CN105898303A

CN105898303A - 码率控制方法及装置

Info

Publication number: CN105898303A
Application number: CN201510993221.8A
Authority: CN
Inventors: 边智; 魏伟; 白茂生; 蔡砚刚
Original assignee: LeTV Cloud Computing Co Ltd
Current assignee: LeTV Cloud Computing Co Ltd
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2016-08-24

Abstract

本发明实施例提供一种码率控制方法及装置，所述方法包括：根据未编码图像组GOP的数量以及剩余总码率，计算所述未编码GOP中当前待分配GOP的分配码率；根据所述当前待分配GOP的分配码率，以及所述当前待分配GOP中长期参考帧和不包括所述长期参考帧的其余编码帧的码率分配比例，获得所述长期参考帧的分配码率、以及所述其余编码帧的总分配码率；根据所述其余编码帧中的任一个编码帧与所述长期编码帧的距离，以及所述其余编码帧的总分配码率，为所述任一个编码帧进行码率分配，其中，距离所述长期编码帧越远的编码帧，分配码率越大。本发明实施例有效实现了码率控制。

Description

码率控制方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及视频技术领域，尤其涉及一种码率控制方法及装置。

背景技术

在进行视频编码时，一种编码标准中将视频图像帧分为I帧、P帧以及B帧进行编码。I帧为关键帧、P帧为前向预测帧、B帧为双向预测帧。在获得的编码序列中，由多个GOP(Group of picture，图像组)构成，一个GOP表示两个I帧之间的距离，其包括I帧、P帧以及B帧。I帧以及P帧在进行编码时可以作为参考帧。

码率控制即是指在进行视频编码时，为GOP中的每一个编码帧分配比特率。

由于带有长期参考帧的视频编码中，对于运动缓慢或背景不动的画面情况，长期参考帧可以带来更好的参考质量，其余编码帧以长期参考帧作为参考帧，将会节省更多的比特，以提高视频编码性能。

但是，长期参考帧在提高视频编码性能的同时，同时带来码率控制的困难，且用于为视频编码分配的码率是有限的，因此如何有效的实现码率控制，以保证较高的图像编码质量，成为本领域技术人员迫切解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种码率控制方法及装置，有效实现了码率控制，能够保证较高的图像质量。

本发明实施例提供一种码率控制方法，包括：

根据未编码图像组GOP的数量以及剩余总码率，计算所述未编码GOP中当前待分配GOP的分配码率；

根据所述当前待分配GOP的分配码率，以及所述当前待分配GOP中长期参考帧和不包括所述长期参考帧的其余编码帧的码率分配比例，获得所述长期参考帧的分配码率、以及所述其余编码帧的总分配码率；

根据所述其余编码帧中的任一个编码帧与所述长期编码帧的距离，以及所述其余编码帧的总分配码率，为所述任一个编码帧进行码率分配，其中，距离所述长期编码帧越远的编码帧，分配码率越大。

本发明实施例提供一种码率控制装置，包括：

第一计算模块，用于根据未编码图像组GOP的数量以及剩余总码率，计算所述未编码GOP中当前待分配GOP的分配码率；

第一分配模块，用于根据所述当前待分配GOP的分配码率，以及所述当前待分配GOP中长期参考帧和不包括所述长期参考帧的其余编码帧的码率分配比例，获得所述长期参考帧的分配码率、以及所述其余编码帧的总分配码率；

第二分配模块，用于根据所述其余编码帧中的任一个编码帧与所述长期编码帧的距离，以及所述其余编码帧的总分配码率，为所述任一个编码帧进行码率分配，其中，距离所述长期编码帧越远的编码帧，分配码率越大。

本发明实施例提供的码率控制方法和装置，针对长期参考帧以及不包括长期参考帧的其余编码帧采用不同的方式进行码率分配，对长期参考帧按照码率分配比例分配，对其余编码帧，根据与长期参考帧的距离远近进行分配，以保证长期参考帧可以分配更多的码率，以提高图像质量，同时保证其余编码帧的编码性能，有效实现了码率控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明码率控制方法一个实施例流程图；

图2为本发明码率控制方法又一个实施例流程图；

图3为本发明码率控制装置一个实施例结构示意图；

图4为本发明码率控制装置又一个实施例结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

带有长期参考帧的视频编码中，通常采用两个参考帧，一个是长期参考帧，另一个即为短期参考帧。

在进行视频编码时，需要为每一个编码帧进行码率分配，以实现码率控制。编码帧包括I帧、P帧以及B帧时，视频编码序列由多个GOP(Group ofpicture，图像组)构成，因此需要为每一个GOP中的每一个编码帧进行码率分配。

