TWI734865B

TWI734865B - 用於編碼視訊之方法與編碼系統

Info

Publication number: TWI734865B
Application number: TW106139836A
Authority: TW
Inventors: 維克多艾德帕姆; 亞歷山大托瑞森
Original assignee: 瑞典商安訊士有限公司
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2017-11-17
Publication date: 2021-08-01
Also published as: CN108076342B; US20180146196A1; EP3324628A1; EP3324628B1; CN108076342A; JP7020873B2; TW201820867A; KR20180056382A; US10979711B2; JP2018113671A; KR102424258B1

Abstract

本發明揭示一種用於編碼視訊之方法。接收表示一影像圖框中之像素之資訊(S101)，且針對相鄰像素之群組計算該資訊之一空間統計量測以形成各像素群組之一群組值(S102)。判定包括一第一預定量化步階之可用量化步階之一集合(S105)。針對一第一相鄰像素群組而言，該方法包括：針對各可用量化步階在第一像素群組之群組值除以各自可用量化步階之後計算一餘數(S106)。將導致最小餘數之該集合之量化步階選擇為選定量化步階(S107)。使用該選定量化步階編碼該第一像素群組(S108)。亦揭示一種編碼影像圖框之間之差異之方法以及編碼系統。

Description

用於編碼視訊之方法與編碼系統

本發明係關於編碼數位視訊資料，且更特定言之，本發明係關於採用量化之編碼。

在數位視訊系統中，諸如網路相機監測系統，視訊序列在使用各種視訊編碼方法傳輸之前經壓縮。在諸多數位視訊編碼系統中，兩個主要模式用於壓縮一序列視訊圖框之視訊圖框：內模式及間模式。在該內模式中，藉由經由預測、變換及熵編碼利用一單一圖框之一給定通道中之像素之空間冗餘而編碼明度及色度通道。編碼之圖框被稱為內圖框(intra-frame)且亦可稱為I圖框。在一內圖框內，像素區塊(亦被稱為宏區塊、編碼單元或編碼樹單元)在內模式中經編碼，此意謂參考相同影像圖框內之一類似區塊經編碼或經原始編碼且無任何參考。反之，該間模式利用分離圖框之間之時間冗餘，且依賴於藉由針對選定像素區塊自一圖框至另一圖框編碼像素中之運動而自一或多個先前圖框預測一圖框之部分之一運動補償預測技術。該等編碼之圖框被稱為間圖框(inter-frame)亦可稱為P圖框(超前預測圖框)，其可係指解碼順序中之先前圖框；或可稱為B圖框(雙向預測圖框)，其可係指兩個或兩個以上先前解碼之圖框，且可具有用於預測之圖框之任何任意顯示順序關係。在一間圖框內，像素區塊(亦稱為宏區塊)可在間模式中編碼(此意謂其等參考一先前解碼影像中之一類似區塊經編碼)或在內模式中編碼(此意謂其等參考相同影像圖框內之一類似區塊經編碼或經原始編碼而無任何參考)。在兩種編碼模式中，通常執行一量化。一般而言，一宏區塊之像素值經受一離散餘弦變換(DCT)，藉此將該宏區塊之像素值變換為頻域。接著，量化DCT係數。量化意謂將輸入值(可取一廣泛範圍之值)映射至可數數目個離散值或位準，所謂之量化位準。該量化中自一位準至下一位準之一步階之大小可被稱為一量化步階。藉由執行量測，可使用比表示非量化輸入值所需更少之位元來表示量化資料。在符合H.264標準之編碼解碼器中，例如，由稱為量化參數(或縮寫為QP)之一壓縮值控制量化。若僅將輸入值映射至一些量化位準(即較大量化步階)，則表示量化資料所需之位元將比使用更多量化位準時所需之位元更少。因此，當尋求一視訊編碼器之較低輸出位元率時，可藉由選擇一適合壓縮值來降低量化位準之數目。換言之，可增加量化步階之大小。然而，由於量化係不可逆的，所以壓縮具有損失，且資訊損失地越多，使用之量化位準越少。因此，若使用意謂較少量化位準之高壓縮值，則編碼之視訊之品質通常將下降。通常由一速率控制器控制編碼，該速率控制器可採用一恆定位元率(CBR)、一最大位元率(MBR)或一可變位元率(VBR)。CBR意謂該編碼器將總是努力輸出相同位元率，不管在擷取場景中發生何事。若頻寬受限，則此當場景中存在一運動時可導致低品質影像，但當影像係靜止時將導致高品質影像。在一監視或監測情況中，此通常係不可用的，因為具有運動之一場景通常比一靜態場景更受關注。利用MBR允許位元率改變，只要其不超出位元率限制集合。關於此做法之問題類似於與CBR相關聯之問題。若MBR限制設置地太低，則具有運動之一場景之影像可具有低品質。然而，若該限制設置地較高，則為了容納運動，當編碼一靜態場景之影像時，輸出位元率可係不必要地高。VBR亦可稱為恆定品質位元率，此意謂編碼之影像之品質應保持恆定，但允許輸出位元率根據場景中發生之事改變。當場景中存在運動時，此做法可導致高輸出位元率。若頻寬受限，則此係極其有問題的，諸如當通過一行動網路傳輸編碼之影像時。類似地，若儲存受限制則係有問題的，諸如當將影像儲存於相機內建上時，例如在一SD卡上。若一些相機同時傳輸具有運動之場景之影像，則高輸出位元率亦可在大型相機系統中係有問題的。不管速率控制器使用之位元率控制方案，編碼器可調整以遵守由該速率控制器設置之位元率之參數之一者係壓縮值，或換言之係量化步階。如已提及，預期一高壓縮值(即，一大量化步階)給出該編碼器中之一低輸出位元率。然而，本發明之發明者已發現此並不總是正確的。在一些例項中，在一已較高之壓縮值上增加壓縮值實際上可增加輸出位元率。此係有害的，在於頻寬需求可變得不必要地高，且同時影像品質變低。因此，需要一改良之編碼方法。

