視頻編解碼的方法及其裝置的製作方法

2023-07-12 11:15:41 1

專利名稱：：視頻編解碼的方法及其裝置的製作方法
技術領域：
：本發明與視頻技術有關，尤指一種具有時變流量的視頻編碼裝置及其方法。
背景技術：
：數字視頻應用已廣泛使用在日常生活當中。為了降低數據傳輸所需的頻寬及儲存所需之空間，許多視頻壓縮技術及相關標準也應運而生。如應用於多媒體之MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4以及應用於視頻會議之H.263等等。舉例來說，MPEG-1的幀率為固定的、應用於DVD的MPEG2的幀率亦為固定的，如每秒29.97張幀。其他的視頻標準(如MPEG4，H.263)則是允許可變之幀率，即幀率可以在編碼的過程中作變動。該些視頻壓縮標準使用離散餘弦轉換(DCT)、移動補償(motioncompensation,MC)(其有關於移動估計及移動補償預測)、量化及可變長度編碼(VLC)來建立數據塊(blocks)。上述的技術內容及其實施方式為本領域的技術人員所知悉，故於此不再贅述。視頻編碼器(videoencoder)在視頻傳輸的應用，基於信道率(channelrate)來產生視頻位流(bit-strearn)，並經由網絡而傳送至視頻解碼器(videodecoder)端；另，視頻編碼器在數據儲存的應用，基於可得的儲存空間(如硬碟)來產生視頻位流，並經由儲存空間的讀寫機制來將視頻位流載入至儲存空間(如硬碟)中。請參閱圖1，其是現有技術的視頻編碼裝置的功能方塊圖。然，在實際數字視頻應用狀況，經常會有傳輸通道壅塞(congestion)、儲存空間不足或是儲存設備忙碌(例如被緊湊地分段(segmented)時，則磁碟之寫入率會明顯下降)的狀況而造視頻分組漏失的情形發生。現有方法無法實時地調整輸出率，因而導致視頻數據漏失而產生一不佳的視頻品質。現有方法在一固定幀率視頻標準下，則無法針對此一現象來作實時的(real-time)位流調整，導致一見頻分組漏失而產生不佳的視頻品質。因此，如何通過實時的位流調整及且仍符合(固定或非固定)視頻幀率標準下來改進視頻數據漏失、視頻畫面重現(playback)不平順及視頻畫面跳動運動(jumpymotion)等等現象，進而改善不佳的視頻品質，實為一重要的議題。
發明內容本發明的目的之一，在於提供一種用於視頻位流編碼之具可變幀率的系統，且在視頻壓縮標準上仍是使用固定幀率。本發明的目的之一，在於通過仿真(emulate)在位流中的跳躍幀(skippedframes)以產生優選的位流。本發明的目的之一，在於提供一種視頻編碼的裝置及其方法，可進行位流調整，以解決上述之問題。而且，無論網絡架構、儲存元件或視頻標準是採用何種種類、型式的格式或標準，視頻的品質皆可通過本發明而得到大幅地改善。承上所述，可見本案不啻為一新穎的發明。圖1是現有技術的視頻編碼裝置的功能方塊圖2是本發明的視頻編碼裝置的實施例的功能方塊圖3是本發明的視頻編碼裝置的另一實施例的功能方塊圖4是MPEG-2視頻標準的視頻位流序列的結構；及圖5(a)與圖5(b)是本發明的視頻編碼方法的實施例。主要元件符號說明100視頻編碼裝置10視頻編碼器12緩沖器200視頻編碼裝置20前處理電3各22視頻編碼器24控制電路26緩沖器28接口30檢測單元300視頻編碼裝置具體實施例方式本說明書及後續的申請權利要求中所提及的「耦接」一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。請參閱圖2，其是本發明的視頻編碼裝置的實施例的功能方塊圖。由圖2所示，本發明的視頻編碼裝置200包含有前處理電路20、視頻編碼器22、控制電路24、緩衝器26及一接口28(未繪示於圖中)。