FR2728130A1 - DEVICE FOR DIGITAL ENCODING OF VIDEO PROGRAMS - Google Patents
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Abstract
Description
DISPOSITIF DE CODAGE NUERIQUE DE PROORJIMME VIDEZ
La présente invention concerne les dispositifs de codage d'un flux vidéo d' entrée représentant des trames successives par représentation de chaque trame par une quantité d'informations différente de trame à trame, du type comprenant un codeur vidéo à débit programmable.NUERIC PROORJIMM EMPTY CODING DEVICE
The present invention relates to devices for coding an input video stream representing successive frames by representation of each frame by a quantity of information different from frame to frame, of the type comprising a video encoder with programmable bit rate.
Le terme tramez doit être interprété dans un sens large. I1 peut dFsigner 1ensemble des données vidéo nécessaires pour reconstituer une image complète en balayage progressif, l'ensemble des données nécessaires pour reconstituer une trame paire ou impaire en balayage entrelacé, voire même les données de assistance permettant de reconstituer une image à partir d'une image précédente. The term tramez should be interpreted in a broad sense. It can designate all of the video data necessary to reconstruct a complete image in progressive scanning, all of the data necessary to reconstruct an even or odd frame in interlaced scanning, or even the assistance data making it possible to reconstruct an image from a previous picture.
L'invention trouve une application particulièrement importante constituée par les appareils destinés à reporter un programme vidéo sur un support de stockage ayant une capacité limitée. Par exemple, un disque opto-électronique, dit CD-ROM, ne permet de stocker un film complet de durée normale, environ 120 mn, qu'avec un débit de codage de 3 Mbits/s. Classiquement, on utilise un codeur dont le débit de sortie est le débit moyen correspondant à la capacité du support. Cette solution est peu satisfaisante, car la richesse de limage varie considérablement, soit par l'abondance des détails, soit par le degré de corrélation entre images successives d'une même séquence, qui détermine les possibilitées de prédiction de trame à trame. The invention finds a particularly important application constituted by devices intended to transfer a video program to a storage medium having a limited capacity. For example, an opto-electronic disc, known as a CD-ROM, can only store a complete film of normal duration, approximately 120 minutes, with a coding speed of 3 Mbits / s. Conventionally, an encoder is used whose output rate is the average rate corresponding to the capacity of the support. This solution is not very satisfactory, because the richness of the image varies considerably, either by the abundance of details, or by the degree of correlation between successive images of the same sequence, which determines the possibilities of prediction from frame to frame.
Si l'on considère par exemple le cas particulièrement représentatif d'un dispositif de codage mettant en oeuvre la norme vidéo MPEG2, qui a fait l'objet de la recommandation
UIT-TH262 (ISO/CEI 13818-2) publiée en juin 1994 par l'union
Internationale des Télécommunications, les algorithmes de compression permettent de générer un flux de débit variant de 2 à 15 Mbits/s en profil principal-niveau principal. A des instants différents, une restitution satisfaisante exigera des débits différents dans cette plage.If we consider for example the particularly representative case of a coding device implementing the MPEG2 video standard, which was the subject of the recommendation
ITU-TH262 (ISO / IEC 13818-2) published in June 1994 by the union
International Telecommunications, compression algorithms generate a flow of flow varying from 2 to 15 Mbits / s in main-main profile. At different times, a satisfactory restitution will require different bit rates in this range.
La présente invention vise notamment à fournir un dispositif du type ci-dessus défini répondant mieux que ceux antérieurement utilisés aux exigences de la pratique, notamment en ce qu'il permet d'utiliser au mieux la capacité d'un support de stockage. The present invention aims in particular to provide a device of the type defined above which better meets those previously used to the requirements of practice, in particular in that it allows the best use of the capacity of a storage medium.
L'invention utilise dans ce but l'existence de codeurs permettant de coder chaque trame à un débit différent de la précédente. Elle utilise également le fait que l'on sait analyser les informations provenant du codage pour déterminer la qualité iconographique de l'image codée. To this end, the invention uses the existence of coders making it possible to code each frame at a bit rate different from the previous one. It also uses the fact that we know how to analyze the information coming from the coding to determine the iconographic quality of the coded image.
L'invention propose en conséquence un dispositif qui comporte
- une mémoire de capacité au moins égale à une trame en amont du codeur programmable,
- un second codeur, de débit fixe, recevant le flux vidéo d'entrée, et
- des moyens de comparaison de la qualité de chaque image de sortie du second codeur avec une référence et de commande du codeur programmable dans un sens tendant à maintenir la qualité à une valeur déterminée.The invention therefore provides a device which comprises
a memory with a capacity at least equal to one frame upstream of the programmable encoder,
a second encoder, of fixed bit rate, receiving the input video stream, and
means for comparing the quality of each output image of the second coder with a reference and of controlling the programmable coder in a direction tending to maintain the quality at a determined value.
