TWI232684B - Apparatus for variable bit rate control in video compression and target bit allocator thereof - Google Patents

Description

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【發明所屬之技術領域】 特別係指一種適用 之裝置。 本發明係有關於資料壓縮之領域， 於視訊編碼系統以執行可變位元率控制 【先前技術】 眾所周知，電子通訊世界正經歷一次數位革命，以數 位表示資訊的主要優點在於能夠幾近無誤地儲存、再生、 傳收、處理及運用的資料位元流（bitstream)。舉例而言 ，NTSC的彩色視訊影像每秒有29· 97張晝面，每張書面^

4 8 0條可見掃瞄線’每條掃瞄線約需4 8 〇點以紅、綠、誃 '三 色呈現的像素（pixel)，但若每種色彩成分以8位元編;了 則所產生的位元率（bitrate)每秒約168百萬位元（Mbits/ 5 )，故各種視訊格式其未經壓縮處理的位元率是非常高而 不經濟，因此不適於多數的應用。 與電腦、電信網路、消費性產品整合的數位音訊和視 5孔，更加刺激資成革命的前進，而這革命的核心則是視、 音祝的數位壓縮技術。許多的壓縮標準，包含以壓縮技術 共通之精髓為基礎的演算法，如：I TU-T(前身係CC ITT)建 議書 H.261 和 EL 2 63，以及 ISO/IEC 的 MPEG-1、MPEG-2 和

MPEG-4標準。MPEG的演算法是由動態影像專家群組 (Moving Picture Experts Group，MPEG)所發展出來，該 動態影像專家群組係國際標準組織（I n t e r n a t i ο n a 1

Standards Organization，ISO)及國際電子技術委員會 (International Electrotechnical Commission，IEC)的

m m

0702-7606twF(nl) ； 90P132 ； Lm.ptd 第6頁 1232684

二二技術委員會，致力於發展視、音訊的壓縮及多路傳殊 、、表^方式，這些標準規定了壓縮位元流的語法（syntax) 兔及解碼的方法’但對於編碼器所使用的演算法而言，卻 為編碼的新穎性與多樣性保留了相當多的自由度。 、查根據，一連串的視訊畫面（pi cture)分成一序列 =旦面群組（group of picture，G〇p)，其中每組G〇p以卜 ，面開始，後面跟著p—畫面和β—晝面的安排，第工圖以顯 二的順序5兒明一組典型的G〇p。卜晝面之編碼毋須參考先 前，將來的晝面，P-晝面則參考連串的視訊畫面中在時間 上最接近的I-晝面或卜晝面來進行編碼，而B_畫面散佈於 I -畫面和P-晝面之間。並且利用先前的、將來的或兩者兼 具的^鄰I-晝面和P-畫面來編碼。雖然好幾張β—晝面可以 緊接，連續出現，但絕不能以B—晝面預估其他的晝面。 一每張晝面具有三種成分：亮度值（luminance，以γ表 示）’紅色差值（red color difference，以cr表示），以 及藍色差值（blue col〇r difference，以⑶表示）。對於 MPEG的4 : 2 : 0的格式而言，每一種Cr和⑶成分的取樣點在 水平與垂直方向只有γ成分的一半。如第2圖所*，一張 MPEG的畫面其基本構成方塊係大區塊i〇ck，以〇 表示）。以4:2:0的視訊為例，每個〇包含一個¥成分16}[16 取樣點的陣列，以及兩個Cr和Cb成分8x8取樣點的區塊， 其中Y成分16x16取樣點的陣列實際上由4個8χ8取樣點的區 塊所組成。 、、扁馬的作用在於決定何種晝面編碼型態以及何種預

1232684 五、發明說明（3) — ΐϊίίίί。對每張1_畫面，仙中的每個8x8方塊均經 放餘弦轉換（dlscrete c〇sine transf〇rn]，κ ί 轉換係數陣列，轉換係數接著以一量化矩陣進行旦y 到二ί ΐ用z字形（zig_zag)掃猫Dc丁係數的量化結果而二 /一連串的DCT係數，並且此dCT係數序 . (如 able length c〇de，VLC)進 欠長度瑪 定將每個MB以I型MB或p型⑽進行 ='、須決 上述的方爷炎— 馬1型Μβ的編碼係以 前查面所ΐ 而對於每個Ρ麵，則需得到則Β以先 别！面所做之預測，此預測係藉由 β 乂先 vector)獲得，移動向量象徵著目前畫面動向里^〇t1〇n