若該視頻編碼裝置200與一硬碟(儲存設備)相耦接，則該接口28可為可與硬碟相耦接的一接口，例如是一SATA、IDE、SCSI等硬碟接口；若該視頻編碼裝置2Q0與具有網絡接口之設備相耦接，則該接口28可為一網絡收發器(transceiver)，該收發器可為一無線(wireless)收發器，符合3G規格、全球互通微波存取(WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess,WiMAX)規格(IEEE802.16x規格)、WLAN*見範(例如是IEEE802.lla、IEEE802.llb、IEEE802.llg、IEEE802.lln等WiFi規範)或是一有線收發器，是符合相關網絡規格(例如是IEEE802.3規格)。當然該接口28可同時包括網絡收發器與硬碟接口。控制電路24包含有一檢測單元30、一第一臨限值及一第二臨限值，該檢測單元用於判定緩衝器26的使用狀況(即，容量)；當數據量超過該第一臨限值時，即表示緩沖器26將上溢(overflow)(可能是傳輸通道壅塞或是儲存設備處於忙碌中)而需調降該視頻編碼器22輸出的視頻數據的流量，以防止視頻數據漏失；當數據量低過該第二臨限值時，即表示緩衝器26將下溢(underflow)(可能是傳輸通道已順暢或是儲存設備處於可存取中)而可調升(或是回復至原先設定)該視頻編碼器22所輸出之位流的流量，以維持較好的視頻品質。圖2的信號S3代表著該緩沖器26的使用狀況之資訊，該控制電路24依據信號S3得知該緩沖器26的使用狀況。一實施例，信號S3是該緩沖器26的寫入指針(writepointer)及讀取指針(readpointer)的值，該檢測單元30(例如是一減法器)系通過計算該緩沖器26的寫入指針(writepointer)及讀取指針(readpointer)來得知緩衝器26內的數據量。一實施例，該檢測單元30包括有一計數器，用於計數該緩衝器26的數據量。該控制電路24尚包括有一比較電路，用於比較該檢測單元30所輸出的信號(代表該緩衝器26的數據量)與該第一(上溢)臨限值、該第二(下溢)臨限值的關係以輸出一調整信號S4至該視頻編碼器22。控制電路24信號產生調整信號S,以告知視頻編碼器22需進行編碼上之調整(例如是壓縮比的調整)以符合緩沖器26空間需求；另，若控制電路24發現現行流量發生異常狀況(例如是因通道中斷或是儲存設備忙碌所造成)，換言之，該緩沖器26將上溢，則控制電路24通過調整信號S^來控制視頻編碼器22暫停(pause)運作以避免數據遺失；換言之，視頻編碼器22依據該控制電路24的調整信號S,來決定如何進行編碼(例如是停止壓縮、開始壓縮、壓縮比的調整)。當該調整信號&顯示該緩沖器26的數據量將要(或是已)超過上溢臨限值時，則該視頻編碼器22必須減少輸出的數據量。一實施例，前處理電路20包括有一低通濾波器，該前處理電路20用於依據一第二調整信號S5(或是該調整信號S4)來對一視頻信號予以進行低通濾波的處理，例如第二調整信號S5(或是該調整信號S4)內有告知通道壅塞時，則前處理單元20進行強度較強的低通濾波處理，以增加視頻編碼器22對影像的壓縮比，(即，當數據的高頻成分越少時，則壓縮的效果越好以及壓縮後的數據量越少)。此外，前處理電路20尚括有利用各種噪聲濾除機制的硬體、軟體、或軟硬體相配合，例如是採用滑動牙見窗才幾制(slidingwindowmechanism)來對每——幀進4亍噪聲檢測及濾除；又例如，採用切換機制(switchingmechanism)來對不同頻道信號建立噪聲型樣(noisepattern)以便於進行噪聲檢測及濾除。另一實施例，該前處理電路20可減少數據量的輸出至該視頻編碼器22。即，當該前處理電路20被通知須減少數據量的輸出時，該前處理電路20對該視頻信號予以進行場(field)的剔留；例如前處理單元20可選擇每一幀(frame)傳送兩個場(field)或每一幀只傳送單一場，而在每一幀只傳送單一場模式下，被移除的場是由^皮保留的場以內插法(interpolation)來產生一新的場，然後再將兩者合併以產生一新幀。如此，經過前處理單元20對該視頻信號予以進行相關之預處理而降低輸出至視頻編碼器22的數據量；因此，視頻編碼器22可在無太大的視頻品質損失下達到優選的編碼效率。當然，此機制亦可在通道壅塞，甚至是通道中斷之狀況下提供無分組損失(packetloss)的功能。'視頻編碼器22接收預處理信號S,(即經前處理後之該視頻信號)及調整信號S4，並產生一經編碼視頻信號S2及第二調整信號S5。視頻編碼器22依據調整信號S,產生一第二調整信號Ss或是直接利用該調整信號S4告知前處理電路20動態調整對該輸入視頻信號的處理方式，以及視頻編碼器22依據調整信號S,實時地調整編碼方式以產生該經編碼視頻信號S2;—實施例，該視頻編碼器22的編碼方式可為通過增減替換幀、取樣量化階數的增減、或其他可改變輸出量的方式，然後再依照視頻編碼標準來予以進行編碼。如此，即可以在非固定或固定幀率視頻標準下進行實時的流量調整，用於符合因傳輸通道壅塞或儲存空間不足時的時變流量限制狀況。如前所迷，前處理電路2Q可直接依據調整信號S,來調整對該輸入視頻信號的處理方式，請參閱圖3，其是本發明的視頻編碼裝置的另一實施例的方塊圖。其中該前處理電路20可省略。以下說明增減替換幀的一個實施例。於後續的說明前，請參閱圖4。圖4繪示一MPEG-2視頻標準，MPEG-2是一種固定幀率視頻標準。MPEG-2視頻標準的一見步貞J立流序歹'J(videobitstreamsequence)是由——序歹'J頭(sequenceheader)、多個畫面組(GOP)以及一序歹'J結束碼(sequenceendcode)所組成。且每一畫面組是由一個畫面組頭(GOPheader)及多個畫面(一個I畫面(Intraframe)、多個P畫面(Predictableframe)以及多個B畫面(Bi-directionalpredictableframe))所組成，其中，I畫面是一關鍵幀(keyframe),其是由一離散餘弦變換(DiscreteCosineTransformation,DCT)所產生之一種靜止幀，換言之，即無需通過其他幀來作預測以產生之幀；P畫面利用I畫面或其他P畫面所作之一單向畫面預測(採用一未來之I畫面或P畫面來作預測)而產生的幀；B畫面則是利用I畫面或其他P畫面所作之一雙向畫面預測(採用一未來之I畫面或P畫面以及一過去之I畫面或P畫面來作預測)而產生的幀；這裡，I畫面的數據量最大(即壓縮率最低)，而B畫面的數據量最小(即壓縮率最高)。而每一畫面(picture)是由一個畫面頭(pictureheader)以及多個片(slice)所組成。每一片是由一個片頭(sliceheader)以及多個宏塊(macroblock)所組成。每一宏塊是由一個宏塊頭(macroblockheader)以及六個塊(block)所組成。於此，請對I畫面、P畫面以及B畫面多加留心注意其區別以便在接下來的說明中能順利地理解於實施例中所採用的技術手段的說明。請參閱圖5(a)及圖5(b)，其是本發明的對該輸入視頻信號予以進行場(field)的剔留的示意圖。這裡，茲以MPEG-2;f見頻標準為一實施例來作說明，當然本發明亦適用於其他視頻標準。對於MPEG-2視頻標準而言，該視頻編碼器22或是該前處理電路20可通過剔除非必須幀(B畫面或是P畫面)，並以其他幀來替代，以達到編碼時需符合視頻標準且能動態調整串流列的要求。圖5(a)所示，即是幀剔除前的所有幀；圖5(b)所示，即是本發明所施用之幀增減(剔除)後的變化方法。一優選實施例，第一優先剔除的幀是B幀(因為其所含之資訊量最少)，其次為P幀，利用被保留之幀以內插法(interpolation)或是以保留的幀取代方式(replace)來替補被剔除之幀，以使得幀仍符合MPEG-2視頻標準。如此，在固定幀^L頻標準之環境下運作，仍然可依據傳輸通道流量的大小而動態地改變所傳送的幀數據量，因此便可解決了存儲器不足或上溢、通道壅塞及通道斷線所造成的種種問題。雖本發明的技術內容已以優選實施例揭露如上，但並非用於限定本發明，任何本領域的技術人員，在不脫離本發明之精神所作些許的更動與潤飾，皆應涵蓋於本發明的範疇內。權利要求1.