视频编码器及其操作方法技术

本发明专利技术涉及视频编码器及其操作方法。本发明专利技术提供一种视频编码器和操作该视频编码器的方法，来通过减少在量化器和编码部之间耦接的中间缓冲器的溢出风险实现高精度比特率控制。中间缓冲器将表示所存储的数据量大还是小的选择控制信号供应到选择器。如果选择控制信号表示大，则选择器将来自代码量估计部的估计代码量输出到比率控制器。如果选择控制信号表示小，则选择器将来自编码部的实际代码量输出到比率控制器。比率控制器根据选择器的输出计算量化位阶，并且将所计算的量化位阶反馈到量化器。量化器调整该量化位阶。

【技术实现步骤摘要】
视频编码器及其操作方法相关申请的交叉引用2013年10月2日提交的日本专利申请No.2013-207144的公开内容，包括说明书、附图和摘要在此全部引入以供参考。
本专利技术涉及视频编码器及其操作方法。更具体地说，本专利技术涉及对实现高精度比特率控制有效的技术。
技术介绍
与按ISO/IEC13818-2国际标准标准化的MPEG-2兼容的常见运动图像压缩方法基于通过从视频流删除冗余信息，减少视频存储容量和所需带宽的原理。MPEG是运动图像专家组的首字母缩写。MPEG-2标准仅定义语法(有关压缩编码数据流的规则或构成编码数据比特流的方法)和比特流的解码处理。因此，MPEG-2标准足够灵活地充分用在各种服务，诸如卫星广播、有线电视、交互式电视和互联网中。在MPEG-2编码处理中，视频信号经过采样处理，然后，经过量化处理，以便首先定义数字视频的每一像素的颜色和亮度分量。将表示颜色和亮度分量的值存储在称为宏块的结构中。在宏块中存储的、表示颜色和亮度分量的值通过离散余弦变换(DCT)被转换成频率值。源自DCT的图像的亮度和颜色的频率变换系数在频率方面是不同的。通过进一步压缩视频流的可变长度编码(VLC)法，编码量化DCT系数。对MPEG-2编码处理，定义由运动压缩技术提供的另外的压缩。根据MPEG-2标准，存在三个不同的图像或帧，即，I帧、P帧和B帧。I帧是不参考视频流中的任何其他图像或帧而被再现的帧内编码帧。P帧和B帧是通过参考另一图像或帧而被再现的帧间编码帧。例如，P帧和B帧分别包括表示参考帧的估计运动的运动矢量。使用该运动矢量使得MPEG编码器减少特定视频流所需的带宽。I帧、P帧和B帧分别称为帧内编码帧、预测编码帧和双向预测编码帧。因此，MPEG-2兼容的视频编码器包括编码器存储器、运动矢量检测器、运动补偿器、减法器、DCT部、量化器、逆量化器、逆DCT部、帧存储器、可变长度编码部和加法器。将视频输入信号存储在编码器存储器中，用于B帧编码和运动矢量检测目的，然后，按编码顺序，从帧存储器读取。在减法器中，从所读取的视频输入信号减去由运动补偿器生成的运动补偿预测信号。关于作为减法结果的预测残差，DCT部和量化器分别执行DCT处理和量化处理。量化DCT系数不仅经过可变长度编码部中的可变长度编码处理，而且经过逆量化器和逆DCT部中的局部解码处理。局部编码处理的结果通过帧存储器和运动补偿器被供应到加法器。同时，MPEG-2兼容视频解码器包括缓冲存储器、可变长度解码部、逆量化器、逆DCT部、运动补偿器、加法器和帧存储器。MPEG-2兼容编码比特流被存储在缓冲存储器中，然后经过分别由可变长度解码部、逆量化器和逆DCT部执行的可变长度解码处理、逆量化处理和逆DCT处理。因此，生成预测残差。加法器根据在可变长度编码处理期间生成的运动矢量，将预测残差与从帧存储器读取的参考图像相加。然后，由加法器的输出生成再现图像信号。将再现图像信号存储在帧存储器中，并且用作预测另一帧的参考图像。