JPH09172642A - Vbrビデオ符号化システム - Google Patents
Vbrビデオ符号化システムInfo
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Abstract
ービスにおけるフレキシビリティを高めることである。 【解決手段】 利用パラメータ制御(UPC)パラメー
タによって特徴付けられた符号化帯域幅が、ビデオエン
コーダおよび非同期送信モードネットワーク間で再交渉
される可変ビットレートビデオ符号化システムであり、
これによって、サービスの品質を維持し、且つ、帯域幅
を節約することができる。符号化システムは、バッファ
の占有レベルを制御する形でビデオソースの量子化を調
整する一方、新しいUPCパラメータを要求する。
Description
(ATM)に使用される符号化システム、及び、符号化
方法に関し、特に、可変ビットレート(VBR)サービ
スに使用されるビデオ符号化システム及び方法に関す
る。
プリケーションよって生成されるトラヒックに対して、
ATMネットワークは、帯域幅要求に真の意味で随意に
対応できることが要求されている。マルチメディアコネ
クションでは、ユーザアプリケーションのために、セッ
ションの進行中に、トラヒックプロファイルがしばしば
変更される。これは、瞬時のビットレートが、画面の内
容およびエンコーダの状態によって、大幅に変化する可
変ビットレート(VBR)ビデオを使用するアプリケー
ションに、特に、当てはまることである。更に、ソフト
ウェアベースのマルチメディアアプリケーションを使用
するユーザは、ビデオウィンドウの大きさを変更して、
大きな画像解像度を望むかもしれないし、ビデオサーバ
からの早送り、巻き戻し、停止、あるいは、ジョグとい
ったような“トリックモード”を要求したり、あるい
は、画像データベースのクイックサーチを突発的に開始
するかもしれない。現在活発に商業用に開発されている
ATMネットワークでは、このような広範囲にわたるビ
デオ及びマルチメディアアプリケーションに対して、所
謂VBRと呼ばれるサービスクラスによって対処するこ
とを企図している。
で、随意に、帯域を調整できる新しいATMのサービス
クラスが提案されている。VBR+と呼ばれる新しいサ
ービスクラスは、統計的多重化技術によって高度のネッ
トワーク利用を可能にするとと共に、コンピュータベー
スのマルチメディアアプリケーションにおけるサービス
の品質(QoS)をサポートすることを意図している。
現在ATMネットワークに使用されているVBRサービ
スクラスでは、ピークレート、バーストの長さ、及び維
持レート(sustained rate)を含む利用
パラメータ制御(以下、UPCと呼ぶ)パラメータの特
定がコネクションの際に要求されている。UPCパラメ
ータは呼設定時に指定され、呼継続時間中、実際上、維
持される。
を圧縮して蓄積するためのビデオ符号化規格として、M
PEG標準規格がある。以下では、MPEG標準規格に
したがって、ビデオを符号化し、VBRでATMネット
ワークに送信するMPEGVBR処理について説明す
る。MPEG VBR処理は、長い時間で見ると、画面
における変化によって静止したものではないから、最初
に指定されたUPCパラメータを過大な大きさにしない
で、単一のUPCパラメータを用いて、全体のセッショ
ン継続中、均一のビデオ品質が得られるようにすること
は一般的には不可能である。
は、セットアップの際、前もって確立した一定のトラヒ
ックプロファイルでコネクションがサポートされる。ト
ラヒックプロファイルは、ピークレート(λp)、バー
ストの長さ(BL)、及び維持レート(λs)のような
一セットのトラヒック記述子、即ち、パラメータによっ
て規定される。これらのパラメータをUPCパラメータ
と呼ぶ。ネットワークは指示されたUPCパラメータに
基づきVBRコネクションを受け付ける。一度、コネク
ションが確立すると、端末装置は指示されたUPCパラ
メータにしたがって動作することが期待される。リーキ
ィバケットベースのネットワーク管理部(ポリサー)を
使って、ネットワークは、強制的に指示されたUPCパ
ラメータにしても良い。セル間の間隔が1/λpまでの
間隔を維持した状態で、ソースがセルを連続的にBLま
で生成するとすれば、ソースはUPCパラメータに従っ
て動作し、セルカウンタがクリアされるまで、全ての残
りのセルは、1/λsまでのセル間隔で到来しなければ
ならない。セルが受付けられる度毎に、リーキィバケッ
トカウンタは増加し、また、固定レートλsで減少す
る。UPCパラメータに違反したセルは、通常、ポリサ
ーによってチェックされ、輻輳が生じたスイッチノード
で廃棄される。セルが廃棄されるのを防止するために、
ソースは最初に申告したUPCパラメータを守るように
トラヒックを調整しなければならない。この調整動作
は、ソースにおいて、ポリサーメカニズムと同等のリー
