專(zhuān)利名稱(chēng)：基于邊緣強(qiáng)度的i幀大小估計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻編碼，并且具體地，涉及基于I幀的整體邊緣強(qiáng)度值和用于其對(duì)應(yīng)的壓縮幀的可用比特率(available bitrate)來(lái)選擇用于該I幀的量化參數(shù)。
背景技術(shù)：
對(duì)視頻圖像進(jìn)行壓縮，以降低通過(guò)廣播服務(wù)、無(wú)線系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)或局域網(wǎng)進(jìn)行傳輸所需的帶寬。傳輸以這樣的方式被實(shí)現(xiàn)，以致達(dá)到特定幀的壓縮質(zhì)量與用于壓縮該幀的比特量之間的平衡。確定壓縮視頻幀的比特大小的一個(gè)因素是有損量化處理，有損量化處理減少用于對(duì)原始表征進(jìn)行編碼的數(shù)據(jù)量。量化參數(shù)集定義如何執(zhí)行量化處理以及在這個(gè)過(guò)程期間丟失的數(shù)據(jù)量。最新的國(guó)際視頻編解碼器標(biāo)準(zhǔn)H. 264或MPEG-4提供52個(gè)量化參數(shù)集，每個(gè)量化參數(shù)集與不同的視覺(jué)品質(zhì)和幀大小相關(guān)聯(lián)。在通常包括三個(gè)主要功能塊(參考解碼器、參數(shù)選擇器和視頻編碼器)的視頻編碼系統(tǒng)中使用傳輸速率控制。參考解碼器從編碼器接收反饋，并且根據(jù)解碼器緩沖區(qū)的狀態(tài)來(lái)限制比特率。輸入幀被壓縮為優(yōu)選大小，以使得該幀被以特定的比特率傳輸，而不引起緩沖區(qū)上溢或下溢。因此，在目標(biāo)幀大小給定的情況下，需要用于從根據(jù)所用視頻編解碼器標(biāo)準(zhǔn)識(shí)別的量化參數(shù)的列表選擇合適的量化參數(shù)集的參數(shù)選擇器。由于與可用量化參數(shù)相關(guān)聯(lián)的幀大小是離散值，所以所選擇的量化參數(shù)集僅可以導(dǎo)致不超過(guò)容許大小的優(yōu)選幀大小。量化參數(shù)選擇的錯(cuò)誤可以導(dǎo)致正被編碼的視頻幀的不期望的比特?cái)?shù)量，并且可以引起緩沖區(qū)上溢或下溢。選擇量化參數(shù)的典型方法是從先前編碼的幀(一個(gè)或更多個(gè))對(duì)用于當(dāng)前幀的量化參數(shù)進(jìn)行外插；然而，當(dāng)前幀和先前幀共享相同復(fù)雜度的基本假設(shè)可以引起高的誤差概率。如果不涉及明顯的場(chǎng)景變化，則參考解碼器可以適應(yīng)這樣的誤差。然而，即使沒(méi)有任何場(chǎng)景變化，對(duì)于內(nèi)幀(I幀)，內(nèi)容復(fù)雜度的提高仍可以產(chǎn)生估計(jì)誤差。而且，在實(shí)時(shí)編碼應(yīng)用中，編碼器被限制為僅運(yùn)行單行程(幀)。因此，所需要的是解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺點(diǎn)的系統(tǒng)和方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各種實(shí)施方案涉及基于整體邊緣強(qiáng)度值和用于對(duì)應(yīng)的壓縮幀的可用比特率來(lái)選擇量化參數(shù)集的視頻編碼的系統(tǒng)、裝置和方法。結(jié)果，基于I幀本身的特性，而不是依賴(lài)于可隨場(chǎng)景變化的前幀特性來(lái)選擇該I幀的量化參數(shù)。視頻編碼系統(tǒng)的某些實(shí)施方案包括參考解碼器、碼率(rate)量化模型模塊和視頻編碼器。碼率量化模型模塊依賴(lài)于在幀的預(yù)處理期間識(shí)別的整體邊緣強(qiáng)度(GE)值和取決于參考解碼器內(nèi)的緩沖區(qū)(一個(gè)或更多個(gè))的狀態(tài)的可用比特率。使用I幀的整體邊緣強(qiáng)度與用于對(duì)應(yīng)的壓縮幀的目標(biāo)幀大小之間的數(shù)學(xué)相關(guān)性來(lái)選擇量化參數(shù)。具體地，基于在特定幀的預(yù)處理期間產(chǎn)生的整體邊緣強(qiáng)度值和根據(jù)參考解碼器緩沖區(qū)提供的目標(biāo)幀大小來(lái)選擇用于該特定幀的量化參數(shù)。所選擇的量化參數(shù)允許在仍在由參考解碼器提供的可用碼率內(nèi)工作的同時(shí)保持I幀的優(yōu)選壓縮質(zhì)量。