根据由T.Sikora撰写的“DigitalConsumerElectronicsHandbook,ChapteronMPEG-1andMPEG-2DigitalCodingStandards,McGraw-Hill,1997”，当编码器生成将供应到解码器的缓冲存储器的比特流时，调整编码器的量化器的量化步长来实现用于避免解码器的缓冲存储器的上溢和下溢的代码量(比特率)。为执行这种调整的目的，如在由SeiichiroHangai和KenjiSugiyama撰写的“"CompleteUnderstandingofJPEGandMPEG,pp.144-153,Koronasha,2006年7月30日，第一版，第二次印刷”中所述，假定在用于存储编码器的可变长度编码部的输出的缓冲器和解码器的缓冲存储器的输入之间设置虚拟视频缓冲器(VB)使得虚拟视频缓冲器(VB)在量化控制部上运用反馈控制，用于调整编码器的量化器的量化步长。换句话说，“CompleteUnderstandingofJPEGandMPEG,pp.144-153,Koronasha,2006年7月30日，第一版，第二次印刷”描述了量化器中，量化位阶的比特率控制，用于称为“TestModel5”的MPEG编码控制，“TestModel5”被运用来根据作为实际代码量与目标代码量的比率的虚拟缓冲器的填充比率，提供编码器的量化器的量化位阶的反馈控制。在日本未审专利申请公开No.2009-055374的图1中，示出了用于基于与按ISO/IEC14496-10国际标准标准化的MPEG-4AVC(H.264)兼容的上下文自适应二进制算术编码(CABAC)，执行熵编码(可变长度编码)处理的视频编码器。该视频编码器包括预测编码部、算术编码部和缓冲器。在预测编码部通过使用预测值，编码视频输入信号后，算术编码部通过使每一语法元素经过CABAC生成编码数据，并且将该编码数据存储在缓冲器中。预测编码部包括减法器、正交变换部、量化器、逆量化器、逆正交变换部、帧存储器和运动补偿器。算术编码部包括二值化器、二值化器缓冲器、上下文计算器和二进制算术编码部。预测编码部的量化器耦接到用于控制量化器的量化位阶的比率控制部。有关缓冲器的缓冲器占用的信息和有关二值化器缓冲器的缓冲器占用的信息被供应到比率控制部。算术编码部的二值化器二值化多值语法元素来生成可变长度二值化符号序列。二值化器以宏块为单位，累积相加二值化符号序列中的二进制数据量。代码量预测部耦接到算术编码部的二值化器，使得由二值化器产生的累加结果被供应到代码量预测部。代码量预测部通过使用预定的预测函数，由累积的二进制数据总量，计算缓冲器中的编码数据的比特量的预测值，并且将预测值供应到预测编码部的量化器，用于控制量化器的量化位阶的目的。在对视频输入信号实时执行编码处理的相关技术的视频编码器中，对由算术编码部执行的处理，要求大量计算。因此，复杂化算术编码部的构造，使得增加电路规模和功耗。日本未审专利申请公开No.2009-055384记载了使用预测函数使得可以简化构造和减小电路规模和功耗。日本未审专利申请公开No.2007-158430的图1示例一种视频编码器，其基于上下文自适应二进制算术编码(CABAC)，执行可变长度编码处理。为了提供高响应率控制，将未经过算术编码的视频数据供应到代码量估计部。由代码量估计部生成的所估计的代码量被供应到比率控制判定部，用于控制量化器的量化步骤的目的。日本未审专利申请公开No.2007-158430记载了例如，未经过算术编码的视频数据可以是来自预测处理部的残差信号、来自DCT部的DCT系数、来自量化器的量化系数或来自CABAC部的二进制数据。日本未审专利申请公开No.2009-038746描述了基于上下文自适应二进制算术编码(CABAC)并且用来为了防止代码量采集延迟引起的比率控制的故障，以使得最小化估计代码量和实际代码量之间的误差的方式，根据估计代码量，提供比率控制的技术。