及其在先前畫面中的預估Μβ之間的變_ 碼的MB 間的預測誤差則以DCT、量 預估MB與目前Μβ 碼。 Ζ予形掃瞄以及VLC進行編 處理Β-畫面時，必須決 刪：ί模式、F模式、β模式以_列何種MB模式來編碼每 身而不借助移動補償來編碼（如工 1式。I模式係以MB本 的向前預測編碼，係以先前書 一般）；F模式為單向 型MB—般）；反之，b模式為^ 侍到移動補償的預估（如P 來的晝面得到移動補償的預向後預測編碼，係以後 向的預測編碼，運用向前的和向$别的是FB模式，其係雙 做内插（interpolati〇n)而得° =的移動補償預估兩者來 對F、B和FB模式而言，預測誤果式之移動補償預估。 形掃猫以及VLC進行編碣。、 以使用DCT、量化、z字 視訊編碼器必須為整& t Μ & _ 里化位階以便在給定 0702-7606twF(nl) ： 90P132 ； Lin.ptd 第8頁 1232684 五、發明說明（4) 制可見的失真，然而，以選取的量化位階編 會得知'里現實;數,：必然是在真正編碼之後才 達到的量化位階下，‘先、办f u數’能夠在給定希望 視訊編；；以：點2位元率的控制。簡中重要的 別是在固定位元率運:T :面所用位元數變化的限制’特 器檢驗者(nde=乍的f形，這種限制係透過視訊緩衝 每張書面而古VBVuLft 1 f 1 er，νβν)來施行。若對於 是以固定位^率^ 資料速率均相同，則視訊可說 虛擬緩衝器並且是Γ解;_編碼。νβν乃-種 位元率而言，編褐p分】二=;入緩衝器模型’以固定 缓衝器不會滿溢或置乏；：對位：額度須彻 元流則是以特定的吾士办對於了父位兀率，編碼過的位 、再沒有多的位元輸入為：率器直到其飽和 的位元率實際上是可錄 t 了解釋為進入VBV緩衝器 對於可變位元率，^ I "b達到上述的最大位元率。故 可變位元Ϊ控乏即可。 品質而還能維持輪出去糸I可能的提高解碼後視訊的 率的方式不同，可變位；圍内。和固定位元 位元數給景物較複雜、變動彈性來分配額外的 可變位元率控制架構卻相杏二…、的旦面。不過，傳統的 完成視訊編碼的處理，:雜，通常需進行好幾次才能 ，有鑑於此，亟需一種新穎的可變位 0702-7606twF(nl) ； 90P132 ： Iin.ptd 第9頁 麵 1232684 五、發明說明（5) 元率控制技術，可用於„ ^ 亦期待能提供一種：人人…的硯訊編碼器，再者 .^ 禋通合施行於積體電路、農古丹者， 控制之動態影像壓縮枣 具有可變位元率 【發明内容】 根據本發明，每一張晝面其目標位 *品AA祕i ~的力配， 先前晝面的編碼結果和對ί將被編碼的目 愈 係基於 析的活動量，再者，藉由曰彳二而夕二二别量面其預先分 月恭乂奸庄去 猎由目則畫面之預先分析的活叙旦 及先别編碼畫面之實際複雜度間的關係，目動Ϊ以 度將能夠被估計而得。由於晝面的複雜度有^之複雜 之後的品質資訊，故此預估的目前畫面 面編碼 ^是非常細，可以更精確地分配目標位。J = 晝面，藉以達到視訊序列中不同晝面之間均一的二:張 質。 U見。口 本發明係針對於一種動態影像壓縮之可變位元率护 衣置。根據本發明，該裝置包括一移動估算單元、一複雜 =計器、-目標位元分派器以及一參數更新器。移動估 ::兀接收視訊序列裡2 -組連續畫面中即將被編碼的目 以計算此目！晝面之全活動量。基於目前晝面 ί = ! =及這組連續晝面中-同型態的先前編碼書面 面之複雜度。以目前畫面預器可用來估計目前晝 更新本組連續晝面之瞬間複雜户是雜度，目標位兀分派器 之既定平均位元率、統計複雜並且基於這組連續晝面 没及瞬間複雜度來計算該組