Dans le cas particulièrement important du codage en vue du stockage d'une séquence de longueur déterminée sur un support de capacité déterminée, lesdits moyens de commande sont prévus de façon que le débit moyen de codage ait une valeur compatible avec la capacité du support. Plusieurs choix sont possibles. Par exemple, une mémoire est prévue dans les moyens de comparaison pour stocker initialement la capacité disponible et le nombre de trames à enregistrer. In the particularly important case of coding with a view to storing a sequence of determined length on a medium of determined capacity, said control means are provided so that the average coding rate has a value compatible with the capacity of the medium. Several choices are possible. For example, a memory is provided in the comparison means for initially storing the available capacity and the number of frames to be recorded.
Les moyens de commande peuvent en déduire un débit moyen à respecter et moduler le débit du codeur en conservant la valeur moyenne requise sur des périodes successives, par exemple de quelques minutes. La mémoire peut en même temps être décrémentée progressivement pour que la durée résiduelle de stockage soit disponible en permanence. Ainsi les moyens de commande peuvent ajuster le débit moyen autour duquel se fait la modulation ultérieure. Une solution plus simple consiste à fixer a priori le débit moyen.The control means can deduce therefrom an average bit rate to be respected and modulate the bit rate of the encoder while keeping the required average value over successive periods, for example of a few minutes. At the same time, the memory can be gradually decremented so that the remaining storage time is permanently available. Thus the control means can adjust the average flow rate around which the subsequent modulation takes place. A simpler solution consists in fixing a priori the average flow.
Les caractéristiques ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation donné à titre d'exemple. La description se réfère à la figure qui l'accompagne et qui est un synoptique simplifié, montrant un mode particulier de mise en oeuvre de l'invention. The above characteristics, as well as others, will appear better on reading the following description of a particular embodiment given by way of example. The description refers to the accompanying figure which is a simplified block diagram showing a particular embodiment of the invention.
Le dispositif dont la constitution de principe est montrée en figure 1 comporte une voie de programne 10 qui reçoit, en plus du flux vidéo, un flux binaire représentant le son et un flux d'informations de service, à ajouter au flux vidéo. Dans la pratique, les circuits de mise en paquet, de multiplexage des données vidéo, de son et de service, et de constitution de file d'attente sont effectués dans des circuits 14 qu'il n'est pas nécessaire de décrire ici. The device, the basic structure of which is shown in FIG. 1, comprises a program channel 10 which receives, in addition to the video stream, a binary stream representing the sound and a stream of service information, to be added to the video stream. In practice, the circuits for packetization, for multiplexing of video, sound and service data, and for forming a queue are carried out in circuits 14 which it is not necessary to describe here.
La voie vidéo de programme comprend un codeur programmable 16 à débit variable, ayant une entrée de commande du taux de compression 18. Le flux vidéo à coder est appliqué au codeur à débit variable 16 par l'intermédiaire d'une mémoire d'image 20 ayant une capacité au moins égale à une trame. Des moyens de synchronisation non représentés permettent l'écriture en mémoire 20 au fur et à mesure de l'arrivée du flux vidéo correspondant à une trame complète, et la lecture en mémoire avec un retard tel que le codeur à débit variable 16 reçoive le flux vidéo avec un retard d'une trame. The program video channel comprises a variable rate programmable encoder 16, having a compression rate control input 18. The video stream to be encoded is applied to the variable rate encoder 16 via an image memory 20 having a capacity at least equal to a frame. Synchronization means, not shown, allow writing into memory 20 as the video stream corresponding to a complete frame arrives, and reading from memory with a delay such that the variable bit rate coder 16 receives the stream video with a frame delay.
Un codeur auxiliaire 22 reçoit le flux vidéo en même temps que la mémoire 20. Le codeur auxiliaire 22 est prévu pour coder chaque trame avec un débit fixe, qui sera en général proche du débit moyen maximum admissible, par exemple 3 Mbits/s pour le stockage d'un film sur un disque opto-électronique ou CD-ROM. Le codeur auxiliaire 22 n'a qu'un rôle d'estimateur : il fournit, sur une sortie 24, une information d'estimation de qualité de codage ; puisqu'il est alimenté avec une avance d'une trame sur le codeur programmable, il est à même de fournir une information concernant la trame en cours de mémorisation à condition que sa durée de calcul soit inférieure à la durée d'une trame. An auxiliary encoder 22 receives the video stream at the same time as the memory 20. The auxiliary encoder 22 is provided for encoding each frame with a fixed bit rate, which will generally be close to the maximum admissible average bit rate, for example 3 Mbit / s for the storage of a film on an opto-electronic disc or CD-ROM. The auxiliary coder 22 has only an estimator role: it provides, on an output 24, coding quality estimation information; since it is supplied with a frame advance on the programmable encoder, it is able to provide information concerning the frame being memorized provided that its calculation time is less than the duration of a frame.