像这种情形，日本未审专利申请公开No.2009-038746的图10所示的视频编码器包括视频压缩部、CABAC部、代码量估计部、估计代码量替换部和比率控制判定部。输入视频信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种视频编码器，包括：频率转换器；量化器；编码部；中间缓冲器；代码量估计部；代码量选择器；以及比率控制器，其中，所述频率转换器对输入信号执行频率转换处理，其中，所述量化器对由所述频率转换器执行的所述频率转换处理的结果执行量化处理，其中，所述编码部通过对由所述量化器执行的所述量化处理的结果执行编码处理，生成压缩视频比特流，其中，所述中间缓冲器耦接在所述量化器的输出端子和所述编码部的输入端子之间，其中，所述代码量估计部的输入端子耦接到所述量化器的输出端子，其中，由所述代码量估计部的输出端子生成的估计代码量被供应到所述代码量选择器的第一输入端子，其中，由所述编码部编码的所述压缩视频比特流的实际代码量被供应到所述代码量选择器的第二输入端子，其中，表示在所述中间缓冲器中存储的数据量是大还是小的判定信号被供应到所述代码量选择器的选择控制端子，其中，所述代码量选择器的输出端子耦接到所述比率控制器的输入端子，其中，使用所述比率控制器的输出信号来调整所述量化器的量化位阶，其中，如果所述判定信号表示在所述中间缓冲器中存储的数据量大，则被供应到所述代码量选择器的所述第一输入端子的、来自所述代码量估计部的所述估计代码量被输出到所述代码量选择器的输出端子，并且使用所述估计代码量来调整所述量化器的所述量化位阶，其中，如果所述判定信号表示在所述中间缓冲器中存储的数据量小，则被供应到所述代码量选择器的所述第二输入端子的、来自所述编码部的所述实际代码量被输出到所述代码量选择器的输出端子，并且使用所述实际代码量来调整所述量化器的所述量化位阶。...

【技术特征摘要】
2013.10.02 JP 2013-2071441.一种视频编码器，包括：频率转换器；量化器；编码部；中间缓冲器；代码量估计部；代码量选择器；以及比率控制器，其中，所述频率转换器对输入信号执行频率转换处理，其中，所述量化器对由所述频率转换器执行的所述频率转换处理的结果执行量化处理，其中，所述编码部通过对由所述量化器执行的所述量化处理的结果执行编码处理，生成压缩视频比特流，其中，所述中间缓冲器耦接在所述量化器的输出端子和所述编码部的输入端子之间，其中，所述代码量估计部的输入端子耦接到所述量化器的输出端子，其中，由所述代码量估计部的输出端子生成的估计代码量被供应到所述代码量选择器的第一输入端子，其中，由所述编码部编码的所述压缩视频比特流的实际代码量被供应到所述代码量选择器的第二输入端子，其中，表示在所述中间缓冲器中存储的数据量相对于预定水平是大还是小的判定信号被供应到所述代码量选择器的选择控制端子，其中，所述代码量选择器的输出端子耦接到所述比率控制器的输入端子，其中，根据所述判定信号选择的选择的代码量被提供给所述比率控制器，其中，使用所述比率控制器的输出信号来基于所述选择的代码量调整所述量化器的量化位阶，其中，如果所述判定信号表示在所述中间缓冲器中存储的数据量大，则被供应到所述代码量选择器的所述第一输入端子的、来自所述代码量估计部的所述估计代码量被输出到所述代码量选择器的输出端子，并且使用所述估计代码量来调整所述量化器的所述量化位阶，其中，如果所述判定信号表示在所述中间缓冲器中存储的数据量小，则被供应到所述代码量选择器的所述第二输入端子的、来自所述编码部的所述实际代码量被输出到所述代码量选择器的输出端子，并且使用所述实际代码量来调整所述量化器的所述量化位阶。2.根据权利要求1所述的视频编码器，其中，所述编码部通过使用算术编码方法和可变长度编码方法中的至少一个，执行编码处理。