0702-7606twF(nl) ； 90P132 ； Lin.ptd 五、發明說明（6) 連續畫面之瞬間位元率， 面=間複雜度及瞬：：：：晝面之複雜度、這組 目松位：額度分配給目前晝面。上目標位元分派器將 編碼之後’根據目前畫面之全二數更新器在目前畫面 編瑪目前畫面實際所用量化位階：：、實際消耗位元數和 其活動量對複雜m·其中，值，計算目前畫面 度=比與目前畫面之全活動=晝面的活動量對複雜 際消耗位7L數以及目前晝面 ，而與目前畫面之實 反比二此外，參數更新器還以=寸=量化位階之平均值成 計算前述的統計複雜度。 則I面之複雜度為基礎來 另一方面，本發明還揭露一 一瞬間位元率計算器、一配額抑&位元分派器，包括 間位元率計算器接收視訊序列°中2 f、以及一限度單元。瞬 碼的目前晝面所含之複雜度以及該^連，畫面裡即將被編 度，=以該複雜度為基礎來更新:之統：複雜 度，並根據一函數來計算這組連 ^二畫面之瞬間複雜 中該函數係取決於該組連續之ς =瞬間位元率，其 複雜度及瞬間複雜度。配額元率、統計 ,位元額二 !率及瞬間複雜度為基礎，將目 :元額产f ::給目則畫面’而限度單元則用來將此目標 位几額度限制在既定的上限之下。 【實施方式】 為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂， (7> 五、發明說明 作詳細說明如 下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式 下： 抑一開始，預測用的卜晝面和P-晝面必須先在MPEG編碼 器内解碼，利用計算原始晝面及解碼的晝面間的均方根 (root mean square)誤差，可以得到解碼晝面其品質的客 觀量度。以均方根誤差作為解碼晝面之失真度，則解碼晝 面的複雜度（complex)-C定義如下： C = r X d 其中’ r係編碼該晝面所需的位元率，d係解碼的晝面之失 真度。理論上’平均的量化位階（q u a n t丨z a t丨〇 n s t e ρ s i z e)和失真度之間為一比例關係，故，晝面的複雜度可 定義成： 2 其中， 可得知 晝面的 晝 先前技 雜度， 同編碼 變化， ^ ^白勺 如果視 0_係該晝面的平均量化位階 位元率（實際消耗位元數）以 複雜度亦因此獲得。 面之複雜度視畫面的本質 術利用最近編碼畫面之複雜 並且為I_、P -及B~晝面分別 形式的影響，倘若視訊序列 則此方式可達到相當不錯的 目標位元配額與其實際消耗 訊序列的内容大幅變動，上 。在晝面編碼之後，將 及平均置化位階，而該 及其編碼的形式而定。 度來表示目前晝面之複 保持其複雜度以減輕不 的晝面其内容為平順的 效果。然而，由於畫面 位元數之間不相符合， 述方式並不適合用來達 1232684 五、發明說明（8) 成一致的視覺品質。 根據本發明，預先分析目前晝面的活動量（activhy) 以及先前編碼晝面的實際複雜度之間的關係’目前晝面之 複雜度將能藉此預估。活勳量係一種在畫面編碼後其位元 率和品質的量度嘗試，假設一整張晝面的全活動量A正比 於複雜度C，則 A:k 乂 其中5 k係比例常數。若k ’為活動量對複雜度之比 (activity-to-complexity ratio ? ACR)，貝1J 全〉、舌動量 A 還 可以下列式子表示： A = ACRxrxg 根據本發明，可以從相同型態的先前編碼晝面來預估 ACR。觀念上，先在編碼一張晝面前計算其全活動量a 後，即將被編碼的晝面p⑴之複雜度巧以如下方式估瞀 rii) 其中，A(1)係晝

+ , i)的全活動量，⑼係同型態的，^ 編碼晝面其活動量對複雜度之比。以下，在μ 先刖 XA L· 4；® (i ) .. 爷'付 3虎或變數 的上軚表不該付號或變數係與即將被編碼的 關；同理，在符號或變數中的上標α_υ 則I面习 相關。 ⑺與先哥編碼晝面

1232684 五、發明說明（9) 估計的複雜度巧可用來為合適型態的畫面更新其複雜 度，所以三種型態的晝面其複雜度Ci、Cp和CB將分別儲存以 利後續之處理。一組連續畫面之瞬間複雜度 (instantaneous complexity)亦以如下方式更新： INST 一 C = X C: + iVp X X。方 其中，N〗、NP和NB分別是該組連續晝面中卜、P -及B_畫面之 數目，而且此處所指的一組連續畫面至少包含一組G0P。 除了 G、CP和CB之外，亦分別存放I _、P -及B-晝面之複雜度 統計量sq、SCP和SCB，並且取目前晝面之複雜度巧來更新 同型態晝面之複雜度統計量，則一組連續晝面之統計複雜 度為：

STAT^C^Nj X SCj ^Npx SCP ^NBx SCB 若是最大、最小位元率已根據每組連續晝面期望達到的編 碼位元率而事先決定，如此，一組連續畫面之瞬間位元率 可由下列式子計算而得： INST 一 R=ER^an·

/ (INST C 1 + SF' -=—-1 \ [static JJ 其中，ERmean係本組連續晝面之既定平均位元率，sf係一縮鲁 放因子，其範圍在0到1之間；瞬間位元率INST —R還須進— 步地限制在每組連續晝面之既定最大、最小位元率之間： ERk<INST_R<ER_