キィバケットトラヒックシェーパーを模擬したものとソ
ースレート制御部とを組み合わせることにより実現され
る。
生成された圧縮された一連のデータビット列はATMイ
ンターフェースのバッファ内に蓄積される。そのデータ
はリーキィバケットトラヒックシェーパによって特定さ
れているレートでバッファから除去される。もし、UP
Cパラメータが適切に決定されていれば、バッファ内容
はゼロに近くなる。もし、UPCパラメータがソースの
VBRバッファに対して適切に決定されていなければ、
バッファ内容は増加する。バッファ内容の増加の際、ビ
デオエンコーダは、ネットワークインターフェースにお
ける待ち行列サイズを管理し、データの送出最大遅延時
間を保証するために、ソースレート制御によってビット
レートを減少させなければならない。しかしながら、も
し、ソースレート制御メカニズムが、あまりにも頻繁に
働けば、結果的に、サービスの品質(すなわち画質)を
変化させ、場合によっては許容できないものになってし
まう。このように、スタティック(固定)UPCパラメ
ータのVBRコネクションを許容できるサービス品質
(QoS)の範囲にするために、ユーザはセットアップ
時におけるUPCパラメータの指定を必要以上の大きさ
にしなければならない。呼受付制御部(CAC)は、コ
ネクションの継続時間中、指定されたUPCパラメータ
に基づいて資源を確保するので、必要以上に大きなUP
Cパラメータの採用によって、QoSの低下を防止する
ことは、ユーザーに対してコスト的に高い負担を課すこ
とになる。
デオを送信するこれまでの研究では、リーキィバケット
カウンタの大きさを極めて長くし(できれば何十秒もの
長さであるが、ネットワーク設計者の目からみれば禁止
されるほどの長さ)、これによって、ビデオコネクショ
ンの期間の大部分の時間、均一の画質を与えることがで
きる。固定UPCパラメータを使った他の研究として、
ネットワークフィードバックだけによって、ソース帯域
を動的に制御することが、H. Kanakia et
al の論文“An Adaptive Conge
stion Control Scheme for
RealーTime Packet Video Tr
ansport” in Proc. of SIGC
OMM´93, Ithaca, NY, Septe
mber 1993で提案されている。しかしながら、
この研究においても、前述と同様な欠点がある。
ーダと、非同期転送モード(ATM)ネットワークとの
間において、呼接続中に、符号化帯域を再交渉(ren
egotiate)できるVBRビデオ符号化システム
にある。前述したように、符号化帯域は、ピークレー
ト、バーストの長さ、及び、送信レートを含む、利用パ
ラメータ制御(UPC)パラメータによって特徴づけら
れる。ここで、適応型エンコーダレート制御部は、ユー
ザ毎に特定されているサービス品質を維持するために、
必要なUPCパラメータを算出する。一方、ネットワー
クは、ネットワーク輻輳状態を処理するために、より低
いUPCパラメータ値を割り当てる。
PC)を動的に変更して、可変ビットレートビデオエン
コーダをATMネットワークに効果的にインターフェー
スする方法を開示している。特に、UPCパラメータ再
交渉のためのアルゴリズムを、VBR用MPEGエンコ
ーダに用いた場合について説明する。UPCパラメータ
再交渉に比較的大きなラウンドトリップ遅延があって
も、再交渉中の過渡的な時間中に、僅かな品質の低下は
あるが、再交渉によって、充分な品質、及び、利得を得
ることができ、帯域幅を大いに節約することができる。
ATMネットワーク間に位置する。エンコーダは、符号
化の品質を保ち、且つ、サービス遅延を限られた範囲内
に維持するために、ATMネットワークに対して十分な
帯域幅を要求する。ビデオ帯域幅要求は、ピークレート
λp、バーストの長さBL、及び送信レートλsを含む
利用パラメータ制御(UPC)パラメータによって特徴
づけられている。適応VBRビデオエンコーダは、ネッ
トワークインターフェースカード(NIC)におけるバ
ッファメモリを制御するために、レート制御を行い、ビ
デオソースの量子化を調整する一方、要求されるサービ
スの質(QoS)を維持するために、平行して、UPC
パラメータ制御プロセッサは、呼受付制御(CAC)部
に対して、新しいUPCパラメータを要求する。
ド(NIC)は、UPCパラメータ制御プロセッサを備
え、このプロセッサは、新しいUPCパラメータを要求
するレート制御アルゴリズムを実行し、ATMネットワ
ークへの送信のための符号化されたビデオをパケット単
位で区切ることによって、新しいUPCパラメータが受
け入れられることをあらわす、呼受付制御(CAC)か
らの確認を受信する。また、NICは、ビデオの送信レ
ートに関連して使用されるバッファ、及び、バッファを
介して、VBRエンコーダからATMネットワークに、