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以使用各種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)計(jì)算幀的整體邊緣強(qiáng)度值的方式，所有這些方法都意圖落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在基于I幀的整體邊緣強(qiáng)度值和可用比特率來(lái)選擇該I幀的量化參數(shù)(一個(gè)或更多個(gè))時(shí)可以利用各種方法，所有這些方法都意圖落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在本發(fā)明內(nèi)容部分中已經(jīng)整體上描述了本發(fā)明的某些特征和優(yōu)點(diǎn)；然而，本文介紹了另外的特征、優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方案，或者本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員鑒于本發(fā)明的附圖、說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求書(shū)將清楚另外的特征、優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施方案。因此，應(yīng)該理解，本發(fā)明的范圍不應(yīng)該被本發(fā)明內(nèi)容部分中所公開(kāi)的特定實(shí)施方案限制。


將對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行論述，本發(fā)明的示例性實(shí)施方案可以在附圖中被圖示說(shuō)明。這些附圖的意圖是示例性的，而不是限制性的。雖然在這些實(shí)施方案的上下文中一般性地描述本發(fā)明，但是應(yīng)該理解并非意圖將本發(fā)明的范圍限制為這些特定的實(shí)施方案。圖1圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方案的使用外部產(chǎn)生的整體邊緣強(qiáng)度的視頻編碼系統(tǒng)的框圖。圖2圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方案的使用內(nèi)部產(chǎn)生的整體邊緣強(qiáng)度的視頻編碼系統(tǒng)的框圖。圖3圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方案的幀大小和整體邊緣強(qiáng)度的線性相關(guān)性。圖4圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方案的基于整體邊緣強(qiáng)度的碼率量化模型模塊。圖5圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方案的示出用于識(shí)別優(yōu)選幀大小和量化參數(shù)的方法和數(shù)據(jù)路徑的流程圖。圖6描繪根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的計(jì)算系統(tǒng)的實(shí)施例的框圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施方案提供用于視頻編碼器的系統(tǒng)、裝置和方法，并且具體地，涉及其中所用的量化參數(shù)的選擇。在以下描述中，為了說(shuō)明的目的，對(duì)特定細(xì)節(jié)進(jìn)行了陳述，以便提供本發(fā)明的理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚的是，可以在沒(méi)有這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以以各種方式和使用各種結(jié)構(gòu)來(lái)執(zhí)行以下所描述的本發(fā)明的實(shí)施方案。本領(lǐng)域技術(shù)人員還將認(rèn)識(shí)到，如在其中本發(fā)明可以提供實(shí)用性的另外的領(lǐng)域那樣，另外的修改、應(yīng)用和實(shí)施方案在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，本發(fā)明的各種實(shí)施方案可以用硬件、固件、軟件或者它們的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，以下所描述的實(shí)施方案圖示說(shuō)明本發(fā)明的特定實(shí)施方案，并且意在避免模糊本發(fā)明。本說(shuō)明書(shū)中“一個(gè)實(shí)施方案”或“實(shí)施方案”的指代表示結(jié)合實(shí)施方案所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、特性或功能被包括在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方案中。本說(shuō)明書(shū)中的各個(gè)地方出現(xiàn)的術(shù)語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施方案中”不必全部針對(duì)同一個(gè)實(shí)施方案。