为了实现码率分配的合理性，以保证实现码率分配的有效控制，需要将比特分配给需要的地方，尽量做到不浪费不克扣是理想结果。在有限码率时，为了获得更好的图像质量，码率控制很有必要。

发明人在研究中发现，由于在视频编码中，对于运动缓慢或背景不动的画面情况，长期参考帧可以带来更好的参考质量，长期参考帧一般会分配更多的比特，以获取稍高的图像质量。这样后面的图像用该帧作为参考帧，将会节省更多的比特。

因此，发明人经过一系列研究提出本发明的技术方案，在本发明实施例中，首先根据有限码率中剩余总码率以及未编码GOP数量，计算GOP的分配码率。针对GOP中的长期参考帧以及不包括长期参考帧的其余编码帧采用不同的方式进行码率分配，对长期参考帧按照码率分配比例分配，对其余编码帧，根据与长期参考帧的距离远近进行分配，以保证长期参考帧可以分配更多的码率，以提高图像质量，同时保证其余编码帧的编码性能，有效实现了码率控制。

此外，还可以根据每一帧的分配码率计算获得量化系数，由于每一帧的分配码率为优化分配的码率，从而使得根据本发明技术方案获得分配码率获得的量化系数，可以保证图像编码质量。

下面结合附图对本发明技术方案进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的一种码率控制方法一个实施例的流程图，所述方法可以包括以下几个步骤：

101：根据未编码GOP的数量以及剩余总码率，计算所述未编码GOP中当前待分配GOP的分配码率。

在视频编码序列中，逐一对每一个GOP中的每一编码帧进行码率控制。GOP中的编码帧包括I帧、P帧以及B帧。

本发明实施例中，每一个GOP中包括长期参考帧，在进行视频编码时，先编码长期参考帧。

剩余总码率是指未编码GOP对应的总分配码率，可以由已编码GOP的分配码率以及预设总码率获得，该预设总码率是有限的，因此需要码率控制，以合理分配码率。

在对未编码GOP中任一个GOP进行码率分配时，也即当前待分配GOP，可以将剩余总码率除以未编码GOP数量，即可以得到当前待分配GOP的分配码率。

102：根据所述当前待分配GOP的分配码率，以及所述当前待分配GOP中长期参考帧和不包括所述长期参考帧的其余编码帧的码率分配比例，获得所述长期参考帧的分配码率、以及所述其余编码帧的总分配码率。

获取当前待分配GOP的分配码率之后，需要将当前待分配GOP的分配码率分配给GOP中的每一个编码帧。

在当前待分配GOP中包括长期参考帧时，可以按照码率分配比例为长期参考帧以及其余参考帧进行码率分配。

其中，长期参考帧的其余编码帧的码率分配比例需要保证长期参考帧的分配码率大于其余任一个编码帧分配码率，以保证可以获得较高的图像质量。

103：根据所述其余编码帧中任一个编码帧与所述长期编码帧的距离，以及所述其余编码帧的总分配码率，为所述任一个编码帧进行码率分配。

距离所述长期编码帧越远的编码帧，分配码率越大。

其余编码帧的总分配码率，需要分配给其余编码帧中的任一个编码帧，分配原则为，与长期参考帧的距离越远，获得分配码率越大，以保证编码性能。

在获得GOP中每一帧的分配码率之后，即可以按照每一帧的分配码率对GOP进行编码。

未编码GOP中的每一个待分配GOP均可以按照步骤101～步骤103的操作，为GOP中的每一个帧进行码率分配。

本发明实施例中，针对长期参考帧以及不包括长期参考帧的其余编码帧采用不同的方式进行码率分配，对长期参考帧按照码率分配比例分配，对其余编码帧，根据与长期参考帧的距离进行分配，以保证长期参考帧可以分配更多的码率，以提高图像质量，同时保证其余编码帧的编码性能，有效实现了码率控制。

其中，当前待分配GOP中长期参考帧和其余编码帧的码率分配比例可以预先设置。

作为又一个实施例，根据所述当前待分配GOP的分配码率，以及所述当前待分配GOP中长期参考帧和不包括所述长期参考帧的其余编码帧的码率分配比例，获得所述长期参考帧的分配码率、以及所述其余编码帧的总分配码率可以包括：

根据所述当前待分配GOP的分配码率，以及所述当前待分配GOP中长期参考帧和不包括所述长期参考帧的其余编码帧的码率分配比例，按照如下第一码率分配公式，获得所述长期参考帧的分配码率、以及所述其余编码帧的总分配码率；

R_{H} = R (i) \times \frac{R a}{R a + 1};

R_{o} = R (i) \times \frac{1}{R a + 1};

