专利名称：一种电网全息数字地图视频编码方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及视频编码技术领域，特别是关于一种对含多种专题数据和工程数据的电网全息数字地图视频进行编码的电网全息数字地图视频编码方法及系统。
背景技术：
视频编解码技术对于视频存储和传输至关重要。视频编码标准的发展经过了
H.261、MPEG-1、MPEG-2、H. 263,MPEG-4, H. 264等几个阶段，压缩效率不断提升。H. 264作为新一代视频编码标准，与H. 263、MPEG-4相比，视频压缩效率提升了一倍左右。现有的视频编码技术均采用有损压缩技术以获得较高压缩比，主要过程包括预测、变换、量化、率失真优化控制和熵编码，其基本思路是只对变化的信息进行编码，并且丢弃部分不重要的信息。 其中，率失真优化控制直接决定了在限定带宽条件下，编码图像恢复重建的质量。电网全息数字地图包含丰富的文字、标示线和纹理信息，若在远程传输电网全息数字地图过程中直接采用现有的视频编码技术，必然会导致上述信息的细节丢失，特别是在较低带宽条件下， 文字和标示线会变得很模糊，有时甚至难以分辨清楚。因此，必须针对电网全息数字地图的特点，设计基于新的率失真优化控制策略的视频编码方法及系统，确保在限定带宽条件下， 能很好地保持图像细节信息，使数字地图上的文字、标示线等经编码传输后能清晰地恢复出来。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够在限定带宽下高品质地传输电网全息数字地图视频的电网全息数字地图视频编码方法及系统。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种电网全息数字地图视频编码方法，其特征在于，它包括以下步骤1)设置一系统，该系统包括一输入端与视频采集系统连接的分层控制模块、一基本层编码模块、一时域增强层编码模块、一视频编码质量评价模块、一视频编码控制模块、一码率实时统计模块和一输出端与网络通信系统连接的视频包发送控制模块；2)根据视频编码控制模块传来的分层控制参数，分层控制模块先将从视频采集系统接收到的电网全息数字地图视频分为放弃编码图像序列和传给视频编码质量评价模块的待编码图像序列，再将待编码图像序列分为传给基本层编码模块的基本层图像序列和传给时域增强层编码模块的时域增强层图像序列；3)根据视频编码控制模块传来的基本层编码图像质量等级调整参数，基本层编码模块通过内置的视频编码器，对基本层图像序列进行编码，输出基本层编码码流给码率实时统计模块和视频包发送控制模块，输出基本层编码重建图像序列给视频编码质量评价模块和时域增强层编码模块；4)根据视频编码控制模块传来的时域增强层编码图像质量等级调整参数，时域增强层编码模块基于基本层编码重建图像序列，通过内置的视频编码器，对时域增强层图像序列进行编码，输出时域增强层编码码流给码率实时统计模块和视频包发送控制模块，输出时域增强层编码重建图像序列给视频编码质量评价模块；5)视频编码质量评价模块将基本层编码重建图像序列和时域增强层编码重建图像序列分别与待编码图像序列进行比较，获得基本层编码图像质量评价指标db ssim和时域增强层编码图像质量评价指标dts ssim，传给视频编码控制模块； 6)码率实时统计模块分别对基本层编码码流和时域增强层编码码流的码率进行实时统计， 将得到的基本层编码码率rb和时域增强层编码码率rts，以及总编码码率re，传给视频编码控制模块和视频包发送控制模块；7)根据基本层编码图像质量评价指标db ssim、时域增强层编码图像质量评价指标dts—ssim、基本层编码码率rb、时域增强层编码码率rts和总编码码率 re，视频编码控制模块计算传给分层控制模块的分层控制参数，传给基本层编码模块的基本层编码图像质量等级调整参数，传给时域增强层编码模块的时域增强层编码图像质量等级调整参数；8)视频包发送控制模块在向网络通信系统发送基本层编码码流的同时，根据基本层编码码率、时域增强层编码码率和总编码码率，确定在基本层编码码流中插入的时域增强层编码码流流量。上述步骤6)中，总编码码率是基本层编码码率rb与时域增强层编码码率rts之和。上述步骤5)中，基本层和时域增强层的编码图像质量评价指标均采用SSIM指标。上述步骤7)中，分层控制参数为基本层帧率fb、时域增强层帧率fts和跳帧帧率 fskip，基本层编码图像质量等级调整参数为基本层编码帧级量化系数qb，时域增强层编码图像质量等级调整参数为时域增强层编码帧级量化系数qts ;每编码完一帧图像，这些参数值都由视频编码控制模块通过以下算法迭代更新I)判断r。