TWI683572B - 基於畫面動態資訊的視訊位元率傳輸控制方法 - Google Patents
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Abstract
一種視訊位元率傳輸控制方法，適用於控制一監視攝影機的視訊位元率，由一控制處理單元來實施，包含以下步驟：(A)在接收到來自一影像拍攝單元一影像後，根據一相關於編碼後影像之位元率的編碼參數，將該影像編碼成一當前編碼影像；(B)根據該當前編碼影像及一相關於一目標景象的背景影像，判定是否有一動作事件發生且一暫存單元的佔用率是否大於一門檻值，以獲得一判定結果；及(C)根據該判定結果，更新該編碼參數，及將該當前編碼影像儲存至一儲存單元及該暫存單元之其中一者。
Description
本發明是有關於一種傳輸控制方法，特別是指一種基於畫面動態資訊的視訊位元率傳輸控制方法。
隨著無線網路的使用越來越普及，視訊監控系統(Video Surveillance System)逐漸以無線網狀網路(Wireless Mesh Network,WMN)替代高成本的有線網路。無線網狀網路是一種利用無線電所構成的網狀拓樸網路，其特點是網狀網路自我調校機制，當網路中其中一個節點無法服務或忙碌時，會自動調整跳躍路徑，讓網路繼續保持正常運作。
然而，無線網路的頻寬有一定的限制，當同時多部節點傳輸資料時，越靠近匯聚節點的鏈路所堆積的資料越多，造成鏈路壅塞必須調降視訊位元率(Bitrate)才能減少頻寬的使用，視訊的位元率與視訊畫質有直接關聯，視訊的位元率越低，視訊畫質也會隨之下降，因此當鏈路壅塞而視訊畫質下降且有事件發生時，無法達到監控的目的。
因此，本發明的目的，即在提供一種能改善鏈路擁塞情況的視訊位元率傳輸控制方法。
於是，本發明視訊位元率傳輸控制方法，適用於控制一監視攝影機的視訊位元率，該監視攝影機經由一通訊網路連接一監控伺服器並包括一被配置來連續拍攝一目標景象以便連續產生該目標景象之影像的影像拍攝單元、一儲存單元、一暫存單元、一經由該通訊網路連接該監控伺服器的傳輸單元，及一控制處理單元，該儲存單元儲存有一相關於該目標景象的背景影像及一相關於編碼後影像之位元率的編碼參數，該暫存單元電連接該傳輸單元，且用以儲存被該傳輸單元傳輸至該監控伺服器的待傳輸影像，該控制處理單元電連接該儲存單元及該暫存單元，該方法由該控制處理單元來實施並包含一步驟(A)、一步驟(B)，及一步驟(C)。
該步驟(A)中，在該控制處理單元接收到來自該影像拍攝單元的一影像後，該控制處理單元根據該編碼參數，將該影像編碼成一當前編碼影像。
該步驟(B)中，該控制處理單元根據該當前編碼影像及該背景影像，判定是否有一動作事件發生且該暫存單元的佔用率是否大於一門檻值，以獲得一判定結果。
該步驟(C)中，該控制處理單元根據該判定結果，更新該編碼參數，及將該當前編碼影像儲存至該儲存單元及該暫存單元之其中一者。
本發明之功效在於：根據該判定結果，更新該編碼參數，以進行編碼影像之位元率分配，以及決定將該當前編碼影像先儲存至該儲存單元，或是直接儲存至該暫存單元以作為待傳輸影像，讓傳輸資源能夠最佳化，以改善鏈路擁塞情況。
1‧‧‧監視攝影機
11‧‧‧影像拍攝單元
12‧‧‧儲存單元
13‧‧‧暫存單元
14‧‧‧傳輸單元
15‧‧‧控制處理單元
100‧‧‧通訊網路
9‧‧‧監控伺服器
201~216‧‧‧步驟
31‧‧‧編碼模組
32‧‧‧加密模組
33‧‧‧控制模組
34‧‧‧切換模組
35‧‧‧次取樣模組
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，示例說明一用來實施本發明基於畫面動態資訊的視訊位元率傳輸控制方法的一監視攝影機；圖2是一流程圖，示例說明本發明基於畫面動態資訊的視訊位元率傳輸控制方法之一實施例；及圖3是一方塊圖，示例說明該監視攝影機。
