TWI324483B

TWI324483B - Methods and systems for rate control in video encoder

Info

Publication number: TWI324483B
Application number: TW095123129A
Authority: TW
Inventors: Do-Kyoung Kwon; Meiyin Shen; Chung Chieh Kuo
Original assignee: Mediatek Inc
Priority date: 2005-07-07
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2010-05-01
Also published as: CN1893657A; US20070009026A1; CN100456835C; US7961783B2; TW200704204A

Description

1324483 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係有關於用於以區塊為基礎（block-based )之視訊編石馬器〔videoencoder)的編碼位元率控制（ratecontr〇i，rc)技術，尤指一種用於H.264視訊編碼器以執行圖框層（j〇*ame-layer )或巨集區塊層（macroblock-layer，MB-layer)之編碼位元率控制的方法及系統。【先前技術】為因應廣泛的應用領域’諸如視訊電話（videotelephony)、視訊會議（videoconferencing)及視訊串流（video streaming)，遂發展出各種各樣的視訊壓縮標準。這些視訊編碼標準所採用的技術通常包括離散餘弦轉換（discrete cosine transform，DCT)、移動估計（motionestimation，ME)、移動補償（motioncompensation， MC )、量化（quantization，Q )、可變長度編碼（variable length coding， VLC)等技術。在量化程序（qUantizati〇nprocess)中，對應於量化步階大小（quantizationstep-size)的量化參數（quantization parameter，QP)係為可適性的（adaptive)且是一個重要的編碼參數，其可對最後產生的編碼視訊品質造成很大的影響。由於應用於圖框（frame )或巨集區塊（macr〇bl〇ck, MB )的量化器（quantizer ) 的步階大小（step-size)會對編碼視訊品質產生一定的影響，因此針對已知的應用領域及編碼後境，必須使用一個適當的編碼位元率控制演算法來決定量化器的步階大小。換言之，針對已知的應 6 用領域及龍_鮮，必彡續且條地歧量化參數的數值。雖然嚴格來說編碼位元率控财屬於視訊_標準的規範，但由於其重要性，編碼位元率控制已被許多學者專家廣泛地加以研究。近來’由於H.264視訊_標準具有改良的編碼效率而受到許多注②’當實際伽Η%4編碼在各種不_雜通道時，如何找出有效率的編碼位元率㈣演算法已經成為-個重要議題’而夕種以模型為基礎（m〇del_based)的編碼位元率控制演算法已經被提出以應用於H.264編碼器。 "" 與先前的視訊壓縮標準相比，H.264視訊壓縮標準的高編碼效率主要係歸功餘元較失真最触義估計（__ — _niZed motion estimati〇n，R_D 〇ptimized 施）及模式決定㈤如 dedsi〇n)，亦可稱為位解及失真最佳化（rate distortion optmnzatioi^RDO)，其具有多個圖框内預測模式（ώ卿⑽此⑽ mode )及圖框間預測模式（|^Γ讲灿此⑽⑽如）’並具有數個參考圖框（referenceframe)。然而’由於位元率及失真最佳化與編碼位元率控制間具有相依賴性（inter-dependency)，使得H.264視訊壓縮標準的編碼位元率控制變得相當複雜。換言之，編碼位元率控制係用於決定量化參數值，*量化參數值祕位解及失真最佳化所採用以決定編碼位元率控制時所需的資訊。因此究竟應先疋那個參數變成一個類似先有雞或先有蛋（chicken an(j egg dllemma)的兩難處境’可見於由 Z. G Li, F. Pan，K. P. Lim, G. N. 1324483

Feng, S. Rahardja and D. J. Wu 於 Proc. IEEE Inti. Conf· Multimedia and Expo, pp· 581-584, June 2003 所發表之“Adaptive frame layer rate control for H.264” ’ 以及由 Z. G. Li，F. Pan，K. P· Lim，and S. Rahardja 於 Proc.IEEE Inti. Conf· Image Processing，pp. 745-748， October 2004 所發表之“Adaptive rate control forH264”兩份文獻中。在上述兩份文獻中，係使用線性模型（linearm〇dei)，並根據先前圖框（previous frame )中相同位置的基本單元（c〇ii〇cate(j basic unit)的平均絕對差（mean absolute difference，MAD)來估計目前圖框（currentframe)中每一個基本單元（basicunit)的平均絕對差。然後’使用一個二次編碼位元率模型（quadratic rate model) 來決定每一個基本單元的量化參數，其中基本單元可能為圖框、最小可解碼單位（slice)或巨集區塊_)。由p.YinandJ.Boyce 於 Proc· IEEE Inti. Conf· Image Processing, pp. 449-452, October 2004 所發表之“A new rate control scheme for H.264 video coding”可知’殘餘訊號（residual signal)的變異量（variance)係於使用縮小過之巨集區塊分區（macroblockpartition, MB partition)及參考圖框之集合來執行位元率及失真最佳化後被估計出來，此估計的變異量遂被供給至由 J. Ribas-Corbera and S. Lei 於 IEEE Trans. Circuits and Syst. Video TechnoL, vol. 9, pp. 172-185, February 1999 所發表之 Rate control in DCT video coding for low-delay communications”所述之H.263 TMN8位元率及失真模型（rate and distortion model，R-D model)中，用來決定巨集區塊的量化參數值。 8 1324483 上_物懒_找視訊序列 ;圖框具有可變特徵號的i異、方法的正確性，同時，平均絕對差及殘餘訊 Ί 〇 0请產生的誤差會使得編碼位下降，因此如能研發出改良之圖框編碼位元率控用於H.264視輯韻，射恍技術領域大有助益。心【發明内容】因此本發明之目的之一係在於提供一種?文良的圖框層 (feme却e〇編魏解_(rate_d，Rc)方法用來決定每-巨集區塊_ (m咖blGekdass MBdass)的標頭位元 (headerbit)的估計數目（estimatednumber)，以解決上述習知技術的問題。根據編碼位元率控法之__種實棚，應用於—視訊編碼器（video encoder)之編碼位元率控制方法係包括：使用一第一量化參數（quantizationparameter，qP)執行一第一編碼步驟，用以對-目前圖框(current frame )之複數個巨集區塊(macr〇bl〇ck，—) 進行編碼，藉以產生該目前圖框之一殘餘訊號（residualsignal); 估計每一巨集區塊模式（macr〇bl〇ck mode，MB mode )之複數個標頭位元之數目，藉以估計該目前圖框之複數個標頭位元之總數；根據該目前圖框之該等標頭位元之總數，估計複數個影像紋理位元（texturebit)之可使用數（availablenumber);根據估計之該等 9 影像紋理位元之該可使用數來決定一第二量化參數；以及使用該第二量化參數執行一第二編碼步驟，用以對該目前圖框之該殘餘訊號進行編碼。根據本發明之另一實施例，一種用於一視訊編碼器之執行編碼位元率控制之系統係包括：一第一步驟編碼裝置，耦接至—輪入視訊源（incoming video source )’用以使用一第一量化參數執行一第一編碼步驟，以對一目前圖框之複數個巨集區塊進行編碼，藉以產生該目前圖框之一殘餘訊號；一編碼位元率控制裝置，耦接至該第一步驟編碼裝置，用以估計每一巨集區塊模式之複數個標頭位元之數目，藉以估計該目前圖框之複數個標頭位元之總數，並根據該等標頭位元之總數，估計複數個影像紋理位元之可使用數，以及根據估計之該等影像紋理位元之該可使用數來決定一第二量化參數；以及一第二步驟編碼裝置，耦接至該編碼位元率控制農置，用以使用該第二量化參數執行一第二編碼步驟，以對該目前圖框之該殘餘訊號進行編碼。【實施方式】對於H.264編碼位元率控制（rate control，RC)來說，由於位元率及失真最佳化（rate distortion optimization，RDO)與編碼位元率控制程序（rate control process，RCprocess)間具有相依賴性 (mter_dependency)，因此會衍生出兩個主要問題。第一個問題是，如前述習知技術文獻及相關演算法所指，在執行位元率及失真最佳化前無法得知殘餘訊號（residual signal)、平均絕對差（mean absolutedifif⑽ce，MAD)、變異量（variance)等相關資訊。第二個問題疋’在執行位神及失真最佳化討無法得純集區塊模式（macroblock mode，MB mode )、移動向量（m〇ti〇n 慨咏雨）、參考圖框（ref⑽ceframe)等標頭資訊（headerinf〇nnati〇n)。因此’無法精碟地估計對標頭資訊進行編碼時所需之標頭位元 (headerbit)數目。再者，在低位元率（bitrate)下進行編碼並採用夕種不同的巨集區塊模式及參考圖框時，標頭位元數目會佔位元總數很大的-部分。又，這些標馳元數目亦可能於不同的巨集區塊（macroblock，MB)間或於不同的圖框（frame)間有大幅地改變。因此，對於H.264編碼器中以模型為基礎（m〇del_based) 的編碼位元率控繼算絲說，如何能料地料標頭位元數目實際上係與能估計影像紋理位元（texturebit)數目同等重要。在習知技術中，如何能估計標頭位元數目此一問題並未被提出。事實上，大應用於Η·264編碼器的編碼位元率控制演算法僅將重點放在如何在不執行位元率及失真最佳化下能估計殘餘訊號的平均絕對差及（或）變異量。此處請參照本案發明人於2005/1/31所提出之美國專利申請案第 11/047,039 號“Video Encoding Methods and Systems With FYame-Layef Hate Control” ’其係描述基於二步驟編碼機制 (two-step encoding scheme)所得之圖框層（frame_iayer)編碼位元率控制演算法。如該類糊申請麟述’二步驟編碼機制可 1324483 解决位元率及失真农佳化所衍生的編碼位元率控制相依賴所造成的問題。 • 在某些實施例中係使用先前圖框（previousframe)的量化參 • 數（quantization ΡΜΠ^Γ，QP )來對目前圖框（current frame ) -中所有巨集區塊進行位元率及失真最佳化，然後再使用經由已最佳化標頭位元估計的編碼位元率模型所得之新的量化參數來對巨 _ 集區塊的殘餘訊號進行編碼。對標頭位元數目進行較佳估計可以改善編碼位元率控制的正確性。制是，在某些實補中係揭露一種基於二步驟編碼機制的巨集區塊層（macr〇bl〇ck_layer， MB-layer)編碼位元率控制演算法，其係根據巨集區塊模式 (macroblockmode)來對標頭位元進行不同的估計。因此，本發明可以提供精確的編碼位元率控制及改良的圖片品質。如後所述，根據不_實_，位神及失真最佳化之編碼位元率控制演算法將會同時使用位元率模型及失直模型。在底下的敘述中’ H.264編碼器中以模型為基礎的編瑪位元率控制方法及紐絲於二步驟編碼鋪。H 264視訊壓縮標準的高編碼效率主魏由於位元率及失真最触具有錄圖翻預峨7 式（intrapredictionmode)及圖框間預測模式（恤^咖細、 mode)。在典型的R264系統中，假若預定量化參數為已知，則 H.264編碼器會針對巨集區塊的每—個分區（partiti〇n)來選擇最佳的參考圖框及最佳的移動向量，並經由位元率及失真最佳化來 12 1324483 選擇最佳社無频式’此係藉由訂翁程式最桃來達成：

