[发明专利]一种H.264码率控制跳帧优化方法

说明书

本发明公开了一种H.264码率控制跳帧优化方法，解决了在场景切换或物体运动复杂的情况下缓冲器溢出或连续跳帧的技术问题。实现步骤包括：设置初始化相关参数；计算当前帧的目标比特和量化参数；设置跳帧相关阈值；计算当前帧的运动复杂度；计算当前帧的比特因子；对前3帧做特殊的跳帧处理；从第4帧开始，进行规范性的跳帧处理；编码当前帧；更新跳帧后的相关参数，对下一帧进行跳帧优化。本发明首先用运动复杂度代替MAD，其次对于不同的运动复杂度设置不同的缓冲器占有率，最后综合运动复杂度、缓冲器占有率、未编码帧的比特因子来判断是否跳帧。有效地提高了视频主观质量，主要用于码率控制跳帧优化。

技术领域

本发明属于视频编解码技术领域，主要涉及码率控制，具体是一种H.264码率控制跳帧优化方法，用于有效控制跳帧，提高视频主观质量。

背景技术

由于H.264视频编码标准具有较高的压缩比、良好的网络亲和力和较强的抗误码能力，使得它在视频编码领域得到了广泛的应用。

通常来说，根据图像内容复杂度的变化，编码产生的码流也会随着变化，但信道带宽一般是固定的，这就会造成一种现象：当前帧的运动复杂度较高的时候，编码输出的码流比特比较高，往往超出信道带宽的输出能力；然而当前帧的运动复杂度较低的时候，编码输出的码流比特就比较低，信道带宽没有充分得到利用。所以为了防止信道带宽不够造成数据丢失，又不会浪费信道带宽，在码流发送到信道前，先暂时存储在一个缓冲器当中，来平滑码率，使得码流尽可能地以恒定比特率发往通信信道。

然而，在实际当中，上述的缓冲器很容易出现上溢和下溢的情况，造成数据的丢失，严重影响了视频的主观质量。所以最近几年，许多科研工作者提出了各种跳帧方法来防止缓冲区的上溢和下溢。

H.264编码标准的参考软件JM8.6采用的JVT-H017提案的码率控制提出了最为简单的跳帧策略。该算法仅仅根据当前缓冲区占用率的大小来判断是否跳帧，如果缓冲区占有率大于80％，就采取跳帧；否则不跳帧。当一帧未编码图像分配的平均比特比目标比特低时，如果不跳帧，编码的图像质量会很低，影响序列的整体质量。这种情况采用JVT-H017提案的策略就不合适。华南理工大学电子与信息学院蔡文霞等人在计算机科学与技术发表的一种有效的H.264码率控制跳帧算法提出的跳帧算法对缓冲区占有率设置了三个阈值，然后结合当前缓冲占有率和当前未编码的图像的运动剧烈程度来作为跳帧的判断依据，该算法使用MAD来衡量图像运动剧烈程度，但MAD值不能很好地反映运动的剧烈程度，只能反映当前帧和参考帧之间的相似度。浙江工业大学信息工程学院周骏华等人在浙江工业大学学报发表的一种基于运动复杂度的新的H.264码率控制跳帧算法提出预测码率与已编码帧平均码率之比作为图像复杂度，然后结合缓冲区占有率来判断是否采取跳帧策略,但该算法没有考虑后续未编码帧的情况。武汉大学国家多媒体软件工程技术研究中心周全等人在计算机工程与科学发表的H.264码率控制跳帧算法的优化提出了运动复杂度概念，并考虑了未编码帧的情况，但该算法对缓冲器占有率的阈值划分还是过于粗糙，对前3帧也没有做特殊的处理。

现有技术存在以下几个不足的地方：第一点，对于缓冲器占有率设置一个固定的阈值，仅当缓冲器占有率超过80％时，就跳帧，否则，就不跳帧。当缓冲器占有率为50％时，如果发生场景切换，当前帧产生的比特很大，很容易造成缓冲器上溢。第二点，尽管有些算法考虑了图像复杂度，但使用平均绝对误差(MAD)作为衡量图像复杂度的指标存在一定的局限性，MAD值不能很好地反映运动的剧烈程度，只能反映当前帧和参考帧之间的相似度，所以还需要利用其它的指标去衡量图像的复杂度。第三点，现有算法大部分仅考虑编码帧的影响，并很少考虑未编码帧的影响。当一帧未编码图像分配的平均预测比特比目标比特低时，如果不跳帧，编码的图像质量会很低，影响序列的整体质量。第四点，因为I帧和前几个P帧对于解码很重要，跳过其中的一帧对视频质量会造成很大的影响，所以应该对前3帧作特殊的处理，但现有的算法很少对前三帧作特殊的处理。

发明内容