CN101984667A - 码率控制方法及码率控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种码率控制方法及码率控制器。其中，该码率控制方法包括：给源帧转码后的数据包加上DTS戳；以及通过所述DTS戳的大小来控制输出码率的范围。通过本发明，解决了相关技术中往往因解码缓冲区的溢出而导致不能正常解码的问题，进而达到了抑制解码缓冲区溢出，保证视频数据能够正常解码的效果。

Description

码率控制方法及码率控制器

技术领域

本发明涉及码率控制领域，具体而言，涉及一种码率控制方法及码率控制器。

背景技术

数字存储媒体、电视广播以及通信等应用领域对于运动图像及其伴音的通用编码方法的要求日益增大，MPEG-2标准的视频部分即应这种要求而产生。它的用处在于可以使运动视频数据作为一种计算机可处理的数据形式，并且可以存储在各种存储媒体上，可以在现存或未来的网络上发送、接收，并且可以在现存或未来的广播信道上传播。MPEG-2的视频标准目前已成为一个通用的应用于较广范围的比特率、分辨率、质量和服务的标准。

随着人们生活水平的日益提高，对电视节目的种类的需求伴随着提高。对数字电视供应商、运营商来说，如何能够在有限的带宽限制范围内，提供更多种类的节目，实为大势所趋。而如果通过卫星电视传播信号，带宽就更加紧迫，视频码率压缩尤其可贵。

对于编码节目进行视频码率压缩，是转码的一类方式，即为转换码率。传统的方案是解码器和编码器级联，硬件复杂度太高，不实用。另外一种方案是在延用编码节目的运动矢量和宏块类型，对已编码节目进行部分解码，在变换域完成视频码率的压缩，之后再进行部分编码。这种方案省掉了视频编码中最耗时的运动估计和宏块类型选择等模块，以及解码中的运动补偿等模块，大大降低了计算复杂度，以上方案称为快速转码。码率控制是转码的一个组成部分，输出码率分为固定比特率(Constant Bit Rate，简称为CBR)和可变比特率(Variable Bit Rate，简称为VBR)两种模式。VBR模式常用在多节目共享一个复用带宽的情况下，根据节目的复杂程度动态调整节目的输出码率，可以同时达到带宽的利用率和节目的图像质量都比较理想。但是，输出码率也要考虑到接收设备(解码器或者机顶盒)的接收能力，保证数据处理之后能够在合适的时间到达解码器正常解码，到达解码器过早或者过晚都会引起解码缓冲区的溢出，导致数据不能够正常解码。

针对相关技术中往往因解码缓冲区的溢出而导致不能正常解码的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中往往因解码缓冲区的溢出而导致不能正常解码的问题而提出本发明，为此，本发明的主要目的在于提供一种码率控制方法及码率控制器，以解决上述问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种码率控制方法。该码率控制方法包括：给源帧转码后的数据包加上解码时间戳(Decoding Time Stamp，简称为DTS)戳；通过所述DTS戳的大小来控制输出码率的范围。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种码率控制器。该控制器包括：添加模块，用于给源帧转码后的数据包加上DTS戳；控制模块，用于通过所述DTS戳的大小来控制输出码率的范围。

通过本发明，采用给源帧转码后的数据包加上DTS戳；以及通过所述DTS戳的大小来控制输出码率的范围，解决了相关技术中往往因解码缓冲区的溢出而导致不能正常解码的问题，进而达到了抑制解码缓冲区溢出，保证视频数据能够正常解码的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的码率控制方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的视频转码的流程图；

