CN101345867A - 一种基于帧复杂度的码率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及视频编码技术，提供了一种基于帧复杂度的码率控制方法，其技术方案为：一种基于帧复杂度的码率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：a.系统开机启动，进行可用带宽分配；b.通过软件计算当前可用带宽并利用当前编码帧的原始图像的信息以及前一个编码帧重建图像的信息计算当前编码帧的复杂度；c.通过软件根据编码帧的复杂度大小对当前可用带宽进行分配。其有益效果是，在有限的带宽条件下尽可能提高图像编码质量，适用于编码速率可变的视频编码。

Description

一种基于帧复杂度的码率控制方法

技术领域

本发明涉及视频编码技术，特别涉及编码速率可变的视频编码技术。

背景技术

在编码速率可变的视频编码领域中，码率控制是编码过程中保证图像编码质量的重要环节，针对不同的应用环境所采用的码率控制方法应当有所不同，目前基于H.264/AVC和AVS标准的绝大部分应用中都采用相同的码率控制方法，该码率控制方法分三层实现，首先进行的是帧层码率控制。在进行帧层码率控制时根据缓冲区饱和度以及实际剩余带宽的大小对未编码的部分按照平均分配的原则进行可用带宽分配，然后根据下面的二次模型计算出量化参数，最后根据计算出的量化参数选择最佳的编码模式进行编码，从而实现码率控制，

$T=\frac{X1\×\mathrm{MAD}}{Q}+\frac{X2\×\mathrm{MAD}}{Q^2}$

其中T为当前可用带宽，Q为当前单元量化步长，MAD(Mean of Absolute Difference平均绝对差)为当前单元的预测平均绝对差，X1、X2为模型参数。在编码过程中只对P帧采用上面描述的码率控制方法计算出量化参数，对于B帧，量化参数由相邻两帧(I帧或P帧)的量化参数通过相关计算得出，所以在进行码率控制时，不需要对B帧进行可用带宽分配。对于空间复杂度和时间复杂度都不是很大的序列，按照平均分配的原则进行可用带宽分配的码率控制方法对图像编码质量不会有太大的影响，然而对于空间复杂度和时间复杂度比较大的序列，这种码率控制方法就会对图像编码质量造成很大的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，就是为了解决上述码率控制方法的缺点，提供一种基于帧复杂度的可用带宽分配的码率控制方法。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，一种基于帧复杂度的码率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.系统开机启动，进行可用带宽分配；

b.通过软件计算当前可用带宽并利用当前编码帧的原始图像的信息以及前一个编码帧重建图像的信息计算当前编码帧的复杂度；

c.通过软件根据编码帧的复杂度大小对当前可用带宽进行分配；

进一步的，步骤b包括以下步骤：

b1.计算当前可用带宽T_r(n_i，j)；

b2.根据下线性预测模型计算当前帧的预测MAD，记为MADP_c；

b3.计算当前帧的预测MAD与已编码帧的实际MAD平均值之比，记为MAD_ratio；

b4.计算当前编码帧的原始图像与前一个重建帧图像之间的MAD，记为MAD(org_i，rec_i-1)；

b5.计算前一帧实际MAD与MAD(org_i，rec_i-1)的差值，记为MAD_drop，i；

b6.计算当前编码帧的MAD_drop，i绝对值与已编码帧的MAD_drop，i绝对值的平均值之比，得到降比，记为MAD_{drop-ratio，i}；

b7.采用MAD_ratio，i和MAD_{drop-ratio，i}的加权组合作为帧复杂度的衡量标准，记为FC_i；

步骤c包括以下步骤：

c1.当前编码帧可用带宽按照以下方案进行分配：

${\hat{f}}_{\left(n_{i,j}\right)}=\left\{\begin{array}{cc}0.8\&times;{\mathrm{FC}}_j\&times;T_r\left(n_{i,j}\right)/N_{p,r}(j-1)& {\mathrm{FC}}_j<1.1\\ (0.88+0.3\&times;({\mathrm{FC}}_j-1.1))\&times;T_r\left(n_{i,j}\right)/N_{p,r}(j-1)& 1.1\&le;{\mathrm{FC}}_j<2.0\\ 1.15\&times;T_r\left(n_{i,j}\right)/N_{p,r}(j-1)& {\mathrm{FC}}_j\&GreaterEqual;2.0\end{array}\right.$

其中，FC_j表示第j帧的复杂度，T_r(n_i，j)表示当前可用带宽，N_p，r(j-1)表示剩余未编码帧数，

表示当前编码帧可用带宽；

具体的，步骤c还包括以下步骤：

c2.求出当前编码帧的可用带宽后，根据二次模型计算出当前帧的量化参数；

进一步的，步骤b2中所述下线性预测模型为：

MADP_c＝a₁×MAD_p+a₂

其中，MADP_c为当前帧的预测MAD，MAD_p表示前一帧实际MAD，a₁和a₂是预测模型的系数，这两个参数在编码完一帧后进行更新；

具体的，步骤b3中所述当前帧的预测MAD与已编码帧的实际MAD平均值之比由以下公式得到：

${\mathrm{MAD}}_{\mathrm{ratio}}=\frac{{\mathrm{MADP}}_c}{\frac{1}{j-1}\left(\underset{1}{\overset{j-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{MAD}}_i\right)}$

其中，MADP_c表示当前帧的预测MAD，MAD_i表示已编码帧i的实际MAD；

再进一步的，步骤b5中所述前一帧实际MAD与MAD(org_i，rec_i-1)的差值MAD_drop，i，由以下公式得到：

MAD_drop，i＝MAD_i-1-MAD(org_i，rec_i-1)

其中，MAD_i-1表示已编码帧i-1的实际MAD；

具体的，步骤b6所述当前编码帧的MAD_drop，i绝对值与已编码帧的MAD_drop，i绝对值的平均值之比，由以下公式得到：

${\mathrm{MAD}}_{\mathrm{drop}-\mathrm{ratio},i}=\frac{\left|{\mathrm{MAD}}_{\mathrm{drop},i}\right|}{\frac{1}{i}\underset{1}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|{\mathrm{MAD}}_{\mathrm{drop},j}\right|}$

其中，MAD_{drop-ratio，i}表示当前编码帧的MAD_drop，i绝对值与已编码帧的MAD_drop，i绝对值的平均值之比，即降比；

再进一步的，步骤b7所述MAD_ratio，i和MAD_{drop-ratio，i}的加权组合由以下公式得到：

FC_i＝μ×MAD_ratio，i+(1-μ)×MAD_{drop-ratio，i}

其中，FC_i表示第i帧的复杂度，μ是一个系数，它的典型植被设为0.6。

本发明的有益效果是，通过以上步骤可以实现根据复杂度的大小进行可用带宽的分配，在有限的带宽条件下尽可能提高图像编码质量。

附图说明

图1为实施例的系统流程图；

具体实施方式

下面结合附图及实施例，详细描述本发明的技术方案。

本发明提供了一种基于帧复杂度的可用带宽分配的码率控制方法，首先计算当前可用带宽T_r(n_i，j)，然后根据下线性预测模型计算当前帧的预测MAD，再计算当前帧的预测MAD与已编码帧的实际MAD平均值之比，再计算当前编码帧的原始图像与前一个重建帧图像之间的MAD，并记为MAD(org_i，rec_i-1)，然后计算前一帧实际MAD与MAD(org_i，rec_i-1)的差值，并记为MAD_drop，I，然后再计算当前编码帧的MAD_drop，i绝对值与已编码帧的MAD_drop，i绝对值的平均值之比，即降比并记为MAD_{drop-ratio，i}，再采用MAD_ratio，i和MAD_{drop-ratio，i}的加权组合作为帧复杂度的衡量标准，记为FC_i，最后根据当前帧的复杂度大小进行可用带宽的分配。

实施例

本例提供一种基于帧复杂度的可用带宽分配的码率控制方法，在进行可用带宽分配时，利用当前编码帧的原始图像的信息以及前一个编码帧重建图像的信息计算当前编码帧的复杂度，然后根据复杂度的大小进行可用带宽的分配，在有限的带宽条件下尽可能提高图像编码质量，其系统流程如图1。

当视频编码时，首先计算当前可用带宽T_r(n_i，j)，并根据下线性预测模型计算当前帧的预测MAD，记为MADP_c，其中，下线性预测模型为：MADP_c＝a₁×MAD_p+a₂，MADP_c为当前帧的预测MAD，MAD_p表示前一帧实际MAD，a₁和a₂是预测模型的系数，这两个参数在编码完一帧后进行更新；然后计算当前帧的预测MAD与已编码帧的实际MAD平均值之比，记为MAD_ratio，由以下公式得到：

${\mathrm{MAD}}_{\mathrm{ratio}}=\frac{{\mathrm{MADP}}_c}{\frac{1}{j-1}\left(\underset{1}{\overset{j-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{MAD}}_i\right)}$

其中，MADP_c表示当前帧的预测MAD，MAD_i表示以编码帧i的实际MAD；再计算当前编码帧的原始图像与前一个重建帧图像之间的MAD，记为MAD(org_i，rec_i-1)，并计算前一帧实际MAD与MAD(org_i，rec_i-1)的差值，记为MAD_drop，i，由以下公式得到：

MAD_drop，i＝MAD_i-1-MAD(org_i，rec_i-1)

其中，MAD_i-1表示已编码帧i-1的实际MAD；然后计算当前编码帧的MAD_drop，i绝对值与已编码帧的MAD_drop，i绝对值的平均值之比，得到降比，记为MAD_{drop-ratio，i}，由以下公式得到：

${\mathrm{MAD}}_{\mathrm{drop}-\mathrm{ratio},i}=\frac{\left|{\mathrm{MAD}}_{\mathrm{drop},i}\right|}{\frac{1}{i}\underset{1}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|{\mathrm{MAD}}_{\mathrm{drop},j}\right|}$

并采用MAD_ratio，i和MAD_{drop-ratio，i}的加权组合作为帧复杂度的衡量标准，记为FC_i，由以下公式得到：

FC_i＝μ×MAD_ratio，i+(1-μ)×MAD_{drop-ratio，i}

其中，FC_i表示第i帧的复杂度，μ是一个系数，它的典型植被设为0.6；最后将当前编码帧可用带宽按照以下方案进行分配：

${\hat{f}}_{\left(n_{i,j}\right)}=\left\{\begin{array}{cc}0.8\&times;{\mathrm{FC}}_j\&times;T_r\left(n_{i,j}\right)/N_{p,r}(j-1)& {\mathrm{FC}}_j<1.1\\ (0.88+0.3\&times;({\mathrm{FC}}_j-1.1))\&times;T_r\left(n_{i,j}\right)/N_{p,r}(j-1)& 1.1\&le;{\mathrm{FC}}_j<2.0\\ 1.15\&times;T_r\left(n_{i,j}\right)/N_{p,r}(j-1)& {\mathrm{FC}}_j\&GreaterEqual;2.0\end{array}\right.$

其中，FC_j表示第j帧的复杂度，T_r(n_i，j)表示当前可用带宽，N_p，r(j-1)表示剩余未编码帧数，表示当前编码帧可用带宽；且在求出当前编码帧的可用带宽后，根据二次模型计算出当前帧的量化参数，则由该方案将可用带宽进行分配后能达到更好的编码效果，避免了可用带宽的浪费。

Claims (8)

1.一种基于帧复杂度的码率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.系统开机启动，进行可用带宽分配；

b.通过软件计算当前可用带宽并利用当前编码帧的原始图像的信息以及前一个编码帧重建图像的信息计算当前编码帧的复杂度；

c.通过软件根据编码帧的复杂度大小对当前可用带宽进行分配。

2.根据权利要求1所述一种基于帧复杂度的码率控制方法，其特征在于，步骤b包括以下步骤：

b1.计算当前可用带宽T_r(n_i，j)；

b2.根据下线性预测模型计算当前帧的预测MAD，记为MADP_c；

b3.计算当前帧的预测MAD与已编码帧的实际MAD平均值之比，记为MAD_ratio；

b4.计算当前编码帧的原始图像与前一个重建帧图像之间的MAD，记MAD(org_i，rec_i-1)；

b5.计算前一帧实际MAD与MAD(org_i，rec_i-1)的差值，记为MAD_drop，i；

b6.计算当前编码帧的MAD_drop，i绝对值与已编码帧的MAD_drop，i绝对值的平均值之比，得到降比，记为MAD_{drop-ratio，i}；

b7.采用MAD_ratio，i和MAD_{drop-ratio，i}的加权组合作为帧复杂度的衡量标准，记为FC_i；

步骤c包括以下步骤：

c1.当前编码帧可用带宽按照以下方案进行分配：

$\hat{f}\left(n_{i,j}\right)=\left\{\begin{array}{cc}0.8\&times;{\mathrm{FC}}_j\&times;T_r\left(n_{i,j}\right)/N_{p,r}(j-1)& {\mathrm{FC}}_j<1.1\\ (0.88+0.3\&times;({\mathrm{FC}}_j-1.1))\&times;T_r\left(n_{i,j}\right)/N_{p,r}(j-1)& 1.1\&le;{\mathrm{FC}}_j<2.0\\ 1.15\&times;T_r\left(n_{i,j}\right)/N_{p,r}(j-1)& {\mathrm{FC}}_j\&GreaterEqual;2.0\end{array}\right.$

其中，FC_j表示第j帧的复杂度，T_r(n_i，j)表示当前可用带宽，N_p，r(j-1)表示剩余未编码帧数，

表示当前编码帧可用带宽。

3.根据权利要求2所述一种基于帧复杂度的码率控制方法，其特征在于，步骤b2中所述下线性预测模型为：

MADP_c＝a₁×MAD_p+a₂

其中，MADP_c为当前帧的预测MAD，MAD_p表示前一帧实际MAD，a₁和a₂是预测模型的系数，这两个参数在编码完一帧后进行更新。

4.根据权利要求2所述一种基于帧复杂度的码率控制方法，其特征在于，步骤b3中所述当前帧的预测MAD与已编码帧的实际MAD平均值之比由以下公式得到：

${\mathrm{MAD}}_{\mathrm{ratio}}=\frac{{\mathrm{MADP}}_c}{\frac{1}{j-1}\left(\underset{1}{\overset{j-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{\mathrm{MAD}}_i\right)}$

其中，MADP_c表示当前帧的预测MAD，MAD_i表示已编码帧i的实际MAD。

5.根据权利要求2所述一种基于帧复杂度的码率控制方法，其特征在于，步骤b5中所述前一帧实际MAD与MAD(org_i，rec_i-1)的差值MAD_drop，i，由以下公式得到：MAD_drop，i＝MAD_i-1-MAD(org_i，rec_i-1)

其中，MAD_i-1表示已编码帧i-1的实际MAD。

6.根据权利要求2所述一种基于帧复杂度的码率控制方法，其特征在于，步骤b6所述当前编码帧的MAD_drop，i绝对值与已编码帧的MAD_drop，i绝对值的平均值之比，由以下公式得到：

${\mathrm{MAD}}_{\mathrm{drop}-\mathrm{ratio},i}=\frac{\left|{\mathrm{MAD}}_{\mathrm{drop},i}\right|}{\frac{1}{i}\underset{1}{\overset{i}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left|{\mathrm{MAD}}_{\mathrm{drop},j}\right|}$

其中，MAD_{drop-ratio，i}表示当前编码帧的MAD_drop，i绝对值与已编码帧的MAD_drop，i绝对值的平均值之比。

7.根据权利要求b7所述一种基于帧复杂度的码率控制方法，其特征在于，步骤g所述MAD_ratio，i和MAD_{drop-ratio，i}的加权组合由以下公式得到：

FC_i＝μ×MAD_ratio，i+(1-μ)×MAD_{drop-ratio，i}

其中，FC_i表示第i帧的复杂度，μ是一个系数，它的典型植被设为0.6。

8.根据权利要求2或3或4或5或6或7所述一种基于帧复杂度的码率控制方法，其特征在于，步骤c还包括以下步骤：

c2.求出当前编码帧的可用带宽后，根据二次模型计算出当前帧的量化参数。