本發明之一目的係提供一種編碼視訊之可能減少輸出位元率且同時無不必要地犧牲影像品質之方法。本發明之一目的亦係提供一種實現位元之有效使用之編碼系統。根據一第一態樣，藉由用於編碼視訊之一方法全部或至少部分達成此等及其他目的，該方法包括：接收表示待編碼之一視訊之一當前數位影像圖框中之像素之資訊；針對該當前數位影像圖框中之相鄰像素之群組計算該資訊之一空間統計量測以形成各相鄰像素群組之一群組值；判定包括一第一預定量化步階之可用量化步階之一集合，針對一第一相鄰像素群組而言，該方法包括：針對各可用量化步階在該第一像素群組之該群組值除以各自可用量化步階之後計算一餘數；將導致最小餘數之集合之量化步階選擇為選定量化步階；且使用該選定量化步階編碼該第一像素群組。通過使用此一編碼方法可能選擇經最佳化之一量化步階，使得可控制輸出位元率且使得影像品質可保持在一可接受等級。根據一第二態樣，藉由用於編碼視訊之一方法全部或至少部分達成此等及其他目的，該方法包括：接收表示待編碼之一視訊之一當前數位影像圖框中之像素之資訊；針對該當前數位影像圖框中之相鄰像素之群組計算該資訊之一空間統計量測以形成各相鄰像素群組之一群組值；判定包括一第一預定量化步階之可用量化步階之一集合，針對一第一相鄰像素群組而言，該方法包括：計算該第一像素群組之群組值與一參考圖框中之一參考像素群組之一對應群組值之間之一群組值差；針對各可用量化步階在該群組值差除以各自可用量化步階之後計算一餘數；將導致最小餘數之集合之量化步階選擇為選定量化步階；且使用該選定量化步階編碼該第一像素群組。利用此一方法可能執行具有減少之輸出位元率之間編碼且不過度降低影像品質。該第一態樣及該第二態樣之方法可以數種方式改變。例如，該參考圖框可為一先前經編碼及解碼之影像圖框。可用量化步階之集合可包括預定量化步階、比該預定量化步階更大之至少一較大量化步階及比該預定量化步階更小之至少一較小量化步階。若兩個或兩個以上可用量化步階在除法後導致相等之小餘數，則可將此等兩個或兩個以上量化步階之最大者選擇為選定量化步階。根據一第三態樣，藉由用於編碼視訊之一編碼系統全部或至少部分達成此等及其他目的，該編碼系統包括：一接收模組，其經配置以接收表示待編碼之一視訊之一當前數位影像圖框中之像素之資訊；一群組值模組，其經配置以針對該當前數位影像圖框中之相鄰像素群組計算該資訊之一空間統計量測以形成各相鄰像素群組之一群組值；一步階設定判定模組，其經配置以判定包括一第一預定量化步階之可用量化步階之一集合；一計算模組，其經配置以在一第一像素群組之群組值除以可用量化步階之各者之後計算一各自餘數；一選擇模組，其經配置以將導致最小餘數之可用量化步階之集合之量化步階選擇為選定量化步階；及一編碼模組，其經配置以使用該選定量化步階編碼該第一像素群組。此一編碼系統實現保持較低位元率且同時仍然擁有可接受視訊品質之有效編碼。根據一第四態樣，藉由用於編碼視訊之一編碼系統全部或至少部分達成此等及其他目的，該編碼系統包括：一接收模組，其經配置以接收表示待編碼之一視訊之一當前數位影像圖框中之像素之資訊；一群組值模組，其經配置以針對該當前數位影像圖框中之相鄰像素群組計算該資訊之一空間統計量測以形成各相鄰像素群組之一群組值；一差模組，其經配置以計算一第一像素群組之群組值與一參考圖框中之一參考像素群組之一對應群組值之間之一群組值差；一步階設定判定模組，其經配置以判定包括一第一預定量化步階之可用量化步階之一集合；一計算模組，其經配置以在該第一像素群組之該群組值差除以可用量化步階之各者之後計算一各自餘數；一選擇模組，其經配置以將導致最小餘數之可用量化步階之集合之量化步階選擇為選定量化步階；及一編碼模組，其經配置以使用該選定量化步階編碼該第一像素群組。此一編碼系統實現保持較低位元率且同時仍然擁有可接受視訊品質之有效間圖框編碼。該第三態樣及該第四態樣之編碼系統通常可以相同方式體現為具有隨附優勢之第一態樣及第二態樣之方法。根據一第五態樣，藉由包括具有指令之一電腦可讀儲存媒體之一電腦程式產品全部或至少部分達成此等及其他目的，該等指令當由一處理器執行時經調適以實施第一態樣或第二態樣之方法。根據一第六態樣，藉由包括根據第三態樣或第四態樣之一編碼系統之一相機全部或至少部分達成此等及其他目標。將自以下給出之詳細描述明白本發明之一進一步應用範疇。然而應瞭解，[實施方式]及特定實例儘管指示本發明之較佳實施例，但僅以繪示之方式給出，因為熟習技術者將自此[實施方式]明白本發明之範疇內之各種改變及修改。因此將瞭解，本發明不限制於描述之裝置之特定組件部分或描述之方法之步驟，因為此裝置及方法可改變。亦將瞭解本文中使用之術語僅係為了描述特定實施例之目的且不意欲具有限制性。必須注意，如在本說明書及隨附技術方案中使用，除非上下文有另外明確指示，否則術語「一」(a、an)及「該」(the、said)意欲意謂存在元件之一或多者。因此，例如參考「一物體」或「該物體」可包含一些物體及類似者。此外，詞語「包括」不排除其他元件或步驟。

