视频编码的码率控制方法及其系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及码率控制，特别涉及视频编码的码率控制方法及其系统。
【背景技术】
[0002] 本发明涉及码率控制，特别涉及视频编码的码率控制方法及其系统。目前安防监 控对网络摄像机的需求日渐增强，网络摄像机是传统摄像机与网络技术相结合的新一代产 品，主要涉及的技术包含图像处理技术、视频编码技术和网络技术。与传统的模拟摄像机相 比网络摄像机主要的弊病之一是系统延迟较大。
[0003] 码率控制是视频编码的核心技术之一，也是延迟控制的主要手段之一，现有的码 率控制方法，例如，MPEG-2标准的测试模型5 ( "Test Model5"，简称"TM5"），H. 263标准的 测试模型 8 ( "Test Model Near8"，简称"TMN8")，MPEG-4 标准的验证模型 8 ( "Verification Model Version8"，简称"VM8"），Η. 264标准的码率控制模型（JVT-G012)，都能对编码器的 输出码率较好地进行控制。但是，现有的码率控制方法的不足之处在于：
[0004] 1、I帧量化参数简单的采用事先定好的值，未考虑场景的相关性，码率可控性差， 在带宽受限制的环境下输出延迟不可控。
[0005] 2、码率控制体系对于信道带宽变化的适应性差，在信道带宽受限且易变的应用场 景下，编码的输出延迟无法保障。
[0006] 3、码流输出缓冲和码率控制的关联度弱，码率控制方法未充分利用码流缓冲的和 信道带宽的信息控制输出延迟，对环境的变化反映迟钝。
[0007] 4、未考将帧率变换纳入码率控制体系，简单的采用溢出丢帧策略，因此帧率变换 的效果较差。
[0008] 总之，现有的码率控制方法基于理想信道模型建立，在信道受限且易变的场景下 对输出延迟的控制较差，难以满足低延迟应用场景的需求。
[0009] 现有的码率控制装置，如图1所示，包括虚拟缓冲管理单元103、目标码率运算单 元102、量化参数运算单元104和图像编码单元101。现有的码率控制方法基于理想的信道 模型建立，在信道带宽充足的情况下效果尚可，在带宽受限且易变的环境下效果较差，尤其 是输出延迟得不到保障，不能满足低延迟的应用场景的需求。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种视频编码的码率控制方法及其系统，根据码流输出信 息预测信道带宽以相应地调整编码码率，使得在信道带宽受限且易变的场景下也能较好地 对输出延迟进行控制，能够满足低延迟应用场景的需求。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种视频编码的码率控制方法， 包括以下步骤：
[0012] 根据码流输出缓冲区以往的码流输出信息预测当前信道带宽；
[0013] 依据当前信道带宽预测值为待编码图像分配目标码率；
[0014] 根据分配的目标码率，以往已编码帧的码流大小和编码图像复杂度计算得到相应 的量化参数，编码图像复杂度包括MD值，MD值为输入图像和预测图像的平均绝对差值；
[0015] 根据量化参数对待编码图像进行编码处理，向码流输出缓冲区输出编码的码流， 并输出当前已编码帧的码流大小和编码图像复杂度；
[0016] 码流输出缓冲区接收编码的码流后，根据当前信道带宽预测值以及码流输出缓冲 区的码流驻留信息计算输出延时，并根据输出延时对码流进行丢弃处理和输出处理，为下 一次预测信道带宽提供码流输出信息。
[0017] 本发明的实施方式还公开了一种视频编码的码率控制系统，包括：
[0018] 信道带宽预测模块，用于根据码流输出缓冲区以往的码流输出信息预测当前信道 带宽；
[0019] 目标码率分配模块，用于依据当前信道带宽预测值为待编码图像分配目标码率；
[0020] 量化参数计算模块，用于根据分配的目标码率，以往已编码帧的码流大小和编码 图像复杂度计算得到相应的量化参数，编码图像复杂度包括MAD值，所述MD值为输入图像 和预测图像的平均绝对差值；
[0021] 图像编码模块，用于根据量化参数对待编码图像进行编码处理，向码流输出缓冲 区输出编码的码流，并输出当前已编码帧的码流大小和编码图像复杂度值；
[0022] 输出延时控制模块，用于在码流输出缓冲区接收编码的码流后，根据当前信道带 宽预测值以及码流输出缓冲区的码流驻留信息计算输出延时，并根据输出延时对码流进行 丢弃处理和输出处理，为下一次预测信道带宽提供码流输出信息。
[0023] 本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：
[0024] 根据码流输出信息预测信道带宽以相应地调整编码码率，使得在信道带宽受限且 易变的场景下也能较好地对输出延迟进行控制，能够满足低延迟应用场景的需求。
[0025] 根据码流输出信息预测信道带宽以相应地调整编码码率，使得在信道带宽受限且 易变的场景下也能较好地对输出延迟进行控制，能够满足低延迟应用场景的需求。
[0026] 进一步地，码流输出缓冲延迟控制方法综合分析信道带宽、码流输出缓冲状态和 目标码流，提供一种延迟控制决策，有效地降低输出延迟过大的风险。
