視頻編碼的碼率控制方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及碼率控制，特別涉及視頻編碼的碼率控制方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 本發(fā)明涉及碼率控制，特別涉及視頻編碼的碼率控制方法及其系統(tǒng)。目前安防監(jiān) 控對網(wǎng)絡(luò)攝像機的需求日漸增強，網(wǎng)絡(luò)攝像機是傳統(tǒng)攝像機與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的新一代產(chǎn) 品，主要涉及的技術(shù)包含圖像處理技術(shù)、視頻編碼技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。與傳統(tǒng)的模擬攝像機相 比網(wǎng)絡(luò)攝像機主要的弊病之一是系統(tǒng)延遲較大。
[0003] 碼率控制是視頻編碼的核心技術(shù)之一，也是延遲控制的主要手段之一，現(xiàn)有的碼 率控制方法，例如，MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)的測試模型5 ( "Test Model5"，簡稱"TM5"），H. 263標(biāo)準(zhǔn)的 測試模型 8 ( "Test Model Near8"，簡稱"TMN8")，MPEG-4 標(biāo)準(zhǔn)的驗證模型 8 ( "Verification Model Version8"，簡稱"VM8"），Η. 264標(biāo)準(zhǔn)的碼率控制模型（JVT-G012)，都能對編碼器的 輸出碼率較好地進行控制。但是，現(xiàn)有的碼率控制方法的不足之處在于：
[0004] 1、I幀量化參數(shù)簡單的采用事先定好的值，未考慮場景的相關(guān)性，碼率可控性差， 在帶寬受限制的環(huán)境下輸出延遲不可控。
[0005] 2、碼率控制體系對于信道帶寬變化的適應(yīng)性差，在信道帶寬受限且易變的應(yīng)用場 景下，編碼的輸出延遲無法保障。
[0006] 3、碼流輸出緩沖和碼率控制的關(guān)聯(lián)度弱，碼率控制方法未充分利用碼流緩沖的和 信道帶寬的信息控制輸出延遲，對環(huán)境的變化反映遲鈍。
[0007] 4、未考將幀率變換納入碼率控制體系，簡單的采用溢出丟幀策略，因此幀率變換 的效果較差。
[0008] 總之，現(xiàn)有的碼率控制方法基于理想信道模型建立，在信道受限且易變的場景下 對輸出延遲的控制較差，難以滿足低延遲應(yīng)用場景的需求。
[0009] 現(xiàn)有的碼率控制裝置，如圖1所示，包括虛擬緩沖管理單元103、目標(biāo)碼率運算單 元102、量化參數(shù)運算單元104和圖像編碼單元101?，F(xiàn)有的碼率控制方法基于理想的信道 模型建立，在信道帶寬充足的情況下效果尚可，在帶寬受限且易變的環(huán)境下效果較差，尤其 是輸出延遲得不到保障，不能滿足低延遲的應(yīng)用場景的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于提供一種視頻編碼的碼率控制方法及其系統(tǒng)，根據(jù)碼流輸出信 息預(yù)測信道帶寬以相應(yīng)地調(diào)整編碼碼率，使得在信道帶寬受限且易變的場景下也能較好地 對輸出延遲進行控制，能夠滿足低延遲應(yīng)用場景的需求。
[0011] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施方式公開了一種視頻編碼的碼率控制方法， 包括以下步驟：
[0012] 根據(jù)碼流輸出緩沖區(qū)以往的碼流輸出信息預(yù)測當(dāng)前信道帶寬；
[0013] 依據(jù)當(dāng)前信道帶寬預(yù)測值為待編碼圖像分配目標(biāo)碼率；
[0014] 根據(jù)分配的目標(biāo)碼率，以往已編碼幀的碼流大小和編碼圖像復(fù)雜度計算得到相應(yīng) 的量化參數(shù)，編碼圖像復(fù)雜度包括MD值，MD值為輸入圖像和預(yù)測圖像的平均絕對差值；
