CN104967871B - 一种视频编码码流的统计复用系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种视频编码码流的统计复用系统及方法，该系统包括：预处理模组，包括N个预处理模块，每个节目对应一预处理模块，各预处理模块计算各节目视频图像的SAD，并把各节目的原始数据传送给编码模组；统计策略控制模块，根据所有节目的SAD和总码率，为各节目分配目标码率；编码模组，包括N个编码模块，每个节目对应一编码模块，各编码模块根据所述统计策略控制模块分配的目标码率对各节目进行编码；复用模块，把各编码模块生成的所有节目的数据流复用为TS，并监视各节目的实际码率，把各节目的实际码率传送给统计策略控制模块，通过本发明，可以更准确的估计节目未来所需的码率，从而提高统计复用的效率。

Description

一种视频编码码流的统计复用系统及方法

技术领域

本发明涉及数字视频压缩技术领域，特别是涉及一种视频编码码流的统计复用系统及方法。

背景技术

视频在编码以后通常要和相应的音频编码码流及辅助数据打包到一起形成一个完整的节目。在广播中，往往需要在一个固定数据传输速率的信道里同时传送多个节目，为此需要将多个节目打包成一个数据流。MPEG-2的系统部分定义了一种包含多个节目的数据流，称为‘传输流(transport stream,TS)’。TS是目前被广泛使用的数据流格式。将多个节目的编码数据流及辅助数据打包成一个TS的过程称为‘复用(mux)’，从TS中解析出一个或多个节目的过程称为‘解复用(demux)’。

TS由固定长度的数据包构成，数据包的长度为188或204个字节。通常的复用方法是为每个节目分配固定的数据传输速率。例如一个TS的数据传输速率是38Mbps，其中复用3个视音频节目，给这3个节目分配的数据传输速率分别是18Mbps，16Mbps和2Mbps，剩余的2Mbps用于传输辅助数据。

由于节目在编码以后的码率(bitrate)经常是变化的，当节目的码率低于为其分配的数据传输速率的时候，就需要填充一些空包，以保证TS的数据传输速率恒定。或者在节目编码的过程中，填充一些数据，使节目编码以后的码率保持恒定。

不论是在复用的时候填充空包，还是在节目编码的时候填充一些数据，都没有充分利用信道提供的数据传输能力。为每个节目分配固定的数据传输速率的做法过于死板。分配的固定的数据传输速率限制了节目的最大编码码率。实际上一个节目在多数时候所需的码率低于为其分配的数据传输速率。如果能够在码率高的时候借用其他节目的数据传输速率，在码率低的时候把剩余的数据传输速率借给其他节目，则可以提高信道的利用效率，或者说提高节目的质量。这种复用方法称为‘统计复用’。

统计复用的前提是多个节目在大多数情况下不会同时达到高码率。换句话说如果同一个TS中的所有节目的码率同时达到高码率，使它们的和超过了信道的数据传输速率，复用就会出错。虽然这种情况发生的概率很小，但是必须进行处理，以保证复用的正确性。

当前统计复用的控制策略大多为复用器端的反馈联合统计复用，复用器根据每个节目过往的码率情况估计该节目未来的码率需求，这种估计方法比较粗略，不能够准确的估计节目未来的码率需求，从而影响统计复用带宽分配的准确度。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种视频编码码流的统计复用系统及方法，其可以更准确的估计节目未来所需的码率，从而提高统计复用的效率。

为达上述及其它目的，本发明提出一种视频编码码流的统计复用系统，包括：

预处理模组，包括N个预处理模块，每个节目对应一预处理模块，各预处理模块用于计算各节目视频图像的SAD，将SAD传送给统计策略控制模块，并把各节目的原始数据传送给编码模组中对应的编码模块；