參閱圖1，示例說明了一可用來實施本發明基於畫面動態資訊的視訊位元率傳輸控制方法的監視攝影機1，該監視攝影機1
經由一通訊網路100連接一監控伺服器9，並包括一影像拍攝單元11、一儲存單元12、一暫存單元13、一傳輸單元14，及一控制處理單元15。在本實施例中，該通訊網路100例如為網際網路(Internet)，該監控伺服器9例如為一監控中心(Video Surveillance Center,VSC)，但不以此為限。
該影像拍攝單元11被配置來連續拍攝一目標景象以便連續產生該目標景象之影像。
該儲存單元12儲存有一相關於該目標景象的背景影像及一編碼參數。在本實施例中，該儲存單元12例如為本地儲存裝置(Local Storage)，該編碼參數例如為量化參數(Quantization Parameter,QP)，但不以此為限。
該暫存單元13電連接該傳輸單元14，且用以儲存被該傳輸單元14傳輸至該監控伺服器9的待傳輸影像。在本實施例中，該暫存單元13例如為一緩衝器(Buffer)，但不以此為限。
在本實施例中，該傳輸單元14以網路堆疊(Network stack)技術傳輸該暫存單元13儲存的待傳輸影像，該傳輸單元14存有具備網路壅塞控制能力的應用層通訊協定，當網路鏈路不穩定時，該通訊協定使得該傳輸單元14的資料傳輸速率變慢，但不以此為限。
該控制處理單元15電連接該儲存單元12及該暫存單元
13。
參閱圖1與圖2，示例說明了該監視攝影機1如何實施本發明基於畫面動態資訊的視訊位元率傳輸控制方法的一實施例。以下詳細說明該實施例。
在步驟201中，在該控制處理單元15接收到來自該影像拍攝單元11的一影像後，根據該編碼參數及一前一編碼影像將該影像編碼成一當前編碼影像。在本實施例中，該當前編碼影像的編碼方法為一基於畫面區塊劃分的視訊壓縮方法，其會將該影像劃分為數個區塊(Block)，並分別對每個區塊進行編碼處理，每一區塊內會記錄一預測模式、該量化參數、一預測殘差值、一預測角度及一動作向量(motion vector)等資訊。值得注意的是，該控制處理單元15係以一框架內編碼(intraframe coding)技術或一框間編碼(interframe coding)技術將該影像編碼，以該框架內編碼技術所編碼之編碼影像即為I畫面(I-frame)，其壓縮時不參考其他畫面，以該框間編碼編碼之編碼影像即為P畫面(P-frame)，其係利用過去最近的一張I畫面或P畫面做為向前預測(forward prediction)的參考畫面，再結合動作估計與轉換編碼進行壓縮，因此若該影像與該前一編碼影像差距過大即以該框架內編碼技術編碼，反之，若該影像與該前一編碼影像差距小即以該框間編碼技術編碼，該框架內編碼技術及該框間編碼技術之壓縮方法為習知技術，故不多加贅
述。
在步驟202中，該控制處理單元15判定該當前編碼影像是否以該框架內編碼技術編碼(即判定該當前編碼影像是否為I畫面)。當判定出該當前編碼影像是以該框架內編碼技術編碼時，流程進行步驟203；當判定出該當前編碼影像不是以該框架內編碼技術編碼時，流程進行步驟204。
在步驟203中，該控制處理單元15將該當前編碼影像加密。在本實施例中，該控制處理單元15以一密碼表擾動該當前編碼影像的每一區塊之排序，以加密該當前編碼影像。詳細而言，當I畫面解碼失敗時，後續以此I畫面為參考畫面的P畫面因為參照到錯誤的區塊而解碼出錯誤的畫面資訊，而產生錯誤遞延(error propagation)的現象，以達到加密的效果。
要特別注意的是，在其他實施方式中，在步驟202中，在判定出該當前編碼影像是以該框架內編碼技術編碼後，該控制處理單元15還判定該當前編碼影像是否為I畫面中的IDR畫面(IDR frame)，當判定出該當前編碼影像為I畫面中的IDR畫面時，流程才進行步驟203；否則流程進行204。