[0015] 根據(jù)量化參數(shù)對待編碼圖像進行編碼處理，向碼流輸出緩沖區(qū)輸出編碼的碼流， 并輸出當(dāng)前已編碼幀的碼流大小和編碼圖像復(fù)雜度；
[0016] 碼流輸出緩沖區(qū)接收編碼的碼流后，根據(jù)當(dāng)前信道帶寬預(yù)測值以及碼流輸出緩沖 區(qū)的碼流駐留信息計算輸出延時，并根據(jù)輸出延時對碼流進行丟棄處理和輸出處理，為下 一次預(yù)測信道帶寬提供碼流輸出信息。
[0017] 本發(fā)明的實施方式還公開了一種視頻編碼的碼率控制系統(tǒng)，包括：
[0018] 信道帶寬預(yù)測模塊，用于根據(jù)碼流輸出緩沖區(qū)以往的碼流輸出信息預(yù)測當(dāng)前信道 帶寬；
[0019] 目標(biāo)碼率分配模塊，用于依據(jù)當(dāng)前信道帶寬預(yù)測值為待編碼圖像分配目標(biāo)碼率；
[0020] 量化參數(shù)計算模塊，用于根據(jù)分配的目標(biāo)碼率，以往已編碼幀的碼流大小和編碼 圖像復(fù)雜度計算得到相應(yīng)的量化參數(shù)，編碼圖像復(fù)雜度包括MAD值，所述MD值為輸入圖像 和預(yù)測圖像的平均絕對差值；
[0021] 圖像編碼模塊，用于根據(jù)量化參數(shù)對待編碼圖像進行編碼處理，向碼流輸出緩沖 區(qū)輸出編碼的碼流，并輸出當(dāng)前已編碼幀的碼流大小和編碼圖像復(fù)雜度值；
[0022] 輸出延時控制模塊，用于在碼流輸出緩沖區(qū)接收編碼的碼流后，根據(jù)當(dāng)前信道帶 寬預(yù)測值以及碼流輸出緩沖區(qū)的碼流駐留信息計算輸出延時，并根據(jù)輸出延時對碼流進行 丟棄處理和輸出處理，為下一次預(yù)測信道帶寬提供碼流輸出信息。
[0023] 本發(fā)明實施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于：
[0024] 根據(jù)碼流輸出信息預(yù)測信道帶寬以相應(yīng)地調(diào)整編碼碼率，使得在信道帶寬受限且 易變的場景下也能較好地對輸出延遲進行控制，能夠滿足低延遲應(yīng)用場景的需求。
[0025] 根據(jù)碼流輸出信息預(yù)測信道帶寬以相應(yīng)地調(diào)整編碼碼率，使得在信道帶寬受限且 易變的場景下也能較好地對輸出延遲進行控制，能夠滿足低延遲應(yīng)用場景的需求。
[0026] 進一步地，碼流輸出緩沖延遲控制方法綜合分析信道帶寬、碼流輸出緩沖狀態(tài)和 目標(biāo)碼流，提供一種延遲控制決策，有效地降低輸出延遲過大的風(fēng)險。
[0027] 進一步地，根據(jù)信道帶寬的預(yù)測值動態(tài)地調(diào)整虛擬緩沖區(qū)容量，用調(diào)整后的虛擬 緩沖區(qū)滿度來指導(dǎo)目標(biāo)碼率的分配，保證了碼率的波動相對于信道帶寬波動的比例維持不 變，有利于控制輸出延遲。
[0028] 進一步地，根據(jù)信道帶寬的狀況和編碼圖像失真量，自適應(yīng)的調(diào)節(jié)編碼幀率，能夠 優(yōu)化編碼圖像的質(zhì)量。
[0029] 進一步地，根據(jù)已編碼的I幀和P幀的碼流大小和量化參數(shù)計算I幀和P幀的復(fù) 雜度，能夠保證I幀碼率分配可控制。
【附圖說明】
[0030] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的碼率控制裝置示意圖；
[0031] 圖2是本發(fā)明第一實施方式中一種視頻編碼的碼率控制方法的流程示意圖；
[0032] 圖3是本發(fā)明第二實施方式中一種視頻編碼的碼率控制方法中輸出延遲控制方 法的流程示意圖；
[0033] 圖4是本發(fā)明第六實施方式中一種視頻編碼的碼率控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖5是本發(fā)明第十實施方式中一種視頻編碼的碼率控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0035] 在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于
[0036] 在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化 和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護的技術(shù)方案。
