专利名称：利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种感兴趣区域编码方法及系统，且特别有关于一种利用有限可变 比特率控制的感兴趣区域(Regions Of Interest, R0I)编码方法与系统。
背景技术：
由于视频监控的需求与日俱增，使得视频编码在视频处理的领域显得愈来愈重 要。在视频处理中，画面中的特定范围称作感兴趣的区域(以下简称为R0I)。传统的视频 编码技术是将画面中的所有宏区块(Macroblocks)的优先权都视为相同，如此一来，画面 中较重要的宏区块可能无法清楚呈现。举例来说，在视频监控处理中，R0I通常指脸部区域，在没有经过特别处理的情况 下，为了能使视频在呈现时不致有延迟，画面中的脸部区域与其它运动区域将不会特别清 晰。若欲提供高分辨率的画面，将可能产生多余硬件或软件成本。此外，除了脸部区域外，部分运动区域中的宏区域也可能需要以较高的分辨率来 呈现，例如，人的肢体动作或移动中的车辆。在一个固定背景的监控环境中和有限的比特率(Bitrate)(传输频宽)的条件下， 为了提高运动区域和R0I的图像品质，一个设计良好的且创新的视频编码方法是有其必要 的。
发明内容
提供一种利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法及系统，可以在有限的 比特率下，提高运动区域和人眼感兴趣区域的图像画面品质，并通过舍弃较多背景图像的 高频系数信息，而节省编码比特率。相较于以传统比特率_失真模型为基础的固定比特率 控制(CBR)的R0I编码，有限可变比特率控制演算法搭配一种快速区块决策机制，其编解码 复杂度更低，更适合用于即时监控编码系统。—种利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法的实施例。此方法可载入计 算机装置而执行，并且包括根据感兴趣区域的轮廓在视频画面中的位置，将该视频画面的 多个宏区块分成至少一个感兴趣宏区块、至少一个轮廓延伸宏区块以及至少一个背景宏区 块；并给予感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景宏区块不同的编码优先权，由此产生第 一 R0I映射表；根据目标比特率、视频画面的大小以及画面更新率，决定视频画面的感兴趣 宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景宏区块的一组量化参数的初始值；根据该组量化参数对 视频画面的感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景区块进行编码；以及动态地调整视频 画面的感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景区块的该组量化参数。一种利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码系统的实施例，其包括区块决策 模块，用以根据感兴趣区域的轮廓在视频画面中的位置，将该视频画面的多个宏区块分成 至少一个感兴趣宏区块、至少一个轮廓延伸宏区块以及至少一个背景宏区块，并给予感兴 趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景宏区块不同的编码优先权，由此产生第一 R0I映射表；量化参数初始化模块，用以根据目标比特率、视频画面的大小以及画面更新率，决定视频画 面的感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景宏区块的一组量化参数的初始值；有限可变 比特率控制演模块，用以根据该组量化参数对视频画面的感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块 以及背景区块进行编码；以及参数更新模块，用以动态地调整视频画面的感兴趣宏区块、轮 廓延伸宏区块以及背景区块的该组量化参数。一种计算机可记录介质的实施例，用以存储计算机程序，上述计算机程序包括多 个程序码片段，其用以载入至计算机系统中并且使得上述计算机系统执行一种利用有限可 变比特率控制的感兴趣区域编码方法，其步骤包括根据感兴趣区域的轮廓在视频画面中的 位置，将该视频画面的多个宏区块分成至少一个感兴趣宏区块、至少一个轮廓延伸宏区块 以及至少一个背景宏区块；并给予感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景宏区块不同的 编码优先权，由此产生第一 R0I映射表；根据目标比特率、视频画面的大小以及画面更新 率，决定视频画面的感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景宏区块的一组量化参数的初 始值；根据该组量化参数对该视频画面的感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景区块进 行编码；以及动态地调整视频画面的感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景区块的该组 量化参数。
