TWI669941B - 視訊編碼方法及視訊編碼器系統 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種編碼數位視訊資料之方法。將輸入視訊圖框編碼成配置於若干圖片群組中之一輸出視訊圖框序列。使用一各別壓縮值將每一輸入視訊圖框編碼成一輸出視訊圖框，且該輸出視訊圖框序列中之每一圖片群組具有由含於該圖片群組中之圖框之一數目界定之一GOP長度。對於一第一輸入視訊圖框，判定該輸入視訊圖框中之一運動位準及一光位準。若該光位準低於一預定臨限值，則使用一預定恆定GOP長度及係該光位準之一遞減函數之一壓縮值編碼該第一輸入視訊圖框。若該光位準高於該預定臨限值，則使用係該運動位準之一遞減函數之一GOP長度以及係該光位準之一遞減函數之一壓縮值編碼該第一輸入視訊圖框。

Description

視訊編碼方法及視訊編碼器系統
本發明係關於一種編碼數位視訊資料之方法。此外，本發明係關於一種用於編碼視訊資料之數位視訊編碼器系統。
在數位視訊系統(諸如網路攝影機監測系統)中，在傳輸之前使用各種視訊編碼方法壓縮視訊序列。在諸多數位視訊編碼系統中，以下兩個主要模式用於壓縮一視訊圖框序列之視訊圖框：圖框內模式(intra mode)及圖框間模式(inter mode)。在圖框內模式中，藉由採用一單個圖框之一給定通道中之像素之空間冗餘經由預測、變換及熵編碼來編碼照度及色度通道。經編碼圖框稱為I圖框。圖框間模式替代地在單獨圖框之間採用時間冗餘，且依賴於一運動-補償預測技術，該運動-補償預測技術藉由針對選定像素區塊編碼自一個圖框至另一圖框之像素之運動來預測來自一或多個先前經解碼圖框之一圖框之部分。經編碼圖框可稱為P圖框(正向預測圖框)(其可係指解碼次序中之先前圖框)，或B圖框(雙向預測圖框)(其可係指兩個或兩個以上先前經解碼圖框)，且該等經編碼圖框可具有用於預測之圖框之任一任意顯示-次序關係。
在經編碼視訊序列之接收位點處，解碼經編碼圖框。網路攝影機監測系統中之一關注點係用於傳輸經編碼視訊之可用頻寬。此在採用大數目個攝影機之系統中尤其現實。例如在將影像儲存於攝影機中 之一板上SD卡上時對於影像之儲存而發生一類似問題。必須做出綜合考量，其中將可用頻寬與期望之高品質影像加以平衡。若干種方法及系統已用於控制編碼以便減少來自攝影機之傳輸之位元率。此等已知方法及系統通常應用一位元率限制，且控制編碼使得來自攝影機之輸出位元率總是低於位元率限制。以此方式，可確保可用頻寬係充足的，使得系統中之所有攝影機可將其視訊序列傳輸至接收位點(例如，一控制中心)，其中一操作者可監測來自系統之攝影機之視訊，且其中可記錄視訊以供稍後使用。然而，將一位元率限制應用於所有攝影機有時可導致不期望之低影像品質，此乃因位元率限制可需要包括很多細節之影像之嚴重壓縮，而不管所監測場景中正在發生什麼。例如，在場景中存在運動之情況下獲得較高影像品質係有利的，例如，以便能夠識別一侵入者，但在所擷取場景中存在運動之情況下，一位元率限制將替代地導致更嚴重壓縮，且藉此較低影像品質。
本發明之一目標係提供對上述先前技術進行改良之一種編碼數位視訊資料之方法以及一種數位視訊編碼器系統。
本發明之一特定目標係提供可將一輸出位元率限制於一可用頻寬同時仍達成一所擷取場景中之暫時移動之高品質視訊之傳遞之一種編碼數位視訊資料之方法以及一數位視訊編碼器系統。
根據一第一態樣，藉由一種編碼對應於一輸入視訊圖框序列之數位視訊資料之方法完全地或至少部分地達成上述目標，其中將該等輸入視訊圖框編碼成配置於若干圖片群組中之一輸出視訊圖框序列，每一圖片群組包括一圖框內圖框以及零或更多後續圖框間圖框，使用一各別壓縮值將每一輸入視訊圖框編碼成一輸出視訊圖框，該輸出視訊圖框序列中之每一圖片群組具有由含於該圖片群組 中之圖框之一數目界定之一GOP長度，該方法包括：對於一第一輸入視訊圖框，判定該輸入視訊圖框中之一運動位準及一光位準，若該光位準低於或等於一預定臨限值，則使用一預定恆定GOP長度及係該光位準之一遞減函數之一壓縮值編碼該第一輸入視訊圖框，若該光位準高於該預定臨限值，則使用係該運動位準之一遞減函數之一GOP長度以及係該光位準之一遞減函數之一壓縮值編碼該第一輸入視訊圖框。