在步驟202或步驟203之後的步驟204中，該控制處理單元15判定是否有一動作事件(Motion event)發生，當判定出有一動作事件發生時，流程進行步驟205；當判定出無動作事件發生時，
流程進行步驟211。在本實施例中，該控制處理單元15利用該當前編碼影像的每一區塊的動作向量作為判定條件，為減少動作強度較小的區塊影響分析結果，因此將動作強度低於一第一閾值的動作向量設為(0,0)，僅保留動作強度較大的動作向量，如下式：
其中N為該等區塊的數量，mv i 為第i個區塊的動作向量，T v 為該第一閾值，該控制處理單元15將動作強度大於該第一閾值的動作向量加總後，獲得一動作向量總和，若該動作向量總和大於一第二閾值，則判定有一動作事件，反之則無動作事件，如下式：
為該動作向量總和，T e 為該第二閾值。
在步驟205中，該控制處理單元15將該當前編碼影像儲存至該儲存單元12，且更新前的該編碼參數所編碼出的編碼影像的位元率小於更新後的該編碼參數所編碼出的編碼影像的位元率。在本實施例中，該編碼參數與編碼影像的位元率成負相關，但不以此為限。
在步驟206中，該控制處理單元15判定該暫存單元13的佔用率是否大於一門檻值，當判定出該暫存單元13的佔用率大於該門檻值時(亦即緩衝佇列長度(Buffer level)過長時)，流程進行步
驟207；當判定出該暫存單元13的佔用率不大於該門檻值時，流程進行步驟210。在本實施例中，該門檻值例如為浮動的比率，其係藉由該控制處理單元15根據該當前編碼影像的檔案大小，以及視訊1秒鐘所需影像的幀數，估算出視訊1秒鐘的檔案大小，並將該門檻值調整為1扣除視訊1秒鐘的檔案大小除以該暫存單元13的容量(即1-視訊1秒鐘的檔案大小/該暫存單元13的容量)，若該暫存單元13的容量足夠，該控制處理單元15亦可估算出視訊2秒鐘的檔案大小，並將該門檻值調整為1扣除視訊2秒鐘的檔案大小除以該暫存單元13的容量(即1-視訊2秒鐘的檔案大小/該暫存單元13的容量)，在其他實施方式中，該門檻值亦可為一預定值，但不以此為限。
在步驟207中，該控制處理單元15將該當前編碼影像儲存至該儲存單元12。
在步驟208中，該控制處理單元15判定該當前編碼影像是否以該框架內編碼技術編碼(即判定該當前編碼影像是否為I畫面)。當判定出該當前編碼影像是以該框架內編碼技術編碼時，流程進行步驟209；當判定出該當前編碼影像不是以該框架內編碼技術編碼時，即儲存至該儲存單元12的該當前編碼影像為P畫面時，則結束流程，以編碼下一張影像。
在步驟209中，該控制處理單元15將該儲存單元12儲存的該當前編碼影像儲存至該暫存單元13，以作為待傳輸影像。
在步驟206之後的步驟210中，該控制處理單元15將該當前編碼影像儲存至該暫存單元13，以作為待傳輸影像。
在步驟204之後的步驟211，該控制處理單元15將該當前編碼影像儲存至該儲存單元12，且更新前的該編碼參數所編碼出的編碼影像的位元率大於更新後的該編碼參數所編碼出的編碼影像的位元率。
在步驟212中，該控制處理單元15判定該暫存單元13的佔用率是否大於該門檻值，當判定出該暫存單元13的佔用率不大於該門檻值時，流程進行步驟213；當判定出該暫存單元13的佔用率大於該門檻值時，流程進行步驟216。
在步驟213中，該控制處理單元15將該當前編碼影像儲存至該暫存單元13，以作為待傳輸影像。
在步驟214中，該控制處理單元15判定該儲存單元12是否儲存有先前的編碼影像。當判定出該儲存單元12儲存有先前的編碼影像時，流程進行步驟215；當判定出該儲存單元12不儲存有先前的編碼影像時，則結束流程，以編碼下一張影像。
在步驟215中，該控制處理單元15將該儲存單元12儲存的所有編碼影像儲存至該暫存單元13，以作為待傳輸影像。值得注意的是，由於I畫面在步驟209時皆已儲存至該暫存單元13，故本步驟中該儲存單元12儲存的所有編碼影像皆為P畫面。
