用于数字视频记录的视频比特率控制方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于视频编码系统的视频比特率控制方法，所述的编码系统产生将被存储于存储设备的编码视频帧并且来源于输入帧的一个序列，所述的方法包括至少一个量化步骤，用于向所述的输入帧施加一个来自于一个评算步骤的量化参数。该评算步骤使用与先前的编码帧有关的统计量计算将被编码的当前帧的复杂度。与此同时，正被编码的当前比特目标根据在存储设备上剩余的可用空间以及在序列中将被编码的剩余帧的数目而被估算。然后，根据估算的复杂度以及估算的当前比特目标产生量化参数。本发明专利技术导致了编码帧的输出比特率具有ＣＢＲ或者ＶＢＲ状态，带来了编码视频帧的恒定的质量，同时保证了存储设备的最佳填充。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于视频编码系统的视频比特率控制方法，所述的编码系统产生存储于存储设备的编码视频帧并且源于一系列输入帧，所述的方法包括至少一个量化步骤，用于为所述的输入帧提供一个量化参数。本专利技术也可被用于视频编码系统，例如MPEG-2视频编码器或转码器。MPEG-2视频压缩标准(活动图像专家组)，被称作ISO/IEC13818-2，不只被用于广播设备，也被用于记录设备。这一标准实际上是被用于产生将要保存在数字视频盘(DVD)上的压缩视频序列。为此，能够设想很多技术。其中的一个包括编码输入帧，使得产生的包括MPEG-2编码帧的输出信号，具有一个恒定的比特率(CBR)。另外的一个包括编码输入帧使得产生的输出信号具有一个可变的比特率(VBR)。第一种方法是非常方便的，因为编码视频帧在空间有限的存储设备上的存储是可以保证的，但是这损害了视频的质量，视频质量会由于输入帧根据它们的复杂性而不需要同样数量的比特而有所波动。第二种方法保证了整个编码帧具有相当恒定的质量，因为分配的比特数量会随着帧复杂度而有所增加。但是，这一过程的控制并不允许对产生的比特的数量进行预测，它是不固定的，并且结果是，所述的编码帧在空间有限的存储设备上的存储不能被保证，并且可能导致大量比特上溢和下溢。国际专利申请WO99/49664描述了一种将编码视频帧的比特率控制在一个整体恒定的值的方法，但是这导致了一个局部可变的输出比特率。结果是，考虑到目标编码质量的确定，为将要编码的连续系列帧确定目标比特率。目标比特率得自于先前和实际的目标比特率的差。实际的目标是根据图像的复杂度和每一系列帧的目标编码质量而可变的。本专利技术的目的是提供一种改进的视频比特率控制方法，它允许压缩序列帧以恒定的质量存储在空间有限的存储设备上。在现有技术中采用的方法当被用于编码存储在空间有限的存储设备上的顺序视频帧的时候具有功能上的局限。首先，如果输出VBR具有较大幅度的波动，问题可能发生在序列编码的终端。在这种情况下，对将要编码的剩余帧的比特率分配是非常冒险的，很可能导致存储设备容量的上溢或者下溢。结果是，帧存储的最佳集中无法被保证，例如，不是包含在输入序列中的所有帧都可以被存储。其次，本方法要求的编码帧的恒定的质量不能总被保证。实际上，目标编码质量是根据当前比特率目标和与先前的一系列帧相关的比特率目标之间的差来改变的。由于在一个给定的比特率目标无法获得同样的质量，根据帧复杂度是高还是低，目标编码的改变可能振荡，这将导致局部暂时视觉质量的波动。根据本专利技术的方法目的是提供一种对现有技术中的方法的局限性的解决方法。最终，根据本专利技术的方法的特征在于量化参数的计算，包括-一个计算子步骤，用于根据它的量化参数Q(n-1)和它的帧尺寸S(n-1)计算先前的编码帧复杂度X(n-1)，-一个第一估算子步骤，用于根据至少复杂度X(n-1)估算当前输入帧的复杂度Xe(n)，-一个第二估算子步骤，用于在编码以后根据存储设备上可用的比特的数目以及在输入序列中将要编码的剩余帧的数目估算当前输入帧的帧的尺寸R(n)，-一个第三估算子步骤，用于根据当前输入帧的复杂度Xe(n)以及估算的帧的尺寸R(n)估算将被用于当前输入帧的量化参数。本方法允许系统获得一个用于编码帧序列的恒定的质量。应当考虑先前编码帧的统计量从而计算将要编码的当前帧的复杂度。这种评算的特征在于它是通过包含由时间常数的装置评算执行的，从而使得估算的复杂度沿着编码帧平滑。与此同时，对于正被编码的帧的当前比特目标是根据存储设备上剩余的可用空间以及将被编码的剩余的帧的数目而被估算的。然后，根据估算的复杂度以及估算的当前比特目标，得到一个量化步长并且该步长被用作量化定义正被编码的帧的离散余弦变换(DCT)系数。