一旦瞬間複雜度孤ST一C和瞬間位元率INST 則目前晝面P(1)之目標位元額度TB⑴為 ΤΒ(ί)=

INS? C

xINST R 由上式可知，目標位元額度以⑴係與複雜度⑦以及瞬間位 兀率INST一R成正比，而與瞬間複雜度成反比。 所有的MPEG-2資料位元流均必須遵循MpEG—2標準的 VBV規則，分配的目標額度必須受限以使νβν缓衝器不會滿 溢（over flow)或匱乏（under flow)。當目前晝面之目標位 =額度決定好之後，便可利用許多不同型態的影像編碼 益，像是MPEG-2標準描述的測試原型5(Test M〇del 5)， 根據目標位元額度來完成晝面的壓縮。 目岫晝面在完成編碼之後，其實際的複雜度將可得 知，而目前畫面的全活動量和實際複雜度之間的關係， ACR(1)可從以下計算得到 ACR(i) =_ AQ{i) x UB[i) 其中，AfRM與全活動量Α(υ成正比，而與目前晝面的實際 消耗位7L數UB(1)以及平均量化位階AQ⑴成反比。此ACR(n可 拿來預估下一張同型態的畫面之複雜度。ACR⑴可以和 ACR(1 υ做線性結合來避免受到那些富含雜訊畫面的影響。 士發明的單次（311^1卜1^3)視訊編碼可藉由第3圖之 車乂佳只施例並配合第4圖之操作流程圖來解釋。如第3圖所 1232684 五、發明說明（11) :声ϊ :態？像壓縮裝置3 0 0包括1動估算單元31 〇 複 雜度估計哭^ α切俗异早兀diu、一 34〇 jv . 、一目裇位兀为派器330、一參數更新器 列相1 像編碼器35〇。移動估算單元接收視訊序 執rt組連續畫面中即將被編瑪的目前畫面P⑴，用來在 量AC异的區塊匹配時’計算此目前晝⑴之全活動 同型育vm基於全活動量a(i)以及這組連續晝面中 ";、的2剛編碼晝面之ACR(1-〗），複雜度估計器32 0可用 來估计目前晝面之複雜度°2 (步驟S420 )。目標位元分派器 ，二t的^雜度。2更新本組連續晝面其瞬間複雜度 新哭二驟S43〇)，同時，目標位元分派器33 0從參數更 這:連病壹收面該」且連續畫面之統計複雜度STAT—C，並根據 "二t 既定平均位元率別^、統計複雜度 元率INST—R(步驟S44〇) Γ片开該組連績晝面之瞬間位 ⑺目払位το分派器33〇接著以瞬間位元率、複雜 =目以瞬面:複雜度·-C為基礎將目標位元額度TB⑴分 標;二而(：=:因此，影像編物輪 這些$化位階係作為晝面p⑴ t二位白 的編碼之用。影傻給石工間區域·大區塊（MB) 晝面P⑴（步驟S4e(〇。在^·t，據這些，化位階編碼目前 3 5 0將查® P⑴夕每 刖旦面編碼完成後，影像編碼器 階之平旦均值AQ⑴：Γ消耗位元數顺)以及實際所用量化位 一 回報給务數更新器340。然後以全活動量

0702-7606twF(nl) ； 90P132 ； Lin.ptd 第16頁 1232684 ----- 五、發明說明（12) A(1)、實際消耗位元數UB⑴和實^所3 基礎，參數更新器34 0為；之平均值 對複雜度之比ACR⑴（步驟S4 70 )。旦 计异其活動量 等效上，第3圖之較佳實施例 軟體來實現。根據本發明，移動估曾考篁以硬體以及/或是 其他元件可以管線（pipeline)=式二=凡310和第3圖中的 320開始計算目前晝面的複雜度 ，在硬〃雜度估計器 須先完成即將被編碼的目前晝面：:動旦估异早X31 〇必 :向量之估算，並且，當移動估算：：之计鼻以及移 準備時，複雜度估舛哭q 9 #甘从 3 1 0為下張畫面作 冰 ^ ^ 3 2 0和其他元件仍正忙於办士仏上 與目前畫面相關的運作。接下夾 、凡成所有 中的每個元件。 接下末將砰細地描述較佳實施例 私動估异單元3 1 〇的主要的一 模式夾绝m π▲ 兩厌疋用何種預測 6义^、，扁馬一張晝面裡的每個MB，如果必要的話，亦進 後的移動預測’還可從區塊匹配運算中提取書‘ 動I的貧訊。首先，計算每個MB之自身活動量（intr~a〜 $CtlVlty) ’將一個MB中4個8x8亮度值區塊之像素強度以 m’n ’^0’···’7，11 = 〇，.一，7來表示，並且每個8\8區塊其 平句值為F ’則母個MB之内活動量IntraAct ··

IntmAct = ^pk 其中

k^O 第17頁 0702-7606twF(nl) ； 90P132 ； Lin.ptd 1232684 五、發明說明（13) °h = J Σ ni^??v2^yf

Vwf〇k*0 倘若需要較低的計算複雜度，可以相對P的絕對差值代 替··

IntraAct = λ=0 其中 由於I-晝面中的MB僅有一種模式：；[模式，因此IntraAct 即為I -畫面的每個MB之活動量。 如果晝面為P-或B-晝面，則需進行移動估算。最常使 用來發現最佳移動向量之技術係區塊匹配。對非自身編碼 (nonintra coding)而言（如p一和B一晝面），利用將失真標 準如變異數或失真絕對值和減至最低，來選擇向前、向 後、雙向的預測或不需移動補償。一旦卜或B—畫面中每個 MB之MB模式決定，在每個移動補償的差值Μβ中4個8以區塊 之變異數亦可求得，移動補償的差值MB係待處理〇和預估 MB間像素對像素之差；失真絕對值和通常具有較佳的計瞀 效率，因此可用來取代變異數。將4個8乂8區塊之變里數2 =絕對值和相加以求得非内編碼畫面中每娜之相互活 ，(:inter-actlV1ty)，InterAct，然後把非内編碼畫面 中母個MB之IntraAct及其InterAct拿來作比較，以判斷 i-j 第18頁 0702-7606twF(nl) ； 90P132 ； Lm.ptd 1232684 五、發明說明（14) I^iterAct是否較小，若是，則以InterAct作為該Μβ之活動 量，並以相互模式（inter-mode)編碼該mb ;否則以

