CN105072345A - 视频编码方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种视频编码方法和装置，方法包括：检测当前环境亮度，根据当前环境亮度和预设的多个亮度等级，确定当前亮度等级；根据预设的亮度等级和拍摄参数的对应关系，得到当前亮度等级对应的拍摄参数；以得到的拍摄参数进行拍摄，得到初始图像；对初始图像进行编码获得I帧，并根据初始图像和I帧编码获得预设数量的P帧和/或B帧，并在两个I帧之间插入预设数量的P帧和/或B帧形成传输码流。通过将拍摄参数与当前亮度等级建立对应调整关系，使得在不同亮度条件下拍摄以及编码的图像仅满足基本视觉清晰度要求，限制图像数据量，避免图像数据量由于亮度提高而增加，解决了环境亮度增加时的图像数据增大而导致传输堵塞的问题。
Description
技术领域
本发明涉及视频处理技术领域，特别是涉及视频编码方法和装置。
背景技术
目前，视频处理技术和拍摄技术不断发展，视频应用在各种领域，为人们生活提供了便利，如视频应用在安防领域或智能家居，有助于人们实时监控。但由于组视频的数据量比较大，传输中要消耗大量的带宽和存储，同时家用宽带及手机移动网络的上下行带宽不对称，又在一定成都上给影像传输制造了瓶颈，如果视频数量大则将造成丢帧，影响传输质量，使得视频卡顿，极大影响用户体验，这样使得视频传输问题成为普及家庭智能硬件产品的一大障碍。
一般来说，视频传输过程中，首先将视频编码传输为若干帧图像，然后分别传输，再由播放器解码为视频播放。视频帧类型，可以分为I帧(关键帧)，P帧，B帧，其中P帧和B帧可以理解为在I帧基础上或前后两帧的区别数据。其中I帧为数据量最大的帧，P帧和B帧的数据量相对较小。为了形成可以为人类肉眼可以分辨的流畅的画面，在传统安防领域的摄像机领域中常见采用的播放帧率通常为：25帧/秒、30帧/秒和60帧/秒，这种情况下每传输15－30帧必须插入一个I帧，以保证画面正确、清晰。一般平均来说，I帧的压缩率是7，P帧的压缩率是20，B帧可以达到50，也就是说I帧在压缩后的数据量最大，I帧越多，则视频传输数据量越大，在遇到带宽不足的情况下，视频会出现卡顿，延时，花屏等。传统的解决方法是，大幅度降低帧率，大幅度降低视频质量来传输，这样处理的结果是，导致画面不流畅，图像不清晰，一旦视频丢帧，则使得画面模糊。
发明内容
基于此，有必要针对传统视频由于数据量大，传输带宽无法满足，在传输中存在丢帧，无法保证视频质量的缺陷，提供一种使得视频满足基本视觉需求清晰度，且单位时间内传输数据量更小的视频编码方法和装置，降低了对带宽的消耗。
一种视频编码方法，包括如下步骤：
检测当前环境亮度，根据所述当前环境亮度和预设的多个亮度等级，确定当前环境亮度对应的亮度等级，定义为当前亮度等级；
根据预设的亮度等级和拍摄参数的对应关系，得到当前亮度等级对应的拍摄参数，所述拍摄参数用于控制拍摄图像的数据量；
以得到的所述拍摄参数进行拍摄，得到初始图像；
对所述初始图像进行编码获得I帧，并根据所述初始图像和I帧编码获得预设数量的P帧和/或B帧，并在两个I帧之间插入预设数量的P帧和/或B帧形成传输码流。
在一个实施例中，所述预设数量根据当前亮度等级对应设置。
在一个实施例中，所述当前亮度等级越高，所述预设数量越大。
在一个实施例中，还包括：根据所述当前亮度等级和预设的亮度等级与帧率的对应关系，得到所述当前亮度等级对应的帧率，定义为当前帧率，并以当前帧率将所述传输码流传输至解码端。
一种视频编码装置，包括：
确定亮度模块，用于检测当前环境亮度，根据所述当前环境亮度和预设的多个亮度等级，确定当前环境亮度对应的亮度等级，定义为当前亮度等级；
