专利名称：一种视频压缩码率控制方法
技术领域：
本发明涉及视频图象处理领域，更具体地说，涉及一种视频压缩码率控制 方法。
背景技术：
在视频压缩过程中，压缩过的帧的数据量会有变化，这样单位时间的数据 量(码率)就会有波动。而在实际应用中，尤其在视频流传输时，需要恒定的 码率。码率控制的原理就是利用 一种数学;f莫型来通过当前已知的用户指定码率 和已压缩比特数来重新计算下一帧的量化因子，从而改变编码后的比特数，达 到控制码率的目的。
传统的码率控制算法(如CBR算法)包括以下步骤(l)根据目标比特 率，对每帧图象几乎平均地分配目标比特数；(2)根据分配的目标比特数，对 每帧计算出编码的量化参数Qp，从而保证编码器输出恒定比特率。由于现有 技术的算法给视频序列中每帧图象都分配几乎相同的比特数，而实际上，各帧
图象的复杂度是不断变化的，这样压缩后的图象质量波动4艮大，4吏得图象质量 不高，特别是在低带宽/无线信道下的视频压缩，由于信道本身存在不稳定、 易错的特征，对编码器的码率控制精度提出更高的要求。
因此，需要一种新的视频压缩码率控制算法，提高码率控制精度，从而改 善图象质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种视频压缩码率控制算法，旨在解决现有技术的 视频压缩过程中码率控制精度不高，图象质量波动大的问题。
为了实现发明目的，所述视频压缩码率控制算法包括以下步骤A. 分析图象特征，计算图象特征复杂因子；
B. 结合图象特征复杂因子，计算图象需分配的目标比特数；
C. 结合图象需分配的目标比特数，使用率失真模型求取编码的量化参数QP。
优选地，所述步骤A进一步包括
Al.根据图象编码产生的实际比特数和输出平均比特数，计算当前图象的 运动复杂因子；
A2.根据图象的平均紋理复杂度，计算当前图象的紋理复杂因子； A3.结合图象当前的运动复杂因子和紋理复杂因子，计算当前图象的特征 复杂因子。
优选地，所述步骤A1中图象的运动复杂因子的计算公式为
其中，Q是当前图象的运动复杂因子，^是第j帧图象编码产生的实际比 特数，巧是到第j帧图象为止计算出的编码输出平均比特数。
优选地，所述巧的计算公式为 巧十(l-a)x^
其中，巧是到第j帧图象为止计算出的编码输出平均比特数，巧-'是到第
j-l帧图像为止的编码输出平均比特数，^是第j帧图像编码输出的实际比特
数，a是加权系数。
优选地，所述步骤A2中图象的紋理复杂因子的计算公式为 "_log /M
其中，q是图象的紋理复杂因子，M^^是前一副图象的绝对差值平均，M 是图象中宏块的个数，6。是到第j帧图象为止的平均紋理复杂因子。
优选地，所述C。的计算公式为
~ 1og，(M4化) ~ C~ =，， x ^ + (1 -，闩其中，6y是到第j帧图象为止的平均紋理复杂因子，w^^是前一副图象
的绝对差值平均，Cw是到第j-l帧图象为止的平均紋理复杂因子， 〃是加劝 系数。
优选地，所述步骤A3中图象的特征复杂因子的计算公式为 。=Cm + 77 x C,
其中，。是图象的特征复杂因子，^是图象的运动复杂因子，c'是图象 的紋理复杂因子，；;是调整系数。
优选地，所述步骤B中图象需分配的目标比特数的计算公式为
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，5("，力是第n秒的第j帧图象需分配的目标比特数，G"，力是相应图象 即第n秒的第j帧图象的特征复杂因子，A,',是图象编码的目标比特率，,是 图象编码的目标帧率，627w是第i秒第m个图象输出的实际比特数，"是调整 系数。
优选地，所述步骤C进一步包括，结合图象需分配的目标比特数，使用 二次非线性率失真模型求取编码的量化参数Qp。 优选地，所述二次非线性率失真模型为
其中，石是当前帧分配的目标比特数，&4￡>是当前帧的绝对差之和，Qp是 宏块的量化参数，cl和d是调整参数。
本发明通过将码率分配与图象的特征复杂度紧密结合起来，使编码器能精
确地分配码率，提高了码率控制精度；同时，本发明使用二次非线性率失真模 型求取编码的量化参数Qp,相对于简单线性率失真模型，其控制码率的精度 更好。因此采用本发明的视频压缩码率控制算法，能提高码率控制精度，从而 改善图象质量。
图l是本发明视频压缩码率控制方法的流程图2是本发明一个实施例的视频压缩码率控制方法的流程图。
具体实施例方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更力。清楚明白，以下结合附图及实
施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅
仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明通过将码率分配与图象的特征复杂度结合起来分配码率，然后通过
二次非线性率失真模型去取编码的量化参数，这样，提高了码率控制精度，从
而改善了图象质量。
图1示出了本发明视频压缩码率控制方法的流程图，过程如下 在步骤S101中，分析图象特征，计算图象特征复杂因子。 在步骤S102中，结合图象特征复杂因子，计算图象需分配的目标比特数。 在步骤S103中，结合图象需分配的目标比特数，使用率失真模型求取编
码的量化参数QP。
图2示出了本发明一个实施例的视频压缩码率控制方法的流程图，该方法 基于图1所示的方法流程，具体过程如下
在步骤S201中，根据图象编码产生的实际比特数和输出平均比特数，计 算当前图象的运动复杂因子。
图象的运动复杂度指的是在图象序列中，连续两帧图象中目标物体运动造 成的差异，图象序列中连续两帧图象之间的相关性非常大。本发明的一个实施 例通过前一帧图象来分析图象的运动复杂度，采用图象的运动复杂因子表述运 动复杂度。在一个实施例中，当前图象的运动复杂因子的计算公式为<formula>formula see original document page 8</formula>其中，Q是当前图象的运动复杂因子，A是第j帧图象编码产生的实际比 特数，巧是到第j帧图象为止计算出的编码输出平均比特数。在一实施例子中，到第j帧图象为止计算出的编码输出平均比特数巧的计
算公式为
其中，巧是到第j帧图象为止计算出的编码输出平均比特数，A-'是到第
j-l帧图像为止的编码输出平均比特数，5;是第j帧图像编码输出的实际比特
数，"是加权系数。对"的取值可根据具体情况调整，在一实施例中，可取值
a =0.725。
在步骤S202中，根据图象的平均紋理复杂度，计算当前图象的紋理复杂
因子。由于在图象序列中，连续两帧图象场景相关性比较大，本发明的一个实
施例使用前一帧图象来分析图象的紋理复杂度，采用图象的紋理复杂因子表述
紋理复杂度。在一个实施例中，当前图象的紋理复杂因子的计算公式为 _ log .)/M
其中，C'是图象的紋理复杂因子，M^^是前一副图象的绝对差值平均，M
是图象中宏块的个数，°^是到第j帧图象为止的平均紋理复杂因子。
在一实施例中，到第j帧图象为止的平均紋理复杂因子e。的计算公式为
~ log2(M4D;) ~ C。 = ，， x / + (1 -，闩
其中，g.是到第j帧图象为止的平均紋理复杂因子，MA^是前一副图象 的绝对差值平均，&"是到第j-l帧图象为止的平均紋理复杂因子，"是加劝 系数。对"的取值可根据具体情况调整，在一实施例中，可取值"=0.825。
在步骤S203中，结合图象当前的运动复杂因子和紋理复杂因子，计算当 前图象的特征复杂因子。本发明的一个实施例采用图象的特征复杂因子来描述 图象特征，并结合图象的运动复杂因子和紋理复杂因子来计算图象的特征复杂 因子，其计算公式为
其中，C,是图象的特征复杂因子，^是图象的运动复杂因子，q是图象 的紋理复杂因子，；7是调整系数。对7的取值可根据具体情况调整，在一实施例中，可取值;/=0.5。
在步骤S204中，将图象特征引入图象比特率分配过程，结合图象特征复 杂因子，计算图象需分配的目标比特数。在一个实施例中，图象需分配的目标 比特数的计算公式为
其中，5("，力是第n秒的第j帧图象需分配的目标比特数，G"，力是相应图象 即第n秒的第j帧图象的特征复杂因子，^"是图象编码的目标比特率，y;是 图象编码的目标帧率，6jv^是第i秒第m个图象输出的实际比特数，"是调整 系数。对a的取值可根据具体情况调整，在一实施例中，可取值"=0.25。应当 说明的是，上述计算公式只是本发明的其中一个示例，对于该公式的其他变换 式，也应包含在本发明的保护范围内。
在步骤S205中，结合图象需分配的目标比特数，使用率失真 (Rate-Distortion,简称"RD")模型求取编码的量化参数Qp。本发明的一个示 例方案中，在已经知道目标比特数的情况下，结合图象需分配的目标比特数， 使用二次非线性RD模型求取编码的量化参数Qp。
在一实施例中，所使用的二次非线性RD模型为
其中，B是当前帧分配的目标比特数，&4￡> ( Sum of Absolute Difference, 绝对差之和)是当前帧的绝对差之和，0P是宏块的量化参数，cl和d是调整 参数。其中，cl和"是根据前一帧的图象，使用RD模型估算出来的，需要不 断的更新。