在圖1中，一場景1經展示由一相機2監測。在場景1中，存在具有數個門4及通向各門4之路徑5之一建築3。監測場景1之目的可係(例如)監視接近建築3或在建築3附近四處走動之人。圖2展示一監測系統10之一實例，監測系統10之相機2形成該監測系統10之一部分。監測系統2包含相機2及一控制中心11。控制中心11可位於遠離由相機2監測之場景1之一位置上。一網路12連接相機2與控制中心11。網路12可為適合用於傳輸視訊資料之任何類型之網路，且網路12可係有線或無線的。相機2具有一編碼器13，編碼器13可整合至相機2中或可為連接至相機2之一外部單元。在相機2中，存在可係一SD卡形式之一內建儲存裝置14。替代地或另外，該相機可連接至另一儲存裝置(圖中未展示)，諸如一網路附接儲存器(亦稱為一NAS)。此外，該相機具有經配置以設置編碼器之一位元率限制之一速率控制器15。速率控制器15可整合至相機2中或可以其他方式可操作地連接至相機2。該相機亦具有本身已知之其他組件，該等組件未在圖中展示且將不在本文中進一步討論。在控制中心11中，存在經配置以解碼已由編碼器13編碼且經由網路12傳輸至控制中心11之視訊資料之一解碼器16。此外，存在用於顯示實況及/或錄影視訊使得一操作者可見到監測之場景1中發生之事之一顯示器17。另外，存在用於錄製視訊之一儲存顯示器18。儲存顯示器18展示為配置於控制中心11中，但應注意儲存顯示器18可配置於其他地方。例如，儲存顯示器18可為控制中心11中之一電腦(圖中未展示)之一磁碟機。此一電腦亦可連接至顯示器17。儲存裝置可替代或另外係一NAS，或其可為一所謂之雲端儲存。控制中心11僅係影像可自相機2傳輸之一位置之一個實例。另外或替代地，可將相機中之影像傳輸至一使用者之一行動電話(圖中未展示)。例如，當在場景1中偵測到運動時，相機2可經觸發以將一通知、一快照或一視訊序列傳輸至使用者之行動電話。在此情況中，影像可顯示於行動電話之一顯示器上及/或儲存於該行動電話中。當相機2擷取場景1之影像時，該等影像在儲存於內建上或連接至相機及/或傳輸至(例如)一控制中心11之接收編碼影像之處之前由編碼器13編碼。接收之影像可儲存於儲存顯示器18中以用於可能之後續觀看。該等接收之影像亦可由解碼器16解碼以用於在顯示器17上即時或至少近乎即時顯示。通常有必要將相機2之編碼器13中之位元率保持地較低。此可係因為可用儲存(例如在一SD卡上)係有限的。亦可係因為(諸如)當在一行動網路上發送影像資料時，相機2中之傳輸頻寬係有限的。此外，即使在具有更大量頻寬之一監測系統中，可存在諸多相機，且若此等相機之部分同時傳輸影像資料，則頻寬消耗可係過高的。如已在[先前技術]中所提及，可經調整以控制輸出位元率之一個參數係壓縮值或量化步階。亦存在可經調整之其他參數，諸如影像解析度及圖框速率，但此等參數將不在本文中討論。為了監測或監視之目的，一靜態場景之影像通常不受關注。因此，此等影像可經大量壓縮以減少輸出位元率，且確保品質降級之後果仍係負擔得起的。一些編碼器不同地壓縮一影像之不同部分。例如，經判定以表示場景中之背景之影像之部分可比經判定表示前景之部分壓縮地更厲害。依此方式，若整個影像壓縮至相同程度，則可更佳地使用可用頻寬。此外，本發明之發明者已發現有時壓縮值之一增加(即量化步階之一增加)導致位元率未改變或甚至增加。該增加之壓縮值仍導致降低之影像品質，但該影像品質損失在減少之位元率中不係有利的。本發明係基於應明智地選擇量化步階，不僅僅係相對於所要影像品質及盛行位元率限制選擇一盡可能大之量化步階之認識。現將舉一簡化實例且參考圖3描述此概念。圖3係待編碼之一第一影像圖框20、一參考圖框30及一第二影像圖框40之一繪示。參考圖框30係在第一影像圖框20編碼之前已經編碼及解碼之一影像圖框。在本文中可注意，在一圖像群組之開端處，將存在一I圖框，因此該I圖框在不參考任何其他圖框之情況下經編碼。除非GOP長度(即圖像群組之長度)係零，否則下一圖框將編碼為一P圖框(或可能為一B圖框)。對此P圖框而言，參考圖框將係解碼先前I圖框之結果。對線上之下一P圖框而言，該參考圖框將係解碼先前P圖框之結果，因此受先前P圖框以及先前I圖框(即，該圖像群組中之所有先前圖框)之影響。第一影像圖框20由數個像素21構成，該數個像素21可組成相鄰像素21之群組22。如在[先前技術]段落中所提及，像素群組亦可被稱為(例如)區塊、宏區塊、編碼單元或編碼樹單元。同樣地，參考圖框30由數個像素31構成，該數個像素31可組成相鄰像素31之參考群組32。類似地，第二影像圖框40由數個像素41構成，該數個像素41可組成相鄰像素41之群組42。各影像20、30、40中之像素數目取決於擷取影像20、30、40之相機2中之一影像感測器(圖中未展示)之像素數目。在一些情況中，影像20、30、40中之像素數目可自影像感測器之像素數目調整而減少或在一些例項中經調整增加，但此將不在本文中進一步討論。在此實例中，參考參考圖框30，第一影像圖框20係待編碼為一間圖框或更具體言之待編碼為一P圖框之一當前影像圖框。熟習技術者將意識到相同原理可用於使用兩個或兩個以上參考圖框之一B圖框。當編碼一間圖框時，判定且編碼一當前圖框與一參考圖框之間之差異。針對各像素群組或各像素區塊而言，在參考圖框中完成一搜索，且若找出一足夠類似之區塊，則將該區塊用作為參考區塊。簡言之，一像素區塊經編碼具有一運動向量之資訊(告知相對於參考區塊取代多少待編碼之區塊)且具有強度值差之資訊，亦稱為相較於參考區塊之一餘數(告知該區塊與參考區塊之差異)。若未找出足夠類似之區塊，則使用內編碼(即不參考任何其他圖框)來編碼區塊。舉一實例，將編碼皆具有像素值74之一第一像素群組22。在已執行一本身已知之運動向量搜索之後，已在參考圖框30中識別一參考像素群組32。在此實例中，參考群組32位於參考圖框30中之對應於當前圖框20中之第一像素群組22之位置之一位置中。因此，運動向量將係長度為零且文中將不進一步討論。然而，以下描述對一非零運動向量亦將係有效的。參考群組中之像素皆具有像素值70。針對第一像素群組22，一第一群組值V₁ 可計算為群組22中之所有像素之值之一平均值。由於第一群組22中之所有像素具有值74，所以第一群組值V₁ 將係74。類似地，針對參考群組32，一參考群組值V_R1 計算為參考群組32中之像素值之平均值。此參考群組值V_R1 係70。第一群組值V₁ 與參考群組值V_R1 之間之一差計算為：