ビデオを結合するためのATMインターフェースを有し
ている。
UPCパラメータをATMネットワークに要求すると同
時に、ネットワークインターフェースカードのバッファ
を制御するために、ソースにおける量子化を適合させて
いる期間中におけるサービス品質を維持することができ
る。
図面を参照して説明する。以下に述べるように、本シス
テムは、適応型VBRエンコーダを備えており、このエ
ンコーダは、ビデオ信号をATMネットワークインター
フェースカード(NIC)に送出する。この場合、NI
Cは、UPCパラメータ再交渉が行われている間に、同
時的に、ATMネットワークへのVBRコネクションを
維持できる。
デジタルビデオからMPEG圧縮ビット列を生成する。
入力ビデオは、グループオブピクチャー(GOP)単位
に区分されており、各単位は、イントラ(I)画像(フ
レーム内画像)と、予測(P)画像の配列、および、双
方向予測符号化、或いは、補間(B)画像とを含んでい
る。この場合、I画像は、その他の画像に関係なく符号
化されており、P画像は、前の(IあるいはP)画像を
参照して符号化される。更に、B画像は、直前の(Pあ
るいはI)画像と共に、直後の(IあるいはP)をも参
照して符号化される。GOPの始めに配置されるIフレ
ームは、ランダムな検索、或いは、チャンネル切り替え
を容易にするための基準入力点として役立ち、ソース符
号化および送信エラーに対して、符号を強力にする。G
OPは、I画像間の距離N、および、P画像間の距離M
によって規定される。圧縮の観点では、I画像は空間的
冗長性のみを利用するので最小の圧縮効率しかなく、P
画像は、空間的冗長性と共に、時間依存性をも利用する
ので、次に、効果的であり、B画像は、P画像が利用し
ているものに加えて、非時間依存性の冗長性をも利用す
るので最も効果的である。典型的なVBRのMPEGビ
ットレートトレースのセグメントが、I、P、およびB
構造として図1に示されている。
ライスを有しており、その基本単位は再同期情報が結合
されている。スライスは、一列のマクロブロックからな
っている。マクロブロックは、それぞれ8x8のブロッ
クからなるCbおよびCrの色度ブロックと共に、16
x16の輝度ブロックからなっている。エンコーダにお
いて、動き補償予測によって入力マクロブロックの差が
予測誤差として計算される。予測誤差は、どの符号化が
最も効率的に符号化できるかを決定するために、原(イ
ントラ)ブロックとも比較される。選択されたマクロブ
ロックは離散余弦変換(DCT)によって変換される。
DCTは画素の強度を周波数係数に変換するための変換
であり、DCTは画素を非常に簡潔な形式(すなわち、
多くのゼロ係数とわずかな非ゼロ係数)で表している。
結果的に得られたDCT係数は動き量子化情報特性(以
下、“mquant”呼ぶ)(Movable Quantizer info
rmation )の量子化ステップサイズで、一様量子化器で
量子化される。量子化された係数は、可変長符号化され
る。マクロブロックレイヤにおいて、フレーム間(in
ter)/フレーム内(intra)の決定、量子化パ
ラメータ、および、動きベクトルのようなデータ要素が
送信され、他方、スライスおよび画像レーヤにおいて
は、同期符号がMPEGビット列に多重化される。結果
的なVBR MPEGビット列はNICのポートバッフ
ァに送信される。
値Qtargetにおいて符号化されたVBRビデオを
サポートするのに必要なUPCパラメータ(λp、
λs、BL)は、平均ビットレートを推定するための観
測窓長(UPCwindow)サイズをスライドするこ
とによって、インターフェースバッファにおいて、到来
するビデオトラヒック(圧縮されたビット列)から決定
される。MPEGにおける量子化の結果は、1から31
までの間の整数である。VBRモードの場合、MPEG
エンコーダは、I、P、およびBフレームを一様な品質
で符号化するために、フレームで平均したもののフレー
ム量子化3重項 (qI、qP、qB)を使用する。こ
こで、これらqI、qP、qBの間には、qI=qP/
kP=qB/kBおよびkB>kP>1の関係がある。
量子化Qにおけるフレームnを符号化するために、エン
コーダによって使用されるビットの数bQ(n)は、以
下の式によって算出される: B(n)=B(n−1)+bQ(n)−R(n)・T (1) ここで、B(n−1)およびB(n)は、それぞれフレ
ーム周期Tの最初と最後におけるNICでのバッファ占
有割合であり、R(n)はフレームn中のバッファサー
ビスレート(待ち行列サービスレート)である。
符号化するために必要とされるフレームごとのビットの
数は、 bQtarget=(Q/Qtarget)・bQ(n) (2) として予測される。この時、MPEGのVBRビデオに
おける双曲関数であらわされたレート歪線は、量子化の
