专利名称：：场景切换码率控制方法
技术领域：
：本发明涉及编码技术，特别涉及场景切换码率控制方法。
背景技术：
：为了节约传输带宽和存储空间，支持数字电视广播、远程监控、数字视频点播、无线多媒体通信等应用，视频编码己经成为国内外研究和工业应用的热点之一。至今国际上已制定了一系列的视频编码标准，如MPEG-1/2/4，H.261/H.263，H.264/AVC，以及国内目前正在制定完善中的AVS视频编码标准。其中，H.264/AVC和AVS与以前的标准相比，虽然编码框架类似，但其压縮效率比以往的任何标准都提高了至少一倍以上，适合在更多的场景应用。图l为视频编码的编码框架。目前的视频编码标准采用的主要编解码技术包括整数变换、码率控制，量化、帧内预测、帧间预测、变长编码和去块效应滤波。其中，码率控制的目的是为了保证在产生指定码率码流的条件下，能够达到最优的图像质量，并保证编解码缓冲区不会发生溢出。码率控制模块的主要输出为量化参数(QP)，编码过程中，根据此QP值，査找(或者计算)得到量化步长(QPSt印)，用于图像量化。码率控制的主要步骤包括首先，确定初始QP，这个可以是用户输入，也可以是码率控制算法计算得到。但是，对于大多数应用，需要码率控制算法自动计算。第二步为位分配，即根据目标码率以及缓冲区状态，为每一帧图像分配一定的比特数；最后，计算并调整量化参数，使得编码该帧图像所用的比特数接近分配给该帧的比特数，从而达到目标码率。图2为码率控制模块的框图。码率控制是视频编码中必不可少的技术，任何标准离开码率控制，其应用都会受到限制，比如在恒定带宽约束条件下的传输系统中，如果没有合适的码率控制方法，信道将无法稳定的传输压縮视频流。为此，每种视频编码标准都推荐了一种适合其自身的码率控制方案。现在的码率控制算法中，使用RQ预测模型和线性MAD预测模型，计算量化步长。需要根据相邻帧的相似性，估计得到图像的复杂度PMAD，进而根据分配的比特数计算得到用于编码的量化步长。现有的码率控制方法是基于相邻图像帧内容相似的假定，没有考虑场景切换情况。当场景切换时，由于相邻帧不再存在相似性，因此用于码率控制的RQ预测模型和MAD预测模型失效，其计算得到的量化参数将不适合于场景切换帧。另外，由于相邻帧不再存在相似性，编码P帧和B帧时，运动估计将失效，导致许多宏块采用帧内模式编码，码流长度和图像质量波动较大。图3给出了AVS参考软件码率控制方法下512Kbps混合CIF码流的编码结果，可以看到，在发生场景切换时，由于不合适的量化参数，导致图像质量大幅下降。图4给出了AVS参考软件码率控制方法下512Kbps混合CIF码流的编码长度，可以看到在场景切换处，编码长度波动非常大。目前，场景切换码率控制方法可以分为2类。第1类为2遍编码方式，在第一遍编码过程中发现场景切换帧，并记录编码信息，用于第二遍编码。这类方法计算量大，而且不适合实时应用。第2类方法为1遍编码方式。首先检测是否发生场景切换，如果判断出现场景切换则进行不同的码率控制。一种方法把场景切换帧类型设定为I帧，也就是重新开始一个GOP编码，这种方法改变了GOP的结构，一定程度上增加了编码器的复杂度。其他方法，不改变G0P结构，但是为场景切换帧重新分配码率，然后根据分配的码率来计算得到QP。在场景检测的方法上，2个相邻帧像素差值，图像像素平均值，以及运动估计残差是常用的场景检测参数。
发明内容本发明的目的是提供一种场景切换时的码率控制方法。为实现上述目的，一种场景切换码率控制方法，包括步骤-a)判断当前编码图像是否发生场景切换；b)如果发生场景切换，则计算适合该场景切换帧的量化参数，并使用所述量化参数进行编码。本发明的方法能够方便的集成在现有的各种视频编码标准中。与已有的各种方法不同，本发明不改变编码的GOP结构，也不重新分配码率，而是直接计算用于场景切换帧的量化参数。图l是编码器功能框图2是码率控制框图3是场景切换前后图像质量；图4是编码长度；图5是发明流程图6是场景检测流程；图7是场景切换帧量化参数计算；图8是RD性能;图io是码流长度比较。具体实施例方式本发明流程图，如图5所示首先，执行501步骤，计算图像特征，并判断是否发生场景切换。501步骤的具体执行过程如图6所示601步骤中，计算当前编码图像水平方向的梯度变化值-CA=J-^-^和，M4G/^为上一编码帧的水平方向梯度绝对值和，M4G4和M4C^计算方法相同，为M4G/2=|;|;|/y-/,v+1|，/,为像素值，W和H为图像的宽和高。602步骤中，计算当前编码图像垂直方向的梯度变化值-，其中M4G/^为当前编码帧的水平方向梯度绝对值J腸广腿,l，其中旭G^为当前编码帧的垂直方向梯度绝对值和，M4Gv。为上一编码帧的垂直方向梯度绝对值和，计算方法为旭G"ESlK+J，^为像素值，W和H为图像的宽和高。603步骤中，计算梯度变化c=并判断其与设定的阈值(^,和&2的关系，如果C〉CV，，则当前帧发生了场景切换；如果C〈C^，则当前帧没有发生场景切换；如果梯度变化在2个设定阈值之间，则执行步骤604，做进一步判断。