J〇P (SeP ) = D(Sqp ) + A(QP) Ji(SQp ) [ 1J . 其中¥系為移動向量、參考圖框及巨集區塊模式的集合，且聊)係為拉格朗日乘數（Lagrange multipiier)。此處係存在兩個拉格朗日乘數，其分別應用於移動估計（____，_ • 及赋決定（麵e ―)，且可—為狀量化參數的細^下：

Kmode(QP) 0.85x2^ 4x0.85x2^ for /, P frame for B frame kM〇n〇AQP)° 4K〇DEi.QP) [2] 由於拉格朗日乘數具有量化參數相依性（quantization parameter-dependent，QP-dependent)，因此位元率及失真最佳化及編碼位元率控制會使用彼此產生的結果。編碼位元率控制的目的 φ 係決定量化參數，以便根據殘餘訊號、標頭位元數目等資訊來控制位元率。然而，此等資訊需待位元率及失真最佳化執行後才能得知，且由於位元率及失真最佳化於執行時係採用具有量化參數相依性的拉格朗日乘數，因此使得此等資訊亦會具有量化參數相依性，如方程式[1]及[2]所示。如欲解決位元率及失真最佳化及編碼位元率控制間的互相依賴所導致的問題，可採用兩個不同的量化參數，並分別應用於位元率及失真最佳化及量化（quantization)過程。此處先說明底下 13 1324483 詳細敘述中所用標記，其中QPi係為先前圖框的平均量化參數， •其顧於第—編碼步驟帽目前@框所進行的位元率及失真最佳 .化過程，而QP2係由位元率及失真模型所決定，其應用於第二編碼步驟中對殘餘訊號所進行的量化過程。舉例而言，係為第 •二編2步驟中第j個巨躯塊的量化參數值，QPn係為第n侧框 •或目細框的平均量化參數值，而％係為第㈣蝴框或先前圖框的平均量化參數值，其係與第(1>1)個圖框的平均奶值相同。二步驟編碼機制係基於下述之觀察結果。首先，第一個觀察結果是：為了提供平順的顯示品質，通常會將兩個連續圖框的量化參數間之差值限制在一個小範圍内，亦即： \Qpn - QP„.xIS Δ where Δ = 3 [3] 又，苐二個觀察結果是：在每個編碼步驟中使用不同的量化 • 參數值’例如’使用QPi於第一編碼步驟中，並使用qp2於第二編碼步驟。只要將兩個量化參數值間的差值限制在一個小範圍内’則即使QP]及QP2的數值不相同，編碼增益的降低仍可被忽略。 \Q^\ ~ Q^21s Δ where Δ = 3 [4] 第一個觀察結果（亦即，將兩個連續圖框的量化參數間的差值限制在一個小範圍内以提供平順的品質變化）已是廣泛應用的 1324483 4 技街，其係應用於以模型為基礎的圖框層編碼位元率控制方法。然而，第二個觀察結果（亦即，編碼程序的兩個步驟中量化來數值間的差值需最小化）係為本發明所獨創的見解。換言之，只要兩個量化參數值間的差值夠小，則量化步驟的量化參數與位元率 • 及失真最佳化步驟的量化參數可分別具有不同數值。舉例而言， - 其可經由確保第二量化參數QP2落入第一量化參數QP〗的預定範圍（predeterminedrange)内來達成’如此即可將對編碼增益所造 φ 成的衝擊降至最低。第 1 〜4 圖係為符合 qcif(quarter commoii intermediate format) 格式之具有五個參考圖框的兩序列（亦即”f〇reman"序列及"silent" 序列）的位元率-失真曲線圖，其中五個參考圖框所具有的QP2值係不同於執行量化時的QPl值。更精確地說，第！圖及第2圖表示採用QP1 = QP所進行的位元率及失真最佳化以及採用Qp2 = Qp，籲 Qp+3,311(1 Qp_3所進行的量化所得到的結果。同樣地，第3圖及第4圖表不採用qp1=qP所進行的位元率及失真最佳化及採用 QP2-QP，QP+l，andQP-l所進行的量化所得到的結果。如第丄圖及第2圖所示’當兩個量化參數值間的差值丨QPi_QP2丨=3時，編碼增姐的減少程度約為0.2dB。如第3圖及第4圖所示，當兩個量化參數值間的差值IQP^Q!^ i時，編碼增益的降低可以被忽略。弟Q為本發明員知例的視訊編碼系統（乂说〇邱⑺伽笆 system) 3的功能方塊示意圖。視訊編碼系統3包括第一步驟編碼 1324483 裝置32、編碼位元率控制裝置34及第二步驟編碼裝置％。除了缺少熵編碼單元（entropyc〇dingunit)以外，第一步驟編碼裝置 32係類似於常用的視訊編碼器（video enc〇(jer)。第一步驟編碼裝置32包括位元率及失真最佳化單元321、殘餘訊號儲存單元322、 - 離散餘弦轉換及量化單元（discrete cosine transform and quantlzatlon unit，DCT and Q unit) 323、編碼區塊決定單元 324、反離散餘弦轉換（inverse discrete cosine transform，inverse DCT)及鲁反量化（inverse quantization, IQ)單元325及第一重建圖框 (reconstructed frame)儲存單元326。位元率及失真最佳化單元 321係使用圖框内所有巨集區塊的第一量化參數Qpi來執行位元率及失真最佳化移動估計（rate and distortion optimized motion estimation，R-D optimized ME)及模式決定。由位元率及失真最佳化單元321所產生的殘餘訊號及標頭資訊（例如，移動向量及參考圖框）將儲存於殘餘訊號儲存單元322。當執行圖框内預測模式馨時’巨集區塊可經由先鈿巨集區塊的重建像素(rec〇nstructed pM ) 來加以預測。在離散餘弦轉換及量化單元323、反離散餘弦轉換及反量化單元325對後續的巨集區塊執行圖框内預測後，便可以重建出每-個巨集區塊；然後’重建圖框會被儲存於第一重建圖框儲存單元326。對於編碼位元率控制裝置34内的編碼位元率控制單元（ratecontrollerunit) 341而言’當執行離散餘弦轉換時，編瑪區塊決定單元324可經由介於QPl_△至Qp]+△間的量化參數值來辨識出4x4編碼區塊。 