CN102457726A - 影像编码集成电路及其影像编码资料传输方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种影像编码集成电路及其影像编码资料传输方法。此影像编码集成电路用于网络摄像机中，其中包含中央处理单元、影像感测控制单元、影像编码单元、位元率监测单元、传输单元及位元率控制单元。中央处理单元、影像感测控制单元、位元率监测单元及传输单元分别产生需求调整信息、感测状态信息、位元率信息及传输状态信息，位元率控制单元依据该些信息至少其中之一产生量化参数信息。影像编码单元以特定的位元率传输影像编码资料，其中位元率是依据量化参数信息而调整。本发明参考了更多的系统变数来调整影像编码单元的输出位元率，因而提高了位元率控制的效能。

Description

影像编码集成电路及其影像编码资料传输方法

技术领域

本发明是关于一种影像编码集成电路及其影像编码资料传输方法；具体而言，本发明是关于一种以参考更多个参数调整位元率的方式来提高位元率控制效能的影像编码集成电路及其影像编码资料传输方法。

背景技术

随着数码影像科技的蓬勃发展，各种数码影像装置例如网络摄像机(webcam)及数码照相机都不断地推陈出新，其市场竞争之激烈由时常举办的新产品发表会可见一斑。为了使其产品在竞争激烈的市场上脱颖而出，数码影像装置的厂商们无不竭力于改进其产品的功能及性能。在诸多相关技术中，影像压缩是其中最主要的一环，而对数码影像装置的性能有关键性的影响。

图1为现有的影像编码集成电路的示意图。如图1所示，在一般采用H.264影像压缩标准的系统中，影像编码集成电路1中的影像感测控制器2将外部的影像感应器3所产生的影像信号转换成影像资料，并储存于外部存储器4。影像编码集成电路1中的熵编码(entropy encoding)器5自外部存储器4取得影像资料，并加以编码为影像编码资料。位元率监测器(bit ratemonitor)6连接于熵编码(entropy encoding)器5的输出端，一方面负责将影像资料传送至传输装置7以进行传输等处理，另一方面负责比较熵编码器5所产生的影像资料的数量与传输装置7所能处理的影像资料的数量之间的差异而据以产生包含量化参数(quantization parameter)的量化参数信息S。

在H.264影像压缩标准中，位元率监测器6是利用视频缓存验证器(Video Buffer Verifier，VBV)来实现，位元率监测器6会将包含缓存被填满与否等信息的传输状态信息T回传给位元率控制器8，使位元率控制器8可加以参考而由此调整量化参数，并对熵编码器5发送包含此量化参数的量化参数信息S。熵编码器5输出影像编码资料的位元率随着量化参数的变化而改变，以调整熵编码器5输出影像编码资料的速率，使之配合传输装置7的处理速度。

然而，目前以SoC(System-on-a-chip，晶片系统)的架构实现影像编码集成电路的做法正在日渐普及。在SoC架构中，由于在系统中整合了更多的软硬件元件的关系，原先仅通过参考位元率监测器6所产生的量化参数信息S来调整量化参数的做法显得明显不足。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种高解析度影像编码集成电路及其影像编码资料传输方法。相较于现有技术，其位元率的调整参考了更多个系统变数，使得位元率控制的效能因而被提高。

本发明的影像编码集成电路用于网络摄像机中，其中包含中央处理单元、影像感测控制单元、影像编码单元、位元率监测单元、位元率控制单元及传输单元。中央处理单元接收需求信息，并据以产生需求调整信息；影像感测控制单元接收影像信号并转换为影像资料，并据以产生感测状态信息；影像编码单元将影像资料转换为影像编码资料；位元率监测单元自影像编码单元接收影像编码资料而加以储存；位元率监测单元自影像编码单元接收影像编码资料而加以储存；传输单元输出自位元率监测单元接收的影像编码资料，并依据影像编码资料的传输状态产生传输状态信息。位元率监测单元依据传输单元接收影像编码资料的状态产生位元率信息，位元率控制单元依据需求调整信息、感测状态信息、传输状态信息及位元率信息至少其中之一产生量化参数信息。影像编码单元以特定的位元率传输影像编码资料，其中位元率是依据量化参数信息而调整。本发明的影像编码集成电路参考了更多的系统变数来调整影像编码单元的输出位元率，因而提高了位元率控制的效能。

