TWI806860B

TWI806860B - 控制視訊編碼器之輸出位元率之方法及速率控制器

Info

Publication number: TWI806860B
Application number: TW107111433A
Authority: TW
Inventors: 維克多艾德帕姆; 亞歷山大托瑞森; 亞歷山大瑪汀斯
Original assignee: 瑞典商安訊士有限公司
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2018-03-31
Publication date: 2023-07-01
Also published as: KR20180119102A; US20180309998A1; US10574996B2; JP2018201191A; CN108737827B; EP3396961A1; JP7018347B2; CN108737827A; TW201904286A

Abstract

本發明揭示一種用於控制編碼一視訊序列之一視訊編碼器之輸出位元率之方法。該方法包括設定該視訊編碼器之輸出之一長期位元預算(S1)達至少一天之一時間週期，且基於該長期位元預算來判定一第一可允許位元率(S2)。該方法進一步包括判定該視訊編碼器之輸出之一瞬時位元限制(S3)，及基於該瞬時位元限制來判定一第二可允許位元率(S4)。基於該第一可允許位元率及該第二可允許位元率來控制輸出位元率(S5)，使得遵循該長期位元預算、該第一可允許位元率及該第二可允許位元率。亦揭示一電腦程式產品、一位元率控制器、一攝像機及一網路視訊記錄器。

Description

控制視訊編碼器之輸出位元率之方法及速率控制器

本發明係關於視訊編碼且更特定言之，本發明係關於一視訊編碼器之位元率控制。

在諸如網路攝像機監測系統之數位視訊系統中，視訊序列在傳輸之前由一編碼器使用各種視訊編碼方法壓縮。在許多情況中，在視訊序列經由其傳輸之一網路中存在一有限帶寬，且因此一速率控制器通常用於控制編碼器之輸出位元率。速率控制器可應用若干位元率控制方案之一者。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意謂編碼器將試圖總是輸出相同位元率而不管所擷取之場景中發生什麼。若帶寬有限，則此會在場景中存在一運動時導致低品質影像，但在影像係靜態時導致高品質影像。在一監視或監測情況中，此通常係無用的，因為具有運動之一場景通常比一靜態場景更受關注。使用MBR，只要位元率不超過所設定之位元率極限，則允許位元率變動。有關此方法之問題類似於與CBR相關聯之問題。若MBR極限設定為太低，則具有運動之一場景之影像可具有低品質。然而，若極限設定較高，則為適應運動，當編碼一靜態場景之影像時，輸出位元率可為非必要的高。VBR亦可指稱恆定品質位元率，意謂編碼影像之品質應保持恆定，但允許輸出位元率取決於場景發生什麼而變動。當場景中存在運動時，此方法可導致高輸出位元率。若帶寬有限(諸如當經由一行動網路傳輸編碼影像時)，則此特別成問題。類似地，若儲存有限(諸如當將影像儲存於攝像機上(例如一SD卡上)時)，則此成問題。在大攝像機系統中，若若干攝像機同時傳輸具有運動之場景之影像，則高輸出位元率亦可成問題。數位視訊系統中之另一問題係難以評估儲存容量之需要。若使用CBR，則易於僅藉由簡單將恆定位元率乘以一所要保持時間而估計所需儲存容量。然而，就MBR及VBR而言，位元率取決於所擷取之場景中發生什麼而變動。在許多情況中，儲存之成本係一數位視訊系統之成本之一顯著部分，且因此系統所有者期望降低儲存容量。此仍然冒著丟失所記錄之視訊之風險，因為當所擷取之場景中已存在大量運動及細節時，所要保持時間內輸出之總位元量對於可用儲存容量而言可能太大。因此，需要一改良位元率控制方法。

本發明之一目標係提供一種用於控制一視訊編碼器之輸出位元率以使得較容易預測一儲存容量需要之方法。另一目標係提供一種用於控制一視訊編碼器之輸出位元率以使得有可能確保所儲存之視訊資料之一預定保持時間之方法。又一目標係提供一種促進儲存容量需要之預測之位元率控制器及提供一種達成確保所儲存之視訊資料之一所要保持時間之位元率控制器。又另一目標係提供一種達成改良位元率控制之攝像機及網路視訊記錄器。根據一第一態樣，此等及其他目的完全或至少部分地由控制編碼一視訊序列之一視訊編碼器之輸出位元率之一方法達成，該方法包括：設定該視訊編碼器之輸出之一長期位元預算達至少一天之一時間週期；基於該長期位元預算判定一第一可允許位元率；判定該視訊編碼器之輸出之一瞬時位元限制；基於該瞬時位元限制判定一第二可允許位元率；及基於該第一可允許位元率及該第二可允許位元率而控制輸出位元率，使得遵循該長期位元預算、該第一可允許位元率及該第二可允許位元率。使用此一方法，可能設定判定允許在一長時間週期內輸出多少位元之一長期位元預算。該長期位元預算設定為至少一天之一時間週期，且可有利地設定為若干天、週或月。藉由設定一長期位元預算，可能預見將需要之儲存容量以使得較容易設計一網路攝像機系統。該長期位元預算亦使得有可能確保可維持所儲存之視訊資料之一預定保持時間。藉由基於該長期位元預算判定一第一可允許位元率，可能隨時間控制輸出位元率，使得該時間週期之結束不具有該長期位元預算無法滿足之令人不快之意外。此外，藉由基於一瞬時位元限制判定一第二可允許位元率，可能控制輸出位元率使得(例如)不超過該編碼視訊經由其傳輸之一網路之一帶寬。此處應澄清術語「遵循…」(如本文所使用)意謂在設定該位元預算之該時間週期期間，輸出之位元之數目應不高於該長期位元預算。當提及該第一及第二可允許位元率時，仍可「遵循」此等位元數目，即使暫時超過此等位元數目。該第一及第二可允許位元率係用於確保不超過該長期位元預算之工具。因此，此等位元數目係導引值，使得若保持輸出位元率低於此等兩個可允許位元率，則在設定該長期位元預算之該時間週期期間，輸出之位元之數目將低於該位元預算，但只要不允許位元率超過該第一及第二可允許位元率太久，則仍可尊重該長期位元預算。因此，該第一及第二可允許位元率可被視為「軟」位元率極限，而該長期位元預算係一「銳」極限。在本發明方法之一些變體中，該第一及/或第二可允許位元率亦可用作為銳極限。根據該方法之一些變體，判定該第一可允許位元率包括藉由將該長期位元預算除以該時間週期而計算一平均位元率。此係判定該第一可允許位元率之一直接方式。基於該可允許位元率控制輸出位元率之步驟可包括：在一第一時間間隔之後，檢查在一第一時間長度期間已輸出多少個位元；若在該第一時間長度期間之輸出位元之數目高於該第一可允許位元率達一第一邊限，則增加該編碼器之一壓縮參數使得輸出位元率減少以遵循該長期位元預算；或若在該第一時間長度期間之輸出位元之數目低於該第一可允許位元率達一第二邊限，則減少該編碼器之一壓縮參數使得增加輸出位元率以增加該長期位元預算內之影像品質。依此方式，使用呈基於該長期位元預算及所要保持時間之一平均位元率之形式之一第一可允許位元率，若產生需要，則可能增加壓縮。若在場景中存在許多活動達一些時間，則已輸出比該平均位元率內所允許更多之位元。在此之後一些時間，此可藉由增加壓縮來補償。另一方面，若場景中存在較少或無活動，則可存在增加影像品質之空間達一些時間，且此可藉由減少壓縮而達成。使用此方法，有可能有效地使用可用儲存容量。根據該方法之一些變體，判定該第一可允許位元率包括接收關於先前編碼之視訊序列之輸出位元率之歷史變動之輸入。關於位元率變動之歷史資料對於控制該編碼器之該輸出位元率可係有用的。在許多位置中，場景中之活動存在規則發生之變動。例如，若安裝一攝像機以監測一廠房之職員出入口外部，則在早上、午餐及下午可存在許多活動，但在工作時間及夜晚期間存在較少活動。瞭解此等變動，可能將更多位元分配至較多預期活動之週期，且在具有較少預期活動之週期期間使用較少位元。先前編碼之視訊序列可擷取相同於控制輸出位元率之視訊序列之場景。此可使該歷史資料比若使用同屬歷史資料與控制未來輸出位元率更相關。根據該方法之一些變體，基於可允許位元率控制輸出位元率包括在一第一時間間隔之後，檢查在一第一時間長度期間已輸出多少個位元，若在該第一時間長度期間之輸出位元之數目高於位元之一歷史預期數目達一第三邊限，則增加該編碼器之一壓縮參數使得輸出位元率減少以遵循該長期位元預算；或若在該第一時間長度期間之輸出位元之數目低於位元之該歷史預期數目達一第四邊限，則減少該編碼器之一壓縮參數使得輸出位元率增加以增加該長期位元預算內之影像品質。如上所述，考量歷史位元率變動資料使得有可能取決於場景中之活動之預期變動而將位元分配至不同時間間隔。藉此，可在通常存在較少活動期間節省位元，使得在具有更多活動之週期上可消耗更多位元，其通常更受該視訊序列之一使用者關注，且其自高影像品質獲益更多。若場景中之活動自該歷史型樣偏離，則可能在產生需要時增加壓縮而當存在機會時減少壓縮。判定該第二可允許位元率可包括接收關於該編碼器連接至其以傳輸該編碼視訊序列之一網路之一可用帶寬之輸入。依此方式，該編碼器之該輸出位元率可經控制使得其不超過該可用帶寬。因此，可確保該視訊序列之影像圖框可經由該網路傳輸。可以各種方式判定該可用帶寬。例如，就一單一攝像機而言，該可用帶寬可為自該攝像機至該視訊資料(諸如一控制中心中之一視訊管理系統)之一使用點之一連接之帶寬。就攝像機之一系統中之一攝像機而言，該可用帶寬可為該網路之總帶寬之一分配部分，其中針對該系統中其他攝像機保留該總帶寬之其他部分。該網路可為任何種類之網路。其可為有線或無線，且其可為(例如)一蜂巢式網路。根據該方法之一些變體，基於該第一可允許位元率及該第二可允許位元率控制輸出位元率包括將輸出位元率限制為低於或等於該第二可允許位元率。由於不允許該輸出位元率超過該第二可允許位元率，因此可確保可總是遵循諸如可用帶寬之短期位元率限制。可看到在該方法之此等變體中，該第二可允許位元率用作為一銳極限。在此等變體中，該第二可允許位元率可用作為一MBR。接收關於該第一可允許位元率之輸入可包括接收關於一預期位元率影響事件之輸入。依此方式，當判定該第一可允許位元率時，可考量即將到來的事件，使得若預期一潛在有趣事件，則可節省位元以作稍後使用。相反地，在不太有趣活動之一預期週期之前，可更佳地使用位元。接收關於該第一可允許位元率之輸入可包括接收使用者輸入。若一新、較大磁碟機開始用作為視訊資料之儲存，則一使用者可(例如)允許一較高第一可允許位元率。類似地，該使用者可決定(例如)若發生一犯罪，則一較長保持時間係必要的，且記錄視訊序列可能含有儲存較久所需之鑑識重要資料。根據一第二態樣，此等及其他目的係完全或至少部分地由用於控制編碼一視訊序列之一視訊編碼器之輸出位元率之一位元率控制器達成，該位元率控制器包括：一預算設定器，其經配置以設定用於該視訊編碼器之輸出之一長期位元預算達至少一天之一時間週期；一位元限制判定器。其經配置以判定用於該視訊編碼器之輸出之一瞬時位元限制；一位元率判定器，其經配置以基於該長期位元預算來判定一第一可允許位元率，及基於該瞬時位元限制來判定一第二可允許位元率；一位元率計算器，其經配置以基於該第一及第二可允許位元率來計算一輸出位元率；及一控制輸出，其經配置以將經計算之輸出位元率輸出至該視訊編碼器。使用此一位元率控制器，可能確保該編碼器之輸出位元率遵循一瞬時位元限制，諸如一可用傳輸帶寬，以及基於(例如)儲存視訊資料之一所要保持時間之一長期位元預算。第二態樣之該位元率控制器可依基本上相同於第一態樣之方法及隨附優點之方式體現。根據一第三態樣，此等及其他目的係完全或至少部分地由包括一非暫時電腦可讀儲存媒體的電腦程式產品達成，其中指令經調適以當由一處理器執行時，實施根據第一態樣之方法。使用此一電腦程式產品，可能控制位元率，使得滿足短期以及長期輸出位元率極限。第三態樣之電腦程式產品通常可以相同於第一態樣之方法及隨附優點之方式變動。根據一第四態樣，此等及其他目的係完全或至少部分地由包括根據第二態樣之一位元率控制器之攝像機達成。藉由在一攝像機中整合此一位元率控制器，可能達成該攝像機中局部達成第二態樣之該位元率控制器之優點。根據一第五態樣，此等及其他目的係完全或至少部分地由包括根據第二態樣之一位元率控制器之網路視訊記錄器達成。包含第二態樣之一位元率控制器使得有可能(例如)控制來自包含於攝像機之一網路系統之攝像機中之若干視訊編碼器的輸出位元率。以此方式，一長期位元預算可係針對攝像機之整個系統設定而非針對各攝像機單獨設定，以達成該網路視訊記錄器中之儲存容量的更佳使用。將自下文給定之詳細描述變得明白本發明之適用性之一進一步範疇。然而，應理解儘管指示本發明之較佳實施例，但由於熟習技術者將自此詳細描述變得明白本發明之範疇內之各種改變及修改，因此詳細描述及特定實例僅以繪示之方式給出。因此，應理解由於此裝置及方法可變動，因此本發明不受限於所描述之裝置之特定組件部分或所描述之方法之步驟。亦應理解本文所使用之術語僅為了描述特定實施例，且不意欲具限制性。必須注意如說明書及隨附技術方案中所使用，除非內文另有明確指示，否則冠詞「一」及「該」意欲意謂存在元件之一或多者。因此，例如，參考「一物件」或「該物件」可包含若干物件及其類似者。此外，字語「包括」不排除其他元件或步驟。

在圖1中，展示一場景1，其由一攝像機2監測。圖2展示一攝像機系統20，圖1中之攝像機2係攝像機系統20之一部分。攝像機系統20包括若干攝像機2、一網路視訊記錄器21及包含一顯示器23之一使用者站22。攝像機系統20進一步包括將攝像機2連接至網路視訊記錄器21及亦將攝像機2及網路視訊記錄器21連接至使用者站22之一網路24。網路24可為有線或無線，且其可為(例如)一蜂巢式網路。網路之不同部分可使用相同或不同網路技術。例如，攝像機2可使用線連接至網路視訊記錄器21，而至使用者站之連接可係無線。在一些使用情況中，使用者站22可地理上配置為接近攝像機2及網路視訊記錄器21 (例如在相同建築中)。在其他使用情況中，使用者站22可遠端配置。在一些情況中，攝像機系統在地理上展開，使得一或多個攝像機配置於一位置(諸如一市鎮中之一工場)中，而一或多個其他攝像機位於其他位置(諸如另一市鎮中之另一工場)。使用者站22可為一實體裝置或裝置之系統。例如，使用者站22可為位於一控制中心中之具有一顯示器之一PC，其中一操作者可即時或自記錄觀看所擷取之視訊序列。替代地或另外，使用者站可為一行動裝置(諸如一智慧型電話)。在圖3中，展示攝像機2之一簡化方塊圖。攝像機2具有一透鏡31、一影像感測器32、一位元率控制器33、一編碼器34、一局部儲存器35及一網路介面36。如由熟習技術者所瞭解，攝像機2具有額外組件，但由於此等組件並非闡釋本發明所必需，因此此等組件不包含於圖式中，且將不進一步討論。藉由透鏡31及影像感測器32，攝像機2擷取場景1之影像。影像由編碼器34編碼以形成一編碼影像圖框流。位元率控制器33控制編碼器34之輸出位元率，如稍後將更詳細闡釋。局部儲存器35可為(例如)一SD卡，且可用於將編碼影像圖框局部儲存於攝像機中。藉由網路介面36，攝像機2可將編碼影像圖框傳輸至網路視訊記錄器21及/或使用者站22。在圖4中，展示網路視訊記錄器21之一簡化盒形圖。網路視訊記錄器21具有含用於連接至攝像機系統20中之攝像機2之一輸入42之一網路介面41，及用於連接至使用者站22之一輸出43。此外，網路視訊記錄器21具有一儲存單元44及一位元率控制器45。儲存單元44可為(例如)一磁碟機。如同攝像機2之位元率控制器33，稍後將進一步描述網路視訊記錄器之位元率控制器45之功能。網路視訊記錄器21亦可具有其他組件，但由於此等組件並非闡釋本發明所必需，因此此等組件未展示於圖式中且將不進一步討論。在圖5中，展示一位元率控制器51之一簡化盒形圖。位元率控制器51可為可連接至攝像機2及/或網路視訊記錄器21之一獨立單元。替代地，位元率控制器51可整合於攝像機2中，藉此替代圖3中所展示之位元率控制器33，或其可整合於網路視訊記錄器21中，藉此替代圖4中所展示之位元率控制器45。不管位元率控制器51配置在何處，其可基本上具有相同組件且基本上依相同方式工作。因此，圖5中所展示之位元率控制器51之以下描述對於圖3中所展示之位元率控制器33及圖4中所展示之位元率控制器45亦係有效的。位元率控制器51具有一預算設定器52，其經配置以設定一長期位元預算。該長期位元預算設定可由位元率控制器51控制之視訊編碼器在至少一天之一時間週期內輸出之位元之數目之一極限。此一視訊編碼器(諸如圖3中所展示之編碼器34)可整合於攝像機中。然而，此一視訊編碼器亦可依各種其他方式配置。例如，其可為可操作以連接至一攝像機之一單獨單元，或其可包含於諸如圖4中所展示之網路視訊記錄器21之一網路視訊記錄器中。在一網路視訊記錄器中，一視訊編碼器可用於資料格式轉換視訊資料。因此，編碼影像圖框可自一或多個攝像機接收，在網路視訊記錄器之編碼器中解碼，且在儲存於網路視訊記錄器中或傳輸至一使用者站之前再次編碼。用於資料格式轉換之一編碼器亦可配置於使用者站中或使用者站處。位元率控制器51進一步包括一位元限制判定器53，其經組態以判定視訊編碼器之輸出之一瞬時位元限制。該瞬時位元限制應用於顯著短於長期位元預算之一時間週期，且可為(例如)用於自視訊編碼器傳輸之可用帶寬。在一些應用中，瞬時位元限制為嚴格((例如)諸如當不可能傳輸瞬時位元限制以上之一大小之影像圖框時)。在其他應用中，瞬時位元限制可更靈活((例如)諸如當若干攝像機共用一網路帶寬且各攝像機分配網路帶寬之一標稱部分)。在此等情況中，只要系統中之其他攝像機不使用其對帶寬之完全標稱共用，則即使一傳輸影像圖框之大小超過網路帶寬之標稱部分，影像圖框亦可能自視訊編碼器傳輸。另外，位元率控制器51包含一位元率判定器54。位元率判定器經組態以基於長期位元預算判定一第一可允許位元率。該第一可允許位元率設定視訊編碼器之輸出位元率之一極限，其確保將尊重長期位元預算。位元率判定器54亦經組態以基於瞬時位元限制判定一第二可允許位元率。該第二可允許位元率設定視訊編碼器之輸出位元率之一極限，其確保將尊重瞬時位元限制。