基于視頻內(nèi)容特征的參數(shù)自適應(yīng)多維碼率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及視頻解碼領(lǐng)域，具體而言，涉及視頻編碼技術(shù)領(lǐng)域的碼率控制方法，特 別是基于視頻內(nèi)容特征的參數(shù)自適應(yīng)多維碼率控制方法，可以應(yīng)用于在多元集成異構(gòu)網(wǎng) 絡(luò)、帶寬大范圍動態(tài)變化場合的網(wǎng)絡(luò)視頻編碼器多維碼率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著多媒體通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們對視頻的應(yīng)用需求越來越廣泛，視頻信 息正對人們的生活方式和社會發(fā)展起著越來越重要的作用；視頻編碼壓縮技術(shù)是視頻存 儲、傳輸、播放等環(huán)節(jié)的前提，是數(shù)字電視、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)視頻等應(yīng)用的核心技術(shù)；碼率控 制技術(shù)是視頻壓縮和傳輸中的最重要的環(huán)節(jié)之一，碼率控制的目的是在一定的實際信道帶 寬下，盡可能地提高視頻編碼重構(gòu)圖像的主客觀質(zhì)量，并負責(zé)使視頻編碼器產(chǎn)生的碼率和 實際信道帶寬相匹配，因此其在編碼器中的作用十分重要。
[0003]現(xiàn)有碼率控制方法都是基于量化參數(shù)的調(diào)整來平衡碼流，且現(xiàn)有的方法一般只能 提供一種質(zhì)量等級的視頻輸出，這種做法對于帶寬波動大的應(yīng)用靈活度不夠，無法在帶寬 實時低碼率情況下使得綜合視頻質(zhì)量最優(yōu)；多維碼率控制就是在這種背景下被提出的，多 維碼率控制將調(diào)節(jié)碼率的基本手段有機結(jié)合，將傳統(tǒng)的碼率轉(zhuǎn)換（改變量化步長）、空間解 析度（視頻空間尺寸）、時間解析度（幀率）等碼率調(diào)節(jié)手段結(jié)合起來協(xié)同完成視頻碼流的 自適應(yīng)調(diào)節(jié)；由于多維碼率控制各維數(shù)大小確定是依賴于一段時間碼率多少，在實際應(yīng)用 中并不需要事先分成若干等級，可以有效的解決SVC計算復(fù)雜度和冗余高的問題。
[0004] 但目前來說，多維碼率控制技術(shù)還處于起步階段，還有更多具拓展性的研究有待 進行，其關(guān)鍵技術(shù)的研究對于視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義；目前多維碼率控制方 法存在如下問題：（1)目前主流方法，比如Q-R-TQ等在計算視頻內(nèi)容信息時是基于整個視 頻信息或按固定周期，而在實際應(yīng)用中視頻的內(nèi)容是時變的，對于隨時間變化劇烈的序列 得到的模型系數(shù)其準確性不高，不利于實時傳輸；（2)初始幀率的選取在多維碼率控制中 起著重要的作用；如果選取的初始幀率過大，僅編碼初始幀后實際耗用的比特數(shù)就會超出 預(yù)分配的目標比特數(shù)，從而留給后續(xù)編碼幀的比特數(shù)就會很少，使得重建視頻圖像質(zhì)量下 降；反之，選取過小的初始參數(shù)，不僅使圖像質(zhì)量下降，而且會造成帶寬資源的浪費；在不 影響視覺的情況下延遲少量幾幀來接近實時通信，然而目前幾乎沒有相關(guān)方法從實時傳輸 的角度去關(guān)注初始幀率的選擇。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供基于視頻內(nèi)容特征的參數(shù)自適應(yīng)多維碼率控制方法，以解 決上述問題。
[0006]模型參數(shù)的更新周期根據(jù)視頻時空復(fù)雜度而做出相應(yīng)的調(diào)整，在提取時空復(fù)雜度 時在以滑動窗口為基本單元；該發(fā)明本發(fā)明所提出的視頻內(nèi)容特征的參數(shù)自適應(yīng)多維碼率 控制方法具有較高的準確性，如圖3、4、5、6所示，優(yōu)于國際上同類相關(guān)方法，可有效提高主 觀質(zhì)量和客觀質(zhì)量，尤其對于時空復(fù)雜度較高視頻序列；此外，相比于國際上同類相關(guān)方 法，本發(fā)明也能稍微減少計算復(fù)雜度。
[0007] 該方法主要包括兩個部分的工作：第一，為保證初始參數(shù)對于不同的視頻序列都 能表現(xiàn)出良好的性能；根據(jù)初始帶寬和初始視頻內(nèi)容特征，動態(tài)計算最優(yōu)的初始編碼幀率， 計算得到的初始幀率值更加符合序列的真實特性；第二，針對不同的視頻序列具有不同的 時間和空間相關(guān)性，相同的視頻序列不同段有著不同的時空復(fù)雜度，基于視頻內(nèi)容動態(tài)更 新多維碼率控制模型參數(shù)更新周期，采用時空自適應(yīng)的復(fù)雜度預(yù)測模型去獲取模型參數(shù)更 新周期；在這個過程中，以滑動窗口為基本單位，提取視頻內(nèi)容特征，預(yù)測下一更新周期復(fù) 雜度，結(jié)合當(dāng)前更新周期碼率控制的準確性，獲取下一更新周期長度，進而確定下一更新周 期的模型參數(shù)和量化參數(shù)和編碼幀率。
