CN104125460A - 用于控制视频比特率的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于控制视频比特率的方法和设备。本发明可以通过以下操作来提高视频图像的图像质量同时维持固定比特率：离散余弦变换来自视频信号的当前帧的像素值，根据离散余弦变换基于当前帧的变换系数值来计算当前帧的复杂度，使用当前帧的所述复杂度来获得当前帧的量化参数，并且控制视频图像的比特率。

Description

用于控制视频比特率的方法和设备
技术领域
本发明涉及用于控制视频比特率的方法和设备，并且更具体而言，涉及用于在视频编码器中控制比特率的方法和设备。
背景技术
当执行用于移除时间冗余和空间冗余的方法即帧内预测或帧间预测时，例如离散余弦变换和量化等技术用于增加图像信号的压缩率。
发明内容
考虑到视频图像的复杂度，本发明的目的在于有效控制视频比特率。
为了实现本发明的目的，本发明提供一种用于考虑到基于变换方法的视频图像的复杂度来控制视频比特率的方法和设备。
本发明提供了一种将视频图像的复杂度定义为来自变换系数值的交流分量的数量或交流分量的平均值的用于控制视频比特率的方法和设备。
本发明提供一种考虑到当前帧的预测类型来执行离散余弦变换的用于控制视频比特率的方法和设备。
本发明提供一种基于在前帧的复杂度来分配当前帧的目标比特计数的用于控制视频比特率的方法和设备。
根据本发明，可以基于变换方法通过定义视频图像的复杂度来预测精确的目标比特计数，并且相应地，可以甚至在维持固定比特率的同时提高视频图像的图像质量。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的视频信号编码装置(100)的方框图。
图2是根据本发明的实施例的比特率控制单元(125)的方框图。
图3是示出根据本发明的实施例的用于基于变换方法使用复杂度来获得当前帧的量化参数的过程的流程图。
图4是示出根据本发明的实施例的用于计算当前帧的目标比特计数的过程的流程图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。
图1是根据本发明的实施例的视频信号编码装置(100)的方框图。
参考图1，视频信号编码装置(100)可以包括第一变换单元(110)、量化单元(115)、第二变换单元(120)、比特率控制单元(125)、逆量化单元(130)、逆变换单元(135)、去块滤波单元(140)、解码图片存储单元(150)、移动估计单元(155)、帧间预测单元(160)、帧内预测单元(170)和熵编码单元(180)。
第一变换单元(110)通过变换残留数据来获得变换系数值，并且在该实例中，可以使用离散余弦变换方法或者小波变换方法。残留数据可以是原始帧和预测帧之间的差分数据。可以通过帧内预测和/或帧间预测来生成预测帧。量化单元(115)量化从变换单元(110)输出的变换系数值。第二变换单元(120)可以通过变换原始帧的像素值来获得变换系数值。同理，可以使用离散余弦变换方法或者小波变换方法。比特率控制单元(125)可以控制以图片组(GOP)、帧或宏块为单位所分配的比特率。这通过参考图2来检查。逆量化单元(130)逆量化变换系数值，并且逆变换单元(135)将逆量化的变换系数值恢复到残留数据。去块滤波单元(140)应用于每个编码的宏块以减少块失真。去块滤波图片被存储在解码图片存储单元(150)中以用作参考图片。移动估计单元(155)搜索来自参考图像的与当前块最相似的参考块，并且将搜索到的参考块的位置信息等发送到熵编码单元(180)。帧间预测单元(160)使用参考图片来执行当前图片的预测，并且将帧间预测的编码信息发送到熵编码单元(180)。帧内预测单元(170)执行来自当前图片中的解码像素的帧内预测，并且将帧内预测的编码信息发送到熵编码单元(180)。熵编码单元通过熵编码从移动估计单元(160)输入的量化变换系数值、帧间预测的编码信息、帧内预测的编码信息、参考块信息等来生成视频信号比特流。
