[发明专利]利用拉格朗日乘子和视觉掩蔽来控制速率-失真折中的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及多媒体压缩和编码系统领域。本发明尤其公开了用于 控制数字视频编码器中速率-失真折中的方法和系统。

背景技术

基于数字的电子介质格式正在完全取代传统的模拟电子介质格 式。在音频领域，多年前数字压缩盘(CD)取代了模拟乙烯树脂唱片。 模拟的盒式磁带也变得愈加稀少。第二和第三代数字音频系统诸如基 于小型磁盘和mp3(MPEG音频-层3)的格式正同第一代数字音频格 式的压缩盘夺取市场份额。

基于数字的静态摄影正迅速地取代基于胶片的静态摄影。通过因 特网为用户提供了具有不可抗拒的特点的图像的及时利用性以及图像 分配。

然而，视频领域向数字存储和传输格式发展的速度要比音频和静 态摄影的发展速度慢。这主要是由于以数字格式精确表示视频需要大 量的数字信息。精确表示视频所需的大量数字信息需要非常高容量的 数字存储系统和高带宽的传输系统。

但是视频领域最终采用数字存储和传输格式。更快的计算机处理 器、高密度的存储系统、高带宽的光传输线以及新的高效视频编码算 法最终使得数字视频系统在消费价格方面变得实用。DVD(数字通用光 盘)、数字视频系统已经成为销售最快的消费电子产品之一。由于其杰 出的视频质量、高质量的5.1信道数字音频、便利以及其它特点，DVD 已经迅速代替了录像机(VCR)，成为选择的预先录制视频重放系统。 在视频传输系统领域，过时的模拟NTSC(国家电视标准委员会)视频 传输标准最终由使用数字压缩和编码技术的数字ATSC(高级电视标准 委员会)视频传输系统所代替。

多年来，计算机系统已经使用各种不同的数字视频编码格式。由 计算机系统使用的最好的数字视频压缩和编码系统是公知的由其缩写 为MPEG的运动图像专家组支持的数字视频系统。MPEG的三种最公知并 且使用率非常高的数字视频格式是已知简单的MPEG-1、MPEG-2和 MPEG-4。视频CD以及用户标准数字视频编辑系统使用早期的MPEG-1 格式。数字通用光盘(DVD)以及碟形网络牌(Dish Network brand) 直播卫星电视广播系统(DBS)使用MPEG-2数字视频压缩和编码系统。 基于最新计算机的数字视频编码器和相关的数字视频播放器正迅速地 采用了MPEG-4编码系统。

MPEG-2和MPEG-4标准对一系列视频帧或视频字段进行压缩，然 后将压缩的帧或字段编译成数字比特流。必须严密监控数字比特流的 速率，以使其不溢出缓存区、不下溢出缓存区或不超出传输信道容量。 因此，必须使复杂的速率控制系统与数字视频编码器一起应用，所述 的数字视频编码器在分配信道容量中提供了尽可能最好的图像质量， 而不溢出或下溢缓存区。

发明内容

本发明公开了一种在视频编码器中通过模式选择来控制速率-失 真折中的方法和装置。本发明的系统首先在期望的失真值附近选择失 真值D。接下来，该系统利用选定的失真值D确定量化器值Q。该系统 然后利用量化器值Q计算拉格朗日乘子lambda。利用选择的拉格朗日 乘子lambda和量化器值Q，该系统开始对象素模块进行编码。

如果系统检测到潜在的缓存区溢出，则该系统将增加拉格朗日乘 子lambda。当缓存区的占有率值超过溢出阈值时，可以检测到潜在的 缓存区溢出。如果拉格朗日乘子lambda超过最大的lambda阈值，则 系统将增加量化器值Q。

如果系统检测到潜在的缓存区下溢，则系统将减小拉格朗日乘子 lambda。当缓存区的占有率值降到缓存区下溢阈值以下时，可以检测 到潜在的缓存区下溢。如果拉格朗日乘子lambda降到最小的lambda 阈值以下，则系统将减小量化器值Q。

通过附图以及下列的详细描述，本发明的其它目的、特点以及优 点将会显而易见。

附图说明

通过下面的详细描述，本发明的目的、特点以及优点对本领域的 技术人员来讲将会是显而易见的，其中：

图1描述的是一个可能的数字视频编码系统的高级框图；

图2描述的是一系列将要显示的视频图片，其中连接不同图片的 箭头表示利用运动补偿生成的交互图片的相关性；

图3表示将图2中的视频图片重新排列得到的优选传输顺序的视 频图片，其中连接不同图片的箭头表示利用运动补偿生成的交互图片 的相关性；