一种3G网络中视频监控器码率控制的优化方法及系统技术方案

技术编号:15400088 阅读:88 留言:0更新日期:2017-05-23 23:34
本发明专利技术提供了一种3G网络中视频监控器码率控制的优化方法及系统,所述的方法包含:将3G网络中返回的带宽值作为X264码率控制算法中的目标码率;依据X264中的ABR码率控制算法获得量化参数;采用如下补偿算法优化上步骤的量化参数:在每帧获得量化参数后,根据已编码帧,获得到当前帧为止的实际输出码率,并根据获得的实际输出码率计算到当前帧为止实际输出码率和目标码率的差值;对获得的差值进行判断,若差值小于第一设定值,且获得的量化参数大于已编码帧的平均量化参数,则减少量化参数值;若差值大于第二设定值值,且获得的量化参数值小于已编码帧的平均量化参数,则增大量化参数值;将量化参数对当前帧进行编码,完成3G网络视频监控器的编码操作。

Method and system for optimizing rate control of video monitor in 3G network

The present invention provides a method and system optimization of 3G network video monitor rate control, including: the method returns 3G bandwidth value as the target bit rate control algorithm of X264 based on ABR rate; X264 rate control algorithm in obtaining quantitative parameters; mining parameters optimization compensation algorithm are as follows step: to obtain quantitative parameters in each frame, according to the encoding frame, to obtain the actual output rate to the current frame so far, and according to the actual output rate was calculated to the current frame until the actual output rate and the target rate difference value; to judge the difference, if the difference is less than the first set value, quantization parameter and higher than the average quantization parameters for encoding frames, reduce the quantization parameter value; if the difference is greater than second set value, and the quantization parameter value obtained is smaller than the The average quantization parameter of the coded frame increases the quantization parameter value, encodes the current frame by quantizing parameters, and completes the coding operation of the 3G network video monitor.

