一种支持多机并行编码的联合码率控制方法及系统技术方案

技术编号:14207875 阅读:195 留言:0更新日期:2016-12-18 15:55
本发明专利技术提供一种支持多机并行编码的联合码率控制方法及系统,其中:帧级目标比特根据全局目标码率、虚拟缓冲区状态和帧类型设定;每一帧等分成几个片后分发到多机上进行编码,片级目标比特根据各个片的编码复杂度设定;根据目标比特和码率控制模型设定合适的拉格朗日乘子和量化参数,实现码率控制功能。本发明专利技术基于视频帧空间分割的多机并行编码,考虑了在保持各个编码器同时编码的情况下,有效地实现全局的码率控制精度,是一种并行友好的码率控制方法。

Joint rate control method and system for supporting multi machine parallel coding

The invention provides a joint rate control method and system for multi machine parallel encoding the frame level bit set according to the global target rate, the state of virtual buffer and frame type; each frame is divided into several pieces distributed to multiple machines for encoding, chip level target bit according to each slice encoding complex set; according to the target bit rate control model and set the appropriate Lagrange multipliers and quantization parameters, to achieve rate control function. The invention of parallel encoding video frames based on space segmentation, considering each encoder and encoding maintain condition, the accuracy rate control effectively to achieve the overall, is a bit parallel friendly control method.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种图像处理
的码率控制,具体是一种多机并行编码的联合码率控制方法及系统。
技术介绍
视频压缩给今天的人们带来了各种生活、工作、娱乐上的便利,比如可视电话、视频会议、高清电视等等。视频压缩则依赖于视频编码技术在过去几十年的长足发展,从早期的H.261到今天的H.264和HEVC,视频编码技术通过一代一代的演进,大致确立了混合编码框架的编码结构。各种模块技术的演进则极大地提升了视频编码的性能,最新的HEVC已经实现了相比上一代编码器H.264提升50%性能的要求。在所有的视频编码技术中,码率控制扮演着举足轻重的角色,特别是在实时通信系统中,因为其有限的带宽,精确的码率控制显得尤为重要。具体来说,码率控制就是在一个给定的码率下,尽可能地提升视频的编码质量。对绝大多数码率控制方法,通常的做法就是给不同的帧和编码单元分配合适的目标比特。比如MPEG-2采用了TM5码率控制算法,MEPG-4采用了VM8算法,H.264/MPEG-4Advanced Video Coding(AVC)采用了R-Q算法,最新的HEVC则采用了R-lambda算法。近年来,随着超高清视频应用的流行,为了满足高质量视频实时处理的需求,视频编码界设计了许多的并行处理技术,比如帧并行、片/瓦片并行、波前并行处理(WPP)等。然而这些并行编码的技术框架带来了数据依赖方面的挑战,越高的并行度会导致越高程度上的数据相关性的割裂,这种问题在码率控制方面尤为明显。众所周知,码率控制正是基于视频数据在时间以及空间上的相关性,在编码过程中根据已编码的历史数据不断地更新编码参数,以达到全局上的码率控制准确。当引入了并行编码之后,多个编码单元可能在同一时刻同时进行编码,导致前面编码单元的编码信息不能立刻反馈到当前编码单元以指导参数的设定,从而降低了码率控制的性能,因此,传统的码率控制方法必须被重新设计以适用于并行编码框架。
技术实现思路
本专利技术针对现有视频编码技术的缺陷,提供一种支持多机并行编码的联合码率控制方法及系统,该方法通过独立地分配帧级目标比特、自适应地分配片级目标比特以达到并行编码下准确的码率控制。根据本专利技术的第一方面,提供一种支持多机并行编码的联合码率控制方法,包括如下步骤:①根据全局目标码率、虚拟缓冲区状态和帧类型设定帧级目标比特;②每一帧在空间等分成几个片后分发到多机上进行编码,片级目标比特根据各个片的编码复杂度设定;③各个编码器定期地将编码信息反馈到联合码率控制器做综合分析,并自适应地重新设定各个编码器的编码参数;④根据目标比特和码率控制模型设定合适的拉格朗日乘子和量化参数,实现码率控制功能。本专利技术设计的并行编码下的联合码率控制方法,适用于视频帧空间分割的多机并行编码,在各个相对独立的编码器同时进行编码的时候,定期地将编码信息反馈到主机上的联合码率控制器做同步,依据各个编码器的实时编码状态自适应地设定合适的编码参数,从而达到全局上准确的码率控制。根据本专利技术的第二方面,提供一种支持多机并行编码的联合码率控制系统,包括:帧级目标比特分配模块,用于根据全局目标码率、虚拟缓冲区状态和帧类型设定帧级目标比特;片级目标比特分配模块,用于将每一帧在空间等分成几个片后分发到多机上进行编码,根据各个片的编码复杂度设定片级目标比特;码率控制模块,用于根据目标比特和码率控制模型设定拉格朗日乘子和量化参数;码率控制状态更新模块,负责在编码每帧或者每片后更新码率控制模型的参数和虚拟缓冲区的状态。与现有技术相比,本专利技术具有如下的有益效果:本专利技术考虑了并行编码下码率控制在数据依赖上面临的问题,通过设计一种独立地分配帧级目标比特、自适应地分配片级目标比特的方法,取得了并行编码下良好的码率控制精度。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显:图1是本专利技术设计的基于并行编码框架的联合码率控制方法原理框图;图2为比较了各种方法P帧的实际比特分布图;图3为比较了各种方法B帧的实际比特分布图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术,但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本专利技术构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。此处把本专利技术应用到x265 1.6编码框架的码率控制中,具体结构如图1所示,每一帧视频进入编码器之后会从空间上切分成几个大小一致的片,每一片发送到各个独立机器上的编码器进行编码,编码完成后发送回主机合并成一个完整的视频码流。在编码过程中,主机上的联合码率控制器定期地从各个相对独立编码器收集编码信息,并自适应地给各个编码器设定合适的编码参数,以达到全局上的性能最优和码率控制精度。本专利技术主要包含4个模块:帧级目标比特分配、片级目标比特分配、码率-拉格朗日乘子码率控制模型和码率控制状态更新模块。帧级目标比特分配模块、片级目标比特分配模块负责给不同的粒度级(即帧级、片级)分配合适的目标比特,码率控制模型负责设定合适的编码参数,码率控制状态更新模块负责在编码每帧或者每片后更新码率控制模型的参数和虚拟缓冲区的状态。下面将分别从帧级和片级两个层级介绍本专利技术设计的联合码率控制方法。1.帧级目标比特分配所有编码帧按编码方式分为4种类型:I帧、P帧、B帧和b帧,其中I帧表示帧内预测编码帧,P帧表示单向帧间预测编码帧,B帧表示参考双向帧间预测编码帧,b帧表示非参考双向帧间预测编码帧,不同类型的编码帧采用不同的码率控制方法。对帧间预测编码帧,即P帧、B帧和b帧而言,本专利技术采用码率-拉格朗日乘子码率控制模型来确定编码参数;对帧内预测编码帧,即I帧而言,本专利技术采用一种简单的量化参数估计方法进行编码。帧间预测编码帧的目标比特计算包括如下步骤:第一步:根据全局目标码率和帧率计算每帧的平均比特。 T a v g = R t a r f p s - - - ( 1 ) ]]>其中Rtar是全局目标码率,fps是帧率。第二步:计算虚拟缓冲区占满度,根据实际占满度和目标占满度计算帧级的归一目标比特。虚拟缓冲区的占满度计算方式为 V i = L i = 0 V 本文档来自技高网
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一种支持多机并行编码的联合码率控制方法及系统

