[發(fā)明專利]場(chǎng)景切換碼率控制方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810149052.X
• 申請(qǐng)日: 2008-09-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101677398A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-03-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭勐;高艷君;熊君君;王錫貴;李昌賢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 三星電子株式會(huì)社;北京三星通信技術(shù)研究有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H04N7/24
• 分類(lèi)號(hào): H04N7/24;H04N7/26;H04N7/50
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 戎志敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及編碼技術(shù)，特別涉及場(chǎng)景切換碼率控制方法。

背景技術(shù)

為了節(jié)約傳輸帶寬和存儲(chǔ)空間，支持?jǐn)?shù)字電視廣播、遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)字視頻點(diǎn)播、無(wú)線多媒體通信等應(yīng)用，視頻編碼已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究和工業(yè)應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。至今國(guó)際上已制定了一系列的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，如MPEG-1/2/4，H.261/H.263，H.264/AVC，以及國(guó)內(nèi)目前正在制定完善中的AVS視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。其中，H.264/AVC和AVS與以前的標(biāo)準(zhǔn)相比，雖然編碼框架類(lèi)似，但其壓縮效率比以往的任何標(biāo)準(zhǔn)都提高了至少一倍以上，適合在更多的場(chǎng)景應(yīng)用。圖1為視頻編碼的編碼框架。

目前的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)采用的主要編解碼技術(shù)包括：整數(shù)變換、碼率控制，量化、幀內(nèi)預(yù)測(cè)、幀間預(yù)測(cè)、變長(zhǎng)編碼和去塊效應(yīng)濾波。

其中，碼率控制的目的是為了保證在產(chǎn)生指定碼率碼流的條件下，能夠達(dá)到最優(yōu)的圖像質(zhì)量，并保證編解碼緩沖區(qū)不會(huì)發(fā)生溢出。碼率控制模塊的主要輸出為量化參數(shù)(QP)，編碼過(guò)程中，根據(jù)此QP值，查找(或者計(jì)算)得到量化步長(zhǎng)(QPStep)，用于圖像量化。

碼率控制的主要步驟包括：首先，確定初始QP，這個(gè)可以是用戶輸入，也可以是碼率控制算法計(jì)算得到。但是，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用，需要碼率控制算法自動(dòng)計(jì)算。第二步為位分配，即根據(jù)目標(biāo)碼率以及緩沖區(qū)狀態(tài)，為每一幀圖像分配一定的比特?cái)?shù)；最后，計(jì)算并調(diào)整量化參數(shù)，使得編碼該幀圖像所用的比特?cái)?shù)接近分配給該幀的比特?cái)?shù)，從而達(dá)到目標(biāo)碼率。圖2為碼率控制模塊的框圖。

碼率控制是視頻編碼中必不可少的技術(shù)，任何標(biāo)準(zhǔn)離開(kāi)碼率控制，其應(yīng)用都會(huì)受到限制，比如在恒定帶寬約束條件下的傳輸系統(tǒng)中，如果沒(méi)有合適的碼率控制方法，信道將無(wú)法穩(wěn)定的傳輸壓縮視頻流。為此，每種視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)都推薦了一種適合其自身的碼率控制方案。

現(xiàn)在的碼率控制算法中，使用RQ預(yù)測(cè)模型和線性MAD預(yù)測(cè)模型，計(jì)算量化步長(zhǎng)。需要根據(jù)相鄰幀的相似性，估計(jì)得到圖像的復(fù)雜度PMAD，進(jìn)而根據(jù)分配的比特?cái)?shù)計(jì)算得到用于編碼的量化步長(zhǎng)。

現(xiàn)有的碼率控制方法是基于相鄰圖像幀內(nèi)容相似的假定，沒(méi)有考慮場(chǎng)景切換情況。

當(dāng)場(chǎng)景切換時(shí)，由于相鄰幀不再存在相似性，因此用于碼率控制的RQ預(yù)測(cè)模型和MAD預(yù)測(cè)模型失效，其計(jì)算得到的量化參數(shù)將不適合于場(chǎng)景切換幀。

另外，由于相鄰幀不再存在相似性，編碼P幀和B幀時(shí)，運(yùn)動(dòng)估計(jì)將失效，導(dǎo)致許多宏塊采用幀內(nèi)模式編碼，碼流長(zhǎng)度和圖像質(zhì)量波動(dòng)較大。

圖3給出了AVS參考軟件碼率控制方法下512Kbps混合CIF碼流的編碼結(jié)果，可以看到，在發(fā)生場(chǎng)景切換時(shí)，由于不合適的量化參數(shù)，導(dǎo)致圖像質(zhì)量大幅下降。

圖4給出了AVS參考軟件碼率控制方法下512Kbps混合CIF碼流的編碼長(zhǎng)度，可以看到在場(chǎng)景切換處，編碼長(zhǎng)度波動(dòng)非常大。

目前，場(chǎng)景切換碼率控制方法可以分為2類(lèi)。第1類(lèi)為2遍編碼方式，在第一遍編碼過(guò)程中發(fā)現(xiàn)場(chǎng)景切換幀，并記錄編碼信息，用于第二遍編碼。這類(lèi)方法計(jì)算量大，而且不適合實(shí)時(shí)應(yīng)用。

第2類(lèi)方法為1遍編碼方式。首先檢測(cè)是否發(fā)生場(chǎng)景切換，如果判斷出現(xiàn)場(chǎng)景切換則進(jìn)行不同的碼率控制。一種方法把場(chǎng)景切換幀類(lèi)型設(shè)定為I幀，也就是重新開(kāi)始一個(gè)GOP編碼，這種方法改變了GOP的結(jié)構(gòu)，一定程度上增加了編碼器的復(fù)雜度。其他方法，不改變GOP結(jié)構(gòu)，但是為場(chǎng)景切換幀重新分配碼率，然后根據(jù)分配的碼率來(lái)計(jì)算得到QP。

在場(chǎng)景檢測(cè)的方法上，2個(gè)相鄰幀像素差值，圖像像素平均值，以及運(yùn)動(dòng)估計(jì)殘差是常用的場(chǎng)景檢測(cè)參數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種場(chǎng)景切換時(shí)的碼率控制方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，一種場(chǎng)景切換碼率控制方法，包括步驟：

a)判斷當(dāng)前編碼圖像是否發(fā)生場(chǎng)景切換；

b)如果發(fā)生場(chǎng)景切換，則計(jì)算適合該場(chǎng)景切換幀的量化參數(shù)，并使用所述量化參數(shù)進(jìn)行編碼。

本發(fā)明的方法能夠方便的集成在現(xiàn)有的各種視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中。與已有的各種方法不同，本發(fā)明不改變編碼的GOP結(jié)構(gòu)，也不重新分配碼率，而是直接計(jì)算用于場(chǎng)景切換幀的量化參數(shù)。

附圖說(shuō)明

圖1是編碼器功能框圖；

圖2是碼率控制框圖；

圖3是場(chǎng)景切換前后圖像質(zhì)量；

圖4是編碼長(zhǎng)度；

圖5是發(fā)明流程圖；

圖6是場(chǎng)景檢測(cè)流程；

圖7是場(chǎng)景切換幀量化參數(shù)計(jì)算；

圖8是RD性能；

圖9是主觀質(zhì)量比較；

圖10是碼流長(zhǎng)度比較。