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CN1668107A - 控制图象比特率的方法及其装置 - Google Patents

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CN1668107A
CN1668107A CNA2005100537262A CN200510053726A CN1668107A CN 1668107 A CN1668107 A CN 1668107A CN A2005100537262 A CNA2005100537262 A CN A2005100537262A CN 200510053726 A CN200510053726 A CN 200510053726A CN 1668107 A CN1668107 A CN 1668107A
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CNA2005100537262A
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姜秉秀
朴起洙
尹度铉
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LG Electronics Inc
Original Assignee
LG Electronics Inc
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Abstract

本发明提供了一种比特率控制方法及其装置。特别是，依据图象的运动水平采用不同比特率控制模式来避免图象质量的恶化。该比特率控制方法包括：分析输入图象的运动水平；依据内块(intra－block)的数目将输入图象分为静止画面和运动画面之一；以及在动态画面的情况下用相同的量化参数值分配整个帧以控制比特率。

Description

控制图象比特率的方法及其装置
技术领域
本发明涉及通讯系统，特别涉及依据图象的运动水平控制图象比特率以防止图象质量恶化的方法及其装置。
背景技术
在常规的无线电通讯环境下，当包含大信息量的图象数据通过有限带宽的信道进行传输时，比特率控制方法被用来在依据不同的网络条件控制数据量的同时传输数据。
比特率控制方法有两种控制模式，它们是，正向技术(forwardtechnique)和反向技术(backward technique)。正向技术通过考虑输入图象的特性分配比特率，而反向技术通过考虑源编码器的后部特性，例如，输出缓冲器的传输率状态，来确定编码器的参数。
用在低速传输媒体例如视频通讯和可视电话的视频编码器应该具有高压缩效率和低复杂性。因此，大多数用于低速传输媒体的视频编码器的比特率控制技术采用反向技术，其通过根据缓冲器状态调整量化参数(QP)来控制比特率。
比特率可以利用编码参数例如量化参数进行调整。例如，当量化参数值设得大时，比特率变低但图象质量变坏。相反，当量化参数值设得小时，比特率变高但图象质量变好。因为比特率和图象质量成反比关系，比特率的降低导致图象质量的恶化。
这样的比特率调整方法能够主要被分为帧层中跳过帧的方法和在宏模块单元中调整量化参数值的方法。提到的第一种帧层比特率调整方法通过检测缓冲器状态跳帧直到帧变得小于参考比特率，以防止缓冲器的溢出和延迟。作为参考，由于TMN10比特率调整方法被用于实时传输，TMN10比特率调整方法使用小缓冲器。同样，提到的第二种宏块层的比特率调整方法通过基于比特率调整模式估计进行编码的帧的比特数并在宏块单元中调整量化参数来进行比特率调整和编码，随后，更新用于比特率调整模式的参数。
图1为现有技术的比特率调整方法流程图。