【技术保护点】
一种支持多机并行编码的联合码率控制方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:①根据全局目标码率、虚拟缓冲区状态和帧类型设定帧级目标比特;②每一帧在空间等分成几个片后分发到多机上进行编码,片级目标比特根据各个片的编码复杂度设定;③各个编码器定期地将编码信息反馈到联合码率控制器做综合分析,并自适应地重新设定各个编码器的编码参数;④根据目标比特和码率控制模型设定合适的拉格朗日乘子和量化参数,实现码率控制功能。

【技术特征摘要】
1.一种支持多机并行编码的联合码率控制方法,其特征在于:所述方法包括如下步骤:①根据全局目标码率、虚拟缓冲区状态和帧类型设定帧级目标比特;②每一帧在空间等分成几个片后分发到多机上进行编码,片级目标比特根据各个片的编码复杂度设定;③各个编码器定期地将编码信息反馈到联合码率控制器做综合分析,并自适应地重新设定各个编码器的编码参数;④根据目标比特和码率控制模型设定合适的拉格朗日乘子和量化参数,实现码率控制功能。2.根据权利要求1所述的一种支持多机并行编码的联合码率控制方法,其特征在于:步骤①中,所述帧级目标比特,其设定在负责视频片分发的主机联合码率控制器上完成:设Rtar表示全局目标码率,V表示虚拟缓冲区的占满度,ωp表示不同帧类型的权重,则帧级目标比特T由如下公式决定:T=f(Rtar,V,ωp)。3.根据权利要求2所述的一种支持多机并行编码的联合码率控制方法,其特征在于:所述帧级目标比特,其设定包括如下步骤:第一步:根据全局目标码率和帧率计算每帧的平均比特;第二步:计算虚拟缓冲区占满度,根据实际占满度和目标占满度计算帧级的归一目标比特;第三步:根据帧类型修正平均目标比特为当前帧的目标比特。4.根据权利要求3所述的一种支持多机并行编码的联合码率控制方法,其特征在于:针对帧内编码帧的码率控制,采取一种依据所有历史帧量化参数加权平均的估计方法,降低帧内编码帧的码...

【专利技术属性】
技术研发人员:宋利谢剑锋解蓉
申请(专利权)人:上海交通大学
类型:发明
国别省市:上海;31

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