专利名称：基于综合因子的h．264码率控制方法
技术领域：
本发明涉及视频编码技术领域，具体涉及一种基于综合因子的H. 264视频编码的码率控制方法。
背景技术：
在视频通信中，压缩编码后的信息流常常需要在带宽不衡定的网络上传输。为了使编码后的视频流很好地适应带宽，尤其是适应低带宽信道或时变的无线信道并充分利用有限的网络资源，码率控制成为了视频通信系统中一个必不可少的环节。码率控制的主要 任务是采集缓冲区状态和图像活动性等信息，来给每幅图像分配一定的比特数，使得输出码率能控制在给定的标准上，并使图像失真最小。在H. 264/AVC的码率控制方法中，由于同时在码率控制和率失真优化环节使用了量化参数，导致了“蛋鸡悖论”，即对当前帧的宏块进行率失真优化时，需要先通过当前帧或当前宏块的MAD决定每个宏块的量化参数，而当前帧或宏块的MAD仅在率失真优化后才能得到[Ma S. ff, Gao W and Lu Y. Rate control on JVTstandard, DocumentJVT-D030[S].2002]。为了解决“蛋鸡悖论”问题，很多学者做了大量的研究，文献[ShinI H，Lee Y L, Park H ff. Rate control using linear rate-P model for H. 264[J].Signal Process Image Com-munication, 2004，19:341-352.]在 P 域模型的基础上作了改进，应用在 H. 264 的码率控制中，文献[Ma Siwei, Gao Wen, Lu Yan. Rate-distortionanalysis for H. 264/AVC video coding and its application torate control[J].IEEE Trans on Circuit Syst for Video Technol, 2005，15 (12) : 1533-1544.]提出了码率与量化步长与量化步长间的关系模型及相应的码率控制方法，文献[Ma S.W，Gao W，WuF and Lu Y. Rate control for JVT videocoding scheme with HRD considerations.Proceeding of IEEE InternationalConference on Image and Processing, 2003, vo
I.3, pp:793-796.]将HRD—致性约束、平均绝对误差比综合考虑，提出了一种新的码率控制方法。Li Zhengguo提出的JVT-G012方法利用线性MAD模型来预测当前基本单元的MAD值，这一方法可以获得比较好的编码效果，引起了广泛的关注[Li Zhengguo, GaoWen,PanFeng, et al.Adaptive rate control for H. 264 [J]. Journal of VisualCommunication andlmage Representation, 2006, 17 (2) : 376-406. ]。JVT-GO12 方法虽然较好地解决了蛋鸡悖论问题，然而仍然存在很多问题。比如方法中没有明确的讨论帧内的码率-量化(R-Q)模型，因此文献[X. Jing, L. P. Chau, and ff. -C Siu, ^FramecompIexity-basedrate-quantization model for H. 264/AVC intraframe ratecontrol,〃IEEE SignalProcessing Letters, vol. 15, pp. 373-376，2008.]提出了一种自适应的巾贞内 R-Q 模型，这种方法通过考虑基于灰度的帧复杂度，自适应的更新模型参数，来更精确地选择帧内编码帧的量化参数。又比如在基于传统变换的视频编码系统中彩色视频信号的率失真(R-D)参数分别为亮度和色度分量模型化，所以文献[Z. Z. Chen and K. N. Ngan, “Towardsrate-distortion tradeoff in real-time colorvideo coding，，，IEEE Trans. CircuitsSyst. Video Technol.，2007，vol. 17，no. 2，pp. 158-167]提出为彩色视频编码建立独立的R-D模型。JVT-GO12方法在帧级码率控制上也存在不足。它根据缓冲区的情况来为各帧平均分配比特，忽略图像复杂度的分布，致使帧层目标比特分配过于均匀；其次计算量化参数时也没有考虑已编码帧的特性对当前帧码率控制的影响。基于帧复杂度的H. 