BRPI0808489A2

BRPI0808489A2 - Método e aparelho de controle de quantização, programa para os mesmos, e meio de armazenamento que armazena o programa

Info

Publication number: BRPI0808489A2
Application number: BRPI0808489-0A2A
Authority: BR
Inventors: Atsushi Shimizu; Ryuichi Tanida
Original assignee: Nippon Telegraph & Telephone
Priority date: 2007-03-14
Filing date: 2008-03-05
Publication date: 2014-07-15
Also published as: JPWO2008111454A1; KR20090112747A; WO2008111454A1; CN101637025B; EP3264772A1; EP2120460A1; CA2679764C; RU2419247C1; US20100014583A1; EP2120460B1; ES2931465T3; JP5197574B2; ES2676119T3; KR101075606B1; CN101637025A; CA2679764A1; TW200901772A; EP3264772B1; US9161042B2; EP2120460A4

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO E APARELHO DE CONTROLE DE QUANTIZAÇÃO, PROGRAMA PARA OS MESMOS, E MEIO DE ARMAZENAMENTO QUE ARMAZENA O PROGRAMA".

CAMPO TÉCNICO

A presente invenção refere-se a um método de controle de quantização para controlar uma taxa de bits de codificação de vídeo e a um aparelho correspondente, com um programa de controle de quantização para implementar o método de controle de quantização, e com um meio de armazenamento legível por computador que armazena o programa.

É reivindicada prioridade em relação ao Pedido de Patente Japonês 2007-064274 , depositado em 14 de março de 2007, cujo conteúdo é incorporado neste documento por referência.

ANTECEDENTES DA TÉCNICA

Em vários métodos de codificação de vídeo, a quantidade de código gerado varia dependendo da natureza de uma imagem de entrada. Portanto, uma técnica de controle de taxa de bits de codificação é requerida para controlar a quantidade de código gerado e manter uma taxa de bits de codificação constante.

A quantidade de código gerado estreitamente se relaciona com o tamanho da etapa de quantização, e a quantidade de código gerado é controlada pela variação do tamanho da etapa de quantização.

No modelo de teste 5 (abreviado como "TM5") do MPEG-2, o controle da quantidade de código é executado utilizando uma relação entre o tamanho da etapa de quantização e a quantidade de código gerado (vide, por exemplo, o Documento de não-Patente 1).

Abaixo, o controle de quantidade de código no TM5 do MPEG-2 será explicado.

No TM5 do MPEG-2, o controle de quantidade de código é executado utilizando uma unidade chamada GOP (grupo de imagens), a qual pode incluir imagens I, P e B possuindo diferentes tipos de imagem tal como tipos de imagem I, P e B. A Figura 6 apresenta um fluxograma do controle de quantidade de código no TM5 do MPEG-2.

Como apresentado no fluxograma, no controle de quantidade de código do TM5 no MPEG-2, na primeira etapa S401, um índice complexo Xx para cada tipo de imagem (x = i, p, b (o que respectivamente corresponde às imagens I1Pe B)) é calculado pela seguinte fórmula:

Χχ = Sx · <QX>.

Na fórmula acima, x indica o tipo de imagem, Sx indica a quantidade de código gerada para uma imagem que possui o mesmo tipo de imagem que a presente imagem e foi codificada mais recentemente, e <Qx> indica uma média do tamanho da etapa de quantização na codificação relevante.

Geralmente, a quantidade de código Sx é a proporção inversa para o tamanho da etapa de quantização Qx. Portanto, o cálculo do índice complexo Xx fornece uma relação entre a quantidade de código gerado e o tamanho da etapa de quantização.

Na próxima etapa S402, uma quantidade almejada Tx de código (x = 1, p, b) para cada tipo de imagem é calculada pelas fórmulas seguintes. [Fórmula 1]

<n ..................R

Ii - - WpXp--WXr l+iq^ + jqT?t

tP - „ TWW ... Fórmula (1)

XpKb m R

Ib - v.....I.....

b xbh

Aqui, R indica a quantidade de código alocado para o GOP relevante, Np indica o número de imagens P no GOP, Nb indica o número de imagens B no GOP, e Kp e Kb são constantes.

As fórmulas acima apresentam que de modo a estabelecer a quantidade desejada de código T,, imagens P são convertidas para imagens

I de acordo com Xp/Xj, imagens B são convertidas para imagens I de acordo com Xb/Xi, e a quantidade desejada de código Ti é calculada baseado nos valores convertidos, nos números Np e Nb de imagens, e na quantidade R de código alocado para o GOP. De modo a estabelecer a quantidade desejada de código Tp, imagens B são convertidas para imagens P de acordo com Xb/Xp, e a quantidade desejada de código Tp é calculada baseado no valor convertido, nos números Np e Nb de imagens, e na quantidade R de código alocado para o GOP.

De modo a estabelecer a quantidade desejada de código Tb, imagens P são convertidas para imagens B de acordo com Xp/Xb, e a quantidade desejada de código Tb é calculada baseado no valor convertido, nos números Np e Nb de imagens, e na quantidade R de código alocado para o GOP.

Na próxima etapa S403, baseado na quantidade desejada de código Tx estabelecida acima para as imagens, o tamanho da etapa de quantização para um bloco pequeno como um alvo de codificação é determinado.

O tamanho da etapa de quantização é calculado baseado em

uma quantidade dx(j) de ocupação de uma memória temporária virtual e em um parâmetro de reação r, pela utilização da seguinte fórmula.

[Fórmula 2]

Qx(J)ss-EVl--...Fórmula (2)

T

Uma memória temporária virtual utilizada somente para calcular o tamanho da etapa de quantização é estabelecida para cada tipo de imagem, e quantidade dx(j) de ocupação da mesma é atualizada pela seguinte fórmula.