图1显示一利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码系统的架构实施例示意 图。图2A显示本发明一实施例的产生具有不同的编码优先权的R0I映射表的步骤流 程图。图2B显示一实施例的视频画面索引值的示意图。图2C显示一实施例的位置矩阵的示意图。图3显示一实施例的动态地调整量化参数组的步骤流程图。图4显示一实施例的决定量化参数组的初始值的步骤流程图。图5显示在不同复杂度下的比特率_失真模型的示意图。图6显示利用不同编码方法所得的实验数据的比较示意图。图7A 7E显示利用依据实施例技术的方法所得的解码结果的示意图。主要元件符号说明10 区块决策模块11 R0I映射表12 量化参数决策模块13 量化参数级距14 量化参数初始化模块15 量化参数的初始值16 有限可变比特率控制演算模块17 剩余预算比特率18 参数更新模块100 感兴趣区域编码系统
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S201. . S212 流程步骤S301. S315 流程步骤S401. . S409 流程步骤
具体实施例方式下文特举实施例详细说明之，并配合所附图式图1至图7，做详细的说明，并提供 不同的实施例来说明依据本发明技术特征的不同实施方式。其中，实施例中的各元件的配 置为说明之用，并非用以限制可实施方式。且实施例中图式标号的部分重复，是为了简化说 明，并非意指不同实施例之间的关联性。以下系用利用H. 264多个运动优先权区域(multiple moving priority regions) 特性的感兴趣区域(R0I)作为实施范例进行说明。揭露一利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法与系统实施例，包含一单 数固定R0I/多个移动R0I的区块决策机制，以及一以R0I为基础的有限可变比特率控制演 算法。本范例方法与系统利用标准物件追踪的演算法自动检测运动区域，或者以使用者自 定义的方式决定监控画面中的R0I以提高区域中的图像品质(即，图像信号噪声比(Peak Signal to Noise Ratios，PSNR))。因此，在维护监控消息品质的同时，能够顾及压缩效能 和编码速度，更可兼顾相容性，其技术将符合国际视频标准规范(例如，H. 264/先进视频编 码(Advanced Video Coding, AVC)等)。图1显示一利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码系统实施例的架构示意 图。如图1所示，此实施例中的感兴趣区域编码系统100包括区块决策模块10、量 化参数(Quantification Parameter, QP) (QP-delta)决策模块 12、量化参数初始化(QP Initialization)模块14、有限可变比特率控制演算模块16以及参数更新模块18，但不限 定于此。在此实施例中，可利用习知物体切割/追踪(object segmentation/tracking)或 使用者自定义(user define)方式描绘出欲追踪物体的区域/轮廓(blob/contour)。举例 而言，欲追踪物体可视为此实施例中的感兴趣区域(R0I)，但不限定于此。区块决策模块10用以根据感兴趣区域的轮廓在视频画面中的位置，将视频画面 的多个宏区块分成至少一个感兴趣宏区块、至少一个轮廓延伸宏区块以及至少一个背景 宏区块，并给予该感兴趣宏区块、该轮廓延伸宏区块以及该背景宏区块不同的编码优先权 (失真程度)，由此产生R0I映射表(Mapping Table) 11。举例而言，视频画面的宏区块可 根据其编码优先权(失真程度)区分成三大类，第1类为R0I本身，第2类为R0I区域延伸 部份(ROI-contour extension)，第3类为背景(Background)。换言之，感兴趣宏区块属于 第1类、轮廓延伸宏区块属于第2类，而背景宏区块属于第3类。区块决策模块10的详细 动作，将于后续配合图2A中再详细说明。量化参数决策模块12决定出一组最适当的量化参数级距{Dl，D2} 13，其中D1和 D2值分别代表三大类区块的量化参数{QP_R0I，QP_R0I+D1，QP_R0I+D2}之间的差距/级距。 在此实施例中，QP_R0I为感兴趣宏区块的量化参数，QP_R0I+D1为轮廓延伸宏区块的量化 参数，而QP_R0I+D2为背景宏区块的量化参数。