1324483 一編碼位元率控繼置34_來決定第二編碼步驟所使用的第二量化參數趴。編碼位元率控制單元341 f要有第一步驟編碼 .裝置32所提供的標頭資訊（例如，移動向量、參考圖框、殘餘訊號及4x4編碼區塊資訊）以做為輸入資料。第二步驟編碼裝置％ '係使用由編碼位元率控制裝置34所決定的第二量化參數Qp2來產生輸出位元流（bit-Stream)。第二步驟編碼震置36包括選擇性圖 (selective intra refinement unit) 361 ^ 春，換及量化單元362、熵編碼單元363、反離散餘弦轉換及反量化單元364及第一重建圖框儲存單元泌。選擇性圖框内精確修正單元361僅在當第一編碼步驟的巨集區塊模式被設定為圖框内預測模式時會被致能（activated)。由於分別使用第一及第二量化參數 QPr QP2於第一及第二編碼步驟以執行量化及反量化，因此第二步驟編碼裝置36巾重建的先敍無塊可能與第—步驟編碼裝置 32中重建的先歧集區塊不相同。如此，當巨倾塊處於圖框内 • 預測模式時’其殘餘訊號可以經由第一步驟編碼裝置32所決定的圖框内預測模式而更加精確。當使用qP2來執行量化時，可以經由熵編碼單元363、離散餘弦轉換及量化單元362來產生輸出位元流。最後，可藉由反離散餘弦轉換及反量化單元364將圖框再次重建並儲存於第二重建圖框儲存單元365 請注意，第二重建圖框係用來對目前圖框後續的巨集區塊執行圖框内預測，並對後續的圖框執行圖框間預測。第6圖為本發明實施例的編碼位元率控制單元341的功能方 17 1324483 备塊示意圖。編碼位元率控制單元341包括位元配置單元（bit allocation unit) 3411、標頭位元估計單元3412、位元:.' 飞失真模型化單元（rate and distortion modeling unit，R-D modeling urit) 鲁 3413、位元率及失真最佳化位元配置單元（rate and distortion optimized bit allocation unit, R-D optimized bit allocation uni；^ 3414 . 及第二量化參數決定單元3415。在位元配置單元3411中，係极據可用通道頻見、緩衝狀態等參數來配置適當位元數於予圖框。標 • 頭位元估計單元3412於第一編碼步驟後會估計所有巨集區塊所需之標頭位元數目。假若配置於圖框的位元總數為已知，則需估計標頭位元數目以得到影像紋理位元可使用數。在某些實施例中，標頭位70數目係使用移動向量資訊並根據標頭位元率模型而加以估計。位元率及失真模型化單元3413會估計介於QIV△至Qpi+A 間的量化參㈣位元率及失真值。根據本發明的某些實施例，影像紋理位兀率模型及失真模型係分別用來估計位元率及失真值。春位兀率及失真模型化單元期於第二編碼步驟後亦會更新模型的參數。#進行位元率及失真最佳化位元配置時，位元率及失真最佳化位元配置單元3414會配置適當位元數予每一個巨集區塊類別。第二量化參數決定單元3415絲據影像紋理位元可使用數及位元率及失真模型化單元則所估計的位元率及失真值來決定使用於第一編碼步驟的第二量化參數QP2。以模型為基礎的編碼位元率控制的效能係取決於所採用的位元率及失真模型。如後所述，在此實施例中，將會採用兩個位元 1324483 率模型及一個失真模型。在H.264中，由於可採用多種不同的巨集區塊模式及參考圖框，標頭位元數目係佔有位元總數中报大的一部分。如前所述，這些標頭位元會於不同的巨集區塊或於不同的圖框間做大幅地改變。換言之，控制標頭位元率與控制影像紋理位元率同樣重要。基於此理由，此實施例將同時使用標頭位元率模型及影像紋理位元率模型。假設一圖框内所有巨集區塊都使用相同的量化參數來加以編碼，則會存在四種類別的位元：移 • 動向量位元、巨集區塊模式位元、編碼區塊型樣位元（coded block pattern bit，CBP bit)及殘餘位元（residual bit)。移動向量位元及巨集區塊模式位元係被歸類為標頭位元，而編碼區塊型樣位元及殘餘位元則被歸類為影像紋理位元。請注意，即使以技術上而言編碼區塊型樣資訊係為標頭資訊的一部‘，編碼區塊型樣位元與殘餘位元間仍具有很緊密的關係。舉例而言，假使沒有殘餘訊號可供編碼，則殘餘位元數目與編碼區塊型樣位元數目皆為零。因此 • 在此實施例中，標頭位元率模型僅估計移動向量位元的數目及巨集區塊模式位元的數目。移動向量資訊係包括移動向量本身及參考圖框，如此將可以估計所有移動向量、參考圖框及巨集區塊模式位元的位元數。在此標頭位元率模型的實施例中，每一個巨集區塊將被歸類為以下兩種模式中其中一種：圖框間巨集區塊(inter macroblock)及圖框内巨集區塊(intra macr〇w〇ck)，因此標頭位元數目係分別針對此兩種模式加以估計。由本發明中某些實施例可知，對於圖框間巨集區塊而言，標頭位元的位元數分別與非零巨集區塊元素（non-zero macroblock element，non-zero MB eiement) 19 1324483 的數目及移動向量的數目間呈線性關係。圖框間編碼區塊 (mter-coded block )的標頭位元數目可以根據目前圖框内非零區塊70素數目（N_ve)及移動向量數目（nmv)間的線性關係而加以估計。舉例而言，若將一巨集區塊分為四個8x8區塊（block)，且四個移動向量分別為(4，1)、（2,0)、（3,7)及(0,0)，__為5 (4, l，2,3and7)，而Nmv為4。如此，圖框中圖框間巨集區塊的標頭位元數目（Rhdr，inter)可由以下方程式來估計：

Rhdr，i„Kr [5] 其中γι及丫2為模型參數。方程式[5]可藉由這兩個模型參數相當精確地估計出圖框間巨集區塊的標頭位元數目。然而，在其他實施例中，亦可使用以下的線性模型來取代方程式[5]，其係使用單一參數’因此會造成些許額外的估計誤差：

