CN101527846A - 一种基于马太效应的h.264可变码率控制方法 - Google Patents

一种基于马太效应的h.264可变码率控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101527846A
CN101527846A CN 200810244067 CN200810244067A CN101527846A CN 101527846 A CN101527846 A CN 101527846A CN 200810244067 CN200810244067 CN 200810244067 CN 200810244067 A CN200810244067 A CN 200810244067A CN 101527846 A CN101527846 A CN 101527846A
Authority
CN
China
Prior art keywords
quantization step
bit rate
frame
rate control
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN 200810244067
Other languages
English (en)
Other versions
CN101527846B (zh
Inventor
李恒中
夏卫平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
JIANGSU RULINGTONG CULTURE INDUSTRY GROUP CO., LTD.
Original Assignee
WUXI EPUDE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by WUXI EPUDE TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical WUXI EPUDE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN 200810244067 priority Critical patent/CN101527846B/zh
Publication of CN101527846A publication Critical patent/CN101527846A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101527846B publication Critical patent/CN101527846B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

本发明涉及一种基于马太效应的H.264可变码率控制方法，具体地说是一种在H.264压缩过程中根据人眼的规律进行码率分配的方法。所述控制方法包括图像层量化步长的确定方法和宏块层量化步长的确定方法；所述图像层量化步长的确定方法是，在P帧中如果当前编码帧的码率大于上一帧的码率的2倍，则将量化步长减少1以提高量化的准确度；如果当前编码帧的码率小于上一帧的一半，则量化步长增加1以减少编码的数据。本发明所述的方法更能够保留人眼敏感的数据，符合普遍存在的马太效应规律，可以在图像级和基本单元级进行码率的分配，可以自适应的根据图像序列的情况调整码率。实验表明，该算法不仅复杂度低，而且能够较好保留人眼敏感区域的数据。

Description

一种基于马太效应的H.264可变码率控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于马太效应的H.264可变码率控制方法，具体的说是一种在H.264压缩过程中根据人眼的规律进行码率分配的方法。
背景技术
码率控制是视频编码器的重要组成部分。在视频编码过程中，输出的视频质量和码率相互影响，若要求输出的视频质量越好，则需要输出的码率就会越高。由于受网络带宽或存储容量的限制，需要将视频编码器的输出比特数控制在一定的范围内，以便在满足带宽或存储容量限制的同时尽可能获得最好的视频质量，这里所采用的控制策略就是码率控制。由此可见，码率控制策略的好坏是视频编码器成功与否的关键因素之一。
H.264是国际电信联盟(ITU：International Telecommunication Union)继MPEG之后最新的基于块的视频编解码标准，它集成了以往视频编码器的很多优点，如I帧宏块的多模式选择、1/4象素的运动矢量、多参考帧、采用了De-blocking技术等，这些特性使得H.264的编码效率有了很高的提升。在所有的码率上，H.264比H.263节省50％的比特率，尤其在极低码率下H.264的优点更加明显，但是这也带来了计算复杂度的提高。随着处理器能力的提高，H.264得到越来越广泛的应用。和以往视频编码的码率控制算法一样，H.264的码率控制也有固定码率控制(CBR：Constant Bitrate Control)和可变码率控制(VBR：Variable Bitrate Control)两种。在电影制作或者场景变化比较平均的情况下，固定码率控制可以在设定的码率下平稳的输出码流。在网络流媒体或者视频监控领域为了节省带宽，可变码率控制更受欢迎，因为很多时候视频画面儿乎没有变化，这种情况可以以很小的码率来表示。
到目前为止，已经有很多学者和研究机构提出了许多不同的基于H.264的码率控制算法。其中Siwei Ma，Zhengguo Li，Feng Wu等人提出的自适应的码率控制算法已经被ITU采用，采用“虚拟缓冲区”机制进行码率控制；Z.G.Li，F.Pan等人也提出了基于H.264的自适应码率控制算法，可以在图像组层、图像层、基本单元层对码率控制；Chih-Wei Tang，Ching-Ho Chen等人提出一种基于视觉敏感性分析的视频编码比特分配的方法，通过运动注意模型(the Motion AttentionModel)和纹理机构模型(the Texture Structure Model)来分配码率的方法。H.264采用了率失真优化函数(RDO：Rate Distortion Optimization)来选择合适的编码模式，采用线性MAD(Mean Absolute Distortion)模型，二次率失真模型等来进行参数预测，在提高编码精确性的同时也大大增加的码率控制算法的复杂度。这些码率控制算法在做可变码率控制的时候需要实时的估计带宽来调整码率，这就需要额外的机制来进行带宽的调整。
H.264的码率控制算法和MPEG2的TM5方法类似，采用了“虚拟缓冲区”机制，它实际上是一个积分控制器，可以保证全局码率的平稳。这种码率控制策略可以用在固定码率控制和可变码率控制中，通过改变编码过程中的即时码率参数来控制码率的大小，但是这需要额外的机制来确定这一即时码率参数。码率控制算法本身并没有动态的改变码率。
基于“虚拟缓冲区”机制的码率控制方法可以很好的控制码率，但它并不能从图像的角度有效的保证图像的质量。这是因为在“虚拟缓冲区”机制下某一个宏块编码的比特多了，那么接下来的宏块分配的比特就要少；同样如果某一宏块编码的比特少了，接下来的宏块分配的比特就要多。这就导致了平均主义，即在图像中不动的区域本来需要的比特少，这时会加大该区域的比特数；运动的区域本来需要的比特多，这时会减少该区域的比特数，统计Carphone序列一幅图像上宏块的非零系数和使用比特数可见这种方法没有根据人眼的视觉特性进行码率分配，人眼对于变化的信息比较敏感，而对于大片静止的区域往往不关注。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种基于马太效应的可变码率控制方法，在运动剧烈的区域分配较多的比特，在平滑不动的区域分配较少的比特，避开了传统码率控制算法中在整个图像区域平均分配码率的思想。本发明所述的方法更能够保留人眼敏感的数据，符合普遍存在的马太效应规律，可以在图像级和基本单元级进行码率的分配，可以自适应的根据图像序列的情况调整码率。实验表明，该算法不仅复杂度低，而且能够较好保留人眼敏感区域的数据。
马太效应(Matthew Effect)反映了自然界中存在的一个普遍现象，即让少的更少，让多的更多。
按照本发明提供的技术方案，一种基于马太效应的H.264可变码率控制方法，包括图像层量化步长的确定方法和宏块层量化步长的确定方法；
所述图像层量化步长的确定方法是，在P帧中如果当前编码帧的码率大于上一帧的码率的2倍，则将量化步长减少1以提高量化的准确度；如果当前编码帧的码率小于上一帧的一半，则量化步长增加1以减少编码的数据。
所述宏块层量化步长的确定方法是，如果宏块的非零系数的个数大于零，而且宏块的平均非零系数所使用的比特数大于图像的平均非零系数所使用的比特数的0.75倍，则将量化步长减少1以提高量化的准确度；如果非零系数的个数为零，则将量化步长增加1。
在编码过程中为了保证一定的图像质量，需要限定后一帧的初始的量化步长的最大值。
本发明与已有技术相比具有以下优点：复杂度低，能够较好的保留图像对人眼的视觉效果，具有根据场景自适应的改变码率的能力，适合于视频监控和网络视频传输领域。
附图说明
图1是图像层量化步长的确定方法。
图2是宏块层量化步长的确定方法。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
本发明根据图像场景的变化情况决定码率的分配，图像场景变化大的分配较多的比特，图像场景变化不大的分配较少的比特，从而更加有利于保留图像的细节信息。
在压缩过程中根据马太效应进行码率的分配，在H.264压缩过程中，图像层和宏块层码率分配时运动量大细节多的图像、宏块分配较多的码流。
在可变码率的编码中，码率控制时根据运动量和运动细节来决定码率的分配，运动量大的码流分配较高的比特，运动量小的分配较少的码率。
本发明采用量化步长与运动量和画面复杂度成反比例的控制方法。
本发明在图像层和宏块层分别进行相应的处理。
distancetokey表示当前帧到关键帧的距离，qstep表示后一帧的初始的量化步长，nonz表示每个宏块的非零系数个数，bits表示编码的比特数。
如图1所示，所述图像层量化步长的确定方法是，在P帧中如果当前编码帧的码率大于上一帧的码率的2倍，则将量化步长减少1以提高量化的准确度；如果当前编码帧的码率小于上一帧的一半，则量化步长增加1以减少编码的数据。
在宏块层运动变化较大的区域在运动估计以后的残差也比较大，每个非零系数所需要的比特也就比较多。因此，在编码时记录下每个宏块的非零系数个数nonz和编码的比特数bits，所述宏块层量化步长的确定方法是：如果宏块的非零系数的个数大于零，而且宏块的平均非零系数所使用的比特数大于图像的平均非零系数所使用的比特数的0.75倍，则将量化步长减少1以提高量化的准确度；如果非零系数的个数为零，则将量化步长增加1。由于P帧在编码过程中出现nonz为零的情况比较多，因此qstep一般会向着比较大的方向发展，为了保证一定的图像质量，在编码过程中需要限定qstep的最大值。所述qstep的最大值由实验得到。
通过图像层和宏块层的码率控制方法，可以很好得控制编码过程中的码率，对于运动较小的视频序列压缩比可以很高，对于运动较大变化比较多的序列压缩比小一些，保留较好的图像质量。而且，除了能够自适应的改变码率以外，该码率控制算法的复杂度远远低于H.264的码率控制算法。
在图像层通过当前帧编码以后的比特和前一帧编码后的比特的比较来决定下一帧量化步长的初始值。如果当前帧的比特超过前一帧比特到达一定的程度，说明图像由以前的静止或者小幅度的运动变到运动或者剧烈运动，这个时候就需要为接着的一帧减小量化步长来分配较多的比特；反之亦然。
在图1中，我们决定了图像层初始的量化步长，在图像层通过当前帧编码以后的比特和前一帧编码后的比特的比较来决定下一帧量化步长的初始值。如果当前帧的比特超过前一帧比特到达一定的程度，说明图像由以前的静止或者小幅度的运动变到运动或者剧烈运动，这个时候就需要为接着的一帧减小量化步长来分配较多的比特；反之亦然。由于关键帧和P帧的码率不具有可比性，需要通过distancetokey来排除关键帧和P帧进行码率对比的情况。
在图2中，我们决定了宏块层量化步长的方法，在宏块层运动变化较大的区域在运动估计以后的残差也比较大，每个非零系数所需要的比特也就比较多。因此，在编码时记录下每个宏块的非零系数个数nonz和编码的比特数bits，为了保证一定的图像质量，在编码过程中需要限定量化步长qstep在一定的范围之内。
通过图像层和宏块层的码率控制方法，可以很好得控制编码过程中的码率，对于运动较小的视频序列压缩比可以很高，对于运动较大变化比较多的序列压缩比小一些，保留较好的图像质量。而且，除了能够自适应的改变码率以外，该码率控制算法的复杂度远远低于H.264的码率控制算法。

Claims (2)

1、一种基于马太效应的H.264可变码率控制方法，其特征是：所述方法包括图像层量化步长的确定方法和宏块层量化步长的确定方法；
所述图像层量化步长的确定方法是，
在P帧中如果当前编码帧的码率大于上一帧的码率的2倍，则将量化步长减少1以提高量化的准确度；如果当前编码帧的码率小于上一帧的一半，则量化步长增加1以减少编码的数据；
所述宏块层量化步长的确定方法是，
如果宏块的非零系数的个数大于零，而且宏块的平均非零系数所使用的比特数大于图像的平均非零系数所使用的比特数的0.75倍，则将量化步长减少1以提高量化的准确度；如果非零系数的个数为零，则将量化步长增加1。
2、根据权利要求1所述的基于马太效应的H.264可变码率控制方法，其特征在于，在编码过程中需要限定后一帧的初始的量化步长的最大值。
CN 200810244067 2008-12-19 2008-12-19 一种基于马太效应的h.264可变码率控制方法 Expired - Fee Related CN101527846B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200810244067 CN101527846B (zh) 2008-12-19 2008-12-19 一种基于马太效应的h.264可变码率控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 200810244067 CN101527846B (zh) 2008-12-19 2008-12-19 一种基于马太效应的h.264可变码率控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101527846A true CN101527846A (zh) 2009-09-09
CN101527846B CN101527846B (zh) 2010-11-03

Family

ID=41095507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 200810244067 Expired - Fee Related CN101527846B (zh) 2008-12-19 2008-12-19 一种基于马太效应的h.264可变码率控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101527846B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101895759A (zh) * 2010-07-28 2010-11-24 南京信息工程大学 一种h.264码率控制方法
CN102025993A (zh) * 2010-12-17 2011-04-20 深圳中兴力维技术有限公司 一种基于h.264的视频传输方法及系统
CN107635115A (zh) * 2017-10-09 2018-01-26 深圳市天视通电子科技有限公司 一种实现超低码率的方法、存储介质及电子设备

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1219403C (zh) * 2002-12-20 2005-09-14 中国科学院计算技术研究所 引入视觉模型的mpeg视频码流码率转换方法
US7403562B2 (en) * 2005-03-09 2008-07-22 Eg Technology, Inc. Model based rate control for predictive video encoder
CN100425077C (zh) * 2006-08-07 2008-10-08 浙江大学 采用帧目标比特数不平均分配的视频压缩码率控制方法
CN101159871B (zh) * 2007-11-12 2010-08-04 中兴通讯股份有限公司 宏块组级视频码率控制方法
CN101325711A (zh) * 2008-07-16 2008-12-17 上海大学 基于时空掩盖效应的自适应码率控制方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101895759A (zh) * 2010-07-28 2010-11-24 南京信息工程大学 一种h.264码率控制方法
CN101895759B (zh) * 2010-07-28 2011-10-05 南京信息工程大学 一种h.264码率控制方法
CN102025993A (zh) * 2010-12-17 2011-04-20 深圳中兴力维技术有限公司 一种基于h.264的视频传输方法及系统
CN107635115A (zh) * 2017-10-09 2018-01-26 深圳市天视通电子科技有限公司 一种实现超低码率的方法、存储介质及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN101527846B (zh) 2010-11-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101466035B (zh) 一种基于h.264的视频图像组比特分配方法
CN113766226A (zh) 图像编码方法、装置、设备及存储介质
US20100272171A1 (en) Self-adapting code rate distribution method of video image macro-block level
CN102932641B (zh) 一种恒定质量码率控制方法
CN108200431B (zh) 一种视频编码码率控制帧层比特分配方法
CN102316313B (zh) 嵌入式实时视频压缩系统中的低复杂度的比特率控制方法
CN107846590A (zh) 一种视频编码的方法和视频编码器
CN101754003B (zh) 一种稳定视频质量的码率控制方法
CN101335891B (zh) 视频速率控制方法及视频速率控制器
CN100563338C (zh) 一种恒定码率的控制方法
KR100232098B1 (ko) 퍼지 제어를 이용한 mpeg 영상 신호의 전송율 제어 장치
US20240040127A1 (en) Video encoding method and apparatus and electronic device
CN100574442C (zh) 基于图像直方图的码率控制方法
CN101527846B (zh) 一种基于马太效应的h.264可变码率控制方法
CN105187832B (zh) 基于2.5g无线网络移动视频码率控制方法
US20050140781A1 (en) Video coding method and apparatus thereof
CN110971900A (zh) 一种适用于4k、8k超高清运动平缓视频的码率控制方法
KR100543608B1 (ko) 오브젝트 기반 비트율 제어방법 및 장치
CN109451309B (zh) Hevc全i帧编码基于显著性的ctu层码率分配方法
CN100563336C (zh) 一种基于手机电视的恒定码率控制方法
KR101069254B1 (ko) Ｈ.264를 위한 프레임 단위 비트율 제어 방법
Chi et al. Region-of-interest video coding by fuzzy control for H. 263+ standard
CN112218088A (zh) 一种图像与视频压缩方法
Sun et al. A rate control algorithm for wireless video transmission using perceptual tuning
CN114598866B (zh) 一种视频实时编码的vbr码率控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
ASS Succession or assignment of patent right

Owner name: WUXI YUNSHIJIE TECHNOLOGY CO., LTD.

Free format text: FORMER OWNER: WUXI EPUDE TECHNOLOGY CO., LTD.

Effective date: 20100310

C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20100310

Address after: 214101 Jiangsu city of Wuxi province Chunhui road Xishan District Xishan Development Zone No. 155

Applicant after: Wuxi Yunsj Technology Co., Ltd.

Address before: 214101 Jiangsu city of Wuxi province Chunhui road Xishan District Xishan Development Zone No. 155

Applicant before: Wuxi Epude technology Co., Ltd.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee
CP03 Change of name, title or address

Address after: 214070, No. 599, West Building Road, Wuxi, Jiangsu, three, B building, No. 11, No. 1101

Patentee after: JIANGSU RULINGTONG CULTURE INDUSTRY GROUP CO., LTD.

Address before: 214101 Jiangsu city of Wuxi province Chunhui road Xishan District Xishan Development Zone No. 155

Patentee before: Wuxi Yunsj Technology Co., Ltd.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20101103

Termination date: 20171219