一种视频编码中的码率控制方法及编码器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及数据视频处理领域，公开了一种视频编码中的码率控制方法及编码器，用以提高码率控制方法的准确性，以及降低复杂度，该方法为：先确定当前视频图像的第一梯度值及前一视频图像的第二梯度值，再根据预设平均码率计算当前视频图像的目标码率，然后确定指定的至少一个已编码视频图像的性能参数，然后，在第一梯度值和/或第二梯度值不为0的情况下，根据目标码率、第一梯度值、第二梯度值及性能参数确定当前视频图像的QP；在为0的情况下，根据目标码率和性能参数确定当前视频图像的QP，最后，根据QP对当前视频图像进行编码，这样，提高了码率控制方法的准确性，同时还降低了复杂度。
【专利说明】一种视频编码中的码率控制方法及编码器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数据视频处理领域，特别涉及一种视频编码中的码率控制方法及编码 器。
【背景技术】
[0002] 为了节约传输带宽和存储空间，以及支持数字电视广播、远程监控、数字视频点 播、无线多媒体通信等应用，视频编码已经成为国内外研究和工业应用的热点之一。目前的 视频编码标准所涉及的编码技术主要包括：帧内预测、帧间预测、整数变换、重建图像、码率 控制、量化和熵编码和反量化反变换去块效应滤波等，具体如图1所示。
[0003] 其中，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，比如在带宽约束条件下的传输过程中，如果没有合适的码率控制方法，客户端 缓冲区就有可能发生溢出，即码率控制的目的是保证在产生指定的目标码率的条件下，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。码率控制的主要输出为QP (Quantization Parameter,量化参数)，编码过程中利用该QP参数获取良好量化步长用于 图像量化。
[0004] 目前，单一 I帧编码技术由于具有以下优点而被广泛应用，例如：单一 I帧编码技 术只利用了帧内的相关性，在保证压缩效率的情况下，避免了 GOP-based编码中产生的累 积误差，有效提高了视频编码质量；又例如，单一 I帧编码技术中的每一帧都是单独编码和 解码，这种特性使得编码器可以方便地采用并行编解码、分布式编解码等加速技术，有效提 高了编码速率。
[0005] 现有的H. 264/AVC标准由于存在以下问题而不能对单一 I帧编码模式下的输出码 率进行较好地控制：
[0006] -、在H. 264/AVC标准中，采用了宏块级的码率控制算法，该方法为：首先采用线 性预测，得到当前宏块的MAD (Mean Absolute Difference,平均绝对误差)，再采用二次方 模型，计算相应的QP。此方法适用于帧间编码过程，不适用于帧内编码，对于单一 I帧模式 来说，由于QP还与帧内复杂度有关，因此，需要有一个新的统计量来衡量图像帧内的复杂 度，从而给编码器增加了计算负荷，提高了计算的复杂度；
[0007] 二、在现有的H. 264/AVC标准中，码率控制是在宏块级进行的，通过前一视频图像 对应位置宏块的MAD对当前视频图像对应位置宏块的MAD进行预测，这种方法适合于运动 较少、场景变化小的视频图像，对于运动区域或者当镜头出现运动或伸缩时，当前视频图像 对应位置宏块和前一视频图像对应位置宏块内容上可能会出现较大差异，这样的预测必然 会导致极大的误差，从而导致码率分配的不合理，使视频质量恶化。由于单一 I帧模式所处 理的为运动较大或者镜头移动频繁的视频图像，因此，会造成明显的误差，降低确定出的QP 的准确性，也就降低了码率控制的准确性。