结果是，该量化步长平滑了帧中的相对变化，造成了输出比特率与具有一个VBR特性的编码帧相关，并且导致了编码视频帧的质量的恒定或者缓慢变化。本方法的特征还在于时间常数是存储设备上的编码视频帧的数目和在序列中将要编码的视频帧的剩余数目的函数。这允许相对于编码帧的输出比特率的可控变化，主要在序列编码的开始与结束。这样，考虑到编码参数的设定，比特率对于从CBR到VBR状态的改变被控制，并且从VBR到CBR状态是为了确保输入序列中所有的帧能够存储在存储设备上。这样短时间的状态，根据与序列中当前帧的排列有关的时间常数值的变化，与抑制VBR的特性变化相应，从而确保就质量和空间而言存储设备得到最佳的填充。当然，这种方法允许在编码的过程中获得VBR特性。本专利技术的特殊方面将参照下文描述的实施例并结合随后的附图进行解释，其中同样的部分或者子步骤以同样的方式指出附附图说明图1描绘了根据本专利技术在MPEG-2视频压缩信号转码的环境中的方法，附图2描绘了根据本专利技术的比特率控制步骤，附图3给出了根据本专利技术获得的比特率控制的实施例。实施例的详细说明本专利技术涉及一种改进的视频比特率控制方法，它允许压缩序列帧以恒定的质量存储于空间有限的存储设备上。本专利技术可以在任何需要比特率控制策略并且比特率控制用于调整产生的编码帧的输出质量的编码系统中执行。例如，本专利技术理想的可被用于管理视频编码系统或者视频转码系统的量化步长。这里描述的是MPEG-2视频转码系统的情况，但是对于本领域的技术人员来说很明显本专利技术的范围并不局限于这个特定的情况，而可以覆盖任何象MPEG-4或H.263标准的基于块的视频编码标准。附图1描绘了根据本专利技术的在MPEG-2视频压缩信号转码的环境中的方法。该转码执行了输入信号的比特率缩减从而获得具有一个较低的比特率的输出信号，所述的输出信号被存储在空间有限的存储设备中。该图包括根据本专利技术的三套处理步骤，包括转码步骤101，存储步骤102，以及比特率控制步骤103。相对于转码步骤101的该装置包括-一剩余解码支路104，接收输入的包含有多个压缩数据帧的压缩视频信号105，并且提供一个解码的数据信号106。该分支包括一系列可变长度解码107(VLD)用于提供解码的DCT系数，以及一个反量化108(IQ)用于提供一个解量化的DCT系数，以及一个反离散余弦变换109(IDCT)用于提供解码信号106；-一运动补偿支路110用于为了构成信号114产生将从信号106中减去的运动补偿信号111。通过与将被转码并包含在输入信号105中的当前帧有关的运动矢量V(n)的使用而获得了运动补偿112。该运动补偿被用于存储于存储器113并与先前处理帧的编码误差相应的帧信号。该编码误差是通过将应用于输出量化参数122的信号经反量化115和反DCT116之后获得的信号减去信号114获得的。支路110避免了在输出转码信号117时的质量漂移；-一编码支路118用于从信号114获得输出转码和压缩输出视频信号117。它包括一个DCT119用于提供一个由DCT系数形成的一个频率信号120，一个量化121(QUANT)用于提供由量化DCT系数构成的信号122，以及一个可变长度编码(VLC)，用于在作为信号117发送并存储于存储设备102以前，产生一个存储于缓冲器124中的可变长度编码DCT系数。与比特率控制步骤相关的装置103被连结到装置101和102用于控制信号117的输出比特率，从而确保信号117本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于视频编码系统的视频比特率控制方法，所述的编码系统从一系列输入帧产生将存储于存储设备的编码视频帧，所述的方法包括至少一个量化步骤，用于根据计算步骤为所述的输入帧提供一个量化参数，所述的方法其特征在于在所述的计算步骤中包括：－一个计 算子步骤，用于根据与所述的先前编码帧有关的量化参数Ｑ（ｎ－１）和帧尺寸Ｓ（ｎ－１）计算先前的编码帧复杂度Ｘ（ｎ－１），－一个第一估算子步骤，用于根据复杂度Ｘ（ｎ－１）估算当前输入帧的复杂度Ｘｅ（ｎ），－一个第二估算子步骤，用于在编码 以后根据存储设备上仍然可用的比特的数目以及在输入序列中将要编码的剩余帧的数目估算与当前输入帧有关的帧的尺寸Ｒ（ｎ），－一个第三估算子步骤，用于根据当前输入帧的复杂度Ｘｅ（ｎ）以及估算的帧的尺寸Ｒ（ｎ）估算将被用于当前输入帧的量化参数。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：A莫雷尔，
申请(专利权)人：皇家菲利浦电子有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]