统计策略控制模块，根据所有节目的SAD和总码率B，为各节目分配目标码率，并将各节目的目标码率传送给编码模组中相应的编码模块；

编码模组，包括N个编码模块，每个节目对应一编码模块，各编码模块根据所述统计策略控制模块分配的目标码率对各节目进行编码，并将编码后的数据流传送给复用模块；

复用模块，把各编码模块生成的所有节目的数据流复用为TS，并监视各节目的实际码率，把各节目的实际码率传送给统计策略控制模块。

进一步地，所述预处理模块首先开辟一个原始视频图像缓冲区，缓冲N幅原始视频图像，然后根据事先设定的参考规则确定每一幅视频图像的参考图像，最后根据SAD计算公式计算编号为k的视频图像的SAD(k)。

进一步地，所述的参考图像为缓冲区中的原始图像，数量大于等于0，小于等于N。

进一步地，所述SAD计算公式为：

其中A代表像素区域，s_k[x,y]为编号为k的视频图像在[x,y]位置的像素值，p_k[x,y]为根据事先设定方法及参考图像对s_k[x,y]的预测值。

进一步地，所述统计策略控制模块首先按照SAD均值计算公式计算每一个节目的连续M幅视频图像的SAD均值，然后根据码率分配公式为每一个节目分配目标码率。

进一步地，所述SAD均值计算公式为：

其中k为即将编码图像的编号，SAD(n,j)为第n个节目的第j幅图像的SAD，即SAD(j)。

进一步地，所述码率分配公式为：

其中B(n,k)为第n个节目分配的目标码率(n<＝N)，N为节目总数，B为总码率。

为达到上述目的，本发明还提供一种视频编码码流的统计复用方法，包括如下步骤：

步骤一，利用预处理模块对每个节目计算其视频图像的SAD(预测绝对差值和)，所述SAD计算公式为：

其中A代表像素区域，s_k[x,y]为编号为k的视频图像在[x,y]位置的像素值，p_k[x,y]为根据事先设定方法及参考图像对s_k[x,y]的预测值；

步骤二，利用统计策略控制模块根据获得的全部SAD和总码率B为每一个节目分配目标码率；

步骤三，利用编码模块根据节目的目标码率对各节目进行编码，并将编码后的数据流传送给复用模块；

步骤四，利用复用模块把各编码模块生成的所有节目的数据流复用为TS，并监视各节目的实际码率，把各节目的实际码率传送给统计策略控制模块。

进一步地，步骤一包括：

预处理模块开辟一个原始视频图像缓冲区，缓冲N幅原始视频图像；

根据事先设定的参考规则确定每一幅视频图像的参考图像，所述的参考图像是缓冲区中的原始图像，数量大于等于0，小于等于N；

根据SAD计算公式计算编号为k的视频图像的SAD(k)。

进一步地，步骤二进一步包括：

根据SAD均值计算公式计算每一个节目的连续M幅视频图像的SAD均值；

根据码率分配公式为每一个节目分配目标码率。

与现有技术相比，本发明一种视频编码码流的统计复用系统及方法通过在复用模块前端为每个节目增加一个预处理模块，该预处理模块计算视频图像的SAD，并将SAD传送给统计策略控制模块，由统计策略控制模块根据所有节目的SAD和总码率B为各节目分配目标码率，本发明采用SAD能够准确的反应视频流的复杂度，根据SAD可以准确的估计出节目未来所需的码率，从而使码率分配更准确，统计复用效率更高。

附图说明

图1为本发明一种视频编码码流的统计复用系统的系统架构图；

图2为本发明一种视频编码码流的统计复用方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种视频编码码流的统计复用系统的系统架构图。如图1所示，本发明一种视频编码码流的统计复用系统，包括：预处理模组10、统计策略控制模块20、编码模组30以及复用模块40。

预处理模组10包括N个预处理模块(预处理模块1，预处理模块2，…预处理模块N)，每个节目都有一个预处理模块，即节目1对应预处理模块1，节目2对应预处理模块2，…节目N对应预处理模块N，各预处理模块用于计算视频图像的SAD(Sum of AbsoluteDifferences，绝对差值和)，并将SAD传送给统计策略控制模块20，并把各节目的原始数据传送给编码模组30中对应的编码模块。

具体地，各预处理模块首先开辟一个原始视频图像缓冲区，缓冲N幅原始视频图像，视频图像按照时间的先后顺序从小到大编号为1,2,3,…编号和视频图像的时间一一对应，不论其是否在缓冲区内。第一幅进入缓冲区的视频图像编号为1。

然后根据事先设定的参考规则确定每一幅视频图像的参考图像，所述的参考图像是缓冲区中的原始图像，数量大于等于0，小于等于N。

最后根据如下SAD计算公式(公式(1))计算编号为k的视频图像的SAD(k)。

其中A代表像素区域，s_k[x,y]为编号为k的视频图像在[x,y]位置的像素值，p_k[x,y]为根据事先设定方法及参考图像对s_k[x,y]的预测值。

统计策略控制模块20根据所有节目的SAD和总码率B，为各节目分配目标码率(GBR)，并将各节目的目标码率传送给编码模组30中相应的编码模块。

具体地，统计策略控制模块20首先按照SAD均值计算公式(公式(2))计算每一个节目的连续M幅视频图像的SAD均值，记为其中M是一个大于等于1的整数，是事先设定的值。

其中k为即将编码图像的编号，SAD(n,j)为第n个节目的第j幅图像的SAD，即SAD(j)。

然后，根据码率分配公式(公式(3))为每一个节目分配码率：

其中B(n,k)为第n个节目分配的目标码率(n<＝N)，N为节目总数，B为总码率。

编码模组30包括N个编码模块(编码模块1，编码模块2，…编码模块N)，每个节目都有一个预处理模块，即节目1对应预处理模块1，节目2对应预处理模块2，…节目N对应预处理模块N，各编码模块根据统计策略控制模块20分配的目标码率对各节目进行编码，并将编码后的数据流传送给复用模块40。

复用模块40把各编码模块生成的所有节目的数据流复用为TS，并监视各节目的实际码率，把各节目的实际码率传送给统计策略控制模块20。

图2为本发明一种视频编码码流的统计复用方法的步骤流程图。如图2，本发明一种视频编码码流的统计复用方法，包括如下步骤：

步骤201，利用预处理模块对每个节目计算其视频图像的预测绝对差值和(SAD)。

具体地，步骤201进一步包括如下步骤：

步骤1.1：开辟一个原始视频图像缓冲区，缓冲N幅原始视频图像，视频图像按照时间的先后顺序从小到大编号为1，2，3，…编号和视频图像的时间一一对应，不论其是否在缓冲区内。第一幅进入缓冲区的视频图像编号为1；

步骤1.2：根据事先设定的参考规则确定每一幅视频图像的参考图像，所述的参考图像是缓冲区中的原始图像，数量大于等于0，小于等于N；

步骤1.3：根据如下SAD计算公式计算编号为k的视频图像的SAD(k)。

其中A代表像素区域，s_k[x,y]为编号为k的视频图像在[x,y]位置的像素值，p_k[x,y]为根据事先设定方法及参考图像对sk[x,y]的预测值。

步骤202，利用统计策略控制模块根据获得的全部SAD和总码率B为每一个节目分配目标码率。

具体地，步骤202进一步包括如下步骤：

步骤2.1：按照如下SAD均值计算公式计算每一个节目的连续M幅视频图像的SAD均值，记为其中M是一个大于等于1的整数，是事先设定的值。

其中k为即将编码图像的编号，SAD(n,j)为第n个节目的第j幅图像的SAD，即SAD(j)。

步骤2.2：按码率分配公式为每一个节目分配码率。码率分配公式如下：

其中B(n,k)为第n个节目分配的目标码率(n<＝N)，N为节目总数，B为总码率。

步骤203，利用编码模块根据节目的目标码率对各节目进行编码，并将编码后的数据流传送给复用模块。

步骤204，利用复用模块把各编码模块生成的所有节目的数据流复用为TS，并监视各节目的实际码率，把各节目的实际码率传送给统计策略控制模块。

综上所述，本发明一种视频编码码流的统计复用系统及方法通过在复用模块前端为每个节目增加一个预处理模块，该预处理模块计算视频图像的SAD，并将SAD传送给统计策略控制模块，由统计策略控制模块根据所有节目的SAD和总码率B为各节目分配目标码率，本发明采用SAD能够准确的反应视频流的复杂度，根据SAD可以准确的估计出节目未来所需的码率，从而使码率分配更准确，统计复用效率更高。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (5)

1.一种视频编码码流的统计复用系统，包括：

预处理模组，包括N个预处理模块，每个节目对应一预处理模块，各预处理模块用于计算各节目视频图像的SAD(预测绝对差值和)，将SAD传送给统计策略控制模块，并把各节目的原始数据传送给编码模组中对应的编码模块；所述预处理模块首先开辟一个原始视频图像缓冲区，缓冲N幅原始视频图像，然后根据事先设定的参考规则确定每一幅视频图像的参考图像，最后根据SAD计算公式计算编号为k的视频图像的SAD(k)；所述SAD计算公式为：

其中A代表像素区域，s_k[x,y]为编号为k的视频图像在[x,y]位置的像素值，p_k[x,y]为根据事先设定方法及参考图像对s_k[x,y]的预测值；

统计策略控制模块，根据所有节目的SAD和总码率B，为各节目分配目标码率，并将各节目的目标码率传送给编码模组中相应的编码模块；所述SAD的均值计算公式为：

其中k为即将编码图像的编号，SAD(n,j)为第n个节目的第j幅图像的SAD，即SAD(j)；

所述目标码率的分配公式为：

其中B(n,k)为第n个节目分配的目标码率(n<＝N)，N为节目总数，B为总码率；

编码模组，包括N个编码模块，每个节目对应一编码模块，各编码模块根据所述统计策略控制模块分配的目标码率对各节目进行编码，并将编码后的数据流传送给复用模块；

复用模块，把各编码模块生成的所有节目的数据流复用为TS，并监视各节目的实际码率，把各节目的实际码率传送给统计策略控制模块。

2.如权利要求1所述的视频编码码流的统计复用系统，其特征在于：所述的参考图像为缓冲区中的原始图像，数量大于等于0，小于等于N。

3.如权利要求1所述的视频编码码流的统计复用系统，其特征在于：所述统计策略控制模块首先按照SAD均值计算公式计算每一个节目的连续M幅视频图像的SAD均值，然后根据目标码率分配公式为每一个节目分配目标码率。

4.一种视频编码码流的统计复用方法，包括如下步骤：

步骤一，利用预处理模块对每个节目计算其视频图像的SAD(预测绝对差值和)，所述SAD计算公式为：

其中A代表像素区域，s_k[x,y]为编号为k的视频图像在[x,y]位置的像素值，p_k[x,y]为根据事先设定方法及参考图像对s_k[x,y]的预测值；

步骤二，利用统计策略控制模块根据获得的全部SAD和总码率B为每一个节目分配目标码率，目标码率分配公式为其中B(n,k)为第n个节目分配的目标码率(n<＝N)，N为节目总数，B为总码率,为SAD均值计算公式；

步骤三，利用编码模块根据节目的目标码率对各节目进行编码，并将编码后的数据流传送给复用模块；

步骤四，利用复用模块把各编码模块生成的所有节目的数据流复用为TS，并监视各节目的实际码率，把各节目的实际码率传送给统计策略控制模块。

5.如权利要求4所述的一种视频编码码流的统计复用方法，其特征在于，步骤一包括：

预处理模块开辟一个原始视频图像缓冲区，缓冲N幅原始视频图像；

根据事先设定的参考规则确定每一幅视频图像的参考图像，所述的参考图像是缓冲区中的原始图像，数量大于等于0，小于等于N；

根据SAD计算公式计算编号为k的视频图像的SAD(k)。