的即時單一掃描可變位元傳送速率編碼器之技術。決定待分配給一 G Ο P的位元數之估計値，然^利用各種技術調整該估計値。 ' 可將本發明包含在一個具有諸如電腦可使用的媒體之製品（例如一個或多個電腦程式產品）。該媒體中包含諸如電腦可讀取的程式碼裝置，用以提供且協助本發明的各種能力。可將該製品包含在一電腦系統中，作爲電腦系統的— 部分，亦可單獨出售該製品。此外，可提供—機器可讀取的至少一個程式儲存裝置，該等程式儲存裝置實體上包含該機器可執行的至少一個指令程式’用以執行本發明的各種能力。 •本發明所不出的各流程圖只供舉例。在不脱離本發明的下尚可對本文所述的這些圖示或步驟（或作業）作出 =變化。例如’可按照不同的順序執行這些步骤，或可 ;t a:除、或修改—些步驟。將所有這些變化視爲本發明申請專利範圍的一部分。悉已詳細示出並説明了 —些較佳實施例，但是熟作出久術者當可了解’在不脱離本發明的精神下，尚可 =各^改、增添、替代等變化，因而將這些變化視爲又的申4專利範圍中所界定的本發明範圍内。 - 1- - i -- I - -- I I- - - - - I 士文 I-- I I - Γ- -II. - - (^1 TV 、-=-0 ' > ί' ί請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁j •38-

Claims

經濟部中央標準局貝工消費合作社印製第87110219號專利申請案 A8 中文申請專利範固修正本(89年5月）含f __ D8__ 六、申請專利範圍一 ~~~~~~- 404132 1. 種處理圖框群之方法，該方法包含下列步驟：將一輸入影像流的至少—個圖框群編碼；以及在對整個輸入影像流編碼之前，先決定待分配給該輸入影像流的另一圖框群之位元數，且將在—可變位兀•傳送速率模式下對該另一圖框群編碼，其中該決定步驟使用了得自該編碼步驟的一個或多個參數值。 2. 如申請專利範圍第丨項之方法，又包含下列步驟：在—單一掃描可變位元傳送速率模式下將該另一圖框群編碼，其中只在一次編碼掃描下將該另—圖框群編碼。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，又包含下列步驟：針對該輸入影像流的其他圖框群，重複對該另一圖框群執行該決定步驟及該編碼步驟，其中針對每—該等其他圖框群進行的該決定步驟使用得自一個或多個先削編碼的圖框群之一個或多個參數值。 4. 如申印專利範圍第2項之方法，其中該將另一圖框群編碼的該步驟包含下列步驟：决毛待指定給該另一圖框群的—個或多個圖框之一理想位元數；以及凋整该理想位元數，以便確保—解碼緩衝器中不會發生一上溢狀況及一下溢狀況。 5. 如申叫專利範圍第4項之方法，其中該調整步驟包含下列步驟：決定一個或多個影像界限，用以設定待指定給該等本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) M说格（2](}χ297公釐） ---------^裝------訂------線 (請先聞讀背面之注-^項再填寫本頁) 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製第87110219號專利申請案 A8 中文申請專利範固修正本(89年5月）含f __ D8__ 六、申請專利範圍一 ~~~~~~- 404132 1. 種處理圖框群之方法，該方法包含下列步驟：將一輸入影像流的至少—個圖框群編碼；以及在對整個輸入影像流編碼之前，先決定待分配給該輸入影像流的另一圖框群之位元數，且將在—可變位兀•傳送速率模式下對該另一圖框群編碼，其中該決定步驟使用了得自該編碼步驟的一個或多個參數值。 2. 如申請專利範圍第丨項之方法，又包含下列步驟：在—單一掃描可變位元傳送速率模式下將該另一圖框群編碼，其中只在一次編碼掃描下將該另—圖框群編碼。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，又包含下列步驟：針對該輸入影像流的其他圖框群，重複對該另一圖框群執行該決定步驟及該編碼步驟，其中針對每—該等其他圖框群進行的該決定步驟使用得自一個或多個先削編碼的圖框群之一個或多個參數值。 4. 