量化参数初始化模块14，用以根据目标比特率、视频画面的大小以及画面更新率， 决定感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景宏区块的量化参数{QP_R0I，QP_R0I+D1, QP_ R0I+D2}的初始值15。举例而言，量化参数初始化模块14用以根据目标比特率、视频画面 的大小以及画面更新率，决定出感兴趣宏区块的量化参数QP_R0I的初始值15，再配合量化 参数决策模块12所决定出量化参数级距{Dl，D2} 13得出轮廓延伸宏区块以及背景宏区块 的量化参数{QP_R0I+D1，QP_R0I+D2}的初始值。量化参数初始化模块14的详细动作，将于 后续配合图4中再详细说明。有限可变比特率控制演算模块16，用以根据量化参数{QP_R0I+D1，QP_R0I+D2}对 视频画面的感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景区块进行编码。为了进一步控制编码 比特率，参数更新模块18用以根据目前的剩余预算比特率(Residual Bits) 17，调整在画 面层上的量化参数{QP_R0I，QP_R0I+D1，QP_R0I+D2}，避免编码缓冲区溢位或空载。参数更 新模块18的详细动作，将于后续配合图3中再详细说明。单数固定/多个移动R0I的区块决策机制在已知一追踪物体/感兴趣区域的位置(P0SX，P0SY)、宽(Wd)和高(Ht)后，根据 该物体的宏区块的编码优先权，将其宏区块区分成三大类，包括上文所述的第1类(R0I本 身)、第2类(R0I区域延伸部份)与第3类为(背景)。本实施例的区块决策机制中，可进一步考量以下三个问题(1)在所给定至少一个物体/感兴趣区域的轮廓的位置和大小信息，如何有效率、 快速地决定出各个宏区块的编码优先权(失真程度)；(2)考量数个被追踪的物体/感兴趣区域其彼此间可能重迭的情况；以及(3)在各种物体追踪/感兴趣区域的演算法中，当外界光源改变时，可能会造成追 踪失败的情况。例如，物体轮廓的追踪框暂时消失，可能会影响到区块决策的结果。图2A显示产生具有不同的编码优先权的R0I映射表的实施例步骤流程图。首先，设定所有宏区块的编码优先权(失真程度)为3 (步骤S201)，也就是宏区块 的品质为背景图像的品质，其失真程度为最高。接着判断在视频画面中是否检测到任何物 体/感兴趣区域所包含的区域/轮廓(blob)(步骤S202)。若在视频画面中检测不到任何 物体/感兴趣区域时，利用计数器判断在视频画面中未检测到任何物体/感兴趣区域的连 续时间是否小于一临界值(例如，10毫秒)(步骤S203)。若小于该临界值，表示该视频画 面中并非没有物体/感兴趣区域，而仅是尚未或无法追踪到物体/感兴趣区域，则使用先前 产生的R0I映射表，将该计数器增加一位移时间(例如，1毫秒)(步骤S204)，然后回到步 骤S21。若未小于该临界值，表示在该视频画面中的确不包含任何物体/感兴趣区域，则设 定该区域中的所有宏区块的编码优先权(失真程度)为3，并且将该计数器重设为0(步骤 S205)，然后回到步骤S201。如果检测到物体/感兴趣区域的区域/轮廓时，则在所给定的物体/感兴趣区域 的区域/轮廓的位置和大小(宽w与高h)，找出在该视频画面中所有属于该物体/感兴趣 区域的宏区块((X，y) (x+w，y+h)之间)的索引值，并设定该区域/轮廓/中属于感兴 趣宏区块的编码优先权(失真程度)为1(步骤S206)。接下来，使用矩阵(例如，位置矩 阵(Position Matrix))来确认该区域/轮廓中的其它宏区块(即周围的宏区块)的优先 权(失真程度)(步骤S207)，其中该矩阵的中心元素(Cell)代表属于该物体/感兴趣区域的宏区块，而周围的8个元素则属于该物体/感兴趣区域的轮廓延伸(Contour Extension) 区域，即轮廓延伸宏区块(其它宏区块)。参考图2B，其显示视频画面中的宏区块对应的索引值。参考图2C，该3x3矩阵中 的索引值对应于图2B的索引表，其中i所在的宏区块即表示R0I，也就是编码优先权(失真 程度)为1的宏区块，而i周围的8个宏区块即表示物体的轮廓延伸区域。接下来，检查轮廓延伸区域中的宏区块的编码优先权(失真程度)是否已经被标 示为1(代表属于其它物体区域/感兴趣区域的中心元素)。