位元率控制器51進一步包括一位元率計算器55。位元率計算器55經組態以基於第一可允許位元率及第二可允許位元率計算一輸出位元率。因此，位元率計算器55計算待由視訊編碼器滿足且考量長期位元預算、第一可允許位元率及第二可允許位元率之一輸出位元率。為確保遵循長期位元預算，在各時間點，第一及第二可允許位元率之最低者將對計算哪個輸出位元率起決定性作用。位元率控制器51之一控制輸出56經組態以將經計算之輸出位元率輸出至視訊編碼器。依此方式，視訊編碼器可使用其允許使用之一輸出位元率來指示以確保尊重長期位元預算，使得可確保一所要保持時間，且為了確保亦尊重位元率之較短期限制(諸如可用帶寬)，使得編碼影像圖框之傳輸在所有時間均係可行的。如下文將進一步討論，在規則(或可能不規則)間隔下可重新計算輸出位元率，使得視訊編碼器之控制可為動態的。位元率控制器51可以硬體、韌體、軟體或其等之任何組合體現。在圖6中，展示控制一視訊編碼器之輸出位元率之一方法之一實例之一流程圖。此方法可(例如)在圖5中所展示之位元率控制器51中執行。在所展示之實例中，設定一長期位元預算(步驟S1)。長期位元預算指定在至少一天之一時間週期期間，允許視訊編碼器輸出多少個位元。長期位元預算可(例如)基於可用儲存容量而設定。判定一第一可允許位元率(S2)。此可以不同方式完成。一簡單方法係決定所儲存之視訊資料之一所要保持時間，且將長期位元預算除以該保持時間。使用此方法，判定一可允許平均位元率。第一可允許位元率可設定為簡單平均數，但使用一安全邊限，使得(例如)長期位元預算之90%除以時間週期，且剩餘10%在時間週期結束時保留為用於可能調整之一安全邊限。稍後將描述使用歷史資料之一稍更複雜方法。取決於視訊編碼器接受哪個輸入，第一可允許位元率可以不同方式表達。例如，第一可允許位元率可表達為每秒之位元之一數目。亦判定一瞬時位元限制(S3)。瞬時位元限制可(例如)對應於編碼器可連接至其以傳輸編碼影像圖框之網路之一可用帶寬。可用帶寬可為由諸如圖2中所展示之攝像機系統20之一攝像機系統中之若干攝像機共用之一總帶寬之一分配部分。瞬時位元限制可為靜態的，或其可動態變動，(例如)因為攝像機系統中之其他攝像機使用總帶寬之變化量。基於瞬時位元限制判定一第二可允許位元率(S4)。因此，第二可允許位元率可簡單為每時間單位之可用帶寬。一使用者亦可因各種原因而選擇設定一較低第二可允許位元率。應牢記若設定一較高第二可允許位元率，則此將意謂有時會不能自編碼器傳輸編碼影像圖框，因為超過網路之容量。如同第一可允許位元率，第二可允許位元率可以各種方式表達(例如表達為每秒之位元之一數目)。若已判定長期位元預算、第一可允許位元率及第二可允許位元率，則控制視訊編碼器之輸出位元率(S5)，使得遵循長期位元預算、第一可允許位元率及第二可允許位元率。如上述[發明內容]中已提及，取決於如何判定第一可允許位元率及第二可允許位元率，遵循第一可允許位元率及第二可允許位元率不需意謂輸出位元率必須總是低於第一及第二可允許位元率。例如，第一及第二可允許位元率可係判定為具有一安全邊限，使得允許輸出位元率超過第一及第二可允許位元率之一者或兩者達較短時間週期。大多數時候，第一及第二可允許位元率之一者將為實際限制因數。因此，經計算之輸出位元率在各時間點將係由第一及第二可允許位元率之最低者判定。例如，在具有有限網路帶寬(例如使用一蜂巢式網路)之一攝像機系統中，限制因數可為可用帶寬，使得若輸出位元率保持低於第二可允許位元率，則可用儲存容量對於所要保持時間總是足夠的。替代地，在其他攝像機系統中，可用儲存容量可為限制因數，使得若輸出位元率保持或僅稍低於第二可允許位元率，則與所要保持時間相比，將更快填滿可用儲存，導致視訊資料之過寫及損失。在規則或可能不規則時間間隔下，可檢查在一預定時間長度期間，已輸出多少個位元。可相對於已設定長期位元預算之時間週期來選擇時間間隔及時間長度。例如，若期望60天之一保持時間，則長期位元預算可係設定為可用儲存之容量。可在(例如)一小時之一時間間隔下進行輸出位元之數目的檢查，且進行檢查的時間長度可為(例如)一天。作為另一實例，可使用一天之一時間間隔，且研究時間長度可為60天。依任意方式，使用時間之一滑動窗口來進行此等檢查。在各檢查中，檢查在最近時間長度期間由編碼器輸出之位元的數目。舉實例而言，已設定一長期位元預算達30天之一時間週期。在某個時間點，於一天之一第一時間間隔之後，進行在30天之一第一時間長度期間已由視訊編碼器輸出多少個位元之一檢查。若發現輸出位元之數目高於第一可允許位元率達一第一邊限，則此意謂存在一風險：將不遵循長期位元預算。因此，位元率控制器指示視訊編碼器增加一壓縮參數，使得視訊編碼器之輸出位元率將減少。取決於視訊編碼器，可存在可被控制之不同壓縮參數。一共同壓縮參數係量子化參數，其判定用於將輸入影像中之像素值映射至編碼影像圖框中之量子化位準之量子化步驟的數目。