[發(fā)明專利]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

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510081175.4
• 申請日: 2015-02-14
• 公開（公告）號: CN104683804B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周明亮;趙鵬;張永飛;李波
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H04N19/146
• 分類號: H04N19/146;H04N19/164;H04N19/196
• 代理公司: 北京慕達(dá)星云知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)11465
• 代理人: 苗青盛

技術(shù)領(lǐng)域

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)

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(fù)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。

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。

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(zhǔn)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(biāo)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?shù)慕嵌热リP(guān)注初始幀率的選擇。

發(fā)明內(nèi)容

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。

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(zhǔn)確性，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。

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(zhǔn)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。

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：

步驟(1)、輸入視頻序列，獲取初始帶寬，判斷是否是初始幀；

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)；

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(zhǔn)確性，計算下一更新周期的長度；

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。

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：

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；