本发明的影像编码资料传输方法用于设置于网络摄像机中的影像编码集成电路，其中包含下列步骤：自外部主机接收需求信息，并依据需求信息产生需求调整信息；转换影像感测单元所产生的影像信号为影像资料，并依据影像信号产生感测状态信息；转换影像资料为影像编码资料，并以特定的位元率传输影像编码资料，其中位元率依据量化参数信息而调整；储存影像编码资料，并依据经储存的影像编码资料被接收的状态产生位元率信息；接收经储存的影像编码资料，将影像编码资料传输至外部主机，并依据影像编码资料的传输状态产生传输状态信息；依据需求调整信息、感测状态信息、位元率信息及传输状态信息至少其中之一产生量化参数信息。本发明的影像编码资料传输方法参考了更多的系统变数来调整编码集成电路的输出位元率，因而提高了位元率控制的效能。

附图说明

图1为现有的影像编码集成电路的示意图；

图2A为本发明影像编码集成电路的一实施例的示意图；

图2B为图2A所示影像编码集成电路传输信息的一实施例的示意图；

图3A为图2A所示影像编码集成电路传输操作系统信息的一实施例的示意图；

图3B为图2A所示影像编码集成电路传输应用程序信息的一实施例的示意图；以及

图4为本发明影像编码资料传输方法的一实施例的流程图。

主要元件符号说明

100 像编码集成电路

110 中央处理单元

120 影像感测控制单元

130 影像编码单元

140 位元率监测单元

150 传输单元

160 位元率控制单元

200 影像感应单元

300 外部存储单元

400 外部主机

410 操作系统

420 影像传输应用程序

500 网络

600 远端外部主机

D₁ 影像资料

D₂ 影像编码资料

I₁ 需求信息

I₁₁ 操作系统信息

I₁₂ 应用程序信息

I₂ 需求调整信息

I₃ 感测状态信息

I₄ 传输状态信息

I₅ 位元率信息

I₆ 量化参数信息

S₁ 影像信号

具体实施方式

本发明提供一种影像编码集成电路及其影像编码资料传输方法。在较佳实施例中，本发明的影像编码集成电路及其影像编码资料传输方法使用于利用高压缩率的数码视频编解码器标准(例如H.264等)进行视频编码的高解析度影像编码，其中影像编码资料传输方法用于影像编码集成电路。

图2A为本发明影像编码集成电路的一实施例的示意图；图2B为图2A所示影像编码集成电路传输信息的一实施例的示意图。此影像编码集成电路较佳用于搭配个人电脑、笔记本电脑、电视机等装置使用的网络摄像机中。如图2A及图2B所示，此影像编码集成电路100包含中央处理单元110、影像感测控制单元120、影像编码单元130、位元率监测单元140、传输单元150及位元率控制单元160。中央处理单元110接收表示连接于影像编码集成电路100的外部装置等元件对影像编码单元130的输出位元率之需求的需求信息I₁，并据以产生需求调整信息I₂以输出至位元率控制单元160。影像感测控制单元120接收影像感应单元200所产生的影像信号S₁，并以模拟转数码等方式将影像信号S₁转换为影像资料D₁而储存于外部存储单元300，且依据影像信号S₁产生表示影像信号S₁之状态的感测状态信息I₃以输出至位元率控制单元160。影像编码单元130将自外部存储单元300取得的影像资料D₁以压缩、编码等方式转换为影像编码资料D₂。位元率监测单元140自影像编码单元130接收影像编码资料D₂而加以储存，并依据传输单元150接收影像编码资料D₂的状态产生位元率信息I₅以输出至位元率控制单元160。在本实施例中，位元率监测单元140包含视频缓存验证器(Video BufferVerifier，VBV)；然而在其他实施例中，可以包含其他种具备缓冲储存功能的装置。

传输单元150输出自位元率监测单元140接收的影像编码资料D₂，并依据影像编码资料D₂的传输状态产生传输状态信息I₄以输出至位元率控制单元160。在本实施例中，传输单元150为通用序列汇流排(Universal SerialBus，USB)界面；然而在其他实施例中，可以采用其他类型的连接界面。位元率控制单元160依据需求调整信息I₂、感测状态信息I₃、传输状态信息I₄与位元率信息I₅至少其中之一产生量化参数信息I₆，量化参数信息I₆中包含量化参数。影像编码单元130以特定的位元率传输影像编码资料D₂，其中该位元率是依据量化参数信息I₆中的量化参数而调整。在本实施例中，加大量化参数会相应地降低影像编码单元130的位元率，减小量化参数则会相应地增加影像编码单元130的位元率；然而在其他实施例中，加大量化参数可相应地增加影像编码单元130的位元率，减小量化参数则可相应地降低影像编码单元130的位元率。本发明的影像编码集成电路参考了更多的系统变数来调整影像编码单元的输出位元率，因而提高了位元率控制的效能。