> = re是否成立如果r。>= re,进入步骤2)；如果r。< re,进入步骤9)；2)判断 fts = fin-fb 是否成立如果fts = fin_fb,进入步骤 3)；如果fts fin_fb,进入步骤 5)；3) fts、fb和fskip的值保持不变，并判断db ssim <= O. 85是否成立如果db—ssim <= O. 85,提升基本层编码图像质量，qb = Max (I, qb_l), qts的值保持不变，进入步骤12)；如果db_ssim > O. 85，进入步骤 4)；4)判断 dts ssiD1 <=0.8 是否成立如果dts—ssim <= O. 8,提升时域增强层编码图像质量，qts = Max (qb+2, qts_l), qb的值保持不变，进入步骤12)；如果dts ssim > O. 8，qb和qts的值保持不变，进入步骤12)；5)判断fts = O是否成立如果fts = O,进入步骤6);如果fts O，进入步骤7)；6)判断 db ssim <=0.85 是否成立如果db—ssim <= O. 85,提升基本层编码图像质量，qb = Max (I, qb_l), fts、fb、fskip 和qts的值保持不变，进入步骤12)；如果db ssim > O. 85, qb 的值保持不变，qts = Min (51, qb+2)
计算基本层帧率fb的中间值f' b,fb = —，并通过fts =确定fts，
reα再通过fb = Min (5, f' b)确定 fb 的值,并通过 fskip = fin-(fb+fts)确定 fskip，进入步骤12)；7)判断 db ssim <= 0. 85 是否成立如果db—ssim <= 0. 85,提升基本层编码图像质量，qb = Max (I, qb_l), fts、fb、fskip 和qts的值保持不变，进入步骤12)；如果db_ssim > O. 85，进入步骤 8)； 8)判断 dts_ssim <=0.8 是否成立如果dts—ssim <= O. 8,提升时域增强层编码图像质量，qts = Max(qb+2, qts_l)，fts、fb、fskip和qb的值保持不变，进入步骤12)；如果dts ssim > 0.8, fb、qb和qts的值保持不变，且fts=Mm(fm-fb,Uf”
Γ-，fskip = fin_(fb+fts)，进入步骤12)；9)判断rb < = r。是否成立如果rb <= r。,进入步骤10);如果rh > r。,进入步骤11)；10)判断 db—ssim <= O. 85 是否成立如果db ssim <= O. 85，提升基本层编码图像质量，fb和qts的值保持不变，qb = Max(I, qb-l),
f _ (rc-rb)*ftstIs--
rts ，fskip = fin_(fb+fts)，进入步骤12)；如果db—ssim > 0. 85,减少基本层编码码率，qb = Min (51, qb+2), fts、fb、fskip 和 qts 的值保持不变，进入步骤12)；11)减少基本层编码码率，qb = Min (51, qb+2),并判断fts = O是否成立如果fts = O成立，fts、fb、fskip和qts的值保持不变，进入步骤12)；如果fts > O,停止时域增强层编码，fts = 0,fskip = fin_fb，fb和qts的值保持不变， 进入步骤12)；12)结束。 上述跳帧帧率fskip的初始值fsk_设定为0，基本层帧率fb的初始值fM和时域增强层帧率fts的初始值fts(1则分别由下式确定fb0=Min(5,^ )fts0=Mm((fm-fbo),Max(0, §64 32W H))
a*W*H
