一种3g网络中视频监控器码率控制的优化方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种3G网络中视频监控器码率控制的优化方法及系统，所述的方法包含：将3G网络中返回的带宽值作为X264码率控制算法中的目标码率；依据X264中的ABR码率控制算法获得量化参数；采用如下补偿算法优化上步骤的量化参数：在每帧获得量化参数后，根据已编码帧，获得到当前帧为止的实际输出码率，并根据获得的实际输出码率计算到当前帧为止实际输出码率和目标码率的差值；对获得的差值进行判断，若差值小于第一设定值，且获得的量化参数大于已编码帧的平均量化参数，则减少量化参数值；若差值大于第二设定值值，且获得的量化参数值小于已编码帧的平均量化参数，则增大量化参数值；将量化参数对当前帧进行编码，完成3G网络视频监控器的编码操作。
【专利说明】—种3G网络中视频监控器码率控制的优化方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及H.264视频编码标准，主要针对安防视频监控系统在视频传输过程中由于网络带宽的有限而传输不稳定的现状，具体涉及一种3G网络中视频监控器码率控制的优化方法及系统。
【背景技术】
[0002]H.264 是国际通信联盟(International Telecommunication Unite, ITU)和运动图像专家组(Motion Picture Experts Group, MPEG)联合制定的视频编码标准,它是国际上最新的视频编码标准，具有良好的压缩性能和网络亲和力，十分适合实时的视频通信系统。其中基于H.264的开源代码主要有:德国HHI研究所开发的测试软件JM、由法国巴黎中心学校的中心研究所发起并由网上自由组织联合开发的编解码器X264、中国视频编码自由组织联合开发的T264。和JM代码相比，X264摈弃了一些对编码性能贡献小但计算复杂度高的设计，如多参考帧、帧间预测中不必要的块模式等，从而使得在不明显降低编码性能的前提下，大大降低了编码的计算复杂度，提高了编码的速率，使其在实际应用中更能发挥自己的作用。视频监控是安防领域的重要组成部分，在一些重要场合使用视频监控，可以有效防止恶性事件的发生，维护社会治安。目前，大多数常见的视频监控系统是基于通信分组无线服务技术(General Packet Radio Service, GPRS)和全球移动通信系统(Global SystemForMobile Communication, GSM),但是这类无线通信技术的传输速度较慢,无法满足视频传输的要求。随着第三代移动通信技术(3rd-generation, 3G)商用步伐的加快,3G无线网络技术也在加速创新，以3G网络通信技术为特征的视频传输技术的应用越来越多。虽然，3G无线监控接入设备在功能和性能方面取得了较大的提升。但是，基于无线广域网接入带宽的局限性(3G的带宽仍是有限的)、带宽的动态变化特性、视频信息所占的带宽大、不同的流媒体文件对网络带宽的要求各不相同等原因，在视频传输过程中，可能会由于网络带宽的不稳定性或者视频带宽过大而出现终端系统接收不到视频信息或者接收到的视频信息不清晰、不流畅等问题。
[0003]在带宽受限的网络环境中进行视频传输，就必须对视频信息进行压缩，而视频压缩的效果和视频内容有很大的关系，对于变化多样的画面，视频编码器输出码流的比特率变化较大，不断变化的码流不适合在恒定的码率信道中传输。
[0004]在信道环境不佳的情况下，易导致解码显示质量的不稳定。因此，需要引入码率控制技术，即采用一定的策略调整并控制视频编码器的输出比特率，使其在一定的范围之内波动，从而提供流畅的视频传输服务。码率控制需要保证输出码流平稳的同时，选择画面质量和带宽利用的最佳平衡点。通常情况下，它的主要目的是在保证编码器输出的比特率在不超过目标比特率的前提下，最小化图像失真率。
[0005]一些名词的解释:
[0006]1、图像的残差变换绝对值和(Sum of Absolute TransformedDifferences, SATD):将残差经阿达马(Hadamard)变换后累加起来的值,能够体现一定的码流变化。
[0007]2、量化参数(Quantization Parameter, QP):QP反映了空间细节的压缩情况，如果QP较小，大部分图像细节都会被保留；当QP增大时，一些图像细节会流失，码率也会随着降低，但同时图像质量会下降。总之，随着量化参数的增加，量化步长的大小也随之增加，但输出的码率却减小。
[0008]3、实际输出码率:指的是在具体实施过程中实际输出的码流大小值。
[0009]4、目标码率:指的是需要的输出码流大小值，在具体实施过程中指的就是网络中实时的网络带宽值。
[0010]5、平均量化参数:平均量化参数是一个统计量，它根据已编码帧动态变化，它的大小即为所有已编码帧的QP之和与已编码帧数的比值。
[0011]现有技术的X264中ABR码率控制原始算法的流程如图2所示，具体包含如下几个步骤:
[0012]1、首先计算图像当前帧的SATD[i];
[0013]2、然后利用当前帧的SATD [i]值，计算图像当前的模糊复杂度(blurred_complexity)
[0014]
【权利要求】
1.一种3G网络中视频监控器码率控制的优化方法，该方法基于X264中的ABR码率控制算法，所述的方法包含: 步骤101)将3G网络中返回的带宽值作为X264码率控制算法中的目标码率； 步骤102)依据X264中的ABR码率控制算法获得量化参数； 步骤103)采用如下补偿算法优化上步骤的量化参数，获得最终的量化参数: 在每帧获得量化参数后，根据已编码帧，获得到当前帧为止的实际输出码率，并根据获得的实际输出码率计算到当前帧为止实际输出码率和目标码率的差值； 对获得的差值进行判断，若差值小于第一设定值，且获得的量化参数大于已编码帧的平均量化参数，则减小量化参数值； 若差值大于第二设定值值，且获得的量化参数值小于已编码帧的平均量化参数，则增大量化参数值； 其中，量化参数具体的调整值根据目标码率的高低或画面复杂度的情况进行修正；所述第一设定值为某一负数，第二设定值为某一正数且两个值是按照与目标码率的偏差百分比进行选取的；当所述差值和平均量化参数不满足上述两个条件中的任何一个时，保持步骤102)得到的量化参数不变； 步骤104)将经过上步骤处理后的量化参数对当前帧进行编码输出，完成3G网络中视频监控器的编码操作。
2.根据权利要求1所述的3G网络中视频监控器码率控制的优化方法，其特征在于，所述步骤102)进一步包含: 步骤102-1)计算图像当前帧的残差变换绝对值和SATD ； 步骤102-2)利用当前帧的SATD值，计算图像当前的模糊复杂度: 步骤102-3)根据图像的模糊复杂度计算量化等级参数qscale ； 步骤102-4)根据量化等级参数qcale计算该帧的量化参数QP。
3.根据权利要求1或2所述的3G网络中视频监控器码率控制的优化方法，其特征在于，所述步骤103)进一步包含: 步骤103-1)根据量化参数计算到当前帧为止的实际输出码率； 步骤103-2)计算实际输出码率与目标码率的差值，并计算已编码帧的平均量化参数；步骤103-3)当所述差值大于目标码率的第一设定值且所述平均量化参数大于量化参数时，对量化参数值向大的方向进行微调； 当所述差值小于目标码率的第二设定值且平均量化参数小于量化参数时，对量化参数向小的方向微调； 当所述差值和平均量化参数不满足上述两个条件中的任何一个时保持所述量化参数不变； 其中，所述第一设定值与第二设定值的绝对值相等。
4.根据权利要求1所述的3G网络中视频监控器码率控制的优化方法，其特征在于，所述步骤104)之前还包含对缓存区增长方式进行调整的步骤，该步骤具体为: 用于获取差值因子的步骤，所述的差值因子为已编码帧的目标比特数的累积和和已编码帧所产生的实际比特数的累积和的差值； 当差值因子的值大于O时，增大缓存区的缓存空间；反之，则缓存区空间不增长。