Rhdr,imer = V'niMVe + W N^) [6] 其中γ為模型參數，而w為根據參考圖框數目而有不同值的固定係數，如方程式[7]所示： 0.5 w =. 0.4 0.3 if # of reference frame a 5 if # of reference frame a 3 otherwise m 對應於上述方程式，第7圖及第8圖表示NnzMVe + w.NMV與 20 圖框間巨集區塊的標頭位元數目間的線性關係。在第7圖及.第8 圖中’係錯由二個參考圖框並使用介於15〜45間的每五個量化參數值來對最前面的30個圖框進行編碼。在此實施例中，係將先前圖框中圖框内巨集區塊的標頭位元數目取平均值便可直接估計出圖框内巨集區塊的標頭位元數目 (Rhdr，hura )。標頭位元總數係為估計的圖框間巨集區塊的標頭位元數目及估計的圖框内巨集區塊的標頭位元數目的總和。舉例而言，令Nintra為圖框内巨集區塊數目，且為每一個圖框内巨集區塊的標頭位元平均數目，則圖框的標頭位元數目（Rhdr)為圖框間巨集區塊的標頭位元數目及圖框内巨集區塊的標頭位元數目的總和，如下所示：

Rhdr - Rhdr.imer + Rhdr.imm = Rhdr,imer + Nimr〇 bin,Ta [8] 藉由影像紋理位元率模型可估計殘餘位元數目及編碼區塊型樣位7G數目。在H.264中，離散餘弦轉換及量化的基本單元（basic unit)為4x4區塊，因此可以編碼或略過（sJdpped)的最小單元亦為4x4區塊。假使在量化後所有的4χ4離散餘弦轉換係數皆為零，則可將區塊略過；否則，對區塊進行編碼。在此實施例中，將4χ4 區塊分為兩類：編碼區塊（codedbl〇ck)及略過區塊（skjpped block)。由於對4x4略過區塊進行編碼時不需要使用任何位元，因此影像紋理位元數目僅需根據4X4編碼區塊即可加以估計。舉例 1324483 • 而言，令SATDC(Qs)為圖框内4x4編碼區塊的絕對轉換誤差·德和 (sum of absolute transform difference, SATD)，其中 Qs 為對應於 • 量化參麩的量化器（quantizer)步階大小（step_size)，則影像紋理 ' 位元數目（Rtxt)可以根據二次位元率模型而加以模型化，如方程式[9]所示： [9] 其中屮及％為模型參數。請注意，假使在方程式中使用 4x4編碼區塊的平均絕對差來取代絕對轉換誤差總和（亦即，以 MADc(Qs)來取代SATDc(Qs))，則大致上亦會產生相同值。然而，由於SATDC(QS)具有較佳的效果’因此將被採用於此實施例中。令SATDC(QS)及MADC(QS)具有相同數值，則方程式[9]與原先的二次位元率模型間的差別係在於方程式[9]僅考t 4χ4編碼區塊的複雜度。可以簡化的理由係由於實驗結果已顯示當僅考量祕編碼區塊的複雜度時’料誤差將會大幅減少。實驗結果亦顯示在實際的視訊編碼H中’影像紋理位元數目可於常用的位元率下藉由線性函數而被非常精確地估計，如方程式[1〇]所示： SATDc(Qs) [10]

Qs 其中α為模型參數。對應於上述方程式，第9圖及第1〇圖表示SATDC(QS)/Qs與不同圖框的影像蚊理位元數目間的線性關係， 22 1324483 其係藉由三個參考圖框並使用介於15與45間的每五個量化參數值來對最前面的30個圖框進行編碼。如圖所示，SatDc(qs)/qs與影像紋理位元數目此兩變數間存在相當明顯的線性關係。為了能適當地根據此實施例來實現此位元率模型，需根據(^ - 值（亦即’根據對應的量化參數）將巨集區塊内每一個4x4區塊歸類為編碼區塊或略過區塊。在H.264中’係採用整數離散餘弦 φ 轉換及快速量化法，如此可避免離散餘弦轉換過程的乘法及除法運算’以及避免量化過程的除法運算。舉例而言，令X(ij)及又#， j)分別為量化前後位於位置(i，j)的4x4離散餘弦轉換係數，則係數 X(i，j)可由下述方程式[11]加以量化： (i，j) = sign{X(/, ；)}. [(| X{u y) I .a(Qm , z· J) + f. 2.)>>(17 + Qe}] [11] 其中Qm3QP mod 6、QESQP/6且A(QM，i，j)為量化表中的整數鲁值’而f則係用來控制原點附近的量化寬度(quantizati〇n width)。如方程式[11]所示，量化值Xq(i,j)係決定於量化參數，因此難以決定一區塊是否已被編碼。根據某些實施例，由於qPi及qP2間所允許的最大差值被設定為△，因此僅需檢查4x4區塊是否由介於 QIV△至QPi+△間的量化參數值所編碼。藉由第一編碼步驟的離散餘弦轉換及量化過程，可於第5圖的編碼區塊決定單元324内執行4x4區塊的辨識程序。為了能辨識出介於qP]_△至qPi+△間的量化參數值的編碼區塊，係採用介於QPr△至QP1+△間的量化 23 1324483

的離散餘弦轉換係細量化。舉例而言，令QP 1、Χ區塊t ’X_(i，j)為16個係數_具有最大值邓， j)l'A(QM，i，j)的離散餘弦隸拖在私；’ 旦仆夂_物_ A(Qm)係根據里化參數而具有不同數值，其值亦幾乎是固定而與量化參數益

理由，於QP，下具有最缝呢綱1】，·〇的離 ^餘弦轉換係數很可能亦於不同於QP1的其他量化參數值下具有取大值丨XGKQm，i，j)，因此’藉由介於Qp「△至QP1+△間的量化多數值而僅將加以量化，即可以辨識出扣4區塊是否將被介於QPr△至QP1+△間的量化參數值所編碼。在本發明某些實施例中’僅針對叙4編碼區塊進行失真的模型化。舉例而言，令仏及Ds分別為4χ4編碼區塊及4χ4略過區塊的失真量，則在此實施例中，失真總量（t〇taldist〇rti〇n) D係為 Dc及Ds的總和，如方程式[12]所示： D = Dc+Ds [12] 由於4x4略過區塊的失真量可以直接由殘餘訊號來決定，因此只有4x4編碼區塊的失真量需要加以估計。與位元率模型相類似’ 4x4編碼區塊的失真量Dc可使用下述二次模型加以模型化：

Dc i.Qs) = β{ SATDC (Qs) Qs + fiz· SATDC (Qs) Qs2 [13] 24 1324483 其中β】及(¾為触參數。_，與上敍解_目類似， DC可由雜而加以估計且僅增加微小的估計誤差，如下所示：

Dc (8s) = β * SATDC (Qs) * Qs _ 其中β為模型參數。由習知可知，失真量可經由指數模型㈣麵tialm〇dels)模擬計算。然而，此實施例於辨識出糾編碼區塊後’可藉由方程式[Μ]的線性失真量模型而將失真量更精確地加以模型化。對應於上财奴，帛u目及帛12 @絲satDg(Qs)/Qs與 4x4編碼區塊的失真量間的線性關係，其十失真量係以平方差總和 #(麵of square error，SSE)來表示。於第u圖及第12圖中係藉由三個參考’並個介於^與Μ _每五崎化參數值來對最前面的3G個圖框進行編碼。雖然第n圖及第12圖所顯示的結果並非完全紐，但是失真總量及估計的失越量㈣她d total distortion)的關係確實為線性。第13圖及第14圖表示失真總量與估計的失真總量_係’其巾估制絲總麵為根據方程式[14]所得之略過區塊的失真量與編碼區塊的估計失真量的總和如第13圖及第14圖所示，此實施例的線性失真模型可以非常精確地估計失真總量。第15圖為根據本發明實施例的二步驟編碼機制所得之圖框層 25 1324483 她罐㈣細Μ細峨遠步驟並不需要鋪所示_定順序，亦不需為、爲驟（亦即，可插入其他步驟）。在此實施例中，圖输碼位7G率控制方法係包括以下步驟： S、扁步驟900 :配置目標位元數於目前圖框。驟