由于影像感应单元200在低光源时会产生较多的杂讯，使得影像编码单元130相应地产生大量的资料，因此当影像感测控制单元120以分析自影像感应单元200接收的影像信号S₁的内容等方式得知目前的画面亮度较低且杂讯量较大时，可通过感测状态信息I₃使得位元率控制单元160得以预先加大量化参数信息I₆中的量化参数以减少影像编码单元130的位元率，而不必等到位元率监测单元140察觉到影像编码单元130所产生的影像编码资料D₂的数量大于传输单元150所能处理的数量时，再通过位元率信息I₅使得位元率控制单元160加大量化参数信息I₆中的量化参数以减少影像编码单元130的位元率。此种预先减少位元率的做法使得位元率控制单元160得以更有效地控制影像编码单元130的位元率，以配合传输单元150传输编码资料D₂的速度。

如图2A及图2B所示，在本实施例中，网络摄像机100的传输单元150连接至外部主机400，使得影像编码资料D₂在传输至外部主机400以后，可通过连接于外部主机600的网络500传输至远端外部主机600。外部主机400可以是例如个人电脑、笔记型电脑等电子装置，网络500则可以是例如乙太网络(Ethernet)等电脑网络。当网络500的频宽减少而使得影像编码资料D₂不能完整地传送时，以通用序列汇流排界面实现的传输单元150会察觉到。此时传输单元150除了通过需求信息I₁通知中央处理单元110以外，同时也通过传输状态信息I₄通知位元率控制单元160，以降低影像编码单元130的位元率，进而减少自传输单元150输出的影像编码资料D₂的数量。因此在较佳实施例中，传输状态信息I₄的产生除了参考影像编码资料D₂于传输单元150与外部主机400之间的传输状态以外，还可以参考影像编码资料D₂在网络500中的传输状态；然而在其他实施例中，可视需求仅参考其中之一者。

中央处理单元110经由传输单元150自外部主机400接收需求信息I₁。需求信息I₁包含操作系统信息I₁₁及应用程序信息I₁至少其中之一。图3A为图2A所示影像编码集成电路传输操作系统信息的一实施例的示意图。如图3A所示，当外部主机400的操作系统410得知目前外部主机400的中央处理器(Central Processing Unit，CPU)的运算资源已经被大量占用而没有多余的运算资源来处理高资料量的影像编码资料D₂时，可以回传操作系统信息I₁₁给影像编码集成电路100，使得位元率控制单元160得以加大量化参数信息I₆中的量化参数以降低影像编码单元130的位元率。

执行于外部主机400中的影像传输应用程序(例如Skype)可以根据当时的系统状态、网络频宽、使用者需求等因素而动态地设定影像编码集成电路100传输影像编码资料D₂的速率。图3B为图2A所示影像编码集成电路传输应用程序信息的一实施例的示意图。如图3B所示，在影像传输应用程序420进行速率设定时，外部主机400可以相应地回传应用程序信息I₁₂以告知位元率控制单元160，使得位元率控制单元160得以加大量化参数信息I₆中的量化参数而减少影像编码单元130的位元率，或减小量化参数信息I₆中的量化参数而增加影像编码单元130的位元率，以满足影像传输应用程序420对高传输速率或高画质等方面的需求。

图4为本发明影像编码资料传输方法的一实施例的流程图。此影像编码资料传输方法较佳用于设置于网络摄像机中的影像编码集成电路。如图4所示，此影像编码集成电路所使用的影像编码资料传输方法包含下列步骤：步骤10自外部主机接收需求信息，并依据需求信息产生需求调整信息。需求信息表示连接于影像编码集成电路的外部装置等元件对影像编码集成电路的输出位元率的需求。在较佳实施例中，需求信息包含操作系统信息及应用程序信息至少其中之一。如前所述，当外部主机的操作系统得知目前外部主机的中央处理器的运算资源已经被大量占用而没有多余的运算资源来处理高资料量的影像编码资料时，可以回传操作系统信息给影像编码集成电路，使得影像编码集成电路可据以产生需求调整信息；而执行于外部主机中的影像传输应用程序(例如Skype)则可以根据当时的系统状态、网络频宽、使用者需求等因素而动态地设定影像编码集成电路传输影像编码资料的速率，此时外部主机可以相应地回传应用程序信息以告知影像编码集成电路，使得影像编码集成电路得以调整传输影像编码资料的位元率，以满足影像传输应用程序对高传输速率或高画质等方面的需求。