增加量子化參數一般導致減少位元率及亦降低影像品質。可在一些編碼器中控制之其他壓縮參數係像素區塊大小、影像解析度、GOP長度及圖框率。藉由增加壓縮參數，輸出位元率可據此減少，使得遵循長期位元預算。可選擇第一邊限，使得避免由壓縮參數中之太頻繁改變引起的非必要振盪。若期望，第一邊限可設定為零，使得第一可允許位元率以上之任何偏差將由一增加壓縮計數。判定壓縮參數應增加多少之一方式係研究在第一時間長度期間位元輸出的數目及計算壓縮參數的哪個值將使位元的數目最終低於第一可允許位元率。接著，壓縮參數之此計算值可被用於編碼後續影像圖框。若，替代地，發現輸出位元之數目低於第一可允許位元率達一第二邊限，則此意謂遵循長期位元預算，但存在較高影像品質之空間。因此，減少一壓縮參數，使得輸出位元率增加，藉此允許長期位元預算內之較高影像品質。第二邊限可相同於第一邊限，或其可不同。若發現輸出位元之數目不高於亦不低於第一可允許位元率，則視訊編碼器之壓縮參數可保持不變。檢查可在規則或不規則間隔下重複進行，使得動態地重新計算視訊編碼器允許之輸出位元率。如上文已討論，有時第一可允許位元率將具限制性而有時第二可允許位元率將具限制性。因此，視訊編碼器之輸出位元率可受控制使得其總是低於或等於第二可允許位元率。此處可指出在第一可允許位元率具限制性之情況中，將不足以保持輸出位元率低於第二可允許位元率。在此等情況中，輸出位元率亦將必須保持或低於第一可允許位元率。應注意儘管時間間隔指稱一第一時間間隔，但其不需要恰好為位元率控制方法之效能之第一天或週等等。「第一時間間隔」稱為「第一」僅為能夠在申請專利範圍及本描述中容易地參考之方式。檢查可在規則間隔下以相同於第一時間間隔之方式重複。類似地，僅為了便於申請專利範圍及本描述而將「第一時間長度」稱為「第一」。自然地，當首次啟動編碼器時，每天檢查一長期位元預算達一月之一週期將無疑地首先給出結果：在上月期間輸出之位元之數目低於預算，因為在起動之前，存在零位元輸出，且因此起動時之結果將不可靠。此問題可藉由使用檢查之一較短時間長度而補救。例如，儘管已設定長期位元預算達一月之一時間週期，但檢查中之研究時間長度可為(例如)一週或一天。此外，在該方法已運行達一些時間之後，各檢查之前將存在一足夠長之操作時間，使得整個研究時間長度含有實際輸出位元資料。如上所述，藉由將長期位元預算除以已設定預算之時間週期而將第一可允許位元率計算為一平均位元率係一簡單及直接方法。此一方法仍不考量在大多數監測方案中，場景中之活動將隨時間變動。在一些方案中，活動根據一大致上規則型樣變動。例如，如上文所討論，在一天之特定時間中可存在許多活動。某些天(諸如工作日)亦可存在較多活動，且其他天(諸如週末)亦可存在較少活動。此等變動之知識可用於有利於本發明之變體。因此，判定第一可允許位元率可包含接收關於先前編碼視訊序列之輸出位元率之歷史變動之輸入。較佳地，先前編碼視訊序列擷取相同於輸出位元率被控制之視訊序列之場景。然而，亦可能使用自擷取另一(較佳地類似)場景之先前編碼視訊序列取得之同屬資料。同屬歷史資料可較易於獲得，但可為用於判定第一可允許位元率之一不太可靠輸入。藉助於歷史位元率變動，可能比若一簡單位元率平均數用作為第一可允許位元率更動態及積極地控制輸出位元率。若知道在一天之特定小時或一週之特定日期間通常存在較少活動，則更多位元可分配至預期活動之時間，而較少位元可花費在一靜態場景之影像上。基本上以相同於上文所討論之方式進行檢查輸出位元之數目。因此，在一第一時間間隔之後，檢查在一第一時間長度期間已輸出多少個位元。依相同於簡單平均位元率之方式，使用時間之一滑動窗口。若在第一時間長度期間輸出之位元之數目在位元之一歷史預期數目之上達一第三邊限，則位元率控制器指示視訊編碼器增加一壓縮參數，使得輸出位元率減少。依此方式，可遵循長期位元預算。相反，若在第一時間長度期間輸出之位元之數目低於歷史預期數目達一第四邊限，則位元率控制器指示視訊編碼器減少一壓縮參數，使得輸出位元率增加。藉此，影像品質可在長期位元預算內增加。此處可注意第三及第四邊限用於相同於上文所提及之第一及第二邊限之目的。有時，一使用者能夠進行用於判定第一可允許位元率之輸入係有用的。一情況係當可用儲存容量改變時。例如，一組磁碟機中之一磁碟機可能已故障，使得可用儲存容量減少，或可獲得一新、較大磁碟機，使得可用儲存容量增加。位元率控制器可經組態以接收此使用者輸入。位元率控制器亦可經組態以接收關於一預期位元率影響事件之輸入。例如，可計劃一嘉年華，其可預期引起增加位元率。為解釋此一事件，視訊編碼器可被控制以減少輸出位元率達一些時間以準備即將到來之事件，使得可節省位元以在該事件期間使用。類似地，可發生一些事，使得必須增加所儲存之視訊資料之保持時間，使得需要減少第一可允許位元率以遵循長期位元預算。此可(例如)在已發生一犯罪時發生，且視訊資料必須儲存達可用於鑑識使用之一較長時間。