[0008] 现有技术中，为了提高码率控制的准确性，对变换量化后的DCT(Discrete Cosine Transformation,离散余弦变换)系数进行分析，建立起DCT系数和输出码率之间的关系，进 而通过DCT系数确定输出码率，但是，这种方法不仅复杂度较高，而且所需要的时间较长， 因此，目前尚未有一种针对于单一 I帧视频编码中准确性较高、复杂度较低的码率控制方 法。
【发明内容】
[0009] 本发明实施例提供一种视频编码中的码率控制方法，用以解决现有技术中针对单 一I帧视频编码的码率控制方法的准确性较差及复杂度较高的问题。
[0010] 一种视频编码中的码率控制方法，用于对单一 I帧的视频图像进行码率控制，包 括：
[0011] 确定当前视频图像的第一梯度值及前一视频图像的第二梯度值；
[0012] 根据预设平均码率计算所述当前视频图像的目标码率；
[0013] 确定指定的至少一个已编码视频图像的性能参数；
[0014] 判断所述第一梯度值和/或所述第二梯度值是否为0,若是，根据所述目标码率和 所述性能参数确定所述当前视频图像的量化参数QP，否则，根据所述目标码率、所述第一梯 度值、所述第二梯度值及所述性能参数确定所述当前视频图像的QP ;
[0015] 根据所述QP对所述当前视频图像进行编码。
[0016] 一种编码器，用于对单一 I帧的视频图像进行码率控制，包括：
[0017] 第一确定单元，用于确定当前视频图像的第一梯度值及前一视频图像的第二梯度 值；
[0018] 计算单元，用于根据预设平均码率计算所述当前视频图像的目标码率；
[0019] 第二确定单元，用于确定指定的至少一个已编码视频图像的性能参数；
[0020] 第三确定单元，用于判断所述第一梯度值和/或所述第二梯度值是否为0,若是， 根据所述目标码率和所述性能参数确定所述当前视频图像的量化参数QP，否则，根据所 述目标码率、所述第一梯度值、所述第二梯度值及所述性能参数确定所述当前视频图像的 QP ；
[0021] 编码单元，用于根据所述QP对所述当前视频图像进行编码。
[0022] 本发明实施例中，编码器在编码过程中，对每一视频图像进行码率控制时，先确定 确定当前视频图像的第一梯度值及前一视频图像的第二梯度值，再根据预设平均码率计算 所述当前视频图像的目标码率，然后，确定指定的至少一个已编码视频图像的性能参数，最 后，在第一梯度值和/或第二梯度值为〇的情况下，根据目标码率和性能参数确定当前视频 图像的QP，在第一梯度值和/或第二梯度值不为0的情况下，根据目标码率、第一梯度值、第 二梯度值及性能参数确定当前视频图像的QP，最后，根据QP对当前视频图像进行编码，由 于梯度值是视频图像的固有属性之一，用于量化视频图像的复杂度，且QP衡量的也是视频 图像的复杂度，通过梯度值计算得出的QP的准确度较高，而本发明中通过第一梯度值及第 二梯度值来确定计算QP所具体采用的方法，并且在第一梯度值和第二梯度值不为〇的情况 下，根据目标码率、第一梯度值、第二梯度值及性能参数确定当前视频图像的QP，因此，采用 本发明实施例提供的方案来计算QP，可以提高计算得出的QP的准确度，进而提高了针对单 一I帧视频编码的码率控制方法的准确度，因此，解决了目前针对单一I帧视频编码中的码 率控制方法的准确性较差的问题，同时，由于在确定QP的过程中不需要设置新的统计量来 衡量图像帧内的复杂度，因此，降低了针对单一I帧视频编码中的码率控制方法的复杂度。
【专利附图】
【附图说明】
[0023] 图1为现有技术中编码器的功能结构示意图；
[0024] 图2为本发明实施例中码率控制的第一详细实施例；
[0025] 图3为本发明实施例中码率控制的第二详细实施例；
[0026] 图4为本发明实施例中码率控制的第三详细实施例；
[0027] 图5为本发明实施例中编码器的逻辑功能结构示意图；
[0028] 图6A为本发明实施例中计算单元的逻辑功能结构示意图；
[0029] 图6B为本发明实施例中第二确定单元的逻辑功能结构示意图。
【具体实施方式】