小から中の範囲で有効であると推測される。すなわち、 X(n)=bQ target・Qtarget=bq・Q (3) ここで、X(n)はフレームnの複雑性(comple
xity)をあらわしている。
targetにおいて、ビデオを符号化するためのピー
クレートが以下のように算出される。
長のフレームを動かすことによって得られるウィンドウ
内で観測した場合、max[bQ target(n)]は、フ
レーム毎のビット数の最大値を示している。
ンドウ内で、フレームを符号化するための送信レートは
次の数1であらわされる式5によって算出される。
ァ内容を空にして、ピークレートでウィンドウ内の最長
フレームをサービスでき、これによって、待ち行列遅延
を適応的に減少させることができる。値B(n−1)
は、前のUPCパラメータが有効である間、累積エラー
を補償している。
待ち行列サイズに対する基準値Bmaxは適応的に以下
のように算出される。
た最大端末間(エンドーツーエンド)遅延であり、dは
一方向のネットワーク遅延(すなわち、伝搬および待ち
行列により遅延)であり、emaxは以下の数2によっ
てあらわされる式8によって規定される。
バッファ占有割合の平滑値であり、また、αは0≦α≦
1の範囲の値をとり、且つ、max(Bs(n)−B
max)はUPCパラメータwindowのフレーム周
期から算出される。値emaxは、待ち行列による遅延
がユーザ規定値Dmaxを越えることを避けるために、
Bmaxの値を補償する。待ち行列がさらに輻輳する
時、Bmaxはリ−キィバケットによって維持されてい
る待ち行列サービスレートであるので、λsを使用して
算出されることは注意すべきである。
使用することは、広帯域ネットワークにおいて、フィー
ドバックベースで防護的に輻輳を制御するアルゴリズム
にとって重要である。現在のUPCパラメータが、入力
トラヒックに対して不適切であることを検出し、適切な
UPCパラメータがネットワークによって許容されリー
キィバケットに設定される時間によって定まる時間、ビ
デオレート制御はNICの待ち行列のサイズをBmax
以下に維持しなければならない。また、一度新しいUP
Cパラメータが設定された場合、レート制御によってレ
ートを上昇させ、エンコーダにターゲット量子化を行な
わせるように、制御が行われる。
ルゴリズムは、現在のBmax及びBsを使って、以下
の規則によって次のフレームR(n+1)に対する符号
化レートを更新する。
ら、Q(n+1)=Q(n)+2;(Bs(n)>th
I2 ・Bmax)かつ(Bs(n)>thI1 ・B
max)なら、Q(n+1)=Q(n)+1;(B
s(n)<thD2 ・Bmax)なら、Q(n+1)=
Q(n)−2;(Bs(n)>thD2 ・Bmax)か
つ(Bs(n)<thD1 ・Bmax)なら、Q(n+
1)=Q(n)−1;(Q(n+1)>Qmax)な
ら、Q(n+1)=Qmax;(Q(n+1)<Q
max)なら、Q(n+1)=Qtarget;そし
て、 R(n+1)=R(n)・Q(n)/Q(n+1) (10) 所定の閾値、thI2 ,thI1, thD2 ,thD
1 は、制御の際、適当なヒステリシスを与えるために選
択されるべきである。最後の2つの規則は、制御範囲
(Qtarget,Qmax)においてアプリケーショ
ンによって特定された範囲に調整する。
は、各フレーム周期ごとに、値QとQtargetを比
較する。もし、所定のSフレーム周期の期間、Q>Q
targetであるならば、UPCupフラッグが設定
される。UPCupフラッグを得る前に、Sフレーム周
期の期間、この状態が継続することを要求することによ
って、Sフレーム周期の期間までに含まれている過渡的
な時間における部分的なパラメータ調整をレート制御に
より初期的に許容し、UPC再交渉の頻度を減少させる
ことができる。UPCupが設定された後、UPCパラ
メータが上記のように得られると、ATMスイッチに対
して要求が出される。ATMスイッチは、現在のコネク
ションにおける現在の使用レベル、帯域幅予約、および
QoS契約の状態に依存して、要求を受容あるいは拒絶
する。もし、UPCupの要求が受け付けられた場合、
CACからNIC20にその受け付けについて送信され
る。UPC再交渉がソースでトリガーされた時から、U
PCパラメータが実際にリーキィバケットで有効になる
時間まで、かなりの遅延があることは重要なことであ
る。Sの値を増加させること、および/又は所定数量の
フレーム周期にわたって、値Qを平滑化することによっ
て、ビデオの品質の低下に対して反応制御が応答しづら
くなることを犠牲にしても、再交渉周波数を低下させる
ことができる。
target、かつBs(n)=0である時、UPC
downの再交渉要求がなされる。所定数のフレーム周
期によって所定の期間Lは、測定された状況が安定して
(即ち、瞬時的ではない)いることを保証するのに、十
分な大きさであり、UPCup及びUPCdown状態
の間の変化に、ヒステリシス、即ち、時間差を与えるた