以此方式，當在場景中存在極少光時，可藉由使GOP長度固定且應用一高壓縮值而減小輸出位元率。所得之影像品質減小將係大體可接受的，此乃因一暗場景在大多數情形中無法以任何方式提供詳細資訊。當存在運動，且場景係亮的(諸如在白天室外期間或在一照明良好之房間中)時，可允許一較高位元率以便提供更詳細資訊。此方法達成在不應用任何位元率目標或限制之情況下對頻寬之一有效使用。
可將光位準判定為一信號雜訊比及一光強度中之至少一者。
在該方法之一變化形式中，若該光位準低於該預定臨限值，則在該運動位準係一預定最小運動位準之情況下，使用一預定最大壓縮值來編碼該第一輸入視訊圖框。據此，有可能在所擷取場景係暗的且存在極少或不存在運動時達成一尤其低位元率。
若該光位準高於該預定臨限值，則在該光位準係一預定最大光位準之情況下，一預定最小壓縮值可用於編碼該第一輸入視訊圖框以此方式，可在所擷取場景係亮的時提供高品質影像，此暗示存在極少雜訊，且使得彼等影像具有提供一高階細節之潛力。
在該方法之一變化形式中，若該光位準高於該預定臨限值，則在該運動位準係一預定最大運動位準之情況下，使用一預定最小GOP 長度來編碼該第一輸入圖框。藉此，可在所擷取場景中存在一高運動位準時提供一高品質視訊序列。
若該光位準高於該預定臨限值，則在該運動位準係一預定最小運動位準之情況下，可使用一預定最大GOP長度。以此方式，可在所擷取場景中存在極少或不存在運動時達成一低位元率。
該方法可進一步包括以係該運動位準之一遞增函數之一輸出圖框率編碼該輸入視訊圖框序列。據此，可在在所擷取場景中存在極少或不存在運動時達成一低位元率，且可在該場景中存在一高運動位準時提供提供更多資訊之一更平滑視訊序列。
若一第二輸入視訊圖框之一運動位準與該第一輸入視訊圖框之該運動位準相差一第一臨限改變量，則該方法可進一步包括將該輸出圖框率改變一預定圖框率量。以此方式，可監測輸入視訊圖框中之運動位準，且當該運動位準改變時，可調適該圖框率。例如，若該攝影機以一極低圖框率(諸如1fps)編碼及傳輸圖框(此乃因所擷取場景中不存在運動)，則可比編碼及傳輸圖框之圖框率更頻繁地檢查輸入視訊圖框之運動，且若偵測到運動，則可即時地增加輸出圖框率，即使自編碼最近圖框起已過去小於1s亦然。因此，可減小漏失場景中之運動之風險。
該方法可進一步包括：對於繼該第一輸入視訊圖框之後之一第二輸入視訊圖框，檢查該光位準與該第一輸入視訊圖框相比是否已經改變一第一臨限改變量。以此方式，若該場景中之該光位準與之前基本上相同，則無需重新計算該壓縮值，藉此使該方法在計算上尤其有效。
若該光位準與該第一輸入視訊圖框相比尚未改變該臨限改變量，則在該第二輸入視訊圖框之一第二運動位準與該第一輸入視訊圖框之該第一運動位準相差一第二臨限改變量之情況下，使用基於該第 二運動位準所計算之一GOP長度編碼該第二輸入視訊圖框。藉此，可調適該GOP長度以改變運動位準，即使在已經完成一當前圖片群組之前。
根據一第二態樣，藉由一種用於編碼對應於一輸入視訊圖框序列之視訊資料之數位視訊編碼器系統完全地或至少部分地達成上述目標，該數位視訊編碼器系統包括：一編碼器模組，其經配置以將輸入視訊圖框處理成配置於圖片群組中之圖框內圖框或圖框間圖框，每一圖片群組包括一圖框內圖框以及零或更多後續圖框間圖框，一光判定模組，其經配置以判定輸入視訊圖框中之一光位準，一運動判定模組，其經配置以判定輸入視訊圖框中之一運動位準，一壓縮值設定模組，其經配置以設定將用於編碼輸入視訊圖框之一壓縮值，一GOP長度設定模組，其經配置以將一GOP長度設定為將含於一圖片群組中之若干個圖框，該GOP長度設定模組經配置以在該光位準低於或等於一預定臨限值之情況下設定一預定恆定GOP長度，該壓縮值設定模組經配置以在該光位準低於一預定臨限值之情況下設定係該光位準之一遞減函數之一壓縮值，該GOP長度設定模組經配置以在該光位準高於該預定臨限值之情況下設定係該運動位準之一遞減函數之一GOP長度，且該壓縮值設定模組經配置以在該光位準高於該預定臨限值之情況下設定係該光位準之一遞減函數之一壓縮值。
利用此一編碼器系統，可藉由使GOP長度固定且應用一高壓縮值而減小輸出位元率。如已述及，所得之影像品質減小將係大體可接受 的，此乃因一暗場景在大多數情形中無法以任何方式提供詳細資訊。當存在運動，且場景係亮的(諸如在白天室外期間或在一照明良好之房間中)時，可允許一較高位元率以便提供更詳細資訊。本發明編碼器系統達成在不應用任何位元率目標或限制之情況下對頻寬之一有效使用。