上式中，当前可用网络带宽r。的单位为千比特/秒(kbps)，W表示编码图像宽度， H表示编码图像高度，4 表示电网全息数字地图视频采集输入帧率，α表示时域增强层相对基本层的编码码率配比参数，缺省值设为O. 6。上述步骤8)中，视频包发送控制模块通过下式确定每相邻的两基本层编码图像之间插入的时域增强层编码图像的个数Nts Nts=Max(0, ^ts )上式中，rc为当前可用网络带宽，rb为基本层编码码率，rts为时域增强层编码码率，fb为基本层帧率，fts为时域增强层帧率。一种实现上述方法的电网全息数字地图视频编码系统，其特征在于它包括一输入端与视频采集系统连接的分层控制模块、一基本层编码模块、一时域增强层编码模块、一视频编码质量评价模块、一视频编码控制模块、一码率实时统计模块和一输出端与网络通信系统连接的视频包发送控制模块；分层控制模块的第一输出端连接基本层编码模块，第二输出端连接时域增强层编码模块，第三输出端连接视频编码质量评价模块；基本层编码模块的第一输出端连接视频编码质量评价模块和时域增强层编码模块，第二输出端连接码率实时统计模块和视频包发送控制模块；时域增强层编码模块的第一输出端连接视频编码质量评价模块，第二输出端连接码率实时统计模块和视频包发送控制模块；视频编码质量评价模块的输出端连接视频编码控制模块；视频编码控制模块的第一输出端连接基本层编码模块，第二输出端连接时域增强层编码模块，第三输出端连接分层控制模块；码率实时统计模块的输出端连接视频编码控制模块和视频包发送控制模块。上述基本层编码模块和时域增强层编码模块内的视频编码器采用
H.264HighProfile 视频编码器。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于将待编码的电网全息数字地图视频分为载有关键信息的基本层图像序列和保持画面连贯性的时域增强层图像序列，通过视频编码控制模块实现对基本层图像序列和时域增强层图像序列的优化编码，从而确保视频经过编码传输后，能够在远程解码端恢复为包含清晰文字、标示线和纹理等细节信息的高品质视频图像。2、本发明由于采用码率实时统计模块实时统计基本层和时域增强层编码码流的码率，以及相应的总编码码率，并据此对编码过程进行控制，因此具有良好的网络带宽适应性，使编码码率能够很好地适应网络带宽的波动。3、本发明除设置码率实时统计模块，还设置有视频编码质量评价模块，获取基本层图像编码模块和时域增强层图像编码模块的编码图像质量评价指标，从而能够通过视频编码控制模块调整相应的编码码率和帧率，使视频在画面质量和连贯性方面取到好的平衡，在充分利用当前可用带宽的同时，获得尽可能高质量的图像。本发明可以广泛用于在限定带宽下高品质地传输视频图像。
图I是本发明的系统组成示意图具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图I所示，本发明的编码方法通过一系统实现，该系统包括一分层控制模块I、 一基本层编码模块2、一时域增强层编码模块3、一视频编码质量评价模块4、一视频编码控制模块5、一码率实时统计模块6和一视频包发送控制模块7。本发明的分层控制模块I根据视频编码控制模块5传来的分层控制参数，先将接收到的电网全息数字地图视频分为放弃编码图像序列和待编码图像序列，再将待编码图像序列分为基本层图像序列和时域增强层图像序列。分层控制模块I将待编码图像序列传给视频编码质量评价模块4，将基本层图像序列传给基本层编码模块2，将时域增强层图像序列传给时域增强层编码模块3。其中放弃编码图像序列，是指在可用发送带宽极低的情况下，为避免因编码输出码率超过可用带宽而导致丢包，引起解码图像质量的严重劣化，因而在编码前主动放弃编码的图像序列；基本层图像序列能够独立进行编解码，但帧率不高，可以用来确保在较低带宽情况下，获得较高画质的图像，保证关键信息的有效传递；时域增强层图像序列需要基于基本层图像序列进行编解码，当有富余带宽时，可以用来提高视频帧率，使画面更为流畅。如图I所示，分层控制模块I有两个输入端和三个输出端输入端11与视频采集系统连接(图中未示出)，接收电网全息数字地图视频；输入端12与视频编码控制模块5 的输出端连接，接收分层控制参数；输出端13与基本层编码模块2的输入端连接，传输基本层图像序列；输出端14与时域增强层编码模块3的输入端连接，传输时域增强层图像序列； 输出端15与视频编码质量评价模块4的输入端连接，传输待编码图像序列。其中，分层控制参数为表征基本层图像序列、时域增强层图像序列和放弃编码图像序列在视频中所占比例的基本层帧率fb、时域增强层帧率fts和跳帧帧率fskip。在启动编码时，跳帧帧率fskip的初始值fsk_设定为0，基本层帧率fb的初始值fb(l和时域增强层帧率 fts的初始值fts(l则分别由下式确定
权利要求