步驟902 :使用第一量化參數奶來執行第一編碼步步驟904 :估計標頭位元數目β 步驟906.決定第二量化參數Qp^。

步驟908 :使用第二量化參數Qp2來執行第二編碼步驟。步驟910 ··執行後編碼程序（p〇st_enc〇dingpr_)來更型參數。於步驟900,配置目標位元數化於目前圖框。目標位元數係根據通道織、緩衝狀態m衫素而決定。本發明的重點並不在於位元配置方法，因此任何習知触元配置方法都可以用來執行步驟_。於步驟902，使用第—量化參數奶（亦即，先前圖框的平均量化參數）來執行第一編碼步驟。第一編碼步驟包括對目觸㈣所有巨龍塊執行位元率及失真最佳化，然後於進行離散餘弦轉換及量化過程時辨識出所有巨集區塊的 4x4編碼區塊，並計請應的絕對轉換誤差總和satDg(Qs)。於步驟刪使用方程式[8]來估計圖框的標頭位元數目，使得影像紋理位元可使用數可以根據方程式[15]而得知： 26 1324483 m [is] 在不同的實施例中，圖框間巨集區塊的標頭位元數目也可以藉由方程式[5]或方程式[6]來加以估計。於步驟906，決定目前圖框的第二量化參數Qp2。首先，對於介於QPr△至QP#△間的所有量化參數值，可藉由方程式[9]或方程式[10]，並使用目前圖框的絕對轉換誤差總和SATDc(qs)來估計目前圖框的影像紋理位元數目Rtxt(Qs)。圖框中4χ4編碼區塊的絕對轉換誤差總和係為圖框中所有巨集區塊的4Χ4編碼區塊的絕對轉換誤差總和的加總，如方程式[16]所示： SATDc(Qs)^SATDc(Qs,J) [16] 其中Nmb為圖框的巨集區塊總數，且SATDc(qs，j)為第』個巨集區塊内4x4編碼區塊的絕對轉換誤差總和。最後，即可辨識出使Rtxt及Rtxt(Qs)間得到最小差距的Qp2，亦即： [17] '丨其t Qs(q)為對應於量化參數q的量化步階大小。於步驟908，使用第二量化參數奶對第-編碼轉（請見步 27 1324483 驟902)所得之所有巨集區塊的殘餘訊號進行編碼。當巨集區塊於、第、編碼步驟進行圖框内編碼時，殘餘訊號經由第一編碼步驟所決定的_ __職式而能更為精確。於步驟91〇，使用最小平方近似法（leastSquareappr〇ximati〇n，LSA)來更新模型參數，並併更新緩衝狀態。請注意，在一實施例中，係將△值設為3 ' 以確保所造成的編碼增益損失為最小。 • 第16圖為本發明另一實施例的二步驟編碼機制所得之巨集區塊層編碼位元率㈣方法的流麵。只要大體上可得到相同結果，第16圖所示的流程圖步驟並不需要依循所示的固定順序，亦不需為連續的步驟（亦即，可插入其他步驟）。在此實施例中，巨集區塊層編碼位元率控制方法係包括以下步驟：步驟1000 :配置目標位元數於目前圖框。藝步驟臓：使用第-量化參數QPi來執行第—編碼步驟。步驟1004 :估計標頭位元數目。步驟1006 .將巨集區塊位置初始化予目前圖框内第一個巨集區塊。步驟1008 :決定第i個巨集區塊的第二量化參數Qp2。步驟1010 ··使用第二量化參數QI>2來對第巨集區塊執行第二編碼步驟。步驟1012 :巨集區塊位置是否於圖框的最後一個巨集區塊？若是，則進行步驟1016 ;否則進行步驟1〇14。 28 1324483 ^驟1014 .將巨集區塊位置力σ j而移至目前圖框的下一個巨集區塊。 1016 : &行後編蝴序來更龍型參數。比較本實施例與前述第15圖所示的圖框層編碼位元率控制方法可知’主要差異係在於步驟1〇〇6至步驟1〇14。於步驟脳，將巨集區塊位置設定至目前圖框的第—魅集區塊^於步驟 1008，紋第i個巨集區塊的第二量化參數QP2，並且於步驟 1010 ’使用第二量化參數奶來對第i個巨集區塊再進行一次編碼。於步驟1012 ’檢查第巨集區塊是否為圖框的最後一個巨集區塊’若否，則於步驟1()14，將巨集區塊位置加丨而移至目前圖框的下一個巨集區塊，然後回到步驟，對下一個巨集區塊重複此-程序。於步驟麵，對於介於Qpr△至QP1+A間^不同的量化參餘’可藉由雜式[9]或雜却G]，並使關餘的巨集區塊（亦即，帛i個巨集區塊至第NMB個巨集區塊）#4χ4編碼區塊的對轉換誤差總和來估計對剩餘的巨集區塊進行編碼所需之影像紋理位元數目。換言之，在編碼第i個巨集區塊前，對於介於QP「△至QPi+△間的每一個不同的量化參數，圖框内剩餘的巨集區塊的4x4編碼區塊的絕對轉換誤差總和係可由如下所示之方程式[18]計算得知： [18] SATDc[Qs) = ^SATDc{Qs, j) 29 1324483 其中Nmb為圖框内巨集區塊數目。：皆著，即可辨識出使可使用位元數Rtxt及KQs)間得到最小差距的QP2，如方程式[19]所示: 鹄，〜[19] . 歸驟1010使用第二量化參數QP2對第i個巨集么塊進行編碼後’減掉第i個巨集區塊的實際影像紋理位元數目以更新可使用 • 位元數Rtxt。如先前實施例所述，可將△值設為3以確保所造成的編碼增益損失為最小。第17圖為本發明另一實施例的二步驟編碼步驟並使用位元率及失真最佳化位元配置所得之巨集區塊層編碼位元率控制方法的流程圖。只要大體上可得到相同結果，第17圖所示的流程圖步驟並不需要依循所示的固定順序，亦不需為連續的步驟（亦即，可 φ 插入其他步驟）。在此實施例中’使用位元率及失真最佳化位元配置之巨集區塊層編碼位元率控制方法係包括以下步驟：步驟1100 :配置目標位元數於目前圖框。步驟贈：使用第-量化參數QPl麵行第一編碼步驟。步驟1104 :估計標頭位元數目。步驟1106 :對每-個巨集區塊類別執行位元率及失真最佳化位元配置。步驟1108 :將巨集區塊位置初始化予目前圖框内第一個巨集區塊。 30 1324483 步驟1110 :決定第i個巨集區塊的第二量化參數Qp2。步驟1112:使用第二量化參數QP2來對第i個巨集區塊執行第二編碼步驟。步驟1114 · ：&倾塊位置衫於圖框的最後__條集區塊？若是’則進行步驟ιι18;否則進行步驟m6。步驟1116:肢躲塊位編而移至__下—個巨集區塊。步驟1118 :執行後編勉序较新模型參數。

比較本實施例與前述第16圖所示的巨集區塊層編碼位元率控制方法可知，主要差異係相爾的位元率及失真最佳化位元配置/驟11〇6在此步驟中，將巨集區塊歸類為幾翻別，並且將複數個位元配置贿-健無塊類取進行位轉及失真最佳化。巨集區塊可由多種不同方式來加以分類，在—實施例中、，可 2於同-列（酶）的巨集區塊歸類為單—細，並視為一組區塊（group of b1〇cks，G0B)。假若有Nc個類別則位元率及失直 ^佳化位元配置係執行如T : WATDG m(Qs則m個類別的編瑪區塊的賴轉換誤差總和，如方程式陶所示：、 P〇] SATDC, m(Qs) = V SATDc(Qs, j) J 运 m class