(步骤S208)。若宏区块的编 码优先权(失真程度)尚未被标示为1，则表示该宏区块的确是属于轮廓延伸区域，故将该 宏区块标示为2 (步骤S209)。判断该物体/感兴趣区域的所有区域是否已经完成检测(步 骤S210)，若该物体/感兴趣区域中仍有区域尚未检测，则重复步骤S206 209，直到检查 完该物体的所有的区域。若物体/感兴趣区域的所有区域都已完成检测，则接着判断该视 频画面中的所有物体/感兴趣区域是否都已完成检测(步骤S211)。若该视频画面中仍有 物体/感兴趣区域需要检测，则重复步骤S201 210，直到检查完该视频画面中的所有物体 /感兴趣区域。若该视频画面中的所有物体/感兴趣区域都已完成检测，则产生新的R0I映 射表(步骤S212)。要注意的是，此时编码优先权(失真程度)被设定为3的所有宏区块， 即属于背景区块。以R0I为基础的H. 264有限可变比特率控制演算法得到各个宏区块的编码优先权(失真程度)后，直接给予ROI、R0I区域延伸部份 与背景这三个区域不同的量化参数，其集合为{01，02，03}，其中01<02<03。这是因为 在比特率_失真_量化(Bitrate-Distortion-Quantif ication)模型下，一般而言，失真程 度愈高，所使用的量化参数也会愈大。虽然相关的物体追踪演算法很多，但是不失一般性， 只要能够得到物体的区域位置和大小，就能适用本发明实施例的有限可变比特率控制演算 法。该有限可变比特率控制演算法更可提供下列操作(1)选择量化参数{Ql，Q2，Q3}。举例而言，Q1 为 QP_R0I，Q2 为 QP_R0I+D1，而 Q3 为QP_R0I+D2。该选择操作包括以下二种可能的情况(i)Ql、Q2与Q3间的差距小，虽然可 以避免相邻宏区块的PSNR值差距太大而产生区块效应，但却不符合R0I视频编码系统的期 待，以及可能产生较高的编码比特率。(ii)Ql、Q2与Q3间的差距大，可以提高感兴趣区域 的PSNR值，并且通过舍弃较多背景区域的高频系数的特性来节省比特率，但缺点是可能会 造成运动估测(Motion Estimation)时的困扰。故本发明的研究重点在于取得一组适当的 量化参数{Q1，Q2，Q3}。(2)动态调整量化参数组。图3显示一实施例的动态调整量化参数组的步骤流程 图。在此演算法中，由于量化参数组在整个视频画面都是固定的，当不同画面的复杂度不 一样，得到压缩后的比特率也就会不同，这属于“可变比特率压缩编码”(Variable Bitrate Coding)的研究范畴。如果想要让编码后的比特率更接近一个固定的目标比特率(Target Budget Bit，或称预算比特率)，避免编码缓冲区溢位(overflow)或空载(underflow)，应 该要动态调整量化参数{Q1，Q2，Q3}的值。以下说明参数更新模块18动态地调整量化参数 的实施流程。参考图3，首先判断视频画面中是否检测到任何物体/感兴趣区域(步骤S301)。 若未检测到任何物体/感兴趣区域，则将一组均勻的量化参数{40，40，40}(预设量化参数
9组)指定给视频画面中的宏区块(步骤S302)。若检测到物体/感兴趣区域，则计算缓冲区 的使用率(Buffer Fullness)(步骤S303)，然后判断使用率是否大于预设值(例如，0)(步 骤S304)。举例而言，所计算的缓冲区的使用率为有限可变比特率控制演算模块16的缓冲 区的使用率，但不限定于此。若使用率不大于该预设值，则将量化参数{35，40，50}指定给视频画面中的宏 区块(步骤S305)。若使用率大于该预设值，则根据有限可变比特率控制演算模块16的 编码比特率(Encoded)和目标比特率(Target)间的关系来调整QP_R0I值，同时令D = (Encoded-Target)/Target (步骤S306)。举例而言，D值可视为前述的剩余预算比特率17， 但不限定于此。判断D是否小于-0. 5 (步骤S307)。若D小于-0. 5，则令感兴趣区块的量化参数 值减4 (QP腿=QPeoi-4)(步骤S308)。若D不小于-0. 5，则判断D是否在-0. 5 -0. 2之间 (-0. 5 < D < -0. 2)(步骤S309)。若D在-0. 5 -0. 2之间，则令感兴趣区块的量化参数 值减2 (QP腿=QPeoi-2)(步骤S310)。若D不在-0. 5 -0. 2之间，则判断D是否在0. 2 0. 5 之间(0. 2 < D < 0. 5)(步骤 S311)。若D在0. 2 0. 5之间，则令感兴趣区域的量化参数值加2 (QPE0I = QPE0I+2)(步 骤S312)。