專利名稱：一種視頻壓縮碼率控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻圖象處理領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種視頻壓縮碼率控制 方法。
背景技術(shù)：
在視頻壓縮過程中，壓縮過的幀的數(shù)據(jù)量會(huì)有變化，這樣單位時(shí)間的數(shù)據(jù) 量(碼率)就會(huì)有波動(dòng)。而在實(shí)際應(yīng)用中，尤其在視頻流傳輸時(shí)，需要恒定的 碼率。碼率控制的原理就是利用 一種數(shù)學(xué);f莫型來通過當(dāng)前已知的用戶指定碼率 和已壓縮比特?cái)?shù)來重新計(jì)算下一幀的量化因子，從而改變編碼后的比特?cái)?shù)，達(dá) 到控制碼率的目的。
傳統(tǒng)的碼率控制算法(如CBR算法)包括以下步驟(l)根據(jù)目標(biāo)比特 率，對(duì)每幀圖象幾乎平均地分配目標(biāo)比特?cái)?shù)；(2)根據(jù)分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，對(duì) 每幀計(jì)算出編碼的量化參數(shù)Qp，從而保證編碼器輸出恒定比特率。由于現(xiàn)有 技術(shù)的算法給視頻序列中每幀圖象都分配幾乎相同的比特?cái)?shù)，而實(shí)際上，各幀
圖象的復(fù)雜度是不斷變化的，這樣壓縮后的圖象質(zhì)量波動(dòng)4艮大，4吏得圖象質(zhì)量 不高，特別是在低帶寬/無線信道下的視頻壓縮，由于信道本身存在不穩(wěn)定、 易錯(cuò)的特征，對(duì)編碼器的碼率控制精度提出更高的要求。
因此，需要一種新的視頻壓縮碼率控制算法，提高碼率控制精度，從而改 善圖象質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種視頻壓縮碼率控制算法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的 視頻壓縮過程中碼率控制精度不高，圖象質(zhì)量波動(dòng)大的問題。
為了實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的，所述視頻壓縮碼率控制算法包括以下步驟A. 分析圖象特征，計(jì)算圖象特征復(fù)雜因子；
B. 結(jié)合圖象特征復(fù)雜因子，計(jì)算圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)；
C. 結(jié)合圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，使用率失真模型求取編碼的量化參數(shù)QP。
優(yōu)選地，所述步驟A進(jìn)一步包括
Al.根據(jù)圖象編碼產(chǎn)生的實(shí)際比特?cái)?shù)和輸出平均比特?cái)?shù)，計(jì)算當(dāng)前圖象的 運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子；
A2.根據(jù)圖象的平均紋理復(fù)雜度，計(jì)算當(dāng)前圖象的紋理復(fù)雜因子； A3.結(jié)合圖象當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子和紋理復(fù)雜因子，計(jì)算當(dāng)前圖象的特征 復(fù)雜因子。
優(yōu)選地，所述步驟A1中圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子的計(jì)算公式為
其中，Q是當(dāng)前圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子，^是第j幀圖象編碼產(chǎn)生的實(shí)際比 特?cái)?shù)，巧是到第j幀圖象為止計(jì)算出的編碼輸出平均比特?cái)?shù)。
優(yōu)選地，所述巧的計(jì)算公式為 巧十(l-a)x^
其中，巧是到第j幀圖象為止計(jì)算出的編碼輸出平均比特?cái)?shù)，巧-'是到第
j-l幀圖像為止的編碼輸出平均比特?cái)?shù)，^是第j幀圖像編碼輸出的實(shí)際比特
數(shù)，a是加權(quán)系數(shù)。
優(yōu)選地，所述步驟A2中圖象的紋理復(fù)雜因子的計(jì)算公式為 "_log /M
其中，q是圖象的紋理復(fù)雜因子，M^^是前一副圖象的絕對(duì)差值平均，M 是圖象中宏塊的個(gè)數(shù)，6。是到第j幀圖象為止的平均紋理復(fù)雜因子。
優(yōu)選地，所述C。的計(jì)算公式為
~ 1og，(M4化) ~ C~ =，， x ^ + (1 -，閂其中，6y是到第j幀圖象為止的平均紋理復(fù)雜因子，w^^是前一副圖象
的絕對(duì)差值平均，Cw是到第j-l幀圖象為止的平均紋理復(fù)雜因子， 〃是加勸 系數(shù)。
優(yōu)選地，所述步驟A3中圖象的特征復(fù)雜因子的計(jì)算公式為 。=Cm + 77 x C,
其中，。是圖象的特征復(fù)雜因子，^是圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子，c'是圖象 的紋理復(fù)雜因子，；;是調(diào)整系數(shù)。
優(yōu)選地，所述步驟B中圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)的計(jì)算公式為
<formula>formula see original document page 7</formula>
其中，5("，力是第n秒的第j幀圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，G"，力是相應(yīng)圖象 即第n秒的第j幀圖象的特征復(fù)雜因子，A,',是圖象編碼的目標(biāo)比特率，,是 圖象編碼的目標(biāo)幀率，627w是第i秒第m個(gè)圖象輸出的實(shí)際比特?cái)?shù)，"是調(diào)整 系數(shù)。
優(yōu)選地，所述步驟C進(jìn)一步包括，結(jié)合圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，使用 二次非線性率失真模型求取編碼的量化參數(shù)Qp。 優(yōu)選地，所述二次非線性率失真模型為
其中，石是當(dāng)前幀分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，&4￡>是當(dāng)前幀的絕對(duì)差之和，Qp是 宏塊的量化參數(shù)，cl和d是調(diào)整參數(shù)。
本發(fā)明通過將碼率分配與圖象的特征復(fù)雜度緊密結(jié)合起來，使編碼器能精
確地分配碼率，提高了碼率控制精度；同時(shí)，本發(fā)明使用二次非線性率失真模 型求取編碼的量化參數(shù)Qp,相對(duì)于簡單線性率失真模型，其控制碼率的精度 更好。因此采用本發(fā)明的視頻壓縮碼率控制算法，能提高碼率控制精度，從而 改善圖象質(zhì)量。


圖l是本發(fā)明視頻壓縮碼率控制方法的流程圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的視頻壓縮碼率控制方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更力。清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)
施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅
僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明通過將碼率分配與圖象的特征復(fù)雜度結(jié)合起來分配碼率，然后通過
二次非線性率失真模型去取編碼的量化參數(shù)，這樣，提高了碼率控制精度，從
而改善了圖象質(zhì)量。
圖1示出了本發(fā)明視頻壓縮碼率控制方法的流程圖，過程如下 在步驟S101中，分析圖象特征，計(jì)算圖象特征復(fù)雜因子。 在步驟S102中，結(jié)合圖象特征復(fù)雜因子，計(jì)算圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)。 在步驟S103中，結(jié)合圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，使用率失真模型求取編
碼的量化參數(shù)QP。
圖2示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的視頻壓縮碼率控制方法的流程圖，該方法 基于圖1所示的方法流程，具體過程如下
在步驟S201中，根據(jù)圖象編碼產(chǎn)生的實(shí)際比特?cái)?shù)和輸出平均比特?cái)?shù)，計(jì) 算當(dāng)前圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子。
圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜度指的是在圖象序列中，連續(xù)兩幀圖象中目標(biāo)物體運(yùn)動(dòng)造 成的差異，圖象序列中連續(xù)兩幀圖象之間的相關(guān)性非常大。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施 例通過前一幀圖象來分析圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜度，采用圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子表述運(yùn) 動(dòng)復(fù)雜度。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)前圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子的計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 8</formula>其中，Q是當(dāng)前圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子，A是第j幀圖象編碼產(chǎn)生的實(shí)際比 特?cái)?shù)，巧是到第j幀圖象為止計(jì)算出的編碼輸出平均比特?cái)?shù)。在一實(shí)施例子中，到第j幀圖象為止計(jì)算出的編碼輸出平均比特?cái)?shù)巧的計(jì)
算公式為
其中，巧是到第j幀圖象為止計(jì)算出的編碼輸出平均比特?cái)?shù)，A-'是到第
j-l幀圖像為止的編碼輸出平均比特?cái)?shù)，5;是第j幀圖像編碼輸出的實(shí)際比特
數(shù)，"是加權(quán)系數(shù)。對(duì)"的取值可根據(jù)具體情況調(diào)整，在一實(shí)施例中，可取值
a =0.725。
在步驟S202中，根據(jù)圖象的平均紋理復(fù)雜度，計(jì)算當(dāng)前圖象的紋理復(fù)雜
因子。由于在圖象序列中，連續(xù)兩幀圖象場景相關(guān)性比較大，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)
施例使用前一幀圖象來分析圖象的紋理復(fù)雜度，采用圖象的紋理復(fù)雜因子表述
紋理復(fù)雜度。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)前圖象的紋理復(fù)雜因子的計(jì)算公式為 _ log .)/M
其中，C'是圖象的紋理復(fù)雜因子，M^^是前一副圖象的絕對(duì)差值平均，M
是圖象中宏塊的個(gè)數(shù)，°^是到第j幀圖象為止的平均紋理復(fù)雜因子。
在一實(shí)施例中，到第j幀圖象為止的平均紋理復(fù)雜因子e。的計(jì)算公式為
~ log2(M4D;) ~ C。 = ，， x / + (1 -，閂
其中，g.是到第j幀圖象為止的平均紋理復(fù)雜因子，MA^是前一副圖象 的絕對(duì)差值平均，&"是到第j-l幀圖象為止的平均紋理復(fù)雜因子，"是加勸 系數(shù)。對(duì)"的取值可根據(jù)具體情況調(diào)整，在一實(shí)施例中，可取值"=0.825。
在步驟S203中，結(jié)合圖象當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子和紋理復(fù)雜因子，計(jì)算當(dāng) 前圖象的特征復(fù)雜因子。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例采用圖象的特征復(fù)雜因子來描述 圖象特征，并結(jié)合圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子和紋理復(fù)雜因子來計(jì)算圖象的特征復(fù)雜 因子，其計(jì)算公式為
其中，C,是圖象的特征復(fù)雜因子，^是圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子，q是圖象 的紋理復(fù)雜因子，；7是調(diào)整系數(shù)。對(duì)7的取值可根據(jù)具體情況調(diào)整，在一實(shí)施例中，可取值;/=0.5。
在步驟S204中，將圖象特征引入圖象比特率分配過程，結(jié)合圖象特征復(fù) 雜因子，計(jì)算圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，圖象需分配的目標(biāo) 比特?cái)?shù)的計(jì)算公式為
其中，5("，力是第n秒的第j幀圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，G"，力是相應(yīng)圖象 即第n秒的第j幀圖象的特征復(fù)雜因子，^"是圖象編碼的目標(biāo)比特率，y;是 圖象編碼的目標(biāo)幀率，6jv^是第i秒第m個(gè)圖象輸出的實(shí)際比特?cái)?shù)，"是調(diào)整 系數(shù)。對(duì)a的取值可根據(jù)具體情況調(diào)整，在一實(shí)施例中，可取值"=0.25。應(yīng)當(dāng) 說明的是，上述計(jì)算公式只是本發(fā)明的其中一個(gè)示例，對(duì)于該公式的其他變換 式，也應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
在步驟S205中，結(jié)合圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，使用率失真 (Rate-Distortion,簡稱"RD")模型求取編碼的量化參數(shù)Qp。本發(fā)明的一個(gè)示 例方案中，在已經(jīng)知道目標(biāo)比特?cái)?shù)的情況下，結(jié)合圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)， 使用二次非線性RD模型求取編碼的量化參數(shù)Qp。
在一實(shí)施例中，所使用的二次非線性RD模型為
其中，B是當(dāng)前幀分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，&4￡> ( Sum of Absolute Difference, 絕對(duì)差之和)是當(dāng)前幀的絕對(duì)差之和，0P是宏塊的量化參數(shù)，cl和d是調(diào)整 參數(shù)。其中，cl和"是根據(jù)前一幀的圖象，使用RD模型估算出來的，需要不 斷的更新。
量化參數(shù)Qp是編碼器控制圖象壓縮程度的重要參數(shù)，其用于控制編碼中 的量化器，Qp越小，量化越精細(xì)，圖象質(zhì)量就越高，而產(chǎn)生的碼流也越長。 通過二次非線性RD模型來動(dòng)態(tài)的改變量化參數(shù)Qp，可以平衡輸入圖象復(fù)雜 度和輸出碼率，使得編碼輸出的碼率恒定。
應(yīng)當(dāng)說明的是，本發(fā)明是一種通用算法，其可以適用于不同的編碼器，例如任意一款H.120、 H.261、 H.263、 H.264、 MPEG-l 、 MPEG-4或其它任何混 合框架的編碼器。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的i呆護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種視頻壓縮碼率控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟A.分析圖象特征，計(jì)算圖象特征復(fù)雜因子；B.結(jié)合圖象特征復(fù)雜因子，計(jì)算圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)；C.結(jié)合圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，使用率失真模型求取編碼的量化參數(shù)QP。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻壓縮碼率控制方法，其特征在于，所述步 驟A進(jìn)一步包括Al.根據(jù)圖象編碼產(chǎn)生的實(shí)際比特?cái)?shù)和輸出平均比特?cái)?shù)，計(jì)算當(dāng)前圖象的 運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子；A2.根據(jù)圖象的平均紋理復(fù)雜度，計(jì)算當(dāng)前圖象的紋理復(fù)雜因子； A3.結(jié)合圖象當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子和紋理復(fù)雜因子，計(jì)算當(dāng)前圖象的特征 復(fù)雜因子。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的視頻壓縮碼率控制方法，其特征在于，所述步 驟A1中圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子的計(jì)算公式為5,其中，0 是當(dāng)前圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子，A是第j幀圖象編碼產(chǎn)生的實(shí)際比 特?cái)?shù)，巧是到第j幀圖象為止計(jì)算出的編碼輸出平均比特?cái)?shù)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的視頻壓縮碼率控制方法，其特征在于，所述巧的 計(jì)算公式為g. = + (1 — or) x其中，巧是到第j幀圖象為止計(jì)算出的編碼輸出平均比特?cái)?shù)，A"是到第 j-l幀圖像為止的編碼輸出平均比特?cái)?shù)，5,是第j幀圖像編碼輸出的實(shí)際比特 數(shù)，a是加權(quán)系數(shù)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的視頻壓縮碼率控制方法，其特征在于，所述步驟A2中圖象的紋理復(fù)雜因子的計(jì)算公式為 "_log2(M，.)/M<formula>formula see original document page 3</formula>其中，C'是圖象的紋理復(fù)雜因子，M^^是前一副圖象的絕對(duì)差值平均，M 是圖象中宏塊的個(gè)數(shù)，c。是到第j幀圖象為止的平均紋理復(fù)雜因子。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的視頻壓縮碼率控制方法，其特征在于，所述^。的計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 3</formula>其中，6,是到第j幀圖象為止的平均紋理復(fù)雜因子，M^^是前一副圖象的絕對(duì)差值平均，6"是到第j-l幀圖象為止的平均紋理復(fù)雜因子， 〃是加勸系數(shù)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的視頻壓縮碼率控制方法，其特征在于，所述步 驟A3中圖象的特征復(fù)雜因子的計(jì)算公式為其中，C,是圖象的特征復(fù)雜因子，Q是圖象的運(yùn)動(dòng)復(fù)雜因子，c'是圖象的紋理復(fù)雜因子，；7是調(diào)整系數(shù)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻壓縮碼率控制方法，其特征在于，所述步 驟B中圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)的計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 3</formula>其中，5( ，力是第n秒的第j幀圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，q",力是相應(yīng)圖象 即第n秒的第j幀圖象的特征復(fù)雜因子，^a是圖象編碼的目標(biāo)比特率，乂是 圖象編碼的目標(biāo)幀率，&6),是第i秒第m個(gè)圖象輸出的實(shí)際比特?cái)?shù)，a是調(diào)整 系數(shù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的視頻壓縮碼率控制方法，其特征在于，所述步驟c進(jìn)一步包括，結(jié)合圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，使用二次非線性率失真模 型求取編碼的量化參數(shù)Qp。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的視頻壓縮碼率控制方法，其特征在于，所述二 次非線性率失真模型為2p 2p2其中，B是當(dāng)前幀分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，&4￡ 是當(dāng)前幀的絕對(duì)差之和，2p是宏塊的量化參數(shù)，cl和d是調(diào)整參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及視頻圖象處理領(lǐng)域，提供了一種視頻壓縮碼率控制方法。所述方法包括以下步驟A.分析圖象特征，計(jì)算圖象特征復(fù)雜因子；B.結(jié)合圖象特征復(fù)雜因子，計(jì)算圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)；C.結(jié)合圖象需分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，使用率失真模型求取編碼的量化參數(shù)。本發(fā)明通過將碼率分配與圖象的特征復(fù)雜度緊密結(jié)合起來，并通過二次非線性率失真模型求取編碼的量化參數(shù)Qp，能提高碼率控制精度，從而改善圖象質(zhì)量。
文檔編號(hào)H04N7/26GK101552917SQ200810066409
公開日2009年10月7日 申請日期2008年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者徐蘇珊 申請人:深圳市融合視訊科技有限公司