IntraAct作為該MB之活動量，並以自身模式（intra_m〇d 編碼該MB。最後，對目前的ί _、p_或R佥； 7曰月J扪丄尸或晝面，將所有MB之 活動篁相加而得全活動量Au)，移動估算單元31〇再把全活 動量A⑴傳送給複雜度估計器32〇以及參數更新器。 接著，複雜度估計器32 0為某種型態的目前晝舒⑴估 异其複雜度，且依照三播壹而剂At p] 〜種旦面1悲，引進加權係數至預估 的複雜度巧。因為B〜奎而p 丁处、士 m + 、 故可減少B-書面之加預估其他的晝面， 保留較多的：元給卜和較，位元給Β-晝面而 產生最多的位元，因此p :，一般而吕，編碼I -畫面會 加權係數。複雜度估补:晝面之加權二係數又小於卜畫面之 雜度q、cP或cB三者其φ m復 如下方式估算： 中之一，目前畫面P⑴之複雜度e以 if (I-晝面） 1se if (P- ACR^l) 晝 面） 'Cp' ACR(^l) lse if (B- 晝 面）

1232684 發明說明（15)

A(i} ACR(fl) 其中，υ及^^厂係一組連續畫面中，ι、ρ 和Β型態的先w編螞畫面各自的活動量對複雜度之比。這 和^Ci^2l;存放在參數更新器34 0之中， 而複雜度估計器32 0會為適當型態的先前畫面讀取對應的 活動量對複雜度之比。Κι、1?及&分別係卜、卜和β-晝面之 加權係數，其範圍一般是在〇到i · 〇之間。至於丨_晝面，較 佳實施例可以採用1 = i, 0。 一

目標位兀分派器330可為一組連續畫面中的三種型能 :I-晝面、P-晝面及B-畫面分別儲存其複雜度匕、複雜，度

Cp與複雜度CB。<t故到C2.之時，視目前畫面p( ， 母次僅更新複雜度C〗、CP、CB三者其中之一，如下. if (I-晝面） el se if (P-畫面）

GO else if (B-晝面）

如第5圖所示之較佳實施例’目標位元分派器33〇係由瞬間 位兀率計算器510、配額計算器5 20以及限度單元53〇所組 成。瞬間位元率計算器510為該組連續畫面更新立瞬間複

1232684 五、發明說明（16) 如下

雜度 JJVST_C

IN^T^C^NIxCI-l· NpxCp^NBxCB 其中’ N!、NP和nb分別是一組連續晝面中卜、p一及B—畫面之 數目。在此同時，瞬間位元率計算器5 1 〇還從參數更新器 340讀取這組連續晝面之統計複雜度STAT—C，並且依據下 式計异一組連續晝面之瞬間位元率I nst_r :

(INS7_C KSTA7_C \ 其中’ ERmean係本組連續畫面之既定平均位元率，gp係一縮 放因子，其範圍在〇到1之間；而瞬間位元率INST—R最好限 制在這組連續晝面的最大、最小位元率ER_^及之間。 配額計算器52 0接著分配目標位元額度ΤΒ⑴給目前書面 Ρ(1)，而目標位元額度ΤΒ⑴係根據 | ΤΒ(ϋ = ^est Jnst c

XINST R 但是’貫際的消耗位元數並不會和期望的位元額度剛 等，因此發展一種回授策略來使晝面實際消耗的位元』 近於目標位元額度’在較佳實施例中，編碼至目前為止、 超用位元量，可由正在編碼的目前晝面攤還一部份·· 的

TB(i) = TB(i)-ARxEB 其中，EB係參數更新器3 40傳來的超用位元量，AR則係艮 定的攤還率，其範圍一般是在〇· 05到0·2之間。按照前5

1232684 五、發明說明（17) 的式子，目標位元額度TB⑴係與目前畫面之複雜度θΐ以及 —組連續晝面之瞬間位元率IN S T 一R成正比，而與一組連續 晝面之瞬間複雜度成反比。限度單元5 3 0則能用來 调整目標位元額度ΤΒ(1)以符合VBV規範，因此事先定下了額 度的上限（ILbound)及下限（L-bound)。就固定位元率（CBR )的操作而言，分配給一張畫面的目標位元額度須使VBV緩 衝器不會滿溢或匱乏，所以限度單元5 3 0將目標位元額度 丁 B⑴限制在上、下限範圍内·· if ( TB⑴〉U—bound) then TB⑴=U—bound if ( TB(1) < L—bound) then TB⑴=L—bound 若是可變位元率（VBR)，則只要防止VBV匱乏即可，故： if ( TB(1) > U — bound) then TB⑴=U-bound 然後’目標位元額度TB⑴會被傳送到參數更新器3 40以及影 像編碼器3 5 0。 回到第3圖’影像編碼器3 5 0透過訊號線31 2從移動估 异單元3 1 0接收晝面資料以及每個μ B的移動向量和Μ B模式 。為了儘可能的使晝面達到最佳品質，影像編碼器3 5 〇依 據目標位元額度ΤΒ(1)來決定目前晝面的每個Μβ編碼所用之 量化位階’以這些資料為基礎，影像編碼器3 5 〇開始對目 前畫面Ρ⑴進行編碼且輸出編碼後的資料⑶。在目前晝面 Ρ(1)編碼之後，影像編碼器3 5 〇將所用的量化位階做平均並 且計算實際消耗位元數UB⑴，再回報目前畫面的ϋΒ⑴以及 貝際所用量化位階之平均值AQ⑴給參數更新器340。