在此實例中，群組值差V_Diff1 係

。在本文中，速率控制器15已設定使得編碼器針對第一像素群組22選擇一量化步階為10之一位元率限制。編碼器可判定群組值差V_Diff1 =4太大以至於不可利用間編碼來編碼為一P區塊，且該編碼器因此可使用內編碼將該群組值差編碼為一I區塊。在一量化步階為10之情況下，值74可編碼為7x10，即70，或編碼為8x10，即80。由於74更靠近70而非80，所以編碼器將該值編碼為7 (或確切言之編碼為二進制數111)。當當前影像圖框20已經編碼且隨後經解碼時，解量化將藉由使得編碼數目7乘以量化步階10而產生第一像素群組22之一值且恢復一值70。可見資訊依此方式而丟失，因為第一群組22之初始像素值係74。若場景係靜止的，則跟隨第一影像圖框20之一第二影像圖框40亦將具有對應於第一像素群組22之一第二像素群組42之一群組值V₂ ，為74。相同情況再次發生，其中第二像素群組42編碼為具有量化值7之一I區塊，即使場景未改變。此外，影像之品質已犧牲，因為初始影像圖框中之梯度已丟失或誇大。在一量化步階為10之情況下，70與80之間之像素值可僅編碼為7 (即70)，或8 (即80)。因此，具有值71、72、73及74之像素區塊或群組將在編碼及解碼之後皆獲得值70，其中其間之所有變動在量化中丟失。類似地，具有值76、77、78及79之區塊將在編碼及解碼之後獲得值80。具有值75之區塊可以70或80結束，此取決於在編碼器中執行之湊整。在初始影像圖框中，在分別具有值74及76之兩個十分類似之區塊之間之一邊界處，量化將人工地產生對比度，因為一個區塊將獲得值70且其他區塊將獲得值80。針對一靜止場景而言，可預期間圖框編碼比內圖框編碼更有效，因為間圖框編碼僅編碼影像之間之變化。簡化之實例繪示此不係必要情況，因為具有諸多I區塊之一P圖框通常將係比具有更多P區塊或僅P區塊之一P圖框更大，即需要更多位元。發明者已意識到，使用一較小之量化步階可係更明智的，即使在降低輸出位元率之方面來說此係違反常理的。回到以上實例，若反之使用為4之一量化步階，則群組值差V_Diff1 =4將不再視為太大以至於不可編碼為一P區塊，因為值4精確地對應於一量化位準。在此情況中，第一像素群組22可經編碼具有資訊：其具有與參考群組32之值相差一個量化步階之一值。如以上所描述，編碼數字1 (1亦為二進制數)比編碼數字7 (111為二進制數)需要更少之位元以將第一群組22編碼為一I區塊。應注意，在一些情況中，相同做法將展示使用一較大量化步階係更明智的。依與以上描述相同之方式，當第一影像圖框20已經編碼時，其隨後經解碼，且藉由解量化，第一群組22之值計算為參考群組32之值加上第一群組22與參考群組32之間之差，即70+1x4=74。接著，將此解碼之影像圖框用作為編碼第二影像圖框40之參考圖框。在與之前相同之靜態場景之情況中，第二像素群組42之值係74。因此，第二像素群組42與經編碼及解碼之先前圖框中之對應像素群組之間之差係0。相較於編碼具有指示其與先前圖框中之對應群組22相差0之資訊之第二像素群組42，第二像素群組42可經編碼為一略過區塊，此意謂解碼器接到該區塊應自先前圖框複製之資訊。依此方式，即使量化步階較小，但輸出位元率降低。在此認識之情況下，發明者已設想一種編碼方法，此將參考圖4進一步描述。根據本發明，接收表示第一影像圖框中之像素之資訊(S1)。此資訊可係(例如)像素之強度值或可係明度值。