确定拍摄参数模块，用于根据预设的亮度等级和拍摄参数的对应关系，得到当前亮度等级对应的拍摄参数，所述拍摄参数用于控制拍摄图像的数据量；
拍摄图像模块，用于以得到的所述拍摄参数进行拍摄，得到初始图像；
编码模块，用于对所述初始图像进行编码获得I帧，并根据所述初始图像和I帧编码获得预设数量的P帧和/或B帧，并在两个I帧之间插入预设数量的P帧和/或B帧形成传输码流。
在一个实施例中，所述预设数量根据当前亮度等级对应设置。
在一个实施例中，所述当前亮度等级越高，所述预设数量越大。
在一个实施例中，还包括传输模块，用于根据所述当前亮度等级和预设的亮度等级与帧率的对应关系，得到所述当前亮度等级对应的帧率，定义为当前帧率，并以当前帧率将所述传输码流传输至解码端。
上述视频编码方法和装置，通过将拍摄参数与当前亮度等级建立对应调整关系，使得在不同亮度条件下拍摄以及编码的图像仅满足基本视觉清晰度要求，限制图像数据量，避免图像数据量由于亮度提高而增加，解决了传统方式中环境亮度增加时的图像数据增大而导致传输堵塞的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例的视频编码方法的流程示意图；
图2为本发明一实施例的视频编码传输装置的功能模块图；
图3为本发明另一实施例的视频编码传输装置的功能模块图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
本发明一个实施例的视频编码方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S100，检测当前环境亮度，根据所述当前环境亮度和预设的多个亮度等级，确定当前环境亮度对应的亮度等级，定义为当前亮度等级。
根据光学成像原理，拍照时由图像传感器对光线进行采集，光线的强度决定图像(数字图像)的成像质量高低。因此，本步骤之前还包括设置亮度等级，根据光学成像原理，收集环境光照数据，并分析光照数据对成像质量的影响，根据分析结果将室内外各种光线条件下的环境亮度进行多级分类，例如，亮度值范围为0-100，将环境亮度划分为14个等级，即LV1-LV14，亮度变化约7个点划分为1个亮度等级。这样，不同的环境亮度将对应不同的亮度等级。
在拍摄时，首先检测当前的环境亮度，并根据当前环境亮度确定对应的亮度等级，并以此作为当前亮度等级。
步骤S200，根据预设的亮度等级和拍摄参数的对应关系，得到当前亮度等级对应的拍摄参数，所述拍摄参数用于控制拍摄图像的数据量。
由于不同的亮度条件下，拍摄的图像的质量有较大差异，一般来说，环境亮度越高，则相应拍摄的图像的质量越高，清晰度越高，而图像的数据量也越大。为了保证图像质量，在不同的亮度条件下采用不同的拍摄参数进行拍摄，可减小不同亮度条件下的拍摄图像的质量差异，使得在环境亮度高的情况下拍摄的图像的数据量减小。不同的拍摄参数与不同的预设的亮度等级对应，预设的亮度等级划分为14个等级，则相应的拍摄参数为14组，每一个预设的亮度等级与一组拍摄参数对应。在上一步骤中，根据当前环境亮度，获取当前亮度等级，而在本步骤中，根据当前亮度等级获取到对应的拍摄参数。
所述拍摄参数包括曝光时间、图像增益、图像亮度、图像饱和度、图像对比度和图像锐度，例如，当环境亮度低时，则相应要增加曝光时间和提高图像增益，减小噪点数量，并减小的图像饱和度、图像对比度和图像锐度，提高拍摄的图像的质量，使得图像更为清晰；而当环境亮度高时，则相应要减小曝光时间和降低图像增益，降低拍摄的图像质量，并增加的图像饱和度、图像对比度和图像锐度，使得拍摄的图像数据量减小，便于编码传输。在当前环境亮度一定时，当前亮度等级对应的拍摄参数所拍摄的图像的数据量最小。具体来说，根据当前环境亮度获取当前亮度等级，并根据当前亮度等级确定当前拍摄参数，将拍摄参数与当前拍摄参数之差定义为偏移量，当前环境亮度一定时，所述偏移量越小，则所拍摄的图像的数据量越小。所述偏移量可以是曝光时间之差、图像增益之差、图像亮度之差、图像饱和度之差、图像对比度之差或图像锐度之差，也可以是曝光时间之差、图像增益之差、图像亮度之差、图像饱和度之差、图像对比度之差或图像锐度之差的平均值。