[0037] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施 方式作進一步地詳細(xì)描述。
[0038] 本發(fā)明第一實施方式涉及一種視頻編碼的碼率控制方法，圖2是該視頻編碼的碼 率控制方法的流程示意圖。
[0039] 具體地說，該視頻編碼的碼率控制方法包括以下步驟：
[0040] 在步驟201中，根據(jù)碼流輸出緩沖區(qū)以往的碼流輸出信息預(yù)測當(dāng)前信道帶寬。
[0041] 其中，碼流輸出緩沖區(qū)的碼流輸出信息包括輸出的碼流的比特數(shù)和物理碼流緩沖 區(qū)非空的時間。
[0042] 此后進入步驟202,依據(jù)當(dāng)前信道帶寬預(yù)測值為待編碼圖像分配目標(biāo)碼率。
[0043] 此后進入步驟203,根據(jù)分配的目標(biāo)碼率，以往已編碼幀的碼流大小和編碼圖像復(fù) 雜度計算得到相應(yīng)的量化參數(shù)，編碼圖像復(fù)雜度包括MAD值。
[0044] 此外，可以理解，MAD值為輸入圖像和預(yù)測圖像的平均絕對差值。
[0045] 在本發(fā)明的其他實施方式中，也可以采用其他反映編碼圖像復(fù)雜度的統(tǒng)計值來計 算量化參數(shù)，例如SSD (差值的平方和），SATD (哈達(dá)瑪變換絕對和）等，能反映輸入圖像和 預(yù)測圖像差異大小的統(tǒng)計方法均可，而不局限于MD值。其中，編碼圖像復(fù)雜度表示編碼輸 入圖像和預(yù)測圖像差異大?。淳幋a前圖像和預(yù)測圖像的差異）。
[0046] 此后進入步驟204,根據(jù)量化參數(shù)對待編碼圖像進行編碼處理，向碼流輸出緩沖區(qū) 輸出編碼的碼流，并輸出當(dāng)前已編碼幀的碼流大小和編碼圖像復(fù)雜度。
[0047] 此后進入步驟205,碼流輸出緩沖區(qū)接收編碼的碼流后，根據(jù)當(dāng)前信道帶寬預(yù)測值 以及碼流輸出緩沖區(qū)的碼流駐留信息計算輸出延時，并根據(jù)輸出延時對碼流進行丟棄處理 和輸出處理，為下一次預(yù)測信道帶寬提供碼流輸出信息。
[0048] 其中，碼流輸出緩沖區(qū)的碼流駐留信息包括編碼幀碼流大小和編碼幀幀率。
[0049] 根據(jù)碼流輸出信息預(yù)測信道帶寬以相應(yīng)地調(diào)整編碼碼率，使得在信道帶寬受限且 易變的場景下也能較好地對輸出延遲進行控制，能夠滿足低延遲應(yīng)用場景的需求。
[0050] 本發(fā)明第二實施方式涉及一種視頻編碼的碼率控制方法，第二實施方式在第一實 施方式的基礎(chǔ)上進行了改進，主要改進之處在于：碼流輸出緩沖延遲控制方法綜合分析信 道帶寬、碼流輸出緩沖狀態(tài)和目標(biāo)碼流，提供一種延遲控制決策，有效地降低輸出延遲過大 的風(fēng)險。
[0051] 具體地說，首先，在根據(jù)碼流輸出緩沖區(qū)以往的碼流輸出信息預(yù)測當(dāng)前信道帶寬 的步驟201中，采用線性預(yù)測方法預(yù)測當(dāng)前信道帶寬，該方法包括以下子步驟：
[0052] 計算第η幀的時間段內(nèi)的信道輸出帶寬C[n]，C[n]由下式確定：
[0054] 其中output_bits[n]為第η幀實際輸出碼流的比特數(shù)，valid_time[n]為第η中貞 物理碼流緩沖區(qū)非空的時間；
[0055] 利用前向m+1幀的信道帶寬預(yù)測第η+1幀的信道速率Cp[n+1]:
[0056] Cp [n+1] = Si1 · (m+l)+a2 ；
[0057] 其中，m為偶數(shù)，ai和a2為預(yù)測模型的模型參數(shù)，分別由下式確定：
[0060] 在本發(fā)明的其他實施方式中，也可以使用滑動窗口平均、IIR迭代計算等常用的信 道帶寬預(yù)測方法，并不局限于線性預(yù)測法預(yù)測信道帶寬。
[0061] 其次，優(yōu)選地，在碼流輸出緩沖區(qū)接收編碼的碼流后，根據(jù)當(dāng)前信道帶寬預(yù)測值以 及碼流輸出緩沖區(qū)的碼流駐留信息計算輸出延時，并根據(jù)輸出延時對碼流進行丟棄處理和 輸出處理，為下一次預(yù)測信道帶寬