【技术实现步骤摘要】
一种3G网络中视频监控器码率控制的优化方法及系统
本专利技术涉及H.264视频编码标准,主要针对安防视频监控系统在视频传输过程中由于网络带宽的有限而传输不稳定的现状,具体涉及一种3G网络中视频监控器码率控制的优化方法及系统。
技术介绍
H.264是国际通信联盟(InternationalTelecommunicationUnite,ITU)和运动图像专家组(MotionPictureExpertsGroup,MPEG)联合制定的视频编码标准,它是国际上最新的视频编码标准,具有良好的压缩性能和网络亲和力,十分适合实时的视频通信系统。其中基于H.264的开源代码主要有:德国HHI研究所开发的测试软件JM、由法国巴黎中心学校的中心研究所发起并由网上自由组织联合开发的编解码器X264、中国视频编码自由组织联合开发的T264。和JM代码相比,X264摈弃了一些对编码性能贡献小但计算复杂度高的设计,如多参考帧、帧间预测中不必要的块模式等,从而使得在不明显降低编码性能的前提下,大大降低了编码的计算复杂度,提高了编码的速率,使其在实际应用中更能发挥自己的作用。视频监控是安防领域的重要组成部分,在一些重要场合使用视频监控,可以有效防止恶性事件的发生,维护社会治安。目前,大多数常见的视频监控系统是基于通信分组无线服务技术(GeneralPacketRadioService,GPRS)和全球移动通信系统(GlobalSystemForMobileCommunication,GSM),但是这类无线通信技术的传输速度较慢,无法满足视频传输的要求。随着第三代移动通信技术(3rd-generation,3G)商用步伐的加快,3G无线网络技术也在加速创新,以3G网络通信技术为特征的视频传输技术的应用越来越多。虽然,3G无线监控接入设备在功能和性能方面取得了较大的提升。但是,基于无线广域网接入带宽的局限性(3G的带宽仍是有限的)、带宽的动态变化特性、视频信息所占的带宽大、不同的流媒体文件对网络带宽的要求各不相同等原因,在视频传输过程中,可能会由于网络带宽的不稳定性或者视频带宽过大而出现终端系统接收不到视频信息或者接收到的视频信息不清晰、不流畅等问题。在带宽受限的网络环境中进行视频传输,就必须对视频信息进行压缩,而视频压缩的效果和视频内容有很大的关系,对于变化多样的画面,视频编码器输出码流的比特率变化较大,不断变化的码流不适合在恒定的码率信道中传输。在信道环境不佳的情况下,易导致解码显示质量的不稳定。因此,需要引入码率控制技术,即采用一定的策略调整并控制视频编码器的输出比特率,使其在一定的范围之内波动,从而提供流畅的视频传输服务。码率控制需要保证输出码流平稳的同时,选择画面质量和带宽利用的最佳平衡点。通常情况下,它的主要目的是在保证编码器输出的比特率在不超过目标比特率的前提下,最小化图像失真率。一些名词的解释:1、图像的残差变换绝对值和(SumofAbsoluteTransformedDifferences,SATD):将残差经阿达马(Hadamard)变换后累加起来的值,能够体现一定的码流变化。2、量化参数(QuantizationParameter,QP):QP反映了空间细节的压缩情况,如果QP较小,大部分图像细节都会被保留;当QP增大时,一些图像细节会流失,码率也会随着降低,但同时图像质量会下降。总之,随着量化参数的增加,量化步长的大小也随之增加,但输出的码率却减小。3、实际输出码率:指的是在具体实施过程中实际输出的码流大小值。4、目标码率:指的是需要的输出码流大小值,在具体实施过程中指的就是网络中实时的网络带宽值。5、平均量化参数:平均量化参数是一个统计量,它根据已编码帧动态变化,它的大小即为所有已编码帧的QP之和与已编码帧数的比值。现有技术的X264中ABR码率控制原始算法的流程如图2所示,具体包含如下几个步骤:1、首先计算图像当前帧的SATD[i];2、然后利用当前帧的SATD[i]值,计算图像当前的模糊复杂度(blurred_complexity)其中cplxsum[i]、cplxcount[i]为迭代量,cplxsum[i]表示累计复杂度,它由之前帧复杂度的加权累计值和当前帧的SATD[i]共同得出:cplxsum[i+1]=splxsum[i]*0.5+SATD[i];cplxcount[i]代表加权累计帧数:cplxcount[i+1]=cplxcount[i]*0.5+1;3、根据图像的模糊复杂度计算量化等级参数(qscale),并对其进行两次修正,两次修正是为了下一步根据qscale得到更加精准的QP;qscale[i]=blurred_complexity[i](1-qcompress);qscale[i]=qscale[i]*overflow;其中qcompress为压缩控制参数,ABR算法中默认为0.6,qscale第一次通过rate_factor进行修正,rate_factor的值由到当前编码帧的所有目标比特累计值(wanted_bits_window[i])与当前帧复杂度(cplxr_sum[i])的比值所决定,反映出到目前为止根据模糊复杂度计算的原始量化参数的准确性,公式为:qscale第二次通过overflow进行修正,overflow反映总目标比特和实际产生的总比特之间的偏差,计算公式为:overflow=x264_clip3f(1.0+(total_bits-wanted_bits)/abr_buffer,.5,2);4、根据qscale计算QP;其中系数a=12、b=6、c=0.85均为经验值。5、根据计算出的QP对当前帧进行编码。上述现有技术是基于X264中的平均比特率控制算法,然而X264的码率控制算法是基于实践经验的,因此存在一定的不足,具体的不足主要有如下几点:1、ABR码率控制算法在编码控制时借助已编码的参考帧信息而未考虑其他未编码帧的信息。根据上述方法获取的量化参数QP直接对当前帧进行编码并不精准,允许输出码率存在±10%的误差。2、宏块层中各个宏块的复杂度并不一样,而ABR码率算法在帧层得到量化参数QP后,属于该帧的所有宏块都用这个统一的QP值进行量化,因此,它并没有任何精细化的宏块层码率控制机制。3、缓存区的限制过于宽泛且没有极值,并且缓存区大小的增长只与缓存区的初始值和当前的帧数、编码帧率相关,增长大小并不精准,不利于码率控制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于,为克服上述问题,本专利技术提供了一种码率控制的优化方法及本文档来自技高网
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一种3G网络中视频监控器码率控制的优化方法及系统

