To prevent a buffer from overflowing or to comply with the traffic parameters negotiated with network, it is necessary for video encoder to have a bit rate control strategy to meet a target bit rate exactly. In this dissertation, we propose a look-ahead bit rate control algorithm to meet the bit budget exactly, which is to utilize the number of codewords calculated through a pre-analysis of DCT (discrete cosine transform) coefficients with a frame delay. Based on the rate control method, an improved bit rate allocation method is proposed for each picture type. It is shown that the proposed bit rate control algorithms are accurate and effective in encoder rate control.
The characteristics of VBR (variable bit rate) MPEG video make it difficult to manage network resources. In the second part, we deal with the issues related to efficiently transmitting VBR MPEG video traffic over asynchronous transfer mode (ATM) networks, while maintaining consistent visual quality and improving network utilization in continuous and real-time applications. We propose a joint encoder and channel rate control scheme that comply with not only negotiated traffic parameters but also constraints imposed by encoder and decoder buffers. Then a dynamic bandwidth renegotiation method is proposed by combining the above scheme with a traffic smoothing method that can make the peak rate close to the sustainable rate. The efficiency of the proposed method is compared with other competitive schemes such as transmission methods for the unconstrained VBR and the constant bit rate (CBR) scheme with average bandwidth equal to that of the proposed methods.'
영상부호기의 버퍼넘침을 방지하거나, 망과 협상한 트래픽 변수를 준수하기 위해서는 영상부호기에서 발생하는 비트율을 목표 비트율에 최대한 근접하도록 제어하는 비트율 제어 방법이 필요하다. 버퍼넘침이나 협상된 트래픽 변수의 위반에 의해서 일어나는 데이터 손실은 심각한 화질의 저하를 초래한다.
본 논문의 첫번째에서는, 비트 발생량을 정확하게 예측할 수 있는 비트 발생 예측 모델과 할당된 비트량을 정확하게 지키는 선행 (Look-ahead) 비트율 제어 방법을 제안한다. 제안된 비트 발생 예측 모델은 부호화에 사용되는 부호어의 수와 발생 비트량이 선형적으로 비례한다는 사실을 이용하는 것이다. 선행 비트율 제어 방법은 부호화하기 전에 화면 (Picture)의 각 슬라이스 (Slice)에 대한 DCT 계수를 분석하여 부호어 (Codeword) 수를 계산하고, 이를 근거로 화면에 할당된 목표 비트를 각 슬라이스에 적응적으로 재할당하므로써 발생 비트량이 목표 비트량에 근접하게 되도록 제어한다. 실험에서 비트율의 정확성을 측정하고 이를 Full-search 방법과 비교한다.
두번째에서는, 앞에서 제안된 비트율 제어방법을 이용하는 효과적인 버퍼제어 방법을 제안한다. 이 방법은 기존의 TM5의 비트 할당방법에서 현재 화면을 고려하여 목표 비트를 할당하도록 개선해서 특히 화면 전환에서의 화질을 개선한다. 아울러 제안된 비트율 제어방법을 실시간으로 처리하기 위한 시스템의 구현방법을 시스템 블록도로 제안한다. 제안된 시스템은 기존의 TM5에 비해서 한 프레임의 지연이 있으나 MPEG 표준을 제약없이 수용할 수 있다. 실험을 통하여 제안된 버퍼제어 방법이 버퍼크기가 작더라도 버퍼넘침없이 제어되어지고, 화면전환에서도 화질이 안정됨을 보이고, 그 결과를 TM5와 비교한다.
VBR MPEG 영상은 대단히 버스티하고, 그 통계특성이 시간에 따라 변하는데, 이것은 각각 MPEG이 가지는 GOP (Group of Pictures) 구조와 영상의 장면 전환에서 비롯되는 것이다. 이러한VBR MPEG 영상 트래픽의 특성은 망 자원의 효율적인 관리를 어렵게 하고, 망의 효율을 심각하게 저하시키는 원인이 된다.
세번째로는, VBR (Variable Bit Rate) MPEG 영상을 ATM 망을 이용하여 전송할 때 요구되는 비트율 제어방법에 대해서 논한다. 이때의 비트율 제어는 실시간이면서도 일정한 화질을 유지하고, 망 자원의 이용 효율을 높이도록 제어되어야 할 것이다. 이를 위하여 먼저, 송신측의 부호기와 수신측의 복호기가 가지고 있는 버퍼들을 고려하고, 협상된 트래픽 변수들을 만족하도록 하는 부호율과 전송율의 연대제어에 대해서 논한다. 다음으로, 트래픽의 최대 비트율 (Peak rate)를 지속 비트율 (Sustainable rate)로 평활화 (Smoothing)하는 방법과 결합된 동적 전송대역 재협상 방법을 제안한다. 실험을 통하여 제안된 방법의 효율성을 이상적인 VBR (Unconstrained VBR), 제안된 방법과 같은 평균 대역을 가지는 CBR (Constant Bit Rate) 등과 비교한다.