图2是根据本发明的实施例的比特率控制单元(125)的方框图。
通常，视频编码器的输出比特流使用恒定比特率(CBR)或者可变比特率(VBR)。恒定比特率方法为一种在固定时间内在恒定数量比特下编码的方法，并且在其中存在大量移动或者复杂图像的情况中图像质量可能变得更坏，并且可以当带宽受限时被使用。相反，可变比特率方法为一种无论图像特征而在恒定图像质量下编码的方法，并且可以当存在足够带宽时或者当使用存储介质例如DVD(数字视频光盘)等时被使用。比特率控制方法用于以恒定比特率方法在恒定数量比特下编码，并且可以使用量化参数来控制比特率。例如，相对较大量化参数用于减少比特计数，并且相对较小量化参数用于增加比特计数。
参考图2，比特率控制单元(125)可以包括：目标比特计数计算单元(126)、视频图像复杂度计算单元(127)和量化参数获得单元(128)。
目标比特计数计算单元(126)可以计算当编码一帧时可以使用的比特的总数量。视频图像复杂度计算单元(127)可以使用从第二变换单元(120)输出的变换系数值来计算视频图像的复杂度。量化参数获得单元(128)可以通过使用从目标比特计数计算单元(126)输出的当前图片组中的帧(在下文中，称为当前帧)的目标比特计数和从视频图像复杂度计算单元(127)输出的当前帧的复杂度来获得将应用于当前帧的量化参数。
图3是示出根据本发明的实施例的用于基于变换方法使用复杂度来获得当前帧的量化参数的过程的流程图。
参考图3，第二变换单元(120)可以发送来自视频信号的当前帧的像素值(S300)。第二变换单元(120)可以将当前帧的像素值变换到频域(S310)。在该情况中，可以使用离散余弦变换方法。即，离散余弦变换方法为用于将原始图像表示为频率分量的变换。因此，可以由逆变换将从离散余弦变换获得的频率分量值恢复到原始像素值。来自离散余弦变换的结果值(即变换系数值)包括直流分量和交流分量。直流分量为其中频率为0的状态的系数，并且除了直流分量之外的分量为所有频率从低频变化到高频的交流分量。可以在当前帧的至少一块中执行离散余弦变换。即，可以在当前帧的所有块中执行离散余弦变换，并且可以根据当前帧中的一部分块选择地执行离散余弦变换。
并且，可以通过考虑当前帧的预测类型来执行与当前帧对应的离散余弦变换。当前帧的预测类型可以为示出当前帧是内帧(intra frame)还是间帧(interframe)的信息。例如，离散余弦变换可以限制到其中当前帧为内帧的情况。可以无论当前帧的预测类型来执行离散余弦变换。
视频图像复杂度计算单元(127)可以基于变换的当前帧的像素值来计算当前帧的复杂度(S320)。针对具有较大复杂度的图像需要相对较大比特计数。可以从来自变换系数值的交流分量的数量、交流分量的平均值等来表达当前帧的复杂度。
量化参数获得单元(128)可以通过使用变换后的当前帧的复杂度和当前帧的目标比特计数来获得当前帧的量化参数(S330)。即，可以通过考虑到当前帧的复杂度而获得量化参数来控制用于编码当前帧的比特计数。例如，随着当前帧的复杂度变得较大，应当使用相对大的量化参数，以满足为当前帧分配的目标比特计数。相反，随着当前帧的复杂度变得较小，应当使用相对小的量化参数，以满足为当前帧分配的目标比特计数。
因此，目标比特计数、复杂度和量化参数可以被建模为等式1，并且等式1可以用于获得当前帧的量化参数。
等式1：Tc＝x*(Sc/Qc)
在等式1中，Tc为当前帧的目标比特计数，Sc为当前帧的复杂度，Qc为当前帧的量化参数，并且x为建模参数。可以基于在前帧的复杂度来预测当前帧的目标比特计数，并且参考图4来检查。
将所获得的当前帧的量化参数发送到量化单元(115)，并且可以通过使用量化参数来量化当前帧的残留数据。