例如，在亮度等级为LV11(环境亮度值为65-72)时，对应的拍摄参数为：
曝光时间：1/6000秒
图像增益：12
图像亮度：55
图像饱和度：55
图像对比度：52
图像锐度：52
在亮度等级为LV11时，以上述拍摄参数拍摄的图像的数据量最小。
而在亮度等级为LV6时，对应的拍摄参数为：
曝光时间：1/3000秒
图像增益：18
图像亮度：50
图像饱和度：48
图像对比度：46
图像锐度：46
在亮度等级为LV6时，以上述拍摄参数拍摄的图像的数据量最小。
步骤S300，以得到的所述拍摄参数进行拍摄，得到初始图像。
根据当前环境亮度获得当前亮度等级后，以当前亮度等级对应的拍摄参数进行拍摄，以此减小采集拍摄到的初始图像的噪点的数量，使得拍摄的初始图像数据量尽量小，并且使得拍摄的初始图像满足基本视觉清晰度要求。
步骤S400，对所述初始图像进行编码获得I帧，并根据所述初始图像和I帧编码获得预设数量的P帧和/或B帧，并在两个I帧之间插入预设数量的P帧和/或B帧形成传输码流。
编码环节中，由于人类的视觉系统(HVS)特性，对于光学传感器采集到的图像识别上是有冗余的。比如人眼对色彩分量的高频分量没有对亮度分量的高频分量敏感，对图像高频(即细节)处的噪声不敏感等，但主要集中在在空间和时间冗余上。针对这些冗余，通常采用国际H.264编码方式，H.264编码方式可对空间冗余和时间冗余分别进行处理。对于空间冗余，通过对初始图像自身变换及量化达到消除空间冗余，以得到I帧；而时间冗余则是通过帧间预测，即运动估计和补通用偿来去除，以得到P帧或B帧。
对初始图像编码时，初始图像通常划分为若干个宏块，编码算法以宏块为单位对初始图像进行编码，图像的基本构成单位是像素，而宏块则是由若干像素组成，一般来说，宏块由16*16个像素组成。
H.264在编码I帧时，采用了帧内预测，然后对预测误差进行编码，这样就充分利用了空间相关性，提高了编码效率，帧内预测以宏块为基本单位。首先，将与当前宏块同一帧的邻近宏块的像素作为参考，产生对当前宏块的预测值，然后对预测残差进行变换与量化，再对变换与量化后的结果做熵编码，熵编码形成I帧。H.264在编码P帧时，采用了帧间预测，帧间预测同样以宏块为基本单位，首先，获取将与当前帧与前一帧差别，并对当前帧对应的宏块与前一帧对应的宏块的变化作帧间预测，产生对当前宏块的预测值，然后对预测残差进行变换与量化，再对变换与量化后的结果做熵编码，熵编码形成P帧。I帧、P帧和B帧形成传输码流。
由于I帧的数据量较大，为了进一步减小传输码流的数据量，应控制两个I帧之间的间隔，例如，控制插入两个I帧之间的P帧和/或B帧的数量，使得两个I帧之间的间隔增大，在帧率固定的时，相同时间内，传输的I帧数量减小，从而使得传输码流的数据量减小。
如果单纯的增大I帧之间的间隔，将导致最终解码获得的视频播放不清晰，为了减小传输码流的数据量，同时使得视频播放清晰，在一个实施例中，所述预设数量根据当前亮度等级对应设置，预设数量的P帧和/或B帧即为两个I帧的间隔，I帧的间隔根据当前亮度等级进行调整，可有效降低传输码流的数据量，并使得视频播放流程，在一个实施例中，所述当前亮度等级越高，所述预设数量越大，当前亮度等级越高，经编码获得的I帧的清晰度越高，则I帧之间的差异则越小，则通过I帧进行帧间预测获取的P帧和/或B帧的数据量也相应的越小，在帧率固定时，为了减小单位时间内的传输码流的数据，相应增加P帧和/或B帧的数量，以此增大两个I帧之间的间隔，这样，单位时间内传输的I帧数据量减小了，则单位时间内的传输码流的数据量相应减小，从而使得传输更为流畅，视频播放时画面清晰，且播放更为流畅。相反地，当所述当前亮度等级低时，经编码获得的I帧的清晰度较低，即I帧的数据量较小，传输码流的数据量相应的也较小，此时为了保障视频流畅度，则相应减小I帧的间距，也即减小P帧和/或B帧的数量，单位时间内的I帧数量增大，则使得视频播放流畅。