該數位視訊編碼器系統可進一步包括：一圖框率設定模組，其經配置以設定編碼輸入視訊圖框之一圖框率。據此，該編碼器系統可進一步控制輸出位元率。
在一實施例中，該光判定模組包括一照度計。一照度計可提供判定輸入視訊圖框中之光位準之一實用構件。
該光判定模組可經配置以判定輸入視訊圖框中之一信號雜訊比。此亦可係判定輸入視訊影像中之光位準之一實用方式，此乃因一暗場景之影像將通常含有比一亮或照明良好場景之影像更多之雜訊。
根據一第三態樣，藉由一種包括根據第二態樣之一數位視訊編碼器系統之攝影機完全地或至少部分地達成上述目標。
根據一第四態樣，藉由一種包括具有經調適以在由一處理器執行時執行根據第一態樣之方法之指令之一電腦可讀取儲存媒體之電腦程序產品完全地或至少部分地達成上述目標。
依據下文所給出之詳細闡述，本發明之適用性之一進一步範疇將變得顯而易見。然而，應理解，儘管詳細闡述及具體實例指示本發明之較佳實施例，但其僅以圖解說明之方式給出，此乃因熟習此項技術者自此詳細闡述將易於明瞭各種歸屬於本發明之精神及範疇內之各種改變及修改。
據此，應理解本發明並不限於所闡述之裝置之特定組件部分或所闡述之方法之步驟，此乃因此類裝置及方法可變化。亦應理解，本文中所使用之術語僅係出於闡述特定實施例之目的，而非意欲為限制 性。必須注意，如說明書及隨附申請專利範圍中所使用，除非上下文另外明確規定，否則冠詞「一(a/an)」、及「該(the/said)」意欲意指存在元件中之一或多者。因此，舉例而言，對「一物件」或「該物件」之一提及可包含數個物件及諸如此類。此外，「包括(comprising)」一詞並不排除其他元件或步驟。
1‧‧‧攝影機
2‧‧‧場景
3‧‧‧編碼器系統
4‧‧‧光判定模組
5‧‧‧運動判定模組
6‧‧‧壓縮值設定模組
7‧‧‧GOP長度設定模組
8‧‧‧圖框率設定模組
101‧‧‧輸入影像圖框/當前輸入影像圖框
102‧‧‧輸入圖框/第二輸入影像圖框
103‧‧‧第三輸入影像圖框/影像圖框
104‧‧‧第四輸入影像圖框/輸入影像圖框
201‧‧‧輸出影像圖框/輸出圖框
202‧‧‧第二輸出影像圖框/輸出影像圖框
203‧‧‧第三輸出影像圖框
204‧‧‧第四輸出影像圖框/輸出影像圖框
1001‧‧‧影像圖框/第一影像圖框/第一輸入影像圖框
1002‧‧‧下一輸入影像圖框/第二輸入影像圖框/影像圖框
1003‧‧‧第三輸入影像圖框/先前輸入影像圖框
1004‧‧‧第四輸入影像圖框
1005‧‧‧第五輸入影像圖框
1006‧‧‧輸入影像圖框
1007‧‧‧輸入影像圖框
1008‧‧‧輸入影像圖框
2001‧‧‧I圖框
2003‧‧‧P圖框
2005‧‧‧I圖框
2006‧‧‧P圖框
2007‧‧‧P圖框
2008‧‧‧P圖框
GOP1‧‧‧第一圖片群組
GOP2‧‧‧第二圖片群組
LGOP‧‧‧GOP長度
QP‧‧‧壓縮值
Vlight‧‧‧光位準
Vmotion‧‧‧運動位準
現將藉由實例方式且參考隨附示意性圖式更詳細地闡述本發明，在該等圖式中：圖1係擷取一場景之一攝影機之一圖解說明，圖2係展示根據本發明之一變化形式之編碼數位視訊資料之一方法之步驟之一流程圖，圖3係根據本發明之一變化形式經編碼之一視訊序列之一圖解說明，圖4係根據本發明之一變化形式經編碼之另一視訊序列之一圖解說明，圖5a至圖5c係展示壓縮值及GOP長度可如何相依於光位準及運動位準而變化之實例之圖表；及圖6係展示根據另本發明之一變化形式之額外步驟之一流程圖；及圖7係根據本發明之一實施例之一數位視訊編碼器系統之一表示。
本發明係基於發明者意識到有益於減小總體輸出位元率，同時達成其中存在運動之場景之高品質影像之若干個原理。
此等原理中之一者係：在編碼時所使用之GOP長度應相依於將編碼之圖框中之運動位準。因此，當存在極少或不存在運動時，應使用 一長GOP長度，而當存在一高運動位準時，應使用一短GOP長度。
一第二原理係：當在場景中存在極少光時，GOP長度應不再根據運動位準而變化。此乃因當存在極少光時，影像中將存在更多雜訊，亦即信號雜訊比將係較低的。因而，存在雜訊被解釋為運動之一風險，從而引起對於其中不存在實際運動之一場景之一高位元率事件。為處理此，當光位準低於一預定臨限值值時，應替代地使用一預定恆定GOP長度。
一第三原理係：在編碼時所使用之一壓縮值應相依於將編碼之圖框中之光位準。因此，當在場景中存在極少光時，應使用一高壓縮值，而當存在很多光時，應使用一低壓縮值。以此方式，可在場景中存在很多光時提供高品質影像。當所擷取場景太暗而無法顯現有用資訊時，影像品質將係較低的，藉此減小輸出位元率。
藉由在編碼數位視訊資料時應用此三個原理，可在所擷取場景中存在運動時，在仍提供高品質影像的同時總體上減小輸出位元率。本發明方法及系統可在採用大數目個系統之數位視訊系統中係尤其有用的，此乃因一般而言，在由所有攝影機同時擷取之場景中將不存在運動。因此，可更有效地使用可用頻寬，此乃因可減小來自在一給定時刻擷取無運動之場景之攝影機之輸出位元率，且可允許在相同時刻擷取具有運動之場景之攝影機使用可用頻寬中之更多頻寬。
除了前述三個原理以外亦可應用之一第四原理係：編碼影像圖框之圖框率應相依於運動位準。因此，當存在極少或不存在運動時，圖框率應係低的，而當存在一高運動位準時，圖框率應係高的。此可增添至由三個首先述及之原理提供之位元率靈活性，此乃因擷取具有極少運動或無運動之場景之攝影機可以一極低圖框率傳輸經編碼影像圖框，藉此使用可用頻寬之僅一小部分，而擷取具有一較高運動位準之場景之攝影機可以一較高圖框率傳輸經編碼影像，從而允許使用可 用頻寬中之較多頻寬。
現將藉由實例方式首先參考圖1進一步闡述本發明，圖1展示擷取一場景2之一攝影機1。轉至圖2，當一第一輸入影像圖框將被編碼時，在一第一步驟S1中，判定圖框中之一光位準Vlight。此可藉由判定一信號雜訊比，藉由判定場景中之一光強度，或兩者而完成。可繼而(例如)使用整合於攝影機之一殼體中或在該殼體外部之一照度計執行光強度之判定。另一選擇係，或另外，可藉由自來自擷取場景之感測器之影像資料提取資訊而判定光強度。例如，可將感測器資料轉換至一YCbCr色彩空間中，且Y或照度組分可用作光強度。
接下來，在步驟S2中，計算一壓縮值QP為光位準Vlight之一函數。壓縮值QP可(例如)係以H.264壓縮格式使用之量子參數。計算壓縮值QP為光位準Vlight之一遞減函數。因此，若光位準Vlight係高的(此意謂所擷取場景係亮的)，則壓縮值QP將係低的，使得第一影像不被嚴重壓縮，但可提供一高階細節。若另一方面，光位準Vlight係低的(此意謂所擷取場景係暗的)，則壓縮值QP將係高的，使得第一影像經較嚴重壓縮，藉此以降低輸出影像之品質為代價而減小輸出位元率。此交易將係大體可接受的，此乃因一暗場景通常將不提供很多資訊。
若所計算壓縮值QP大於或等於一預定值(此指示光位準低於或等於一預定臨限值)，則將GOP長度(亦即，將編碼之一圖片群組之長度)設定為一預定恆定值。作為實例，壓縮值QP之預定值可係35，在一量表上，其中QP=0表示一最小壓縮且QP=50表示一最大壓縮，且GOP長度之預定恆定值可係128，此意謂在該圖片群組中存在一個圖框內圖框以及127個後續圖框間圖框。在此實例中，可准許之最長GOP長度係255，且可准許之最短GOP長度係1，此意謂僅圖框內圖框經編碼。
若另一方面，所計算壓縮值QP低於預定臨限值，則在步驟S4 中，判定第一影像圖框中之一運動位準Vmotion。可藉由判定當前影像圖框與一或多個先前影像圖框之間的像素差，且取經改變像素之數目作為運動位準之一量度而判定運動位準。另一選擇係，可使用已知之更複雜運動偵測演算法。
在步驟S5中，計算將在編碼時使用之GOP長度LGOP為運動位準Vmotion之一遞減函數。因此，若運動位準Vmotion係低的，則GOP長度LGOP將係長的，此意謂在圖框內圖框之間存在諸多圖框間圖框，且若運動位準Vmotion係高的，則GOP長度LGOP將係短的，此意謂在圖框內圖框之間存在極少或甚至無圖框間圖框。
然後，當GOP長度LGOP已經設定為一恆定值(此乃因所擷取場景係暗的)或為運動位準之一函數(在場景係亮的情況下)時，在步驟S6中，將第一影像編碼為一圖框內圖框。
對於下一輸入影像圖框(亦即，一第二輸入影像圖框)，判定是否應檢查場景之改變。該方法可經設定以對於每一輸入影像圖框檢查改變，或可經設定以較不頻繁地進行檢查，例如，每兩個或四個輸入影像圖框。此頻率可由一使用者調整，或可係預設定的。
若將對於第二輸入影像圖框而檢查場景，則在步驟S8中判定光位準Vlight是否已改變大於一臨限改變量。若對此做出肯定回答，則藉由返回至步驟S2而計算一新壓縮值QP為光位準Vlight之一遞減函數。
然而，若位準Vlight未改變，則無需計算一新壓縮值QP。該方法然後繼續進行至步驟S9，在步驟S9中，判定運動位準Vmotion是否已經改變大於一預定臨限改變量。若對此做出肯定回答，則藉由返回至步驟S5而計算一新GOP長度LGOP為運動位準Vmotion之一遞減函數。
若運動位準Vmotion已經改變，則在步驟S10中，將第二輸入影像圖框編碼為一圖框間圖框。
在步驟S11中，藉由比較GOP長度LGOP之當前值與當前圖片群組 中經編碼之圖片之數目，檢查是否已經完成當前圖片群組。若尚未到達圖片群組之末端，則該方法返回至步驟S7且判定是否應檢查場景之改變。若另一方面，圖片群組係完成的，則該方法返回至步驟S6以使用壓縮值QP之當前值及GOP長度LGOP將一第三輸入影像圖框編碼為一圖框內圖框。
圖3展示輸入影像圖框之一視訊序列(圖3之頂部列)以及對應經編碼輸出影像圖框之一視訊序列(圖3之底部列)之一實例。現將給出若干項實例，以便進一步圖解說明本發明方法。在此等實例中，在0至10之一量表上量測光位準Vlight，其0表示一極暗場景，且10表示一極亮場景。亦在0至10之一量表上量測運動位準，其中0表示無運動，且10表示大量運動。所使用之最小GOP長度LGOP,min將係32，且最大GOP長度LGOP,max將係255。恆定GOP長度LGOP,const在此等實例中被設定為128。將在光位準低於一預定臨限值Vlight,th之情況下使用此恆定GOP長度。在此等實例中，臨限值Vlight,th將係3。壓縮值QP將係以H.264格式所使用之量子參數。所使用之最小壓縮值QPmin將係20，且最大壓縮值QPmax將係43。
實例1
Vlight=Vlight,min=0
Vmotion=Vmotion,min=0
在此輸入影像圖框(以圖3中之元件符號101標記)中，光位準處於一最小值，此意謂所擷取場景被視為徹底暗的，或係足夠暗的而無法傳達詳細資訊。此外，在該場景中不存在運動。使用圖2中圖解說明之原理，然後計算當前輸入影像圖框101之以下值：QP=QPmax=43
LGOP=LGOP,congt=128
由於光位準Vlight低於臨限值Vlight,th，因此GOP長度不取決於運動 位準而改變，但將被設定為恆定值LGOP,const。可在圖2中注意到，所使用之決定因素係壓縮值QP是低於35還是高於35。然而，由於壓縮值QP計算為光位準Vlight之一遞減函數，因此此分別對應於高於3或低於3之光位準Vlight。因此，是否檢查光位準Vlight，或是否檢查計算為光位準Vlight之一函數之壓縮值QP以便判定如何確立GOP長度係無關緊要的。使用此等值將輸入影像圖框101編碼為一輸出影像圖框201。輸出圖框201將係一第一圖片群組GOP1中之第一者，且當前輸入影像圖框101因而經編碼為一I圖框。否則，其將經編碼為一P圖框。
實例2
Vlight=5
Vmotion=Vmotion,min=0
在此輸入圖框(在圖3中元件符號為102)中，存在較多光，但仍不存在運動。基於此等判定，計算以下值：QP=27
LGOP=LGOP,max=255
此處，光位準高於臨限值Vlight,th，且因而計算GOP長度為運動位準Vmotion之一函數。此等所計算值然後用於將第二輸入影像圖框102編碼為一第二輸出影像圖框202。此輸出影像圖框202將係第一圖片群組GOP1中之最後者，且第二輸入影像圖框102因而經編碼為一P圖框。
實例3
Vlight=5
Vmotion=5
在此影像圖框(在圖3中元件符號為103)中，光位準Vlight與實例2中相同，但現在，在場景中存在某些運動。基於當前光位準及運動位準，計算以下值： QP=27
LGOP=64
在將第三輸入影像圖框103編碼為一第三輸出影像圖框203時使用所計算壓縮值QP及GOP長度LGOP。此輸出影像圖框將位於沿著一第二圖片群組GOP2之某一處，且第三輸入影像圖框103因而經編碼為一P圖框。
實例4
Vlight=Vlight,max=10
Vmotion=Vmotion,max=10
在此實例中，指示為104之輸入影像圖框具有一最大光位準，以及一最大運動位準。基於此等判定，計算以下值：QP=QPmin=20
LGOP=LGOP,min=32
此等值用於將第四輸入影像圖框104編碼為一第四輸出影像圖框204。輸出影像圖框204將係第二圖片群組GOP2中之最後者，且因而使用圖框間模式將第四輸入影像圖框104編碼為一P圖框。
現在轉至圖4，將給出另一實例以便闡釋不同圖框率之使用。圖4繪示輸入影像圖框之一視訊序列(圖4之頂部列)，以及經編碼輸出影像圖框之一視訊序列(圖4之底部列)。
實例5
在此實例中，除了已經結合圖2以及上述實例論述之原理以外，亦使用控制相依於運動位準之輸出圖框率之原理。當將編碼第一影像圖框1001時，判定運動位準及光位準，且基於此確立將使用之一壓縮值及GOP長度。然而，運動位準亦用於判定將編碼影像圖框之一輸出圖框率。在此影像圖框1001中，存在一第一運動位準，且輸出圖框率經設定為一第一輸出圖框率。第一輸出圖框率低於藉由攝影機1之感 測器擷取影像之一輸入圖框率。在此實例中，輸入圖框率係30fps，且第一輸出圖框率係15fps。第一輸入影像圖框1001經編碼為一I圖框2001。
當下一輸入影像圖框1002經擷取時，判定彼影像圖框1002中之運動位準。此第二運動位準與第一運動位準基本上相同，亦即，運動位準未自第一輸入影像圖框1001至第二輸入影像圖框1002改變達大於一臨限改變量。因而，不更改編碼影像圖框之輸出圖框率。由於輸入圖框率係第一輸出圖框率之兩倍高，因此不編碼此第二輸入影像圖框。
當第三輸入影像圖框1003經擷取時，判定運動位準及光位準，且確立將用於編碼之壓縮值及GOP長度。運動位準保持大體上等於第一運動位準，且因而輸出圖框率保持與先前影像圖框之輸出圖框率相同。第三輸入影像圖框經編碼為一P圖框2003。
對於第四輸入影像圖框1004，再次判定運動位準，且其與先前輸入影像圖框1003相比不改變達大於一臨限改變量。因此，維持輸出圖框率，且不編碼第四輸入影像圖框1004。
當第五輸入影像圖框1005已經擷取時，將運動位準及光位準判定為一第五運動位準及一第五光位準。此第五運動位準高於先前輸入影像圖框中之運動位準，且其與先前圖框相比已經增加了大於一臨限改變量。因而，確立將編碼影像之一第五輸出圖框率。在此實例中，第五輸出圖框率等於輸入圖框率，亦即，30fps。此外，第五運動位準使得第五GOP長度短於用於先前影像圖框之GOP長度，使得將開始一新圖片群組。第五輸入影像圖框1005因而經編碼為一I圖框2005。
對於以下輸入影像圖框1006、1007及1008，使用相同過程。此處，運動位準不減少，且因而維持第五輸出圖框率。此處應注意，即使運動位準應進一步增加，仍無法增加輸出圖框率，此乃因其現在已 經等於輸入圖框率。直至當前圖片群組之末端，輸入影像圖框1006、1007及1008皆經編碼為P圖框2006、2007及2008。
現將參考圖5a、圖b及圖5c，其等展示壓縮值可如何相依於光位準而變化(圖5a)，以及GOP長度可如何相依於運動位準而變化(圖5b及圖5c)之圖表。壓縮值QP經判定為將編碼之影像圖框中之光位準之一遞減函數。相依性可遵循一線性函數(在圖5a中以虛線標記)。然而，在上述實例中，相依性遵循一稍不同函數(在圖5a中以實線標記)。如在此處可看見，在一最小光位準Vlight,min下，壓縮值QP取一最大值QPmax，且在一最大光位準Vlight，max下，壓縮值QP取一最小值QPmin。
在圖5b中，對於其中光位準Vlight高於預定臨限值之一輸入影像圖框，GOP長度LGOP經展示為運動位準Vmotion之一函數。如在上文所闡述之實例中，此臨限值係3。類似於結合圖5a所論述之內容，光位準Vlight與GOP長度LGOP之間的關係可係線性的(虛線)，但在上文給定之實例中，該函數稍微偏離線性(實線)。如在任一情形中所展示，對於一最小運動位準Vmotion,min，GOP長度LGOP取一最大值LGOP,max。對於一最大運動位準Vmotion,max，GOP長度LGOP取一最小值LGOP,min。
現在轉至圖5c，此圖表展示對於其中光位準Vlight低於或等於預定臨限值3之一輸入影像圖框光，位準Vlight與GOP長度之間的關係。對於此類暗影像圖框，使用一恆定GOP長度LGOP,const，而不管運動位準為何。
參考圖6，現將闡述上文所闡述之方法之一變化形式。使用該方法之此變化形式，可對於具有良好光條件但極少運動之影像達成進一步位元率節省。此處展示在圖2中展示之流程圖之部分，亦即步驟S4、S5及S6。圖2之前面及後續步驟保持不改變且因而未在此處展示及論述。在於圖6中所展示之變化形式中，在於步驟S5中設定之GOP長度LGOP等於或高於64之情況下添加一額外步驟S5’。此暗示在該場 景中存在極少運動。為減小輸出位元率，將一限制用於壓縮值。因此，若先前所計算之壓縮值QP高於26，則將該壓縮值QP重設為26。由於在該場景中存在極少運動，因此確保影像品質減少將對觀察者係大體可接受的。若先前所計算之壓縮值低於26，則不改變該壓縮值。當已經在步驟S5’中降低或維持壓縮值QP時，該方法繼續進行至在步驟S6中編碼影像圖框。若在步驟S5中所計算之GOP長度LGOP低於64，則該方法繼續進行至在步驟S6中編碼影像圖框，而不應用任何壓縮值限度(cap)。
圖7係一數位視訊編碼器系統3之一示意性圖式，數位視訊編碼器系統3可用於根據上文所闡述之方法編碼數位視訊資料。因此，編碼器系統具有：一光判定模組4，其經配置以判定輸入影像圖框中之一光位準Vlight；以及一運動判定模組5，其經配置以判定輸入影像圖框中之一運動位準Vmotion。編碼器系統3進一步包括：一壓縮值設定模組6，其經配置以設定將用於編碼輸入影像圖框之一壓縮值QP。編碼器系統3亦包括：一GOP長度設定模組7，其經配置以在編碼輸入影像圖框時將一GOP長度LGOP設定為將含於一圖片群組中之若干個圖框。GOP長度設定模組7經配置以在光位準Vlight低於一預定臨限值Vlight,th之情況下設定一預定恆定GOP長度LGOP,const。此外，GOP長度設定模組7經配置以在光位準Vlight高於預定臨限值Vlight,th之情況下設定係運動位準之一遞減函數之一GOP長度LGOP。壓縮值設定模組6經配置以設定係光位準之一遞減函數之一壓縮值QP。
編碼器系統3進一步包括：一圖框率設定模組8，其經配置以設定將編碼輸入影像圖框之一圖框率。圖框率設定模組8經配置以將圖框率設定為運動位準Vmotion之一遞增函數。
編碼器系統3可整合於攝影機1中，或可實施為可操作地連接至攝影機1之一單獨單元。
光判定模組4可包括一照度計，該照度計可配置於攝影機1之一殼體中，或可與攝影機1分離。另一選擇係，或另外，光判定模組4可使用攝影機1之感測器之影像資料以判定輸入影像圖框中之光強度。
編碼器系統3之操作可通常係根據結合圖2至圖5闡述之編碼方法。
編碼器系統3可實施為硬體、韌體或軟體，或其一張組合。本發明可以包括具有經調適以在由一處理器執行時執行本發明之方法之指令之一電腦可讀取儲存媒體之一電腦程序產品之形式實施。
將理解，熟悉此項技術者可以諸多方式修改上述實施例且仍使用如在上文實施例中展示之本發明之優點。作為一實例，本發明適用於各種壓縮格式，諸如MPEG及H.264。其通常適用於使用圖框內圖框及圖框間圖框之所有壓縮格式。
在上文所闡述之實施例中，所使用之圖框間圖框僅係P圖框。然而，本發明亦可與B圖框一起使用。
上文之實例中所使用之壓縮值係以H.264格式使用之量子參數。然而，壓縮值可採取其他形式。例如，壓縮值可給定為一預定最大壓縮之一百分率，因此在介於自0%至100%之範圍內。
此外，可預設定將在編碼開始時使用之GOP長度及壓縮值之預設值。在編碼第一影像圖框之後，根據上文闡述之方法設定GOP長度及壓縮值。另一選擇係，可基於已經在編碼之開始處之光位準及運動位準而設定GOP長度及壓縮值。
在上文之闡述中，已經述及最小GOP長度、最大GOP長度及恆定GOP長度之實例性值以及最大壓縮值及最小壓縮值之實例性值。然而，可使用其他值。此等可在編碼方法或編碼器系統中經預設定，或其等可由一使用者輸入。可在所傳輸影像之目的上且在可用頻寬上取決於攝影機中之特定晶片選擇該等值。例如，對於一個晶片，如以 H.264格式使用之壓縮值QP 15至38已經發現係有利的，而對於另一晶片，壓縮值20至40係較佳的。
類似地，已經述及光位準之臨限值之一實例，但其他值可用於此臨限值。此亦可經預設定或可由使用者組態。
除了上文論述之圖框率以外的其他圖框率亦係可能的。
可使用其他量測刻度判定光位準及運動位準。
本發明方法及系統對採用諸多攝影機之系統尤其有用。然而，其等可在採用僅若干攝影機之系統中使用亦係有利的。
本發明可與各種數位視訊攝影機(例如，採用可見光之攝影機、IR攝影機或熱感攝影機)一起使用。其亦可用於經配置以連接至一類比攝影機之一視訊編碼器中。
因此，本發明不應限制於所展示之實施例，而是應僅由隨附申請專利範圍界定。

Claims (15)

  1. 一種壓縮數位視訊資料之方法，其增強用於傳輸經壓縮視訊之可用頻寬使用，該方法包括：接收一輸入視訊圖框序列；及將該輸入視訊圖框序列編碼成配置於若干圖片群組中之一輸出視訊圖框序列，其中每一圖片群組包括一圖框內圖框(intra-frame)以及零或更多後續圖框間圖框(inter-frame)且具有由含於該圖片群組中之圖框之一數目界定之一GOP長度，其中該編碼該輸入視訊圖框序列包括：對於來自該輸入視訊圖框序列之一第一輸入視訊圖框，判定該第一輸入視訊圖框之一運動位準及一光位準；在該光位準低於或等於一預定臨限值之情況下，使用一預定恆定GOP長度及係該光位準之一遞減函數之一第一壓縮值編碼該第一輸入視訊圖框以形成一輸出視訊圖框；在該光位準高於該預定臨限值之情況下，使用係該運動位準之一遞減函數之一經計算GOP長度以及係該光位準之一遞減函數之一第二壓縮值編碼該第一輸入視訊圖框以形成該輸出視訊圖框。
  2. 如請求項1之方法，其中在該光位準低於該預定臨限值之情況下，在該運動位準係一預定最小運動位準之情況下，使用一預定最大壓縮值來編碼該第一輸入視訊圖框。
  3. 如請求項1或2之方法，其中在該光位準高於該預定臨限值之情況下，若該光位準係一預定最大光位準，使用一預定最小壓縮值來編碼該第一輸入視訊圖框。
  4. 如請求項1或2之方法，其中在該光位準高於該預定臨限值之情況下，若該運動位準係一預定最大運動位準，使用一預定最小GOP長度來編碼該第一輸入視訊圖框。
  5. 如請求項1或2之方法，其中在該光位準高於該預定臨限值之情況下，若該運動位準係一預定最小運動位準，使用一預定最大GOP長度來編碼該第一輸入視訊圖框。
  6. 如請求項1或2之方法，其中該編碼進一步包含以係該運動位準之一遞增函數之一輸出圖框率編碼該輸入視訊圖框序列。
  7. 如請求項6之方法，其中該編碼進一步包含：對於來自該輸入視訊圖框序列之一第二輸入視訊圖框，判定該第二輸入視訊圖框之一運動位準；在該第二輸入視訊圖框之該運動位準與該第一輸入視訊圖框之該運動位準相差一第一臨限改變量之情況下，以一預定圖框率量改變該輸出圖框率。
  8. 如請求項1或2之方法，其中該編碼進一步包含：對於繼該第一輸入視訊圖框之後的一第二輸入視訊圖框，檢查該光位準與該第一輸入視訊圖框相比是否已經改變一第一臨限改變量。
  9. 如請求項8之方法，其中若該光位準與該第一輸入視訊圖框相比尚未改變該第一臨限改變量，若該第二輸入視訊圖框之一第二運動位準與該第一輸入視訊圖框之該第一運動位準相差一第二臨限改變量，進一步包含使用基於該第二運動位準所計算之一GOP長度來編碼該第二輸入視訊圖框。
  10. 一種電腦程式產品，其包括一非暫時性電腦可讀取儲存媒體，該電腦可讀取儲存媒體具有經調適以在由一處理器執行時執行如請求項1至9之任一項之方法之多個指令。
  11. 一種用於壓縮視訊資料之數位視訊編碼器系統，其增強用於傳輸經壓縮視訊之可用頻寬使用，該數位視訊編碼器系統包括：一輸入，其接收一輸入視訊圖框序列；一輸出，其傳輸配置於若干圖片群組中之一輸出視訊圖框序列，其中每一圖片群組包括一圖框內圖框以及零或更多後續圖框間圖框且具有由含於該圖片群組中之圖框之一數目界定之一GOP長度；及一處理器，其通信耦合至該輸入及該輸出；其中該處理器藉由以下將該輸入視訊圖框序列編碼至該輸出視訊圖框序列：判定來自該輸入視訊圖框序列之一第一輸入視訊圖框中之一光位準，判定該第一輸入視訊圖框中之一運動位準，設定一壓縮值，其中該壓縮值經設定為該光位準之一遞減函數；及基於該光位準將一GOP長度設定為將含於一圖片群組中之圖框之一數目，其中當該光位準低於或等於一預定臨限值時設定該GOP長度為一預定恆定GOP長度，且當該光位準高於該預定臨限值時設定該GOP長度為該運動位準之一遞減函數。
  12. 如請求項11之數位視訊編碼器系統，其中該處理器進一步設定編碼輸入視訊圖框之一圖框率。
  13. 如請求項11或12之數位視訊編碼器系統，其進一步包括通信耦合至該處理器之一照度計。
  14. 如請求項11或12之數位視訊編碼器系統，其中該處理器進一步判定輸入視訊圖框中之一信號雜訊比。
  15. 一種攝影機，其包括如請求項11至14之任一項之一數位視訊編碼器系統。
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