如图所示，当在操作步骤100实时接收输入图象时，在帧层检测缓冲器状态，然后在操作步骤102中进行跳帧直到小于参考比特率。然后，在操作步骤104中进行另一个在宏块层的比特率调整。更具体地说，在帧层的比特率调整S102之后，估计要进行编码的帧的比特数，然后，量化参数值在宏块层的宏块单元进行调整，从而调整比特率。
在这里，从比特率控制的角度看，帧层指的是在宏块单元中执行编码之前根据先前帧的编码期间产生的比特数确定是否在帧单元中执行跳帧的时间点。宏块层指的是在跳帧步骤之后执行的每个宏块的编码。
然而，上面描述的比特率控制方法在宏模块单元个别地调整量化参数以将比特率调整到最大带宽。因此，在帧含有很多运动的情况下，即便量化参数值设置到最大，也可能难于获得目标比特率。而且，对于有很多运动的图象，在编码过程中会产生很大量的比特，因此量化参数被设得很高以便和目标比特率匹配。其结果，帧的图象质量可能会降低。
发明内容
因此，本发明提供了一种控制图象比特率的方法及其装置，其充分地避免了由于现有技术的缺点和局限而产生的一个或多个问题。
本发明的目的是提供一种根据图象的运动特性分类图象为运动画面和静止画面并依据运动画面和静止画面采用不同的比特率控制模式的比特率控制方法。
本发明的另一个目的是提供一种比特率控制方法，其通过依据运动画面的运动水平设置固定量化参数值而获得的单一图象质量分布来提高图象质量。
本发明的又一个目的是提供比特率控制方法，其根据输入图象的内块数目预先确定输入图象是否为运动画面和静止画面的其中之一。
本发明的另一个目的是根据在帧单元中固定的量化参数值控制运动画面的比特率和根据宏块单元中的量化参数值控制静止画面的比特率。
本发明的又一个目的是根据分配给运动画面的量化参数值的比特数补偿加权。
发明附加的优点、目的和性能将在下面的描述中部分地体现并且对那些具有本领域普通技能的技术人员通过下面的考查部分地变得明显，或者从本发明的实践中得到了解。本发明的目的和其它优点可以通过书面的描述和权利要求以及附图中特别指出的结构而实现和获得。
为达到这些目的和其它优点并依照本发明的目标，如在这里作为具体化和广泛的解释的，提供了一种控制图象比特率的方法，包括：分析输入图象的运动水平；依据内块的数目将输入图象分类为静止画面和运动画面之一；以及在运动画面的情况下将相同的量化参数值分配给整个帧以控制比特率。
在本发明的另一个方案中，提供了一种控制图象比特率的方法，包括：依照输入图象的运动水平将图象分类为运动画面和静止画面之一；如果被分类图象是运动画面，那么通过在帧单元中使用相同的量化参数值调整比特率；如果被分类图象是静止画面，那么通过在宏块单元中使用量化参数值调整比特率。
本发明的又一个方案中，提供了一种控制比特率的装置，包括：用于分析输入图象的特性和将输入图象分类为运动画面和静止画面之一的特性分析装置；对输入图象进行编码的编码装置；输出比特流编码结果的输出缓冲装置；根据分类的图象和输出缓冲装置的状态设置目标比特的目标比特设置装置；以及通过根据所分类图象确定帧单元中的固定量化参数值和宏块单元中的量化参数值其中之一来调整编码装置比特率的比特率调整装置。
可以理解，前面本发明一般的描述和下面具体的描述是示范性的和解释性的，并试图提供如权利要求的本发明的进一步解释。
附图说明
提供对发明的进一步理解的附图包括在此并作为本申请的一部分，说明本发明的具体实施方式并和说明书一起用于解释本发明的原理。图中：
图1为现有技术的控制输入图象的比特率的方法的流程图；
图2为依据本发明优选实施例的控制输入图象比特率的装置的简要方框图；
图3为依据本发明优选实施例的控制输入图象比特率的方法的流程图；
图4为依据本发明优选实施例的控制运动画面比特率的方法流程图。
具体实施方式
对本发明优选实施例将做具体的说明，其示例结合附图中说明。无论在什么可能的情况下，相同的附图标记将在整个附图中引用相同或相似的部分。
图2为依据本发明优选实施例的控制输入图象比特率的装置的方框图。
如图所示，控制比特率的装置包括：用于分析输入图象特性的特性分析单元200；对输入图象进行编码的编码单元210；输出比特流编码图象信号的输出缓冲器220；根据输入图象状态和输出缓冲器220的状态分配目标比特的目标比特设置单元230；以及将编码单元210的编码比特率调整为分配的目标比特的比特率调整单元240。
在该比特率控制装置中，输入图象经过特性分析单元200并通过编码单元210进行编码。之后，编码的图象信号被临时存储在输出缓冲器220并以比特流输出。这里，特性分析单元200首先分析接收的图象数据的特性，并然后确定输入图象是否是运动画面或静止画面。确定之后，特性分析单元200向目标比特设定单元230通告确定结果，目标比特设定单元230随后根据输入图象的特性和输出缓冲器220的状态重置输入图象的目标比特。
比特率调整单元240根据目标比特设定单元230新设的目标比特调整编码单元210的比特率。此时，比特率调整单元240依据输入图象的状态，也就是，输入图象是运动画面或是静止画面，执行不同的比特率控制模式。如果输入图象是静止画面，比特率调整单元240在宏块单元中个别地调整量化参数，从而调整编码单元210的输出比特率。相反，如果输入图象是运动画面，比特率调整单元240通过对于输入图象的整个宏块分配预先确定的固定量化参数调整编码单元210的输出比特率。
换句话说，在运动画面的情况下，由于比特率是在帧单元中进行调整的，比特率调整单元240对于帧的整个宏块分配预先确定的特定量化参数。更简单地说，在运动画面的情况下，在帧层固定为相同值的特定量化参数被设置。其结果是，不是给每个宏块设置量化参数值，而是特别地设置以在帧层预先确定的量化参数值对整个帧，也就是说，全部宏块进行编码。
在量化参数值中，有多种依据输出比特率进行分类的运动水平，并且固定的量化参数对于每个运动水平用不同的权值进行适应性补偿。作为适应性补偿的结果，比特率控制被更有效地执行。例如，假设运动水平被分类为高等级、中等级和低等级，如果运动水平高，那么分配较高值的固定量化参数，而当运动水平按照从中等级和低等级的顺序下降时，分配非常低的固定量化参数值。
另外，在静止画面的情况下，比特率对每个宏块进行调整。当输入图象是静止画面时，TMN10采用的比特率控制模式就被采用。也就是说，通过在帧层控制缓冲器和为每个宏块设置量化参数值来控制比特率。而且，在宏块层，根据比特率控制模式估算要进行编码的帧的比特数，并且在宏块单元中调整量化参数。因此，编码和比特率控制是同时进行的。那些用于比特率控制模式的参数被更新了。
这里，从比特率控制的角度来看，帧层涉及在宏块单元中的编码被开始之前根据在先前帧的编码过程中产生的比特数确定是否执行在帧单元中的跳帧的点。宏块层涉及在执行帧单元中的跳帧之后单独宏块的编码。
另外，比特率被控制用来通过跳帧接近目标比特。而且，在宏块层，调整用于对每个宏块进行编码的宏块量化参数以便更精确地控制比特率。
依据本发明的优选实施方式，在运动画面的情况下，量化参数值对所有帧宏块来说是同样的。另一方面，对于静止画面，量化参数值对每个宏块来说是单独调整的。
编码单元210根据在比特率调整单元240调整的量化参数对通过特性分析单元200传输的图象数据进行编码。因此，帧的编码比特率被调整并且随后已编码数据被存储在输出缓冲器220中。也就是说，如果输入的图象被确定为静止画面，就通过采用静止画面比特率控制模式进行编码，相反，如果输入图象是运动画面，就通过采用运动画面比特率控制模式进行编码。
输出缓冲器220被校准以按照一致的速度输出位流，从而通过具有有限的带宽的信道传输不同的位流。而且，输出缓冲器220在防止缓冲器溢出或缺乏的问题中起作用，这些问题经常出现在位流恢复的时候。这里，在运动画面的情况下，因为编码单元210从头到尾用同样的量化参数值对图象数据进行编码，比特率增加。因此，就可能有在输出缓冲器220出现溢出问题的危险。为解决这个可能的问题，比特率调整单元240进行调整以便使被与溢出的发生可能被损坏一样多地跳过输入帧。
图3为依据本发明优选实施例的控制输入图象比特率的方法流程图。
