用于控制视频编码器的输出比特率的方法和比特率控制器技术

本发明专利技术涉及用于控制视频编码器的输出比特率的方法和比特率控制器。公开了一种控制视频编码器的输出比特率的方法，该视频编码器对视频序列进行编码。该方法包括为视频编码器的输出设置至少一天的时间段的长期比特预算(S1)，并且基于长期比特预算确定第一容许比特率(S2)。该方法进一步包括确定用于视频编码器的输出的瞬时比特限制(S3)，并且基于瞬时比特限制确定第二容许比特率(S4)。基于第一容许比特率和第二容许比特率来控制输出比特率(S5)，使得遵守长期比特预算、第一容许比特率和第二容许比特率。还公开了一种计算机程序产品、比特率控制器、摄像机和网络录像机。

Method for controlling output bit rate of video encoder and bit rate controller

The present invention relates to a method for controlling the output bit rate of a video encoder and a bit rate controller. A method for controlling the output bit rate of a video encoder, which encodes a video sequence, is disclosed. The method includes setting a long-term bit budget (S1) for at least one day for the output of video encoder, and determining the first allowable bit rate (S2) based on the long-term bit budget. The method further includes determining the instantaneous bit limitation (S3) for the output of the video encoder and determining the second allowable bit rate (S4) based on the instantaneous bit limitation. The output bit rate (S5) is controlled based on the first allowable bit rate and the second allowable bit rate, so that the long-term bit budget, the first allowable bit rate and the second allowable bit rate are complied with. A computer program product, a bit rate controller, a video camera and a network video recorder are also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
用于控制视频编码器的输出比特率的方法和比特率控制器
本专利技术涉及视频编码，并且更具体地涉及视频编码器的比特率控制。
技术介绍
在诸如网络摄像机监控系统的数字视频系统中，在传输视频序列之前通过编码器使用各种视频编码方法对视频序列进行压缩。在许多情况下，在视频序列要被传输的网络中存在有限的带宽，并且因此速率控制器通常用于控制编码器的输出比特率。速率控制器可以应用几种比特率控制方案之一。速率控制器可以采用固定比特率(CBR)、最大比特率(MBR)或可变比特率(VBR)。CBR意味着编码器将总是力争输出同一比特率，而不管在捕获到的场景中发生了什么。如果带宽是有限的，则当场景中存在运动时，这可能导致低质量的图像，而当图像静止时，可能导致高质量的图像。在监视或监控情况下，这通常是没有用的，因为具有运动的场景通常比静态场景更令人感兴趣。使用MBR，允许改变比特率，只要比特率不超过比特率限制设置即可。与这种方法相关的问题类似于与CBR相关联的问题。如果MBR限制被设置得太低，则具有运动的场景的图像可能是低质量的。然而，如果将限制设置得较高，则为了适应运动，当对静态场景的图像进行编码时，输出比特率可能不必要地高。VBR也可被称为固定质量比特率，意味着编码图像的质量应当保持不变，但是允许输出比特率根据场景中发生了什么而变化。当场景中存在运动时，这种方法可导致高的输出比特率。如果带宽是有限的，诸如当通过移动网络传输编码图像时，这就特别成问题。类似地，如果存储是有限的，诸如当在摄像机上(例如在SD卡上)存储图像时，则成问题。如果多个摄像机同时传输具有运动的场景的图像，则高的输出比特率在大型摄像机系统中也可能成问题。数字视频系统中的另一个问题是难以评估对存储容量的需求。如果使用CBR，则通过简单地将固定比特率乘以期望的保留时间，很容易估计所需要的存储容量。然而，使用MBR和VBR，比特率根据捕获的场景中发生了什么而变化。在很多情况下，存储成本是数字视频系统的成本的重要组成部分，并且因此系统所有者期望降低存储容量。尽管如此，这会带来丢失所录制的视频的风险，因为当捕获的场景中存在大量运动和细节时，对于可用存储容量来说，在期望的保留时间期间输出的比特的总量可能太大。