Mmll5 m ’i；Tm請術柳輪計临八里，，、t似編碼區塊的失真量可由方程式⑽或方 31 1324483 程式以3]加以估計。執行最佳化位元配置時，會先針對所有Nc個類別來估計與介於△至QP1+△間的量化參數值相關的Rm(Qs) 及Dm(QS)。令Rm為配置第！!!個類別的位元數目，並且令q為第 m個類別的中間量化參數。接著’便可使用以下步驟並根據最陡梯度法（steepest gradient method)來執行最佳位元配置： >^驟1 .針對m- 1，2,…，NC執行初始化qm= △及^^ = _ Rm(Qs(qm))，其中Qs(qm)為對應於量化參數qm的量化步階大 J、。令R為m = 1，2,…，NC之所有Rm的總和。步驟 2 :針對 m = !，2,…，NC 及 k = qm +1，qm +2, ...，QPi+A 進行方程式pi]的運算：

KmqJ)-Rm(Qs(k)) |-2η 魯步驟3 :決定使x(m，k)數值最小化的m，值及k，值。步驟 4 :令 qm，= k，及 Rm，= Rm，(Qs(qm，)），並更新 R 值。步驟5 ··若所有1，2, ...，NC皆滿足R = Rtxt或qm = QPi+△’則停止最佳位元配置的程序。步驟6 :重複步驟2、3、4及5。於最佳化位元配置後，係使用與如第16圖所示且如方程式 [18] [19]所述之不具有位元率及失真最佳化位元配置之巨集區塊層編碼位元率控制實施例中相同方法來決定每一個巨集區塊類別 32 1^^4483 的量化參數。舉例而言，對於第m個類別中第i個巨集區塊而言，係經由將第m侧财剩餘的巨無塊的4x4編碼區塊的相對應絕_錢和SATDGm(Qs)加總树m_別中纖的巨集區塊的4x4編碼區塊所對應的絕對轉換誤差總和。對於介於QPr△至QP〗+△間的每一個量化參數值，可藉由方程式⑼或方 -程式刚來決定對第m個類別令剩餘的巨集區塊進行編媽所需之影像紋理位元數目。如此，即可辨識歧第則__可使用位 •疋數心及Rm(Qs)間得到最小差距的QP2，如方程式间所示：奶，〜丨 Γ221 1驟刪使用第二量化參數淡2對第i個巨無塊進行編，、後’減掉&魅集區塊的實際影像紋理位域目使用位元狄。在此實施例中，可將△值設為較大的列如5)而似雜所造成的編碼增益損失為最小。元率圖為本發明另—實施例的二步驟編碼步驟所得之編碼位凡率控制方法的通用流程圖。只要大體上可得到相同結果，第18 程圖步驟並不需要依循所示的固定順序，亦不需為連 :==他步驟)。在此實施例中，元率步驟1800 : 使用第-量化參數QPl執行第一編碼步驟，用以 33 丄以4483 對目前圖框的巨集區塊進行編碼，藉以座生目前 - 圖框的殘餘訊號。 • 步驟1802 :於第一編碼步驟後，辨識出目前圖框中已編碼的巨集區塊内的巨集區塊模式。步驟1804 Μ古計每-個巨集區塊模式的標頭位元數目，藉以估計目前圖框的標頭位元總數。步驟娜·根據估計的標職元總數及配置於圖框的位元數 _ 目來估計目觸框的影像紋理位元數目。步驟1806 :根據估計的影像紋理位元可使用數、影像紋理位 70率模型及失真模型來決定第二量化參數QP2。步驟1808 :使用第二量化參數Qp2執行第二編碼步驟，用以對目前圖框的殘餘訊號進行編碼。在此實施例中，係使用先前圖框的平均量化參數來對目前圖鲁^所有巨集區塊執行位元率及失真最佳化，並且藉由標頭位元。拉型執彳了標職元估計後，再使㈣影像紋理位神模型及失真模型所得之新的量化參數來對所有巨集區塊的殘餘訊號進行最後編碼。此作法可以達成更精確的編碼位元率控制。特別是，本 =揭露-種基於二步驟編碼制之巨無塊層編碼位元率控制难具法，其能達成更精確的編碼位元率控制並增加圖片整體品質，其中標頭位元係根據巨集區塊模式而做不同地估計，而影像紋理位元及失真量係分別根據影像紋理位元率模型及失真模加以估計。 /、、而 34 丄以4483 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專矛# . 圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。月利祀【圖式簡單說明】第1圖為符合QCIF格式之具有五個參考圖框（其所具有的量化泉 - 數QP2的數值與置化參數QPi的數值係相差3)之序列的位元率-失真曲線圖。鲁第2’符合QQF格式之具有五個參考圖框（其所具有的量化參數Qh的數值與量化參數QPl的數值係相差3)之”silent”序列的位元率-失真曲線圖。第3圖為符合QQF格式之具有五個參考_(騎具有的量化參數QP2的數值與量化參數QPl的數值係相差"序列的位元率-失真曲線圖。第4圖為符合QCIF格式之具有五個參考圖框（其所具有的量化參數QP2的數值與量化參數QPl的數值係相差υ之” silent"序列的 ® 位元率-失真曲線圖。第5圖為本發明實施例的視訊編碼系統的功能方塊示意圖。第6圖為第5圖的編碼位元率控制單元的功能方塊示意圖。第7圖顯示NnzMVe + w· Nmv與符合qcif格式之”carphone”序列中圖框間巨集區塊的標頭位元數目間的線性關係。第8圖顯示NnzMVe + w. NMV與符合qCIF格式之"news”序列中圖框間巨集區塊的標頭位元數目間的線性關係。第9圖顯示SATDc(Qs)/Qs與符合qCIF格式之"carph〇ne„序列的 35 1324483 影像紋理位元數目間的線性關係。第10圖顯示SATDc(Qs)/Qs與符合QQF格式之”news”序列的影像紋理位元數目間的線性關係。第11圖顯示SATDc(Qs)/Qs與符合QCIF格式之”carphone，，序列的 - 4x4編碼區塊的失真量（其係以平方差總和來表示）間的線性關係。第12圖顯示SATDc(Qs)/Qs與符合QCIF格式之”news”序列的4X4 編碼區塊的失真量（其係以平方差總和來表示）間的線性關係。 ❿ 第13圖顯示符合QCIF格式之"earphone”序列的失真總量與估計失真總里間的關係’其中估計失真總量係為根據實施方式中所述真i與編碼區塊的估計失真量的總和。第14圖顯示符合qcif格式之”news”序列的失真總量與估計失真總量間的關係，其中估計失真總量係為根據實施方式中所述方程式[14]所得之略過區塊的失真量與編碼區塊的估計失真量的總和、第15圖為本發明第一實施例的二步驟編碼機制所得之圖框層編碼 _ 位元率控制方法的流程圖。第16圖為本發明第二實施例的二步驟編碼機制所得之巨集區塊層編碼位元率控制方法的流程圖。第17圖為本發明第三實施例的二步驟編碼機制並使用位元率及失真最佳化位元配置所得之巨集區塊層編碼位元率控制方法的流程圖。第18圖為本發明第四實施例的二步驟編碼機制所得之編碼位元率控制方法的通用流程圖。 36 1324483 # 4

【主要元件符號說明】 3 視訊編碼系統 32 第一步驟編碼裝置 34 編碼位元率控制裝置 36 第二步驟編碼裝置 321 位元率及失真最佳化單元 322 殘餘訊號儲存單元 323 離散餘弦轉換及量化單元 324 編碼區塊決定早70 325 反離散餘弦轉換及反量化單元 326 第一重建圖框儲存單元 341 編碼位元率控制單元 361 選擇性圖框内精確修正單元 362 離散餘弦轉換及量化單元 363 熵編碼單元 364 反離散餘弦轉換及反量化單元 365 第二重建圖框儲存單元 3411 位元配置單元 3412 標頭位元估計單元 3413 位元率及失真模型化單元 3414 位元率及失真最佳化位元配置單元 3415 第二量化參數決定單元 37

Claims

’年1月一1¾正替換頁、申請專利範圍：，—種用於一視訊編碼器（video encoder)之編碼位元率控制（rate control，RC)方法，包括：執行一第一編碼步驟，係使用一第一量化參數（quantizati〇n parameter, QP) ’用以對一目前圖框（current^_ame)之複數個巨集區塊（macroblock，MB)進行編碼，藉以產生該目前圖框之一殘餘訊號（residual signal); 估計每一巨集區塊模式（macr〇bl〇ck m〇de，Mg m〇de )之一標頭位元（headerbit)數目，藉以估計該目前圖框之一標頭位元總數；根據該目如圖框之該標頭位元總數，估計一影像紋理位元 (texturebit)可使用數（avaiiablenumber); 根據估計之該影懈文理位元可使用數來決定一第二量化參數；以及執行一第二編碼步驟，係使用該第二量化參數，用以對該目前圖框之該殘餘訊號進行編碼。如申睛專職圍第1項所述之方法’其巾該等巨集區塊模式包括對複數個圖框間編碼區塊（inter_codedbl〇ck)執行之圖框間預測（interprediction)以及對複數個圖框内編碼區塊 (intra-codedbk)ck)執行之圖框内預測（intrapredicti〇n)，且該估計該標頭位元數目之步驟係分別針對該等圖框間編瑪區塊及該荨圖框内編碼區塊來執行。 38 3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，更包括根據該目前圖框内非♦移動向量元素（non-zero motion vector element)數目及一移動向量數目之一線性模型來估計該等圖框間編碼區塊之一標頭位元數目。 4. 如申請專利範圍第2項所述之方法，更包括藉由將複數個先前圖框（previous frame)之複數個圖框内編碼區塊之標頭位元之每一數目取平均值來估計該等圖框内編碼區塊之該標頭位元數目。 5. 如申請專利範圍第2項所述之方法，更包括於該第一編碼步驟之中，建構一第一重建圖框（reconstructed frame)以執行後續複數個巨集區塊（subsequentmacroblock)之圖框内預測。 6_如申請專利範圍第2項所述之方法，更包括於該第二編碼步驟之中’建構一第二重建圖框以執行後續複數個圖框（subsequent frame )之圖框間預測。 7.如申明專利範圍第1項所述之方法，更包括於該第一編碼步驟之後’取得一標頭資訊（headerinformation)，其中該標頭資訊包含與複數個參考圖框（reference frame )、複數個移動向量 (motion vector, MV )、及複數個巨集區塊模式之一者或組合有關之資訊。 39 1324483 8·如申請專職圍第丨項所述之方法，更包括藉由將—先前圖框内所有巨集區塊之複數個置化參數取平均值來決定該第一量化參數。 S 9·如申請專利範圍第丨項所述之方法，更包括確保該第二量化參數落入該第-量化參數之-預定範圍（predetenninedrange 中。 ίο·如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括：配置一目標位元（targetbit)總數於該目前圖框；根據該目前圖框中該目標位元總數及估計之標頭位元總數來決定一影像紋理位元數目；以及根據-位元率及失真最佳化程序（rate and dist〇rti〇n process，R-D optimization process)之複數個位元率及失真值 (rate and distortion value，R-D value)及該影像紋理位元可使用數來決定該第二量化參數。 11.如申凊專利範圍第10項所述之方法，更包括：於§亥第一編碼步驟之後，辨識出該目前圖框中已編碼之該等巨集區塊内複數個編碼區塊（c〇ded block ；); 對該等編碼區塊之失真量（distortion )進行模擬計算（m〇dding ) 以產生該等編碼區塊之一估計失真量（estimated distortion);以及丄對該目前_之棘像紐位域目進賴料細產生該等編碼區塊之-影像紋理位元估計數目（estimated_ber)。 12. 如申請專利翻第U項所述之方法，其中該影像紋理位元估計數目係基於料編碼區狀—娜度量啦（⑺㈣娜 measure)所估計而來。 13. 如申請專利範圍第η項所述之方法，其中該等編碼區塊係自於該第一編碼步驟所採用之—離散餘弦轉換（di獄te cosine transform, DCT)巾做為基本單元（basic口此）之複數個區塊中被辨識出來。 14. 如申明專利範圍第u項所述之方法，更包括根據該目前圖框之該殘餘峨來估計該目前圖框巾已編碼之該等巨集區塊内複數個未編碼區塊（non_c〇dedbl〇ck)所代表之複數個略過區塊（skippedblock)之失真量。 15. 如申請專利範圍第1項所述之方法，更包括：對該目前圖框内每-巨集區塊個別決定該第二量化參數；以及執行該第一編碼步驟，係使用對每一巨集區塊所決定之對應之該第二量化參數’用以對該目前圖框内每一巨集區塊之該殘餘訊號個別進行編碼。 41 1324483 16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，更包括配置一適當位元數（adequate number ofbits)於每一巨集區塊類別以最佳化每巨τκ S·塊類別中巨集£塊之一位元率及失真程序（rate and distortion process, R-D process ) ° 17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中各巨集區塊類別係根據同一列（row)之巨集區塊所形成之一組區塊（gr〇up〇f blocks，GOB )所分類而成。 18. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中該配置一適當位元數於每一巨集區塊類別之巨集區塊之步驟更包括：計异落入該第一量化參數之一預定範圍中複數個量化參數值 (quantization parameter value，QPvalue)所對應之複數個位元率及失真值；以及選擇每一巨集區塊類別之該適當位元數，以藉由同時最大化一位元率減量（mte decrease)及最小化一失真增量（dist〇rti〇n increase)來最佳化該等位元率及失真值。 19·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該編碼位元率控制方法係供一 H.264視訊編碼器所使用。 20. —種用於一視訊編碼器之執行編碼位元率控制之系統，包括：一第一步驟編碼裝置，耦接至一輸入視訊源（inc〇mingvide〇 42 source)，用以執行一第一編碼步驟，係使用—第一量化參數，用以對一目前圖框之複數個巨集區塊進行編碼，藉以產生該目前圖框之一殘餘訊號；一編碼位元率控制裝置，耦接至該第一步驟編碼裝置，用以估計每一巨集區塊模式之一標頭位元數目，藉以估計該目前圖枢之一標頭位元總數，並根據該標頭位元總數，估計一影像紋理位元可使用數，以及根據估計之該影像紋理位元可使用數來決定一第二量化參數；以及一第二步驟編碼裝置，耦接至該編碼位元率控制裝置，用以執订-第二編碼步驟，係使職第二量化參數，肋對該目前圖框之該殘餘訊號進行編碼。 21. 