3.根据权利要求2所述的视频编码器，其中，当所述编码部通过使用所述算术编码方法执行编码处理时，所述中间缓冲器基于所述算术编码方法，吸收在所述量化器的所述量化处理和所述编码部的所述编码处理之间的处理速度差，并且其中，当所述编码部通过使用所述可变长度编码方法执行编码处理时，所述中间缓冲器基于所述可变长度编码方法，吸收在所述量化器的所述量化处理与所述编码部的所述编码处理之间的处理速度差。4.根据权利要求1所述的视频编码器，其中，通过校验所存储的数据量是否大于预定阈值电压或通过校验所存储的数据量是否小于所述预定阈值电压，判定在所述中间缓冲器中存储的数据量是大还是小。5.根据权利要求2所述的视频编码器，其中，所述编码部包括指数哥伦布编码部、可变长度编码处理器和算术编码处理器，其中，所述指数哥伦布编码部通过编码待编码的语法元素，生成指数哥伦布代码，所述指数哥伦布代码包括前缀、分隔符和后缀，其中，所述可变长度编码处理器执行锯齿状扫描来将由所述量化器量化的、由所述频率转换器执行的所述频率转换处理的结果转换成一维矢量，然后，基于所述可变长度编码方法，执行所述编码处理，其中，所述算术编码处理器包括二值化器、二进制算术编码部和上下文计算器，其中，所述二值化器由多值输入信号生成二进制信号，并且通过所述二进制算术编码部，将所生成的二进制信号编码成编码比特流，其中，所述上下文计算器根据相邻符号的状况，动态地计算和更新用于所述二进制信号的事件概率模型，所述事件概率模型是编码目标符号，并且其中，根据由所述上下文计算器计算和更新的所述事件概率模型，所述二进制算术编码部将所述二进制信号编码成编码比特流。6.根据权利要求5所述的视频编码器，其中，所述中间缓冲器设置在所述算术编码处理器中并且耦接在所述二值化器和所述二进制算术编码部之间。7.根据权利要求6所述的视频编码器，其中，所述算术编码处理器中的所述二进制算术编码部的实际代码量被供应到所述代码量选择器的所述第二输入端子。8.根据权利要求1所述的视频编码器，进一步包括：第一计数器；第二计数器；选择器控制器，其中，所述第一计数器通过计数作为编码处理单位并且由所述量化器量化的图像块的数量，保持第一计数值，其中，所述第二计数器通过计数作为编码处理单位并且由所述编码部编码的图像块的数量，保持第二计数值，其中，所述选择器控制器判定在所述第一计数器的所述第一计数值和所述第二计数器的所述第二计数值之间的差，其中，如果在所述第一计数器的所述第一计数值和所述第二计数器的所述第二计数值之间的差大，则所述选择器控制器判定由所述编码部执行的处理延迟或在所述中间缓冲器中存储的数据量大，以及其中，如果在所述第一计数器的所述第一计数值和所述第二计数器的所述第二计数值之间的差小，则所述选择器控制器判定由所述编码部执行的处理延迟或在所述中间缓冲器中存储的数据量小。9.根据权利要求8所述的视频编码器，其中，就亮度分量而言，作为编码处理单位并且由所述量化器量化的图像块和作为编码处理单位并且由所述编码部编码的图像块均是具有16×16的像素大小的宏块。10.根据权利要求8所述的视频编码器，其中，作为编码处理单位并且由所述量化器量化的图像块和作为编码处理单位并且由所述编码部编码的图像块是具有灵活块结构的编码单元，并且其中，所述编码单元能够从具有64×64的像素大小的最大编码单元(LCU)自适应地划分。11.根据权利要求1所述的视频编码器，进一步包括：运动矢量检测器、运动补偿器、减法器、逆量化器、逆频率转换器、存储器、帧内预测部和预测选择器，其中，所述运动矢量检测器由待编码的视频信号和在所述存储器中...

【专利技术属性】
技术研发人员：望月诚二，柴山哲也，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP