CN1366779A

CN1366779A - 联合比特率转码中的比特率分配

Info

Publication number: CN1366779A
Application number: CN01800956A
Authority: CN
Inventors: P·加特平
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2002-08-28
Anticipated expiration: 2021-04-06
Also published as: WO2001080571A1; KR20020026190A; US7672371B2; KR100796177B1; CN1197386C; EP1277350A1; JP2003531533A; US20010038668A1; US20100040142A1

Abstract

本发明涉及包括一组转码器(TC[1]至TC[n])、控制器(CONT)和多路复用器(MUX)的多路复用系统。该组转码器包括n个转码器,每个转码器(TC[i])可以将以输入比特率(Rin[i])编码的输入压缩数据信号(ICS[i])转换为以输出比特率编码(Rout[i])的输出压缩数据信号(OCS[i])。控制器(CONT)在调整过程中从每个转码器接收参数信息和视频编码复杂度,并随后根据在多路复用器输出可获得的全部比特率容量计算分配给每个转码器(TC[i])的比特率(Rout[i])。控制器还接收来源于输入压缩数据信号(ICS[i])的参数信息,该信息用于改进比特率分配策略。最后,多路复用器(MUX)通过多路复用输出压缩数据信号(OCS[1]至OCS[n])提供多路复用数据信号(MS)。

Description

联合比特率转码中的比特率分配

发明领域

本发明涉及控制一组数据压缩通道的方法。数据压缩通道可以是，例如，相应于不同节目的处理MPEG编码数据信号的转码通道。转码后的节目可以多路复用以形成所谓的束。束可以传输给接收机，接收机从束中选择和解码给定的节目。

发明背景

公开号为WO95/29559的国际专利申请描述了一种多路复用系统，用于控制多个通道处理器。参考图1来描述多路复用系统，该系统包括：

用于提供多路复用信号(MS)的多路复用器(MUX)，

多个通道处理器(CP[1]至CP[n])，每个通道处理器(CP[i])具有用于接收输入信号(IS[i])的数据输入的控制输入，用于提供表示相应输入信号复杂度的复杂度信号的复杂度输出，和用于向多路复用器的相应输入提供输出数据信号(OS[i])的数据输出，和

响应于复杂度信号的比特率分配器(CONT)用于以复杂度信号的函数向通道处理器的相应控制输入提供比特率控制信号，其中来自通道处理器(CP[i])的输出数据信号(OS[i])的比特率(Rout[i])是相应于输入数据信号和输入数据信号组合的复杂度的函数。

在这样的多路复用系统中，通道处理器(CP[i])的输出数据信号(OS[i])的比特率(Rout[i])等于：

Rout [i] = \frac{X [i]}{Σ_{j = 1}^{n} X [j]} Rtot

其中-i是通道处理器号，

-X[i]是在滑动窗口的基础上的先前图象组(在下文中称为GOP)的复杂度，即对GOP的所有图象的图象平均量化等级Qpic和用于编码该图象的比特数Tpic的乘积的总和：

-Rtot是在多路复用器的输出可获得的全部比特率容量：

发明概述

本发明的目的是提供一种控制一组转码通道的方法，它为不同的转码通道提供更好的比特率分配，并因此提供更好的转码节目视觉质量的发送。本发明主要考虑以下方面。

现有技术的多路复用系统提出了一种控制一组编码通道的方法。在该方法中，每个编码通道(CP[i])接收全部比特率容量Rtot中，就所有编码通道的全部编码复杂度来说，与该编码器所具有的编码复杂度X[i]比例相当的Rout[i]。

这种全部带宽在对应于不同输入信号(IS[1]至IS[n])的所有节目中的分配对于它们的复杂度的不一致并不总是足够适当而健全的，所以复杂节目的比特率分配有时与其它节目的比特率分配相比是不成比例的。在这些情况中，该比特率分配会导致较低复杂度节目的视觉质量的下降。

按照本发明的控制一组转码通道的方法包括：

●对各个转码通道计算压缩数据质量的指示的步骤，所述指示从输入压缩数据信号计算得出，

●对应于转码通道的指示和指示的总和，从全部输出比特率对转码通道分配输出比特率的步骤。

这种控制一组转码通道的方法使用已经为转码应用确定的指示，从而保证了全部比特率在不同转码通道中的更好的分配。而且，该指示来源于输入压缩数据信号的事实使它的数值独立于由转码器执行的调整步骤，所述调整步骤是用于计算应用于输入压缩数据信号的量化等级，以在转码器的输出达到给定的比特率。这样，该方法能够避免比特率分配中由于可能发生的调整不匹配引起的偏差。