[Fórmula 3]

dx(j) = dx(0) + Gx(j - 1) - ΓχΜ£~^ - Fórmula (3)

Na fórmula acima, Gx(j) indica a quantidade total de código gerado até que o j-ésimo bloco pequeno na imagem-alvo de codificação seja codificado, e MBCnt indica o número de blocos pequenos na imagem relevante. O parâmetro de reação é calculado pela seguinte fórmula.

[Fórmula 4] 2 * Bitrate , ^

r = —;--... Formula (4)

Picturejrate

Na etapa S403 utilizando o método descrito acima, o tamanho da etapa de quantização Qx(j) designado para um bloco pequeno como o alvo de codificação é determinado baseado na quantidade dx(j) de ocupação da memória temporária virtual e no parâmetro de reação r.

Na próxima etapa S404, cada bloco pequeno é sujeito à quanti

zação e à codificação pela utilização do tamanho da etapa de quantização Qx(j) determinado.

Na próxima etapa S405, após a codificação de uma imagem estar completa, a média <QX> do tamanho da etapa de quantização é calculada.

Na próxima etapa S406, (após a codificação de uma imagem ser completada), a quantidade real Sx de código gerado é medida.

Baseado na quantidade medida Sx de código gerado e no tamanho médio da etapa de quantização <QX> calculado, na etapa S401, novamente, o índice complexo Xx para cada tipo de imagem é atualizado.

De acordo com o método acima, no TM5 do MPEG-2, uma quantidade desejada de código é designada para cada imagem quando codificando a imagem, desse modo controlando a quantidade de código gerado.

O método de controle acima proporciona uma operação estável se as características do vídeo relevante não se alterarem de forma considerável, e não existir estouro ou estouro negativo de uma memória temporária do decodificador.

Entretanto, o controle real deve considerar uma alteração de cenário ou o estado da memória temporária do decodificador.

Por exemplo, se um cenário muito simples continuar em uma

imagem estática tal como "telop", o tamanho da etapa de quantização diminui muito. Se uma imagem (de uma paisagem, etc.) possuindo uma textura sutil então aparecer, a imagem possuindo uma textura sutil é codificada utilizando um tamanho de etapa de quantização muito pequeno, o que causa um aumento explosivo na quantidade de código gerado e assim, falha no controle de taxa de bits.

Por conseqüência, em um método conhecido proposto, após detectar uma alteração de cenário, o tamanho da etapa de quantização é alterado para um valor predeterminado (vide, por exemplo, o Documento de Patente 1).

Neste método, quando uma alteração de cenário for detectada, um valor inicial (do tamanho da etapa de quantização) definido para a alteração do cenário será comparado com um tamanho de etapa de quantização calculado através de um controle de taxa, e o maior tamanho de etapa de quantização é utilizado para a quantização.

De acordo com o método acima, quando a alteração de cenário for detectada, o tamanho de etapa de quantização poderá ser controlado, desse modo impedindo um aumento explosivo na quantidade de código gerado.

Documento de Não-Patente 1: MPEG-2, Test Model5(TM5),

Doc.lSO/IECJTC1/SC29/WG11/N0400, Test Model Editing Committee, págs. 59-63, Abril, 1993.

Documento de Patente 1: Pedido de Patente Japonês Não Examinado, Primeira Publicação N0 H06-113271.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

Problemas a serem resolvidos pela invenção

Como descrito acima, em uma técnica convencional, uma alteração abrupta em uma imagem de vídeo de entrada devido a uma causa diferente do controle de quantização é evitada pela inicialização do estado do controle de quantização.

Entretanto, de acordo com tal técnica convencional, a quantização não é executada utilizando um tamanho de etapa de quantização considerando a natureza da imagem-alvo de codificação imediatamente após uma variação nas condições relevantes. Portanto, é requerido um longo tempo 30 para estabelecer uma variação no tamanho da etapa de quantização ou uma variação correspondente na quantidade de código gerado.

A Figura 7 apresenta um exemplo explicando o dito acima. Este exemplo apresenta um estado no qual um valor inicial (estabelecido pela inicialização) do tamanho da etapa de quantização é menor do que um tamanho da etapa de quantização que pode proporcionar a codificação estável.

5 Em tal caso, como apresentado na Figura 7, como o valor inicial

do tamanho da etapa de quantização é pequeno, uma quantidade de código maior do que uma quantidade desejada é gerada, e o tamanho da etapa de quantização gradualmente aumenta. Quando o tamanho da etapa de quantização é muito grande, a quantidade de código gerado não alcança a quanti10 dade desejada, e o tamanho da etapa de quantização diminui. Após um tempo considerável, um estado estável aparece.

Por conseqüência, quando existe uma diferença entre o valor inicial do tamanho da etapa de quantização e o tamanho da etapa de quantização que pode proporcionar codificação estável, o controle estável não é sempre possível mesmo pela execução de uma inicialização simples.

Por outro lado, no método de codificação de vídeo utilizando a codificação interquadro, quando uma alteração abrupta (por exemplo, alteração de cenário) na natureza da imagem de vídeo ocorre, a eficiência da predição entre os quadros reduz, o que pode reduzir a eficiência da codificação. 20 Portanto, em tal caso, a predição intra-quadro é utilizada para codificação ao invés da predição interquadro.

Entretanto, em comparação com a codificação por predição interquadro, a eficiência da codificação por predição intra-quadro é inferior, e um aumento abrupto na quantidade de código gerado pode ocorrer. Em par25 ticular, se uma quantidade de código baseada na codificação por predição interquadro tiver sido alocada para uma imagem que possui uma alteração na natureza da imagem de vídeo, uma quantidade de código que excede em muito a quantidade desejada de código pode ser gerada.