【技术保护点】
一种3G网络中视频监控器码率控制的优化方法,该方法基于X264中的ABR码率控制算法,所述的方法包含:步骤101)将3G网络中返回的带宽值作为X264码率控制算法中的目标码率;步骤102)依据X264中的ABR码率控制算法获得量化参数;步骤103)采用如下补偿算法优化上步骤的量化参数,获得最终的量化参数:在每帧获得量化参数后,根据已编码帧,获得到当前帧为止的实际输出码率,并根据获得的实际输出码率计算到当前帧为止实际输出码率和目标码率的差值;对获得的差值进行判断,若差值小于第一设定值,且获得的量化参数大于已编码帧的平均量化参数,则减小量化参数值;若差值大于第二设定值值,且获得的量化参数值小于已编码帧的平均量化参数,则增大量化参数值;其中,量化参数具体的调整值根据目标码率的高低或画面复杂度的情况进行修正;所述第一设定值为某一负数,第二设定值为某一正数且两个值是按照与目标码率的偏差百分比进行选取的;当所述差值和平均量化参数不满足上述两个条件中的任何一个时,保持步骤102)得到的量化参数不变;步骤104)将经过上步骤处理后的量化参数对当前帧进行编码输出,完成3G网络中视频监控器的编码操作。

【技术特征摘要】
1.一种3G网络中视频监控器码率控制的优化方法,该方法基于X264中的ABR码率控制算法,所述的方法包含:步骤101)将3G网络中返回的带宽值作为X264码率控制算法中的目标码率;步骤102)依据X264中的ABR码率控制算法获得量化参数;步骤103)采用如下补偿算法优化上步骤的量化参数,获得最终的量化参数:在每帧获得量化参数后,根据已编码帧,获得到当前帧为止的实际输出码率,并根据获得的实际输出码率计算到当前帧为止实际输出码率和目标码率的差值;对获得的差值进行判断,若差值小于第一设定值,且获得的量化参数大于已编码帧的平均量化参数,则减小量化参数值;若差值大于第二设定值值,且获得的量化参数值小于已编码帧的平均量化参数,则增大量化参数值;其中,量化参数具体的调整值根据目标码率的高低或画面复杂度的情况进行修正;所述第一设定值为某一负数,第二设定值为某一正数且两个值是按照与目标码率的偏差百分比进行选取的;当所述差值和平均量化参数不满足上述两个条件中的任何一个时,保持步骤102)得到的量化参数不变;步骤104)将经过上步骤处理后的量化参数对当前帧进行编码输出,完成3G网络中视频监控器的编码操作。2.根据权利要求1所述的3G网络中视频监控器码率控制的优化方法,其特征在于,所述步骤102)进一步包含:步骤102-1)计算图像当前帧的残差变换绝对值和SATD;步骤102-2)利用当前帧的SATD值,计算图像当前的模糊复杂度:步骤102-3)根据图像的模糊复杂度计算量化等级参数qscale;步骤102-4)根据量化等级参数qscale计算该帧的量化参数QP。3.根据权利要求1或2所述的3G网络中视频监控器码率控制的优化方法,其特征在于,所述步骤103)进一步包含:步骤103-1)根据量化参数计算到当前帧为止的实际输出码率;步骤103-2)计算实际输出码率与目标码率的差值,并计算已编码帧的平均量化参数;步骤103-3)当所述差值小于目标码率的第一设定值且所述平均量化参数大于量化参数时,对量化参数值向大的方向进行微调;当所述差值大于目标码率的第二设定值且平均量化参数小于量化参数时,对量化参数向小的方向微调;当所述差值和平均量化参数不满足上述两个条件中的任何一个时保持所述量化参数不变;其中,所述第一设定值与第二设定值的绝对值相等。4.根据权利要求1所述的3G网络中视频监控器码率控制的优化方法,其特征在于,所述步骤104)之前还包含对缓存区增长方式进行调整的步骤,该步骤具体为:用于获取差值因子的步骤,所述的差值因子为已编码帧的目标比特数的累积和和已编码帧所产生的实际比特数的累积和的差值;当差值因子的值大于0时,增大缓存区的缓存空间;反之,则缓存区空间不增长。5.根据权利要求4所述的3G网络中视频监控器码率控制的优化方法,其特征在于,所述缓存区每次以所述差值因子的估计值进行增长,且所述的差值因子估计值根据目标码率的大小选择合适的增长速率,具体为:当目标码率较低时,采用较快的增长方式,即2、3…n倍差值因子进行递增增长;当目标码率较高时,采用较慢的增长方式,即倍差值因子进行递增增长。6.一种3G网络中视频监控器码率控制...

【专利技术属性】
技术研发人员:田一姝沈强张宇赵志军
申请(专利权)人:中国科学院声学研究所无锡中科智能信息处理研发中心有限公司
类型:发明
国别省市:北京,11

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