計算當前影像圖框20中之一像素群組22之群組值V₁ (步驟S2)且計算參考圖框30中之對應參考像素群組32之群組值V_R1 (S3)。比較此等兩個群組值V₁ 、V_R1 以計算群組值差V_Diff1 (S4)。接著，相較於簡單地使用由編碼器判定之一預定量化步階QS₀ 以遵循由速率控制器15設定之一位元率限制，判定可用量化步階之一集合AQS (S5)。此集合包含預定量化步階QS₀ 及數個較小及/或較大量化步階。例如，預定量化步階QS₀ 可係5，且可用量化步階之集合可判定為4、5、6及7，即AQS={4, 5, 6, 7}。由於指示較大量化步階QS_+n 及較小量化步階QS_-n ，可用量化步階之集合在此實例中可表達為AQS={QS_-1 , QS₀ , QS₊₁ , QS₊₂ }。針對各可用量化步階而言，將群組值差V_Diff1 除以各自量化步階且計算該除法之餘數(S6)。在此實例中，將群組值差V_Diff1 = 4除以4、5、6及7之各者以產生以下餘數：

可見量化步階4產生最小餘數，即0。將導致最小餘數之可用量化步階之集合AQS之量化步階選擇為選定量化步階SQS (S7)。因此，在此實例中，選定量化步階SQS係4。因此，應使用選定量化步階SQS=4來編碼第一像素群組22 (S8)。此程序用於第一影像圖框20之所有像素群組22。在此背景內容中，應指出一些編碼器執行將給出一稍不同結果之一湊整。例如，在一量化步階為5之情況中，將群組值差V_Diff1 = 4除以量化步階QS₀ = 5將得出1，而非得0餘4。因此，量化及解量化將產生一值70 + 1x5 = 75，而非初始值74。接著，編碼之影像圖框可儲存於SD卡14上及/或經由網路12傳輸至控制中心11。另外，編碼之影像圖框由編碼器13解碼以產生當編碼第二影像圖框40時將使用之一更新之參考圖框。因此，第二影像圖框40變為當前影像圖框，且使用經編碼及解碼之第一影像圖框20經編碼作為參考。相同程序用於第二影像圖框，因此計算第二像素群組42之群組值V₂ (S2)；計算更新之參考圖框之對應像素群組之群組值V_R2 (S3)；計算群組值差V_Diff2 (S4)；判定可用量化步階之一集合(S5)；將群組值差除以可用量化步階之各者以獲得各自餘數(S6)；選擇導致最小餘數之量化步階(S7)；且使用選定量化步階編碼第二像素群組42 (S8)。針對第二影像圖框40之所有像素群組42執行此程序。現在可儲存及/或傳輸編碼之第二影像圖框。該編碼之第二影像圖框亦可由編碼器13解碼以產生編碼後續影像圖框之一進一步更新之參考圖框。迄今為止，已討論間圖框編碼，但相同原理可運用於內圖框編碼。用於內圖框編碼之做法不同於間圖框編碼之做法，其在於正是將群組值而非一群組值差除以各可用量化步階。參考圖5，下文將更詳細地描述此方法。在此處，假定將使用內編碼來編碼第一影像圖框20。如上文，接收表示第一影像圖框20中之像素之資訊(S101)。針對相鄰像素群組，藉由計算像素資訊之一統計量測而計算群組值。在此處，亦計算像素值之平均值。特定言之，計算第一像素群組之群組值V₁ (S102)。在此實例中，使用與間編碼實例之情況相同之像素值，且因此第一像素群組22之群組值V₁ 係74。判定包含一預定量化步階QS₀ 之可用量化步階之一集合AQS (S105)。使用與間編碼實例之情況使用之相同值，預定量化步階係5，且可用量化值之集合係AQS={4, 5, 6, 7}。將群組值V₁ 除以可用量化步階之各者以如下計算餘數(S106)：