Tal aumento abrupto na quantidade de código gerado pode induzir a um estouro negativo da memória temporária do decodificador.

Ao contrário, quando existe uma alteração de cenário a partir de uma cena complexa para uma cena muito simples (por exemplo, uma imagem estática), uma diminuição abrupta na quantidade de código gerado pode induzir a um estouro da memória temporária do decodificador.

O estouro da memória temporária do decodificador pode ser impedido pela transmissão de dados válidos tal como dados de enchimento.

5 Entretanto, isto gera uma quantidade não-desejada de código.

De modo a resolver o problema acima, no controle de quantização, uma grande quantidade de realimentação para aumentar ou diminuir o tamanho da etapa de quantização para a diferença entre a quantidade desejada de código e a quantidade de código gerado pode ser estabelecida antecipadamente.

Quando uma grande quantidade de realimentação é estabelecida antecipadamente, a variação na quantidade de código gerado diminui e uma condição relativamente estável pode ser obtida. Entretanto, neste caso, a variação na quantidade de código gerado é suprimida independente da 15 complexidade do vídeo relevante, e assim, uma variação na qualidade da imagem aumenta, o que pode degradar a qualidade subjetiva da imagem.

Como descrito acima, se a natureza da imagem de vídeo de entrada variar devido a uma alteração de cena ou similar, ou a quantidade de ocupação da memória temporária do decodificador for considerada, então, 20 na técnica convencional, um longo tempo é requerido até que um estado estável (isto é, convergido) seja obtido, ou a variação na qualidade da imagem aumenta de modo a reduzir tal tempo para obter um estado convergido.

Em consideração às circunstâncias acima, um objetivo da presente invenção é proporcionar uma nova técnica de controle de quantização 25 para obter, quando uma causa externa, tal como uma alteração abrupta na natureza da imagem de vídeo de entrada ou uma falha na memória temporária do decodificador, ocorre, uma divergência anterior para um estado estacionário enquanto suprimindo uma alteração abrupta na quantidade de código gerado, desse modo impedindo a qualidade subjetiva da imagem de ser 30 degrada através da seqüência de imagens relevante.

Meios para Resolver o Problema

De modo a alcançar o objetivo, quando um aparelho de controle de quantização da presente invenção é utilizado em uma codificação de vídeo que codifica uma imagem de vídeo e executa controle para fazer uma taxa de bits de codificação se aproximar de uma taxa de bits desejada predeterminada, o aparelho de controle de quantização possui:

(i) um dispositivo de medição que mede uma quantidade dife

rencial de código entre uma quantidade desejada de código e uma quantidade de código gerado;

(ii) um dispositivo de determinação que determina se uma condição predeterminada, a qual causa um aumento ou diminuição abrupta na

10 quantidade de código gerado, ocorreu ou não;

(iii) um dispositivo de alteração de quantidade de realimentação que determina, quando é determinado pelo dispositivo de determinação que a condição ocorreu, uma variação para uma quantidade de realimentação que aumenta ou diminui um tamanho de etapa de quantização, e altera a

15 quantidade de realimentação baseado na variação determinada; e

(iv) um dispositivo de alteração de tamanho de etapa de quantização que aumenta ou diminui o tamanho da etapa de quantização baseado na quantidade diferencial de código medida pelo dispositivo de medição e na quantidade de realimentação alterada pelo dispositivo de alteração de quan

tidade de realimentação.

A estrutura acima pode adicionalmente incluir um dispositivo de restauração de quantidade de realimentação que retorna a quantidade de realimentação para o valor antes da alteração quando um período predeterminado (definido por um período de tempo ou por uma unidade de proces

25 sarnento de codificação) tiver decorrido após a quantidade de realimentação ser alterada. Se existirem várias condições predeterminadas, as quais causam um aumento ou diminuição abrupta na quantidade de código gerado, e a quantidade de realimentação for alterada de acordo com cada condição, a estrutura acima pode adicionalmente incluir um dispositivo de restauração de

30 quantidade de realimentação que designa um período individual (definido por um período de tempo ou por uma unidade de processamento de codificação) para alterar a quantidade de realimentação para cada condição, e retorna a quantidade de realimentação para o valor antes da alteração quando o período designado tiver decorrido.

O método de controle de quantização da presente invenção implementado pela operação dos dispositivos descritos acima também pode 5 ser implementado por um programa de computador. Tal programa de computador pode ser proporcionado pelo armazenamento do mesmo em um meio de armazenamento legível por computador apropriado, ou por meio de uma rede, e pode ser instalado e operar em um dispositivo de controle tal como uma CPU de modo a implementar a presente invenção.

No aparelho de controle de quantização da presente invenção

possuindo a estrutura descrita acima, é determinado se uma condição predeterminada, a qual causa um aumento ou diminuição abrupta na quantidade de código gerado, ocorreu ou não.

Por exemplo, é determinado que a condição ocorreu (i) quando uma alteração abrupta na natureza da imagem de vídeo tiver sido detectada,

(ii) quando uma possibilidade de um estouro negativo ou de um estouro de uma memória temporária no lado de recepção da imagem tiver sido detectado de acordo com a quantidade de ocupação da memória temporária, ou (iii) quando a quantidade de código gerado é comparada com uma quantidade 20 máxima de código gerado que é estabelecida baseado na quantidade desejada de código, e um excesso da quantidade de código gerado em relação à quantidade máxima de código gerado tiver sido detectado.

Quando detectando a ocorrência de tal condição, uma variação para uma quantidade de realimentação que aumenta ou diminui um tamanho de etapa de quantização é determinada, e a quantidade de realimentação é alterada baseado na variação determinada.

