[发明专利]码率控制方法及装置

说明书

【技术领域】

本发明涉及数字图像处理领域，特别涉及视频压缩中的码率控制方法及装置。

【背景技术】

码率控制技术是影响视频编码器编码效率的关键因素之一，其主要任务就是有效地控制视频编码器，使其输出码流的大小满足传输信道实际带宽的限制，并且尽可能获得最优的解码图像。鉴于码率控制技术的重要性，它一直是视频编码技术研究领域中的热点问题，目前比较知名的算法主要有国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)和国际电信联盟(ITU)制定的TML5、TMN8和H.264为代表的码率控制算法。

码率控制算法的主要功能大概可分解为两个步骤，第一步就是所谓的“码位分配(Bit Allocation)”，即把有限的带宽分配到图像组(GOP)、帧以及宏块等图像单位上，所述每个图像组包括若干帧，每帧图像又包括若干个宏块；第二步就是计算量化参数(QP)，以使实际输出码率和目标码率基本一致。码率控制优化算法的设计目标就是要实现位优化分配以及输出码率的精确控制。其关键在于通过何种标准来进行码位分配和设定量化参数。

其中第一步码位分配时通常都是采用帧级码率控制方法，即把有限的带宽按照帧为单位分配码位。以TML5和TMN8为代表的早期帧级码率控制算法，都是在假定整个视频序列是较为平缓的前提下，简单地根据视频帧的类型进行码率分配。因而TML5和TMN8在视频序列有较大运动幅度的情况下，是很难达到视频图像质量稳定的效果。所以就有必要通过分析视频帧的运动复杂程度来决定当前帧的码率分配。通过实验可知，对于出现场景变化或较为复杂的视频帧应当给予较多的码位(这里较为复杂的视频帧可以认为是有较大运动幅度或有较多残差信息的视频帧)以获得较好的图像质量，反之对于比较平缓的视频帧，较少的码位是合适的。因此一些码率控制算法通过计算当前视频帧的SAD(summer of absolution difference)或PSNR(peak signal noise ratio)来评估视频帧的复杂程度。但是这些算法都是基于精确的率失真数学模型(RDO，rate distortion optimization)模式，需要大量的计算量，是很难应用到实际的嵌入式视频编码系统中去。并且这些算法都是通过已编码帧的数据递推得到当前帧的SAD和PSNR，与当前帧真实的SAD和PSNR有一定的偏差，其准确性也是值得商榷的。

因此，有必要提出一种新的帧级码率控制算法来解决上述方案的缺点。

【发明内容】

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

本发明的目的在于提供一种帧级码率控制方法及装置，通过评估视频帧的复杂度来分配码位。

为了达到本发明的目的，根据本发明的一个方面，本发明提供一种码率控制方法，所述方法包括：计算当前帧与先前编码帧的复杂度偏差；和根据所述复杂度偏差来进行当前帧的码位分配。

进一步地，所述当前帧与先前编码帧的复杂度偏差为当前帧的绝对误差和与先前编码帧的绝对误差和的商。

进一步地，所述先前编码帧的绝对误差和是所述当前帧之前若干已编码帧的绝对误差和的平均值，所述绝对误差和是一帧图像中所有宏块的绝对误差和的总和。

进一步地，所述根据所述复杂度偏差来进行当前帧的码位分配是指：根据所述复杂度偏差获得对应的码位分配因子，将所述码位分配因子与当前帧的初始码位估计值的乘积作为当前帧的最终码位估计值，所述初始码位估计值为所述当前帧所在图像组的剩余码位数与剩余帧数的商，所述剩余码位数是当前帧所在图像组所有可用码位数与已编码帧使用的码位数的差。

进一步地，所述复杂度偏差与所述码位分配因子为一阶分段函数，其中复杂度偏差为自变量，所述码位分配因子为因变量。

进一步地，所述一阶分段函数μ_j：

其中μ_j为码位分配因子，λ_j为复杂度偏差，j代表当前帧为所在图像组中的第j帧，0.5≤α≤1，1≤β≤2。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种码率控制装置，所述装置包括：复杂度偏差计算模块，计算当前帧与先前编码帧的复杂度偏差；和码位分配模块，根据所述复杂度偏差来进行当前帧的码位分配。