本发明进一步涉及一种用于控制一组转码器的比特率分配的控制器，还涉及包括至少两个转码器和这种控制器的多路复用系统。

参考下文描述的实施例本发明这些和其他的方面将变得显然并阐述清楚。

附图简要说明

本发明现在将通过示例参考相应的附图进行详细描述，其中：

图1是按照现有技术的多路复用系统的方框图，

图2是按照本发明的多路复用系统的方框图。

发明详述

本发明涉及控制一组转码通道的改进方法。该方法是对MPEG-2压缩数据信号描述的，但是显而易见，对于本领域的技术人员来说，本发明的范围并不限于这种特定的情况，本发明还可以应用于比如MPEG-4、H-261或H-263标准提供的任一类型的压缩数据信号。图2描述了按照本发明的多路复用系统。该多路复用系统包括一组转码器(TC[1]至TC[n])、控制器(CONT)和多路复用器(MUX)。

该组转码器包括n个转码器，其中n是至少等于二的整数。每个转码器(TC[i])可以将以输入比特率(Rin[i])编码的输入压缩数据信号(ICS[i])转换为以输出比特率(Rout[i])编码的输出压缩数据信号(OCS[i])。这样的转码器用于减少压缩数据信号的比特率(Rout[i]＜Rin[i])，以适应广播应用产生的传输限制。

当至少两个MPEG-2转码节目同时转码时，有可能以这样的方式联合控制分配给每个转码节目的比特率，即可以固定或变化的全部比特率(Rtot)在转码节目间共享。这种技术称为联合比特率转码。采用这种技术执行比特率分配，是为了在每个转码器产生符合MPEG-2的输出压缩数据信号的情况中，获得在转码节目间平均分配的整体图象质量。为此目的，控制器(CONT)在调整过程中从每个转码器接收参数信息和视频编码复杂度，并随后计算分配给每个转码器(TC[i])的比特率(Rout[i])。在本发明中，控制器还接收来源于输入压缩数据信号(ICS[i])的参数信息，该信息用于改进比特率分配策略。

最后，多路复用器(MUX)通过多路复用输出压缩数据信号(OCS[1]至OCS[n])以全部输出比特率(Rtot)提供多路复用数据信号(MS)。

联合比特率转码的目的是在所有转码节目中平均图象质量。为此，控制一组转码通道的方法计算相应于每个转码通道(TC[i])的压缩数据质量的指示IND[i]。在现有技术中，该指示是：

IND_BA[i]＝X[i]，

其中 -i是转码通道号，

-X[i]是在滑动窗口基础上从输出压缩数据信号(OCS[i])计算得出的先前GOP期间的复杂度。

如前所述，该指示不能给出满意的结果。按照MPEG-2标准的测试模型5(参见ISO-IEC/JTC1/SC29/WG11)，在亮度或色度上具有高平均宏块复杂度的图象，即具有许多细节的区域，可以比其它区域有更多劣化。本发明考虑到该效果而在比特率计算中引入了加权因数wf[i]。而且，为了与其它节目相比提高或降低节目质量，对最佳比特率分配使用额定目标比特率值Rtar[i]。结果，相应优选实施例的指示IND[i]如下计算：

IND [i] = \frac{X [i] \cdot Rtar [i]}{wf [i]}

分配给转码通道(TC[i])的最佳输出比特率(Rout[i])然后如下计算：

Rout [i] = \frac{IND [i]}{Σ_{j = 1}^{n} IND [j]} \cdot Rtot

如图2所述，加权因数wf[i]来源于未解码的输入压缩数据信号(ICS[i])。加权因数在控制一组转码通道的方法中可以被看作是反馈，并用于补充复杂度值X[i]，该后面的值X[i]是从输出压缩数据信号计算得出的。wf[i]的计算是以可以是预测编码图形或内编码图象的图象的级别实现的。

在第一实施例中，对号码为t的当前编码图象，加权因数wf1[i，t]是通过在编码顺序中先于当前图象的一组Lmax个编码图象，从整个图象的平均量化等级和用于编码同一图象的比特数的函数的平均而计算得出的。所述加权因数等于：

wf 1 [i, t] = Σ_{L = 1}^{L \max} (C 1 + C 2 \cdot Q (i, t - L) \cdot T (i, t - L))

其中-Lmax是预定义的整数(比如等于2M，M是预测编码图象和下一内编码或预测图象间的距离)，可以使wf1[i，t]的计算在时间上平滑，

●Q(i，t-L)是号码为t-L的图象的平均量化等级，

●T(i，t-L)是用于编码号码为t-L的图象的比特数，平均量化等级Q(i，t-L)与比特数T(i，t-L)的乘积和复杂度X(i，t-L)性质相同，

●C1和C2是用于平滑复杂度X(i，t-L)的总和的整数。系数C1等于8而系数C2等于1能够保证该方法的良好稳定性。

在第二实施例中，加权因数wf2[i，t]是从该组Lmax个编码图象计算的一组(Kmax+1)平均的加权平均计算得出的，它等于：

wf 2 [i, t] = Σ_{K = 0}^{K \max} [a_{K} Σ_{L = 1}^{L \max} (C 1 + C 2 \cdot Q (i, t - K - L) \cdot T (i, t - K - L))]

其中

●Kmax是预定义的整数(比如等于M)，可以使wf2[i，t]的计算在时间上平滑，

●a_K是一组加权系数，用于定义向该组Lmax个编码图象计算的平均应用的时间加权窗口。加权系数a_K例如是{a0＝0.6；a1＝0.3；a2＝0.1}，而且该系数对于临近当前图象的图象要比远的图象大。

在该第二实施例中，归因于该组Lmax个编码图象的平均的第一平滑与归因于加权平均的第二平滑结合，提供了控制一组转码通道的方法的良好的稳定性和良好的效率。

由于在比特率再分配策略中使用加权因数，所以获得了较好的转码节目质量。这样，比特率的子分配不再对低复杂度的压缩数据信号执行，同时较复杂的信号被正确转码。对输入MPEG-2节目复杂度不同的考虑导致了全部带宽的更好的分配。另外，对每个输入压缩数据信号执行的额外计算不仅值得，而且可以不考虑每个转码通道的调整步骤而使用输入信号特性。结果，这样的控制一组转码通道的方法排除了某些困难的转码条件下比特率分配的偏差。

可以使用适于编程的集成电路执行控制方法。比如包含在计算机程序存储器中的一组指令，它可以使集成电路执行控制方法的不同步骤。该组指令可以通过读取例如磁盘的数据载体而装载进程序存储器中。该组指令也可以通过服务提供者经例如互联网的通信网络而得到。

权利要求中的任何参考符号不应解释为对权利要求的限制。注意，动词“包括”和它的变位不排除任何权利要求中定义的以外的任何其它步骤或单元的存在。单元或步骤之前的单词“一个”不排除多个所述单元或步骤的存在。

Claims

1.一种控制一组转码器通道(TC[1]至TC[n])的方法，一个转码通道(TC[i])可以将以输入比特率(Rin[i])编码的输入压缩数据信号(ICS[i])转换为以输出比特率编码(Rout[i])的输出压缩数据信号(OCS[i])，所述控制方法包括：

对每个转码通道计算压缩数据质量的指示的步骤，所述指示是从输入压缩数据信号(ICS[i])计算得出的，

根据全部输出比特率(Rtot)，它相应的指示和转码通道的指示的总和对转码通道(TC[i])，分配输出比特率(Rout[i])的步骤。

2.如权利要求1所述的控制一组转码通道的方法，其中指示是通过一组编码图象从图象的平均量化等级和用于编码同一图象的比特数的函数的平均而计算得出的。

3.如权利要求2所述的控制一组转码通道的方法，其中指示是从对一组编码图象计算的一组平均的加权平均计算得出的。

4.一种用于控制一组转码器(TC[1]至TC[n])的控制器(CONT)，转码器(TC[i])可以将以输入比特率(Rin[i])编码的输入压缩数据信号(ICS[i])转换为以输出比特率编码(Rout[i])的输出压缩数据信号(OCS[i])，所述控制器包括：

对每个转码器计算压缩数据质量的指示的装置，所述指示是从输入压缩数据信号(ICS[i])计算得出的，

根据全部输出比特率(Rtot)，它相应的指示和转码通道的指示的总和对转码通道(TC[i])，分配输出比特率(Rout[i])的装置。

5.一种数据多路复用系统包括：

一组转码器(TC[1]至TC[n])，用于将以输入比特率(Rin[1]至Rin[n])编码的输入压缩数据信号(ICS[1]至[CS[n])转换为以输出比特率编码(Rout[1]至Rout[n])的输出压缩数据信号(OCS[1]至OCS[n])，

控制器(CONT)，用于控制一组转码器并包括：对每个转码器计算压缩数据质量的指示的装置，所述指示是从输入压缩数据信号(ICS[i])计算得出的，根据全部输出比特率(Rtot)，它相应的指示和转码通道的指示的总和对转码通道(TC[i])，分配输出比特率(Rout[i])的装置，

多路复用器(MUX)，用于通过多路复用输出压缩数据信号(OCS[1]至OCS[n])以全部输出比特率(Rtot)提供多路复用数据信号(MS)。

6.一种用于控制器(CONT)的计算机程序产品，包括一组指令，当被装载到控制器中时，该指令使控制器执行权利要求1至3中所述的控制方法。