Se existirem várias condições predeterminadas, uma variação final para a quantidade de realimentação pode ser determinada pela aplicação de uma operação específica para as variações para a quantidade de 30 realimentação (por exemplo, cálculo da soma, produto, média, ou valor máximo das variações), as quais são determinadas para as condições individuais. A quantidade de realimentação pode ser alterada etapa por etapa pela designação de vários limites para a condição gerada, e por gradualmente determinar a variação para a quantidade de código quando cada limite for excedido.

Quando a quantidade de realimentação tiver sido alterada como

descrito acima, o tamanho da etapa de quantização é aumentado ou diminuído baseado na quantidade alterada de realimentação e em uma quantidade diferencial medida de código entre a quantidade desejada de código e a quantidade de código gerado.

Efeito da Invenção

Como descrito acima, na presente invenção, quando codificando uma imagem de vídeo, uma grande quantidade de realimentação para determinar o tamanho da etapa de quantização para a diferença entre a quantidade desejada de código e a quantidade de código gerado não é estabele15 cida antecipadamente. Ao invés disso, a quantidade de realimentação é aumentada quando detectando a ocorrência de uma causa externa tal como uma alteração abrupta na natureza da imagem de vídeo de entrada ou uma falha na memória temporária do decodificador. Em adição, a quantidade de realimentação é aumentada não para um valor inicial específico, mas por um 20 deslocamento a partir da quantidade usual de realimentação.

Portanto, de acordo com a presente invenção, quando uma causa externa, tal como uma alteração abrupta na natureza da imagem de vídeo de entrada ou uma falha na memória temporária do decodificador, ocorre, uma divergência anterior para um estado estacionário pode ser obtida en25 quanto suprimindo uma alteração abrupta na quantidade de código gerado, e como resultado, é possível impedir a qualidade subjetiva da imagem de ser degradada através da seqüência relevante de imagens.

BREVE DESCRICÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 é um fluxograma de uma operação de acordo com a presente invenção.

A Figura 2 é um diagrama apresentando uma estrutura ilustrativa de um aparelho de codificação de vídeo para o qual a presente invenção é aplicada.

A Figura 3 é um diagrama apresentando uma estrutura interna ilustrativa do aparelho de codificação de vídeo.

A Figura 4 é um fluxograma ilustrativo executado pelo aparelho de codificação de vídeo.

A Figura 5 também é um fluxograma ilustrativo executado pelo aparelho de codificação de vídeo.

A Figura 6 é um fluxograma do controle de quantidade de código no TM5 da MPEG-2.

A Figura 7 é um diagrama explicando um problema das técnicas

convencionais.

MELHOR MODO PARA REALIZAR A INVENÇÃO

Abaixo, a presente invenção será explicada com referência às concretizações da presente invenção.

Na presente invenção, quando codificando uma imagem de ví

deo, uma grande quantidade de realimentação para determinar o tamanho da etapa de quantização para a diferença entre a quantidade desejada de código e a quantidade de código gerado não é estabelecida antecipadamente. Ao invés disso, a quantidade de realimentação é aumentada quando de20 tectando a ocorrência de uma causa externa tal como uma alteração abrupta na natureza da imagem de vídeo de entrada ou uma falha na memória temporária do decodificador. Em adição, a quantidade de realimentação é aumentada não para um valor inicial específico, mas por um deslocamento a partir da quantidade normal de realimentação, desse modo implementando a 25 divergência rápida para um estado estacionário.

A quantidade de realimentação pode ser controlada por um parâmetro de reação r empregado na técnica convencional descrita acima.

O parâmetro de reação r é utilizado para considerar a diferença da quantidade de código gerado a partir da quantidade desejada de código para o tamanho da etapa de quantização. A fórmula seguinte pode ser obtida por se re-escrever as fórmulas (2) e (3) acima.

[Fórmula 5] s-ι I ■ _ -I \ _

Qx(j) = Qx(O) + 3i · —r Mg-cat- -Fórmula (5)

Como entendido pela fórmula, quando o parâmetro de reação r diminui, o segundo item da fórmula afeta o tamanho da etapa de quantização para um grau maior. Em contraste, quando o parâmetro de reação r aumenta, o segundo item da fórmula afeta muito menos o tamanho da etapa de 5 quantização.

A Figura 1 é um fluxograma apresentando uma operação ilustrativa de acordo com a presente invenção.

Como apresentado no fluxograma, na primeira etapa S101, uma alteração (por exemplo, alteração de cena) na imagem de vídeo de entrada 10 é detectada.

Se uma alteração abrupta na imagem de vídeo de entrada for detectada na detecção acima, a operação continua para a etapa S102, em que um aumento na quantidade de realimentação é calculado.

Na próxima etapa S103, a quantidade de ocupação da memória 15 temporária do decodificador é medida pela medição da quantidade de ocupação da memória temporária virtual, de modo a detectar um estouro negativo na memória temporária do decodificador devido a um aumento na quantidade de código gerado, ou um estouro na memória temporária do decodificador devido a uma diminuição na quantidade de código gerado.

De acordo com a detecção acima, se um estouro negativo ou

estouro na memória temporária do decodificador for detectado, a operação continua para a etapa S104, em que um aumento na quantidade de realimentação é calculado.

Na próxima etapa S105, a quantidade de código gerado (para a 25 quantidade desejada de código) é medida para cada bloco pequeno, de modo a determinar se o aumento na quantidade de realimentação é ou não suficiente.

Se for determinado que o aumento na quantidade de realimentação é insuficiente, a operação continua para a etapa S106, em que um au30 mento na quantidade de realimentação para fazer a quantidade de código gerado se aproximar da quantidade desejada de código é calculado.