圖1圖示說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方案的使用在幀的預(yù)處理期間產(chǎn)生的整體邊緣強(qiáng)度值的視頻編碼系統(tǒng)的框圖100。該視頻編碼系統(tǒng)包括參考解碼器(RD)、碼率量化 (RQ)模型和視頻編碼器。預(yù)先為通信信道確定比特率，并且基于比特率總是被控制在容限內(nèi)的假設(shè)來(lái)構(gòu)造該視頻編碼系統(tǒng)。參考解碼器101具體用于限制可以以多快的速度從編碼器103產(chǎn)生比特流數(shù)據(jù)和需要比特流和編碼圖片的多少緩沖。幀大小的界限根據(jù)所容許的比特率來(lái)識(shí)別。參考解碼器中的內(nèi)部緩沖區(qū)為其大小超過(guò)界限的幀臨時(shí)儲(chǔ)存過(guò)多的信息；然而，如果幀大小太大，則不得不丟棄幀。由于損失巨大的信道可能是由導(dǎo)致幀被丟棄的各種因素或者由緩沖區(qū)下溢引起的傳輸延時(shí)所引起的，所以該比特率的管理很重要。碼率量化模型模塊102產(chǎn)生與在視頻壓縮/編碼處理內(nèi)執(zhí)行的量化操作相關(guān)的量化參數(shù)。在現(xiàn)有技術(shù)的單行程(single-pass)或多行程(multi-pass)視頻編碼系統(tǒng)中，基于前幀的信息產(chǎn)生用于特定幀的量化參數(shù)。具體地，通過(guò)對(duì)前組圖片(GOP)的量化參數(shù)進(jìn)行平均來(lái)推導(dǎo)用于幀內(nèi)編碼幀(I幀)的量化參數(shù)。然而，如果當(dāng)前組圖片顯示出與前面的組沒(méi)有相關(guān)性，則該量化模型模塊將會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤。在本發(fā)明的各種實(shí)施方案中，碼率量化模型模塊102基于被稱(chēng)為整體邊緣強(qiáng)度的輸入?yún)?shù)來(lái)選擇用于幀的量化參數(shù)(一個(gè)或更多個(gè))。與常規(guī)模型相比，該碼率量化模型模塊易于實(shí)現(xiàn)，并且處理過(guò)程與幀歷史無(wú)關(guān)，而是基于當(dāng)前幀。碼率量化模型模塊102與場(chǎng)景的內(nèi)容類(lèi)型或內(nèi)容變化或者跨多個(gè)幀的運(yùn)動(dòng)的相關(guān)性也較小。圖2圖示說(shuō)明還包括用于產(chǎn)生整體邊緣強(qiáng)度值的預(yù)處理器201的視頻編碼系統(tǒng)的框圖200。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以在視頻編碼系統(tǒng)的預(yù)處理器或者位于該系統(tǒng)外部的處理器內(nèi)產(chǎn)生該整體邊緣強(qiáng)度值。碼率量化模型模塊03基于分別由參考解碼器202提供的最大容許幀大小和由201提供的整體邊緣強(qiáng)度來(lái)識(shí)別目標(biāo)量化參數(shù)。與用于視頻編碼系統(tǒng)100的編碼器103中類(lèi)似，基于視頻編碼器204中的量化參數(shù)對(duì)視頻幀進(jìn)行壓縮。在某些實(shí)施方案中，使用邊緣檢測(cè)來(lái)計(jì)算整體邊緣強(qiáng)度(GE)，邊緣檢測(cè)是一種用于識(shí)別圖像亮度急劇變化或者具有不連續(xù)性的點(diǎn)的信號(hào)處理中的圖像處理工具。幀中的每個(gè)點(diǎn)處的圖像強(qiáng)度的梯度在數(shù)學(xué)上被表征為Sobel內(nèi)核(kernel)。位于(x，y)處的點(diǎn)的 Sobel邊緣強(qiáng)度(SE)被表征為
權(quán)利要求
1.一種視頻編碼系統(tǒng)，所述視頻編碼系統(tǒng)包括參考解碼器，所述參考解碼器包括至少一個(gè)緩沖區(qū)，并且基于所述至少一個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)量設(shè)置可用比特率；碼率量化模型模塊，所述碼率量化模型模塊被耦合以接收視頻幀的所述可用比特率和整體邊緣強(qiáng)度值，所述碼率量化模型模塊基于所述可用比特率和所述整體邊緣強(qiáng)度值來(lái)選擇用于所述視頻幀的優(yōu)選量化參數(shù)集；視頻編碼器，所述視頻編碼器被耦合以接收所述優(yōu)選量化參數(shù)集，所述視頻編碼器在I 幀的編碼過(guò)程期間根據(jù)所述優(yōu)選量化參數(shù)執(zhí)行量化操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻編碼系統(tǒng)，還包括被耦合以與所述碼率量化模型模塊通信的預(yù)處理器，所述預(yù)處理器在所述I幀的預(yù)處理期間產(chǎn)生所述整體邊緣強(qiáng)度值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的視頻編碼系統(tǒng)，其中，使用I幀的Sobel邊緣強(qiáng)度分析產(chǎn)生所述整體邊緣強(qiáng)度值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻編碼系統(tǒng)，其中，所述視頻編碼器根據(jù)H.264國(guó)際視頻編解碼器標(biāo)準(zhǔn)操作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻編碼系統(tǒng)，其中，所述碼率量化模型模塊利用順序搜索從多個(gè)量化參數(shù)集選擇所述優(yōu)選量化參數(shù)集。