[发明专利]快速自适应码率控制方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种快速自适应码率控制方法，具体涉及一种利用保留预编码信息，根据预编码结果和实际的码率需求作出自适应调整的编码方法，属于视频编码领域。

背景技术

视频编码原理和步骤如下：

1.帧内编码：

1)变换，按照固定分割（比如8x8像素为单位），变换后矩阵中系数代表变换前图像的频率分布，其中高频部分集中在左上角，低频部分集中在右下角；

2)量化，使用以量化系数做量化（例如，变换矩阵系数除以量化系数，这个过程叫做量化），使前一步结果中的系数值变小，得到结果为量化后矩阵；

3)预测，使用量化后矩阵系数和周边矩阵系数做预测（查找最合适的匹配关系，使匹配后的结果最小，这个过程叫预测），预测后当前矩阵系数值进一步变小；

4)熵编码，将矩阵系数按照特定的编码规则编码（比如霍夫曼编码，具体规则在不同的视频编码规范中有所不同），得到最终比特流。

2.帧间编码：

1)运动估计，使用固定的图像分割（比如8x8像素为单位），将当前帧编码位置图像分割的数据和参考帧（时间上位于当前帧之前或之后的帧）中数据做对比，不断改变位置，最终找到差异最小的位置（比如，逐个像素值差的绝对值之和，依次作为比较标准），得到差异矩阵和这个位置与编码位置的坐标偏差（运动向量）；

2)对差异矩阵做变换、量化、预测、熵编码（同帧内编码步骤）；

3)对运动向量做熵编码；

4)以上步骤熵编码汇总成最终比特流。

码率控制，指的是对当前编码帧之前的一组图像(假设为N帧连续图像，可能为帧内或帧间编码)的信息做出计算，预计出当前帧量化系数，从而控制视频的码率（包含当前帧的前面N帧图像的比特数之和除以N帧所占时间值，单位为比特/秒），量化系数是直接影响每一帧编码后比特数的直接因素，系数越大，量化后的结果越小，熵编码后的比特数就越少。

传统编码器码率控制方式如下：按照固定模型决定每帧图像的帧间和帧内编码类型，根据前一帧的编码大小（比特数）调整后一帧的量化系数，使视频的最终码率趋近目标码率。编码过程中不保存之前帧的编码中间步骤的结果数据。

传统码率控制方法的特点如下：优点是在视频场景变化不大（图像中变化的细节所占的比例较小）时，可以保持码率平稳，缺点是在视频场景变化较大时，码率会突然变大或变小，再次回到平稳状态需要的时间很长，一般要经过至少一个编码单位（0.5秒到1秒的编码帧数）才能恢复平稳，在变化剧烈或频繁切换的场景（比如广告）时可能出现码率失控（实际编码码率超出目标码率一倍以上且持续超过1秒）。

本发明所述的方法，在传统码率控制方法上加以优化，具有在复杂场景时的快速响应场景变化、快速改变编码类型、快速恢复码率平稳的优点。

发明内容

本发明的目的是在现有码率控制方法的基础上进行优化，增加新的控制策略，实现比原有码率控制方法更平稳的码率输出。

本发明提供的技术方案如下：

一种快速自适应码率控制方法，包括如下步骤：

1)使用上一次码率控制得到的量化系数编码当前图像，保存编码时的中间结果，根据当前编码帧的大小和当前编码帧的前N-1帧的大小计算出的码率和目标码率进行比较，根据比较结果对量化系数作出调整；

2)如果当前编码码率没有超出阈值，则量化系数沿用步骤1）调整后的值，跳到步骤1）继续编码下一帧图像；

3)如果当前编码码率超出阈值，则执行如下步骤：

a)将之前保存了编码中间结果的N帧的量化系数进行调整，根据各自帧编码结果与目标码率的差异大小对量化系数作出调整；

b)使用调整后的量化系数对这N帧进行重编码，重编码时使用所编码帧之前留下的中间结果，以加快重编速度；

c)下一次码率控制计算量化系数时使用这N帧重编后的比特数和量化系数计算下一帧的量化系数；

4)跳到步骤1）继续执行。

所述的快速自适应码率控制方法，其特征是，步骤1）中，如果是第一帧，则使用用户设定的初始量化系数编码当前图像。

所述的快速自适应码率控制方法，其特征是，步骤1）中，如果码率小于目标码率，就减小量化系数，反之就增大量化系数；量化系数改变的幅度由码率差异来决定。

所述的快速自适应码率控制方法，其特征是，步骤1）中所述的编码中间结果，包括：每帧的编码类型、量化系数、每一帧中分割单位的信息。