めに、Sより大きくなければならない。これらUPC
up及びUPCdownはUPCパラメータを構成する
ピークレート、バースト長、維持レートの全てに関連し
て出力されてよい。
説明してきたが、以下では、本発明を実行するための好
ましい実施例を詳しく説明する。
およびATMネットワークインターフェースカード(N
IC)20の相互接続の好ましい実施例を示している。
ここで、VBRビデオエンコーダ10は量子化器制御部
12およびUPCモニタ14を含んでいる。量子化器制
御部12は、特定されたターゲットビデオ符号化レート
に基づいて量子化値Qを選択する。さらに、量子化器制
御部12は、フレーム中、量子化値QをUPCモニタ1
4およびVBRエンコーダ16の双方に送信する。量子
化値Qはビデオフレーム以上の量子化特性(mquan
t)の平均をあらわしている。VBRエンコーダ16
は、各マクロブロックに対する量子化値(mquan
t)を要求しているので、量子化器制御部12は、符号
化されるべき領域の局部符号化の複雑性(comple
xity)で、ターゲットQを変調することによって、
量子化値を算出する。UPCモニタ14は、また、入力
として、特定のターゲットビデオ符号化仕様、及び、フ
レームサイズ(mビット)情報をVBRエンコーダ16
から受信する。ターゲットビデオ符号化仕様は、量子化
範囲および最大限許容範囲の遅延を含む所望の動作領域
を定めている。NIC20中の制御プロセッサ18は、
アルゴリズム(以下に説明されている)を動作させ、こ
のアルゴリズムによって、呼受付制御部(CAC)を介
して、ATMネットワークへのUPC再交渉要求がトリ
ガーされる。
ャートである。制御手順はスタートすると(30)、リ
ーキィバケット24に対して、最初の特定値を設定する
(32)。リーキィバケット24からのレート情報は、
インターフェースバッファ22に送信され、ATMネッ
トワークへ次に送信されるビデオデータとして使用され
る。リーキィバケット24からの伝送レート(λp、λ
s)は、フレーム時間における最大レートおよび中間レ
ートを算出することによって監視される(34)。モニ
ターバッファの占有割合、あるいは、状態は以下に説明
されるように監視されて調整される(36)。バッファ
の占有割合(Bocc)に関する情報は、更新されたV
BRビデオエンコーダ10の量子化器制御部12に与え
られ、量子化制御部において、更新されたQの値が決定
され(38)、この値はVBRエンコーダ16にも与え
られる。UPCパラメータの新しいおよび更新された値
が望ましい場合、再交渉レートに対する要求はCACに
送信され(40)、CACは、新しいパラメータ値の要
求がATMネットワークによって受付けられるか否かを
示す信号を返送する。使用されるべきUPCパラメータ
(現在の値あるいは受け付けられた再交渉値)がリーキ
ィバケット24に与えられ、処理が新たに開始される。
手順の各ステップで実行される処理が以下に詳細に説明
される。
ーチャートである。モニターレートアルゴリズムはフレ
ーム時間jにおける送信レートおよびピークレートを算
出する(42)ためのものである。フレーム内の送信レ
ートRsが、動いているウィンドウのサイズに関連し
て、与えられたフレームサイズ(frameSize)
に対する平均レートavgとして計算される(44)。
前のフレームに対する監視された送信レートRsもまた
計算される(46)。監視された送信レートは2つの計
算されたレートの最大値である(48)。監視されたピ
ークレートは全てのフレームに亘って与えられたフレー
ムサイズに対して最大値である(50)。送信レートお
よびピークレートがフレーム時間算出されると、監視レ
ート処理は終了する(52)。モニターレートアルゴリ
ズムは、好ましくはUPCモニター14で実行される。
するためにエンコーダに必要なUPCパラメータは、レ
ート歪モデルを使って現在のVBRビットレートおよび
現在の量子化Q値に基づいて算出される。バッファ最大
占有割合Bmaxは許容最大遅延Dmaxおよび伝搬遅
延の推定値にもとづいて算出される。バッファ22の内
容BoccはBmaxと比較される。輻輳が起こると、
バッファ内容であるBmaxの値は、制御プロセッサ1
8からビデオエンコーダ10のUPCモニター14に送
信され、この結果、バッファ22の内容を値Bmaxよ
り小さく維持するようにUPCパラメータが変更され
る。Qがユーザ規定値Qtargetよりも高くなるフ
レームの数が所定の閾値を越えると、制御プロセッサ1
8も、UPCパラメータを要求する。
(図3)のフローチャートであり、バッファモニターア
ルゴリズム36は好ましくは量子化器制御部12で実行
される。処理は54で開始され、瞬時バッファ占有割合
すなわちレベルBは、ビデオ画像のフレームサイズとバ
ッファサイズBを加算した値に等しくなるように設定さ
れる(56)。瞬時的にバッファはBs=αB+(1−