[0027] 进一步地，根据信道带宽的预测值动态地调整虚拟缓冲区容量，用调整后的虚拟 缓冲区满度来指导目标码率的分配，保证了码率的波动相对于信道带宽波动的比例维持不 变，有利于控制输出延迟。
[0028] 进一步地，根据信道带宽的状况和编码图像失真量，自适应的调节编码帧率，能够 优化编码图像的质量。
[0029] 进一步地，根据已编码的I帧和P帧的码流大小和量化参数计算I帧和P帧的复 杂度，能够保证I帧码率分配可控制。
【附图说明】
[0030] 图1是现有技术中的码率控制装置示意图；
[0031] 图2是本发明第一实施方式中一种视频编码的码率控制方法的流程示意图；
[0032] 图3是本发明第二实施方式中一种视频编码的码率控制方法中输出延迟控制方 法的流程示意图；
[0033] 图4是本发明第六实施方式中一种视频编码的码率控制系统的结构示意图；
[0034] 图5是本发明第十实施方式中一种视频编码的码率控制系统的结构示意图。
【具体实施方式】
[0035] 在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本 领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于
[0036] 在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本 领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化 和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。
[0037] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施 方式作进一步地详细描述。
[0038] 本发明第一实施方式涉及一种视频编码的码率控制方法，图2是该视频编码的码 率控制方法的流程示意图。
[0039] 具体地说，该视频编码的码率控制方法包括以下步骤：
[0040] 在步骤201中，根据码流输出缓冲区以往的码流输出信息预测当前信道带宽。
[0041] 其中，码流输出缓冲区的码流输出信息包括输出的码流的比特数和物理码流缓冲 区非空的时间。
[0042] 此后进入步骤202,依据当前信道带宽预测值为待编码图像分配目标码率。
[0043] 此后进入步骤203,根据分配的目标码率，以往已编码帧的码流大小和编码图像复 杂度计算得到相应的量化参数，编码图像复杂度包括MAD值。
[0044] 此外，可以理解，MAD值为输入图像和预测图像的平均绝对差值。
[0045] 在本发明的其他实施方式中，也可以采用其他反映编码图像复杂度的统计值来计 算量化参数，例如SSD (差值的平方和），SATD (哈达玛变换绝对和）等，能反映输入图像和 预测图像差异大小的统计方法均可，而不局限于MD值。其中，编码图像复杂度表示编码输 入图像和预测图像差异大小（即编码前图像和预测图像的差异）。
[0046] 此后进入步骤204,根据量化参数对待编码图像进行编码处理，向码流输出缓冲区 输出编码的码流，并输出当前已编码帧的码流大小和编码图像复杂度。
[0047] 此后进入步骤205,码流输出缓冲区接收编码的码流后，根据当前信道带宽预测值 以及码流输出缓冲区的码流驻留信息计算输出延时，并根据输出延时对码流进行丢弃处理 和输出处理，为下一次预测信道带宽提供码流输出信息。
[0048] 其中，码流输出缓冲区的码流驻留信息包括编码帧码流大小和编码帧帧率。
[0049] 根据码流输出信息预测信道带宽以相应地调整编码码率，使得在信道带宽受限且 易变的场景下也能较好地对输出延迟进行控制，能够满足低延迟应用场景的需求。
[0050] 本发明第二实施方式涉及一种视频编码的码率控制方法，第二实施方式在第一实 施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于：码流输出缓冲延迟控制方法综合分析信 道带宽、码流输出缓冲状态和目标码流，提供一种延迟控制决策，有效地降低输出延迟过大 的风险。
[0051] 具体地说，首先，在根据码流输出缓冲区以往的码流输出信息预测当前信道带宽 的步骤201中，采用线性预测方法预测当前信道带宽，该方法包括以下子步骤：
[0052] 计算第η帧的时间段内的信道输出带宽C[n]，C[n]由下式确定：
[0054] 其中output_bits[n]为第η帧实际输出码流的比特数，valid_time[n]为第η中贞 物理码流缓冲区非空的时间；
[0055] 利用前向m+1帧的信道带宽预测第η+1帧的信道速率Cp[n+1]:
[0056] Cp [n+1] = Si1 · (m+l)+a2 ；
[0057] 其中，m为偶数，ai和a2为预测模型的模型参数，分别由下式确定：
[0060] 在本发明的其他实施方式中，也可以使用滑动窗口平均、IIR迭代计算等常用的信 道带宽预测方法，并不局限于线性预测法预测信道带宽。
[0061] 其次，优选地，在码流输出缓冲区接收编码的码流后，根据当前信道带宽预测值以 及码流输出缓冲区的码流驻留信息计算输出延时，并根据输出延时对码流进行丢弃处理和 输出处理，为下一次预测信道带宽