一种Ｈ．２６４码率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种Ｈ．２６４码率控制方法，属于视频编码技术领域。本发明专利技术方法在现有方法以图像灰度直方图的平均差值和图像亮度分量的平均绝对误差比率的加权之和作为帧复杂度系数并根据该复杂度系数确定当前编码帧的目标比特数的基础之上，考虑已编码帧的特性对当前帧码率控制的影响，引入一个调整系数，用该调整系数对量化参数进行动态调整并进行率失真优化。本发明专利技术方法在更准确控制码率的同时，能得到更好的图像质量，本发明专利技术方法在抑制帧间质量波动方面也有更好的表现，提高了视频图像的平滑性，并且保持了较低的编码器缓冲区占用度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及视频编码
，具体涉及一种H.264视频编码的码率控制方法。
技术介绍
在视频通信中，压缩编码后的信息流常常需要在带宽不衡定的网络上传输。为了使编码后的视频流很好地适应带宽，尤其是适应低带宽信道或时变的无线信道并充分利用有限的网络资源，码率控制成为了视频通信系统中一个必不可少的环节。码率控制的主要任务是采集缓冲区状态和图像活动性等信息，来给每幅图像分配一定的比特数，使得输出码率能控制在给定的标准上，并使图像失真最小。在H.264/AVC的码率控制方法中，由于同时在码率控制和率失真优化环节使用了量化参数，导致了“蛋鸡悖论”，即对当前帧的宏块进行率失真优化时，需要先通过当前帧或当前宏块的MAD决定每个宏块的量化参数，而当前帧或宏块的MAD仅在率失真优化后才能得到[Ma S.W，Gao W and Lu Y.Rate control on JVT standard，Document JVT-D030[S].2002]。为了解决“蛋鸡悖论”问题，很多学者做了大量的研究，文献[Shin I H，Lee Y L，Park H W.Rate control using linear rate-ρmodel for H.264[J].Signal Process Image Com-munication，2004，19：341-352.]在ρ域模型的基础上作了改进，应用在H.264的码率控制中，文献[Ma Siwei，Gao Wen，Lu Yan.Rate-distortion analysis for H.264/AVCvideo coding and its application to rate control[J].IEEE Trans on Circuit Syst for Video Technol，2005，15(12)：1533-1544.]提出了码率与量化步长与量化步长间的关系模型及相应的码率控制方法，文献[Ma S.W，Gao ，Wu F and Lu Y.Rate control for JVT video coding scheme with HRD considerations.Proceeding of IEEE International Conference on Image and Processing，2003，vol.3，PP：793-796.]将HRD一致性约束、平均绝对误差比综合考虑，提出了一种新的码率控制方法。Li Zhengguo提出的JVT-G012方法利用线性MAD模型来预测当前基本单元的MAD值，这一方法可以获得比较好的编码效果，引起了广泛的关注[Li Zhengguo，Gao Wen，Pan Feng，et al.Adaptive rate control for H.264[J].Journal of Visual Communication and Image Representation，2006，17(2)：376-406.]。JVT-G012方法虽然较好地解决了蛋鸡悖论问题，然而仍然存在很多问题。比如方法中没有明确的讨论帧内的码率-量化(R-Q)模型，因此文献[X.Jing，L.P.Chau，and W.-C Siu，″Frame complexity-based rate-quantization model for H.264/AVC intraframe rate control，″IEEE Signal Processing Letters，vol.15，pp.373-376，2008.]提出了一种自适应的帧内R-Q模型，这种方法通过考虑基于灰度的帧复杂度，自适应的更新模型参数，来更精确地选择帧内编码帧的量化参数。又比如在基于传统变换的视频编码系统中彩色视频信号的率失真(R-D)参数分别为亮度和色度分量模型化，所以文献[Z.Z.Chen and K.N.Ngan，“Towards rate-distortion tradeoff in real-time color video coding”，IEEE Trans.Circuits Syst.Video Technol.，2007，vol.17，no.2，pp.158-167]提出为彩色视频编码建立独立的R-D模型。-->JVT-G012方法在帧级码率控制上也存在不足。它根据缓冲区的情况来为各帧平均分配比特，忽略图像复杂度的分布，致使帧层目标比特分配过于均匀；其次计算量化参数时也没有考虑已编码帧的特性对当前帧码率控制的影响。