一种视频实时编码的VBR码率控制方法技术

本发明专利技术提供一种视频实时编码的VBR码率控制方法，应用于视频实时编码的IPPP结构，采用分级策略依次为不同编码单元分配目标码率；所述分级策略分为GOPs级、GOP级、图像级；根据用户对码率波动的容忍度为当前GOP目标码率设定其允许波动的上下限，将瞬时估计码率与目标码率允许波动的上下限进行比较，来决定如何调整QP以减少QP的不必要波动；根据场景变化对码率的影响程度及场景变化位置，计算一个新的码率波动上下限，并指导QP的调整；当视频图像发生场景变化时，通过估计的瞬时码率和分配的目标码率波动上下限进行加权求和，得到一个新码率控制上下限，其中加权的比重和当前帧在GOP中的位置相关，越靠近I帧的控制强度越大，越远离I帧的控制强度越弱。I帧的控制强度越弱。I帧的控制强度越弱。

【技术实现步骤摘要】
一种视频实时编码的VBR码率控制方法


[0001]本专利技术涉及图像识别
，特别涉及一种视频实时编码的VBR码率控制方法。

技术介绍

[0002]目前应用于视频实时编码的VBR方法均采用在简单场景分配较少的目标码率，复杂场景分配较大的目标码率，以达到维持视频图像编码质量稳定的目的。现有VBR优化方法都是基于图像内容和运动状态的，通过对一段时间内的图像复杂度信息进行分析，将其作为计算目标码率的一个影响因子，实现不同复杂度下分配不同的目标码率。
[0003]现有技术的缺陷包括：
[0004]现有VBR控制技术中仍采用精确的目标码率进行控制，当瞬时码率在目标码率上下波动时易引起QP的振荡，不利于维持图像质量的稳定。而对于不同复杂度和运动强度的场景没有一个合适的分配策略，当视频图像发生场景变化时，易出现实际码率过大或过小的现象。
[0005]现有技术中常用的技术术语包括：
[0006]视频编码就是通过压缩技术，将原始视频格式的文件转换成另一种便于传输和存储的视频格式文件的方式。
[0007]码率就是数据传输时单位时间传送的数据位数，单位时间内传输的位数越大，精度就越高，处理出来的文件就越接近原始文件。
[0008]码率控制就是在满足信道带宽和传输时延限制的情况下有效传输视频数据，保证视频业务的播放质量，需要对视频编码过程进行码率控制。VBR(Variable Bit Rate)变码率控制，允许其编码码率随着图像复杂程度的变化而波动，以保证编码图像质量平稳。方法根据场景图像内容分配目标比特率，图像内容比较简单则分配较少的码率，图像内容复杂则分配较多的码率，既要保证图像质量，又要兼顾带宽限制。
[0009]图像组GOP表示两个相邻编码I帧间隔的帧数，一般设置为帧率fps的倍数。
[0010]GOPs表示GOP的倍数。
[0011]IPPP编码结构表示每个GOP只有一个I帧，其他全为P帧。实时编码时每个P帧只参考前一帧已编码图像。
[0012]量化参数QP是视频编码中非常重要的参数，直接影响着视频的编码比特率和图像失真。码率控制通过控制量化参数QP使得编码速率尽量接近目标码率。