1.一种电网全息数字地图视频编码方法，其特征在于，它包括以下步骤1)设置一系统，该系统包括一输入端与视频采集系统连接的分层控制模块、一基本层编码模块、一时域增强层编码模块、一视频编码质量评价模块、一视频编码控制模块、一码率实时统计模块和一输出端与网络通信系统连接的视频包发送控制模块；2)根据视频编码控制模块传来的分层控制参数，分层控制模块先将从视频采集系统接收到的电网全息数字地图视频分为放弃编码图像序列和传给视频编码质量评价模块的待编码图像序列，再将待编码图像序列分为传给基本层编码模块的基本层图像序列和传给时域增强层编码模块的时域增强层图像序列；3)根据视频编码控制模块传来的基本层编码图像质量等级调整参数，基本层编码模块通过内置的视频编码器，对基本层图像序列进行编码，输出基本层编码码流给码率实时统计模块和视频包发送控制模块，输出基本层编码重建图像序列给视频编码质量评价模块和时域增强层编码模块；4)根据视频编码控制模块传来的时域增强层编码图像质量等级调整参数，时域增强层编码模块基于基本层编码重建图像序列，通过内置的视频编码器，对时域增强层图像序列进行编码，输出时域增强层编码码流给码率实时统计模块和视频包发送控制模块，输出时域增强层编码重建图像序列给视频编码质量评价模块；5)视频编码质量评价模块将基本层编码重建图像序列和时域增强层编码重建图像序列分别与待编码图像序列进行比较，获得基本层编码图像质量评价指标db ssim和时域增强层编码图像质量评价指标dts—ssim，传给视频编码控制模块；6)码率实时统计模块分别对基本层编码码流和时域增强层编码码流的码率进行实时统计，将得到的基本层编码码率rb和时域增强层编码码率rts，以及总编码码率传给视频编码控制模块和视频包发送控制模块；7)根据基本层编码图像质量评价指标dbssim、时域增强层编码图像质量评价指标dts ssim、基本层编码码率rb、时域增强层编码码率rts和总编码码率re，视频编码控制模块计算传给分层控制模块的分层控制参数，传给基本层编码模块的基本层编码图像质量等级调整参数，传给时域增强层编码模块的时域增强层编码图像质量等级调整参数；8)视频包发送控制模块在向网络通信系统发送基本层编码码流的同时，根据基本层编码码率、时域增强层编码码率和总编码码率，确定在基本层编码码流中插入的时域增强层编码码流流量。
2.如权利要求I所述的一种电网全息数字地图视频编码方法，其特征在于所述步骤6)中，总编码码率re是基本层编码码率rb与时域增强层编码码率rts之和。
3.如权利要求I所述的一种电网全息数字地图视频编码方法，其特征在于所述步骤 5)中，基本层和时域增强层的编码图像质量评价指标均采用SSIM指标。
4.如权利要求2所述的一种电网全息数字地图视频编码方法，其特征在于所述步骤5)中，基本层和时域增强层的编码图像质量评价指标均采用SSIM指标。
5.如权利要求I或2或3或4所述的一种电网全息数字地图视频编码方法，其特征在于所述步骤7)中，分层控制参数为基本层帧率fb、时域增强层帧率fts和跳帧帧率fskip，基本层编码图像质量等级调整参数为基本层编码帧级量化系数qb，时域增强层编码图像质量等级调整参数为时域增强层编码帧级量化系数qts ;每编码完一帧图像，这些参数值都由视频编码控制模块通过以下算法迭代更新1)判断r。>= re是否成立如果r。> = re,进入步骤2)；如果r。< re,进入步骤9)；2)判断fts= fin-fb是否成立如果fts = fin_fb，进入步骤3)；如果fts幸fin_fb，进入步骤5)；3)fts、fb和fskip的值保持不变，并判断db ssim <= O. 85是否成立如果db—ssim <= O. 85,提升基本层编码图像质量，qb = Max(l,qb-1), qts的值保持不变, 进入步骤12)；如果db ssim > O. 85，进入步骤4)；4)判断dts—ssim<= O. 8是否成立如果dts—ssim <= O. 8,提升时域增强层编码图像质量，qts = Max(qb+2,qts-l), qb的值保持不变，进入步骤12)；如果dts ssim > O. 8，qb和qts的值保持不变，进入步骤12)；5)判断fts= O是否成立如果fts = O,进入步骤6)；如果fts O,进入步骤7)；6)判断db—ssim<= O. 85是否成立如果 db—ssim <= O. 85,提升基本层编码图像质量，qb = Max (I, qb_l), fts、fb、fskip 和 qts 的值保持不变，进入步骤12)；如果 db ssim > O. 85，qb 的值保持不变，qts = Min (51，qb+2)，计算基本层帧率fb的中间值f' b,fb =—，并通过fts = Max(°,fb>~5)确定fts，再通过fbreα=Min (5, f' b)确定 fb 的值,并通过 fskip = fin- (fb+fts)确定 fskip，进入步骤 12)；7)判断db—ssim<= 0. 