步骤20转换影像感测单元所产生的影像信号为影像资料，并依据影像信号产生感测状态信息。此转换以类比转数码等方式来完成。步骤30转换影像资料为影像编码资料，并以特定的位元率传输影像编码资料，其中位元率依据量化参数信息而调整。此转换以压缩、编码等方式来完成。步骤40储存影像编码资料，并依据经储存的影像编码资料被接收的状态产生位元率信息。步骤50接收经储存的影像编码资料，将影像编码资料传输至外部主机，并依据影像编码资料的传输状态产生传输状态信息。在本实施例中，网络摄像机的影像编码集成电路连接至外部主机，使得影像编码资料在传输至外部主机以后，可通过连接于外部主机的网络传输至远端外部主机(见图2A及图2B的实施例)，因此步骤50较佳可以更依据影像编码资料在网络中的传输状态产生传输状态信息。步骤60依据需求调整信息、感测状态信息、位元率信息及传输状态信息至少其中之一产生量化参数信息。本发明的影像编码资料传输方法以参考了更多的系统变数来调整编码集成电路的输出位元率，因而提高了位元率控制的效能。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，包含于权利要求书的精神及范围的修改及均等设置均包含于本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种影像编码集成电路，用于一网络摄像机(webcam)，该影像编码集成电路包含：

一中央处理单元，接收至少一需求信息，并依据该需求信息产生一需求调整信息；

一影像感测控制单元，接收一影像信号并转换为至少一影像资料，并依据该影像信号产生一感测状态信息；

一影像编码单元，将该影像资料转换为至少一影像编码资料；

一位元率监测单元，自该影像编码单元接收该影像编码资料而加以储存；

一传输单元，输出自该位元率监测单元接收的该影像编码资料，并依据该影像编码资料的传输状态产生一传输状态信息，该位元率监测单元依据该传输单元接收该影像编码资料的状态产生一位元率信息；以及

一位元率(bit rate)控制单元，依据该需求调整信息、该感测状态信息、该传输状态信息及该位元率信息至少其中之一产生一量化参数信息(quantization parameter)，其中该影像编码单元以一位元率传输该影像编码资料，该位元率依据该量化参数信息而调整。

2.如权利要求1所述的影像编码集成电路，其中该位元率监测单元包含一视频缓存验证器(Video Buffer Verifier，VBV)。

3.如权利要求1所述的影像编码集成电路，其中该网络摄像机连接至一外部主机，该影像编码资料通过连接于该外部主机的一网络传输至一远端外部主机，该传输单元更依据该影像编码资料于该网络中的传输状态产生该传输状态信息。

4.如权利要求1所述的影像编码集成电路，其中该网络摄像机连接至一外部主机，该中央处理单元自该外部主机接收该需求信息。

5.如权利要求4所述的影像编码集成电路，其中该需求信息包含一操作系统信息及一应用程序信息至少其中之一。

6.一种影像编码集成电路所使用的影像编码资料传输方法，用于一网络摄像机，该方法包含下列步骤：

自一外部主机接收至少一需求信息，并依据该需求信息产生一需求调整信息；

转换一影像感测单元所产生的一影像信号为至少一影像资料，并依据该影像信号产生一感测状态信息；

转换该影像资料为至少一影像编码资料，并以一位元率传输该影像编码资料，其中该位元率依据一量化参数信息而调整；

储存该影像编码资料，并依据经储存的该影像编码资料被接收的状态产生一位元率信息；

接收经储存的该影像编码资料，将该影像编码资料传输至该外部主机，并依据该影像编码资料的传输状态产生一传输状态信息；以及

依据该需求调整信息、该感测状态信息、该位元率信息及该传输状态信息至少其中之一产生该量化参数信息。

7.如权利要求6所述的方法，其中该影像编码资料传输通过连接于该外部主机的一网络传输至一远端外部主机，传输该影像编码资料至该外部主机的步骤更依据该影像编码资料在该网络中的传输状态产生该传输状态信息。

8.如权利要求6所述的方法，其中该需求信息包含一操作系统信息及一应用程序信息至少其中之一。

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