如申印專利範圍第2項之方法，其中該將另一圖框群編碼的該步驟包含下列步驟：决毛待指定給該另一圖框群的—個或多個圖框之一理想位元數；以及凋整该理想位元數，以便確保—解碼緩衝器中不會發生一上溢狀況及一下溢狀況。 5. 如申叫專利範圍第4項之方法，其中該調整步驟包含下列步驟：決定一個或多個影像界限，用以設定待指定給該等本紙張尺度適用中國國家標準（CNS) M说格（2](}χ297公釐） ---------^裝------訂------線 (請先聞讀背面之注-^項再填寫本頁) 1°4132、申請專利範圍 ABCD —個或多個圖框的理想位元數之界限。如申6青專利範圍第2項之方法，纟中將該另一圖框群绪碼的該步驟包含下列步驟：一在及另一圖框群内，碉整—影像類型的—理想目指位元數其中該調整步驟包含：利用一第一換算因絮換算孩輸入影像流的先前編碼的圖框群之一子誤差累積，以及利用-第二換算因數，換算該另__ 的各圖框之一子誤差累積。 7·如申請專利範圍第6項之方法，其中該第—換算因數小於該第二換算因數。 8. 如申請專利範圍第i項之方法，其中該決定步驟包含下列步驟：為垓另圖框群將一預定感知函數之斜率調變；以及將孩經過調變的斜率用於一位元傳送速率方程式，以便決定該位元數。 9. 如申明專利範圍第8項之方法，其中該預定感知函數包含： Ck-/'lKF (QJ --------------IT------線 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央樣準局員工消費合作社印製 f中F(Qk) = ai+a2Q /，其中叫、a2、及召是常數 ’ Q k是一量化因數，且κ代表一斜率值。丨〇.如申請專利範圍第8項之方法，其中該位元傳送速率方程式包含：ckJ^〇^ ^k, Cottle -2- 本紙伕尺度適用中國國家標準（CNS )八4規格（21〇χ：297公釐） i〇4m申請專利範圍

其中Rk’tot代表一預定位元數中之剩餘位元數，Nk代表輸入影像流中經調整後的圖框群數，p k代表所要編2該另-圖框群之剩餘圖框數，Zk代表編碼困難度值之總和，§k*^ck/Aak(其中·^是平均位是平均量化因數），h等於Ck.lactual+Mkl_，乂及31與32是常數。 η·如申請專利範圍第1項之方法，其中該決定步驟包含列步驟： α 為另-圖框群決定-預定感知函數之轉換因數；以及 ^將該轉換因數用於一位元傳送速率方程式，以便足遠位元數。 12.如申請專利範圍第Η項之方法’其中決定該轉換因數的孩步驟包含使用下式：決 4 PjC 心 tot C ff〇P 經濟部中央橾隼局員工消費合作社印装其中Pk代表所要編碼的該另一圖框群之剩餘圖框數 ’ Rk，tut代表一預定位元數中之剩餘位元數，^ 輻入影像流之一速率，γ k代表每—圖框群的平均因數之總和，N k代表一輸入影像流中經調整後的群數’以及a2是一常數。 13.如申請專利範圍第！項之方法，其中該編碼步驟包冬列步驟： 13 是該量化圖框下 I— I —裝訂線 (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 404132 '申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 將該輸入影像流的一第一圖框群及一第二圖框群編碼，且其中該等一個或多個參數值包含該第一圖框群的—第一位元傳送速率及—第一量化因數'以及該第二圖框群的一第二位元傳送速率及一第二量化因數。 14·如申蜻專利範圍第1 3項之方法，其中該決定步驟包含下列步驟： ° 使用一預定函數以決定待分配的該位元數，該預定函數使用該第一位元傳送速率、該第二位元傳送速率、該第一量化因數、及該第二量化因數。 15.如申請專利範圍第丨4項之方法，其中該預定函數包含：經濟部中央標準局員工消費合作社印裂其中代表一預定位元數中之剩餘位元數，N 表一輸入影像流中經調整後的圖框群數，pk代表所^ 編碼的該另一圖框群之剩餘圖框數，z k代表編碼困度量2值之總和，§1^是^1/△一gk(其中可是平均元，巧是平均量化因數），n k等於万k, a_l+ f 二 ’以及a丨與&2是常數。 16.如申請專利範圍第丨項之方法，其中該決定步驟包含列步驟：。補償該輸入影像流的一個或多個不穩定狀況。 Π.