專利名稱：一種恒定碼率的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字音視頻的傳輸控制相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種恒定碼率的控制方法。

背景技術(shù)：
在視頻的實(shí)時(shí)通信中，碼流需要在不同帶寬的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸。為了在保證相對(duì)較高的視頻圖像質(zhì)量的同時(shí)，盡可能的提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，就對(duì)視頻流的傳輸碼率的控制提出了需求。目前的碼率控制技術(shù)就是通過不停地調(diào)整編碼參數(shù)來控制緩沖區(qū)中比特的占有度，使其盡量達(dá)到穩(wěn)定，不出現(xiàn)上溢和下溢的情況；同時(shí)在保證緩沖比特占有度穩(wěn)定的前提下，盡量保證圖像質(zhì)量的穩(wěn)定。在各種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)中，碼率控制一直扮演著非常重要的角色，例如MPEG2的TM5，H.263的TMN8等。然而在最新的視頻標(biāo)準(zhǔn)，如H.264/MPEG-4 AVC和AVS中，由于采用了很多全新的編碼技術(shù)，以前的很多碼率控制算法已經(jīng)不能應(yīng)用在新的編碼標(biāo)準(zhǔn)中。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種恒定碼率的控制方法，所述碼率控制方法通過對(duì)每個(gè)圖像組(GOP)為單位進(jìn)行恒定碼率控制。所述方法不僅控制精度高，輸出的碼流波動(dòng)小，而且編碼主觀圖像質(zhì)量好，同時(shí)計(jì)算復(fù)雜度低，適合各種軟件和硬件編碼的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種恒定碼率的控制方法，所述方法基于調(diào)節(jié)視頻圖像碼流的量化參數(shù)值來實(shí)現(xiàn)碼率控制，所述碼流包括I幀、P幀和B幀，具體步驟如下 步驟1、把視頻圖像劃分成若干個(gè)圖像組GOP，每個(gè)GOP是一組時(shí)間上連續(xù)的圖像，其目標(biāo)比特?cái)?shù)記為Bitgop，上式中NP和 NB分別為每個(gè)GOP中的B幀和P幀圖像的幀數(shù)，R為信道目標(biāo)傳輸碼率，F(xiàn)為輸出幀率，Bitless為上一個(gè)GOP編碼后剩余的比特?cái)?shù)，Bitless的初始值為0； 步驟2、實(shí)現(xiàn)幀級(jí)碼率控制，其進(jìn)一步包括 步驟2.1、計(jì)算當(dāng)前B幀或P幀能夠得到的比特?cái)?shù)為Bitcur_pic＝λcur×(Bitgop-Bitcur_gop_used)，上式中Bitcur_gop_used為當(dāng)前GOP已經(jīng)使用的比特?cái)?shù)，λcur是當(dāng)前圖像的加權(quán)系數(shù)，根據(jù)當(dāng)前圖像B幀或P幀的復(fù)雜度進(jìn)行計(jì)算； 步驟2.2、分別計(jì)算每幀中第i個(gè)P幀或B幀的量化參數(shù)QPP_i或QPB_i，i＝1，2，3......； 步驟2.2.1、計(jì)算QPP_i n＝1，2，...，L0-1 上式中，α為當(dāng)前幀的編碼比特Bitcur_pic與參考幀的編碼比特Bitref_pic的比，即QPref為P幀的參考幀的量化參數(shù)，L0為GOP的長(zhǎng)度，η為經(jīng)驗(yàn)值，一般取1.8； 步驟2.2.2、計(jì)算QPB_i 用L表示I幀與P幀之間或P幀與P幀之間包含的B幀數(shù)量，設(shè)B幀參考的兩幀圖像的量化參數(shù)分別為QP1和QP2； 則當(dāng)L大于1時(shí)，設(shè)定GOP中的第1個(gè)I幀的QP和第1個(gè)P幀的QP值均為QP1，則 QPB_1＝QP1+Δ； Δ是QPB_1與QP1的差，Δ取值如下