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻編碼系統(tǒng)，其中，所述碼率量化模型模塊利用迭代搜索從多個(gè)量化參數(shù)集選擇所述優(yōu)選量化參數(shù)集。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻編碼系統(tǒng)，其中，所述碼率量化模型模塊包括幀大小接口，在所述幀大小接口上，接收可用比特率；邊緣強(qiáng)度接口，在所述邊緣強(qiáng)度接口上，接收整體邊緣強(qiáng)度值；以及量化參數(shù)處理器，所述量化參數(shù)處理器被耦合以接收所述可用比特率和所述整體邊緣強(qiáng)度值，所述量化參數(shù)處理器基于所述可用比特率和所述整體邊緣強(qiáng)度值來(lái)選擇所述優(yōu)選量化參數(shù)集。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的視頻編碼系統(tǒng)，其中，所述碼率量化模型模塊還包括與所述量化參數(shù)處理器耦合的存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器儲(chǔ)存多個(gè)量化參數(shù)集。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的視頻編碼系統(tǒng)，其中，所述優(yōu)選量化參數(shù)集選自所述多個(gè)量化參數(shù)集。
10.一種用于設(shè)置用于I幀的量化參數(shù)集的方法，所述方法包括接收可用比特率；接收指示所述I幀內(nèi)的邊緣的幅值的整體邊緣強(qiáng)度值；基于所述可用比特率和所述整體邊緣強(qiáng)度值的分析從多個(gè)量化參數(shù)選擇優(yōu)選量化參數(shù)集；以及根據(jù)所述優(yōu)選量化參數(shù)集對(duì)所述I幀內(nèi)的至少一個(gè)塊執(zhí)行量化處理。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括在對(duì)所述I幀進(jìn)行預(yù)處理操作期間產(chǎn)生所述整體邊緣強(qiáng)度值的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，使用Sobel邊緣強(qiáng)度分析產(chǎn)生所述整體邊緣強(qiáng)度值。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，根據(jù)H.264標(biāo)準(zhǔn)對(duì)所述I幀進(jìn)行編碼。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，使用順序搜索從所述多個(gè)量化參數(shù)集選擇所述優(yōu)選量化參數(shù)集。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，使用迭代搜索從所述多個(gè)量化參數(shù)集選擇所述優(yōu)選量化參數(shù)集。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述可用比特率從參考解碼器被接收，并且與最大容許幀大小相關(guān)。
17.—種碼率量化模型模塊，所述碼率量化模型模塊包括幀大小接口，在所述幀大小接口上，接收可用比特率；邊緣強(qiáng)度接口，在所述邊緣強(qiáng)度接口上，接收整體邊緣強(qiáng)度值；以及量化參數(shù)處理器，所述量化參數(shù)處理器被耦合以接收所述可用比特率和所述整體邊緣強(qiáng)度值，所述量化參數(shù)處理器基于所述可用比特率和所述整體邊緣強(qiáng)度值來(lái)選擇所述優(yōu)選量化參數(shù)集。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的模塊，其中，所述碼率量化模型模塊還包括與所述量化參數(shù)處理器耦合的存儲(chǔ)器，所述存儲(chǔ)器儲(chǔ)存多個(gè)量化參數(shù)集。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的模塊，其中，所述邊緣強(qiáng)度接口還接收指示在所述I幀內(nèi)存在弱邊緣的弱邊緣值。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的模塊，其中，所述弱邊緣值指示補(bǔ)償將被執(zhí)行，以應(yīng)對(duì)所述 I幀內(nèi)的弱邊緣。
全文摘要
本發(fā)明的各種實(shí)施方案涉及基于整體邊緣強(qiáng)度值和用于對(duì)應(yīng)的壓縮幀的可用比特率來(lái)選擇量化參數(shù)集的視頻編碼的系統(tǒng)、裝置和方法。使用I幀的整體邊緣強(qiáng)度值與用于對(duì)應(yīng)的壓縮幀的可用比特率/最大目標(biāo)幀大小之間的數(shù)學(xué)相關(guān)性來(lái)選擇量化參數(shù)。
文檔編號(hào)H04N7/26GK102447903SQ20111030589
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者G·瓦格海斯 申請(qǐng)人:美信集成產(chǎn)品公司