量化参数Qp是编码器控制图象压缩程度的重要参数，其用于控制编码中 的量化器，Qp越小，量化越精细，图象质量就越高，而产生的码流也越长。 通过二次非线性RD模型来动态的改变量化参数Qp，可以平衡输入图象复杂 度和输出码率，使得编码输出的码率恒定。
应当说明的是，本发明是一种通用算法，其可以适用于不同的编码器，例如任意一款H.120、 H.261、 H.263、 H.264、 MPEG-l 、 MPEG-4或其它任何混 合框架的编码器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明 的i呆护范围之内。
权利要求
1、一种视频压缩码率控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤A.分析图象特征，计算图象特征复杂因子；B.结合图象特征复杂因子，计算图象需分配的目标比特数；C.结合图象需分配的目标比特数，使用率失真模型求取编码的量化参数QP。
2、 根据权利要求1所述的视频压缩码率控制方法，其特征在于，所述步 骤A进一步包括Al.根据图象编码产生的实际比特数和输出平均比特数，计算当前图象的 运动复杂因子；A2.根据图象的平均紋理复杂度，计算当前图象的纹理复杂因子； A3.结合图象当前的运动复杂因子和紋理复杂因子，计算当前图象的特征 复杂因子。
3、 根据权利要求2所述的视频压缩码率控制方法，其特征在于，所述步 骤A1中图象的运动复杂因子的计算公式为5,其中，0 是当前图象的运动复杂因子，A是第j帧图象编码产生的实际比 特数，巧是到第j帧图象为止计算出的编码输出平均比特数。
4、 根据权利要求3所述的视频压缩码率控制方法，其特征在于，所述巧的 计算公式为g. = + (1 — or) x其中，巧是到第j帧图象为止计算出的编码输出平均比特数，A"是到第 j-l帧图像为止的编码输出平均比特数，5,是第j帧图像编码输出的实际比特 数，a是加权系数。
5、 根据权利要求2所述的视频压缩码率控制方法，其特征在于，所述步骤A2中图象的紋理复杂因子的计算公式为 "_log2(M，.)/M<formula>formula see original document page 3</formula>其中，C'是图象的紋理复杂因子，M^^是前一副图象的绝对差值平均，M 是图象中宏块的个数，c。是到第j帧图象为止的平均紋理复杂因子。
6、 根据权利要求5所述的视频压缩码率控制方法，其特征在于，所述^。的计算公式为<formula>formula see original document page 3</formula>其中，6,是到第j帧图象为止的平均紋理复杂因子，M^^是前一副图象的绝对差值平均，6"是到第j-l帧图象为止的平均紋理复杂因子， 〃是加劝系数。
7、 根据权利要求2所述的视频压缩码率控制方法，其特征在于，所述步 骤A3中图象的特征复杂因子的计算公式为其中，C,是图象的特征复杂因子，Q是图象的运动复杂因子，c'是图象的紋理复杂因子，；7是调整系数。
8、 根据权利要求1所述的视频压缩码率控制方法，其特征在于，所述步 骤B中图象需分配的目标比特数的计算公式为<formula>formula see original document page 3</formula>其中，5( ，力是第n秒的第j帧图象需分配的目标比特数，q",力是相应图象 即第n秒的第j帧图象的特征复杂因子，^a是图象编码的目标比特率，乂是 图象编码的目标帧率，&6),是第i秒第m个图象输出的实际比特数，a是调整 系数。
9、 根据权利要求1所述的视频压缩码率控制方法，其特征在于，所述步骤c进一步包括，结合图象需分配的目标比特数，使用二次非线性率失真模 型求取编码的量化参数Qp。
10、根据权利要求9所述的视频压缩码率控制方法，其特征在于，所述二 次非线性率失真模型为2p 2p2其中，B是当前帧分配的目标比特数，&4￡ 是当前帧的绝对差之和，2p是宏块的量化参数，cl和d是调整参数。
全文摘要
本发明涉及视频图象处理领域，提供了一种视频压缩码率控制方法。所述方法包括以下步骤A.分析图象特征，计算图象特征复杂因子；B.结合图象特征复杂因子，计算图象需分配的目标比特数；C.结合图象需分配的目标比特数，使用率失真模型求取编码的量化参数。本发明通过将码率分配与图象的特征复杂度紧密结合起来，并通过二次非线性率失真模型求取编码的量化参数Qp，能提高码率控制精度，从而改善图象质量。
文档编号H04N7/26GK101552917SQ200810066409
公开日2009年10月7日 申请日期2008年3月31日 优先权日2008年3月31日
发明者徐苏珊 申请人:深圳市融合视讯科技有限公司