若D不在0.2 0.5之间，则判断D是否在大于0.5 (D> 0.5)(步骤S313)。若 D大于0.5，则令感兴趣区域的量化参数值加4 (QPkqi = QPK0I+4)(步骤S314)。若D不大于 0.5，则不更动感兴趣区块的量化参数值(步骤S315)。换言之，在本实施例中，当D值为负 时，参数更新模块18则会调高，并且当D值为正时，参数更新模块18则会调低QPkq。(3)决定量化参数的初始值。图4显示本发明实施例的决定量化参数的初始值的 步骤流程图。一开始选择一组适当的量化参数{QP_R0I，QP_R0I+D1，QP_R0I+D2}能够避免 冗余的动态调整量化参数的过程，让编码后的比特率能够很快地逼近目标比特率。以下说 明量化参数初始化模块14决定量化参数{QP_R0I，QP_R0I+D1，QP_R0I+D2}的初始值的实施 流程。参考图4，定义bpp = T/(F*h*w)，其中bpp表示视频画面中每个像素分配到的 比特数，F代表视频画面的画面更新率，而h与w的乘积代表该视频画面的大小(步骤 S401)，接着判断视频画面的分辨率(步骤S402)。若视频画面利用QCIF(Quarter Common Intermediate Format)图像格式来处理可得到L1 = 0. 1、L2 = 0. 3与L3 = 0. 6，若视频画 面利用CIF (Common Intermediate Format)图像格式来处理可得到L1 = 0. 2、L2 = 0. 6与 L3 = 1. 2，而若视频画面利用其它图像格式来处理可得到L1 = 0. 6、L2 = 1. 2与L3 = 2. 4。 因此，可取得一组分辨率参数{Ll，L2，L3}。判断bpp是否小于Ll (bpp < Ll)(步骤S403)。若bpp小于L1，则可取得一组量化 参数{35，40，50}(步骤S404)。若bpp不小于L1，则判断bpp是否小于L2 (bpp < L2)(步 骤S405)。若bpp小于L2，则可取得一组量化参数{25，30,40}(步骤S406)。若bpp不小 于L2，则判断bpp是否小于L3 (bpp < L2)(步骤S407)。若bpp小于L3，则可取得一组量化 参数{20，25，35}(步骤S408)。若bpp不小于L3，则取得一组量化参数{10，15，25}(步骤 S409)。在此实施例中，量化参数初始化模块14所决定出的量化参数的初始值与bpp具有 反比关系。举例而言，当bpp值愈大，量化参数值愈小，反之量化参数值愈大。就选择一组量化参数的操作来看，本发明通过离线(Off-line)编码的方式，用不同的量化参数对不同的标准图像序列进行压缩，最后描绘出在不同的复杂度下失真程度与 量化参数(Distortion-QP)间的关系。在人类视觉模型中，一般认为图像品质大于30分贝 (dB)以上，是人眼最低可接受的画面品质，大于40dB以上即表示为极佳的图像品质，非训 练有素的眼睛，难以分辨与原图的差异。基于此观念，预期监控图像中的背景部份应至少达 30dB，而感兴趣区域(R0I)则应至少达40dB以上，不失一般性，R0I轮廓延伸区域应该介于 34-36dB。以图5为例，在低复杂度的影片中，此时相对应的量化参数值组合应该是{25，30， 40}。在经过多次的实验后，在不同的比特率下，各区域的量化参数差距应该是{QP_R0I，QP_ R0I+D1，QP_R0I+D2}，其中0 < Dl < D2，且D1和D2的最佳实施例为5与15 (实施上可为 4 6与14 16)。如此即符合在H. 264编解码中，最大相邻区块的量化参数差为[-25， 26]的限制。值得注意的是，由于H. 264的量化参数受限在[1，51]之间，因此量化参数值应 落在[1,36]之间。就动态调整量化参数组的操作来看，本发明不断地根据编码比特率(Encoded)和 目标比特率(Target)间的关系来调整量化参数值。令D= (Encoded-Target)/Target，当 D值为负数时，代表前一张画面的编码比特率大于目标比特率，则调高量化参数值，反之则 降低量化参数值。此外，必须考虑以下二种特殊情况(1)当没有任何物件/感兴趣区域被检测到时，则将一组均勻的量化参数{40，40， 40}直接指定给所有的宏区块；以及(2)当编码端(例如，有限可变比特率控制演算模块16)的缓冲区发生溢位时，则 将一组最大的量化参数{35，40，50}直接指定给所有的宏区块。就决定量化参数组的初始值的操作来看，本发明根据目标比特率、画面大小和画 面更新速率，计算出一组合适的初始量化参数，如此能够减少冗余的动态调整量化参数的 过程，以让编码后的比特率能够很快地逼近目标比特率。