在此實例中，可見存在產生相同最小餘數之兩個量化步階(即4及6)，該兩個量化步階皆導致一餘數2。可將此等量化步階之任一者選擇為選定量化步階(S107)。若影像品質比位元率減少具有更高優先權，則可選擇量化步階4。然而，在諸多情況中，位元率減少將比影像品質具有更高優先權，且在此情況中應選擇量化步階6。接著，使用選定量化步階編碼第一像素群組22 (S108)。相同程序用於第一影像20之所有像素群組。接著，編碼之影像圖框可經儲存及/或傳輸，且可經解碼以形成用於編碼一後續影像圖框之一參考圖框，諸如第二影像圖框40。接著，可根據以上結合圖4描述之間圖框編碼方法執行第二影像圖框40之編碼。參考圖6，將描述一編碼系統13，可藉由該編碼系統13執行本發明方法。編碼器13可整合至相機2中或可以其他方式可操作地連接至相機2。編碼器13具有經配置以接收表示待編碼之一視訊之一當前數位影像圖框中之像素之資訊之一接收模組131。如已討論，該資訊可為(例如)像素強度值。此外，編碼器具有經配置以計算當前影像圖框中之相鄰像素群組之群組值之一群組值模組132及經配置以計算當前影像圖框中之一第一像素群組與一參考圖框中之一參考像素群組之一對應群組值之間之一差之一差模組133。應注意，針對內圖框編碼，該差模組不係必需的。編碼器13亦具有經配置以判定可用量化步階之集合之一步階設定判定模組134。如以上所討論，此集合包括基於由速率控制器15設定之位元率限制而判定之一預定量化步階。另外，編碼器13具有針對內編碼經配置以在第一像素群組之群組值除以可用量化步階之各者之後計算一各自餘數之一計算模組135。針對間編碼，該計算模組反之將群組值差而非第一像素群組之群組值本身選擇為除法之輸入。計算模組135可能夠執行用於內編碼及用於間編碼之兩種類型之除法，或該除法可由兩部分構成，一個係內編碼且一個係間編碼。編碼器13之一選擇模組136經配置以將導致最小餘數之集合之量化步階選擇為選定量化步階。此外，編碼器13具有經配置以使用該選定量化步階編碼第一像素群組之一編碼模組137。編碼器13可體現為軟體、韌體、硬體或其之一組合。以上描述之編碼方法可體現為包括具有指令之一電腦可讀儲存媒體之一電腦程式產品，該等指令當由一處理器執行時經調適以實施本發明方法。該處理器可為任何類型之處理器，例如一中央處理單元(CPU)、一圖形處理單元(GPU)、在一積體電路中實施之一定製處理裝置、一ASIC、一FPGA或包含離散組件之邏輯電路。將明白，熟習技術者可以諸多方式修改以上描述之實施例且仍然使用以上實施中展示之本發明之優勢。舉一實例，可不同地選擇集合中之不同量化步階之數目。在以上實例中，包含小於預定量化步階之一個量化步階以及大於該預定量化步階之兩個量化步階。在諸多情況中，除了預定量化步階外，可適合具有一個或兩個較小量化步階及兩個或三個較大量化步階。集合中之量化步階無需必要地等距或直接一個跟隨一個。例如，集合可為{4, 6, 7, 10, 11}。可針對一完整影像圖框一次性或針對各像素群組分開地或針對數個像素群組判定可用量化步階之集合。在上文中，一相鄰像素群組之群組值已計算為該群組中之像素之像素值之一平均值。相較於平均值，可計算像素值之總和。此外，群組值已描述為基於像素值或群組中之像素之強度值而計算。將亦可能計算頻域中之群組值。當將像素值變換為頻域時，各像素區塊或群組可保持數個頻率。現將給出一簡化實例以繪示此現象。將研究具有以下像素值之僅兩像素寬且兩像素高之一小區塊或群組：

此區塊具有以下可能之頻率：

及

在頻域中，給出以下：

，即

可見30可除以1、2、3、5、6、10、15及30，而6僅可除以1、2、3及6。因此，30及6皆可相除之最大量化步階係6。在此情況中，若預定量化步階係5，且可用量化步階之一集合判定為{4, 5, 6, 7}，則群組值