图3是根据本发明实施例的码率控制的流程图；以及

图4是根据本发明实施例的码率控制器的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

根据本发明的实施例，提供了一种码率控制方法及码率控制器。

图1是根据本发明实施例的码率控制方法的流程图。如图1所示，该方法包括如下的步骤：

步骤S10，给源帧转码后的数据包加上DTS戳；以及

其中，在给源帧转码后的数据包加上DTS戳之前，还包括：计算待发送数据包的DTS戳。

计算待发送数据包的DTS戳包括：对相邻数据包之间的DTS间隔进行调整；以及，将调整后的值作为初值，根据该初值得到数据包的DTS戳。

优选地，在计算待发送数据包的DTS戳之前，还包括：计算相邻数据包之间的DTS间隔。

计算相邻数据包之间的DTS间隔包括：计算相邻帧之间的DTS间隔；计算源帧转码后的数据包的数量M；以及，根据相邻帧之间的DTS间隔和数量M计算相邻数据包之间的DTS间隔。

例如，可以采用以下公式计算源帧转码后的数据包的数量M：

$M=\frac{{\mathrm{BITS}}_{\mathrm{frame}}+188*8-1}{188*8},$

其中，BITS_frame为当前处理帧的比特数。

步骤S12，通过DTS戳的大小来控制输出码率的范围。

优选地，在通过DTS戳的大小来控制输出码率的范围包括：首先计算最小最大包率，然后根据最小最大包率来修正码率分配的包数。

可以通过以下方法来计算最小最大包率：计算当预测包相对于最小等待时间的第一冗余；计算当预测包相对于最大等待时间的第二冗余；以及，根据第一冗余和第二冗余计算最小时隙最小最大包率。

在上述方法中，在第一冗余小于零时，立即发送数据包；在第一冗余大于等于零时，且第二冗余小于等于零时，在第一时间内发送数据包；以及，在第二冗余大于零时，以第一速率发送数据包。

图2是根据本发明实施例的视频转码的流程图。如图2所示，该视频转码的方法包括：部分解码，码率控制，部分编码。

图3是根据本发明实施例的码率控制的流程图。如图3所示，本发明提供一种转码中根据DTS来控制输出码率范围的方法。

本方案的处理流程见附图3，包括以下几个环节：

部分解码：头数据和离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，简称为DCT)数据的解码。头数据沿用编码流携带的信息，DCT数据解到变换域。

码率控制：通过改变视频图像的编码比特数来控制输出码率。

和发射控制器之间存在反馈。

部分编码：头数据和DCT数据的编码。使用码率控制计算得到的编码量化级。

DTS戳生成器：对BUF里的编码数据包生成DTS，用于发送控制。

发射控制器：按照一定的标准控制发送速率，使数据到达解码器时DTS可控。

使用的变量如下：

PCR(Program Clock Reference)：本地程序时钟参考。

DTSpes：源PES(Program Elementary Stream)分组里携带的解码时间戳。

DTSpes_adapt：调整后PES分组里携带的解码时间戳。

DTSi：处理帧打包后第i个包的解码时间戳。

DTS_DELTAframe：处理帧打包后相邻帧之间的DTS间隔。

DTS_DELTA_TS：处理帧打包后相邻包之间的DTS间隔。

Decode_Min31：到达解码器的最小等待时间(单位：ms)，小于这个值会引起解码缓冲区的下溢。

Decode_Max31：到达解码器的最大等待时间(单位：ms)，大于这个值会引起解码缓冲区的上溢。

Pmax_timeslice：单时隙内能够发送的最大包数，和输出的系统码率有关。

N：帧率。

BITSframe：编码帧的比特数。

Tc：时隙宽度。(单位：ms)

Time1：当前预测包相对于最小等待时间的冗余。

Time2：当前预测包相对于最大等待时间的冗余。

Nbuf：BUF里的有效包数。

Pmin：当前时隙的最小发送包数

Pmax：当前时隙的最大发送包数

本发明只涉及到DTS戳生成器和发射控制器两部分。码率控制模块和发射控制器之间有关联。关联的部分包括码率控制模块提供Tc间隔内的发包参考值P，根据发射控制器修正后，实际发送的包数为P’。码率控制模块获取Buf的状态和P’，用来反馈到随后视频图像的编码量化级，码率控制模块的作用是保证Buf和编码量化级的平稳。

DTS戳生成器：

产生转码后视频数据包的DTS戳。

快速转码环节不改变编码流的PES结构，解码时可以获取编码流的PES信息，其中包括解码时间戳和显示时间戳，这里只用到解码时间戳DTSpes。由于本地PCR和源PCR之间的差异，打包前需要对解码时间戳和显示时间戳进行调整，调整后的PES分组里携带的解码时间戳为DTSpes_adapt。

Buf里以188字节为基本存储单位，便于发送时传输。当编码比特不是188字节的整数倍时，加入填充数据0转化成整包数。当前处理帧的比特数为BITSframe，可以得到存储时的TS包(188字长)数为M：

$M=\frac{{\mathrm{BITS}}_{\mathrm{frame}}+188*8-1}{188*8}$ 公式(1)

DTS在流里用33位表示，使用90k的时钟，可以算出在当前帧率N下，相邻帧之间的DTS间隔DTS_DELTA_frame。

假设数据均匀地从输出缓冲区发送，那么可以根据相邻帧之间的DTS间隔DTS_DELTA_frame得到相邻包之间的DTS间隔DTS_DELTA_pkt。

考虑到实际应用中使用整型数据类型(32位)处理比较方便，而且将DTS的精度降低一些仍然可以满足精度要求，这里使用DTS的高31位，从DTS_DELTA_frame和DTS_DELTA_pkt可以得到DTS_DELTA_pkt31、DTS_DELTA_framke31和DTS_{PES_Adapt31}。

将调整后的DTSpes_adapt做为初值，根据该初值可以得到所有数据包的DTS戳。BUF里第i帧第j个包的DTS戳为DTS_Ts31(i，j)。

PCR是42位码字，分为基础字段33位和扩展字段9位。基础字段的时钟是90k，这里只使用基础字段。基础字段的PCR值用PCR33来表示。考虑到实际应用中使用整型数据类型(32位)处理比较方便，实际使用31位的PCR31。

发射控制器：

用来调整码率控制产生的TC间隔内的发送包数P，以满足接收设备(比如解码器)的缓冲区的要求。

这里需要考虑到BUF的情况。假设BUF的有效包数为Nbuf。选择预测包和待发送包之间的包距为PKT_CST，即准备发送包之前第PKT_CST个包。实际使用时，PKT_CST不能大于Nbuf，所以处理前对PKT_CST做以下调整。

PKT_CST＝min(PKT_CST，Nbuf)；

由于BUF里的包都加上DTS时间戳，这里可以得到预测包长为PKT_CST时，准备发送包之前第PKT_CST个包的时间戳为DTSPKT_CST。

接下来要计算两个冗余时间。

公式(2)：

Time1＝(DTSPKT_CST-PCR31-Decode_Min31)*4/90；

公式(3)：

Time2＝(DTSPKT_CST-PCR31-Decode_Max31)*4/90；

这里Decode_Min31＜Decode_Max31，

如果Time1＜0，表明预测包到达解码缓冲区时已经小于最小等待时间，会造成解码器的下溢。此时需要将BUF里的数据包迅速发出，减少对预测包后面数据的影响。Pmin和Pmax根据Pmax_timeslice计算得到。

如果Time1＞＝0，而Time2＜＝0，表明只要及时发送，不会引起解码缓冲区的下溢。此时的Pmin根据PKT_CST、Tc和Time1计算得到，Time1和Pmin成反比关系。Pmax根据Pmax_timeslice计算得到。

如果Time2＞0，表明预测包到达解码缓冲区时“DTS-PCR”可能超过Decode_Max31或者小于Decode_Min31，和发送速率有关。这时要考虑数据不要发得太快或者太慢，否则会引起解码缓冲区的上溢或者下溢。Pmin和Pmax根据PKT_CST、Tc、Time1、Time2计算得到。Time2和Pmax成反比关系，Time 1和Pmin成反比关系。

考虑到时隙内的最大包率Pmax_timeslice：

Pmax＝min(Pmax，Pmax_timeslice)；

这样就得到时隙内的码率范围[Pmin，Pmax]。

计算码率范围时，需要同时考虑两种情况：

(1)BUF里当前数据包的DTS状态。

(2)BUF里所有数据包的DTS状态。

以上两种情况可以根据调整PKT_CST的大小来实现。

当PKT_CST远小于Nbuf时，计算出[P1min，P1max]；

当PKT_CST接近Nbuf时，计算出[P2min，P2max]；

Pmin＝max(P1min，P2min)；

Pmax＝min(P1max，P2max)；

TC间隔实际发送的包数P’如果在[Pmin，Pmax]范围内，

P’＝P

否则，将P’嵌位互[Pmin，Pmax]内，即：

P’＝min(Pmax，P’)；

P’＝max(P’，Pmin)。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图4是根据本发明实施例的码率控制器的示意图。如图4所示，该种码率控制器，包括添加模块和控制模块，其中，添加模块，用于给源帧转码后的数据包加上DTS戳；控制模块，用于通过DTS戳的大小来控制输出码率的范围。

优选地，上述码率控制器还包括：第一计算模块，用于计算待发送数据包的DTS戳，其中，首先对相邻数据包之间的DTS间隔进行调整，然后将调整后的值作为初值，根据该初值得到数据包的DTS戳。

上述码率控制器还包括：第二计算模块，用于计算最小最大包率，其中，控制模块还用于根据最小最大包率来控制输出码率的范围。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了抑制解码缓冲区溢出，保证视频数据能够正常解码的效果。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种码率控制方法，其特征在于，包括：

给源帧转码后的数据包加上DTS戳；以及

通过所述DTS戳的大小来控制输出码率的范围。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在给源帧转码后的数据包加上DTS戳之前，还包括：

计算待发送数据包的DTS戳，包括：

对相邻数据包之间的DTS间隔进行调整；以及

将调整后的值作为初值，根据该初值得到所述数据包的DTS戳。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在计算待发送数据包的DTS戳之前，还包括：

计算相邻数据包之间的DTS间隔，包括：

计算相邻帧之间的DTS间隔；

计算所述源帧转码后的数据包的数量M；以及

根据所述相邻帧之间的DTS间隔和所述数量M计算相邻数据包之间的DTS间隔。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，采用以下公式计算

所述源帧转码后的数据包的数量M：

$M=\frac{{\mathrm{BITS}}_{\mathrm{frame}}+188*8-1}{188*8},$

其中，所述BITS_frame为当前处理帧的比特数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过所述DTS戳的大小来控制输出码率的范围包括：

计算最小最大包率，

根据所述最小最大包率来修正码率分配的包数。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过以下方法来得到所述最小最大包率：

计算当预测包相对于最小等待时间的第一冗余；

计算所述当预测包相对于最大等待时间的第二冗余；以及

根据所述第一冗余和所述第二冗余计算最小时隙最小最大包率。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述第一冗余小于零时，立即发送所述数据包；

在所述第一冗余大于等于零时，且所述第二冗余小于等于零时，在第一时间内发送所述数据包；以及

在所述第二冗余大于零时，以第一速率发送所述数据包。

8.一种码率控制器，其特征在于，包括：

添加模块，用于给源帧转码后的数据包加上DTS戳；以及

控制模块，用于通过所述DTS戳的大小来控制输出码率的范围。

9.根据权利要求8所述的码率控制器，其特征在于，还包括：

第一计算模块，用于计算待发送数据包的DTS戳，其中，首先对相邻数据包之间的DTS间隔进行调整，然后根据调整后的值作为初值，得到所述数据包的DTS戳。

10.根据权利要求8所述的码率控制器，其特征在于，还包括：

第二计算模块，用于计算最小最大包率，

其中，所述控制模块还用于根据所述最小最大包率来控制输出码率的范围。

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