如申請專利範圍第2〇項所述之系統，其中該等巨集區塊模式匕括對複數個圖框間編碼區塊（inter_c〇cjed block )執行之圖框間預測（imerprediction)以及對複數個圖框内編碼區塊 (mtra-codedblock)執行之圖框内預測（intmpredicti〇n)，並且該編碼位元率控制裝置包括一標頭位元估計單元，用以分別針對該等圖框間編碼區塊及該等圖框内編碼區塊來估計該標頭位元數目。 22. 如申明專利範圍第21項所述之系統，其中該標頭位元估計單 70更用以根據該目前圖框内一非零移動向量元素數目及一移動向里數目之線性模型來估計該等圖框間編碼區塊之-標頭 43 1324483 位元數目。 23·如申請專利範圍第21項所述之系統，其中該標頭位元估計單元更用以藉由將複數個先前圖框之複數個圖框内編碼區塊之标頭位元之每一數目取平均值來估計該等圖框内編碼區塊之該標頭位元數目。 24.如申明專利範圍帛2〇項所述之系統，其十該第一步驟編碼裳置更用以建構-第—重建圖框以對後續複數個巨集區塊執行圖框内預測。 25.如申請專利範圍第2〇項所述之祕，其中該第二步驟編碼裝置更用以建構-第二重建圖框以執行後續複數個圖框之圖框間預測。 26.如申請專利範圍第2〇項所述之系統，其中該編敬元率控制裝置更用以於該第-編碼步驟之後，取得—標頭資訊，盆中該標頭資訊包含與複數個參考圖框、複數個移麵量、及複數個/ 巨集區塊模式之一者或組合有關之資訊。如_娜，0項所述之紐，其_—步驟編碼裝置更用以藉由將-先前圖框内所有巨集區塊之複數個量化來數取平均值來決定該第一量化參數。 / 44 1324483 28. 如申請專利範圍第20項所述之系統，其中該編碼位元率控制裝置包括一第二量化參數決定單元（second quantization parameter decision unit，second QP decision unit)，用以選擇該第二量化參數並碟保該第二量化參數落入該第一量化參數之一預定範圍之中。 29. 如申請專利範圍第20項所述之系統，其中該編碼位元率控制裝置包括一位元配置單元（bitallocationunit)，用以配置一目標位元總數於該目前圖框，並根據該目前圖框中該目標位元總數及估計之該標頭位元總數來決定一影像紋理位元數目；以及一第二量化參數決定單元，用以根據一位元率及失真最佳化程序之複數個位元率及失真值及該影像紋理位元可使用數來決定該第二量化參數。 30. 如申請專利範圍第29項所述之系統，其中該編碼位元率控制裝置更用以於該第-編碼步驟之後，辨識出該目前圖框令已編碼之該等巨集區塊内複數個編碼區塊，並對該等編碼區塊之失真量進行模型化處理以產生該等編碼區塊之—估計失真量，再根據5玄等編碼區塊之該影像紋理位元估計數目來決定該目前圖框之該影像紋理位元數目。月 31. 如申請專利範圍第3G項所述之系統，其中該等編碼區塊係自於該第-編碼步騎朗之—離散餘絲換巾做為基本單元 45 之複數個區塊中被辨識出來。 32. 如申請專利範圍帛3〇項所述之系統，其中該編碼位元率控制裝置更用以於該第-編碼步驟之後，根據該目前圖框之該殘餘訊號來估計該目前圖框中已編碼之該等巨集區塊内複數個未編碼區塊所代表之複數個略過區塊之失真量。 33. 如申請專利範圍第2〇項所述之系統，其中該編碼位元率控制裝置包括一第二量化參數決定單元，用以對該目前圖框内每— 巨集區塊個別決定該第二量化參數，其中該第二步驟編碼裳置更用以執行該第二編碼步驟，係使用由該第二量化參數決定單兀對每-;&集區塊所決定之對應之該第二量化纽，用以對該目刖圖框内每一巨集區塊之該殘餘訊號個別進行編碼。 34. 如申請專利範圍第2〇項所述之系統，其中該編碼位元率控制裝置包括一位元率及失真最佳化位元配置單元（rateand distortion optimized bit allocation unit, R-D optimized bit allocation unit)，用以配置一適當位元數於複數個巨集區塊類別之每一巨集區塊類別，藉以根據每一巨集區塊所配置之該適當位元數來最佳化每一巨集區塊類別中巨集區塊之一位元率及失真程序。 35·如申凊專利範圍帛34項所述之系統，其中各巨集區塊類別包 46 丄 W4483 括組區塊，該組區塊係由位於同一列之巨集區塊所形成。如申5月專利範圍第34項所述之系統，其中當配置該適當位元，於每-巨倾塊_之時，該位元較失真最佳化位元配置單το更用以根據落入該第一量化參數之一預定範圍中複數個相異里化參數（different quantization parameter, different QP )來汁算複數鑛触residual bit)及複油失真低(disi〇rti〇n bit) ’並自该專殘餘位元及該等失真位元中選擇每一巨集區塊類別之該適纽元數，以最大化—位元率減量並最小化一失直增量。 37. 如申晴專利範圍第2〇項所述之系統，係用以提供編碼位元率控制之功能予一 H.264視訊編碼器。 38. 如申請專利範圍第2〇項所述之系統，其中該第一步驟編碼裝置更包括： 4 元率及失真最佳化（rate distortion optimization，RDO)單兀，耦接至該輸入視訊源，係使用該目前圖框内所有巨集區塊所對應找帛-量化錄，帛吨雜鱗及失真最佳化移動估。十（rate and distortion optimized motion estimation, R-D 〇ptimizecj ME )及模式決定（mode decisi〇n ); 一殘餘訊號儲存單元，用以儲存該殘餘訊號及一標頭資訊，該標頭貢訊包含自該位元率及失真最佳化單元所取得之複數 47 蠼個移動向量及複數個參考圖框； —離散餘弦轉換及量化單元（discrete c〇sine _8;Γ〇πη and quantization unit，DCT and Q unit)’ 用以執行一離散餘弦轉換以重建母一巨集區塊，及對後續複數個巨集區塊執行圖框内預測，並使用該第一量化參數來執行量化處理； ’扁碼區塊決定單元，用以於離散餘弦轉換執行時辨識出複數個編碼區塊，該等編碼區塊具有落入該第一量化參數之一預定範圍中複數個量化參數；反離散餘弦轉換（inverse discrete C0Sine inverse DCT)及反量化（inverseqUantizati〇n，iQ)單元，用以重建每一圖框（frame)以執行後續之該等巨集區塊之圖框内預測；以及一第一重建圖框儲存單元’用以儲存一第一重建圖框。 39. 如申明專利|&圍第2Q項所述之系統，其中該第二步驟編碼裝置包括： -選擇性_内精確修轉元㈤⑽⑽咖純腦细触），該選擇性圖框内精確修正單元僅在當該目前圖框之一巨集區塊模式被設定為圖框内預測模式時被致能（__)，其中於該第二步驟編碼裝置中，該選擇性圖框内精確修正單元係使用於該第-步驟編瑪裝置内所決定之一圖框内預測模式（mtra mode ) ’來精確修正（refme ) 一圖框内巨集區塊之殘餘訊號； 48 1324483 -離散餘弦轉換及#化單元’㈣執行―離散触轉換以重建每-巨集區塊，及對後續複數個巨集區塊執行圖框内預測，並使用該第二量化參數來執行量化處理； -第二重建圖框儲存單元，L存—第二重建圖框； -反離散健轉換及反#化單元，H建每—圖框以執行後續之該等巨集區塊之圖框内預測；以及 -熵編碼單元（entropy coding unit)，用以產生一輸出位元流 (output bit-stream ) ° 40. 如申凊專利範圍第20項所述之系統，其中該編碼位元率控制裝置更包括： -位元配置單元，用以根據一組預先限定參數來配置一適當位元數於每一圖框； -標頭位元估計單元，用以估計所有巨集區塊之一標頭位元數目，其中在已知配置予該圖框之一總位元數之條件下，該影像紋理位元可使用數係經由估計該標頭位元數目而計算得知；位元率及失真模型化單元（rate ancj distortion modeling unit, R-D modeling unit) ’用以估計落入該第一量化參數之一預定範圍中一組量化參數之複數個位元率及失真值； -位元率及失真最佳化位元配置單元，用以配置該適當位元數於每一巨集區塊類別；以及一第一置化參數決定單元，用以根據由該位元率及失真模型化 49 1324483 單元所估計之該等位元率及失真值來決定該第二量化參數以供該第二步驟編碼裝置所使用。 Ί 、圖式： 50