如申請專利範圍第丨6項之方法，其中該等一個或多個不代難位下裝訂線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙乐尺度適种關家鮮（CNS )〜胁（21QX297公着 A8 B8 C8 D8 __404132 六、申請專利範圍穩定狀況包含-換景、-切景、及—個或多個特殊效果中之至少-個情形，且其中該補償步驟包含下列步驟對用來決定該位元數的—預定函數之一個或多個屬性進行一中心值濾波。、擇 18.如申請專利範圍第16項之方法，其中該等一個或多個不穩定狀況包含與該輸入影像流的非固定本質有關的一不穩足狀況，且其中該補償步驟包含下列步驟：濾除造成該不穩定狀況的各編碼位元屬性。 •如申請專利範圍第18項之方法，其中該滹除步驟包含下列步驟： ° 對與該輸入影像流的一個或多個先前編碼的圖框群相關聯之一位元傳送速率進行一線性濾波。 20. 如申請專利範圍第之方法，其中該決定步驟包含下列步驟：使用一預定函數以決定該位元數。 21. —種處理圖框群之方法，該方法包含下列步驟：利用一個或多個先前編碼的圖框群決定複數個參數值； / 為將在一單一掃描可變位元傳送速率模式下編碼的一圖框群計算一預定函數之斜率，該計算步驟包含列步驟：使用一個或多個該等複數個參數值；以及利用所計算出的該斜率及一個或多個該等複數個數值’彳于到所要編碼的該圖框群之一位元傳送速率 22. 如申凊專利範園第2 1項之方法，又包含下列步驟： ---------裝------訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本I} 經濟部中央標隼局員工消费合作社印製下參 A8 B8 C8 D8 404132 申請專利範圍，在為所要編碼的該圖框群取得的該位元傳送速率，為將在該可變位元你送请牽又U兀评迗述+梃式下編碼的該圖框男编!碼。 2乂如申請專利範圍第22項之方法’又包含下列步驟：峡針射該輸人影像流的其他圖框群，重複該決定、封鼻、取得 '及編碼步驟。 24_^申請專利範圍第23項之方法，其中針對所要編碼的每一圖框群之該決定步驟包含下列步驟：使用經過編碼的最後兩圖框群之資料。 25·如申請專利範圍第21項之方法，其中計算該斜率的該步驟包含使用下列函數： Γ裝— (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) % J^k, tot^k~~pJT 訂經濟部中央標隼局員工消費合作社印製其中f是該輸入影像流的—圖框速率，R k t是一定位元數中之剩餘位元數，Nk代表一輸入影中二凋整後的圖框群數，p k代表所要編碼的該另一圖框群之剩餘圖框數，Zk代表編碼困難度量測值之總和。 26. 如申請專利範圍第21項之方法’其中該取得步^包各下列步驟： G " 使用一預定函數以取得該位元傳送速率。 27. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該預定函數包含：預經線 ^ ^k. coc^): j -6- 本紙張尺度適用巾關家料（CNS) (211)><297公瘦） 404132 一申請專利範圍 AS B8 C8 D8 經濟部中央橾牟局貝工消費合作社印裂其代表一預定位元數中之剩餘位元數，心代表〜輸入影像流中經調整後的圖框群數，Pk代表所^要編碼的該另一圖框群之剩餘圖框數，Zk代表編碼困難度量漁Μ直之總和，f k*ZMk/z^Qk(其中亡[；是平均位元，I是平均量化因數），h等於万；Uctual+ f _ ’以及a〖與&2是常數。 28如申請專利範圍第2 6項之方法，其中該預定函數代表該另—圖框群之一瞬時速率量化狀態，且一感知模型指示該另一圖框群之一複雜性。 29. 如令請專利範園第2 8項之方法，其中該速率量化狀態係由下式所界定： Ck = -fk^c+7/k，其中是一平均位元，&是一平均量化換算因數，f k等於(其中 *-actUa|- C^j； - 2,actual ? AQk ="Q1： - 2 . a c t u a I : a c t u a 1 ) * >及々1:寺於(^(；_|，“11；1|+|：|^〇|^-|.01(：1"“1° 30. 如申請專利範圍第2 8項之方法，其中該感知模型係由下式所界定： Ck = f'KF(Qk) 其中/ ’其中a,、a2、及沒是常數， Qk是一量化因數，且κ代表一斜率值。 