當(dāng)L等于1時(shí)，QPB_i＝QP1+2； 步驟2.3、根據(jù)每一幀的量化參數(shù)，重新對(duì)每一幀進(jìn)行編碼，直至幀結(jié)束；若幀未結(jié)束，則跳到步驟1； 步驟3、實(shí)現(xiàn)宏塊級(jí)碼率控制，其進(jìn)一步包括 步驟3.1、計(jì)算宏塊的平均絕對(duì)量化失真MAQD，記為MAQDMB， 上式中，Ci為宏塊的殘差DCT變換后的第i個(gè)DCT系數(shù)，N為一個(gè)宏塊包含的像素個(gè)數(shù)，β是實(shí)驗(yàn)值，一般取0.98，step是宏塊的量化步長(zhǎng)； 步驟3.2、計(jì)算當(dāng)前宏塊的平均絕對(duì)量化失真，記為MAQDMB_cur，由當(dāng)前宏塊左邊相鄰宏塊的MAQD和參考幀的相應(yīng)位置的宏塊的MAQD加權(quán)得到，左邊相鄰宏塊和參考幀的相應(yīng)位置的宏塊的MAQD分別記為MAQDMB_left和MAQDMB_ref，則
步驟3.3、計(jì)算當(dāng)前宏塊的目標(biāo)比特，記為BitMB_cur， 上式中，θ是實(shí)驗(yàn)值，由宏塊類型和幀類型確定；N是當(dāng)前幀包含的宏塊數(shù)目，一般可取0.93；Bitcur_pic為當(dāng)前幀分配的比特；AVG(MAQD)是當(dāng)前已經(jīng)編碼的宏塊的MAQD的算術(shù)平均； 步驟3.4、計(jì)算當(dāng)前宏塊的量化參數(shù)，記為QPMB_cur， QPMB_cur＝λ×QPMB_prev+ΔQP 上式中，λ表示當(dāng)前宏塊的編碼比特BitMB_cur與相鄰的已經(jīng)編碼宏塊的編碼比特的平均值A(chǔ)VG(BitMB)的比，計(jì)算公式為其中 BitMB_left、BitMB_upleft、BitMB_up和BitMB_upright分別是待編碼宏塊的左邊、上左邊、上邊和上右邊相鄰已經(jīng)編碼宏塊的比特；iMB_left、iMB_upleft、iMB_up、iMB_upright的取值如下確定



QPMB_prev為當(dāng)前編碼宏塊前一個(gè)已經(jīng)編碼的宏塊的量化參數(shù)；ΔQP為量化參數(shù)的調(diào)整量，ΔQP取值由ω的范圍確定，
步驟3.5、根據(jù)宏塊級(jí)的ΔQP調(diào)整量化參數(shù)，完成當(dāng)前宏塊的編碼； 步驟3.6、判斷當(dāng)前圖像所有宏塊編碼是否完成，若宏塊編碼已完成，則跳到步驟2；若宏塊編碼未完成，則跳到步驟3.1； 步驟4、根據(jù)步驟2更新當(dāng)前圖像的編碼量化參數(shù)，完成當(dāng)前幀編碼；判斷當(dāng)前圖像組GOP中所有的幀圖像的幀編碼是否完成，若果已完成，則繼續(xù)步驟5，否則，更新Bitless，跳到步驟2.1； 步驟5、如果當(dāng)前圖像的所有圖像組的編碼均已完成，則結(jié)束，否則跳到步驟1。
本發(fā)明由于采用了上述的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，不僅控制精度高，輸出的碼流波動(dòng)小，而且編碼主觀圖像質(zhì)量好，計(jì)算復(fù)雜度低，適合各種軟件和硬件的應(yīng)用。

具體實(shí)施例方式 以下將對(duì)本發(fā)明的恒定碼率的控制方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本實(shí)施例要求對(duì)包含一個(gè)I幀，4個(gè)P幀，11個(gè)B幀的圖像進(jìn)行編碼和傳輸碼率控制，圖像大小為352×288，劃分為16個(gè)圖像組(GOP)，目標(biāo)幀率為400Kbps。