图4是示出根据本发明的实施例的用于计算当前帧的目标比特计数的过程的流程图。
参考图4，目标比特计数计算单元(127)可以获得在前图片组中的帧(在下文中，称为在前帧)的目标比特计数(S400)。在前帧可以具有当前帧的相同预测类型。例如，在当前图片组中的当前帧为内帧的情况中，在前帧也可以为内帧，并且在当前图片组中的当前帧为间帧的情况中，在前帧也可以为间帧。在当在前图片组中存在多个间帧时的情况中，可以使用暂时最靠近当前帧的间帧的目标比特计数。
此外，可以通过将权重应用于分配给多个间帧中的每个间帧的目标比特计数来获得目标比特计数。例如，可以获得在前帧的目标比特计数作为分配给多个间帧中的每个间帧的目标比特计数的平均值。或者可以通过考虑当前帧和在前帧之间的时间差分来确定权重，并且在该情况中，应用于多个间帧中的每个间帧的权重的总和可以满足1。
视频图像复杂度计算单元(126)可以计算在前帧的复杂度(S410)，并且量化参数获得单元(128)可以通过使用在前帧的目标比特计数和在前帧的复杂度来获得在前帧的量化参数(S420)。可以通过图3中所描述的方法的相同方法获得量化参数和在前帧的复杂度，而详细描述被跳过。
量化单元(115)可以基于在前帧的量化参数来编码在前帧以生成在在前帧中使用的比特计数(S430)。
目标比特计数计算单元(127)可以基于生成的比特计数来更新在前图片组的比特率比值(S440)。
在在前帧类似于当前帧的情况下当用于编码在前帧的比特计数大于在前帧的目标比特计数时，这使得分配给当前帧的目标比特计数相对更大。
比特计数的比值可以为图片组单元中的内帧和间帧中使用的比特计数的比。例如，更新的在前图片组的比特计数比值可以被建模为下面的等式2。
等式2：Ratiocur＝(Ratioprev*W1)+(Ratioprev’*W2)
等式2的Ratiocur为更新的在前图片组的比特计数的比值，并且这可以用作当前图片组的比特计数的比值。Ratioprev为在前图片组的比特计数的比值，并且Ratioprev’为在在前图片组中使用的内帧和间帧的平均比特计数的比。
目标比特计数计算单元(127)可以基于更新的比特计数的比值来获得当前帧的目标比特计数(S450)。可以根据当前帧的预测类型来获得每个目标比特计数，并且例如可以如等式3所示。
等式3：Tinter＝TGOP/(Iinterval+RatioItoP)
Tintra＝Tinter*(RatioItoP)
等式3的Tinter为每间帧的分配的比特计数，Tintra为每内帧的分配的比特计数，TGOP为每图片组单元的分配的比特计数，Iinterval为关键帧的时间间隔，RatioItoP为在图片组单元中的内帧和间帧使用的比特计数的比。关键帧可以为在图片组内暂时位于前面的帧。此外，关键帧可以为内帧。
同时，可以从下面的等式4获得图片组单元的所分配的比特计数。
等式4：TGOP＝Iinterval*(Tsec/fps)
在等式4中，Tsec为每秒的比特率，并且fps为每秒的帧。
在本说明书中描述了用于以帧单位控制视频比特率的方法和设备，但是不限于此，可以使用相同方法以片单位或者以宏单位控制视频比特率。
同时，可以使用计算机编程来写入所描述的比特率控制方法。可以由本领域的计算机程序员容易地推断包括程序的代码和代码段。此外，程序可以存储在计算机可读取的计算机可读介质中，并且可以由计算机读取并且执行来实现比特率控制。计算机可读介质可以包括磁记录介质、光记录介质和载波介质。
本发明的说明书和权利要求中所使用的术语和词汇不应当解释为限制到其通用或者其字面意思，并且应当基于发明人可能定义术语的概念以尽可能最好的方式描述本发明的原理解释为与本发明的技术思想对应的定义和概念。
因此，本文所描述的附图中示出的示例性实施例和配置仅是优选实施例中的一个实施例，并且不表示本发明的所有技术思想，并且应当理解的是，可以在不脱离范围的情况下做出各种修改、变化和替换。