这里，Cn和C^均大于0，G,典型取值范围在0到10之间，也可取此范围以外的数值。Q取值范围在0到1之间，C^取值需小于C^。步骤604中，计算当前编码图像位平面均值变化，其中Mf为当前编码帧的位平面均值，M。为上一编码帧的位平面均值，计算方法为加D一//m=I;u为像素点的第k个位平面值，w和H为图像的宽和高。这里，根据不同的应用，选择不同的位平面，例如可以选择第7，第6，第5个位平面；也可以选择第5，第4，第2个位平面。步骤605中，判断位平面均值变化和设定的阈值&3的关系，如果CA>Cf3，则当前帧发生了场景切换；否则，则认为当前帧没有发生场景切换。这里，C^为大于0的任意数。如果在501步骤中，判断发生了场景切换，则执行步骤502，为场景切换帧计算量化参数。502步骤的具体执行过程如图7所示701步骤中，首先计算场景切换帧图像特征M4G^^^^，W，,为图像中像素数目。702步骤中，根据得到的图像特征，计算用于场景切换帧的量化步长="x腐"，这里，a，ay分别为参数l，参数2和参数3，此3水参数取值范围没有限制，可以取任意值；^/根据目标码率和帧率大/|、计算得到，表示了目标码率下每帧的比特数=&>她为编码目标比特率，/为帧率；^^印为计算得到量化步长。703步骤中，根据视频编码标准，将上面计算得到的量化步长映射为量化参数。不同的视频编码标准规定了量化步长和量化参数的关系e尸=0尸&印22尸(2尸S,印)，这里eP&卬2g尸是视频编码标准中完成量化步长到量化参数OP映射的函数。704步骤中，对计算得到的量化参数进行调整，如果当前GOP剩余bit数，小于按照目标码率编码剩余图像需要的bit数，则将量化参数加l;否则，量化参数不变。705步骤中，将计算得到的量化参数赋给当前GOP的量化参数，以及GOP中量化参数和，同时置GOP中已编码P帧计数器为O。下面以AVS标准为例，具体说明本发明的具体实施。其他具体实施方式，虽未包含在本实施例中，但仍在本发明的权利覆盖范围内。首先，计算当前编码图像水平方向的梯度变化值C,1^^^1;第二步，计算当前编码图像垂直方向的梯度变化值|M4Gvc-M4GvpCv-M4Gvc，第三步，计算梯度变化C-C^G，并判断其与设定的阈值(^和C^的关系，如果C〉C^，则当前帧发生了场景切换，执行第六步；如果C〈Cn，则当前帧没有发生场景切换，按照原有码率控制算法编码当前图像；如果梯度变化在2个设定阈值之间，则执行第四步，做进一步判断。在本实施例中，Q和(^分别取值0.8和0.2;第四步，计算当前编码图像位平面均值变化G-1^^1。本实施例中取第4，第5，第6个位平面。第五步，判断位平面均值变化和设定的阈值Cn的关系，如果c;〉Cn，则当前帧发生了场景切换，继续执行第六步；否则，则认为当前帧没有发生场景切换，按照原有码率控制算法编码当前图像。本实施例中，C^取值O.1;第六歩，首先计算场景切换帧图像特征脇&=+，然后计算用于场景切换帧的量化步长2尸^印=本实施例中，取参数l，参数2和参数3分别为"=55000，々=20000,"=訓;第七步，根据编码标准，将上面计算得到的量化步长映射为量化参数。在AVS中，量化步长和量化参数为指数关系^^/"f(11.5xln(2PSf^));在H.264中，量化步长和量化参数的关系为2P=M12+6xlog，(^^));最后，判断当前GOP剩余bit数，是否小于按照目标码率编码剩余图像需要的bit数。如果小于，则将第七步计算得到的量化参数加一；否则，保持量化参数不变。并将计算得到的量化参数赋给当前GOP的量化参数，以及GOP中量化参数和，同时置GOP中已编码P帧计数器为0。本发明的方法和AVS参考软件实现的码率控制方法进行了对比，利用9个CIF大小30Hz禾示y隹序歹廿Foreman，paris，bus,football,news,mobile,tempete，mother—daughter和deadline混合而成一个包含17次场景切换的360帧序列。在这9个序列中，football包含剧烈运动；mobile和bus中物体存在平移和旋转，背景也存在相对运动；paris和deadline为复杂背景，局部运动序列；mother—daughter为简单背景，简单运动序列；news存在背景运动；foreman存在镜头晃动；tempete存在不规则快速运动。这些序列为AVS工作组推荐的测试序列，我们随机的排列这9个序列，拼接出360帧混合序列。利用AVS参考软件和本专利方法，分别在384Kbps，512Kbps，10000Kbps和1500Kbps目标码率下进行压缩，获得如下结果<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>RD曲线如图8所示，可以看到本专利的方法平均提高PSNR在l个dB左右。在主观质量上，本发明很好的解决了场景切换时图像质量大幅下降的问题，同样以512Kbps混合压缩码流为例，图9左边为AVS参考软件的压缩效果，右边为本发明的压縮效果。在码流长度上，本发明避免了场景切换时的码流长度突变，图IO给出了512Kbps目标码率下AVS参考软件和本发明的压縮码流长度比较。