[发明专利]低延迟视频编码基于可变帧率的码率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频图像压缩编码技术。

背景技术

码率控制是视频编码器中重要的功能组成部分。在视频编码中低延迟(Low-delay)特指在帧间预测编码过程中仅包含帧内预测I-帧和单向预测P-帧，不使用双向预测即不采用B-帧结构编码。低延迟编码是快速进行的顺序编码，特点是编码顺序和播放顺序一致。最常见的低延迟编码为“IPP..”或“IPP..IPP..”结构。

对编码比特率的调整通过控制编码输入量化参数Q来实现，量化参数Q是一个非负整数。在MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.261、H.263、WMV1、WMV2、RV10、RV20等编码器中其合理取值范围在[2,31]，在H.264/AVC、H.264/SVC、HEVC等编码器中其合理取值范围在[0,51]。

帧率(F)即每秒播放的帧的数量，单位帧每秒(fps)。受图像采样的限制，信源帧率(F_S)在视频编码前被给定。实际编码帧率(F_C)通常为一个固定值，常设置与F_S保持一致，但也可以被调整设置为与F_S不相等，这就被称为可变帧率调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能合理调节量化参数Q的基于可变帧率的码率控制方法。

本发明为解决上述技术问题所才采用的技术方案是，低延迟视频编码中基于可变帧率的码率控制方法，包括：

通过当前的量化参数Q来调节当前编码帧率F_C：当量化参数Q的取值在低段区间，在不高于帧率上限范围内增加当前编码帧率F_C；当量化参数Q的取值在高段区间，在不低于帧率下限范围内降低当前编码帧率F_C；当量化参数Q的取值在中段区间，保持当前编码帧率F_C不变。

码率控制中，输出码流数据受量化参数Q值影响明显，但同时受图像内容的影响也很大。场景纹理复杂、运动变化剧烈的视频信源将消耗更多的比特。为了平衡编码消耗比特极少和编码消耗比特极多的视频源，采取主动的帧率调节既可以保证传输过程中的码率控制。当量化参数Q值频繁落在低段区间时候，适当增加帧率，将直接减小帧编码输出比特数，码率控制将调节后续QP值到中段区间；当量化参数Q值频繁落在高段区间时候，适当减小帧率，将直接增加帧编码输出比特数，也可以使得后续QP值调整到中段区间，保证视觉质量保持平滑和优异。

具体的，通过帧率变化因子来调节当前编码帧率F_C，其中←表示向箭头方向的参数赋值，F_S为从视频源获得的采样帧率；

增加当前编码帧率F_C为降低当前编码帧率F_C为

帧率下限为10Hz，帧率上限100Hz。

具体的，当前的量化参数Q表示为在当前编码时刻t为止的最近1秒编码中使用的量化参数的平均值

进一步的，本发明还可以在通过调节量化参数来控制码率，本发明方法还包括，

在当前的编码时刻t，如当前编帧为I-帧时，使用量化参数Q：

在当前的编码时刻t，如当前编帧为P-帧时，使用量化参数Q：

其中，Q_t为当前的编码时刻t使用的量化参数Q，Q_t-1为上一个编码时刻t-1使用的量化参数Q，R_t-1表示上一个编码时刻t-1的帧编码输出比特，C_t为当前的编码时刻t的编码图像纹理复杂度，C_t-1为上一个编码时刻t-1的编码图像纹理复杂度；ΔR为编码时刻t需要修正当前的编码时刻t的缓冲区容量，B(t-1)为上一编码时刻t-1的缓冲区容量，为α,β称为控制器参数，μ为防除0的经验参数；

当前编帧为I-帧时失真率模型为lnR=a·lnQ+b·lnC+c，Q表示量化参数，R表示帧编码输出比特，C表示编码图像纹理复杂度，a、b、c为失真率模型参数，失真率模型参数a、b的取值通过多远线性回归进行更新；当前编帧为P-帧时失真率模型为lnR=a·lnQ+c，失真率模型参数a的取值通过一元线性回归进行更新；