一種視頻編碼裝置，該裝置包含視頻編碼器，用於接收視頻信號以及調整信號，並依據該調整信號對該視頻信號進行編碼以產生編碼視頻信號，其中該編碼視頻信號的數據量與該調整信號相對應；緩衝器，耦接該視頻編碼器，用於暫存該編碼視頻信號；接口，耦接該緩衝器，用於輸出暫存於該緩衝器的該編碼視頻信號；和控制電路，耦接該緩衝器，用於依據該緩衝器的儲存空間情形以產生該調整信號。2.如權利要求l所述的裝置，其中該控制電路還包含檢測單元，耦接該緩衝器，用於依據寫入指針與及讀取指針來確定該緩衝器的儲存空間情形。3.如權利要求2所述的裝置，其中該控制電路具有第一臨限值及第二臨限值，該檢測單元依據該緩沖器的儲存空間情形、該第一臨限值與該第二臨限值的關係以輸出該調整信號。4.如權利要求l所述的裝置，還包括處理電路，耦接該視頻編碼器，該處理電路包括有低通濾波器，該低通濾波器用於對該視頻信號進行低通濾波處理。5.如權利要求4所述的裝置，其中該低通濾波器具有濾波特性，並依據該調整信號以調整該低通濾波器的該濾波特性。6.如權利要求l所述的裝置，還包括處理電路，耦接該視頻編碼器，用於依據該調整信號來對該視頻信號進行剔除代換處理。7.如權利要求6所述的裝置，其中該影像信號包括有至少一第一幀以及多個第二幀，該第一畫面是由離散餘弦轉換(DCT)所產生的幀，該多個第二幀是依據其他幀而產生的幀，其中當該影像信號的幀進行剔除代換的處理時，系優先剔除該多個第二幀中的至少其一。8.如權利要求7所述的裝置，其中該第一幀及該些第二幀中的每一幀皆具有奇場及偶場，且當進行剔除代換處理時，則該奇場或該偶場中至少之一被同一幀中的另一場所取代。9.如權利要求l所述的裝置，還包括處理電路，耦接該視頻編碼器，用於對該視頻信號進行噪聲檢測及濾除處理。10.如權利要求l所述的裝置，其中該視頻信號是符合固定幀率的視頻標準。11.如權利要求l所述的裝置，其中該視頻編碼器依據該調整信號來對該視頻信號進行取樣量化階數增減的處理及依據調整後的取樣量化階數來對該視頻信號進行編碼處理。12.如權利要求l所述的裝置，其中該接口包括有網絡接口與儲存裝置接口中的至少其一。13.—種影像處理的方法，該方法包含接收影像信號；依據調整信號對該影像信號進行編碼以產生編碼視頻信號，其中該編碼視頻信號的數據量與該調整信號相對應；利用儲存單元暫存該編碼視頻信號；利用接口輸出該編碼視頻信號；以及檢測該儲存單元的儲存空間情形，並依據該儲存單元的該儲存空間情形以輸出該調整信號。14.如權利要求13所述的方法，在編碼步驟之前還包括對該影像信號進行下列處理的至少其一低通濾波處理與進行剔除代換處理。15.如權利要求14所述的方法，其中該影像信號包括有至少一第一幀以及多個第二幀，該第一畫面是由離散餘弦轉換(DCT)所產生的幀，該多個第二幀是依據其他幀而產生的幀，其中當該影像信號的幀進行剔除代換的處理時，系優先剔除該多個第二幀中的至少其一。16.如權利要求13所述的方法，其中該編碼步驟還包含根據該調整信號來對該影像信號的進行取樣量化階數增減的處理。17.如權利要求13所述的方法，其中通過該調整信號的控制以避免該儲存單元發生上溢或是下溢的情形。18.如權利要求13所述的方法，其中依據該儲存單元的寫入指針與讀取指針來決定該儲存單元的儲存空間情形。19.如權利要求13所述的方法，其中該影像信號是符合固定幀視頻標準。20.如權利要求13所述的方法，其中該網絡接口電路包括有網絡收發器。21.如權利要求15所述的裝置，其中該第一幀及該些第二幀中的每一幀皆具有奇場及偶場，且當場剔除代換處理在運行時，則該奇場或該偶場中至少一被同一幀中的另一場所取代。全文摘要一種視頻編碼裝置及其方法被揭露。該視頻編碼裝置及其方法適用於在各種幀率視頻標準(包括固定幀率視頻標準以及非固定幀率視頻標準)下進行實時的流量調整，用於符合因各種傳輸環境的時變流量的狀況。該裝置包含視頻編碼器、控制電路、接口及緩衝器。該控制電路依據該緩衝器的容量以調整該視頻編碼器與該前處理電路的至少其一的運作以達到實時的流量調整。文檔編號H04N7/50GK101345871SQ20081008317公開日2009年1月14日申請日期2008年3月7日優先權日2007年3月8日發明者包一鳴,松金申請人:瑞昱半導體股份有限公司