因此，需要一种改进的比特率控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于控制视频编码器的输出比特率的方法，使得更容易预测存储容量需求。另一目的在于提供一种用于控制视频编码器的输出比特率的方法，使得能够保证存储的视频数据的预定保留时间。目的还在于提供一种有助于预测存储容量需求的比特率控制器，以及提供一种能确保所存储的视频数据的期望保留时间的比特率控制器。又一目的在于提供一种能够改进比特率控制的摄像机和网络录像机。根据第一方面，这些和其他目的的全部或者至少部分地通过控制对视频序列进行编码的视频编码器的输出比特率的方法实现，该方法包括：为视频编码器的输出设置至少一天的时间段的长期比特预算；基于长期比特预算确定第一容许比特率；确定用于视频编码器的输出的瞬时比特限制；基于瞬时比特限制确定第二容许比特率；并且基于第一容许比特率和第二容许比特率来控制输出比特率，使得遵守长期比特预算、第一容许比特率和第二容许比特率。使用这样的方法，能够对确定在长时间段期间多少比特被允许输出的长期比特预算进行设置。长期比特预算被设置为至少一天的时间段，并且可以有利地设置为若干天、若干周或若干月。通过设置长期比特预算，能够预知需要的存储容量，使得更容易设计网络摄像机系统。长期比特预算也使得确保对于所存储的视频数据能保持预定保留时间成为可能。通过基于长期比特预算确定第一容许比特率，能够控制跨越时间的输出比特率，使得时间周期的结束不会带来长期比特预算不能满足的不愉快的意外。此外，通过基于瞬时比特限制确定第二容许比特率，能够控制输出比特率，使得例如其中要传输编码视频的网络的带宽不被超出。这里应当说明的是，本文中使用的术语“遵守”意味着在比特预算被设置的时间段期间输出的比特数应当不高于长期比特预算。但是，对于第一容许比特率和第二容许比特率，即使暂时被超过，第一容许比特率和第二容许比特率也可以是“被遵守”的。第一容许比特率和第二容许比特率是用于确保长期比特预算不被超过的工具。因此，第一容许比特率和第二容许比特率是指导值，使得如果输出比特率被保持在这两个容许比特率之下，则在长期比特预算被设置的时间段期间输出的比特数将在比特预算之下，但只要不允许比特率超过第一容许比特率和第二容许比特率太长时间，就仍可遵守长期比特预算。第一容许比特率和第二容许比特率从而可被看做“软”比特率限制，而长期比特预算为“强烈”限制。在本专利技术方法的一些变型中，第一容许比特率和/或第二容许比特率也可以用作强烈限制。根据该方法的一些变型，确定第一容许比特率包括：通过将长期比特预算除以时间段来计算平均比特率。这是确定第一容许比特率的简单方法。基于容许比特率控制输出比特率的步骤可包括：在第一时间间隔之后，检查在第一时间长度期间输出多少比特，如果在第一时间长度期间的输出比特数高于第一容许比特率达第一裕度，则增大编码器的压缩参数，使得输出比特率降低，以遵守长期比特预算；或如果在第一时间长度期间的输出比特数低于第一容许比特率达第二裕度，则减小编码器的压缩参数，使得输出比特率增加，以在长期比特预算之内提高图像质量。以这种方式，基于长期比特预算和期望的保留时间以平均比特率的形式使用第一容许比特率，如果有需要则能够提高压缩。如果在持续一段时间内场景中有很多活动，则可能已经输出比在平均比特率之内允许的多的比特。这可通过之后提高压缩一段时间来补偿。另一方面，如果场景中已经有很少活动或没有活动，则可存在用于在一段时间内提高图像质量的空间，并且这可通过降低压缩来实现。使用这种方法，能够有效利用可用存储容量。根据该方法的一些变型，确定第一容许比特率包括：接收关于先前编码的视频序列的输出比特率的历史变化的输入。关于比特率变化的历史数据对于控制编码器的输出比特率可以是有用的。在一些位置中，在场景中的活动中经常发生变化。例如，如果摄像机被安装用于监控厂房的员工通道外面，则在早上、午餐和下午可能存在大量活动，但是在工作时间和夜间存在较少活动。在了解这些变化的情况下，能够将更多的比特分配给更多预期活动的时间段，并且在具有更少预期活动的时间段期间使用更少的比特。先前编码的视频序列可以与输出比特率被控制的视频序列捕获相同的场景。与使用通用历史数据相比，这可使得历史数据与控制未来输出比特率更相关。根据该方法的一些变型，基于容许比特率控制输出比特率包括：在第一时间间隔之后，检查在第一时间长度期间输出多少比特，如果在第一时间长度期间的输出比特数高于历史预期的比特数达第三裕度，则增大编码器的压缩参数，使得输出比特率降低，以遵守长期比特预算；或如果在第一时间长度期间的输出比特数低于历史预期的比特数达第四裕度，则减小编码器的压缩参数，使得输出比特率增加，以在长期比特预算之内提高图像质量。如已经提到的，考虑到历史比特率变化数据，使得根据场景中的活动的预期变化将比特分配到不同的时间间隔成为可能。在此，在通常存在较少活动的周期期间可以节省比特，使得能在具有更多活动的周期花费更多比特，这对于视频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种控制视频编码器的输出比特率的方法，所述视频编码器对视频序列进行编码，所述方法包括：为所述视频编码器的输出设置至少一天的时间段的长期比特预算(S1)；基于所述长期比特预算确定第一容许比特率(S2)；确定用于所述视频编码器的输出的瞬时比特限制(S3)；基于所述瞬时比特限制确定第二容许比特率(S4)；并且基于所述第一容许比特率和所述第二容许比特率来控制输出比特率(S5)，使得遵守所述长期比特预算、所述第一容许比特率和所述第二容许比特率。