其中，Ra表示长期参考帧和其余编码帧的码率分配比例；R_H表示长期参考帧的分配码率；R_o表示其余编码帧的总分配码率；R(i)表示所述当前待分配GOP的分配码率。

当前待分配GOP中其余编码帧中的任一个编码帧根据距离长期编码帧的距离远近进行分配，作为又一个实施例：

所述针对所述其余编码帧中的任一个编码帧，根据任一个编码帧与所述长期编码帧的距离以及所述其余编码帧的总分配码率，为所述任一个编码帧进行码率分配可以是：

针对所述其余编码帧中的任一个编码帧，根据任一个编码帧与所述长期编码帧的距离以及所述其余编码帧的总分配码率，按照如下第二码率分配公式，为所述任一个编码帧进行码率分配；

R_{j} = R_{o} \times \frac{D_{j}}{D_{1} + D_{2} + ... + D_{N - 1}};

其中，R_j表示其余编码帧中第j个编码帧的分配码率；D_j表示第j个编码帧与所述长期参考帧的距离；j＝1、2、3……N-1。N为当前待分配GOP中的编码帧数量。

其中，第j个编码帧与所述长期参考帧的距离D_j可以根据各个编码帧的大小确定，具体的可以是第j个编码帧到长期编码帧之间的编码帧的数据长度之和。

在计算获得GOP中每一帧的分配码率时，还可以根据分配码率计算获得QP(Quantization Parameter，量化系数)，量化系数(QP)是视频编码过程的一个重要参数，这个参数的设定决定了图像的编码质量。

因此，作为又一个实施例，如图2所示，本发明实施例提供的码率控制方法又一个实施例可以包括以下几个步骤：

201：根据未编码GOP的数量以及剩余总码率，计算所述未编码GOP中当前待分配GOP的分配码率。

22：根据所述当前待分配GOP的分配码率，以及所述当前待分配GOP中长期参考帧和不包括所述长期参考帧的其余编码帧的码率分配比例，获得所述长期参考帧的分配码率、以及所述其余编码帧的总分配码率。

203：根据所述其余编码帧中任一个编码帧与所述长期编码帧的距离，以及所述其余编码帧的总分配码率，为所述任一个编码帧进行码率分配。

其中，距离所述长期编码帧越远的编码帧，分配码率越大。

步骤201～步骤203的操作与图1所示实施例中步骤101～步骤103的操作相同，在此不再赘述。

204：利用每一编码帧的分配码率，计算每一编码帧在进行编码时的量化系数。

其中，所述每一编码帧为长期参考帧或非所述长期参考帧的其余编码帧的任一个编码帧。

量化系数和分配码率之间具有关联关系。在分配码率确定的情况下，可以对量化系数进行调整。

量化系数可以是视频编码采用DCT编码时的DCT量化系数。

其中，量化系数与分配码率的关联关系为：

R = X_{l} \times \frac{M A D}{{QP}_{l}};

X_l＝X_l-1+k；

其中，QP_l表示第l编码帧的量化系数；MAD表示第l编码帧和长期参考帧的分配码率差值；R表示每一编码帧的分配码率；k为增长系数，X₀为预设值。l＝0、1、2、3……N。N为GOP中的编码帧数量。

则量化系数即可以按照量化系数计算公式，计算每一帧在图像压缩时，进行量化处理的量化系数；

{QP}_{l} = X_{l} \times \frac{M A D}{R};

本发明实施例中，针对长期参考帧以及不包括长期参考帧的其余编码帧采用不同的码率控制方式进行码率分配，对长期参考帧按照码率分配比例分配，对其余编码帧，根据与长期参考帧的距离进行分配，以保证长期参考帧可以分配更多的码率，以提高图像质量，同时保证其余编码帧的编码性能，有效实现了码率控制。而且根据不同帧的分配码率，可以计算获得每一帧进行编码时的量化系数，以便于根据该量化系数进行编码，由于量化系数决定了图像编码质量，而量化系数是根据优化的分配码率获得，从而根据分配码率获得的量化系数，可以保证图像编码质量。

图3为本发明实施例提供的一种码率控制装置一个实施例的结构示意图，该装置可以包括：

第一计算模块，用于根据未编码图像组GOP的数量以及剩余总码率，计算所述未编码GOP中当前待分配GOP的分配码率。

在视频编码序列中，逐一对每一个GOP中的每一帧进行码率控制。GOP中的编码中帧包括I帧、P帧以及B帧。

剩余总码率是指对未编码GOP对应的总分配码率，可以由已编码GOP的分配码率以及预设总码率获得。

第一分配模块，用于根据所述当前待分配GOP的分配码率，以及所述当前待分配GOP中长期参考帧和不包括所述长期参考帧的其余编码帧的码率分配比例，获得所述长期参考帧的分配码率、以及所述其余编码帧的总分配码率。