α)Bsになるように、平滑用ファクターαを与えるこ
とによって“平滑化”される(Bs)(58)。バッフ
ァの最大値(Bmax)=(Dmax−delay)*
rateは、バッファ上にセットされる(60)。ここ
で、Dmaxはユーザが許容できる最大の遅延で、“d
elay”はネットワークで受け継がれる伝搬遅延、
“rate”は維持されるべき送信レートである。
りも大きいかどうか比較される(62)。もし、大きけ
れば、ΔBは増加され(64)、他方、大きくなけれ
ば、ΔBは減少させられる(66)。その結果、ΔBの
値はバッファが瞬時的に増加すべきか、あるいは、減少
すべきかを示していることになる。
値Bmaxの所定の割合よりも大きいかどうかがもう一
回、比較される(68)。もし、大きければ、第1カウ
ンタCntrAが増加する(70)。他方、大きくなけ
れば、カウンタCntrAは変化しない(72)。さら
に、平滑化されたバッファ占有割合Bsが、最大バッフ
ァ占有レベルのもう一方の低い方の割合と比較される
(74)。もし、大きければ、第2のカウンタCntr
Bが増加し(76)、通常フラッグがゼロに設定される
(78)。もし、大きくなければ、通常フラッグが
“1”に設定される(80)。これによって処理は終了
する(82)。
合が最大バッファ占有範囲、すなわちβBmaxとαB
max間にあるかどうかを決定する。好ましい実施例に
おいて、αは0.8でβは0.2である。すなわち、も
し、瞬時バッファ占有レベルが最大バッファ占有の20
から80%の間にあれば、動作は正常であると考えられ
る。もし、瞬時バッファ占有割合がその範囲外にあった
場合、UPCパラメータは、許容できるサービスの品質
を維持し、所望の範囲内に戻すために、バッファ占有割
合を(再交渉して)増加あるいは減少させるように変更
する必要がある。
ファモニターアルゴリズムに従って実行される量子化制
御アルゴリズム38(図3)のフローチャートである。
処理が開始されると(86)、Qの瞬時値はQs=bQ
+(1−b)Qsの値に平滑化される(88)。ここ
で、Qは瞬時量子化値であり、bは予め決められた値で
ある。
Uより大きいかどうかが決定される(90)。もし、大
きければ、ΔBがゼロより大きいかどうかについてもう
一介決定が行われる(92)。もし、大きければ、(即
ち、YESであれば)Qの値は大きく増加され(9
4)、処理はステップ106に進む。この処理は、量子
化値を粗調整する処理である。もし、ΔBがステップ9
2においてゼロより大きくなければ、Qはより小さい値
だけ増加し(96)、処理はステップ106に進む。こ
れは量子化値の微増調整処理である。
Uより大きくなければ、カウンタCntrBの計数値が
もう一つの所定の値Dよりも大きいかどうかの決定が行
われる(98)。もし、大きければ、ΔBがゼロよりも
大きいかどうかのもう一つの決定が行われる(10
0)。もし、大きければ、値Qは大きく減少され、処理
はステップ106に進む。もしステップ102のΔBが
ゼロよりも小さくなければQの値はよりほんの少しだけ
減少し(104)、処理はステップ106に進む。この
処理は、量子化値Qを減少方向に粗密に調整する処理で
ある。
プ98のDよりも大きくなければ、処理はオープンルー
プがあるかどうかの決定がされるステップ106に進
む。もしあれば、Qはターゲット値Qtargetに設
定され(108)、処理は終了する(116)。ターゲ
ット値はアプリケーション毎に設定された値である。も
し、オープンループがなければ、瞬時値Qがターゲット
値Qtargetよりも小さいかどうかの決定が行われ
る(110)。もし、小さければ、QはQtarget
と等しい値に設定され(108)、処理は終了する(1
16)。もし小さくなければ、QはQmaxよりも大き
いかどうかの決定が行われる(112)。Qmaxは、
ビデオが特定のアプリケーションに対して役に立たない
Qの値である。もし、大きければ、QはQmaxと等し
い値に設定され(114)、処理は終了する(11
6)。もし大きくなければ、処理は終了し(116)、
Qは変化しない。
ム40のフローチャートである。再交渉処理は120で
開始する。再交渉がすでに進行しているかどうかの決定
が行われる。もしされていれば(即ち、YESであれ
ば)、処理は終了する(124)。もし(NO)であれ
ば、再交渉が開始する(126)。
Qtargetより大きいかどうかの決定が行われる
(128)。もし、大きければ(即ち、YESであれ
ば)品質外(Quality Off)カウンタの値が
増加する(130)。品質外カウンタは、Qsがどのく
らいの頻度で目標の範囲外に出るかをカウントする。
ステップ132に示すように、平滑化量子化値Qs、所
定の定数k、及びモニターレートRsを乗算し、この乗
算結果を目標量子化値Qtargetによって割り算す
ることによって、計算される。同様の計算によって、再