Dès que le codeur auxiliaire 22 a terminé son travail, un processeur 26 analyse le résultat et commande le codeur programmable 16 pour fixer le débit à une valeur liée aux besoins de l'image ; dans l'exemple ci-dessus, le processeur compare l'estimation de qualité iconographique fournie par le codeur auxiliaire à 3 Mbits/s à une valeur de référence ou valeur nominale. Si la valeur nominale est excédée, le processeur commande une réduction du débit. Dans le cas contraire, il programme le codeur vidéo programmable par une consigne de débit supérieure à 3 Mbits/s, dans la mesure où cet accroissement est compatible avec le débit moyen à observer pour ne pas faire déborder le support, tout en optimisant son emploi. As soon as the auxiliary coder 22 has finished its work, a processor 26 analyzes the result and controls the programmable coder 16 to fix the bit rate at a value linked to the needs of the image; in the example above, the processor compares the iconographic quality estimate supplied by the 3 Mbits / s auxiliary encoder with a reference or nominal value. If the nominal value is exceeded, the processor commands a reduction in flow. Otherwise, it programs the programmable video encoder with a bit rate setpoint greater than 3 Mbits / s, insofar as this increase is compatible with the average bit rate to be observed so as not to overflow the support, while optimizing its use .
Le codeur auxiliaire 22 est d'un type permettant d'analyser les informations résultant du codage et de fournir un indice de qualité iconographique. On connaît déjà des codeurs capables de fournir une telle information de sortie. En particulier, un codeur de ce type est disponible auprès de la société C-Cube Microsystems, Milpitas, California. The auxiliary coder 22 is of a type making it possible to analyze the information resulting from the coding and to provide an index of iconographic quality. Encoders capable of providing such output information are already known. In particular, an encoder of this type is available from the company C-Cube Microsystems, Milpitas, California.
Divers critères d'évaluation de la qualité iconographique existent et sont utilisables. On peut notamment citer les suivants. Various criteria for assessing iconographic quality exist and can be used. Mention may in particular be made of the following.
Une première possibilité consiste à analyser le pas de quantification moyen mis en oeuvre dans l'algorithme de passage du domaine temporel au domaine fréquentiel (algorithme de transformation en cosinus discrète en général). Un pas de quantification donné correspond à un débit. Lorsque l'image est complexe, le codeur vidéo augmente le pas de quantification au cours de la trame pour ne pas augmenter de façon excessive le nombre d'octets représentant limage. A first possibility consists in analyzing the average quantization step implemented in the algorithm for passing from the time domain to the frequency domain (algorithm for transformation into discrete cosine in general). A given quantization step corresponds to a flow. When the image is complex, the video coder increases the quantization step during the frame so as not to excessively increase the number of bytes representing the image.
L'analyse du pas de quantification moyen final permet de savoir si le codeur aurait eu besoin d'un débit plus important pour représenter l'image de façon satisfaisante et donc quelle qualité il a obtenu avec le débit programmé. The analysis of the final average quantization step makes it possible to know whether the coder would have required a higher bit rate to represent the image in a satisfactory manner and therefore what quality it obtained with the programmed bit rate.
Une seconde possibilité consiste à effectuer une statistique sur les différentes natures de représentation utilisées pour le codage. Une image très active temporellement requiert un profil de bloc de pixel différent de celui d'une image peu active. A second possibility consists in carrying out statistics on the different types of representation used for coding. A very temporally active image requires a different pixel block profile than that of an inactive image.
Dans le cas particulier du codage MPEG2, qui utilise des images à codage intra-trame (images I) codées sans référence à d'autres images, des images à codage prédictif (images P) et des images codées par prédiction bidirectionnelle (images B), une statistique sur le nombre respectif de macroblocs utilisés permet d'évaluer le niveau d'activité d'une image et en déduire un indice de qualité pour un taux de compression donné. In the particular case of MPEG2 coding, which uses intra-frame coded images (I images) coded without reference to other images, predictively coded images (P images) and images coded by bidirectional prediction (B images). , a statistic on the respective number of macroblocks used makes it possible to evaluate the level of activity of an image and to deduce therefrom a quality index for a given compression rate.
Enfin, une autre possibilité consiste à mesurer le rapport signal à bruit entre l'image avant codage et limage après codage. Finally, another possibility consists in measuring the signal to noise ratio between the image before coding and the image after coding.
Le processeur 26 et le codeur vidéo programmable 16 peuvent notamment être prévus pour provoquer le codage à un débit nominal et à un ou deux débits au-dessus et un ou deux débits au-dessous du taux nominal, cette solution simple étant suffisante dans la plupart des cas. The processor 26 and the programmable video encoder 16 can in particular be provided to cause coding at a nominal bit rate and at one or two bit rates above and one or two bit rates below the nominal rate, this simple solution being sufficient in most cases.
L'invention est susceptible de nombreuses variantes de réalisation. Le codeur auxiliaire 22 qui sert d'estimateur peut notamment avoir un débit de codage ne correspondant pas au débit moyen disponible. The invention is susceptible of numerous variant embodiments. The auxiliary encoder 22 which serves as an estimator may in particular have a coding rate which does not correspond to the average available rate.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |