一种基于H.265的码率控制方法、系统及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于H.265的码率控制方法、系统及装置，该方法包括：判断当前帧是否为场景切换帧；若是，将当前帧设置为I帧，根据量化参数与拉格朗日乘子法系数之间的关系，更新量化参数后，对新的GOP及新的帧层进行目标比特分配；若不是，则继续进行GOP层和帧层目标比特分配；利用R‑Q模型及帧层目标比特分配结果，计算出量化参数；根据计算出的量化参数，进行率失真优化后选出最佳编码模式；根据最佳编码模式进行编码；若当前帧为最后一帧，则结束；反之，则更新模型参数。该系统包括第一至第十一模块。该装置包括存储器以及用于执行上述方法的处理器。本发明专利技术可提高有场景切换视频的客观质量，广泛应用于视频编码领域中。

【技术实现步骤摘要】
一种基于H.265的码率控制方法、系统及装置
本专利技术涉及视频编码
，尤其涉及一种基于H.265的码率控制方法、系统及装置。
技术介绍
随着视频服务多样化的发展以及超高清视频的普及，原有的视频编码标准H.264/AVC越来越满足不了需求，人们迫切需要一种新的更加高效的视频编码标准。H.265是新一代视频编码标准，它沿用了传统视频编码标准的混合视频编码基本框架，但在各个编码模块上都进行了改进和革新，如采用了基于四叉树结构的分割技术等。与H.264/AVC相比，在同等应用条件和视频质量下釆用H.265进行编码的码率要降低将近一半。在视频编码的过程中，输出的视频质量与使用的码率是密切相关的，编码视频的质量越好，消耗的码率资源也会越多。但是在实际的应用过程中，因为存储空间和传输带宽有限，需要将编码视频的输出码率控制在一定范围内，同时又要尽可能地提高视频质量，这时就用到了码率控制。码率控制虽然不是视频编码中必须的内容，但是却是视频编码的非常重要组成部分。然而，现有的一些码率控制算法并未考虑到实际应用中场景切换对视频编码和码率控制的影响。场景切换会切断相邻帧之间的时间相关性，若编码器不能及时进行调整，将会导致编码资源浪费，压缩效率降低，同时预测模型参数的有效性也会降低，影响码率控制的准确性。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种基于H.265的码率控制方法、系统及装置，令码率控制效果更好，在保证编码视频的输出码率的同时可提高有场景切换视频的客观质量。本专利技术所采用的第一技术方案是：一种基于H.265的码率控制方法，包括以下步骤：S1、根据输入的视频序列，判断当前帧是否为场景切换帧；S2、若当前帧为场景切换帧时，将当前帧设置为I帧，以及令位于场景切换帧之后的帧不将位于场景切换帧之前的帧作为参考帧；S3、根据量化参数与拉格朗日乘子法系数之间的关系，更新量化参数；S4、对位于场景切换帧后的新的GOP进行目标比特分配；S5、根据新的GOP的目标比特数，对新的帧层进行目标比特分配，然后执行步骤S8；S6、若当前帧不为场景切换帧时，则进行GOP层目标比特分配；S7、根据步骤S6的GOP的目标比特数，进行帧层目标比特分配，然后执行步骤S8；S8、利用R-Q模型以及帧层目标比特分配结果，计算出对应的量化参数；S9、根据计算出的量化参数，进行率失真优化后，根据率失真优化结果来选出最佳编码模式；S10、根据选出的最佳编码模式进行编码处理；S11、判断当前帧是否为最后一帧，若是，则结束；反之，则进行模型参数的更新，然后返回执行步骤S1。进一步，所述步骤S1中所述判断当前帧是否为场景切换帧这一步骤，其具体包括：S101、计算当前帧与前一帧之间的亮度差；S102、计算已编码帧的亮度变化趋势；S103、计算亮度差与亮度变化趋势之间的比值；S104、判断计算出的比值是否大于阈值，若是，则表示当前帧为场景切换帧；反之，则表示当前帧不为场景切换帧。进一步，所述步骤S3具体包括：S301、计算出场景切换帧的拉格朗日乘子法系数；S302、根据量化参数与拉格朗日乘子法系数之间的关系，以及计算出的拉格朗日乘子法系数，计算出新的量化参数。进一步，所述步骤S4中所采用的分配公式如下所示：式中，TGOP,i是分配给第i个GOP的目标比特数；RT是目标码率；f是帧率；NGOP表示GOP的大小；R'r,i-1是前一个GOP的剩余比特数，需要将提前终止的GOP的剩余比特数计算在内；Ncoded是已编码帧数；R'coded是已编码帧消耗的比特数，需要将编码场景切换帧所消耗的比特数计算在内；SW是平滑窗大小。进一步，所述步骤S5中所述根据新的GOP的目标比特数，对新的帧层进行目标比特分配这一步骤，其所采用的分配公式如下所示：式中，Tf,j为分配给第j帧的目标比特数；Tbl,j和BC,j分别为第j帧的目标缓冲水平和实际缓冲水平；Rj,GOP是将GOP的目标比特数TGOP减去编码帧所消耗的比特数后所得到的剩余比特数；nrem是剩余帧数；γ和ω为参数。进一步，所述步骤S6中所述进行GOP层目标比特分配这一步骤，其所采用的分配公式如下所示：式中，TGOP,i是分配给第i个GOP的目标比特；RT是目标码率；f是帧率；NGOP表示GOP的大小；Rr,i-1是前一个GOP的剩余比特数；Ncoded是已编码帧数；Rcoded是已编码帧消耗的比特数；SW是平滑窗大小。进一步，所述S8具体包括：S801、根据帧层目标比特分配的总比特数以及利用码率模型，计算出码率；S802、根据计算出的码率以及利用码率控制公式，计算出量化步长；S803、根据量化步长与量化参数之间的映射关系以及计算出的量化步长，计算得出量化参数。进一步，所述步骤S11中所述进行模型参数的更新这一步骤，其具体包括：S1101、对块大小进行更新，其所采用的第一更新公式如下所示：S1102、对R-Q模型中的指数参数进行更新，其所采用的第二更新公式如下所示：式中，和分别为每个CU类别的第n+1帧所采用的块大小以及R-Q模型中的指数参数；Nf是用于更新参数而选取的帧的总个数；ωi是相应的系数；S1103、对R-Q模型中的系数参数进行更新。本专利技术所采用的第二技术方案是：一种基于H.265的码率控制系统，包括：第一模块，用于根据输入的视频序列，判断当前帧是否为场景切换帧；第二模块，用于若当前帧为场景切换帧时，将当前帧设置为I帧，以及令位于场景切换帧之后的帧不将位于场景切换帧之前的帧作为参考帧；第三模块，用于根据量化参数与拉格朗日乘子法系数之间的关系，更新量化参数；第四模块，用于对位于场景切换帧后的新的GOP进行目标比特分配；第五模块，用于根据新的GOP的目标比特数，对新的帧层进行目标比特分配，然后执行第八模块所对应的数据处理流程；第六模块，用于若当前帧不为场景切换帧时，则进行GOP层目标比特分配；第七模块，用于根据第六模块的GOP的目标比特数，进行帧层目标比特分配，然后执行第八模块所对应的数据处理流程；第八模块，用于利用R-Q模型以及帧层目标比特分配结果，计算出对应的量化参数；第九模块，用于根据计算出的量化参数，进行率失真优化后，根据率失真优化结果来选出最佳编码模式；第十模块，用于根据选出的最佳编码模式进行编码处理；第十一模块，用于判断当前帧是否为最后一帧，若是，则结束；反之，则进行模型参数的更新，然后返回执行第一模块所对应的数据处理流程。本专利技术所采用的第三技术方案是：一种基于H.265的码率控制装置，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如第一技术方案所述基于H.265的码率控制方法。本专利技术方法、系统及装置的有益效果是：本专利技术在基于R-Q模型码率控制过程中加入了场景切换的判断，这可在保证编码视频的输出码率的同时提高有场景切换视频的客观质量，而且可以适用于不同的视频类型进行编码，具有广泛的应用意义以及高的商业价值。附图说明图1是本专利技术一种基于H.265的码率控制方法的步骤流程图；图2是本专利技术一种基于H.265的码率控制系统的结构框图；图3是本专利技术一种基于H.265的码率控制装置的结构框图。具体实施方式下面结合附图和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于H.265的码率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据输入的视频序列，判断当前帧是否为场景切换帧；S2、若当前帧为场景切换帧时，将当前帧设置为I帧，以及令位于场景切换帧之后的帧不将位于场景切换帧之前的帧作为参考帧；S3、根据量化参数与拉格朗日乘子法系数之间的关系，更新量化参数；S4、对位于场景切换帧后的新的GOP进行目标比特分配；S5、根据新的GOP的目标比特数，对新的帧层进行目标比特分配，然后执行步骤S8；S6、若当前帧不为场景切换帧时，则进行GOP层目标比特分配；S7、根据步骤S6的GOP的目标比特数，进行帧层目标比特分配，然后执行步骤S8；S8、利用R‑Q模型以及帧层目标比特分配结果，计算出对应的量化参数；S9、根据计算出的量化参数，进行率失真优化后，根据率失真优化结果来选出最佳编码模式；S10、根据选出的最佳编码模式进行编码处理；S11、判断当前帧是否为最后一帧，若是，则结束；反之，则进行模型参数的更新，然后返回执行步骤S1。

【技术特征摘要】
1.一种基于H.265的码率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、根据输入的视频序列，判断当前帧是否为场景切换帧；S2、若当前帧为场景切换帧时，将当前帧设置为I帧，以及令位于场景切换帧之后的帧不将位于场景切换帧之前的帧作为参考帧；S3、根据量化参数与拉格朗日乘子法系数之间的关系，更新量化参数；S4、对位于场景切换帧后的新的GOP进行目标比特分配；S5、根据新的GOP的目标比特数，对新的帧层进行目标比特分配，然后执行步骤S8；S6、若当前帧不为场景切换帧时，则进行GOP层目标比特分配；S7、根据步骤S6的GOP的目标比特数，进行帧层目标比特分配，然后执行步骤S8；S8、利用R-Q模型以及帧层目标比特分配结果，计算出对应的量化参数；S9、根据计算出的量化参数，进行率失真优化后，根据率失真优化结果来选出最佳编码模式；S10、根据选出的最佳编码模式进行编码处理；S11、判断当前帧是否为最后一帧，若是，则结束；反之，则进行模型参数的更新，然后返回执行步骤S1。2.根据权利要求1所述一种基于H.265的码率控制方法，其特征在于，所述步骤S1中所述判断当前帧是否为场景切换帧这一步骤，其具体包括：S101、计算当前帧与前一帧之间的亮度差；S102、计算已编码帧的亮度变化趋势；S103、计算亮度差与亮度变化趋势之间的比值；S104、判断计算出的比值是否大于阈值，若是，则表示当前帧为场景切换帧；反之，则表示当前帧不为场景切换帧。3.根据权利要求1所述一种基于H.265的码率控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：S301、计算出场景切换帧的拉格朗日乘子法系数；S302、根据量化参数与拉格朗日乘子法系数之间的关系，以及计算出的拉格朗日乘子法系数，计算出新的量化参数。4.根据权利要求1所述一种基于H.265的码率控制方法，其特征在于，所述步骤S4中所采用的分配公式如下所示：式中，TGOP,i是分配给第i个GOP的目标比特数；RT是目标码率；f是帧率；NGOP表示GOP的大小；R'r,i-1是前一个GOP的剩余比特数，需要将提前终止的GOP的剩余比特数计算在内；Ncoded是已编码帧数；R'coded是已编码帧消耗的比特数，需要将编码场景切换帧所消耗的比特数计算在内；SW是平滑窗大小。5.根据权利要求4所述一种基于H.265的码率控制方法，其特征在于，所述步骤S5中所述根据新的GOP的目标比特数，对新的帧层进行目标比特分配这一步骤，其所采用的分配公式如下所示：式中，Tf,j为分配给第j帧的目标比特数；Tbl,j和BC,j分别为第j帧的目标缓冲水平和实际缓冲水平；Rj,GOP是将GOP的目标比特数TGOP减去编码帧所消耗的比特数后所得到的剩余比特数；nre...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝禄国，陈震宇，罗杰强，杨琳，葛海玉，
申请(专利权)人：广州海昇计算机科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44