MÉTODO DE CONTROL DE BIT-RATE EN SISTEMAS DE COMPRESIÓN DE VIDEO DIGITAL BASADOS EN MJPEG.

Método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG. Objeto de la invención La siguiente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG, teniendo por objeto garantizar un bajo y constante retraso en la transmisión a lo largo de la comunicación. Además, el método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG, esta orientado a plataformas basadas en microprocesadores para aplicaciones de bajo coste en las que la rápida respuesta a un evento y la interactividad entre los extremos de la comunicación tiene prioridad sobre la calidad de imagen. Campo de aplicación En la presente memoria se describe un método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG, siendo de especial aplicación en ambientes industriales en los que se debe permitir tanto interactividad entre los extremos de la comunicación como una rápida respuesta ante un posible evento, como en caso de una vídeo conferencia y un vídeo portero. Antecedentes de la invención Como es conocido, el algoritmo de comprensión de vídeo MJPEG basado en el estándar JPEG no forma parte de ninguna normativa internacional. Además, el estándar JPEG está definido para imágenes aisladas y no para vídeo. En consecuencia el algoritmo MJPEG realiza la compresión de secuencias de imágenes sin considerar la dimensión temporal. Así, el algoritmo MJPEG consiste en la codificación JPEG de cada una de las imágenes que componen un vídeo, de forma que este algoritmo solamente contempla la compresión espacial que reduce la redundancia dentro de una imagen. Así, no existe comprensión temporal, es decir, no tiene en cuenta la redundancia entre imágenes consecutivas. El nivel de comprensión alcanzado por el algoritmo JPEG depende de la complejidad de la propia imagen, de manera que cuando se quiere transmitir esta información por un canal de comunicación se producen fluctuaciones en el bit-rate, no siendo admisible este hecho en canales del tipo de Bit Rate constante (CBR: Constant Bit Rate). Así, se han identificado un gran número de sistemas de compresión de vídeo cuya transmisión se basa en el uso de buffers elásticos de gran tamaño y cuyo funcionamiento absorbe las fluctuaciones de bit-rate que se producen en la comunicación, al almacenar en memoria un número variable de imágenes y transmitirlas de forma continua. Esta solución, que puede ser adecuada para aplicaciones de difusión multimedia, sin embargo, produce retrasos muy elevados e inadmisibles en sistemas que precisan de interactividad y de una respuesta instantánea a un evento, tal como sucede en numerosas aplicaciones industriales. Asimismo, podemos considerar diferentes documentos de patente que hacen referencia a procedimientos de compresión de imágenes, tales como US 20030160799 en el que se describe un método de compresión y de control de bitrate que tiene en cuenta el proceso de segmentación del fondo de la imagen, el US 6724817 en el que se describe un método de control de bit-rate basado en la eliminación de las componentes frecuenciales menores que un cierto umbral, y el EP 1892965 en el que se actúa sobre los niveles de cuantificación de las componentes frecuenciales mediante la normalización adaptativa de la matriz de cuantificación. Descripción de la invención En la presente memoria se describe un método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG, siendo del tipo de métodos que encadena la codificación de varias imágenes consecutivas mediante el estándar JPEG, el cual comprende un bloque de Transformada Discreta de Coseno, un bloque de Cuantificación y un bloque de Codificación de Longitud Variable VLC, el cual es de utilidad para su incorporación en plataformas basadas en microprocesadores para su uso en aplicaciones industriales que precisan interacción entre los extremos de la comunicación o una rápida respuesta a eventos externos, de forma que el sistema comprende un doble buffer (memoria de almacenamiento) en el extremo de transmisión cuyo estado se realimenta para cuantificar, de forma adaptativa, la imagen a la salida de la Transformada Discreta del Coseno (DCT) o descartar la imagen a la salida del modulo VLC cuando el doble buffer se encuentra ocupado con una imagen transmitiéndose y una imagen pendiente 2 ES 2 350 664 A1 de ser transmitida, llevándose a cabo la cuantificación en función del tamaño de la imagen en el doble buffer mediante matrices de cuantificación, obteniéndose los. valores de la cuantificación por la expresión: siendo: u y v índices entre 0 y 7 que representan la fila y la columna de cada elemento de la matriz de cuantificación que está, asociado a los coeficientes del bloque 8x8 salida de la Transformada Discreta del Coseno (DCT). y q el valor de la pendiente de los planos descritos por la expresión citada y que indican el grado de calidad de la imagen. Cuanto mayor sea q mayor cuantificación se realizará y menor será la calidad de la imagen. La implementación de un doble buffer en transmisión simultanea la transmisión de una imagen con el procesado de la siguiente. La transmisión y el procesado de imágenes en un buffer son variables excluyentes, de forma que mientras procesa una imagen no puede transmitir y a la inversa. Además, la transmisión y el procesado de imágenes son variables alternas, de forma que un buffer no puede procesar o transmitir varias imágenes consecutivas, esto es, procesa y luego transmite y así sucesivamente. La cuantificación de la imagen se adapta cuando su tamaño es mayor o menor a un valor máximo (L max) o a un valor mínimo (L min) predeterminado, respectivamente mediante la modificación del valor q. Así, cuando el tamaño de la imagen es mayor al valor máximo (Lmax) se aumenta el nivel de cuantificación y cuando el tamaño es menor al valor mínimo (Lmin) se disminuye el valor de la cuantificación. Por otra parte, cuanto mayor sea el valor de q mayor será la pendiente de los planos descritos y el nivel de cuantificación, mientras que la calidad de la imagen será menor. El valor de q se irá aumentando o disminuyendo de una imagen a otra en incrementos discretos dq, actualizándose de imagen a imagen. Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar, y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, de un juego de planos, en cuyas figuras de forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más característicos de la invención. Breve descripción de los diseños Figura 1. Muestra una vista de un esquema básico de transmisión de imágenes, habiendo representado el elemento que se encarga del control de bit-rate, Este elemento analiza el estado del doble buffer para actuar por un lado en la modificación de los coeficientes de cuantificación y por otro en eliminación de las imágenes rechazadas. Figura 2. Muestra una vista del control de bit-rate objeto de la invención el cual esta basado en un doble buffer, habiendo representado la metodología de actuación. Figura 3. Se muestran los coeficientes de la matriz de cuantificación obtenidas mediante la expresión propuesta para los valores de q = 10, 20 y 30. Figura 4. Se muestra el ratio de compresión (tamaño de imagen real/tamaño de imagen comprimido) para una secuencia de imágenes (18 imágenes). Se comparan los valores obtenidos con y sin la activación del algoritmo de control de bit-rate y se muestran los valores umbral asociados a Lmax y Lmin. Descripción de una realización preferente La presente invención reivindica un método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG, de forma que el módulo de control de bit-rate incorpora un algoritmo de cuantificación que actúa sobre los coeficientes resultantes de la Transformada Discreta de Coseno (DCT en adelante). El método compara el nivel de compresión alcanzado con una referencia y recalcula los niveles de cuantificación correspondientes a la imagen siguiente. El nivel de compresión alcanzado se obtiene inspeccionando el tamaño de la imagen comprimida. Finalmente la imagen comprimida es almacenada en una estructura basada en doble buffer (elemento de memoria) en el extremo transmisor si alguno de los buffers se encuentra libre si este no es el caso dicha imagen es descartada. 3 ES 2 350 664 A1 El presente método permite mantener la latencia (retraso acumulado entre captura y transmisión) a niveles bajos en canales de transmisión tipo CBR (Constant Bit Rate) por lo que es muy adecuado en escenarios industriales donde la interactividad y la respuesta a eventos es muy importante. Tal como...

1. Método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG, siendo del tipo de métodos que encadena la codificación de varias imágenes consecutivas mediante el estándar JPEG, el cual comprende un bloque de Transformada Discreta de Coseno, un bloque de Cuantificación y un bloque de Codificación de Longitud Variable VLC, el cual es de utilidad a para su incorporación en plataformas basadas en microprocesadores para su uso en aplicaciones industriales que precisan interacción entre los extremos de la comunicación o una rápida respuesta a eventos externos, caracterizado porque el sistema comprende un doble buffer (memoria de almacenamiento) en el extremo de transmisión cuyo estado se realimenta para cuantificar, de forma adaptativa, la imagen a la salida de la Transformada Discreta del Coseno (DCT) o descartar la imagen a la salida del modulo VLC cuando el doble buffer se encuentra ocupado con una imagen transmitiéndose y una imagen pendiente de ser transmitida, llevándose a cabo la cuantificación en función del tamaño de la imagen en el doble buffer mediante matrices de cuantificación, obteniéndose los valores de la cuantificación por la expresión: siendo: u y v índices entre 0 y 7 que representan la fila y la columna de cada elemento de la matriz de cuantificación que está asociado a los coeficientes del bloque 8x8 salida de la Transformada Discreta del Coseno (DCT) y q el valor de la pendiente de los planos descritos por la expresión citada y que indican el grado de calidad de la imagen. 2. Método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la implementación de un doble buffer en transmisión simultanea la transmisión de una imagen con el procesado de la siguiente. 3. Método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG, según reivindicaciones 1ª y 2ª, caracterizado porque la transmisión y el procesado de imágenes en un buffer son variables excluyentes, de forma que mientras procesa una imagen no puede transmitir y a la inversa. 4. Método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG, según reivindicaciones 1ª y 2ª, caracterizado porque la transmisión y el procesado de imágenes son variables alternas, de forma que un buffer no puede procesar o transmitir varías imágenes consecutivas. 5. Método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG, según reivindicación 1ª, caracterizado porque la cuantificación de la imagen se adapta cuando su tamaño es mayor o menor a un valor máximo (L max) o a un valor mínimo (L min) predeterminado, respectivamente, (será conveniente aportar una figura). 6. Método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG, según reivindicaciones 1ª y 5ª, caracterizado porque cuando el tamaño de la imagen es mayor al valor máximo se aumenta el nivel de cuantificación y cuando el tamaño es menor se disminuye el valor de la cuantificación. 7. Método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG, según reivindicación 1ª, caracterizado porque cuanto mayor sea el valor de q mayor será la pendiente de los planos descritos y el nivel de cuantificación, mientras que la calidad de la imagen será menor. 8. Método de control de bit-rate en sistemas de compresión de vídeo digital basados en MJPEG, según reivindicación 1ª, caracterizado porque el valor de q se irá aumentando o disminuyendo de una imagen a otra en incrementos discretos, actualizándose de imagen a imagen. 6 ES 2 350 664 A1 7 ES 2 350 664 A1 8 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA