[发明专利]一种面向4K/8K超高清视频编码的低抖动码率控制方法

说明书

本发明公开了一种面向4K/8K超高清视频编码的低抖动码率控制方法。它具体包括如下步骤：(1)将GOP的长度设为整数N，GOP的初始缓冲区饱和度设为T0，其中T0的取值范围为0～1.0，执行步骤(2)；(2)开始编码第i个GOP中的第j帧，将其目标缓冲区饱和度大小设置为一个指定比例，使相邻GOP之间的缓冲区饱和度大小基本一致，执行步骤(3)；(3)根据目标缓冲区饱和度，计算第i个GOP中的第j帧的量化参数QP进行编码，执行步骤(4)；(4)判断当前视频中所有的GOP以及所有的帧是否完成编码，若是则结束当前编码，否则执行步骤(2)。本发明的有益效果是：GOP并行编码时缓冲区波动更加稳定，减少了缓冲区溢出的问题。

技术领域

本发明涉及视频编码相关技术领域，尤其是指一种面向4K/8K超高清视频编码的低抖动码率控制方法。

背景技术

随着网络通信和视频处理技术的快速发展，4K、8K和HDR(High Dynamic Range，高动态范围)等技术逐步成为人们对视觉体验的新需求。4K/8K视频的数据量大，对编码压缩性能要求比较高，目前国内外针对4K/8K视频采用的编码压缩标准主要有HEVC和AVS2，它们的压缩效率较高但是计算复杂度也偏大，而4K/8K的实时直播通常要求编码器的速度达到50帧/秒以上。因此，如何在一定的网络带宽和速度要求下提升视频输出稳定性是视频编码技术发展的一个关键。

码率控制属于视频编码的一个重要环节，它通过获取视频信源特性(如运动剧烈程度、图像纹理复杂度等)和可用网络带宽来计算视频中每一帧图像和该图像中的各个区域应该分配的比特数，指导编码器对视频进行编码，使输出的码流符合信道的传输，同时使输出的视频质量尽可能好。由于视频信源每帧的复杂度(比特数)不相同，而网络带宽则是恒定的，因此码率控制中需要设置缓冲区，使编码出的码流以恒定的码率(单位时间内的比特数)发送到网络中。

常用编码器中比较有效的缓冲区控制方式为Lookahead-vbv方式，它通过分析未来若干帧的复杂度来估算接下来缓冲区的占用情况，各帧的目标码率和实际码率会存在偏差，目标缓冲区饱和度和实际缓冲区饱和度也会存在偏差。

另一方面，4K/8K视频的实时直播对性能的要求非常高，通常需要采用GOP并行编码，让不同的GOP(Group of Picture，图像组)分布到不同的节点进行编码，例如，对于2个节点的编码器且当GOP长度为50时，则将第1个GOP(第1～50帧)放置于第1个节点，第2个GOP(第51～100帧)放置于第2个节点，将第3个GOP(第101～150帧)再放置于第1个节点，将第4个GOP(第151～200帧)再放置于第2个节点，以此类推。当编码完各个节点上GOP中的帧再将各节点的码流按照帧显示顺序进行合并，由于相邻GOP分布在不同的节点上，各自的缓冲区无法进行通信有可能造成码率溢出，例如，第3个GOP在编码首帧时，初始缓冲区大小为第1个GOP尾帧的缓冲区饱和度，而无法获得第2个GOP尾帧的缓冲区饱和度，当第2个GOP和第3个GOP合并时，缓冲区饱和度有可能超过1.0造成上溢或者小于0形成下溢。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种减少缓冲区溢出的面向4K/8K超高清视频编码的低抖动码率控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种面向4K/8K超高清视频编码的低抖动码率控制方法，具体包括如下步骤：

(1)将GOP的长度设为整数N，GOP的初始缓冲区饱和度设为T0，其中T0的取值范围为0～1.0，执行步骤(2)；

(2)开始编码第i个GOP中的第j帧，将其目标缓冲区饱和度大小设置为一个指定比例，使相邻GOP之间的缓冲区饱和度大小基本一致，执行步骤(3)；

(3)根据目标缓冲区饱和度，计算第i个GOP中的第j帧的量化参数QP进行编码，执行步骤(4)；