1232684 五、發明說明（18) 晝面：p數二會面為八一：連續晝面中之三種型態：1_ ^〇Γ 一 刀別儲存其複雜度統計量sq、SCp 興84，並且取晝面之複 — 1

〜旦面之稷雜度統計量，如下· 但I谿T丨j I 權係數。換言之，’'二面、卜晝面及β—晝面之既定加 SCI、SC «C口# ^又據耵晝面Ρ⑴的型態，複雜度統計量 I 或SCB母次只有其中一個會被更新： if (I-晝面） L· 松 SC： ^ SCI" (WI ^1)+ w2 else if (p—畫面） scr ^ SCP ' (WP^}) + Wp else if (b-畫面）

scr =： " (WB ^ jj + C^J 一般是在200至2000之間。參數更 程式計算一組連續晝面之統計複

其中，Wi、Wp和WB的範圍 新器3 4 0接著以下列的方 雜度STAT_C， STATIC ^ Nj X ^ + ΛΓΡ X + NB x SC‘ 1232684

五、發明說明（19) 其中，乂、NP和NB分別是每組連續畫面中卜、p-及B-畫面之 數目。晝面P(1)之目標位元額度^⑴以及實際消耗位元婁 UB(1)間的差距’會由參數更新器wo做累計以便在畫面P 編碼之後付到超用位元量E B : EBx(^L-AR)^UQa) _ Τβ〇) 其中’ AR係既定的攤還率。因此，活動量和實際衩雜度 間的關係，ACR(1)，可從以下計算得到 ACRU)= A(i)— AQU) x 這個剛編碼完成晝面P(1)所屬之ACR⑴可用來預估下 張一 / 型態畫面之複雜度。為使ACR⑴不會受到富含雜訊畫面的影 響，較佳實施例利用了 ACR⑴和ACRU-1)的線性組合，例 如： if (I-晝面） ACR}0 = ACR(^l) x (l - CW)^ ACR(i) x CW else if (P—晝面）

ACR(；} = ACR(；-l) x (1 ~ CW)^ ACR(i) x CW el se i f (B—晝面）

ACR(^ = ACRTl) X fl ~ cw)+ ACR(i) x CW 其中，CW係線性組合既定之加權係數。更新過的、 及〃會被傳送到複雜度估計器3 2 0，以便為下一 張適當型態的晝面估算其複雜度，此外，超用位元量EB以

0702-7606twF(nl) ； 90P132 ； Lin.ptd 第24頁 1232684 五、發明說明（20) 及統計複雜度STAT_C則送至目標位元分派器330作為位元 分配之用。 雖然本發明已以一具體實施例揭露如上，然其僅為了 易於說明本發明之技術内容，而並非將本發明狹義地限定 於該實施例，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍内，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護 範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

0702-7606twF(nl) ； 90P132 ； Lm.ptd 第25頁 1232684 圖式簡單說明 第1圖係以顯示的順序呈現典型的畫面群組（GOP ); 第2圖係MPEG之大區塊； 第3圖係本發明的可變位元率控制裝置其較佳實施例 之方塊示意圖； 第4圖係本發明之操作流程圖；以及 第5圖係第3圖中的目標位元分派器之方塊示意圖。 【符號說明】 3 0 0〜動態影像壓縮裝置； 31 0〜移動估算單元； 31 2〜訊號線； 32 0〜複雜度估計器； 3 3 0〜目標位元分派器； 34 0〜參數更新器； 3 5 0〜影像編碼器； 5 1 0〜瞬間位元率計算器； 5 2 0〜配額計算器； 5 3 0〜限度單元； P⑴〜晝面； A(1)〜全活動量； β〜預估複雜度； ACR(1)〜活動量對複雜度之比； EB〜超用位元量；

0702-7606twF(nl) ； 90P132 ； Lin.ptd 第26頁 1232684 圖式簡單說明 STAT — C〜統計複雜度； ΤΒ(υ〜目標位元額度； AQ(1)〜實際所用量化位階之平均值； UB(1)〜實際消耗位元數； CD〜編碼後的資料； INST_R〜瞬間位元率； INST_C〜瞬間複雜度。

0702-7606twF(nl) ； 90P132 i Lm.ptd 第 27 頁

Claims (1)