31. 如申請專利範圍第2 1項之方法，其中該決定步驟包含下列步驟：補償該輸入影像流的一個或多個不穩定狀況。本紙乐尺度適用中國國家標準（CNS ) A4说格（210X297公釐） (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 一裝· 訂 A8 B8 C8 D8 404132 '申請專利範圍 32_ ~種處理圖框群之方法，該方法包含下列步驟：決定待分配給一輸入影像流的一圖框群之位元數，該決定步驟使用該圖框群的一瞬時速率量化狀態、及 —個指示該圖框群的複雜性之感知模螌；以及在該決定步驟所界定的一速率下，使用一可變位元傳送速率模式將該圖框群編碼β 33_如申請專利範圍第3 2項之方法，其中該速率量化狀態係由下式所界定： Ck = -fkQlc+?7k ’其中Ck是一平均位元，Qk-是—平均量化換算因數，f k等於(其中△CpCl '.•ictual-Cfc^^ctual ' Δ Qk = Qk-2,actual*Qk.actual) 5 以及h等於石.hetuV m—丨。 34.如申請專利範圍第3 2項之方法，其中該感知模型係由下式所界定：一 Ck = f'KF(Qk) 其中F(Qk) = a丨+ a2Q / ’其中a丨、a2、及冷是常數， Q~k是一量化因數，且κ代表一斜率值。 •>5.如申清專利範圍第3 2項之方法，其中該可變位元傳送速率模式編碼可讓經過壓縮的每一影像根據影像内壓缩及影像間壓縮特性之複雜性，而具有不同的位元數。 J6. —種早一掃描可變位元傳送速率編碼器，包含：一編碼引擎，該編碼引擎適於將一輸入影像流的至少一個圖框群編碼；以及決足裝置，該決定裝置在對整個輸入影像流編螞之本紙張尺度適用巾家料（CNS )八4胁（2丨Qx297公疫 --------L^------IT------線 (請先閎讀背面之注意#•項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印裂 A8 B8 C8 D8 404132 申請專利範圍 ^ 夫疋待分配給該輸入影像流的另—圖框群之位兀數且將在—可變位元傳送速率模式下對該另一圖群扁馬其中該決定裝置使用了得自將該等至少一個圖框群之-個或多個參數值。 37.如申請專=範圍第36項之編碼器，其中該編碼引擎又適於在H描可變位元傳送速率模式下將該另一圖框群編馬，、中,、在—次編碼掃描下將該另一圖框群編碼。 38·如申請專利範圍第37項之編碼器，其中將該另一圖框群編碼的編.碼引擎包含：決定裝置，用以決定待指定給該另一圖框群的一個或多個圖框之一理想位元數；以及調整裝置’用以調整該理想位元數，以便確保一解碼緩衝器中不會發生-上溢狀況及_下溢狀泥。 39. 如申請專利範圍第3 8項之編碼器，其中該調整裝置包含決足裝置，用以決定一個或多個影像界限，該等影像界限係用來設定待指定給該等一個或多個圖框的理想位元數之界限。 40. 如申請專利範圍第38項之編碼器，其中該決定裝置包冬：凋變裝置，用以為该另一圖框群將一預定感知函數之斜率調變；以及將該經過調變的斜率用於一位元傳送速率方程式以決定該位元數之裝置= 41 ·如申請專利範園第3 6項之編碼器’其中該決定裝置包含：為該另一圖框群決定一預定感知函數的一轉換因數 -9- 本紙承尺度制中賴家標準（CNS ) A·*· ( 21GX297公着） --------C裝------訂-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本f ) 經濟部中央橾隼局員工消費合作社印製經濟部中央榡隼局員工消費合作社印製 404132 δ» ---_______ D8___ 六、申請專利範圍之裝置；以及將該轉換因數用於一位元傳送速率方程式以決定該位元數之裝置。 42. 如申請專利範圍第3 6項之編碼器，其中該等至少一個圖框群包含該輸入影像流的一第一圖框群及一第二圖框群 ’且其中該等一個或多個參數值包含該第一圖框群的一第一位元傳送速率及一第一量化因數、以及該第二圖框群的一第二位元傳送速率及—第二量化因數。 43. 如申請專利範圍第4 2項之編碼器，其中該決定裝置包含使用一預定函數以決定待分配的該位元數之裝置，該預定函數使用該第一位元傳送速率、該第二位元傳送速率、該第一量化因數、及該第二量化因數。 