85是否成立如果 db—ssim <= O. 85,提升基本层编码图像质量，qb = Max (I, qb_l), fts、fb、fskip 和 qts 的值保持不变，进入步骤12)；如果db ssim > O. 85，进入步骤8)；8)判断dts—ssim<= O. 8是否成立如果dts—ssim <= O. 8,提升时域增强层编码图像质量，qts = Max(qb+2, qts_l), fts、fb> fskip和qb的值保持不变，进入步骤12)；如果dts ssim > 0.8, fb、qb和qts的值保持不变，且fts=Mm(fm-fb,Uf”Γ-，fskip = fin-(fb+f J，进入步骤12)；9)判断rb< = r。是否成立如果rb < = rc,进入步骤10)；如果rb > r。,进入步骤11)；10)判断db—ssim<= O. 85是否成立如果db ssim <= O. 85，提升基本层编码图像质量，fb和qts的值保持不变，qb = Max (I, qb-l)，
6.如权利要求5所述的一种电网全息数字地图视频编码方法，其特征在于所述跳帧帧率fskip的初始值fsk_设定为0，基本层帧率fb的初始值fb(l和时域增强层帧率fts的初始值fts(l则分别由下式确定
7.如权利要求I或2或3或4或6所述的一种电网全息数字地图视频编码方法，其特征在于所述步骤8)中，视频包发送控制模块通过下式确定每相邻的两基本层编码图像之间插入的时域增强层编码图像的个数Nts
8.如权利要求5所述的一种电网全息数字地图视频编码方法，其特征在于所述步骤8)中，视频包发送控制模块通过下式确定每相邻的两基本层编码图像之间插入的时域增强层编码图像的个数Nts:
9.一种实现如权利要求I 8任一项所述方法的电网全息数字地图视频编码系统，其特征在于它包括一输入端与视频采集系统连接的分层控制模块、一基本层编码模块、一时域增强层编码模块、一视频编码质量评价模块、一视频编码控制模块、一码率实时统计模块和一输出端与网络通信系统连接的视频包发送控制模块；所述分层控制模块的第一输出端连接所述基本层编码模块，第二输出端连接所述时域增强层编码模块，第三输出端连接所述视频编码质量评价模块；所述基本层编码模块的第一输出端连接所述视频编码质量评价模块和所述时域增强层编码模块，第二输出端连接所述码率实时统计模块和所述视频包发送控制模块；所述时域增强层编码模块的第一输出端连接所述视频编码质量评价模块，第二输出端连接所述码率实时统计模块和所述视频包发送控制模块；所述视频编码质量评价模块的输出端连接所述视频编码控制模块；所述视频编码控制模块的第一输出端连接所述基本层编码模块，第二输出端连接所述时域增强层编码模块，第三输出端连接所述分层控制模块；所述码率实时统计模块的输出端连接所述视频编码控制模块和所述视频包发送控制丰吴块。
10.如权利要求9所述的一种电网全息数字地图视频编码系统，其特征在于所述基本层编码模块和所述时域增强层编码模块内的视频编码器均采用H. 264High Profile视频编码器。
全文摘要
本发明涉及一种电网全息数字地图视频编码方法及系统，其方法是分层控制模块将电网全息数字地图视频分为基本层和时域增强层图像序列，分别输送给基本层和时域增强层编码模块编码。视频编码质量评价模块对基本层和时域增强层编码重建图像质量进行评价，并将评价指标传给视频编码控制模块；码率实时统计模块统计当前基本层和时域增强层编码码率，以及总编码码率，也传给视频编码控制模块。视频编码控制模块据此对分层控制模块，以及基本层和时域增强层编码模块内的视频编码器进行控制。视频包发送控制模块根据码率，确定在向外发送基本层编码码流时，插入的时域增强层编码码流流量。本发明可以广泛用于在限定带宽下高品质地传输视频图像。
文档编号H04N7/26GK102595142SQ201210068479
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月15日 优先权日2012年3月15日
发明者于国栋, 华仁红, 尹益平, 徐国贤, 朱立, 朱纯梅, 甘羽, 苏劲, 许子智, 高经林 申请人:北京易视腾科技有限公司, 国网北京经济技术研究院