技术实现思路

[0013]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于：减少因瞬时码率正常波动而引起的QP振荡，更好的维持图像质量的稳定。保证在码率可控的前提下质量的稳定，减少码流的浪费。
[0014]具体地，本专利技术提供一种视频实时编码的VBR码率控制方法，所述方法中的VBR方法应用于视频实时编码的IPPP结构，采用分级策略依次为不同编码单元分配目标码率；所述分级策略分为GOPs级、GOP级、图像级；根据用户对码率波动的容忍度为当前GOP目标码率
设定其允许波动的上下限，将瞬时估计码率与目标码率允许波动的上下限进行比较，来决定如何调整QP以减少QP的不必要波动；根据场景变化对码率的影响程度及场景变化位置，计算一个新的码率波动上下限，并指导QP的调整；当视频图像发生场景变化时，通过估计的瞬时码率和分配的目标码率波动上下限进行加权求和，得到一个新码率控制上下限，其中加权的比重和当前帧在GOP中的位置相关，越靠近I帧的控制强度越大，越远离I帧的控制强度越弱。
[0015]在所述GOPs级设置编码允许的最大码率；
[0016]在所述GOP级依据图像特征分析算法获取的图像复杂度和运动强度信息分配目标码率，允许在GOPs统计时间内编码码率波动，从而保证编码图像质量平稳；
[0017]在图像级对于瞬时估计码率波动在用户容忍范围内的情况下，不调整QP；当瞬时估计码率超出容忍范围时，根据场景变化对码率的影响程度及场景变化位置，计算一个新的码率波动上下限，并指导QP的调整。
[0018]所述方法包括以下步骤：
[0019]S1，设置控制参数：为用户提供可设置的最大码率Max
br
、最大静止码率MaxStill
br
、最小码率Min
br
、码率波动容忍度FluctLvl、QP的最大值Max
QP
和最小值Min
QP
、GOPs统计时间t
stat
；其中，
[0020]最大码率用来保证编码码率的正常传输和存储；
[0021]最小码率用来控制编码的最差质量；
[0022]最大静止码率用来控制静止场景对码率的不必要浪费；
[0023]码率波动容忍度用来计算客户对瞬时码率在目标码率上下允许波动的范围；
[0024]QP最大最小值用来控制图像的质量范围；
[0025]GOPs统计时间越长，允许的瞬时码率波动越大，否则允许的瞬时码率波动越小；
[0026]S2，GOPs级目标码率分配和GOP级目标码率分配；
[0027]S2.1,GOPs级目标码率分配：
[0028]对于所述的VBR方法来说，只为GOPs级设定最大码率，指导该统计时间内的实际编码的平均码率不超出该最大值，保证码率传输和存储：gops
br
＝Max
br
；
[0029]S2.2,GOP级目标码率分配:
[0030]GOP级目标码率要受到GOPs级的剩余最大码率MaxRem
br
、视频图像复杂度cplx、运动强度motionStrength的限制；GOP级目标码率的分配随图像复杂度、运动强度增加而增加，以保证在场景变换后依然平稳的视频质量:
[0031]S3，帧级码流分配：
[0032]对于IPPP结构的实时视频编码来说，当前帧与前一帧的依赖关系最大，图像相似度也最大，可以将最后已编码帧的码流值作为GOP剩余未编码帧的码流估计值，从而得到当前的瞬时估计码率est
br
；其中，gopEnc
bits
表示当前GOP已经编码的bits，lastFrm
bits
表示当前帧前一已编码帧的编码码流值，N
enc
表示GOP以编码帧数，N
left
表示GOP未编码帧数，N
ttl
表示GOP总的编码帧数，N
fps
表示编码帧率：
[0033][0034]将est
br
与max
br
、min
br
比较，计算newMax
br
和newMin
br
：
[0035][0036][0037]为当前帧分配目标码流tgtFrm
bits
：
[0038][0039]S4，图像级P帧QP的计算：
[0040]设定瞬时码率允许波动上限up_ratio
br
[5]＝{1.05,1.25,1.875,2.5,3.125}；
[0041]设定瞬时码率允许波动下限dw_ratio
br