Na próxima etapa S107, a quantidade final de realimentação é determinada de acordo com o aumento determinado para a mesma, e baseado na quantidade final, o tamanho da etapa de quantização é determinado.

5 Na próxima etapa S108, a quantização e a codificação são exe

cutadas utilizando o tamanho da etapa de quantização determinado.

A quantidade de realimentação aumentada como descrito acima pode ser retornada para o valor original após uma duração de tempo específica ter decorrido.

A quantidade de realimentação pode ser alteada para qualquer

tamanho de unidade tal como um GOP, um grupo de imagens incluindo várias imagens, uma imagem, uma fração, ou um bloco pequeno.

Em adição, se o aumento na quantidade de realimentação é insuficiente ou não pode ser determinado baseado em uma proporção da 15 quantidade de código gerado para a quantidade desejada de código. Por exemplo, n multiplicado pela quantidade desejada de código é estabelecido como um limite (isto é, como a quantidade máxima de código gerado), e quando a quantidade de código gerado excede a quantidade máxima de código gerado, a quantidade de realimentação é aumentada.

O aumento na quantidade de código gerado pode ser estabele

cido como a soma de aumentos designados para várias condições. Em tal caso, um valor máximo pode ser estabelecido de modo que a quantidade de realimentação não seja excessivamente aumentada.

Ao invés de utilizar a soma de aumentos designados para várias 25 condições, o valor máximo entre os aumentos designados para várias condições pode ser estabelecido como o aumento final na quantidade de realimentação.

Será apresentado um exemplo no qual ra indica a quantidade de realimentação quando detectando alguma alteração de cena; rb indica a 30 quantidade de realimentação quando detectando uma falha na memória temporária do decodificador; e rc indica a quantidade de realimentação baseada em uma relação entre a quantidade desejada de código e a quantidade de código gerado.

Ou seja, quando estabelecendo o aumento na quantidade de realimentação como o valor máximo entre os aumentos designados para várias condições, o aumento final na quantidade de realimentação é determinado pela seguinte fórmula:

Ar = max (ra, rb, rc)

Quando estabelecendo o aumento na quantidade de realimentação como a soma dos aumentos designados para as várias condições, o aumento final na quantidade de realimentação é determinado pela seguinte 10 fórmula:

Ar = ra + rb + rc

Quando estabelecendo o aumento na quantidade de realimentação como a soma dos aumentos designados para as várias condições, e também estabelecendo o valor máximo (rmax) do aumento estabelecido, o 15 aumento final na quantidade de realimentação é determinado pela seguinte fórmula:

Ar = min (ra +rb +rc, rmax)

Quando estabelecendo o aumento na quantidade de realimentação como o produto dos aumentos designados para as várias condições, o 20 aumento final na quantidade de realimentação é determinado pela seguinte fórmula:

Ar = ra · rb · rc

Quando estabelecendo o aumento na quantidade de realimentação como uma média dos aumentos designados para as várias condições, o 25 aumento final na quantidade de realimentação é determinado pela seguinte fórmula:

Ar = (ra +rb +rc) / 3

Em adição, qualquer método pode ser utilizado para aplicar um aumento na quantidade de realimentação. Por exemplo, a quantidade de 30 realimentação pode ser multiplicada pelo aumento como um coeficiente, ou o aumento pode ser adicionado para a quantidade de realimentação.

O método para aumentar ou diminuir a quantidade de realimentação é determinado dependendo do método para utilizar o controle de quantização.

No controle de quantização utilizando o parâmetro de reação r, quando o parâmetro de reação r é diminuído, a quantidade de realimentação aumenta, e assim, quando o parâmetro de reação r é aumentado, a quantidade de realimentação diminui.

Adicionalmente, a quantidade de realimentação pode ser aumentada etapa a etapa. Por exemplo, a quantidade de realimentação pode ser gradualmente aumentada a cada vez que a quantidade de código gerado exceda 25%, 50%, 75% e 100% da quantidade máxima de código gerado.

O período para aumentar a quantidade de realimentação não é limitado. Por exemplo, se ela ainda for insuficiente após a execução da operação de aumento para a imagem possuindo uma alteração de cena, então a codificação pode ser executada enquanto o estado aumentado da quantidade de realimentação é mantido através de algumas imagens.

Em adição, se existirem várias condições para aumentar a quantidade de realimentação e a quantidade de realimentação for alterada de acordo com cada condição, então um período individual para alteração da quantidade de realimentação pode ser estabelecido para cada condição, e 20 quando o período estabelecido tiver decorrido, a quantidade de realimentação pode ser retornada para o valor original antes da alteração.

A presente invenção pode ser aplicada não somente para um método de codificação com taxa de bits fixa, mas também para um método de codificação com taxa de bits variável, em que o método deve controlar a quantidade de código gerado por utilizar uma taxa de bits almejada.

Por utilizar tal método de acordo com a presente invenção, a quantidade de realimentação para o controle de quantização pode ser controlada de uma maneira tal que a quantidade de realimentação seja temporariamente aumentada, desse modo reduzindo o tempo de convergência sem aumentar a quantidade usual de realimentação.

Concretização Específica

Abaixo, a presente invenção será adicionalmente explicada de acordo com uma concretização específica.

A Figura 2 apresenta uma estrutura de um aparelho de codificação de vídeo 1 como uma concretização da presente invenção.