除以可用量化步階之各者可給出以下計算：

在可用量化步階之判定集合中，導致最小餘數之一者係量化步階6，因為量化步階6對兩個頻率皆導致一餘數0。一般而言，將僅適合針對基頻(即，針對

)計算群組值，從而在此情況中產生一群組值30。在一些情況中考慮更多頻率可係可能的且有利的，但在諸多情況中可導致需要大量運算資源之複雜計算。總而言之，可見本發明方法可能減少一編碼器中之輸出位元率且同時無不必要地犧牲影像品質。本發明方法可能產生用於編碼後續影像圖框之更佳參考圖框。藉由對量化步階之一明智選擇可獲得導致在後續影像圖框，尤其係在影像圖框之靜止部分中編碼之最小餘數之參考圖框。如以上所討論，發明者發展之原理可在間模式以及內模式中使用。應注意，亦可能使用一混合做法，使得將群組值除以可用量化步階之一集合中之各量化步階之理念僅用於一圖像群組(亦被稱為一GOP)中之一些圖框，而不係用於相同GOP中之其他圖框。例如，本發明原理可僅用於間圖框或僅用於內圖框。亦可能將本發明原理用於一GOP中之部分間圖框而不係用於相同GOP中之其他間圖框。在此情況中，將本發明方法應用於GOP開端中之影像圖框係有利的，因為GOP中之早期影像圖框將由於涉及形成參考圖框而影響GOP中之更多後續影像圖框。朝著一GOP之末端，各影像圖框將影響較少後續圖框且將對參考圖框具有較小影響。在以上描述中，受控編碼之參數被稱為一量化步階。如在[先前技術]中所提及，量化步階可由不同編碼解碼器中之不同名稱之參數來控制。例如，在H.264標準中，量化步階由量化參數QP (可取0至51之值)控制。在H.264中，QP中之6之各增加對應於量化步階之一加倍。無論將參數稱為什麼，該參數之各值將轉譯為一量化步階。本發明概念不限制於任何特定編碼解碼器，而係可與採用量化之任何編碼解碼器搭配使用。例如，本發明概念可與一基於區塊之混合編碼解碼器搭配使用，例如，一H.265、MPEG-4 Part 2或VP9編碼解碼器。可由任何類型之相機擷取待編碼之影像，諸如一視覺光相機、一IR相機或一熱感相機。該等影像亦可由其他類型之感測器擷取，諸如一飛行時間感測器。數位影像可由一數位相機擷取或其等可由一類比相機擷取且使用一數位化單元轉換成數位格式。因此，本發明不應限制於所展示之實施例，而應僅由隨附申請專利範圍界定。

1‧‧‧場景 2‧‧‧相機 3‧‧‧相機 4‧‧‧門 5‧‧‧路徑 10‧‧‧監測系統 11‧‧‧控制中心 12‧‧‧網路 13‧‧‧編碼器/編碼系統 14‧‧‧內建儲存裝置/SD卡 15‧‧‧速率控制器 16‧‧‧解碼器 17‧‧‧顯示器 18‧‧‧儲存顯示器 20‧‧‧第一影像圖框/影像 21‧‧‧像素 22‧‧‧第一像素群組 30‧‧‧參考圖框/影像 31‧‧‧像素 32‧‧‧參考像素群組 40‧‧‧第二影像圖框/影像 41‧‧‧像素 42‧‧‧第二像素群組 131‧‧‧接收模組 132‧‧‧群組值模組 133‧‧‧差模組 134‧‧‧步階設定判定模組 135‧‧‧計算模組 136‧‧‧選擇模組 137‧‧‧編碼模組 S1‧‧‧接收表示第一影像圖框中之像素之資訊 S2‧‧‧計算當前影像圖框20中之一像素群組22之群組值V₁ S3‧‧‧計算參考圖框30中之對應參考像素群組32之群組值V_R1 S4‧‧‧比較此等兩個群組值V₁、V_R1以計算群組值差V_Diff1 S5‧‧‧應使用選定量化步階SQS=4來編碼第一像素群組22 S6‧‧‧針對各可用量化步階而言，將群組值差V_Diff1 除以各自量化步階且計算該除法之餘數 S7‧‧‧將導致最小餘數之可用量化步階之集合AQS之量化步階選擇為選定量化步階 S8‧‧‧應使用選定量化步階SQS=4來編碼第一像素群組22 S101‧‧‧接收表示第一影像圖框20中之像素之資訊 S102‧‧‧計算第一像素群組之群組值V₁ S105‧‧‧判定包含一預定量化步階QS₀ 之可用量化步階之一集合AQS S106‧‧‧針對各可用量化步階在第一像素群組之群組值除以各自可用量化步階之後計算一餘數 S107‧‧‧可將此等量化步階之任一者選擇為選定量化步階 S108‧‧‧使用選定量化步階編碼第一像素群組22

現將舉例且參考隨附示意圖更詳細地描述本發明，其中：圖1係由一相機監測之一場景之一透視圖，圖2係在一個位置上包含一相機及一編碼器且在另一位置上包含一編碼器、一顯示器及一儲存裝置之一監測系統之一方塊圖，圖3係展示一第一影像圖框、一參考圖框及一第二影像圖框之一圖式，圖4係根據本發明之第二態樣編碼視訊之一方法之一流程圖，圖5係根據本發明之第一態樣編碼視訊之一方法之一流程圖，且圖6係根據本發明之一實施例之一編碼器之一方塊圖。