[5]＝{1.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种视频实时编码的VBR码率控制方法，其特征在于，所述方法中的VBR方法应用于视频实时编码的IPPP结构，采用分级策略依次为不同编码单元分配目标码率；所述分级策略分为GOPs级、GOP级、图像级；根据用户对码率波动的容忍度为当前GOP目标码率设定其允许波动的上下限，将瞬时估计码率与目标码率允许波动的上下限进行比较，来决定如何调整QP以减少QP的不必要波动；根据场景变化对码率的影响程度及场景变化位置，计算一个新的码率波动上下限，并指导QP的调整；当视频图像发生场景变化时，通过估计的瞬时码率和分配的目标码率波动上下限进行加权求和，得到一个新码率控制上下限，其中加权的比重和当前帧在GOP中的位置相关，越靠近I帧的控制强度越大，越远离I帧的控制强度越弱。2.根据权利要求1所述的一种视频实时编码的VBR码率控制方法，其特征在于，在所述GOPs级设置编码允许的最大码率；在所述GOP级依据图像特征分析算法获取的图像复杂度和运动强度信息分配目标码率，允许在GOPs统计时间内编码码率波动，从而保证编码图像质量平稳；在图像级对于瞬时估计码率波动在用户容忍范围内的情况下，不调整QP；当瞬时估计码率超出容忍范围时，根据场景变化对码率的影响程度及场景变化位置，计算一个新的码率波动上下限，并指导QP的调整。3.根据权利要求1或2所述的一种视频实时编码的VBR码率控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1，设置控制参数：为用户提供可设置的最大码率Max
br
、最大静止码率MaxStill
br
、最小码率Min
br
、码率波动容忍度FluctLvl、QP的最大值Max
QP
和最小值Min
QP
、GOPs统计时间t
stat
；其中，最大码率用来保证编码码率的正常传输和存储；最小码率用来控制编码的最差质量；最大静止码率用来控制静止场景对码率的不必要浪费；码率波动容忍度用来计算客户对瞬时码率在目标码率上下允许波动的范围；QP最大最小值用来控制图像的质量范围；GOPs统计时间越长，允许的瞬时码率波动越大，否则允许的瞬时码率波动越小；S2，GOPs级目标码率分配和GOP级目标码率分配；S2.1,GOPs级目标码率分配：对于所述的VBR方法来说，只为GOPs级设定最大码率，指导该统计时间内的实际编码的平均码率不超出该最大值，保证码率传输和存储：gops
br
＝Max
br
；S2.2,GOP级目标码率分配:GOP级目标码率要受到GOPs级的剩余最大码率MaxRem
br
、视频图像复杂度cplx、运动强度motionStrength的限制；GOP级目标码率的分配随图像复杂度、运动强度增加而增加，以保证在场景变换后依然平稳的视频质量；S3，帧级码流分配：对于IPPP结构的实时视频编码来说，当前帧与前一帧的依赖关系最大，图像相似度也最大，将最后已编码帧的码流值作为GOP剩余未编码帧的码流估计值，从而得到当前的瞬时估计码率est
br
；其中，gopEnc
bits
表示当前GOP已经编码的bits，lastFrm
bits
表示当前帧前一
已编码帧的编码码流值，N
enc
表示GOP以编码帧数，N
left
表示GOP未编码帧数，N
ttl
表示GOP总的编码帧数，N
fps
表示编码帧率：将est
br
与max
br
、min
br
比较，计算newMax
br
和newMin
br
：：为当前帧分配目标码流tgtFrm
bits
：S4，图像级P帧QP的计算：设定瞬时码率允许波动上限up_ratio
br
[5]＝{1.05,1.25,1.875,2.5,3.125}；设定瞬时码率允许波动下限dw_ratio
br
[5]＝{1.05,1.25,1.875,2.5,3.125}；1)对于稳定场景，将est
br
与max
br
、min
br
比较，判断当前帧QP的调整方向和偏移量；当est
br
>max
br
时，ratio
br
＝est
br
/max
br
，获取ratio
br
在up_ratio
br
[5]所属的区间索引号upIdx；当est
br
<min
br

【专利技术属性】
技术研发人员：张立兰，
申请(专利权)人：北京君正集成电路股份有限公司，
类型：发明
国别省市：