Como apresentado na Figura 2, o aparelho de codificação de 5 vídeo 1 executa uma operação para gerar um sinal predito de um sinal de vídeo, calcular uma diferença entre o sinal de vídeo e o sinal predito, e gerar e emitir um fluxo de bits codificado por quantizar e codificar a diferença. O aparelho de codificação de vídeo 1 possui um controlador de quantização 10 para executar o controle de quantização, e uma unidade de execução de 10 quantização e codificação 20 que inclui um quantizador e um codificador de fonte de informação. Adicionalmente, de modo a implementar a presente invenção, um detector de alteração de cena 30 é proporcionado, para o qual um sinal de vídeo é informado, e o qual determina se uma alteração de cena ocorreu baseado no sinal de vídeo de entrada.

A Figura 3 apresenta um exemplo da estrutura do controlador de

quantização 10 no aparelho de codificação de vídeo 1.

Como apresentado na Figura 3, de modo a implementar o controle de quantização da presente invenção, o controlador de quantização 10 possui um processador de unidade de imagem 100 que inclui uma unidade 20 de armazenamento de índice complexo 101, um atualizador de índice complexo 102, uma unidade de cálculo de quantidade desejada de código 103, uma unidade de armazenamento de quantidade desejada de código 104, uma unidade de cálculo de quantidade máxima de código 105, uma unidade de armazenamento de quantidade máxima de código 106, uma unidade de 25 cálculo de variação de realimentação 107, e um processador de unidade de bloco pequeno 108.

A unidade de armazenamento de índice complexo 101 armazena o índice complexo Xx (x = i, p, b) calculado para cada tipo de imagem.

O atualizador de índice complexo 102 inclui uma unidade de cálculo de tamanho médio de etapa de quantização 1020, uma unidade de obtenção de quantidade de código gerado 1021, e uma unidade de cálculo de índice complexo 1022. A unidade de cálculo de tamanho médio da etapa de quantização 1020 calcula uma média <QX> do tamanho da etapa de quantização utilizado para codificar uma imagem que possui o mesmo tipo de imagem que a imagem atual e foi codificada mais recentemente.

A unidade de obtenção de quantidade de código gerado 1021

obtém a quantidade de código gerado que é requerida para uma imagem e medida por uma unidade de medição de quantidade de código gerado 1080 (explicada posteriormente), de modo a obter a quantidade Sx de código gerado para a imagem que possui o mesmo tipo de imagem e foi codificada mais recentemente.

A unidade de cálculo de índice complexo 1022 multiplica a média <QX> do tamanho da etapa de quantização, a qual foi calculada pela unidade de cálculo de tamanho médio da etapa de quantização 1020, pela quantidade Sx de código gerado, a qual foi obtida pela unidade de obtenção 15 de quantidade de código gerado 1021, de modo a calcular o índice complexo Xx e atualizar o índice complexo Xx armazenado na unidade de armazenamento de índice complexo 101.

A unidade de cálculo de quantidade desejada de código 103 calcula a quantidade desejada Tx de código (x = i, p, b) para cada tipo de imagem de acordo com as fórmulas (1) descritas acima, por utilizar o índice complexo Xx armazenado na unidade de armazenamento de índice complexo 101.

A unidade de armazenamento de quantidade desejada de código 104 armazena a quantidade desejada Tx de código, a qual é calculada pela unidade de cálculo de quantidade desejada de código 103.

A unidade de cálculo de quantidade máxima de código 105 calcula a quantidade máxima Tmax de código por multiplicar n pela quantidade desejada Tx de código, a qual é calculada pela unidade de cálculo de quantidade desejada de código 103.

A unidade de armazenamento de quantidade máxima de código

106 armazena a quantidade máxima Tmax de código, a qual é calculada pela unidade de cálculo de quantidade máxima de código 105. Quando o detector de alteração de cena 30 tiver detectado geração de uma alteração de cena, a unidade de cálculo de variação de realimentação 107 calcula uma variação para a quantidade de realimentação variada em resposta à alteração de cena.

O processador de unidade de bloco pequeno 1080 inclui:

(i) uma unidade de medição de quantidade de código gerado 1080 para medir a quantidade de código gerado para blocos pequenos já codificados (isto é, "Gx(j-1)" na Fórmula 3);

(ii) uma unidade de determinação de estado de memória temporária virtual 1081 para determinar se um estado que pode causar um estouro

negativo ou um estouro na memória temporária do decodificador apareceu ou não, por medir a quantidade de ocupação da memória temporária virtual (isto é, "dx(j)" na Fórmula 3);

(iii) um comparador de quantidade de código gerado 1082 para comparar a quantidade de código gerado, a qual é medida pela unidade de

medição de quantidade de código gerado 1080, com a quantidade máxima Tmax de código, a qual é armazenada na unidade de armazenamento de quantidade máxima de código 106, de modo a determinar se um estado no qual a quantidade de código gerado excede à quantidade máxima Tmax apareceu ou não;

(iv) uma unidade de determinação de variação de realimentação 1083 para determinar a variação na quantidade de realimentação e um período para variar a quantidade de realimentação, baseada na variação para a quantidade de realimentação, a qual foi calculada pela unidade de cálculo de

variação de alimentação 107, o resultado da determinação executado pela unidade de determinação de estado da memória temporária virtual 1081, e o resultado da comparação executado pelo comparador de quantidade de código gerado 1082; e

(v) uma unidade de determinação de tamanho da etapa de quantização 1084 para aumentar ou diminuir o tamanho da etapa de quantização

baseada na quantidade desejada Tx de código armazenada na unidade de armazenamento de quantidade desejada de código 104, na quantidade de código gerado, a qual foi medida pela unidade de medição de quantidade de código gerado 1080, e na variação para a quantidade de realimentação, a qual foi determinada pela unidade de determinação de variação de realimentação 1083.

Na presente concretização, um algoritmo de controle de quanti

zação conhecido é utilizado, e a quantidade de realimentação é aumentada ou diminuída pelo aumento ou diminuição do parâmetro de reação r. As condições seguintes causam um aumento na quantidade de realimentação.