結果證明來自編碼器之輸出位元率隨大體上對應於進行輸出位元率之數目之檢查之時間長度之一週期振盪。為避免或至少減少此等振盪，進行檢查達一時間長度以上可係有利的。例如，可檢查30天之一第一時間長度以及15天之一第二時間長度。振盪之進一步減少可藉由使用並非彼此之倍數之時間長度(例如30天之一第一時間長度及13天之一第二時間長度)而達成。本發明方法可藉助於一電腦程式執行。電腦程式可儲存於一非暫時電腦可讀儲存媒體上，且其可包括經調適以當由具有處理能力之一裝置執行時實施方法之指令。應瞭解熟習技術者可以許多方式修改上述實施例且仍使用如上述實施例中所展示之本發明之優點。上文，作為一實例，位元率控制器已描述為整合於一攝像機或一網路視訊記錄器中，但其亦可配置為一單獨單元且可操作以連接至一攝像機、攝像機之一系統或一網路視訊記錄器。此外，位元率控制器已描述為配置於攝像機或網路視訊記錄器中。在一些應用中，劃分位元率控制器之功能可係有益的，使得基於第二可允許位元率之位元率控制在攝像機系統中之各攝像機中執行，且使得基於長期位元預算及第一可允許位元之位元率控制在網路視訊記錄器中執行。應注意儘管攝像機及網路視訊記錄器均已描述為包含一位元率控制器，但可能在攝像機或網路視訊記錄器中免除位元率控制器。若位元率控制在各攝像機中局部執行，則基於第一可允許位元率及第二可允許位元率，非必要在網路視訊記錄器中包含一位元率控制器。類似地，若在網路視訊記錄器中執行全位元率控制方法，則攝像機中可不必具有一位元率控制器。類似地，若使用一單獨位元率控制器，則攝像機及網路視訊記錄器均不需要包含一位元率控制器。由編碼器編碼之影像可直接自擷取攝像機接收，或影像可先前已擷取及在其等被傳輸至影像處理單元之前儲存。因此，影像之直接來源可為一影像感測器或一資料檔案。攝像機可為任何種類之攝像機，諸如採用可見光之一攝像機、採用NIR (近紅外線)之一攝像機或一熱攝像機。有利地，攝像機可為一數位攝像機，但替代地，其可為連接至一數位化單元之一類比攝像機。已在監測攝像機(有時指稱監視攝像機)之情境中描述本發明，但其亦可有利地用於其他攝像機應用。網路視訊記錄器已描述為一實體裝置，但替代地，其可為一雲端服務。儘管攝像機系統已展示為包含一網路視訊記錄器，但完全可能配置無需一網路視訊記錄器之一攝像機系統。在此一系統中，儲存可在攝像機中局部及/或遠端(諸如在一控制中心)發生。圖式中所展示及上文所討論之攝像機2包含一局部儲存器35。在一些攝像機系統中，局部儲存器可為唯一儲存器，而在其他攝像機系統中，其可用於備份及冗餘，其中儲存亦在網路視訊記錄器或使用者站中或使用者站處之一儲存裝置上發生。例如，伺服器可配置以儲存於一控制中心中。在一些攝像機系統中，nu局部儲存器包含於攝像機中，且僅使用網路視訊記錄器或其他外部儲存器。視訊之記錄或儲存可連續執行，但在許多情況中，有利的係僅當由一事件觸發時(諸如視訊運動偵測或來自一警報裝置(諸如一PIR感測器)之輸入)儲存視訊。依此方式，可藉由僅儲存可能感興趣之視訊序列及當場景中沒發生任何事情時不儲存視訊而節省儲存容量。編碼影像圖框可連續傳輸至使用者站，但此亦由事件觸發限制。在一些視訊系統中，編碼影像圖框可連續傳輸至一控制中心以由一操作者儲存及/或立即查看，且另外，其可基於事件觸發而僅傳輸至一行動裝置，使得當場景發生一些事情時可警報一使用者。攝像機中之局部儲存器可用於所謂之故障切換記錄。此意謂若編碼影像圖框通常自攝像機連續傳輸，則若丟失至網路之連接，局部儲存將開始。一旦網路連結恢復，則儲存於局部儲存器中之視訊資料可傳輸至使用者站，且可恢復一完全視訊序列。上文中，編碼器已描述為一攝像機之部分。然而，替代地，其可為可操作以連接至攝像機之一單獨單元。編碼器可根據採用運動估計及運動補償之任何編碼標準操作。編碼器可為(例如)一基於區塊之混合編碼器(諸如一H.264、H.265或VP9編碼器)。本發明方法可藉由執行儲存於一電腦可讀、非暫時儲存媒體上之指令而執行。指令可由具有處理能力之任何裝置執行，該裝置諸如一中央處理單元(CPU)、一圖形處理單元(GPU)、實施於一積體電路中之一定製處理裝置、一ASIC、一FPGA或包含離散組件之邏輯電路。已在確保視訊資料之一所要保持時間之內文中描述本發明。然而，亦可用於其他端。例如，方法及位元率控制器可用於控制傳輸中之位移以分佈來自一系統中之若干攝像機之位元率中之峰值，其中攝像機具有用於傳輸編碼影像圖框之一有限帶寬。在此一情況中，一「長期」位元預算可設定為(例如)一小時，對應於可用帶寬乘以一小時，且不同攝像機可經控制使得一些攝像機等待而另一些攝像機傳輸，藉此在攝像機之間共用可用「長期」位元預算。儘管上文已描述不同實施例及變體，但實施例及變體不應被視為分離的，實施例及變體之特徵可自由組合。因此，本發明不應受限於所展示之實施例但應僅由隨附申請專利範圍界定。