基本概念是判断每个像素分配到 的比特数(bpp)，当bpp值愈大，代表可运用的预算比特愈多，因此可以降低量化参数值，反 之则提高量化参数值。从图6的实验数据来看可以观察得到以下结论(1) JM13. 2,Sun和Sivanantharasa的演算法所得到的各区域的PSNR值间的差距 并不大，在一些情况下，R0I区域的PSNR值甚至低于非感兴趣区域的PSNR值。而在本发明 所提出的方法中，感兴趣区域的品质则一致比非感兴趣区域的品质较佳；(2)所提出的“利用有限可变比特率控制”能够有效控制输出比特率在特定的预 算比特率范围内，误差值在[-3.6,3. 8]之间，和JM([-4. 1,3. 88]), Sun ([-2. 3,3. 3])与 Sivanantharasa([-2. 5,3. 2])产生的结果相距不远；(3)比较在比特率控制上的计算时间，在本发明所提出的方法中，单张画面所需的 时间约为0.4毫秒(ms)，均较JM(6-9ms)、Sun(9-12ms)与Sivan (6_llms)所需的时间短少 甚多；以及(4)参考图7A 7E，图7A为走廊的原始图像，图7B为经过R0I编码后的走廊图 像，其中框起来的区域为非感兴趣(Non-ROI)区域，图7C为工头的原始图像，图7D为经过 R0I编码后的工头图像，其中框起来的区域为非感兴趣(Non-ROI)区域，而图7E为经过R0I 编码后的工头图像，其中框起来的区域为感兴趣区域。由上可知，本发明所提出来的方法在感兴趣区域(移动中的人和工头(Foreman))所得到的图像品质均较非感兴趣区域为佳。依据一实施例还揭露了一种计算机可记录介质，用以存储计算机程序，上述计算 机程序包括多个程序码片段，其用以载入至计算机系统中并且使得上述计算机系统执行一 种利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法，包括根据感兴趣区域的轮廓在视频画 面中的位置，将该视频画面的多个宏区块分成至少一个感兴趣宏区块、至少一个轮廓延伸 宏区块以及至少一个背景宏区块；并给予感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景宏区块 不同的编码优先权，由此产生第一 R0I映射表；根据目标比特率、视频画面的大小以及画面 更新率，决定视频画面的感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景宏区块的一组量化参数 的初始值；根据该组量化参数对视频画面的感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景区块 进行编码；以及动态地调整视频画面的感兴趣宏区块、轮廓延伸宏区块以及背景区块的该 组量化参数。执行此方法的步骤的详细流程系如同之前所述，在此不再累述。上述方法可以通过程序码存在。当程序码被机器载入且执行时，机器变成用以实 行本发明的装置或计算机程序产品。依据所揭露实施例技术的方法，或特定型态或其部份，可以以程序码的型态存在。 程序码可以包含于实体介质，如软盘、光盘片、硬盘、或是任何其他机器可读取(如计算机 可读取)存储介质，其中，当程序码被机器如计算机载入且执行时，此机器变成用以参与实 施的装置。程序码也可以通过一些传送介质，如电线或电缆、光纤、或是任何传输型态进行 传送，其中，当程序码被机器如计算机接收、载入且执行时，此机器变成用以参与本发明的 装置。当在一般用途处理单元实施时，程序码结合处理单元提供一操作类似于应用特定逻 辑电路的独特装置。虽然已以若干实施例揭露如上，然而其并非用以限定可实施方式，任何熟习此技 艺者，在不脱离所揭露的实施例的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此发明的保 护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
权利要求
一种利用有限可变比特率控制的感兴趣区域ROI编码系统，包括区块决策模块，用以根据感兴趣区域的轮廓在视频画面中的位置，将该视频画面的多个宏区块分成至少一个感兴趣宏区块、至少一个轮廓延伸宏区块以及至少一个背景宏区块，并给予该感兴趣宏区块、该轮廓延伸宏区块以及该背景宏区块不同的编码优先权，由此产生第一ROI映射表；量化参数初始化模块，用以根据目标比特率、该视频画面的大小以及画面更新率，决定该视频画面的该感兴趣宏区块、该轮廓延伸宏区块以及该背景宏区块的一组量化参数的初始值；有限可变比特率控制演算模块，用以根据该组量化参数对该视频画面的该感兴趣宏区块、该轮廓延伸宏区块以及该背景区块进行编码；以及参数更新模块，用以动态地调整该视频画面的该感兴趣宏区块、该轮廓延伸宏区块以及该背景区块的该组量化参数。