在本专利技术人于2010年7月23日申请的一篇中国专利技术专利申请(申请号为201010235061.8)中公开了一种基于帧复杂度的H.264码率控制方法。该方法包括以下步骤：A、根据帧复杂度确定当前编码帧的目标比特数；B、计算量化参数并进行率失真优化；其中，帧复杂度是通过一个复杂度系数来衡量，该复杂度系数定义为图像灰度直方图的平均差值和图像亮度分量的平均绝对误差比率的加权之和，在该复杂度系数基础上，通过经验公式对现有的目标比特公式进行了修正。该方法能够更为准确地控制码率，提高视频输出序列的平均峰值信噪比，并能够减小视频图像帧间质量波动，从而提高视频图像质量。但该方法仅从帧层目标比特分配的角度进行了优化，在计算量化参数时仍然使用了JVT-G012中传统的方法，并未考虑已编码帧的特性对当前帧码率控制的影响。在该方法中，线性MAD预测模型和头信息比特的不准确性可能导致由二项式模型计算得到的量化参数无法产生预期的编码比特。因此，为了更准确地进行码率控制，有必要利用以前帧的编码信息对当前量化参数做适当的调整。
技术实现思路
本专利技术的目的在于在上述基于帧复杂度的H.264码率控制方法的基础之上，考虑已编码帧的特性对当前帧码率控制的影响，提供一种结合图像复杂度并对量化参数进行调整的帧层码率控制方法，从而进一步提高视频图像质量。本专利技术采用量化参数调整系数ΔQ来调整每帧的量化参数。ΔQ的值由前一已编码帧产生的实际比特数preactbits和前一帧的目标比特数pretarbits来决定。当实际编码比特数大于目标比特数时，表示前一帧分配了较少的目标比特数，致使GOP剩余的比特数增加，那么分配给当前帧的目标比特数就会增加，由二次率失真模型计算出来的量化参数就会较小，因此应该适当的增大量化参数。在一个GOP层中，第一帧的量化参数是预先设定的，没有进行目标比特分配，所以紧随其后的第2帧无法根据前一帧的实际比特数、目标比特数来调整，因此本专利技术中GOP层中前两帧的量化参数不作调整，后面的帧根据量化参数调整系数来计算。本专利技术的技术方案具体为：一种H.264码率控制方法，包括以下步骤：A、以图像灰度直方图的平均差值和图像亮度分量的平均绝对误差比率的加权之和作为帧复杂度系数，根据该复杂度系数确定当前编码帧的目标比特数；B、计算量化参数并进行率失真优化；其特征在于：在计算量化参数时，利用已编码帧的信息动态调整当前帧的量化参数，具体是指按照如下公式计算并动态调整当前编码的第i个GOP层第j帧的量化参数：Qi(j)=Cj=1Qi′(j)j=2Qi′(j)+Δ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｈ．２６４码率控制方法，包括以下步骤：Ａ、以图像灰度直方图的平均差值和图像亮度分量的平均绝对误差比率的加权之和作为帧复杂度系数，根据该复杂度系数确定当前编码帧的目标比特数；Ｂ、计算量化参数并进行率失真优化；其特征在于：在计算量化参数时，利用已编码帧的信息动态调整当前帧的量化参数，具体是指按照如下公式计算并动态调整当前编码的第ｉ个ＧＯＰ层第ｊ帧的量化参数：＊＊＊其中，Ｃ是预先设定的常数，取值范围为２０到４０之间；Ｑ′↓［ｉ］（ｊ）为通过ＪＶＴ　Ｇ０１２中传统方法计算得到的第ｉ个ＧＯＰ层第ｊ帧调整前的量化参数；ｉ为视频序列中ＧＯＰ层的序号，取值范围为１到视频序列中ＧＯＰ层数；ｊ为第ｉ个ＧＯＰ层中帧的序号，取值范围为１到第ｉ个ＧＯＰ层中包含的总帧数；ΔＱ↓［ｉ］（ｊ）为调整系数，其表达式为：＊＊＊ｐｒｅｔａｒｂｉｔｓ和ｐｒｅａｃｔｂｉｔｓ分别表示前一已编码帧的目标比特数、实际比特数。

【技术特征摘要】
1.一种H.264码率控制方法，包括以下步骤：A、以图像灰度直方图的平均差值和图像亮度分量的平均绝对误差比率的加权之和作为帧复杂度系数，根据该复杂度系数确定当前编码帧的目标比特数；B、计算量化参数并进行率失真优化；其特征在于：在计算量化参数时，利用已编码帧的信息动态调整当前帧的量化参数，具体是指按照如下公式计算并动态调整当前编码的第i个GOP层第j帧的量化参数：Qi(j)=Cj=1Qi′(j)j=2Qi′(j)+ΔQi(j)j>2,]]>其中，C是预先设定的常数，取值范围为20到40之间；Q′i(j)为通过JVT-G012中传统方法计算得到的第i个GOP层第j帧调整前的量化参数；i为视频序列中GOP层的序号，取值范围为1到视频序列中GOP层数；j为第i个GOP层中帧的序号，取值范围为1到第i个GOP层中包含的总帧数；ΔQi(j)为调整系数，其表达式为：ΔQi(j)=2ifpretarbits≤preactbits<2pretarbits3ifpreactbits≥2pretarbits,]]>pretarbits和preactbits分别表示前一已编码帧的目标比特数、实际比特数。2.如权利要求1所述H.264码率控制方法，其特征在于，所述步骤B具体按照以下各步骤执行：B1、根据下式计算当前帧调整前的量化参数Q′i(j)：T...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓，陆飞飞，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]