Ou seja, o aumento é causado:

(i) quando uma alteração de cena tiver sido detectada;

(ii) quando uma falha na memória temporária do decodificador tiver sido detectada; ou

(iii) quando a quantidade medida de código gerado tiver excedido a quantidade máxima de código gerado.

Em adição, a quantidade de realimentação para cada condição é

acumulada.

A quantidade de realimentação é aumentada durante o processamento da imagem alvo de codificação.

A quantidade máxima de código gerado é duas vezes a quantidade de código.

O aumento Ar é refletido sobre a quantidade de realimentação pela subtração de Ar do parâmetro original r, em que o aumento máximo é estabelecido como metade do parâmetro de reação relevante.

As Figuras 4 e 5 apresentam um exemplo do fluxograma executado pelo aparelho de codificação de vídeo 1 possuindo a estrutura da Figura 3.

A Figura 4 é um fluxograma para cada imagem, e a Figura 5 é um fluxograma para cada bloco pequeno.

Referindo-se aos fluxogramas acima, a operação de controle de quantização executada pelo aparelho de codificação de vídeo 1 será explicada em detalhes.

No aparelho de codificação de vídeo 1, o aumento Ar para a quantidade de realimentação é inicializado como apresentado na Figura 4 (vide na primeira etapa S201).

Na próxima etapa S202, a detecção de alteração de cena é executada. Quando uma alteração de cena tiver sido detectada, a operação continua para a etapa S203, em que ra é adicionado para o aumento Ar para a quantidade de realimentação, de modo a atualizar Ar como a seguir:

Δγ = Δγ + ra

Na próxima etapa S204, baseado em (i) na média <QX> do tamanho da etapa de quantização utilizado para codificar uma imagem que possui o mesmo tipo de imagem que a imagem atual e foi codificada mais recentemente e (ii) na quantidade Sx de código gerado na codificação relevante, o índice complexo Xx é calculado pela seguinte fórmula:

Xx — Sx · <QX>

Na etapa seguinte S205, a quantidade desejada Tx de código PE calculada baseado nas fórmulas (1) descritas acima para cada tipo de imagem, pela utilização do índice complexo calculado Xx.

Na etapa seguinte S206, a quantidade máxima Tmax de código é calculada pela multiplicação de n pela quantidade desejada calculada Tx de código.

Na próxima etapa S207, a operação aplicada para cada bloco

pequeno é executada de acordo com o fluxograma da Figura 5.

Ou seja, quando a operação para cada bloco pequeno começa (vide o fluxograma da Figura 5), na primeira etapa S2071, a quantidade dxü) de ocupação da memória temporária do decodificador (derivada utilizando a 25 fórmula (3) descrita acima) é medida de modo a determinar o estado da memória temporária do decodificador (isto é, memória temporária no lado de recepção dos dados).

Quando um estado que pode causar um estouro negativo ou um estouro na memória temporária do decodificador tiver sido detectado, a operação continua para a etapa S2072, em que ^ é adicionado para aumentar Ar para a quantidade de realimentação, de modo a atualizar Ar como a seguir: Ar = Δγ + rb

Na próxima etapa S2073, a quantidade GxG-I) de código gerado para o primeiro até o (j-1 )-ésimo bloco pequeno é comparada com a quantidade máxima Tmax de código i. Se Gx(j-1) for maior do que Tmax, a operação continua para a etapa S2074, em que rc é adicionado para aumentar Ar para a quantidade de realimentação, de modo a atualizar Ar como a seguir:

Δγ = Ar + rc

O tamanho de Ar é então confirmado, e o tratamento do mesmo ("recorte") é executado se necessário, como a seguir:

Δγ = Δγ Δγ < r/2

= r/2 Δγ > r/2

Na próxima etapa S2075, r é diminuído de Ar de acordo com a fórmula seguinte, de modo a aumentar a quantidade de realimentação e determinar o tamanho da etapa de quantização Qx(j) do j-ésimo bloco pequeno. [Fórmula 6]

G (i — 1) — --'-tá Qx(j) = Qx(O) + 31 · * ArA//?·— ... Formula (6)

T

Na fórmula acima, MBcnt indica o número de blocos pequenos na imagem relevante, Tx indica a quantidade desejada de código para a imagem relevante, e Gx(j-1) indica a quantidade de código gerado para o primeiro até o (j-1 )-ésimo bloco pequeno.

Na próxima etapa S2076, a quantização e a codificação do j

ésimo bloco pequeno são executadas utilizando o tamanho da etapa de quantização determinado QxG)

Quando a codificação de uma imagem tiver sido completada de acordo com o fluxograma da Figura 5, a operação continua para a etapa S208 na Figura 4, em que o tamanho médio da etapa de quantização <Qx> é calculado. Na próxima etapa S209, a quantidade real Sx de código gerado (obtida pela GxG) final) é medida.

Na etapa S204 descrita acima, o índice complexo Xx para cada tipo de imagem é atualizado baseado na quantidade medida Sx de código gerado e no tamanho médio da etapa de quantização calculado <QX>. Como descrito acima, na presente invenção, uma alteração na natureza da imagem de vídeo é detectada ou a quantidade de ocupação de uma memória temporária é medida de modo a temporariamente aumentar a quantidade de realimentação, desse modo reduzindo o tempo de convergência sem aumentar a quantidade usual de realimentação.

Apesar de a presente invenção ter sido explicada de acordo com a concretização ilustrada, a presente invenção não está limitada à mesma.

Por exemplo, apesar de a concretização acima ser baseada no controle de quantização definido no TM5 do MPEG-2, a presente invenção pode ser diretamente aplicada para qualquer método de codificação que execute o controle de realimentação para fazer a taxa de bits de codificação se aproximar de uma taxa de bits almejada.