2.如权利要求1所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码系统，还包括量化 参数决策模块，用以产生第一级距以及第二级距，其中该组量化参数包括分别对应于该感 兴趣宏区块、该轮廓延伸宏区块以及该背景宏区块的第一量化参数、第二量化参数以及第 三量化参数，该第二量化参数为该第一量化参数与该第一级距的和，而该第三量化参数为 该第一量化参数与该第二级距的和。
3.如权利要求2所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码系统，其中该量化 参数初始化模块系根据该视频画面的分辨率，取得一组分辨率参数，并根据该目标比特率、 该视频画面的大小与该画面更新率，求得一比特数，并且通过该比特数与该组分辨率参数 的大小关系决定出该组量化参数的该初始值。
4.如权利要求3所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码系统，其中该比特 数为该视频画面中每个像素分配到的比特数，并且该比特数通过方程式bpp = T/(F*h*w) 所求得，其中bpp代表该比特数、T代表该目标比特率、F代表该画面更新率，而h与w的乘 积代表该视频画面的大小。
5.如权利要求3所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码系统，其中该量化 参数初始化模块所决定出该组量化参数的该初始值与所求得的该比特数具有反比关系。
6.如权利要求2所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码系统，其中该参数 更新模块根据目标比特率与目前该视频画面的编码比特率之间的关系，动态地调整该组量 化参数。
7.如权利要求6所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码系统，其中该参数 更新模块通过方程式D = (E-T)/T的运算结果动态地调整该组量化参数，E代表该编码比 特率，T代表该目标比特率，而D代表该运算结果。
8.如权利要求7所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码系统，其中当该运 算结果为负值时，该参数更新模块调高该第一量化参数，并且当该运算结果为正值时，该有 限可变比特率控制演模块调低该第一量化参数。
9.如权利要求7所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码系统，其中当该运 算结果大于临界值时，该参数更新模块则指定一组预设的量化参数给该感兴趣宏区块、该 轮廓延伸宏区块以及该背景宏区块。
10.如权利要求1所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码系统，其中当未 检测到该感兴趣区域时，该参数更新模块则指定一组预设的量化参数给该感兴趣宏区块、 该轮廓延伸宏区块以及该背景宏区块，而该组预设的量化参数包括分别对应于该感兴趣宏 区块、该轮廓延伸宏区块以及该背景宏区块的第一量化参数、第二量化参数以及第三量化 参数，该第一量化参数、该第二量化参数与该第三量化参数三者相等。
11.如权利要求1所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码系统，其中该区 块决策模块设定该视频画面中的所有宏区块的编码优先权为最低优先权，再根据该感兴趣 区域的位置和大小，找出该感兴趣宏区块以及该轮廓延伸宏区块在该视频画面的第二 R0I 映射表中的对应索引值，并且将该感兴趣区块以及该轮廓延伸宏区块的编码优先权分别改 设定为最高优先权与中等优先权，以便产生该第一 R0I映射表。
12.一种利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法，其可载入计算机装置而执 行，包括下列步骤根据感兴趣区域的轮廓在视频画面中的位置，将该视频画面的多个宏区块分成至少一 个感兴趣宏区块、至少一个轮廓延伸宏区块以及至少一个背景宏区块；给予该感兴趣宏区块、该轮廓延伸宏区块以及该背景宏区块不同的编码优先权，由此 产生第一 R0I映射表；根据目标比特率、该视频画面的大小以及画面更新率，决定该视频画面的该感兴趣宏 区块、该轮廓延伸宏区块以及该背景宏区块的一组量化参数的初始值；根据该组量化参数对该视频画面的该感兴趣宏区块、该轮廓延伸宏区块以及该背景区 块进行编码；以及动态地调整该视频画面的该感兴趣宏区块、该轮廓延伸宏区块以及该背景区块的该组量化参数。
