CN104780375A - 一种可伸缩视频编码的码率控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可伸缩视频编码的码率控制方法及系统，通过采用ρ域的比特率建模框架分别对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，得到零系数百分比值与输出码率的线性关系；计算一帧视频信号的零系数百分比值；根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率，对可伸缩视频编码的码率进行控制，从而实现了准确的码率预测，简单有效，将平均码率误差控制在较低的水平，带来了大大的方便。

Description

一种可伸缩视频编码的码率控制方法及系统

技术领域

本发明涉及可伸缩视频编码技术领域，尤其涉及的是一种可伸缩视频编码的码率控制方法及系统。

背景技术

当前视频传输服务必须面对各种解码环境、各种设备屏幕大小、计算能力和网络带宽。现有的编码解决方案为每个目标设置一个特定的视频,导致存储和带宽的浪费。新的H.264可伸缩视频编码(SVC)标准提供了更灵活的视频流,它包含几个不同的视频层。首先编码基本层,继而进一步编码空间、时间和质量增强层。空间增强层用以提高分辨率和适应尺寸不一的屏幕。时间层用以增加每秒内的帧数和添加针对视频运动的平滑处理。质量层用以改进运动和纹理信息的信噪比,提高重建的视频流。

码率控制在处理视频传输过程中是一个重要的问题。其目的是控制编码器的输出比特率,以适应一定带宽约束，同时使重建的视频获得最高质量。量化参数(QP)决定了在编码过程中丢失的信息量，对码率和重建的质量数据也有直接的影响。大部分对于码率控制的研究都针对单层视频，但却极少有对于可伸缩视频的研究成果。某些方法仅适用于时空的可伸缩性。这些方法并不能处理mpeg - 4 SVC提供的所有特性。某些方法处理三种类型的可伸缩性和处理夹层预测，虽然能得到良好的性能，但却以增加计算复杂度作为代价，现有的码率控制误差高，计算复杂。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种可伸缩视频编码的码率控制方法及系统，旨在解决现有的码率控制误差高，计算复杂的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种可伸缩视频编码的码率控制方法，其中，包括以下步骤：

A、采用ρ域的比特率建模框架分别对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，得到零系数百分比值与输出码率的线性关系；

B、计算一帧视频信号的零系数百分比值；

C、根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率，对可伸缩视频编码的码率进行控制。

所述的可伸缩视频编码的码率控制方法，其中，所述步骤A具体包括：

A1、构建可伸缩视频编码的ρ域模型；

A2、对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，确立零系数百分比值ρ与输出码率R的线性关系，所述线性关系为：                                                ，其中和为固定参数。

所述的可伸缩视频编码的码率控制方法，其中，所述步骤B具体包括：

B1、令表示宏块m中位置（i，j）的系数，通过该系数可得到指示函数如下所示：，其中t(i,j,q)是位置(i,j)上系数的死区阈值，量化比特率参数QP值为q；

B2、计算一帧视频信号的零系数百分比值为：；其中，M为该帧中系数个数的总数。

所述的可伸缩视频编码的码率控制方法，其中，在所述步骤A2中，通过使用量化比特率参数QP的初始值编码的帧计算得到和两个参数。

所述的可伸缩视频编码的码率控制方法，其中，所述步骤C具体包括：

C1、根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率；

C2、给每一个可伸缩视频编码特征层，相同层中每一帧分配相同的输出码率。

一种可伸缩视频编码的码率控制系统，其中，包括：

线性关系生成模块，用于采用ρ域的比特率建模框架分别对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，得到零系数百分比值与输出码率的线性关系；

零系数百分比值获取模块，用于计算一帧视频信号的零系数百分比值；

输出码率获取模块，用于根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率，对可伸缩视频编码的码率进行控制。

所述的可伸缩视频编码的码率控制系统，其中，所述线性关系生成模块包括：

模型构建单元，用于构建可伸缩视频编码的ρ域模型；

线性关联单元，用于对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，确立零系数百分比值ρ与输出码率R的线性关系，所述线性关系为：，其中和为固定参数。

所述的可伸缩视频编码的码率控制系统，其中，所述零系数百分比值获取模块包括：

指示函数单元，用于令表示宏块m中位置（i，j）的系数，通过该系数可得到指示函数如下所示：，其中t(i,j,q)是位置(i,j)上系数的死区阈值，量化比特率参数QP值为q；

零系数百分比值计算单元，用于计算一帧视频信号的零系数百分比值为：；其中，M为该帧中系数个数的总数。

所述的可伸缩视频编码的码率控制系统，其中，通过使用量化比特率参数QP的初始值编码的帧计算得到和两个参数。

所述的可伸缩视频编码的码率控制系统，其中，所述输出码率获取模块包括：

输出码率计算单元，用于根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率；

输出码率分配单元，用于给每一个可伸缩视频编码特征层，相同层中每一帧分配相同的输出码率。

本发明所提供的一种可伸缩视频编码的码率控制方法及系统，有效地解决了现有的码率控制误差高，计算复杂的问题，通过采用ρ域的比特率建模框架分别对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，得到零系数百分比值与输出码率的线性关系；计算一帧视频信号的零系数百分比值；根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率，对可伸缩视频编码的码率进行控制，从而实现了准确的码率预测，简单有效，将平均码率误差控制在较低的水平，带来了大大的方便。

附图说明

图1为本发明提供的可伸缩视频编码的码率控制方法较佳实施例的流程图。

图2为本发明提供的可伸缩视频编码的码率控制系统较佳实施例的结构框图。

具体实施方式

本发明提供一种可伸缩视频编码的码率控制方法及系统，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明提供的可伸缩视频编码的码率控制方法较佳实施例的流程图，如图所示，所述不平衡检测方法包括以下步骤：

步骤S100、采用ρ域的比特率建模框架分别对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，得到零系数百分比值与输出码率的线性关系；

步骤S200、计算一帧视频信号的零系数百分比值；

步骤S300、根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率，对可伸缩视频编码的码率进行控制。

下面结合具体的实施例对上述步骤进行详细的描述。

在步骤S100中，采用ρ域的比特率建模框架分别对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，得到零系数百分比值与输出码率的线性关系。具体来说，可伸缩视频编码（Scalable Video Coding, SVC）技术把视频信号编码成分层的形式，当带宽不足时只对基本层的码流进行传输和解码，但这时解码的视频质量不高。当带宽慢慢变大时，可以传输和解码增强层的码流来提高视频的解码质量。ρ域的比特率建模框架为视频编码中的现有技术。本发明采用ρ-域的比特率建模框架的算法思想，分别对SVC编码的三个特征层，包括空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层以及时间可伸缩特征层进行处理，得到零系数百分比值与输出码率的线性关系。

要在MPEG-4/SVC上使用基于ρ-域的方法，需要在ρ值和输出码率两者之间建立起关系，本发明经过分别对SVC三个特征层，空间层、时间层和质量层的实验及推导，零系数百分比值ρ和输出码率存在很明显的线性关系。ρ为零系数占量化后的帧的百分比。变换系数量化后被编码成零，还是有余数被保存，取决于它在宏块（MB）和量化比特率参数QP值的位置。

在实际应用时，先构建可伸缩视频编码的ρ域模型；然后对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，确立零系数百分比值ρ与输出码率R的线性关系，所述线性关系为：，其中和为固定参数。其中，通过使用量化比特率参数QP的初始值编码的帧计算得到和两个参数。

在步骤S200中，计算一帧视频信号的零系数百分比值。具体来说，变换系数量化后被编码成零，还是有余数被保存，取决于它在宏块（MB）和QP值的位置。令表示宏块 m 中位置（i，j）的系数，通过该系数可得到指示函数如下所示：，其中t(i,j,q)是位置(i,j)上系数的死区阈值，量化比特率参数QP值为q。然后，计算一帧视频信号的零系数百分比值为：；其中，M为该帧中系数个数的总数。

在步骤S300中，根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率，对可伸缩视频编码的码率进行控制。具体来说，根据零系数百分比值计算公式和线性关系公式，可以找到码率和QP之间的关系。首先根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率；然后，给每一个可伸缩视频编码特征层，相同层中每一帧分配相同的输出码率。

在实际应用时，单独指定一个目标码率给每一个SVC特征层。相同层l中每一帧被分配到相同的目标码率：；其中是l层的目标码率，是l层中每秒的帧数量。使用比特分配策略，调度可用比特率组之间的图像(GOPs)，帧或者宏模块。然后，通过量化比特率参数(QP)实现目标码率。执行比特分配后，QP的最优值将用于计算每一帧。由于ρ与码率存在线性关系，所以对于目标码率，存在一个唯一的ρ值。从零系数百分比值计算公式，要找到最接近目标的码率，等价于寻找最接近的ρ值。故，通过线性关系公式估计出参数和，然后计算的值，从而可以得到最终输出码率，实现对SVC的码率控制。

本发明提供的可伸缩视频编码的码率控制方法，通过对SVC三个特征层使用ρ-域的比特率建模框架分别处理后，能分配到相同的目标码率，ρ值与输出码率的关系得到最优解，计算得到的值作为计算每一帧目标码率的关键参数，夹层通过向其它层获取信息，得以做出准确的码率预测。

基于上述可伸缩视频编码的码率控制方法，本发明还提供了一种可伸缩视频编码的码率控制系统，如图2所示，所述系统包括：

线性关系生成模块10，用于采用ρ域的比特率建模框架分别对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，得到零系数百分比值与输出码率的线性关系；具体如步骤S100所述；

零系数百分比值获取模块20，用于计算一帧视频信号的零系数百分比值；具体如步骤S200所述；

输出码率获取模块30，用于根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率，对可伸缩视频编码的码率进行控制；具体如步骤S300所述。

进一步地，所述线性关系生成模块10包括：

模型构建单元，用于构建可伸缩视频编码的ρ域模型；

线性关联单元，用于对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，确立零系数百分比值ρ与输出码率R的线性关系，所述线性关系为：，其中和为固定参数。

进一步地，所述零系数百分比值获取模块20包括：

指示函数单元，用于令表示宏块m中位置（i，j）的系数，通过该系数可得到指示函数如下所示：，其中t(i,j,q)是位置(i,j)上系数的死区阈值，量化比特率参数QP值为q；

零系数百分比值计算单元，用于计算一帧视频信号的零系数百分比值为：；其中，M为该帧中系数个数的总数。

进一步地，通过使用量化比特率参数QP的初始值编码的帧计算得到和两个参数。

进一步地，所述输出码率获取模块30包括：

输出码率计算单元，用于根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率；

输出码率分配单元，用于给每一个可伸缩视频编码特征层，相同层中每一帧分配相同的输出码率。

综上所述，本发明提供的一种可伸缩视频编码的码率控制方法及系统，通过采用ρ域的比特率建模框架分别对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，得到零系数百分比值与输出码率的线性关系；计算一帧视频信号的零系数百分比值；根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率，对可伸缩视频编码的码率进行控制，从而实现了准确的码率预测，简单有效，将平均码率误差控制在较低的水平，带来了大大的方便。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可伸缩视频编码的码率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、采用ρ域的比特率建模框架分别对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，得到零系数百分比值与输出码率的线性关系；

B、计算一帧视频信号的零系数百分比值；

C、根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率，对可伸缩视频编码的码率进行控制。

2.根据权利要求1所述的可伸缩视频编码的码率控制方法，其特征在于，所述步骤A具体包括：

A1、构建可伸缩视频编码的ρ域模型；

A2、对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，确立零系数百分比值ρ与输出码率R的线性关系，所述线性关系为：                                                ，其中和为固定参数。

3.根据权利要求1所述的可伸缩视频编码的码率控制方法，其特征在于，所述步骤B具体包括：

B1、令表示宏块m中位置（i，j）的系数，通过该系数可得到指示函数如下所示：，其中t(i,j,q)是位置(i,j)上系数的死区阈值，量化比特率参数QP值为q；

B2、计算一帧视频信号的零系数百分比值为：；其中，M为该帧中系数个数的总数。

4.根据权利要求2所述的可伸缩视频编码的码率控制方法，其特征在于，在所述步骤A2中，通过使用量化比特率参数QP的初始值编码的帧计算得到和两个参数。

5.根据权利要求1所述的可伸缩视频编码的码率控制方法，其特征在于，所述步骤C具体包括：

C1、根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率；

C2、给每一个可伸缩视频编码特征层，相同层中每一帧分配相同的输出码率。

6.一种可伸缩视频编码的码率控制系统，其特征在于，包括：

线性关系生成模块，用于采用ρ域的比特率建模框架分别对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，得到零系数百分比值与输出码率的线性关系；

零系数百分比值获取模块，用于计算一帧视频信号的零系数百分比值；

输出码率获取模块，用于根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率，对可伸缩视频编码的码率进行控制。

7.根据权利要求6所述的可伸缩视频编码的码率控制系统，其特征在于，所述线性关系生成模块包括：

模型构建单元，用于构建可伸缩视频编码的ρ域模型；

线性关联单元，用于对可伸缩视频编码的空间可伸缩特征层、质量可伸缩特征层和时间可伸缩特征层进行处理，确立零系数百分比值ρ与输出码率R的线性关系，所述线性关系为：，其中和为固定参数。

8.根据权利要求6所述的可伸缩视频编码的码率控制系统，其特征在于，所述零系数百分比值获取模块包括：

指示函数单元，用于令表示宏块m中位置（i，j）的系数，通过该系数可得到指示函数如下所示：，其中t(i,j,q)是位置(i,j)上系数的死区阈值，量化比特率参数QP值为q；

零系数百分比值计算单元，用于计算一帧视频信号的零系数百分比值为：；其中，M为该帧中系数个数的总数。

9.根据权利要求7所述的可伸缩视频编码的码率控制系统，其特征在于，通过使用量化比特率参数QP的初始值编码的帧计算得到和两个参数。

10.根据权利要求6所述的可伸缩视频编码的码率控制系统，其特征在于，所述输出码率获取模块包括：

输出码率计算单元，用于根据所述零系数百分比值与输出码率的线性关系得到该帧视频信号对应的输出码率；

输出码率分配单元，用于给每一个可伸缩视频编码特征层，相同层中每一帧分配相同的输出码率。