这样，通过当前亮度等级获得对应的拍摄参，使得拍摄的初始图像和编码后的传输码流满足基本视觉需求清晰度，且数据量更小；传统编码方式中，为了使得单位时间内数据量更小，牺牲了画面质量，从而导致画面清晰度下降，而本发明通过将拍摄参数与当前亮度等级建立对应调整关系，使得在不同亮度条件下拍摄以及编码的图像仅满足基本视觉清晰度要求，限制图像数据量，避免图像数据量由于亮度提高而增加，解决了传统方式中环境亮度增加时的图像数据增大而导致传输堵塞的问题。
在一个实施例中，所述步骤S400步骤之后还包括：
步骤S500，根据所述当前亮度等级和预设的亮度等级与帧率的对应关系，得到所述当前亮度等级对应的帧率，定义为当前帧率，并以当前帧率将所述传输码流传输至解码端。
帧率为单位时间内传输的帧的数量，为了进一步减小单位时间传输码流的数据量，可以减小帧率，但如果单纯减小帧率，也将导致播放画面不流畅，播放画面不清晰，为了保持播放画面流畅、清晰，相应的应保持画面的清晰度，再减小帧率，因此，本步骤中，帧率与预设的亮度等级对应，即每一预设的亮度等级对应一种帧率，当前亮度等级越高，则帧率越高。这样，当确定了当前亮度等级，即可获得当前帧率，获得当前帧率后即以当前帧率传输所述传输码流至解码端。
结合上文所说的，当前亮度等级高时，I帧的间隔较大，两个I帧之间的P帧和/或B帧的数量较多，在一般情况下，I帧发送间隔大，则相应的单位时间内传输的数据量更小，虽然传输流畅了，但I帧间隔过大，则有可能导致视频卡顿，则相应将帧率提高，使得视频播放不卡顿；当前亮度等级低时，I帧间隔较小，两个I帧之间的P帧和/或B帧的数量较少，在一般情况下，I帧发送更频繁，则相应的单位时间内传输的数据量更大，则此时相应将帧率降低，减小单位时间内传输的I帧，减小单位时间内传输码流的数据量，以使得传输更为流畅。
根据上述方法控制获得的帧率和I帧间隔，在亮度等级为LV11和LV6时分别如下所示，其中Q值为视频质量：
LV11亮度等级下：
I帧间隔：120帧
帧率：20FPS
Q值：27
LV6亮度等级下：
I帧间隔：90帧
帧率：12.5FPS
Q值：30
通过上述数据表明，通过本发明控制帧率，可使得每间隔6秒才进行1个数据量相对较大的I帧传输，在环境亮度等级达到LV13-14的情况下，可实现I帧间隔为300帧，帧率20/FPS，即15秒才会有1个数据量相对较大的I帧传输，较现有的传输方式，I帧间隔25－30帧，有大幅提高，极大减小了单位时间内传输数据量。
在另一个实施例中，本发明还包括在解码端接收当前I帧失败时，判断当前网络是否拥塞，若是，则调整帧率和I帧间隔，否则编码端重发传输失败的当前I帧。
当网络拥塞时，则传输码流传输较为困难，容易使得I帧丢失，使得视频卡顿，此时，无需重发I帧，而调整帧率和I帧间隔，具体来说，降低帧率，并增大I帧间隔，使得单位时间内传输码流的数据量降低，使得传输顺畅；而在网络不拥塞时，则重发当前I帧。
在一个实施例中，所述判断当前网络是否拥塞具体为解码端在预设时间内获取网络流量，将所述网络流量与当前码流进行比对，当所述网络流量小于当前码流，则当前网络为拥塞；当所述网络流量与当前码流大于或等于当前码流，则当前网络为良好，所述当前码流为当前单位时间内传输码流的数据量。