1‧‧‧場景2‧‧‧攝像機20‧‧‧攝像機系統21‧‧‧網路視訊記錄器22‧‧‧使用者站23‧‧‧顯示器24‧‧‧網路31‧‧‧透鏡32‧‧‧影像感測器33‧‧‧位元率控制器34‧‧‧編碼器35‧‧‧局部儲存器36‧‧‧網路介面41‧‧‧網路介面42‧‧‧輸入43‧‧‧輸出44‧‧‧儲存單元45‧‧‧位元率控制器51‧‧‧位元率控制器52‧‧‧預算設定器53‧‧‧位元限制判定器54‧‧‧位元率判定器55‧‧‧位元率計算器S1‧‧‧步驟S2‧‧‧步驟S3‧‧‧步驟S4‧‧‧步驟S5‧‧‧步驟

現將以實例方式且參考隨附示意圖更詳細描述本發明，其中：圖1係由一攝像機監測之一場景之一透視圖，圖2係一攝像機系統之一圖，圖3係圖2之系統中之一攝像機之一方塊圖，圖4係圖2之系統中之一網路視訊記錄器之一方塊圖，圖5係圖2之系統中之一位元率控制器之一方塊圖；及圖6係控制一視訊編碼器之輸出位元率之一方法之一流程圖。