1232684

含： 種動悲影像壓縮之可變位元率控制裝置，至少包 中即將被編碼之 動量； 動估异單元，接收一視訊序列裡的心& 目前晝面，以計算該目前畫面之 全活 該* 雜度估計器，基於該目前晝面之該全活動量以及 且連績晝面中一同型態的先前編碼晝面其活動量對複雜 又之比，來估計該目前畫面之^複雜度； ^ 目‘位兀分派器，以該目前晝面之該複雜度更新該

广^續畫面之一瞬間複雜度，益且基於該組連續畫面之一 f 1 I均位兀率、一統計複雜度及該瞬間複雜度來計算該 $、續晝面之一瞬間位元率，而根據該目前晝面之該複雜 二、該組連續晝面之該瞬間複雜度及該瞬間位元率，分配 一目標位元額度給該目前畫面；以及 ^ 茶數更新斋’根據該目前晝面之該全活動量、該目 刖旦面之一貝際消耗位元數和編碼該目前晝面實際所用量 化位階之一平均值，計算該目前晝面其活動量對複雜度之 比’並且基於該目前晝面之該複雜度來計算該組連續晝面 之該統計複雜度；

其中’該目前晝面的該活動量對複雜度之比與該目前 畫面之該全活動量成正比，而與該目前晝面之該實際消耗 位元數以及該目前晝面實際所用量化位階之該平均值成反 2.如申請專利範圍第1項所述動態影像壓縮之可變位

六、申請專利範圍 兀率控制裝置，更至少包含一旦 面之上述目標位元額度而決定曰，态，依上述目前晝 個量化位階，該些量化位階係了晝f所使用之複數 空間區域編碼之用，該影像 f述目珂畫面中的每一 上述目前畫面，且將上該；量化位階編碼 以及上述目# ί面實際所肖量 耗位元數 上述參數更新器。 匕位卩白之上述平均值回報給 <工市』灰置 具中上述冷夏雜；^ /士士 +毋、& 7丄1 目前查ρ…^ + 度估计态所估計得到的上述 目月】旦面之上述禝雜度，係依據一方程式： Cest ^Κχ A ACR 其中，cest係上述目前畫面預估的上述複雜度，K係一既定 =加權=，其範圍在〇到丨之間，△係上述目前晝面之上述 王/舌動$ ’ ACR係上述同型態的先前編碼晝面复活動量對 複雜度之比。 /' 4·如申請專利範圍第2項所述動態影像壓縮之可變位 凡率控制裝置，其中上述參數更新器計算上述目前畫面其 活動量對複雜度之比，係依據： ACR = A AQxUB 其中，ACR代表上述目前晝面其活動量對複雜度之比，a係 上述目前晝面之上述全活動量，AQ係上述目前晝面實際所 用量化位階之上述平均值，UB係上述目前晝面之上述實際

0702-7606twF(nl) ； 90P132 ； Lin.ptd 第29頁 1232684 ----—-- 六'申請專利範圍 消耗位元數 畫面中之三種型態2Γ% =器！上述一組連續 複雜度Cl、複雜度。與複：产c，；面？-晝、面t別儲存其 6. 種型態中同型態晝面之複雜度。 元率控制裝ΐ，目項j述動態影像壓縮之可變位 -瞬間位元c位_器至少包含·· 為基礎，來更新上』：：連：2目两畫面之上述複雜度 ，其中該函晝：：上述瞬間位元率 位元率、上述瞬間複雜度及上述；；上述既定平均 一組連續畫面之上述瞬門旦面之上述複雜度、上述 礎’來分配，目標位：額；率=述瞬間複雜度為基 上限度單元’用來將上述目標位元額度限制在一既定 7·如申請專利範圍第6 組連績晝面之上述瞬間複雜度，係求侍的上述一 贿一 c，xC，NpxCp + :^ 其中’INST-C代表上述瞬間複雜度1、NP和NB分別係上述 0702-7606twF(nl) ； 90P132 ； Lm.ptd 第30頁 1232684 六、申請專利範圍 、、且連續晝面之中上述I〜、p—及B 一畫面的數目。 一…8·如申請專利範圍第6項所述勳態影像壓縮之可變位 ^控制裝置，其中上述瞬間位元率計算器計算上述一組 、，畫面之上述瞬間位元率，係根據： neon / 1 + ^F- (ιι^τ^οΛ) \ [static )) INST R，· 中ERmean係上述一組連續畫面之上述既定平均位元率， SF係一縮放因子，其範圍在〇到1之間，INST—c、STAT—c分 =係上述一組連續畫面之上述瞬間複雜度與上述統計複雜 又’ INST—R代表上述瞬間位元率。 一…9·如申請專利範圍第8項所述動態影像壓縮之可變位 =率控制裝置，其中上述瞬間位元率係限制在上述一組連 =晝面之一既定最大位元率以及一既定最小位元率的範圍 一、，1 0 ·如申咕專利範圍第6項所述動態影像壓縮之可變位 兀率控制裝置，其中上述配額計算器分配給 :严目標位元額度係與上述目前畫面之上述複雜度：及 二組連續晝面之上述瞬間位元率成正比，而與上述一 、、且連，畫面之上述瞬間複雜度成反比。 額乂告:八中上述限度早兀進一步將上述目標位元 額度限制在一既定下限之上。 12.如申請專利範圍第2項所述動態影像愿縮之可變位 1232684 六、申請專利範圍 =率控制裝置，其中上述參數更新器為上述_組連續晝面 声2 型態：卜晝面、P—畫面及B-畫面分別儲存其i雜 又、、、4 i S 、複雜度統計量s cP與複雜度統計量§ cB，並且 t上述目前晝面之上述複雜度來更新該三種型態^ 旦面之複雜度統計量，如下： 工心、 =下標x所代表之1、ρλβ型態端視上述目前晝面之 定，Wl、W々Wb分別係卜晝面、卜晝面及β-晝面之既 σ推係數’ cest係上述目前晝面之上述複雜度。 / 3•如申請專利範圍第丨2項所述動態影像壓 率控制裝置，其中上述參數更新器計 “ 晝面之上述統計複雜度，係根據： 、、、且連、戈 STAT^C^Nj x SCT + χ SCp + NBxSCB ΐ:連SJA*T面上述統計複雜度，、ν々νβ分別係上述 連、，、只晝面之中上述I -、Ρ-及Β-晝面的數目。 元率1控4 扭f ar ^ ·，、中上述一、，且連續晝面至少包含一畫面群