5.根据权利要求4所述的3G网络中视频监控器码率控制的优化方法，其特征在于，所述缓存区每次以所述差值因子的估计值进行增长，且所述的差值因子估计值根据目标码率的大小选择合适的增长速率，具体为:当目标码率较低时，采用较快的增长方式，即2、3…η倍差值因子进行递增增长；当目标码率较高时，采用较慢的增长方式，即$、#...士倍差值因子进行递增增长。
6.一种3G网络中视频监控器码率控制的优化系统，该系统基于Χ264中的ABR码率控制算法，所述系统包含: 目标码率获得模块，用于将3G网络中返回的带宽值作为Χ264码率控制算法中的目标码率； 量化参数获取模块，用于依据ABR码率控制算法获得量化参数； 量化参数修正模块，用于采用如下补偿算法优化上步骤的量化参数，获得最终的量化参数: 在每帧获得QP后，根据已编码帧，获得到当前帧为止的实际输出码率，并根据获得的实际输出码率计算出到当前帧为止实际输出码率和目标码率的差值； 对获得的差值进行判断，若差值小于-R值，且获得的量化参数大于已编码帧的平均量化参数，则减少量化参数值； 若差值大于R值，且获得的量化参数值小于已编码帧的平均量化参数，则增大QP值；其中，量化参数QP的调整值根据目标码率的高低或画面复杂度的情况进行修正；所述R值是按照与目标码率的偏差百分比进行选取的；当所述差值和平均量化参数不满足上述两个条件中的任何一个时，保持量化参数获取模块输出的量化参数不变；和 编码模块，用于将量化修正模块输出的量化参数对当前帧进行编码输出，完成3G网络中视频监控器的编码操作。`
7.根据权利要求6所述的3G网络中视频监控器码率控制的优化系统，其特征在于，所述量化参数获取模块进步一包含: 第一处理子模块，用于计算图像当前帧的残差变换绝对值和SATD ； 模糊复杂度获取子模块，用于利用当前帧的SATD值，计算图像当前的模糊复杂度:和 量化等级参数获取子模块，用于根据图像的模糊复杂度计算量化等级参数qscale ;和 第二处理子模块，用于根据量化等级参数qcale计算该帧的量化参数QP。
8.根据权利要求6或7所述的3G网络中视频监控器码率控制的优化系统，其特征在于，所述量化参数修正模块进一步包含: 第三处理子模块，用于根据第二处理子模块输出的量化参数计算到当前帧为止的实际输出码率； 第四处理子模块，用于计算实际输出码率与目标码率的差值，并计算已编码帧的平均量化参数； 量化参数调整模块，用于依据如下策略对第二处理子模块输出的量化参数进行调整:当所述差值大于目标码率的第一设定值且所述平均量化参数大于量化参数时，对量化参数值得向大的方向进行微调； 当所述差值小于目标码率的第二设定值且平均量化参数小于量化参数时，对量化参数向小的方向微调；当所述差值和平均量化参数不满足上述两个条件中的任意一个时保持所述量化参数不变； 其中，所述第一设定值与第二设定值的绝对值相等。
9.根据权利要求6所述的3G网络中视频监控器码率控制的优化系统，其特征在于，所述系统还包含: 差值因子获取模块，用于获取差值因子，所述的差值因子为已编码帧目标比特数累积和和已编码帧所产生的实际比特数的累积和的差值；和 缓存空间增加驱动模块，用于判断当差值因子的值大于O时，增大缓存区的缓存空间；反之，则缓存区空间不增长。
10.根据权利要求9所述的3G网络中视频监控器码率控制的优化系统，其特征在于，所述缓存区每次以差值因子的估计值进行增长，且所述的差值因子估计值根据目标码率的大小选择合适的增长速率，具体为:当目标码率较低时，采用较快的增长方式，即2、3…η倍差值因子进行递增增长；当目标码率较高时，采用较慢的增长方式，即√2,√3...√n士倍差值因子进行递增增长。
【文档编号】H04N19/124GK103841418SQ201210477795
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月22日 优先权日:2012年11月22日
【发明者】田一姝, 沈强, 张宇, 赵志军 申请人:中国科学院声学研究所, 无锡中科智能信息处理研发中心有限公司