如图3所示，由于在操作300中图象是被实时输入，输入图象的运动水平在操作302被确定。然后，在操作304，确定输入图象是否是运动画面。运动画面的确定是考虑到与先前帧的相关性基于内块的数目。也就是说，如果输入图象具有高的运动水平，内块的数目大于间块(inter-block)的数目。因此，如果产生的内块的数目大于先前确定的阈值，那么就确定输入的图象具有许多运动，而如果内块的数目小于先前确定的阈值，输入图象被确定为静止图象。
在操作304，如果输入图象被确定为运动画面，那么在操作306设置帧单元中特定量化参数值。根据该特定量化参数值，在操作308调整图象数据的编码比特率。下面将提供高运动水平图象的比特率控制方法的详细描述。
如果操作304的确定表明输入图象是静止画面，那么在操作310中以宏块为单位设置量化参数值，然后，被设置的量化参数值用来调整图象帧的编码比特率。
图4为依据本发明优选实施例的控制具有许多运动的图象的比特率的方法流程图。
如图所示，如果输入图象被确定为运动画面，那么在操作400中就根据输出的比特数目来确定运动水平。由运动水平设置的加权值是与运动水平或比特数目成比例的值。
在操作400中确定输入帧的运动水平之后，用依据比特数目的加权值进行补偿的特定量化参数值就通过用相应于确定的运动水平的特定加权值补偿预先确定的固定量化参数值在操作402中被设置。在操作404中输入图象的输出比特率是根据用特定加权值进行补偿的特定量化参数值来进行调整的。加权补偿优选通过相加相应于运动水平的加权值和固定量化参数值来进行。
运动画面可以被分为三个运动水平。也就是说，运动画面依据运动水平被分为高等级、中等级和低等级。在此情况下，图象帧的编码比特率可以通过利用三个固定量化参数值按照这三个运动水平进行控制。
换句话说，如果每个帧被确定为带有很多运动的图象，那么为了提供好的图象质量的目的用相同的量化参数值对整个帧进行编码。而且，多个运动水平依据在帧的编码过程中产生的比特数目分级，并且固定量化参数值应用每个运动水平不同地设置的加权值，从而依据不同分级的运动水平适应性地确定多个固定量化参数值。因此，编码比特率可以更有效地被控制。而且，不相应于上述分级运动水平范围的图象可以设置为从具有高运动水平的图象的条件排除。
以下，将对静止图象比特率控制方法做详细描述。
静止图象比特率控制方法是用来通过检测输出缓冲器状态防止缓冲器溢出的问题的跳过模式。特别地，比特率控制方法采用TMN10比特率调整方法。
这里，在跳帧操作之后，如果在宏块的固定量化值是零，输入的图象被确定为静止画面。因此，根据TMN比特率调整模式，被编码的帧的比特数目被估算，并且新的量化参数值在宏块单元被单独地调整，从而同时完成比特率调整和编码。
同时，在执行涉及静止画面和运动画面其中之一的跳帧之后，进行对下一个帧的另一个图象分类和随后的比特率控制操作。
在静止画面的跳帧操作之后，下一帧的运动水平就被确定了，当有很多运动时，对于整个帧的全部宏块的量化参数值分配相同的值。此时，运动状态标志被设置为高运动状态。被采用的固定量化参数值和运动水平可以按照系统变化。
然后，如果下一帧的比特数目大于被设置为目标比特的阈值，就采用高运动状态图象的比特率控制方法。然而，如果被编码的比特值小于阈值，运动状态被改变为静止状态并且通过采用静止画面比特率控制方法进行编码。
如上所述，当下一帧的运动状态标志没有被改变时，通过将图象运动状态设置为静止状态或运动状态，先前设置的参数仍可以被用于运动画面或静止画面。
根据本发明优选实施方式，输入图象依据运动水平被分类为运动画面和静止画面，并且，不同的比特率控制方法被应用于分类的图象。因此，即使在相同比特率的高运动状态输入图象的情况下，能被人觉察到的图象质量的改进也是可能的。
另外，如果输入图象具有很多运动，整个帧是用固定量化参数值进行编码并且因此，帧内图象质量没有差别。这种图象质量差别的消除提供了更加清晰和高分辨率的图象。
对于本领域技术人员显而易见，可以对本发明进行各种修改和变化，因此落入权利要求的范围或其等同范围内的修改和变化都被本发明覆盖。

Claims (20)