作为又一个实施例，所述第一分配模块302可以具体用于：

R_{H} = R (i) \times \frac{R a}{R a + 1};

R_{o} = R (i) \times \frac{1}{R a + 1};

当前待分配GOP中其余编码帧中的任一个编码帧根据距离长期编码帧的距离远近进行分配，作为又一个实施例，所述第二分配模块303可以具体用于：

R_{j} = R_{o} \times \frac{D_{j}}{D_{1} + D_{2} + ... + D_{N - 1}};

其中，R_j表示其余编码帧中第j个编码帧的分配码率；D_j表示第j个编码帧与所述长期参考帧的距离；j＝1、2、3……N-1，N为当前待分配GOP中的编码帧数量。

在计算获得GOP中每一帧的分配码率时，还可以根据分配码率计算获得量化系数，量化系数是视频编码过程的一个重要参数，这个参数的设定决定了图像的编码质量。

因此。作为又一个实施例，参见图4所示，与图3所示实施例不同之处在于，所述装置还可以包括：

第二计算模块304，用于利用每一编码帧的分配码率，计算每一编码帧在进行编码时的量化系数，其中，所述每一编码帧为长期参考帧或非所述长期参考帧的其余编码帧的任一个编码帧。

量化系数可以是视频编码采用DCT编码时的DCT量化系数。

其中，量化系数与分配码率的关联关系为：

R = X_{l} \times \frac{M A D}{{QP}_{l}};

X_l＝X_l-1+k；

因此，作为又一个实施例，所述第二计算模块可以具体用于：

利用每一编码帧的分配码率，按照如下量化系数计算公式，计算每一编码帧在进行编码时的量化系数；

{QP}_{l} = X_{l} \times \frac{M A D}{R};

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种码率控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述当前待分配GOP的分配码率，以及所述当前待分配GOP中长期参考帧和不包括所述长期参考帧的其余编码帧的码率分配比例，获得所述长期参考帧的分配码率、以及所述其余编码帧的总分配码率包括：

R_{H} = R (i) \times \frac{R a}{R a + 1};

R_{o} = R (i) \times \frac{1}{R a + 1};

其中，Ra表示长期参考帧和其余编码帧的码率分配比例；R_H表示长期参考帧的分配码率；R_o表示其余编码帧的总分配码率；R_(i)表示所述当前待分配GOP的分配码率。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述针对所述其余编码帧中的任一个编码帧，根据任一个编码帧与所述长期编码帧的距离以及所述其余编码帧的总分配码率，为所述任一个编码帧进行码率分配包括：

R_{j} = R_{o} \times \frac{D_{j}}{D_{1} + D_{2} + ... + D_{N - 1}};

其中，R_j表示其余编码帧中第j个编码帧的分配码率；D_j表示第j个编码帧与所述长期参考帧的距离；j＝1、2、3……N-1；N为当前待分配GOP中的编码帧数量。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，针对所述其余编码帧中的任一个编码帧，根据任一个编码帧与所述长期编码帧的距离以及所述其余编码帧的总分配码率，为所述任一个编码帧进行码率分配之后，所述方法还包括：

利用每一编码帧的分配码率，计算每一编码帧在进行编码时的量化系数，其中，所述每一编码帧为长期参考帧或非所述长期参考帧的其余编码帧的任一个编码帧。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用每一编码帧的分配码率，计算每一编码帧在进行编码时的量化系数包括：

{QP}_{l} = X_{l} \times \frac{M A D}{R};

X_l＝X_l-1+k；

其中，QP_l表示第l编码帧的量化系数；MAD表示第l编码帧和长期参考帧的分配码率差值；R表示每一编码帧的分配码率；k为增长系数，X₀为预设值。

6.一种码率控制装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一分配模块具体用于：

R_{H} = R (i) \times \frac{R a}{R a + 1};

R_{o} = R (i) \times \frac{1}{R a + 1};

8.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述第二分配模块具体用于：

R_{j} = R_{o} \times \frac{D_{j}}{D_{1} + D_{2} + ... + D_{N - 1}};

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括：

第二计算模块，用于利用每一编码帧的分配码率，计算每一编码帧在进行编码时的量化系数，其中，所述每一编码帧为长期参考帧或非所述长期参考帧的其余编码帧的任一个编码帧。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块具体用于：

{QP}_{l} = X_{l} \times \frac{M A D}{R};

X_l＝X_l-1+k；

其中，QP_l表示第l编码帧的量化系数；MAD表示第l编码帧和长期参考帧的分配码率差值；R表示每一帧的分配码率；k为增长系数，X₀为预设值。