[0008] 本發(fā)明實施例提供了 一種基于視頻內(nèi)容特征的參數(shù)自適應(yīng)多維碼率控制方法，包 括如下步驟：
[0009] 步驟（1)、輸入視頻序列，獲取初始帶寬，判斷是否是初始幀；
[0010] 步驟（2)、如果是初始幀，根據(jù)初始帶寬和初始兩幀的視頻內(nèi)容特征計算初始編碼 幀率，進而根據(jù)初始幀率獲取初始編碼量化參數(shù)；
[0011] 步驟（3)、如果是非初始幀，對當(dāng)前更新周期內(nèi)的視頻幀編碼，同時以更新周期作 為單元，并提取相關(guān)視頻內(nèi)容信息，計算多維碼率控制模型參數(shù)；以滑動窗口作單元，在時 間域和空間域提取視頻的內(nèi)容信息，并結(jié)合當(dāng)前更新周期碼率控制的準確性，計算下一更 新周期的長度；
[0012] 步驟（4)、在獲取到多維碼率控制模型參數(shù)后，根據(jù)模型參數(shù)求取最優(yōu)參數(shù)，本發(fā) 明選用相關(guān)模型去計算下一更新周期的幀率f?和初始量化參數(shù)q。
[0013] 在一些實施例中，優(yōu)選為，所述步驟（2)中，具體包括如下步驟：
[0014] 步驟（21)、根據(jù)給定碼率和視頻分辨率計算初步的初始幀率；
[0015] 步驟（22)、根據(jù)前兩幀的視頻內(nèi)容信息對獲取到的初步的初始幀率進行調(diào)整，獲 取最優(yōu)的初始幀率；
[0016] 步驟（23)、根據(jù)最優(yōu)的初始幀率，獲取初始的量化參數(shù)。
[0017] 在一些實施例中，優(yōu)選為，所述步驟（22)中，具體包括如下步驟：
[0018] 步驟（221)、提取第一幀熵作為初始空域復(fù)雜度；
[0019] 步驟（222)、提取第一幀和第二幀幀差作為初始時域復(fù)雜度，同時將初始時域復(fù)雜 度和初始空域復(fù)雜度歸一化處理；
[0020] 步驟（223)、根據(jù)第一幀熵和第一幀和第二幀幀差對獲取到的初步的初始幀率進 行調(diào)整。
[0021] 在一些實施例中，優(yōu)選為，所述步驟（3)中，具體包括如下步驟：
[0022] 步驟（31)、以更新周期為基本單元，提取相鄰幀的幀差FD，運動矢量幅度的MVM平 均值運動矢量幅度與運動矢量角度u的比值n(UMvM，UmA)，通過預(yù)測模型P= HF求取模型參數(shù)，其中P= [a，b，c，d，Rmax]為各模型參數(shù)，F(xiàn)為提取出來視頻內(nèi)容，H為預(yù) 測矩陣，固定值；
[0023] 步驟（32)、以滑動窗口為基本單元，獲取時空自適應(yīng)的復(fù)雜度預(yù)測模型，滑動窗口 由當(dāng)前更新周期最后連續(xù)幾幀組成，每個更新周期結(jié)束后滑動窗口往后移，所述的滑動窗 口內(nèi)視頻序列按照時間域和空間域分為為兩種不同尺度的集合空間；
[0024] 步驟（33)、在獲取到時空自適應(yīng)的復(fù)雜度預(yù)測模型后，求取下一更新周期的長度， 同時下一更新周期的長度根據(jù)當(dāng)前更新周期內(nèi)碼率控制準確性自適應(yīng)地調(diào)整，以增加預(yù)測 模型的適應(yīng)性。
[0025] 在一些實施例中，優(yōu)選為，所述步驟（32)中，具體包括如下步驟：
[0026] 步驟（321)、按照空間域，則對輸入滑動窗口內(nèi)的圖像序列求取每一幀的熵，包括 下一更新周期的第一幀，獲取到加權(quán)熵模型；
[0027]步驟（322)、按照時間域，則對輸入滑動窗口內(nèi)的圖像序列中的圖像相鄰幀求取幀 差，獲取到加權(quán)幀差，用加權(quán)幀差作為時域復(fù)雜度的描述，用加權(quán)熵模型預(yù)測的空域復(fù)雜度 的描述，由加權(quán)幀差和加權(quán)熵模型得到時空自適應(yīng)的復(fù)雜度預(yù)測模型。
[0028] 在一些實施例中，優(yōu)選為，所述步驟⑷中，根據(jù)步驟（3)所得的模型參數(shù)，用 Q-R-TQ模型去獲取下一更新周期的幀率f?和初始量化參數(shù)q。
[0029] 本發(fā)明實施例提供的基于視頻內(nèi)容特征的參數(shù)自適應(yīng)多維碼率控制方法，與現(xiàn)有 技術(shù)相比，一方面，現(xiàn)有技術(shù)中初始編碼幀率的獲取均采用經(jīng)驗值，本發(fā)明根據(jù)給定的給定 初始碼率、視頻分辨率和初始兩幀的時空復(fù)雜度獲取初始幀率，進而獲取初始的量化參數(shù)， 確保為保證初始參數(shù)對于不同的視頻序列都能表現(xiàn)出良好的性能。另一方面，現(xiàn)有技術(shù)的 模型參數(shù)更新周期采取固定值或在編碼過程中保持不變，本發(fā)明根據(jù)視頻內(nèi)容在編碼過程 中動態(tài)更新模型參數(shù)的更新周期，從當(dāng)前更新周期出發(fā)，以滑動窗口為單元提取視頻內(nèi)容 特征，根據(jù)時空復(fù)雜度模型預(yù)測出下一時