44. 如申請專利範圍第3 6項之編碼器，其中該決定裝置包含補償該輸入影像流的一個或多個不穩定狀況之裝置。 45. 如申請專利範圍第44 員編碼’其中纟茨寺個多個不穩定狀況包含一換景、一切景、及一個或多個特殊效. 果中之至少一個情形’且其中該補償裝置包含對用來決定該位元數的一預定函數之一個或多個所選擇屬性進行一中心值濾波之裝置。 46. 如申請專利範圍第4 4項之編碼器，其中該等一個或多個不穩定狀況包含與該輸入影像流的非固定本質有關的— 不穩定狀況’且其中該補償裝置包含濾除造成該不穩定狀況的各編碼位元屬性之裝置。 47. 如申請專利範圍第4 6項之編碼器，其中該遽除裝置包人 ' -10- 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公董) ' --------- n m n I n· n I tf I n n n I T__I I I I (诗先聞讀背面之注$項再填寫本頁) A8 B8 C8 D8 404132 ----- 申請專利範圍對與孩輸入影像流的一個或多個先前編碼的圖框群相關聯的一位元傳送速率進行一線性濾波之裝置。 48·如申請專利範圍第3 6項之編碼器，其中該決定裝置是該編碼弓丨擎的一部分。 49·—種單—掃描可變位元傳送速率編碼器，包含：決疋裝置，該決定裝置利用一個或多個先前編碼的圖框群決定複數個參數值；計算裝置，該計算裝置為將在一單一掃描可變位元傳送速率模式下編碼的一圖框群計算一預定函數之斜率’該計算裝置使用一個或多個該等複數個參數值；以及得到位元傳送速率之裝置，用以利用所計算出的該斜率及一個或多個該等複數個參數值，而得到所要編碼的該圖框群之一位元傳送速率。 5〇.如申請專利範圍第4 9項之編碼器，又包含編碼裝置，用以在為所要編碼的該圖框群取得的該位元傳送速率下，為將在一可變位元傳送速率模式下編碼的該圖框群編碼。 D1.如申請專利範園第4 9項之編碼器，其中該得到裝置包含利用一預定函數以得到該位元傳送速率之裝置。 52. 如申請專利範圍第5丨項之編碼器，其中該預定函數代表該另一圖框群之一瞬時速率量化狀態，且—感知模型指示該另一圖框群之一複雜性。 53. 如申請專利範圍第4 9項之編碼器，其中該決定裝置包含補償該輸入影像流的一個或多個不穩定狀況之裝置。 54- —種單一掃描可變位元傳送速率編碼器，包含： -11 - ^纸張尺度適用冲國國家梂準（CNS ) A4規格（2丨OX297i^-'~~ --- --------- ^------.1T------.d. (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消资合作社印製 A8 B8 C8 D8 ------ 申請專利範圍決·疋裝置，用以決定待分配給一輸入影像流的一圖框群之位元數’該決定裝置使用該圖框群的一瞬時速 ^f—^1 —^n vr__vtnf nn n^l ^^^^1 ^^^^1 ^ (請先閎讀背面之注意事項再填寫本页) 率量化狀態、及一個指示該圖框群的複雜性之感知模型；以及 ''編碼引擎’該編碼引擎適於在該決定裝置所界定的一速率下’使用一可變位元傳送速率模式將該圖框群編碼。 55·如申請專利範圍第5 4項之編碼器，其中該速率量化狀態係由下式所界定： = - f π k，其中飞^是一平均位元，~Qk是一平均量化換^因數’ ！：k等於△UAQk(其中k=C Ual ^ k- 2,actual ' AQk = Qk- 2,actual~Qk,actual) * V^^^^k.liactual+^k^k i actua, 0 56如申請專利範圍第5 4項之編碼器，其中該感知模型係由下式所界定： — _ Ck = f'KF(Qk) _其中F(Qk) = a,+a2Q夕，其中a|、a2、及/5是常數， _ Qk是—量化因數，且K代表一斜率值。經濟部中央樣隼局K工消費合作社印策 )7.如申凊專利範圍第5 4項之編碼器，其中該可變位元傳送速率模式編碼可讓經過壓縮的每一影像根據影像内壓縮及影像間壓縮特性之複雜性，而具有不同的位元數。 58.