Claims (14)

1.一种用于控制视频比特率的方法，包括：
接收来自视频信号的当前图片组中的当前帧的像素值；
离散余弦变换当前帧的所述像素值；
根据所述离散余弦变换基于当前帧的变换系数值来计算当前帧的复杂度；并且
使用当前帧的所述复杂度来获得当前帧的量化参数。
2.根据权利要求1所述的用于控制视频比特率的方法，其中，当前帧的所述复杂度由所述变换系数值中的交流分量的数量表示。
3.根据权利要求1所述的用于控制视频比特率的方法，其中，对应于当前帧中的至少一个块来执行所述离散余弦变换。
4.根据权利要求1所述的用于控制视频比特率的方法，其中，考虑到当前帧的预测类型来执行所述离散余弦变换，并且当前帧的所述预测类型为当前帧是内帧还是间帧的信息。
5.根据权利要求1所述的用于控制视频比特率的方法，其中，获得当前帧的量化参数的步骤还包括：获得当前帧的目标比特计数，并且通过使用在前帧的目标比特计数基于更新的在前图片组的比特计数的比值来获得当前帧的目标比特计数，并且所述在前帧为与所述在前图片组关联的帧，并且所述比特计数的比值为在图片组单元中的内帧和间帧中使用的比特计数的比。
6.根据权利要求5所述的用于控制视频比特率的方法，其中，获得当前帧的目标比特计数的步骤还包括：
获得在前帧的目标比特计数；
获得与在前帧的目标比特计数对应的在前帧的量化参数；
基于在前帧的量化参数编码所述在前帧来生成在在前帧中使用的比特计数；并且
通过使用在前帧的生成的比特计数和在前帧的目标比特计数来更新在前图片组的比特计数的比值。
7.根据权利要求6所述的用于控制视频比特率的方法，其中，当所述在前帧的预测类型和所述当前帧的预测类型为相同并且在在前图片组中存在与当前帧的预测类型相同的多个在前帧时，使用暂时与所述当前帧最靠近的在前帧的目标比特计数。
8.一种用于控制视频比特率的设备，包括：
第二变换单元，用于接收来自视频信号的当前图片组中的当前帧的像素值并且离散余弦变换当前帧的所述像素值；
复杂度计算单元，用于根据所述离散余弦变换基于当前帧的变换系数值来计算当前帧的复杂度；以及
量化参数获得单元，用于使用当前帧的所述复杂度来获得当前帧的量化参数。
9.根据权利要求8所述的用于控制视频比特率的设备，其中，当前帧的所述复杂度由所述变换系数值中的交流分量的数量表示。
10.根据权利要求8所述的用于控制视频比特率的设备，其中，所述第二变换单元对应于当前帧中的至少一个块来执行所述离散余弦变换。
11.根据权利要求8所述的用于控制视频比特率的设备，其中，所述第二变换单元考虑到当前帧的预测类型来执行所述离散余弦变换，并且当前帧的所述预测类型为当前帧是内帧还是间帧的信息。
12.根据权利要求8所述的用于控制视频比特率的设备，其中，用于控制视频比特率的设备还包括：目标比特计数计算单元，用于获得当前帧的目标比特计数，并且通过使用在前帧的目标比特计数基于更新的在前图片组的比特计数的比值来获得当前帧的目标比特计数，并且所述在前帧为与所述在前图片组关联的帧，并且所述比特计数的比值为在图片组单元中的内帧和间帧中使用的比特计数的比。
13.根据权利要求12所述的用于控制视频比特率的设备，其中，所述目标比特计数计算单元：获得在前帧的目标比特计数；获得与所述在前帧的目标比特计数对应的在前帧的量化参数；基于所述在前帧的量化参数编码所述在前帧来生成在在前帧中使用的比特计数；并且通过使用在前帧的生成的比特计数和目标比特计数来更新在前图片组的比特计数的比值。
14.根据权利要求13所述的用于控制视频比特率的设备，其中，当所述前帧的预测类型和所述当前帧的预测类型为相同并且在在前图片组中存在与当前帧的预测类型相同的多个在前帧时，使用暂时与所述当前帧最靠近的在前帧的目标比特计数。
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