交渉されたピークレート値(Rpーreq)がステップ
134で計算される。
められた所定数量より大きいかどうかの決定が行われる
(136)。もし、大きければ、再交渉が継続的に行わ
れる(138)。もし、大きくなければ、品質外カウン
タの値は変化しない、即ち、ゼロになる(140)。
子化値Qtargetと等しい値かどうかの決定が行わ
れる(142)。もし、等しい値であれば、処理はステ
ップ156に進む。もし等しい値でなければ、カウンタ
CntrBの計数値がCntrAの計数値よりも大きい
かどうかの決定が行われる(144)。大きければ、処
理はステップ156へ進み、そうでなければ、要求され
た維持レート(Rs−req)が監視された維持レート
(Rs−mon)と等しい値にされて(146)、要求
されたピークレート(Rp−req)が監視されたピー
クレート(Rp−mon)と等しい値にされる(14
8)。調整値はステップ150で1に設定される。カウ
ンタCntrBの計数値はステップ152でゼロに設定
される。もし調整が1に設定されれば、処理は継続する
(154)。
現行の維持レート(Rs−eff)よりも所定の割合だ
け大きいかどうかの決定が行われる(156)。フロー
チャートに示されるように、要求維持レート(Rs−r
eq)が、効果的レートよりも10%(1.1)好まし
く超越するかどうかの決定が行われる。もし、越えてい
なければ、要求された維持レート(Rs−req)が有
効維持レート(Rs−eff)に対して所定の割合だけ
小さいかどうかの決定が行われる(158)。示されて
いるように、低い閾値が、効果的レートの90%(0.
9)に設定されている。もし、効果的でなければ、処理
は終了する(124)。すなわち、もし、要求される再
交渉レートが現在効果的な維持レートの所定の範囲にあ
れば、現在のレートが、調整されるべきレートに十分近
いと判断されれば、再交渉は実行されない。値0.9お
よび1.1は好ましい値である。しかしながら、当業者
にはその他のサイズのウィンドウが選択されることは明
らかである。
はステップ158で決定されたような範囲外であれば、
調整されるピークレートが所定の量以上か、あるいは現
在効果的なピークレートの所定の割合よりも小さいかど
うかの決定が行われる(160)。さらに、フローチャ
ートに示されている範囲はプラスマイナス10%であ
る。しかしながら、その範囲は維持レート決定に関して
使用される範囲と同様である必要はなく、その範囲はプ
ラスマイナス10%である必要もないが、予め決められ
た値である。もしステップ160およびステップ162
における決定が両方ともNOであれば、すなわち、要求
されるピークレートが所定の範囲内にあるとき、処理は
終了される(124)。さらに、もし要求されるレート
が現在のピークレート内の所定の範囲にあれば、ピーク
レートの調整は要求されない。
ば、再交渉フレームの時間が現在のフレーム数と再交渉
されたレートが効果的であるフレームとの差異を計算す
る(164)。計算された経過時間Trenegがmi
nTrenegより小さい、あるいは変化に影響を与え
るのに必要なフレームの最小限の数より小さいかどうか
の決定が行われる。もし小さくなければ、処理は終了す
る(124)。もし小さければ、計算された値T
renegが再交渉された遅延の所定の倍数を越えてい
るかどうかの決定が行われる(168)。好ましい値は
10倍である。もし越えていなければ、処理は終了する
(124)。もし、時間が変化に影響を与えるのに必要
な時間の範囲内であれば、送信レートおよびピークレー
トの再交渉された値に対するレート要求がステップ17
0のCACに送信され、変化が効果を生じるべきである
フレームがステップ172のCACに送信される。そし
て処理は終了する(124)。上記のように、CAC
は、新しいCACパラメータがATMネットワークによ
って許容されるかどうかを示す信号を返送する。この信
号は、アベーラブルリソースを示す、代わりのUPCパ
ラメータを要求するUPCパラメータに応じてCACに
対して延長される。Trenegはまた、過度なUPC
パラメータの要求を有するスイッチCACプロセッサに
負担をかけすぎることを避けるためメカニズムとして機
能する。
タの特定されたレートλpあるいはλsで、バッファ2
2からのデータをクロックし、制御プロセッサ16によ
って設定された動的UPCパラメータに基づく対応レー
トで、ATMSAR(Segmentation An
d Re−assmbly)レジスタ26にデータを記
録する。ATMSAR26はATM転送のために、バッ
ファ22からの圧縮データを保持し、データセルをAT
Mネットワークに送信する。ATMSARレジスタ26
は、ATMヘッダを有するATMセルにデータのビット
列を分解する。再構成処理は、受信機(ここでは示され
ていない)で実行され、受信機は、ヘッダを除去し、デ
ータを再構成あるいは再構築する。ATMネットワーク