在步驟212之後的步驟216中，該控制處理單元15將該當前編碼影像儲存至該暫存單元13，以作為待傳輸影像。
參閱圖3，值得一提的是，該控制處理單元15執行儲存於該儲存單元12中的該控制決策程式以提供不同功能，該控制處理單元15因應執行該控制決策程式中的不同程式片段以提供不同功能，該控制處理單元15配合不同程式片段的執行，使得該控制處理單元15包含一編碼模組31、一加密模組32、一控制模組33、一切換模組34，及一次取樣模組35來提供不同功能。
該控制處理單元15在執行對應於步驟201之流程的程式片段時所提供的功能視為該編碼模組31所能提供的功能，該編碼模組31根據該編碼參數及該前一編碼影像將該影像編碼成該當前編碼影像。
該控制處理單元15在執行對應於步驟202、203之流程的程式片段時所提供的功能視為該加密模組32所能提供的功能，該加密模組32僅對I畫面之區塊進行擾動的加密。
該控制處理單元15在執行對應於步驟204、205、206、207、210、211、212、213，216之流程的程式片段時所提供的功能視為該控制模組33所能提供的功能，該控制模組33根據是否有一動作事件發生且該暫存單元13的佔用率是否大於該門檻值之一判定結果產生不同決策，以下詳細說明4種判定結果所對應之決
策。
第1種：當該判定結果為判定出有一動作事件發生且該暫存單元13的佔用率大於該門檻值時，該控制模組33調整該編碼參數以提高下一張編碼影像的位元率，並將該當前編碼儲存至該儲存單元12。
第2種：當該判定結果為判定出有一動作事件發生且該暫存單元13的佔用率不大於該門檻值時，該控制模組33調整該編碼參數以提高下一張編碼影像的位元率，並將該當前編碼儲存至該暫存單元13，以作為待傳輸影像。
第3種：當該判定結果為判定出沒有一動作事件發生且該暫存單元13的佔用率大於該門檻值時，該控制模組33調整該編碼參數以降低下一張編碼影像的位元率，並將該當前編碼儲存至該暫存單元13，以作為待傳輸影像。
第4種：當該判定結果為判定出沒有一動作事件發生且該暫存單元13的佔用率不大於該門檻值時，該控制模組33調整該編碼參數以降低下一張編碼影像的位元率，並將該當前編碼儲存至該暫存單元13，以作為待傳輸影像。
該控制處理單元15在執行對應於步驟207、210、213，及216之流程的程式片段時所提供的功能視為該控制模組33與該切換模組34所能提供的功能，該控制模組33根據該判定結果切換
該切換模組34，以改變該當前編碼影像的儲存路徑，當該判定結果為第1種時，該當前編碼儲存至該儲存單元12，當該判定結果為第2、3、4種時，該當前編碼儲存至該暫存單元13。
該控制處理單元15在執行對應於步驟208、209、214，及215之流程的程式片段時所提供的功能視為該次取樣模組35所能提供的功能，當該判定結果為第1種時，該次取樣模組35僅取樣傳輸I畫面以減少當前所需耗費的傳輸資源量及提供監控人員在鏈路壅塞時能確保一定限度的監控畫面品質，當該判定結果為第4種時，該次取樣模組35取樣傳輸位於該儲存單元12(本地儲存裝置)所存放的編碼影像(歷史視訊)，以提供監控人員留存位於鏈路尖峰時段所暫存的監控畫面。
綜上所述，本發明基於畫面動態資訊的視訊位元率傳輸控制方法，該控制處理單元15根據該判定結果，更新該編碼參數，以進行編碼影像之位元率分配，以及決定將該當前編碼影像先儲存至該儲存單元，或是直接儲存至該暫存單元以作為待傳輸影像，詳言之，當有一動作事件發生時，調高編碼之壓縮位元率以確保畫面品質，且同時該暫存單元13處於壅塞狀態時，會將該當前編碼影像儲存於該儲存單元12，並僅選擇性儲存I畫面至該暫存單元13，以減少網路傳輸資源的使用；而當無動作事件發生時，該影像之資訊大多為固定背景畫面，因此在確保最低畫面品質條件下調降編碼之
