[發明專利]一種多通道視頻聯合碼率控制方法

有效

• 申請號: 201010180812.0
• 申請日: 2010-05-24
• 公開（公告）號: CN101854531A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 高偉;孫翼;章勇
• 申請（專利權）人: 鎮江唐橋微電子有限公司
• 主分類號: H04N7/24
• 分類號: H04N7/24;H04N7/26;H04N7/58
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及一種多通道視頻編碼的聯合碼率控制方法，應用于視頻圖像編碼領域，本發明可應用于廣電和視頻監控領域的多通道視頻編碼。

背景技術

隨著網絡通信技術和大規模集成電路技術的發展，數字視頻編碼技術廣泛應用于廣播電視、網絡電視、視頻監控、視頻會議等領域。多通道視頻編碼器在上述應用中主要負責完成多路輸入視頻的壓縮、封裝和發送。如何根據視頻內容動態地在多路視頻之間有效分配網絡帶寬，合理調整多路視頻的編碼碼率是影響視頻服務器性能的關鍵因素。

當多個視頻流在同一固定帶寬信道內傳輸時，采用統計復用技術能夠根據各通道視頻內容和優先級，將固定的信道帶寬動態地分配給各通道。這樣，不但各通道視頻的圖像質量得以保持穩定，而且充分利用了信道資源，能獲取較高的復用增益。傳統的統計復用技術包括幀平移法[10-13]，以及相對于獨立編碼的聯合碼率控制算法[14]。幀平移法原理簡單，容易實現，但是一幀的碼率無法有效反映出區域的活動性對碼率的影響，不能根據各通道視頻內容的活動性進行碼率最優的調整，造成視頻質量的大幅波動。聯合碼率控制方法可以避免各通道獨立編碼中重建圖像之間存在顯著差異的缺陷，能夠根據圖像的復雜程度在各通道節目之間動態分配比特，以維持各通道圖像質量的均衡。

本發明提出了一種應用于多通道視頻編碼的新的信源信道聯合碼率控制技術，該技術以率失真理論為基礎，在一定近似條件下，建立信源各通道視頻的率失真關系，進而在保持各通道視頻失真度一致的前提下，根據信道帶寬為各通道動態分配相應的比特數，從而減少頻帶資源的浪費，同時在傳送多通道復雜度差別很大的視頻時，維護各通道視頻之間質量的基本一致性。

信源編碼的碼率控制技術可分為固定碼率(CBR)和可變碼率(VBR)編碼技術。其中，固定碼率方法相對簡單，如MPEG-2編碼模型TM5[1]中建議采用的固定碼率編碼方式。但固定碼率方法無法緩解由于圖像內容變化導致的圖像質量波動。而可變碼率方法根據圖像復雜度或用戶需求調整輸出碼率，重建圖象主觀質量比固定碼率編碼更加穩定。

經典的碼率控制方法主要有MPEG-2TM5[1][2]，H.263TMN8[3][4]，MPEG-4VM8[5][6]，以及H.264[7].此外，Zhihai?He等人基于碼率與DCT零系數個數的線性關系提出了Rho域的碼率控制方法[8][9]。這些碼率控制方法通過建立Q域或Rho域的率失真模型以及分級的比特分配方案，獲得良好的性能。

本發明提出的應用于多通道視頻編碼的信源信道聯合碼率控制技術，將信道的統計復用與信源的可變碼率(VBR)碼率控制結合，根據視頻源圖像內容的復雜程度，為各通道分配比特，從而在保證各通道復用比特流滿足帶寬的前提下，減小各通道編碼圖像質量差異；而且，由于對每個通道固定時間周期內采用可變碼率比特分配技術，可保證各通道圖像質量的穩定。

發明內容

所要解決的問題：

本發明主要針對多通道視頻編碼器如何根據多通道視頻內容差異性，將信道帶寬有效分配給各通道每一個視頻幀，從而減小各通道之間的視頻質量差異以及本通道的視頻質量波動的問題而提供了一種多通道視頻聯合碼率控制方法。

技術方案：一種多通道視頻聯合碼率控制方法，首先根據每個通道的視頻內容建立基于Rho域的率失真模型，然后根據多通道視頻編碼統計信息和信道帶寬，將固定時間周期內的信道帶寬分配給每個通道，最后每個通道根據分配的帶寬和當前時間周期內的視頻內容動態地為每個視頻幀分配目標編碼比特，并根據該目標比特，計算每個視頻幀的量化參數，其包括以下四個步驟：

第一步：編碼統計信息采集

統計信息采集模塊負責統計一幀的平均量化參數QP_avg、DCT系數的方差σ²、累計編碼比特R_tot、DCT系數中零系數的比重ρ和各宏塊編碼模式的比重mode_ratio；

第二步：多通道比特分配