[發明專利]基于視頻內容復雜度自適應的極低延遲高性能視頻編碼幀內碼率控制方法

有效

• 申請號: 201610006189.4
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN105681793B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 何小海;林宏偉;付文杰;熊淑華;滕奇志;卿粼波
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H04N19/146
• 分類號: H04N19/146
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明針對HEVC視頻編碼標準提供了基于復雜度自適應的極低延遲高性能幀內碼率控制方法。主要包括利用緩沖區調節幀層和LCU行層比特分配。在幀層分配中，通過已編碼幀緩沖區數據對當前幀及其LCU行目標比特進行調節；幀層比特分配完畢之后，進行LCU行層的比特分配，并利用了相鄰兩幀時域復雜度的關聯性，使得每一幀的碼率控制可以在每幀中的一個LCU行進入編碼器后即可開始，大大降低了緩沖區大小。本發明方法使實際碼率更符合目標碼率，且緩沖區數據量極大的減少，同時輸出比特更平穩。實驗結果表明，本發明方法與HEVC標準碼率控制提案JCTVC?K0103和JCTVC?K0257相比，緩沖區數據量減小十分明顯，峰值信噪比基本保持不變，同時實際碼率與目標碼率之間的碼率偏差也有所降低。

技術領域

本發明涉及圖像通信領域中的視頻編碼碼率控制問題，尤其是涉及一種高性能視頻編碼標準HEVC的幀內編碼自適應碼率控制方法。

背景技術

碼率控制技術在視頻傳輸系統中的作用十分重要，特別是在實時視頻傳輸應用中更是起到舉足輕重的作用。碼率控制的作用是調整視頻編碼參數，使得編碼輸出碼率與傳輸帶寬相匹配，并因此能夠防止編碼端和解碼端的緩沖區發生上溢和下溢。為了達到這個目的，以往的視頻編碼標準都將碼率控制技術加入到了各自的視頻編碼框架之中。例如，MPEG2標準中的TM5，MPEG4中的VM-8，H.263中的TMN8，以及H.264中的JM。HEVC作為最新一代視頻編碼標準，其性能與H.264相比，節約了50％的編碼碼率，但是隨著高清視頻的出現，如何進一步提升視頻壓縮及傳輸質量的問題逐漸進入人們視野。因此，如何在固定帶寬下，以極低的傳輸延遲，實時傳輸編碼碼流，同時避免緩沖區數據溢出成為視頻編碼領域研究的熱點。

在實時視頻通信系統中，除了率失真(RD)特性標準之外，端到端的延遲同樣會影響接收端接收視頻的質量。Chen Q等建立了視頻編碼RD特性與端到端傳輸延遲之間的模型，由此模型可以看出，端到端延遲最終會影響接收端視頻的RD性能。此外，在實時視頻通信中，每一幀的實際編碼比特并不總是與編碼端傳輸帶寬相等；為了解決這個問題，編解碼端都會設置一個緩沖區來臨時存儲編碼比特，而這個緩沖區會造成更大的端到端傳輸延遲。視頻傳輸延遲分為兩個部分：信道延遲和由緩沖區造成的緩沖延遲。由于信道延遲很難被預估，所以必須降低編解碼系統中的緩沖延遲。目前，許多實時視頻通信應用系統都要求極低的延遲，例如電視會議，視頻通話，室內無線視頻通信等。在這些應用場景中，緩沖區必須設置的很小，以適應極低延遲的要求。然而在現有的低延遲碼率控制算法中，其緩沖區都遠遠大于編碼一幀所產生的比特數。即使將編解碼端的緩沖區大小都設為編碼一幀所產生的比特數，其總延遲依然遠遠大于兩幀延遲。此外，考慮到HEVC主要是針對處理高分辨率視頻，那么其每一幀的編碼比特數都會較大。將以上因素所導致的延遲綜合考慮后，可以發現最終導致的端到端延遲必然會被用戶所察覺，并帶來十分不好的用戶體驗。因此，HEVC中的現有針對低延遲的碼率控制方法都不能達到極低延遲的應用要求。