[0030] 为了解决现有技术中针对单一 I帧视频编码中的码率控制方法的准确性较差及 复杂度较高的问题，本发明实施例中，编码器在编码过程中，对每一视频图像进行码率控制 时，先确定确定当前视频图像的第一梯度值及前一视频图像的第二梯度值，再根据预设平 均码率计算所述当前视频图像的目标码率，然后，确定指定的至少一个已编码视频图像的 性能参数，最后，在第一梯度值和/或第二梯度值为0的情况下，根据目标码率和性能参数 确定当前视频图像的QP，在第一梯度值和/或第二梯度值不为0的情况下，根据目标码率、 第一梯度值、第二梯度值及性能参数确定当前视频图像的QP，最后，根据QP对当前视频图 像进行编码，由于梯度值是视频图像的固有属性之一，用于量化视频图像的复杂度，且QP 衡量的也是视频图像的复杂度，通过梯度值计算得出的QP的准确度较高，而本发明中通过 第一梯度值及第二梯度值来确定计算QP所具体采用的方法，并且在第一梯度值和第二梯 度值不为〇的情况下，根据目标码率、第一梯度值、第二梯度值及性能参数确定当前视频图 像的QP，因此，采用本发明实施例提供的方案来计算QP，可以提高计算得出的QP的准确度， 进而提高了针对单一I帧视频编码的码率控制方法的准确度，因此，解决了目前针对单一I 帧视频编码中的码率控制方法的准确性较差的问题，同时，由于在确定QP的过程中不需要 设置新的统计量来衡量图像帧内的复杂度，因此，降低了针对单一I帧视频编码中的码率 控制方法的复杂度。
[0031] 下面结合附图对本发明优选的实施方式进行详细说明。
[0032] 在本发明实施例中，具体实施流程为：
[0033] 参阅图2所示，本发明实施例中，视频编码中的码率控制方法的详细流程如下：
[0034] 步骤200 :确定当前视频图像的第一梯度值及前一视频图像的第二梯度值。
[0035] 本发明实施例中，确定当前视频图像的第一梯度值的方式有多种，较佳的，采用梯 度函数确定当前视频图像的第一梯度值，其中，梯度函数至少包括像素参数与梯度参数，如 公式一所示，且梯度参数为〇或1。
[0036]
【权利要求】
1. 一种视频编码中的码率控制方法，用于对单一I帧的视频图像进行码率控制，其特 征在于，包括： 确定当前视频图像的第一梯度值及前一视频图像的第二梯度值； 根据预设平均码率计算所述当前视频图像的目标码率； 确定指定的至少一个已编码视频图像的性能参数； 判断所述第一梯度值和/或所述第二梯度值是否为0,若是，根据所述目标码率和所 述性能参数确定所述当前视频图像的量化参数QP，否则，根据所述目标码率、所述第一梯度 值、所述第二梯度值及所述性能参数确定所述当前视频图像的QP ; 根据所述QP对所述当前视频图像进行编码。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定当前视频图像的第一梯度值，包括： 根据梯度函数确定当前视频图像的第一梯度值，其中，梯度函数至少包括像素参数及 梯度参数，且所述梯度参数为〇或者1。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据预设平均码率计算所述当前视频图 像的目标码率，包括： 根据预设平均码率确定视频图像编码后的目标平均数据大小，并基于目标平均数据大 小计算包括所述当前视频图像在内的N个视频图像的总目标数据大小，及将所述总的目标 数据大小与所述N个视频图像中不包括所述当前视频图像在内的剩余视频图像的总的实 际数据大小的差值作为所述当前视频图像的目标码率；或者， 根据预设平均码率确定视频图像编码后的目标平均数据大小，并基于目标平均数据大 小计算包括所述当前视频图像在内的N个视频图像的总目标数据大小，及将所述总的目标 数据大小与所述N个视频图像中不包括所述当前视频图像在内的剩余视频图像的总的实 际数据大小的差值作为所述当前视频图像的预处理目标码率，根据预处理目标码率及指定 的视频图像的权重值计算所述当前视频图像的目标码率。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定的指定的至少一个已编码视频图像的 性能参数至少包括：实际平均码率及实际平均QP。
