Real-Time Rate Control with Token Bucket for Low Bit Rate Video

토큰 버킷을 이용한 낮은 비트율 비디오의 실시간 비트율 제어

  • 박상현 (순천대학교 정보통신공학부) ;
  • 오원근 (순천대학교 정보통신공학부)
  • Published : 2006.12.30

Abstract

A real-time frame-layer rate control algorithm with a token bucket traffic shaper is proposed for low bit rate video coding. The proposed rate control method uses a non-iterative optimization method for low computational complexity, and performs bit allocation at the frame level to minimize the average distortion over an entire sequence as well as variations in distortion between frames. In order to reduce the quality fluctuation, we use a sliding window scheme which does not require the pre-analysis process. Therefore, the proposed algorithm does not produce time delay from encoding, and is suitable for real-time low-complexity video encoder. Experimental results indicate that the proposed control method provides better visual and PSNR performances than the existing rate control method.

낮은 대역폭을 가지는 네트웍을 통해 비디오를 전송하기 위해 개발된 H.263과 같은 낮은 비트율 비디오는 대역폭에 맞게 출력 데이터를 조절하여야 한다. 본 논문에서는 토큰 버킷 알고리즘을 사용하여 입력 트래픽을 관리하는 네트웍에 적합한 비트율 제어 알고리즘을 제안한다. 제안하는 알고리즘은 계산의 복잡도를 줄이기 위해 반복 연산을 수행하지 않는 최 적화 방법을 사용하였고, 전체 시퀀스의 평균 왜곡을 최소화하면서도 인접 프레임 사이의 왜곡 차이를 최소화하도록 알고리즘을 설계하였다. 비디오 품질의 변동을 감소시키기 위하여 제안된 방법은 슬라이딩 윈도우 개념을 도입하였으며, 이 방법은 선분석(pre-analysis) 처리를 요구하지 않는 특징이 있다. 따라서, 제안된 알고리즘은 비디오를 압축할 때 추가적 인 지연을 필요로 하지 않게 되어 실시간 처리와 낮은 복잡도를 요구하는 비디오 압축기에 적용될 수 있다. 실험 결과에서 제안된 방법은 기존의 비트율 제어 알고리즘에 비해 영상의 품질이 우수한 것을 보여준다.

References

  1. ITU-T, Video coding for low bit rate communication, ITU-T Recommendation H.263 version 2, Jan. 1998
  2. C Metz, 'IP QoS: Traveling in First Class on the Internet,' IEEE Internet Computing, vol. 3, pp. 84-88, Mar. 1999 https://doi.org/10.1109/4236.761658
  3. H.Su and M. Atiquzzaman, 'Comprehensive Performance Model of Differentiated Service with Token Bucket Marker,' lEE Proceedings-Communications, vol. 150, pp. 347-353, Oct. 2003 https://doi.org/10.1049/ip-com:20030588
  4. E. C. Park and C. H. Choi, 'Adaptive Token Bucket Algorithm for Fair Bandwidth Allocation in DiffServ Networks,' in Proc. IEEE Globecom '03, pp. 3176-3180, 2003
  5. T. Chiang and Y. Zhang, 'A New Rate Control Scheme using Quadratic Rate Distortion Model,' IEEE Trans. Circuit Syst. Video Tech, pp. 246-250, Feb. 1997
  6. Y. Yokoyama and S. Nogaki, 'A Rate Control Method with Pre-analysis for Real-time MPEG-2 video coding,' in Proc.of lnt. Conf. Image Processing, pp. 514-517, Oct. 2001