[发明专利]一种实时的基于H.264的低比特率视频转码方法

说明书

技术领域

本发明属于多媒体信号处理领域，特别是一种实时的基于H.264的低比特率视频转码方法，主要应用于无线视频点播，远程(无线)视频监控等领域。

背景技术

视频的应用环境非常复杂，从传输的信道，存储介质，到播放终端等都各不相同。在这些应用中，常常需要对视频流中的图像大小，帧率，图像质量等各参数进行调整，从而符合接入网络和播放终端的要求。比如在图1所述的视频点播中，就可以在视频服务器上加入视频转码模块，用户就可以通过无线终端完成点播，从而解决了无线信道过窄无法点播的问题。在视频监控中，实时的场景视频流经过转码之后，降低了比特率，就可以通过互联网或者移动智能终端进行远程监控，从而不再局限于监控室内。

视频转码的输入是一种比特流格式(空间分辨率S1，时间分辨率T1，码率R1，标准C1等)，经过转码模块，可以得到另一个输出比特流格式(空间分辨率S2，时间分辨率T2，码率R2，标准C2等)。视频转码的基本过程见图2。

根据输入和输出比特流格式，视频转码通常分为标准间转码和标准内转码两种。标准间转码是指输入比特流和输出比特流属于不同的标准。标准内转码指输入和输出比特流属于同一标准，这时转码的目的主要是降低输出码率，从而适应不同的带宽，又常分为空间分辨率转码(图像尺寸)，时间分辨率转码(帧率)，比特率转码(图像质量)三个方面。

H.264标准由ITU-T和ISO/IEC组成的JVT联合开发的标准，也称为MPEG-4AVC。H.264为宏块提供了多种预测模式可供选择，从而提高了压缩性能。由于每个宏块最终只能使用一种预测模式，这就需要遍历可供选择的多种模式，最终选择压缩性能最好的预测模式。因此，宏块预测模式的选择是基于的H.264转码器中最主要的耗时部分之一，它严重影响了转码速度，使得转码器在要求高实时性的场合下受到很大限制。因此，在基于H.264的视频转码中，如何快速选择宏块的预测模式，是决定转码速度的最关键因素之一。

发明内容

为了解决低比特率下且要求转码速度快的问题，本发明的目的是提供一种实时的基于H.264的低比特率视频转码方法，该方法是基于H.264的低比特率下的视频转码，重点是宏块预测模式的选择方法，适用于无线视频监控，互联网视频监控，无线视频点播等领域，本方法不仅可以显著加快转码速度，而且保证了重新编码后的图像质量，满足了实时性的要求。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

本发明是利用模式识别技术来进行宏块预测模式的选择。宏块预测模式选择的过程就是模式识别中类别决策的过程。将提取的特征输入到分类器中，得到分类结果，也就是宏块的预测模式。分类器是通过离线训练得到的，因此，本发明设计的视频转码分为离线建模和在线转码两个阶段进行，离线建模：用来完成分类器的设计，在线转码时，使用该分类器完成对宏块预测模式的选择；

离线建模的步骤包括：

1)挑选视频：不同的视频序列具备不同的特征，首先需要挑选出常用的具备各种典型特征的视频序列，并将这些视频序列使用H.264标准进行编码；

2)视频解码：使用H.264解码器，将压缩好的样本视频序列进行完全解码，得到像素域数据；

3)提取特征：从解码得到的数据中提取出预测模式，残差数据，量化参数三个特征；同时使用全模式搜索法获取当前三个特征决定的最优模式作为目标类别；

4)分类器设计：用前述三个特征和目标类别，使用现有成熟的模式识别方法设计出分类器。

在线转码：使用离线建模得到的分类器，根据在线提取的特征，完成分类功能，即得到宏块的模式预测；在线转码的步骤包括：

1)在线解码：使用H.264解码器，完全解码在线的实时视频流，得到像素域数据，这里的解码方法和离线建模阶段的解码方法相同；

2)提取特征：从在线解码信息中提取出预测模式，残差数据，量化参数三个特征；提取这三个特征的方法与离线建模提取三个特征的方法相同；

3)模式预测：将前述提取的三个特征，输入到离线建立的分类器中，得到分类结果，也就是预测模式，完成宏块模式预测的选择；

4)重新计算运动矢量：针对选择的宏块预测模式，重新计算运动矢量；

5)重新编码：使用选择好的预测模式和重新计算的运动矢量，重新对视频进行编码并输出。

离线建模和在线转码都需要从解码信息中提取三个特征：预测模式，残差数据，量化参数。本发明中所述三个特征提取方法步骤如下：