はCACおよびUPC割当を行なうことでNIC要求を
処理する。UPC呼受付の確率は、1に等しいと仮定さ
れている。
デオ符号化の好ましい方法を説明、図示してきたが、本
発明の精神および広い原則から逸脱することなく修正や
変更が可能であり、本発明がここに付されている請求項
の範囲によってのみ限定されることは、当業者には明ら
かであろう。
ト軌跡を示すグラフ表示である。
G、VBRエンコーダのATMインターフェースの概略
ブロック図である。
フローチャートである。
チャートである。
ーチャートである。
ートである。
ートである。
ートである。
Claims (8)
- 【請求項1】 符号化帯域幅が呼接続中に再交渉される
VBRビデオ符号化システムにおいて、 入力ビデオから圧縮された一連のビデオビット列を生成
し、フレームサイズ情報を与えるためのVBRビデオエ
ンコーダと、 目標とするビデオ符号化仕様に基づき量子化値(Q)を
選択し、その値Qを前記VBRビデオエンコーダ及びU
PCモニタに出力する量子化制御器と、 量子化値(Q)、目標とするビデオ符号化仕様、および
フレームサイズ情報を受信し、所望のUPC(利用パラ
メータ制御)パラメータを算出するUPCモニタと、 現フレームの量子化値Qを目標量子化値(Q
target)と比較し、値QおよびQtargetが
所定枚数のフレームで異なっている時、UPCモニタか
ら受信した所望のUPCパラメータの再交渉を要求する
制御プロセッサを有することを特徴とするVBRビデオ
符号化システム。 - 【請求項2】 請求項1のシステムにおいて、ATMネ
ットワークに連結され、圧縮された一連のビデオビット
列を受信する呼受付処理部を供え、前記制御プロセッサ
は、前回交渉してから現在時刻までの経過時間(T
reneg)が再交渉を許容又は拒絶する呼受付制御に
必要な遅延時間の所定倍を越えると、再交渉を要求する
ことを特徴とするシステム。 - 【請求項3】 請求項1のシステムにおいて、前記UP
Cモニタは、現監視UPCパラメータと、目標量子化値
Qtargetによる動作中、所定の値Qを維持するた
めに、圧縮された一連のビデオビット列に対する所望の
UPCパラメータを算出することを特徴とするシステ
ム。 - 【請求項4】 請求項1によるシステムにおいて、圧縮
された一連のビデオビット列を受信するためのバッファ
をさらに有しており、前記量子化制御器が、前記バッフ
ァの占有レベルを予め定められた最大端末間(エンドー
ツーエンド)の遅延になるように量子化値Qが選択され
ることを特徴とするシステム。 - 【請求項5】 符号化帯域幅が呼接続中に再交渉される
VBRビデオ符号化方法であって、 入力ビデオから圧縮された一連のビデオビット列を生成
するステップ、 目標とするビデオコーディング仕様に基づき量子化値
(Q)を選択するステップ、 フレームの量子化値Qおよび目標量子化値(Q
target)を比較するステップ、及び量子化値Qお
よび目標量子化値Qtargetが所定枚数のフレーム
で異なっている時、UPC値を再交渉する呼受付制御部
に所望のUPCパラメータを送信するステップを有する
ことを特徴とする方法。 - 【請求項6】 請求項5による方法において、 再交渉UPCパラメータを再交渉するのに必要な経過時
間(Treneg)は、所望のUPC値を受付け又は拒
絶する呼受付制御に必要な伝搬遅延時間の所定倍を越え
ていることを特徴とする方法。 - 【請求項7】 請求項5による方法において、前記所望
のUPC値を計算するステップでは、現在のUPC値お
よび目標量子化値(Qtarget)に従って、圧縮さ
れた一連のビデオビット列を生成している間、圧縮され
た一連のビデオビット列が所望の値Qを維持するような
値を算出することを特徴とする方法。 - 【請求項8】 請求項5による方法において、圧縮され
た一連のビデオビット列をバッファリングするステップ
を含み、前記バッファリングするステップは、所定の端
末間(エンドーツウーエンド)最大遅延を与えるような
前記量子化値Qに選択されていることを特徴とする方
法。
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| US08/538672 | 1995-10-03 |
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| JPH09172642A true JPH09172642A (ja) | 1997-06-30 |
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Family
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| Country | Link |
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