【技术特征摘要】
2017.04.24 EP 17167732.11.一种控制视频编码器的输出比特率的方法，所述视频编码器对视频序列进行编码，所述方法包括：为所述视频编码器的输出设置至少一天的时间段的长期比特预算(S1)；基于所述长期比特预算确定第一容许比特率(S2)；确定用于所述视频编码器的输出的瞬时比特限制(S3)；基于所述瞬时比特限制确定第二容许比特率(S4)；并且基于所述第一容许比特率和所述第二容许比特率来控制输出比特率(S5)，使得遵守所述长期比特预算、所述第一容许比特率和所述第二容许比特率。2.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一容许比特率(S2)包括：通过将所述长期比特预算除以所述时间段来计算平均比特率。3.根据权利要求2所述的方法，其中基于所述容许比特率控制输出比特率(S5)包括：在第一时间间隔之后，检查在第一时间长度期间输出多少比特，如果在所述第一时间长度期间的输出比特数高于所述第一容许比特率达第一裕度，则增大所述编码器的压缩参数，使得输出比特率降低，以遵守所述长期比特预算；或如果在所述第一时间长度期间的输出比特数低于所述第一容许比特率达第二裕度，则减小所述编码器的压缩参数，使得输出比特率增加，以在所述长期比特预算之内提高图像质量。4.根据权利要求1所述的方法，其中，确定所述第一容许比特率(S2)包括：接收关于先前编码的视频序列的输出比特率的历史变化的输入。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述先前编码的视频序列与输出比特率被控制的所述视频序列捕获相同的场景。6.根据权利要求4或5所述的方法，其中基于所述容许比特率控制输出比特率(S5)包括：在第一时间间隔之后，检查在第一时间长度期间输出多少比特，如果在所述第一时间长度期间的输出比特数高于历史预期的比特数达第三裕度，则增大所述编码器的压缩参...

【专利技术属性】
技术研发人员：维克托·埃德帕尔姆，亚历山大·特雷松，亚历山大·马丁斯，
申请(专利权)人：安讯士有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞典,SE