[发明专利]利用视频编码中的帧复杂性、缓冲水平和内部帧位置的基于缓冲的速率控制有效

专利信息
申请号: 200880020895.8 申请日: 2008-06-19
公开(公告)号: CN101743753A 公开(公告)日: 2010-06-16
发明(设计)人: S·库隆布;F·拉波恩特 申请(专利权)人: 万特里克斯公司
主分类号: H04N7/50 分类号: H04N7/50;H04N7/64
代理公司: 北京市中咨律师事务所 11247 代理人: 杨晓光;杨博
地址: 加拿大*** 国省代码: 加拿大;CA
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摘要:
搜索关键词: 利用 视频 编码 中的 复杂性 缓冲 水平 内部 位置 基于 速率 控制
【说明书】:

技术领域

发明一般涉及视频编码中的速率控制。具体地但不专有地,本发明 涉及视频编码中利用帧复杂性、缓冲水平和内部帧位置的基于缓冲的速率 控制。

背景技术

过去数年已见证了数字和在线视频及其应用的广泛普及。随着快速通 信技术和多媒体应用的出现,数字视频编解码器被用在诸多领域和系统中, 例如使用MPEG-2(移动图片专家组-2)格式的DVD(数字视频光盘) 中、使用MPEG-1(移动图片专家组-1)格式的VCD(视频高密光盘) 中、新兴卫星和陆地广播系统中以及互联网上。

特别地,视频应用的这一普及促使压缩和解压缩视频数据的视频编解 码器的喜人发展。在视频数据压缩中,在视频质量和压缩率之间保持平衡, 即,必要的数据传输质量或换言之再现视频所需的比特率。

另外,还考虑了编码和解码算法的复杂性、对于数据丢失和错误的鲁 棒性、压缩算法设计的现状、视频会议应用中的端到端延迟等。

存在多种视频编码标准,其中的每个标准都被专门设计用于特定类型 的应用。例如,由ITU(国际电信联盟)发布的H.263标准是用于低比特 率(例如20-30kbps(千比特每秒)的范围)的视频编码和压缩标准。 特别地,该标准支持视频会议和视频电话应用中的视频编码。

H.263标准指定了经编码的数据流的格式和内容;因此,其在没有具 体提供用于编码器和解码器自身的设计或结构的情况下设定了编码器和解 码器要满足的要求。

在视频压缩中,每张图片通常由两种图片来表示,其通常被称为帧, 即内部帧(intra frame)和中间帧(inter frame)。而且,中间帧被划分 为两类,即P帧(预测帧)和B帧(双预测或双向帧)。内部帧表示独立 于任意其它图片来编码的整个图片;因此,由于必须对整个图片的内容编 码所以是耗带宽的。为了压缩并由此节省带宽,仅仅整个图片(或内部帧) 之间的差别被编码并随后被发送。那些差别用P帧和B帧表示。例如,两 张连续图片之间的背景通常不变,因此,这样的背景不需要被再次编码。 区别于P帧的是B帧是双向的并且因此实施双向预测,即根据之前的和接 下来的图片的预测。

而且,在压缩视频时,为了处理目的图片被分成宏块(MB, macroblock)。实际上,逐个宏块地进行处理。每个宏块通常代表16×16 象素的块。

视频编码器一般包括运动估计模块、运动补偿模块、DCT(离散余弦 变换)模块和量化模块。

运动估计模块允许预测先前帧的哪些区域已被移入当前帧,从而那些 区域不需要被重新编码。

运动补偿模块允许对从先前帧向当前帧的区域移动进行补偿。

DCT一般用于将象素块变换为“空间频率系数”。其对例如宏块的二 维象素块进行操作。由于DCT在压缩图片时是高效的,所以一般少量DCT 系数足够用于再造原始图片。

提供量化模块用于量化DCT系数。例如,量化模块将近零DCT系数 设为零,并且量化剩余的非零DCT系数。

视频编码中的限制之一来自通信信道的容量。实际上,通信信道受其 每秒可以传送的比特数量的限制。在许多信道中,比特率是恒定的,例如 ISDN(综合业务数字网)、POTS(普通老式电话业务)等。

然而,取决于用于压缩视频的算法的效率和那些视频的运动复杂性, 编码和传送已编码视频所需的比特预算和比特率可以改变,并且特别地, 可以增加。因此,需要速率控制,以便使编码各种复杂性的视频所需的比 特率适应用来传送这些已编码视频的通信信道的比特率。

目前H.263标准中使用的速率控制算法被称为TMN8(短期测试模型 第8版)。一般而言,该速率控制算法确保仅满足平均比特率。该算法不 能控制平均目标比特率和最大比特率这两者。

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