权利要求1.一种场景切换码率控制方法，包括步骤a)判断当前编码图像是否发生场景切换；b)如果发生场景切换，则计算适合该场景切换帧的量化参数，并使用所述量化参数进行编码。2.根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述步骤a)包括计算当前编码帧和前一个编码帧水平方向梯度变化；计算当前编码帧和前一个编码帧垂直方向梯度变化；如果水平方向和垂直方向梯度变化之和大于阈值CT,，则发生场景切换。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于还包括如果水平方向和垂直方向梯度变化之和小于阈值Cn大于阈值CT2，则计算当前编码帧和前一个编码帧位平面均值变化；如果位平面均值变化大于阈值CT3，则发生场景切换。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于按下式计算当前编码图像水平方向的梯度变化值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>，其中M4C^为当前编码帧的水平方向梯度绝对M4G\值和，M4G、为上一编码帧的水平方向梯度绝对值和。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于按下式计算当前编码图像垂直方向的梯度变化值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>，其中M4(^为当前编码帧的垂直方向梯度绝对值和，M4GVp为上一编码帧的垂直方向梯度绝对值和。6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于按下式计算当前编码图像位平面均值变化值<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中M,为当前编码帧的位平面均值，Mp为上一编码帧的位平面均值。7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述阈值CT2取值在0-1之间。8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述阈值CT2小于CT,。9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述阈值CT3大于零。10.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述阈值Cn为0.8。11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于所述阈值CT2为0.2。12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于所述阈值CT3为0.1。13.根据权利要求l所述的方法，其特征在于所述步骤b)包括计算当前编码帧图像特征；计算当前编码帧的量化步长；计算当前编码帧的量化参数；根据剩余bit数调整量化参数；更新GOP量化参数。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于按下式计算当前编码帧图像特征<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>v为图像中像素数目。15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于按下式计算当前编码帧的量化步长<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>这里，"，/，y分别为参数l，参数2和参数3;6/7/根据目标码率和帧率大小计算得到，表示了目标码率下每帧的比特数<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>她为编码目标比特率，/为帧率；2A哗为16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于所述参数a=55000，"=20000，；k=1000。全文摘要一种场景切换码率控制方法，包括步骤判断当前编码图像是否发生场景切换；如果发生场景切换，则计算适合该场景切换帧的量化参数，并使用所述量化参数进行编码。本发明的方法能够方便的集成在现有的各种视频编码标准中。与已有的各种方法不同，本发明不改变编码的GOP结构，也不重新分配码率，而是直接计算用于场景切换帧的量化参数。文档编号H04N7/50GK101677398SQ20081014905公开日2010年3月24日申请日期2008年9月19日优先权日2008年9月19日发明者李昌贤,熊君君,王锡贵,勐郭,高艳君申请人:三星电子株式会社;北京三星通信技术研究有限公司