[發明專利]一種H.264碼率控制跳幀優化方法

在審

• 申請號: 201910322251.4
• 申請日: 2019-04-22
• 公開（公告）號: CN110113602A
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 武斌;董澤芳;李鵬
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04N19/103
• 分類號: H04N19/103;H04N19/154;H04N19/177;H04N19/184
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發明公開了一種H.264碼率控制跳幀優化方法，解決了在場景切換或物體運動復雜的情況下緩沖器溢出或連續跳幀的技術問題。實現步驟包括：設置初始化相關參數；計算當前幀的目標比特和量化參數；設置跳幀相關閾值；計算當前幀的運動復雜度；計算當前幀的比特因子；對前3幀做特殊的跳幀處理；從第4幀開始，進行規范性的跳幀處理；編碼當前幀；更新跳幀后的相關參數，對下一幀進行跳幀優化。本發明首先用運動復雜度代替MAD，其次對于不同的運動復雜度設置不同的緩沖器占有率，最后綜合運動復雜度、緩沖器占有率、未編碼幀的比特因子來判斷是否跳幀。有效地提高了視頻主觀質量，主要用于碼率控制跳幀優化。

技術領域

本發明屬于視頻編解碼技術領域，主要涉及碼率控制，具體是一種H.264碼率控制跳幀優化方法，用于有效控制跳幀，提高視頻主觀質量。

背景技術

由于H.264視頻編碼標準具有較高的壓縮比、良好的網絡親和力和較強的抗誤碼能力，使得它在視頻編碼領域得到了廣泛的應用。

通常來說，根據圖像內容復雜度的變化，編碼產生的碼流也會隨著變化，但信道帶寬一般是固定的，這就會造成一種現象：當前幀的運動復雜度較高的時候，編碼輸出的碼流比特比較高，往往超出信道帶寬的輸出能力；然而當前幀的運動復雜度較低的時候，編碼輸出的碼流比特就比較低，信道帶寬沒有充分得到利用。所以為了防止信道帶寬不夠造成數據丟失，又不會浪費信道帶寬，在碼流發送到信道前，先暫時存儲在一個緩沖器當中，來平滑碼率，使得碼流盡可能地以恒定比特率發往通信信道。

然而，在實際當中，上述的緩沖器很容易出現上溢和下溢的情況，造成數據的丟失，嚴重影響了視頻的主觀質量。所以最近幾年，許多科研工作者提出了各種跳幀方法來防止緩沖區的上溢和下溢。

H.264編碼標準的參考軟件JM8.6采用的JVT-H017提案的碼率控制提出了最為簡單的跳幀策略。該算法僅僅根據當前緩沖區占用率的大小來判斷是否跳幀，如果緩沖區占有率大于80％，就采取跳幀；否則不跳幀。當一幀未編碼圖像分配的平均比特比目標比特低時，如果不跳幀，編碼的圖像質量會很低，影響序列的整體質量。這種情況采用JVT-H017提案的策略就不合適。華南理工大學電子與信息學院蔡文霞等人在計算機科學與技術發表的一種有效的H.264碼率控制跳幀算法提出的跳幀算法對緩沖區占有率設置了三個閾值，然后結合當前緩沖占有率和當前未編碼的圖像的運動劇烈程度來作為跳幀的判斷依據，該算法使用MAD來衡量圖像運動劇烈程度，但MAD值不能很好地反映運動的劇烈程度，只能反映當前幀和參考幀之間的相似度。浙江工業大學信息工程學院周駿華等人在浙江工業大學學報發表的一種基于運動復雜度的新的H.264碼率控制跳幀算法提出預測碼率與已編碼幀平均碼率之比作為圖像復雜度，然后結合緩沖區占有率來判斷是否采取跳幀策略,但該算法沒有考慮后續未編碼幀的情況。武漢大學國家多媒體軟件工程技術研究中心周全等人在計算機工程與科學發表的H.264碼率控制跳幀算法的優化提出了運動復雜度概念，并考慮了未編碼幀的情況，但該算法對緩沖器占有率的閾值劃分還是過于粗糙，對前3幀也沒有做特殊的處理。

現有技術存在以下幾個不足的地方：第一點，對于緩沖器占有率設置一個固定的閾值，僅當緩沖器占有率超過80％時，就跳幀，否則，就不跳幀。當緩沖器占有率為50％時，如果發生場景切換，當前幀產生的比特很大，很容易造成緩沖器上溢。第二點，盡管有些算法考慮了圖像復雜度，但使用平均絕對誤差(MAD)作為衡量圖像復雜度的指標存在一定的局限性，MAD值不能很好地反映運動的劇烈程度，只能反映當前幀和參考幀之間的相似度，所以還需要利用其它的指標去衡量圖像的復雜度。第三點，現有算法大部分僅考慮編碼幀的影響，并很少考慮未編碼幀的影響。當一幀未編碼圖像分配的平均預測比特比目標比特低時，如果不跳幀，編碼的圖像質量會很低，影響序列的整體質量。第四點，因為I幀和前幾個P幀對于解碼很重要，跳過其中的一幀對視頻質量會造成很大的影響，所以應該對前3幀作特殊的處理，但現有的算法很少對前三幀作特殊的處理。

發明內容