264码率控制方法(申请号为201010235061. 8)中公开了一种基于帧复杂度的H. 264码率控制方法。该方法包括以下步骤:A、根据帧复杂度确定当前编码帧的目标比特数、计算量化参数并进行率失真优化；其中，帧复杂度是通过一个复杂度系数来衡量，该复杂度系数定义为图像灰度直方图的平均差值和图像亮度分量的平均绝对误差比率的加权之和，在该复杂度系数基础上，通过经验公式对现有的目标比特公式进行了修正。一种H. 264码率控制方法(ZL201010239407. I)提供一种结合图像复杂度并对 量化参数进行调整的帧层码率控制方法，提高视频输出序列的平均峰值信噪比，并能够减小视频图像帧间质量波动，从而提高视频图像质量。但是以上方法都没考虑参考帧在图像组中的位置对当前帧码率控制的影响。由于图像组中位置靠前的参考帧通常做其后帧的参考帧，靠前P帧预测的精确性直接影响后面帧预测的精准性，因此，为了更准确地进行码率控制，有必要考虑参考帧在图像组中的位置对当前帧分配的目标比特做适当的调整。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种新的码率控制方法。本发明考虑P帧在GOP中的位置对当前帧码率控制的影响，提供一种利用综合因子和量化参数调整因子对帧层目标比特分配优化的控制方法，进一步提高码率控制的精度和视频的质量。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是本发明采用当前编码帧的综合因子来调整当前帧的目标比特数，利用量化参数调整因子来调整当前编码帧的量化参数。综合因子是当前编码帧的图像灰度直方图的平均差值比率、图像亮度分量的平均绝对误差比率和P帧在GOP中位置的加权和，图像复杂的、靠前的编码帧就会得到更多的目标比特，使其编码效果更好，对后面帧的预测也就更加精确，从整体上提高码率控制精度和图像的编码质量。量化参数调整因子是前一帧实际编码产生的比特数和当前编码帧的目标比特数的比值，量化参数调整因子利用了已编码帧的历史信息对当前编码帧的影响。本发明的有益效果综合因子是当前编码帧图像灰度直方图的平均差值比率、图像亮度分量的平均绝对误差比率和P帧在GOP中位置的加权和，图像复杂的、靠前的编码帧就会得到更多的目标比特，使其编码效果更好，对后面帧的预测也就更加精确，从整体上提高码率控制精度和图像的编码质量。量化参数调整因子是前一帧实际编码产生的比特数和当前编码帧的目标比特数的比值，充分利用了已编码帧的历史信息对当前编码帧的影响。编码中出现的第一帧是按照事先已经设定的初始量化参数来编码的，其后的帧都是利用本发明方法进行编码的。在步骤B的公式中已有体现。j=l表示第一帧。
图I是本发明方法与JVT-G012方法处理tennis序列的PSNR比较图；图2是本发明方法与JVT-GO12方法处理football序列的PSNR比较图；图3是本发明方法与JVT-GO12方法处理mobile序列的PSNR比较具体实施例方式下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明本发明的H. 264码率控制方法具体包括以下步骤A、根据综合因子来确定当前编码帧的目标比特数；本步骤包括以下步骤Al、按照下式计算所有未编码帧的剩余比特数初始参数已体现在下式中，j=l时即为第一帧的表达式，其中的初始参数均已在下面定义过。
权利要求
1.基于综合因子的H.264码率控制方法，该方法具体包括以下步骤 步骤A，根据综合因子来确定当前编码帧的目标比特数； 步骤B，计算量化参数并进行率失真优化。
2.根据权利要求I所述的基于综合因子的H.264码率控制方法，其中步骤 A包括 Al、按照下式计算所有未编码帧的剩余比特数
3.根据权利要求I或2所述的基于综合因子的H.264码率控制方法，其中步骤B包括 BI、根据下式计算调整前当前编码帧的量化参数QPi' (j)
全文摘要
本发明公开了一种基于综合因子的H．264码率控制方法，属于视频编码技术领域。本发明考虑了P帧在GOP中的位置对当前帧码率控制的影响，定义了一个综合因子，用该因子对帧层目标比特的分配进行优化，然后利用前一帧的实际编码比特数和当前编码帧的目标比特的比率作为量化参数的调整因子，动态地进行量化参数的调整并进行率失真最优化。综合因子定义为当前编码帧的图像灰度直方图的平均差值比率、图像亮度分量的平均绝对误差比率和P帧在GOP中位置的加权和。本发明方法提高码率控制的精度和视频的质量。
文档编号H04N7/26GK102752591SQ20121019607
公开日2012年10月24日 申请日期2012年6月14日 优先权日2012年6月14日
发明者刘海英, 陈晓 申请人:南京信息工程大学