本发明还提供一种视频编码装置，如图2所示，所述装置包括：确定亮度模块10、确定拍摄参数模块20、拍摄图像模块30和编码模块40；
所述确定亮度模块10用于检测当前环境亮度，根据所述当前环境亮度和预设的多个亮度等级，确定当前环境亮度对应的亮度等级，定义为当前亮度等级；
所述确定拍摄参数模块20用于根据预设的亮度等级和拍摄参数的对应关系，得到当前亮度等级对应的拍摄参数，所述拍摄参数用于控制拍摄图像的数据量；
所述拍摄图像模块30用于以得到的所述拍摄参数进行拍摄，得到初始图像；
所述编码模块40用于对所述初始图像进行编码获得I帧，并根据所述初始图像和I帧编码获得预设数量的P帧和/或B帧，并在两个I帧之间插入预设数量的P帧和/或B帧形成传输码流。
在一个实施例中，所述预设数量根据当前亮度等级对应设置。
在一个实施例中，所述当前亮度等级越高，所述预设数量越大。
在一个实施例中，还包括传输模块50，用于根据所述当前亮度等级和预设的亮度等级与帧率的对应关系，得到所述当前亮度等级对应的帧率，定义为当前帧率，并以当前帧率将所述传输码流传输至解码端。
应该说明的是，上述系统实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于可读取存储介质中。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (8)
1.一种视频编码方法，其特征在于，包括如下步骤：
检测当前环境亮度，根据所述当前环境亮度和预设的多个亮度等级，确定当前环境亮度对应的亮度等级，定义为当前亮度等级；
根据预设的亮度等级和拍摄参数的对应关系，得到当前亮度等级对应的拍摄参数，所述拍摄参数用于控制拍摄图像的数据量；
以得到的所述拍摄参数进行拍摄，得到初始图像；
对所述初始图像进行编码获得I帧，并根据所述初始图像和I帧编码获得预设数量的P帧和/或B帧，并在两个I帧之间插入预设数量的P帧和/或B帧形成传输码流。
2.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，所述预设数量根据当前亮度等级对应设置。
3.根据权利要求2所述的视频编码方法，其特征在于，所述当前亮度等级越高，所述预设数量越大。
4.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，还包括：根据所述当前亮度等级和预设的亮度等级与帧率的对应关系，得到所述当前亮度等级对应的帧率，定义为当前帧率，并以当前帧率将所述传输码流传输至解码端。
5.一种视频编码装置，其特征在于，包括：
确定亮度模块，用于检测当前环境亮度，根据所述当前环境亮度和预设的多个亮度等级，确定当前环境亮度对应的亮度等级，定义为当前亮度等级；
确定拍摄参数模块，用于根据预设的亮度等级和拍摄参数的对应关系，得到当前亮度等级对应的拍摄参数，所述拍摄参数用于控制拍摄图像的数据量；
拍摄图像模块，用于以得到的所述拍摄参数进行拍摄，得到初始图像；
编码模块，用于对所述初始图像进行编码获得I帧，并根据所述初始图像和I帧编码获得预设数量的P帧和/或B帧，并在两个I帧之间插入预设数量的P帧和/或B帧形成传输码流。
6.根据权利要求5所述的视频编码装置，其特征在于，所述预设数量根据当前亮度等级对应设置。
7.根据权利要求6所述的视频编码装置，其特征在于，所述当前亮度等级越高，所述预设数量越大。
8.根据权利要求5所述的视频编码装置，其特征在于，还包括传输模块，用于根据所述当前亮度等级和预设的亮度等级与帧率的对应关系，得到所述当前亮度等级对应的帧率，定义为当前帧率，并以当前帧率将所述传输码流传输至解码端。
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