5. 如权利要求4所述的方法，其特征在于，确定指定的至少一个已编码视频图像的实 际平均码率及实际平均QP，包括： 获取指定的至少一个已编码视频图像的实际码率和实际QP，并根据所述实际码率和所 述实际QP分别确定所述实际平均码率和所述实际平均QP。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标码率和所述性能参数确定所 述当前视频图像的量化参数QP，包括： 采用第一 QP计算函数根据所述目标码率和所述性能参数确定所述当前视频图像的 QP，其中，所述QP与所述目标码率呈正相关，与所述性能参数呈负相关。
7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述目标码率、所述第一梯度值、所述 第二梯度值及所述性能参数确定所述当前视频图像的量化参数QP，包括： 采用第二QP计算函数根据所述目标码率、所述第一梯度值、所述第二梯度值及所述性 能参数确定所述当前视频图像的QP，其中，所述QP与所述目标码率、所述第二梯度值均呈 正相关，与所述第一梯度值及所述性能参数均呈负相关。
8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述QP对所述当前视频图像进行编码， 包括： 采用MEPG-2标准根据所述QP对所述当前视频图像进行编码；或者， 采用JVT-G012标准根据所述QP对所述当前视频图像进行编码。
9. 一种编码器，用于对单一 I帧的视频图像进行码率控制，其特征在于，包括： 第一确定单元，用于确定当前视频图像的第一梯度值及前一视频图像的第二梯度值； 计算单元，用于根据预设平均码率计算所述当前视频图像的目标码率； 第二确定单元，用于确定指定的至少一个已编码视频图像的性能参数； 第三确定单元，用于判断所述第一梯度值和/或所述第二梯度值是否为〇,若是，根据 所述目标码率和所述性能参数确定所述当前视频图像的量化参数QP，否则，根据所述目标 码率、所述第一梯度值、所述第二梯度值及所述性能参数确定所述当前视频图像的QP ; 编码单元，用于根据所述QP对所述当前视频图像进行编码。
10. 如权利要求9所述的编码器，其特征在于，所述计算单元具体包括确定目标平均数 据大小单元、计算总目标数据大小单元及计算目标码率单元，其中： 所述确定目标平均数据大小单元，用于根据预设平均码率确定视频图像编码后的目标 平均数据大小； 所述计算总目标数据大小单元，用于基于所述目标平均数据大小计算包括所述当前视 频图像在内的N个视频图像的总目标数据大小； 所述计算目标码率单元，用于将所述总目标数据大小与所述N个视频图像中不包括所 述当前视频图像在内的剩余视频图像的总的实际数据大小的差值作为所述当前视频图像 的目标码率；或者，用于先将所述总的目标数据大小与所述N个视频图像中不包括所述当 前视频图像在内的剩余视频图像的总的实际数据大小的差值作为所述当前视频图像的预 处理目标码率，再根据预处理目标码率及指定的视频图像的权重值计算所述当前视频图像 的目标码率。
11. 如权利要求9所述的编码器，其特征在于，所述第二确定单元确定的指定的至少一 个已编码视频图像的性能参数至少包括：实际平均码率及实际平均QP。
12. 如权利要求11所述的编码器，其特征在于，所述第二确定单元具体包括获取单元 及性能参数确定单元，其中： 所述获取单元，用于获取指定的至少一个已编码视频图像的实际码率和实际QP ; 所述性能参数确定单元，用于根据所述实际码率和所述实际QP分别确定所述实际平 均码率和所述实际平均QP。
【文档编号】H04N19/61GK104113761SQ201310137132
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2013年4月19日 优先权日:2013年4月19日
【发明者】郭宗明, 孙俊, 段一舟, 陈科吉 申请人:北京大学, 北大方正集团有限公司, 北京北大方正电子有限公司