S1‧‧‧步驟

S2‧‧‧步驟

S3‧‧‧步驟

S4‧‧‧步驟

S5‧‧‧步驟

Claims

一種控制編碼並輸出擷取一場景之一視訊序列之一視訊編碼器之輸出位元率以及儲存經編碼及經輸出之該視訊序列之方法，該方法包括：設定該視訊編碼器之輸出之一長期位元預算達至少一天之一時間週期，其中該長期位元預算被設定以確保維持用於經儲存視訊資料之一所要保持時間；基於該長期位元預算來判定一第一可允許位元率，判定該視訊編碼器之輸出之一瞬時位元限制，基於該瞬時位元限制來判定一第二可允許位元率；基於該第一可允許位元率及該第二可允許位元率來控制該視訊編碼器之輸出位元率，使得遵循該長期位元預算、該第一可允許位元率及該第二可允許位元率；及僅在由該場景中之一事件觸發時，儲存以針對該所要保持時間之經控制之該輸出位元率來輸出之經編碼之該視訊序列。
如請求項1之方法，其中判定該第一可允許位元率包括藉由將該長期位元預算除以該時間週期來計算一平均位元率。
如請求項2之方法，其中基於該第一可允許位元率及該第二可允許位元率來控制輸出位元率包括：在一第一時間間隔之後，檢查在一第一時間長度期間已輸出多少個位元；回應於在該第一時間長度期間之輸出位元之數目高於該第一可允許位元率達一第一邊限，增加該編碼器之一壓縮參數，使得輸出位元率減少以遵循該長期位元預算。
如請求項2之方法，其中基於該第一可允許位元率及該第二可允許位元來控制輸出位元率包括：在一第一時間間隔之後，檢查在一第一時間長度期間已輸出多少個位元；回應於在該第一時間長度期間之輸出位元之數目低於該第一可允許位元率達一第二邊限，減少該編碼器之一壓縮參數，使得輸出位元率增加以增加該長期位元預算內的影像品質。
如請求項1之方法，其中判定該第一可允許位元率包括接收關於先前編碼之視訊序列之輸出位元率之歷史變動的輸入。
如請求項5之方法，其中該等先前編碼之視訊序列擷取相同於輸出位元率將被控制之視訊序列的場景。
如請求項5之方法，其中基於該第一可允許位元率及該第二可允許位元率來控制輸出位元率包括：在一第一時間間隔之後，檢查在一第一時間長度期間已輸出多少個位元，回應於在該第一時間長度期間之輸出位元之數目高於位元之一歷史預期數目達一第三邊限，增加該編碼器之一壓縮參數，使得減少輸出位元率以遵循該長期位元預算。
如請求項5之方法，其中基於該第一可允許位元率及該第二可允許位元率來控制輸出位元率包括：在一第一時間間隔之後，檢查在一第一時間長度期間已輸出多少個位元，回應於在該第一時間長度期間之輸出位元之數目低於位元之該歷史預期數目達一第四邊限，減少該編碼器之一壓縮參數，使得增加輸出位元率以增加該長期位元預算內之影像品質。
如請求項1之方法，其中判定該第二可允許位元率包括接收關於該編碼器經連接至其以傳輸該編碼視訊序列之一網路之一可用帶寬的輸入。
如請求項1之方法，其中基於該第一可允許位元率及該第二可允許位元率來控制輸出位元率包括將輸出位元率限制為低於或等於該第二可允許位元率。
如請求項1之方法，其中判定該第一可允許位元率包括接收關於一預期位元率影響事件的輸入。
如請求項1之方法，其中判定該第一可允許位元率包括接收使用者輸入。
一種攝像機系統，其包括用於控制編碼並輸出擷取一場景之一視訊序列之一視訊編碼器之輸出位元率之一位元率控制器及用於儲存經編碼及經輸出之該視訊序列之一儲存器，該位元率控制器包括：一預算設定器，其經配置以設定該視訊編碼器之輸出之一長期位元預算達至少一天之一時間週期，並設定該長期位元預算以確保維持用於經儲存視訊資料之一所要保持時間，一位元限制判定器，其經配置以判定該視訊編碼器之輸出之一瞬時位元限制，一位元率判定器，其經配置以基於該長期位元預算來判定一第一可允許位元率，及基於該瞬時位元限制來判定一第二可允許位元率；一位元率計算器，其經配置以基於該等第一及第二可允許位元率來計算一輸出位元率；一控制輸出，其經配置以將經計算之輸出位元率輸出至該視訊編碼器以控制該視訊編碼器之該輸出位元率；及其中該儲存器經組態以僅在由該場景中之一事件觸發時儲存以針對該所要保持時間之經控制之該輸出位元率來輸出之經編碼之該視訊序列。
一種非暫時電腦可讀儲存媒體，該非暫時電腦可讀儲存媒體具有儲存於其上以用於控制編碼並輸出擷取一場景之一視訊序列之一視訊編碼器之輸出位元率以及儲存經編碼及經輸出之該視訊序列之指令，由一電腦裝置執行該等指令導致該電腦裝置執行包括以下操作：設定該視訊編碼器之輸出之一長期位元預算達至少一天之一時間週期，其中該長期位元預算被設定以確保維持用於經儲存視訊資料之一所要保持時間；基於該長期位元預算來判定一第一可允許位元率，判定該視訊編碼器之輸出之一瞬時位元限制，基於該瞬時位元限制來判定一第二可允許位元率；基於該第一可允許位元率及該第二可允許位元率來控制該視訊編碼器之輸出位元率，使得遵循該長期位元預算、該第一可允許位元率及該第二可允許位元率；及僅在由該場景中之一事件觸發時，儲存以針對該所要保持時間之經控制之該輸出位元率來輸出之經編碼之該視訊序列。
一種攝像機，其包括如請求項13之攝像機系統中之一位元率控制器。
一種網路視訊記錄器，其包括如請求項13之攝像機系統中之一位元率控制器。