Em tal caso, o dispositivo para aumentar a quantidade de realimentação pode ser modificado de acordo com o algoritmo empregado.

APLICABILIDADE INDUSTRIAL

De acordo com a presente invenção, quando uma causa externa tal como uma alteração abrupta na natureza da imagem de vídeo de entrada ou uma falha na memória temporária do decodificador ocorre, uma divergência anterior para um estado estacionário pode ser obtida enquanto suprimin20 do uma alteração abrupta na quantidade de código gerado, e como resultado, é possível impedir a qualidade subjetiva da imagem de ser degradada através da seqüência de imagens relevante.

Listagem de Referência

1 aparelho de codificação de vídeo

10 controlador de quantização

20 unidade de execução de quantização e de codificação

30 detector de alteração de cena

100 processador de unidade de imagem

101 unidade de armazenamento de índice complexo 102 atualizador de índice complexo

103 unidade de cálculo de quantidade desejada de código

104 unidade de armazenamento de quantidade desejada de código 106

107

108

1020

1021

1022

1080

1081

1082

1083

1084

23

unidade de cálculo de quantidade máxima de código unidade de armazenamento de quantidade máxima de código unidade de cálculo de variação de realimentação processador de unidade de bloco pequeno unidade de cálculo de tamanho médio da etapa de quantização unidade de obtenção de quantidade de código gerado unidade de cálculo de índice complexo unidade de medição de quantidade de código gerado unidade de determinação de estado da memória temporária virtual

comparador de quantidade de código gerado

unidade de determinação de variação de realimentação

unidade de determinação de tamanho da etapa de quantização

Claims

1. Método de controle de quantização utilizado em uma codificação de vídeo que codifica uma imagem de vídeo e executa controle para fazer uma taxa de bits de codificação se aproximar de uma taxa de bits desejada predeterminada, em que o método de controle de quantização compreender as etapas de: medir uma quantidade diferencial de código entre uma quantidade desejada de código e uma quantidade de código gerado; determinar se uma condição predeterminada, ocorreu ou não; determinar, quando é determinado que a condição ocorreu, uma variação para uma quantidade de realimentação que aumenta ou diminui um tamanho de etapa de quantização, e alterar a quantidade de realimentação baseado na variação determinada; e aumentar ou diminuir o tamanho da etapa de quantização baseado na quantidade diferencial de código medida e na quantidade de realimentação alterada.

2. Método de controle de quantização de acordo com a reivindicação 1, em que: se existirem várias condições predeterminadas, a alteração da quantidade de realimentação inclui determinar uma variação final para a quantidade de realimentação pela aplicação de uma operação específica para as variações para a quantidade de realimentação, as quais são determinadas para condições individuais.

3. Método de controle de quantização de acordo com a reivindicação 1, em que: a alteração da quantidade de realimentação inclui alterar a quantidade de realimentação etapa a etapa por designar vários limites para a condição, e gradualmente determinar a variação para a quantidade de código quando cada limite é excedido.

4. Método de controle de quantização de acordo com a reivindicação 1, em que: quando um período predeterminado tiver decorrido após a quantidade de realimentação ser alterada, a quantidade de realimentação é retornada para o valor antes da alteração.

5. Método de controle de quantização de acordo com a reivindicação 1, em que: se existirem várias condições predeterminadas e a quantidade de realimentação for alterada de acordo com cada condição, então um período individual para alterar a quantidade de realimentação é designado para cada condição, e quando o período designado tiver decorrido, a quantidade de realimentação é retornada para o valor antes da alteração.

6. Método de controle de quantização de acordo com a reivindicação 1, em que: na etapa de determinar se uma condição predeterminada ocorreu ou não, quando uma alteração abrupta na natureza da imagem de vídeo tiver sido detectada, é determinado que a condição ocorreu.

7. Método de controle de quantização de acordo com a reivindicação 1, em que: na etapa de determinar se uma condição predeterminada ocorreu ou não, quando uma possibilidade de um estouro negativo ou de um estouro de uma memória temporária no lado de recepção da imagem tiver sido detectado de acordo com a quantidade de ocupação da memória temporária, é determinado que a condição ocorreu.

8. Método de controle de quantização, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, em que: na etapa de determinar se uma condição predeterminada ocorreu ou não, é determinado que a condição ocorreu quando a quantidade de código gerado é comparada com uma quantidade máxima de código gerado que é estabelecida baseado na quantidade desejada de código, e um excesso da quantidade de código gerado em relação à quantidade máxima de código gerado foi detectado.

9. Aparelho de controle de quantização utilizado em uma codificação de vídeo que codifica uma imagem de vídeo e executa controle para fazer uma taxa de bits de codificação se aproximar de uma taxa de bits desejada predeterminada, em que o aparelho de controle de quantização compreende: um dispositivo que mede uma quantidade diferencial de código entre uma quantidade desejada de código e uma quantidade de código gerado; um dispositivo que determina se uma condição predeterminada ocorreu ou não; um dispositivo que determina, quando é determinado que a condição ocorreu, uma variação para uma quantidade de realimentação que aumenta ou diminui um tamanho de etapa de quantização, e altera a quantidade de realimentação baseado na variação determinada; e um dispositivo que aumenta ou diminui o tamanho da etapa de quantização baseado na quantidade diferencial medida de código e na quantidade alterada de realimentação.

10. Programa de controle de quantização pelo qual um computador executa uma operação para implementar o método de controle de quantização como definido na reivindicação 1.

11. Meio de armazenamento legível por computador que armazena um programa de controle de quantização pelo qual um computador executa uma operação para implementar o método de controle de quantização como definido na reivindicação 1.