訊標準。P 〇 1)1以111^，〇〇1>)，且該晝面群組符合％?£0視 1 5 · —種目標位元分派器，至少包含： 續*::Ξ ί率計算器’接收一視訊序列所含的-組連 、…中即將被編石馬的一目前晝面之一複雜度以及該組連

0702-7606twF(nl) ； 90P132 ； Lin.ptd

第32頁 1232684 六、申請專利範圍 續畫面之一統計複雜声， 礎，來更新該组連續^ 以該目前晝面之該複雜度為基 來計算該組連續畫面=—^ 一瞬間複雜度，並根據一函數 於該組連續晝面之—二瞬間位元率，其中該函數係取決 瞬間複雜度； 疋平均位元率、該統計複雜度及該 一配額計算器，以誃 、— 晝面之該瞬間位元率 / 則旦面之該複雜度、該組連續 標位元額度仏誃目^ 2該瞬間複雜度為基礎，來分配一目 -限度;以& 限之下。 采將該目標位元額度限制在一既定上 型態晝面、P查盗為上述一組連續畫面中之三種 雜度cp與複雜产c，及卜晝面分別儲存其複雜度Cl、複 t B亚以上述目前畫面之上述複雜度來更 \ ΙΛ~ i恝中同型態晝面之複雜度，而求得的上述一組 連續畫面之上述瞬間複雜度’係根據： 厕T—c = NiXC! + NpXCp + NsXCs 其中’ INST一C代表上述瞬間複雜度，Νι、Np和化分別係上述 一組連續晝面之中上述丨―、卜及卜畫面的數目。 1 7 ·如申請專利範圍第丨5項所述之目標位元分派器， 其中上述瞬間位元率計算器計算上述一組連續晝面之上述 瞬間位元率，係依下列函數： I 第33頁 0702-7606twF(nl) ; 90P132 ; Lin.ptd 1232684 六、申請專利範圍

r INSTΛ' kS7aFc l 1 + SF· 丽一 R=ER^an· 其中，ERm⑽係上述一組連續晝面之上述既定平均位元率， S F係一縮放因子，其範圍在〇到1之間，；[ns T_ C、S T A T C八 別係上述一組連續晝面之上述瞬間複雜度與上述統計複= 度’INST—R代表上述瞬間位元率。 ” 1 8 ·如申請專利範圍第丨5項所述之目標位元分派器， 其中上述配額计异器分配給上述目前晝面之上述目標位一 額度係與上述目前晝面之上述複雜度以及上述一組連續$ 面之上述瞬間位元率成正比，而與上述一組連續畫面之^ 述瞬間複雜度成反比。 '一 1 9.如申请專利範圍第1 5項所述之目標位元分派器， 其中上述一組連續畫面中之三種型態：I -晝面、p—書面及 畫面分別具有複雜度統計量SCi、複雜度統計與複 雜，統計量SCB，並且該三種型態中同型態晝面之複p雜度統 计量係取上述目前晝面之上述複雜度以下列方程式更新： 一 1)+乙 其，，該下標x所代表之I、P及B型態端視上述目前畫面之 ?態:定，W]、W々WB分別係I-畫面、P—晝面及B〜畫旦面之既 疋加權係數’ cest係上述目前晝面之上述複雜度。 20 ·如申請專利範圍第1 9項所述之目標位元分派器， 其中上述一組連續晝面之上述統計複雜度，係根據：°

1232684 六、申請專利範圍 STAT _C=NjX SCj + ΛΓΡ x SCP ^NBx SCB 其中，STAT_C代表上述統計複雜度，N:、NP和％分別係上述 一組連續晝面之中上述I -、P-及B-晝面的數目。

0702-7606twF(nl) ； 90P132 ； Lin.ptd 第35頁