壓縮位元率，減少傳輸時所需耗費的資源，且同時該暫存單元13不處於壅塞狀態時，傳輸位於該儲存單元12所存放的編碼影像，以提供監控人員留存位於鏈路尖峰時段所暫存的監控畫面，讓傳輸資源能夠最佳化，以改善鏈路擁塞情況達到監控的目的，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
201~216‧‧‧步驟
Claims (7)
- 一種視訊位元率傳輸控制方法，適用於控制一監視攝影機的視訊位元率，該監視攝影機經由一通訊網路連接一監控伺服器並包括一被配置來連續拍攝一目標景象以便連續產生該目標景象之影像的影像拍攝單元、一儲存單元、一暫存單元、一經由該通訊網路連接該監控伺服器的傳輸單元，及一控制處理單元，該儲存單元儲存有一相關於該目標景象的背景影像及一相關於編碼後影像之位元率的編碼參數，該暫存單元電連接該傳輸單元，且用以儲存被該傳輸單元傳輸至該監控伺服器的待傳輸影像，該控制處理單元電連接該儲存單元及該暫存單元，該方法由該控制處理單元來實施並包含以下步驟：(A)在接收到來自該影像拍攝單元的一影像後，根據該編碼參數，將該影像編碼成一當前編碼影像；(B)根據該當前編碼影像及該背景影像，判定是否有一動作事件發生且該暫存單元的佔用率是否大於一門檻值，以獲得一判定結果；及(C)根據該判定結果，更新該編碼參數，及將該當前編碼影像儲存至該儲存單元及該暫存單元之其中一者，其中，當該判定結果為判定出有一動作事件發生且該暫存單元的佔用率大於該門檻值時，將該當前編碼影像儲存至該儲存單元，且更新前的該編碼參數所編碼出的編碼影像的位元率小於更新後的該編碼參數所編碼出的編碼影像的位元率。
- 如請求項1所述的視訊位元率傳輸控制方法，其中，在步驟(A)中，還根據一前一編碼影像將該影像編碼成該當前編碼影像，且該影像以一框架內編碼技術及一框間編碼技術之其中一者編碼，當該判定結果為判定出有一動作事件發生且該暫存單元的佔用率大於該門檻值時，在步驟(C)後還包含以下步驟：(D)判定該當前編碼影像是否以該框架內編碼技術編碼；及(E)當判定出該當前編碼影像以該框架內編碼技術編碼時，將該儲存單元儲存的該當前編碼影像儲存至該暫存單元，以作為待傳輸影像。
- 如請求項1所述的視訊位元率傳輸控制方法，其中，在步驟(C)中，當該判定結果為判定出有一動作事件發生且該暫存單元的佔用率不大於該門檻值時，將該當前編碼影像儲存至該暫存單元，以作為待傳輸影像，且更新前的該編碼參數所編碼出的編碼影像的位元率小於更新後的該編碼參數所編碼出的編碼影像的位元率。
- 如請求項1所述的視訊位元率傳輸控制方法，其中，在步驟(C)中，當該判定結果為判定出沒有一動作事件發生且該暫存單元的佔用率大於該門檻值時，將該當前編碼影像儲存至該暫存單元，以作為待傳輸影像，更新前的該編碼參數所編碼出的編碼影像的位元率大於更新後的該編碼參數所編碼出的編碼影像的位元率。
- 如請求項1所述的視訊位元率傳輸控制方法，其中，在步 驟(C)中，當該判定結果為判定出沒有一動作事件發生時且該暫存單元的佔用率小於該門檻值時，將該當前編碼影像儲存至該暫存單元，以作為待傳輸影像，更新前的該編碼參數所編碼出的編碼影像的位元率大於更新後的該編碼參數所編碼出的編碼影像的位元率。
- 如請求項5所述的視訊位元率傳輸控制方法，在步驟(C)後還包含以下步驟：(F)判定該儲存單元是否儲存有先前的編碼影像；及(G)當判定出該儲存單元儲存有先前的編碼影像時，將該儲存單元儲存的先前的當前編碼影像儲存至該暫存單元，以作為待傳輸影像。
- 如請求項1所述的視訊位元率傳輸控制方法，其中，在步驟(A)中，還根據一前一編碼影像將該影像編碼成該當前編碼影像，且該影像以一框架內編碼技術及一框間編碼技術之其中一者編碼，在步驟(A)與步驟(B)之間還包含以下步驟：(H)判定該當前編碼影像是否以該框架內編碼技術編碼；及(I)當判定出該當前編碼影像以該框架內編碼技術編碼時，將該當前編碼影像加密。
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