13.如权利要求12所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法，还包括产 生第一级距以及第二级距，其中该组量化参数包括分别对应于该感兴趣宏区块、该轮廓延 伸宏区块以及该背景宏区块的第一量化参数、第二量化参数以及第三量化参数，该第二量 化参数为该第一量化参数与该第一级距的和，而该第三量化参数为该第一量化参数与该第 二级距的和。
14.如权利要求13所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法，其中决定 该组量化参数的初始值的步骤，包括根据该视频画面的分辨率，取得一组分辨率参数；根据该目标比特率、该视频画面的大小与该画面更新率，求得一比特数；以及通过该比特数与该组分辨率参数的大小关系决定出该组量化参数的该初始值。
15.如权利要求14所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法，其中 该比特数为该视频画面中每个像素分配到的比特数，并且该比特数通过方程式bpp = T/ (F*h*w)所求得，其中bpp代表该比特数、T代表该目标比特率、F代表该画面更新率，而h 与w的乘积代表该视频画面的大小。
16.如权利要求14所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法，其中所决 定出的该组量化参数的该初始值与所求得的该比特数具有反比关系。
17.如权利要求13所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法，其中该组量化参数根据目标比特率与目前该视频画面的编码比特率之间的关系动态地调整。
18.如权利要求17所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法，其中该组 量化参数通过方程式D = (E-T)/T的运算结果动态地调整，E代表该编码比特率，T代表该 目标比特率，而D代表该运算结果。
19.如权利要求18所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法，其中当该 运算结果为负值时，调高该第一量化参数，并且当该运算结果为正值时，调低该第一量化参 数。
20.如权利要求18所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法，其中当该 运算结果大于临界值时，指定一组预设的量化参数给该感兴趣宏区块、该轮廓延伸宏区块 以及该背景宏区块。
21.如权利要求12所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法，其中当未 检测到该感兴趣区域时，指定一组预设的量化参数给该感兴趣宏区块、该轮廓延伸宏区块 以及该背景宏区块，而该组预设的量化参数包括分别对应于该感兴趣宏区块、该轮廓延伸 宏区块以及该背景宏区块的第一量化参数、第二量化参数以及第三量化参数，该第一量化 参数、该第二量化参数与该第三量化参数三者相等。
22.如权利要求12所述的利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法，其中给予 该感兴趣宏区块、该轮廓延伸宏区块以及该背景宏区块不同的编码优先权，由此产生该第 一 R0I映射表的步骤包括设定该视频画面中的所有宏区块的编码优先权为最低优先权；根据该感兴趣区域的位置和大小，找出该感兴趣宏区块以及该轮廓延伸宏区块于该视 频画面的第二 R0I映射表中的对应索引值；以及将该感兴趣区块以及该轮廓延伸宏区块的编码优先权分别改设定为最高优先权与中 等优先权，以便产生该第一 R0I映射表。
全文摘要
一种利用有限可变比特率控制的感兴趣区域编码方法及系统，可以在有限的比特率下，提高运动区域和人眼感兴趣区域的图像画面品质，并通过舍弃较多背景图像的高频系数信息，达到节省编码比特率的目的。相较于以传统比特率-失真(Rate-Distortion)模型为基础的固定比特率控制(Constant Bitrate Control，CBR)的ROI编码，本发明的有限可变比特率控制演算法，搭配一种快速区块决策机制，其编解码复杂度更低，更适合用于即时监控编码系统。
文档编号H04N7/26GK101931800SQ20091014817
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月24日 优先权日2009年6月24日
发明者林群惟, 沈志圣, 黄崇明 申请人:财团法人工业技术研究院