S101‧‧‧接收表示第一影像圖框20中之像素之資訊

S102‧‧‧計算第一像素群組之群組值V₁

S105‧‧‧判定包含一預定量化步階QS₀之可用量化步階之一集合AQS

S106‧‧‧針對各可用量化步階在第一像素群組之群組值除以各自可用量化步階之後計算一餘數

S107‧‧‧可將此等量化步階之任一者選擇為選定量化步階

S108‧‧‧使用選定量化步階編碼第一像素群組22

Claims

一種用於編碼視訊之方法，其包括：接收表示待編碼之一視訊之一當前數位影像圖框中之像素之資訊；針對該當前數位影像圖框中之相鄰像素之複數個群組之每一群組計算該資訊之一空間統計量測(spatial statistical measure)以針對相鄰像素之該複數個群組之每一群組形成一群組值；及針對相鄰像素之該複數個群組之每一群組：判定可用量化步階(quantization steps)之一集合，可用量化步階之該集合包括一第一預定量化步階及在該第一預定量化步階之一範圍內之至少一其他量化步階，將該經計算群組值除以可用量化步階之該經判定集合中之每一量化步階以在每一各自量化步階之除法之後計算一餘數，自可用量化步階之該經判定集合中選定在該除法期間具有最小餘數之一量化步階，俾使在編碼時無論該量化步階之一大小(magnitude)為何輸出位元率將被降低，及使用該選定量化步階編碼相鄰像素之該群組。
如請求項1之方法，其中可用量化步階之該集合包括該預定量化步階及比該預定量化步階更大之至少一較大量化步階。
如請求項1之方法，其中可用量化步階之該集合包括該預定量化步階及比該預定量化步階更小之至少一較小量化步階。
如請求項1之方法，其中若兩個或兩個以上可用量化步階在除法後導致相等之小餘數，則可將此等兩個或兩個以上量化步階之最大者選擇為選定量化步階。
一種用於編碼視訊之方法，其包括：接收表示待編碼之一視訊之一當前數位影像圖框中之像素之資訊；針對該當前數位影像圖框中之相鄰像素之複數個群組之每一群組計算該資訊之一空間統計量測以針對相鄰像素之該複數個群組之每一群組形成一群組值；及針對相鄰像素之該複數個群組之每一群組：判定可用量化步階之一集合，可用量化步階之該集合包括一第一預定量化步階及在該第一預定量化步階之一範圍內之至少一其他量化步階，計算相鄰像素之該複數個群組之每一群組之該群組值與一參考圖框中之一對應參考像素群組之一對應群組值之間之一群組值差，將該經計算群組值除以可用量化步階之該經判定集合中之每一量化步階以在每一各自量化步階之除法之後計算一餘數，自可用量化步階之該經判定集合中選定在該除法期間具有最小餘數之一量化步階俾使在編碼時無論該量化步階之一大小為何輸出位元率將被降低，及使用該選定量化步階編碼相鄰像素之該群組。
如請求項5之方法，其中該參考圖框係一先前經編碼及解碼之影像圖框。
如請求項5之方法，其中可用量化步階之該集合包括該預定量化步階及比該預定量化步階更大之至少一較大量化步階。
如請求項5之方法，其中可用量化步階之該集合包括該預定量化步階及比該預定量化步階更小之至少一較小量化步階。
如請求項5之方法，其中若兩個或兩個以上可用量化步階在除法後導致相等之小餘數，則可將此等兩個或兩個以上量化步階之最大者選擇為選定量化步階。
一種用於編碼視訊之編碼系統，其包括：一記憶體；及一編碼器，其經組態以：接收表示待編碼之一視訊之一當前數位影像圖框中之像素之資訊，針對該當前數位影像圖框中之相鄰像素之複數個群組之每一群組計算該資訊之一空間統計量測以針對相鄰像素之該複數個群組之每一群組形成一群組值；及針對相鄰像素之該複數個群組之每一群組：判定可用量化步階之一集合，可用量化步階之該集合包括一第一預定量化步階及在該第一預定量化步階之一範圍內之至少一其他量化步階，將該經計算群組值除以可用量化步階之該經判定集合中之每一量化步階以在每一各自量化步階之除法之後計算一餘數，自可用量化步階之該經判定集合中選定在該除法期間具有最小餘數之一量化步階俾使在編碼時無論該量化步階之一大小為何輸出位元率將被降低，及使用該選定量化步階編碼相鄰像素之該群組。
如請求項10之編碼系統，其中該編碼系統係包括於一相機中。
如請求項10之編碼系統，其中該編碼器為一中央處理單元(CPU)、一圖形處理單元(GPU)、一邏輯電路(IC)、一特殊應用積體電路(ASIC)及一現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)中之一者。
一種用於編碼視訊之編碼系統，其包括：一記憶體；及一編碼器，其經組態以：接收表示待編碼之一視訊之一當前數位影像圖框中之像素之資訊，針對該當前數位影像圖框中之相鄰像素之複數個群組之每一群組計算該資訊之一空間統計量測以針對相鄰像素之該複數個群組之每一群組形成一群組值；及針對相鄰像素之該複數個群組之每一群組：判定可用量化步階之一集合，可用量化步階之該集合包括一第一預定量化步階及在該第一預定量化步階之一範圍內之至少一其他量化步階，計算相鄰像素之該複數個群組之每一群組之該群組值與一參考圖框中之一對應參考像素群組之一對應群組值之間之一群組值差，將該經計算群組值除以可用量化步階之該經判定集合中之每一量化步階以在每一各自量化步階之除法之後計算一餘數，自可用量化步階之該經判定集合中選定在該除法期間具有最小餘數之一量化步階俾使在編碼時無論該量化步階之一大小為何輸出位元率將被降低，及使用該選定量化步階編碼相鄰像素之該群組。
如請求項13之編碼系統，其中該編碼系統係包括於一相機中。
如請求項13之編碼系統，其中該編碼器為一中央處理單元(CPU)、一圖形處理單元(GPU)、一邏輯電路(IC)、一特殊應用積體電路(ASIC)及一現場可程式化邏輯閘陣列(FPGA)中之一者。