—種製品，包含：至少一個電腦可使用的媒體，該等電腦可使用的媒也中包含電腦可讀取的程式碼裝置，用以進行各圖框 -12 本紙張尺度適用中關家網t ( CNS )八4辦_ ( 2似297公缝） ^04132 --------申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 經濟部中央標隼局貝工消费合作社印製群的處理’該製品中之電腦可讀取的程式碼裝置包含：使-電腦進行編碼之電腦可讀取的程式碼裝置，用乂將輸入影像流的至少一個圖框群編碼：以及，使-電腦進行決定之電腦可讀取的程式碼裝置，用以在對整個輸入影像流編碼之前，先決輸入影像流的另-圖框群之位元數，且將在一可= =傳运速率模式下對該另一圖框群編碼，其中使一電腦進行決定之眾電腦可讀取的程式碼裝置使用了得孩編碼步驟的一個或多個參數值。 59.如申請專利範圍第58項之製品，又包含：使一電腦進行編碼之電腦可讀取的程式碼裝置，以在一單一掃描可變位元傳送速率模式下將該另一 ^ t群、.爲碼，其中只在一次編碼掃描下將該另一圖框群編碼。 60·如申請專利範圍第58項之製品，其中使一電腦進行決定之該電腦可讀取的程式碼裝置包含：使一電腦進行調變之電腦可讀取的程式碼裝置，以為該另一圖框群將一預定感知函數之斜率調變；以及使一電腦使用經過調變的斜率之電腦可讀取的程碼裝置，用以將？茨經過調變的斜率用於一位元傳送率方程式，以便決定該位元數。 61.如申请專利範圍第5 8項之製品’其中使一電腦進行決定之該電腦可讀取的程式碼裝置包含：使一電腦進行決定之電腦可讀取的程式碼裝置，用請先閲面之注 I 裝圖用式速訂 • 13- 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐）經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 404132 S -------_D8____ 六、申請專利範固以為該另一圖框群決定一預定感知函數之轉換因數；以及使一電腦使用轉換因數之電腦可讀取的程式碼裝置，用以將該轉換因數用於一位元傳送速率方程式’以便決定該位元數。 62·如申請專利範圍第58項之製品，其中使一電腦進行決定之該電腦可讀取的程式碼裝置包含：使一電腦進行補償之電腦可讀取的程式碼裝置，用以補償該輸入影像流的一個或多個不穩定狀況。 6j.如申請專利範圍第5 8項之製品，其中使一電腦進行決定之該電腦可讀取的程式碼裝置包含：使一電腦使用一預定函數以決定該位元數之電腦可讀取的程式碼裝置。 64. —種製品，包含：至少一個電腦可使用的媒體，該等電腦可使用的媒體中包含電腦可讀取的程式碼裝置，用以進行各圖框群的處理’該製品中之電腦可讀取的程式碼裝置包含：使一電腦進行決定之電腦可讀取的程式碼裝置，用以決定待分配給一輸入影像流的一圖框群之位元數’ 該電腦可讀取的程式碼裝置使用該圖框群的一瞬時速率量化狀態、及一個指示該圖框群的複雜性之感·知模型；以及使一電腦進行編碼之電腦可讀取的程式碼裝置’用以在使一電腦進行決定的該電腦可讀取的程式碼裝置 -14- 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） I 裝訂 I線 (請先閱讀背面之注^^項再填寫本頁) ^04132 ~—~—.申請專利範圍 A8 B8 C8 D8 所界定的一速康τ 、、 <午下’使用一可變位元傳送速率模式將孩圖框群編碼。中4專利園第6 4項之製品其中該速率量化狀態係由下式所界定： ’其中^是.一平均位元，Qk是一平均量化換算因數， 1 > a C t u a I - C k 等於(其中△Cpf； 2?dCtUal ' Δ Qk = Qk-2,actual*Qk.actual) * 以及等於Γ 'l.actual + ζ kQ^ ., 66·如申請專利範圍第64項之製品，其式所界定：其中該感知模型係由下 _ Cic = f'KF(Qk) _其中F(Qk) = ai+a2Q /，其中ai、a2、及/?是常數， t是一量化因數，且K代表一斜率值。 67.如申請專利範圍第64項之製品，其中該可變位元傳送速千模式編碼可讓經過壓縮的每一影像根據影像内壓縮及衫像間壓縮特性之複雜性，而具有不同的位元數。 (請先閲讀背面之注意#'項再填寫本頁) b --6 - Γ 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）