本發(fā)明提供了一種恒定碼率的控制方法，所述方法基于調(diào)節(jié)量化參數(shù)QB值來實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下 步驟1、把視頻圖像按時(shí)間上的連續(xù)劃分成若干個(gè)GOP，每個(gè)GOP的目標(biāo)比特?cái)?shù)記為Bitgop，上式中NP和NB分別為每個(gè)圖像組GOP中的B幀和P幀圖像的幀數(shù)，R為信道目標(biāo)傳輸碼率，F(xiàn)為輸出幀率，Bitless為上一個(gè)GOP編碼后剩余的比特?cái)?shù)，Bitless的初始值為0； 步驟2、實(shí)現(xiàn)幀級(jí)碼率控制； 步驟2.1、計(jì)算當(dāng)前B幀或P幀能夠得到的比特?cái)?shù)為Bitcur_pic＝λcur×(Bitgop-Bitcur_gop_used)，上式中Bitcur_gop_used為當(dāng)前GOP已經(jīng)使用的比特?cái)?shù)，λcur是當(dāng)前圖像的加權(quán)系數(shù)，根據(jù)當(dāng)前圖像B幀或P幀的復(fù)雜度進(jìn)行計(jì)算；設(shè)當(dāng)前GOP得到的碼率為Bitgop＝400kbps，I幀使用的比特?cái)?shù)BitI＝95824bit，P幀使用的比特?cái)?shù)BitP＝23832bit，接后面的2個(gè)B幀使用的比特?cái)?shù)分別為8488bit，12928bit，這樣Bitcur_gop_used＝258928bit，Bitgop-Bitcur_gop_used＝141072bit，對(duì)P幀進(jìn)行計(jì)算，λcur取0.13，則P幀的Bitcur_pic＝18339bit；對(duì)B幀進(jìn)行計(jì)算，λcur取0.05，則B幀的Bitcur_pic＝7053bit。
步驟2.2、分別計(jì)算每幀中第i個(gè)P幀或B幀的量化參數(shù)QPP_i或QPB_i，i＝1，2，3......； 步驟2.2.1、計(jì)算QPP_i n＝1，2，...，L0-1 上式中，α為當(dāng)前幀的編碼比特Bitcur_pic與參考幀的編碼比特為Bitref_pic的比，假如已知Bitref_pic＝23832bit，則QPref為P幀的參考幀的量化參數(shù)，即為上一個(gè)參考幀的平均量化參數(shù)，可知QPref＝36，L0為GOP的長(zhǎng)度為16，η為經(jīng)驗(yàn)值，一般取1.8；對(duì)下一個(gè)P幀n＝2，可計(jì)算QPP_i＝29.24。
步驟2.2.2、計(jì)算QPB_i 用L表示I幀與P幀之間或P幀與P幀之間包含的B幀數(shù)量，設(shè)B幀參考的兩幀圖像的量化參數(shù)分別為QP1和QP2，根據(jù)以上計(jì)算可得B幀的2個(gè)參考幀QP1＝36，QP2＝29.24，則QP2-QP1＝-6.76；在本實(shí)施例中，L＝2，根據(jù)Δ取值，即
可得Δ＝2， 步驟2.3、根據(jù)每一幀的量化參數(shù)，重新對(duì)每一幀進(jìn)行編碼，直至幀結(jié)束；若幀未結(jié)束，則跳到步驟1； 步驟3、實(shí)現(xiàn)宏塊級(jí)碼率控制； 步驟3.1、計(jì)算宏塊的平均絕對(duì)量化失真(MAQD，Mean Absolute QuantizedDistortion)，記為MAQDMB， 上式中，Ci為宏塊的殘差DCT變換后的第i個(gè)DCT系數(shù)，N為一個(gè)宏塊包含的像素個(gè)數(shù)，β是實(shí)驗(yàn)值，一般取0.98，step是宏塊的量化步長(zhǎng)； 步驟3.2、計(jì)算當(dāng)前宏塊的平均絕對(duì)量化失真，記為MAQDMB_cur，由當(dāng)前宏塊左邊相鄰宏塊的MAQD和參考幀的相應(yīng)位置的宏塊的MAQD加權(quán)得到，左邊相鄰宏塊和參考幀的相應(yīng)位置的宏塊的MAQD分別記為MAQDMB_left和MAQDMB_ref，則
步驟3.3、計(jì)算當(dāng)前宏塊的目標(biāo)比特，記為BitMB_cur， 上式中，θ是實(shí)驗(yàn)值，由宏塊類型和幀類型確定，本實(shí)施例取0.93； 對(duì)于P幀，Bitcur_pic＝18339bit，N＝352×288/16＝6336，對(duì)P幀的一個(gè)宏塊，左邊的宏塊存在，MAQDMB_left＝2.1，MAQDMB_ref＝1.9，MAQDMB_cur＝3.5，AVG(MAQD)＝2.9，則BitMB_cur＝3.2； 對(duì)于B幀，Bitcur_pic＝7053bit，N＝352×288/16＝6336，對(duì)B幀的一個(gè)宏塊，左邊的宏塊存在，MAQDMB_left＝1.1，MAQDMB_ref＝1.9，MAQDMB_cur＝1.1，AVG(MAQD)＝1.09，則BitMB_cur＝1.04。
步驟3.4、計(jì)算當(dāng)前宏塊的量化參數(shù)，記為QPMB_cur， QPMB_cur＝λ×QPMB_prev+ΔQP 上式中，λ表示當(dāng)前宏塊的編碼比特BitMB_cur與相鄰的已經(jīng)編碼宏塊的編碼比特的平均值A(chǔ)VG(BitMB)的比，計(jì)算公式為其中 對(duì)于P幀QPMB_prev＝32，ω＝3.5/2.9＝1.2，ΔQP＝-1，iMB_left不存在，iMB_upleft、iMB_up和iMB_upright存在，則iMB_left＝0、iMB_upleft＝1、iMB_up＝1、iMB_upright＝1，BitMB_lefe＝0，BitMB_upleft＝3.5，BitMB_up＝2.9，BitMB_upright＝2.0，AVG(BitMB)＝(3.5+2.9+2)/3＝2.8，則QPMB_cur＝λ×QPMB_prev+ΔQP＝1.14×32-1＝35.6； 對(duì)于B幀QPMB_prev＝35，ω＝1.1/1.09＝1.0，ΔQP＝-1，iMB_left、iMB_upleft、iMB_up和iMB_upright存在，則iMB_left＝1、iMB_upleft＝1、iMB_up＝1、iMB_upright＝1，BitMB_left＝3.1，BitMB_upleft＝3.3，BitMB_up＝3.6，BitMB_upright＝2.8，AVG(BitMB)＝(3.1+3.3+3.6+2.8)/4＝3.2，則QPMB_cur＝λ×QPMB_prev+ΔQP＝0.38×36-1＝12.5； 步驟3.5、根據(jù)宏塊級(jí)的ΔQP調(diào)整量化參數(shù)，完成當(dāng)前宏塊的編碼； 步驟3.6、判斷當(dāng)前圖像所有宏塊編碼是否完成，若宏塊編碼已完成，則跳到步驟2；若宏塊編碼未完成，則跳到步驟3.1； 步驟4、根據(jù)步驟2更新當(dāng)前圖像的編碼量化參數(shù)，完成當(dāng)前幀編碼；判斷當(dāng)前圖像組GOP中所有的幀圖像的幀編碼是否完成，若果已完成，則繼續(xù)步驟5，否則，更新Bitless，跳到步驟2.1； 步驟5、如果當(dāng)前圖像的所有圖像組的編碼均已完成，則結(jié)束，否則跳到步驟1。
實(shí)施例編碼結(jié)果表明，本發(fā)明所述的恒定碼率控制方法不僅具有控制精度高，輸出的碼流波動(dòng)小的優(yōu)點(diǎn)，而且編碼主觀圖像質(zhì)量好，同時(shí)計(jì)算復(fù)雜度低。
權(quán)利要求
1.一種恒定碼率的控制方法，所述方法基于調(diào)節(jié)視頻圖像碼流的量化參數(shù)值來實(shí)現(xiàn)碼率控制，所述碼流包括I幀、P幀和B幀，其特征在于，所述碼率控制方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)
步驟1、把視頻圖像劃分成若干個(gè)圖像組GOP，每個(gè)GOP是一組時(shí)間上連續(xù)的圖像，其目標(biāo)比特?cái)?shù)記為Bitgop，上式中NP和NB分別為每個(gè)GOP中的B幀和P幀圖像的幀數(shù)，R為信道目標(biāo)傳輸碼率，F(xiàn)為輸出幀率，Bitless為上一個(gè)GOP編碼后剩余的比特?cái)?shù)，Bitless的初始值為0；
步驟2、實(shí)現(xiàn)幀級(jí)碼率控制，其進(jìn)一步包括
步驟2.1、計(jì)算當(dāng)前B幀或P幀能夠得到的比特?cái)?shù)為Bitcur_pic＝λcur×(Bitgop-Bitcur_gop_used)，上式中Bitcur_gop_used為當(dāng)前GOP已經(jīng)使用的比特?cái)?shù)，λcur是當(dāng)前圖像的加權(quán)系數(shù)，根據(jù)當(dāng)前圖像B幀或P幀的復(fù)雜度進(jìn)行計(jì)算；
步驟2.2、分別計(jì)算每幀中第i個(gè)P幀或B幀的量化參數(shù)QPP_i或QPB_i，i＝1，2，3......；
步驟2.2.1、計(jì)算QPP_i
n＝1，2，...，L0-1
上式中，α為當(dāng)前幀的編碼比特Bitcur_pic與參考幀的編碼比特Bitref_pic的比，即QPref為P幀的參考幀的量化參數(shù)，L0為GOP的長(zhǎng)度，η為經(jīng)驗(yàn)值，一般取1.8；
步驟2.2.2、計(jì)算QPB_i
用L表示I幀與P幀之間或P幀與P幀之間包含的B幀數(shù)量，設(shè)B幀參考的兩幀圖像的量化參數(shù)分別為QP1和QP2；
則當(dāng)L大于1時(shí)，設(shè)定GOP中的第1個(gè)I幀的QP和第1個(gè)P幀的QP值均為QP1，則
QPB_1＝QP1+Δ；
Δ是QPB_1與QP1的差，Δ取值如下
當(dāng)L等于1時(shí)，QPB_i＝QP1+2；
步驟2.3、根據(jù)每一幀的量化參數(shù)，重新對(duì)每一幀進(jìn)行編碼，直至幀結(jié)束；若幀未結(jié)束，則跳到步驟1；
步驟3、實(shí)現(xiàn)宏塊級(jí)碼率控制，其進(jìn)一步包括
步驟3.1、計(jì)算宏塊的平均絕對(duì)量化失真MAQD，記為MAQDMB，
上式中，Ci為宏塊的殘差DCT變換后的第i個(gè)DCT系數(shù)，N為一個(gè)宏塊包含的像素個(gè)數(shù)，β是實(shí)驗(yàn)值，一般取0.98，step是宏塊的量化步長(zhǎng)；
步驟3.2、計(jì)算當(dāng)前宏塊的平均絕對(duì)量化失真，記為MAQDMB_cur，由當(dāng)前宏塊左邊相鄰宏塊的MAQD和參考幀的相應(yīng)位置的宏塊的MAQD加權(quán)得到，左邊相鄰宏塊和參考幀的相應(yīng)位置的宏塊的MAQD分別記為MAQDMB_left和MAQDMB_ref，則
步驟3.3、計(jì)算當(dāng)前宏塊的目標(biāo)比特，記為BitMB_cur，
上式中，θ是實(shí)驗(yàn)值，由宏塊類型和幀類型確定；N是當(dāng)前幀包含的宏塊數(shù)目，一般可取0.93；Bitcur_pic為當(dāng)前幀分配的比特；AVG(MAQD)是當(dāng)前已經(jīng)編碼的宏塊的MAQD的算術(shù)平均；
步驟3.4、計(jì)算當(dāng)前宏塊的量化參數(shù)，記為QPMB_cur，
QPMB_cur＝λ×QPMB_prev+ΔQP
上式中，λ表示當(dāng)前宏塊的編碼比特BitMB_cur與相鄰的已經(jīng)編碼宏塊的編碼比特的平均值A(chǔ)VG(BitMB)的比，計(jì)算公式為其中
BitMB_left、BitMB_upleft、BitMB_up和BitMB_upright分別是待編碼宏塊的左邊、上左邊、上邊和上右邊相鄰已經(jīng)編碼宏塊的比特；iMB_left、iMB_upleft、iMB_up、iMB_upright的取值如下確定
QPMB_prev為當(dāng)前編碼宏塊前一個(gè)已經(jīng)編碼的宏塊的量化參數(shù)；ΔQP為量化參數(shù)的調(diào)整量，ΔQP取值由ω的范圍確定，
步驟3.5、根據(jù)宏塊級(jí)的ΔQP調(diào)整量化參數(shù)，完成當(dāng)前宏塊的編碼；
步驟3.6、判斷當(dāng)前圖像所有宏塊編碼是否完成，若宏塊編碼已完成，則跳到步驟2；若宏塊編碼未完成，則跳到步驟3.1；
步驟4、根據(jù)步驟2更新當(dāng)前圖像的編碼量化參數(shù)，完成當(dāng)前幀編碼；判斷當(dāng)前圖像組GOP中所有的幀圖像的幀編碼是否完成，若果已完成，則繼續(xù)步驟5，否則，更新Bitless，跳到步驟2.1；
步驟5、如果當(dāng)前圖像的所有圖像組的編碼均已完成，則結(jié)束，否則跳到步驟1。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種恒定碼率的控制方法，所述方法把當(dāng)前圖像劃分成若干個(gè)圖像組，對(duì)每個(gè)圖像組采用幀級(jí)碼率控制和宏塊級(jí)碼率控制來對(duì)圖像進(jìn)行編碼。本發(fā)明提供的恒定碼率控制方法，控制精度高，輸出的碼流波動(dòng)小，而且編碼主觀圖像質(zhì)量好，計(jì)算復(fù)雜度很低，適合各種軟件和硬件編碼的應(yīng)用。
文檔編號(hào)H04N7/26GK101184239SQ20071017227
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月13日
發(fā)明者許昌滿, 李國(guó)平 申請(qǐng)人:上海廣電(集團(tuán))有限公司中央研究院