1、一种控制图象比特率的方法，包括：
分析输入图象的运动水平；
依据内块的数目将输入图象分类为静止画面和运动画面之一；以及
当输入的图象被归类为运动画面时，通过将相同的量化参数值分配给整个帧来控制比特率。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于：对输入图象进行分类的操作时，如果内块的数目大于根据输入图象和先前帧之间的关联性而设置的阈值，那么将输入图象确定为运动画面，而如果内块的数目小于该阈值，将输入图象确定为静态图象。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于：将输入图象分类的操作中，输入图象以帧为单位被实时分类为静止画面和运动画面之一。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于：量化参数在帧层是固定的等值。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于：量化参数对于整个帧的全部宏块用相同的值对输入图象进行编码。
6、如权利要求5所述的方法，其特征在于：对于依据编码结果产生的溢出，通过以适应方式跳过帧来调整比特率。
7、如权利要求6所述的方法，其特征在于：在跳过帧的操作之后，根据下一帧的运动水平将运动状态标志设置为运动状态和静止状态之一，且比特率控制模式依据下一帧的编码比特数而不同。
8、如权利要求1所述的方法，其特征在于：相对于整个帧的量化参数按照所产生的编码帧的比特数被分配不同的加权值。
9、如权利要求8所述的方法，其特征在于：加权值是以与所产生的编码帧的比特数成比例的值进行设置的。
10、如权利要求1所述的方法，其特征在于：如果被分类的图象是静止画面，那么比特率就以宏块为单位进行调整。
11、如权利要求10所述的方法，其特征在于：对于静止画面调整比特率后，如果下一帧的图象是运动画面，那么全部宏块的量化参数被分配预先确定的固定量化参数值，而在静止画面的情况下，新的量化参数值分配给每个宏块。
12、如权利要求11所述的方法，其特征在于：帧的量化参数的分配在跳过先前帧的操作后进行。
13、一种控制图象比特率的方法，包括：
根据输入图象的运动水平将图象分类为运动画面和静止画面其中之一；
如果被分类图象是运动画面，那么通过以帧为单位使用相同的量化参数值来调整比特率；
如果被分类图象是静止画面，那么通过以宏块为单位使用量化参数值来调整比特率。
14、如权利要求13所述的方法，其特征在于：如果图象是运动画面，那么就对于整个帧的全部宏块以相同的量化参数值对图象进行编码。
15、如权利要求14所述的方法，其特征在于：依据在帧的编码期间产生的比特数，量化参数值以适应方式用不同的加权值进行补偿。
16、一种控制比特率的装置，包括：
用于分析输入图象的特性并将输入图象分类为运动画面和静止画面之一的特性分析装置；
对输入图象进行编码的编码装置；
输出比特流编码结果的输出缓冲装置；
根据分类的图象和输出缓冲装置的状态设置目标比特的目标比特设置装置；以及
通过根据分类的图象确定以帧为单位的固定量化参数值和以宏块为单位的量化参数值之一来调整编码装置比特率的比特率调整装置。
17、如权利要求16所述的装置，其特征在于：如果输入图象是运动画面，那么比特率调整装置将固定量化参数应用于整个帧，而如果输入图象是静止画面，那么对每个宏块应用量化参数值。
18、如权利要求17所述的装置，其特征在于：运动画面的量化参数是依据在帧的编码期间产生的比特数以适应方式应用多个固定量化参数值。
19、如权利要求18所述的装置，其特征在于：该多个固定量化参数值是与所产生编码帧的比特数成比例地确定的。
20、如权利要求16所述的装置，其特征在于：特性分析装置依据内块的数目将输入图象分类为静止画面和运动画面之一。
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