[发明专利]视频编码中的速率控制

说明书

技术领域

本发明涉及用于视频信号的编码/解码的设备、系统和方法。

背景技术

对数字视频产品的需求继续增加。数字视频的应用的一些示例包括视频通信、安全和监视、工业自动化和娱乐（例如，DV、HDTV、卫星TV、机顶盒、因特网视频流、数字相机、蜂窝电话、视频游戏机、高端显示器和个人视频记录器）。此外，作为手持设备中的计算能力更高、电池技术进步和高速无线连接的结果，视频应用变得更加具有移动性。

视频压缩是数字视频产品的重要的使能技术。压缩/解压缩（CODEC）算法使能数字视频的存储和发射。CODEC例如可以是诸如MPEG-2、MPEG-4、H.264/AVC等的工业标准以及当前在开发的标准，HEVC。在全部这些标准的核心是分块运动补偿（预测）加上预测误差的变换编码的复合视频编码技术。分块运动补偿被使用以通过从先前画面的预测去除连续画面帧或者场之间的时域冗余，而变换编码被使用以去除每个画面块内的空间冗余。

这种基于块的编码技术固有地有损耗，因为它们通过去除冗余信息和进行在经解码的视频序列中被最少感知的小的质量妥协两者来实现压缩。具体地，量化步长大小（Qs）调整在经压缩的编码块中保留多少空间细节。Qs越小，越多的细节被保留，并且质量越好，但是是在更高的比特率的成本下。随着Qs增加，越少的细节被保留并且比特率降低，但是是在变形增加以及质量下降的代价下。

速率控制是任何视频编码器的重要部分。速率控制尝试当通过管理对每一个画面编码使用的比特数量来解码时使经编码的视频的感知质量最大化。也就是说，速率控制鉴于输出缓冲器的当前充实度，动态地调整各个编码器参数，例如Qs，以在经压缩的比特流中实现目标比特率。

附图说明

下面参照附图描述用于实现本发明的原理的示例实施方式。

图1A到图1E示出根据一个或者更多个实施方式的示例；

图2示出根据一个或者更多个实施方式的数字系统的框图；

图3示出根据一个或者更多个实施方式的视频编码器的框图；

图4A和图4B示出根据一个或者更多个实施方式的用于速率控制的方法的流程图；以及

图5到图7示出根据一个或者更多个实施方式的示例性数字系统。

具体实施方式

如这里所用的，术语“画面”是指一帧或者一帧的一场。帧是在已知的时间间隔期间拍摄的完整图像。当视频序列处于时逐行格式时，术语画面是指完整帧。当视频序列处于隔行格式时，每一个帧由奇数扫描线的场以及跟随的偶数线的场组成。这些场的每一个是画面。此外，I画面是帧内（或画面内）编码画面，P画面是从另一个I画面或者P画面，例如，先前的I画面或者P画面，预测的帧间（或画面间）编码画面，并且B画面是使用两个画面例如，先前I画面或者P画面和随后的I画面或者P画面预测的帧间（或画面间）编码画面。一般地，画面组（GOP）是视频序列连续画面的组，并且GOP结构规定GOP中的每一个画面如何被编码，即，给定画面将被编码为I画面、P画面还是B画面。

如果GOP结构是无层级的，则每一个GOP开始于I画面并且包括全部画面直至下一个I画面为止。依赖于具体GOP结构，这两个I画面之间的画面可以是一些定义的P画面和/或B画面的序列。图1A到图1C示出这些GOP的示例。如果GOP结构是分层级的，例如，层级-B，则GOP被定义为关键画面和时域上在该关键画面和先前关键画面之间的全部画面。关键画面可以被帧内编码，即，I画面或者是使用先前关键画面帧间编码，即P画面。GOP中的其它画面被分层级地预测。在带有层级-B编码结构的GOP中，GOP中的其它画面是B画面。在带有层级-P编码结构的GOP中，GOP中的其它画面是P画面。图1D和图1E分别示出带有层级-P和层级-B编码结构的GOP的示例。

在视频编码中使用的很多速率控制技术，例如，基于H.263近期5试验模型（TMN5）的速率控制技术，假定在视频序列中仅仅出现I画面和P画面。此外，这些技术可以以画面级别调制基本量化步长（Qs）。也就是说，针对P画面的基本Qs被设定为在先前的P画面的编码中使用的平均Qs。在对画面编码之前，接着基于在对先前的P画面的编码中使用的比特的数量是在目标比特数量以上还是以下来调制该基本Qs。得到的基本Qs接着被用作开始点，该开始点用于确定在画面中的每一个编码块中使用的实际Qs。此外，在画面的编码期间，基于估计的画面编码大小多么接近针对画面的目标编码大小，Qs可以周期性地增大或者减小。