CN106331704B - 一种视频码率控制方法及视频编码装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种视频码率控制方法及视频编码装置，用于对周期时段内的视频码流进行码率控制，其包括：根据预设的第一码率值，以及前一时段产生的编码大小，生成第一量化参数；根据预设的第二码率值，以及前一时段产生的编码大小，生成第二量化参数；比较第一量化参数和第二量化参数；若第一量化参数大于等于第二量化参数，则使用第一量化参数对当前时段的图像帧进行编码；若第一量化参数小于第二量化参数，则使用第二量化参数对当前时段的图像帧进行编码。本发明能够实现长时间(如24小时)的码率控制，并能够最大程度地保证视频质量的稳定性。

Description

一种视频码率控制方法及视频编码装置
技术领域
本发明属于视频压缩技术领域，特别涉及一种视频码率控制方法及视频编码装置。
背景技术
视频编码的输出码率与图像内容、编码方式、量化系数等都息息相关，一般来说，视频编码的输出码率始终处于不断的动态变化中。传输带宽和存储容量是已知的，而视频编码的输出码率处于不断的动态变化中，这其中的矛盾就需要码率控制进行调节。
现有的码率控制方法一般有两种方式：定码率控制方法和变码率控制方法。其中，定码率是为了码率的稳定性而服务的，而变码率是为了码率质量的稳定性而服务的。上述两种码率控制方法，在设置码率时：
1.定码率一般设置码率的平均值；
2.变码率一般设置码率的上限值；
在实际应用过程中，上述两种码率控制方法都存在一些问题：
1.定码率设置码率的平均值：从长时间来看，不同时段对码率的需求是不一样的。比如，一般情况下，白天的码率需求要高于夜晚的码率需求，此时，平均码率值设置的高会带来浪费，设置的低又会影响某些时段的视频质量。
2.变码率设置码率的上限值：变码率控制方法，在保证整体的视频质量的同时，又不浪费码率。但其具体的存储容量无法进行预先估计，在配备存储空间时，往往是按照码率的上限值进行配置，随之带来的问题就是增加成本。
由于实际的传输带宽和存储容量都是有限的，而现有上述两种码率控制方法和码率设置方法均不能有效的均衡视频质量和目标码率之间的关系。
发明内容
本发明的目的是提供一种视频码率控制方法及装置，能够实现长时间(如24小时)的码率控制，并能够最大程度的保证视频质量的稳定性。
为实现上述目的，本发明的一个方面提供了一种视频码率控制方法，用于对周期时段内的视频码流进行码率控制，其包括：根据预设的第一码率值，以及前一时段产生的编码大小，生成第一量化参数；根据预设的第二码率值，以及前一时段产生的编码大小，生成第二量化参数；比较第一量化参数和第二量化参数；若第一量化参数大于第二量化参数，则使用第一量化参数对当前时段的图像帧进行编码；若第一量化参数小于第二量化参数，则使用第二量化参数对当前时段的图像帧进行编码。
其中，所述根据预设的第一码率值，以及前一时段产生的编码大小，生成第一量化参数的步骤包括：将所述周期时段划分为N个分时段，N＞1；对每个所述分时段进行初始分配，以得到每个分时段的第一平均码率，使得所述第一平均码率满足下式：
对所述每个分时段的第一平均码率进行码率调整，以得到每个分时段的第二平均码率，使得所述第二平均码率满足下式：
根据预设的第一码率值，以及前一时段产生的编码大小，生成第一量化参数的步骤时段
其中，所述初始分配的步骤包括：根据预设的先验信息，对每个所述分时段的平均码率进行初始分配；或将每个所述分时段的第一平均码率分配为与所述第一码率值相同。
其中，所述码率调整的步骤包括：获取前一时段的对应分时段中实际产生的平均码率，以作为第三平均码率；计算每个分时段的第二平均码率与该分时段对应的第三平均码率的差值；在每个分时段结束后，根据每个分时段的所述差值执行码率调整；和/或在全部N个分时段结束后，根据所有分时段的差值执行码率调整。
其中，在每个分时段结束后，所述根据每个分时段的差值执行码率调整的步骤包括：将当前分时段的差值除以N得到第一差值平均值；将所述第一差值平均值叠加到该分时段后N个分时段中每个分时段的第二平均码率上。
其中，在全部N个分时段结束后，所述根据所有分时段的差值执行码率分配的步骤包括：对差值为正值的每个正差值分时段，将其差值的至少一部分放入到节约池；对差值为负值的每个负差值分时段，将节约池的总码率值分配给每个负差值分时段。
其中，所述将差值的至少一部分放入到节约池的步骤包括：将正差值分时段的第二平均码率进行再分配，使所述正差值分时段的第二平均码率减少该差值的至少一部分；将节约池的当前值增加所述差值的至少一部分。其中，所述将节约池的总码率值分配给每个负差值分时段的步骤包括：将节约池的总码率值平均分配给每个负差值分时段；或按照差值比例，将节约池的总码率值分配给每个负差值分时段。
其中，所述将节约池的总码率值平均分配给每个负差值分时段的步骤包括：将节约池的总码率值除以负差值分时段的个数，以得到第二差值平均值；将该第二差值平均值叠加到每个负差值分时段的第二平均码率上。
其中，所述按照差值比例，将节约池的总码率值分配给每个负差值分时段的步骤包括：计算每个负差值分时段的差值占所有负差值分时段的总差值的差值比例；将节约池的总码率值乘以每个负差值分时段的差值比例，以得到每个负差值分时段的节约码率分配值；将各个节约码率分配值分别叠加到其对应分时段的第二平均码率上。
其中，所述第一码率值是预先确定的目标平均码率，其在每个所述周期时段内是固定值；所述第二码率值是预先确定的码率上限值。其中，在所述计算得到第二量化参数的步骤之前，还包括：当未检测到传输带宽限制条件时，停止执行所述使用第二量化参数对图像帧进行编码的步骤。
本发明的另一个方面提供了一种视频编码装置，用于通过对周期时段内的视频码流进行码率控制以进行视频编码，其包括：图像传感器，用于获取图像信息并产生视频码流，输出给第一和第二码率控制器；第一码率控制器，用于根据预设的第一码率值生成第一量化参数并输出给编码器；第二码率控制器，用于根据预设的第二码率值生成第二量化参数并输出给编码器；编码器，用于根据所述第一量化参数和第二量化参数中的较大值对当前时段的图像帧进行编码。
时段其中，所述第一码率控制器，还用于从编码器接收前一时段产生的编码大小，并根据所述第一码率值和前一时段的编码大小计算得到第一量化参数；所述第二码率控制器，还用于从编码器接收前一时段产生的编码大小，并根据所述第二码率值和前一时段的编码大小计算得到第二量化参数。
其中，所述第一码率控制器将所述周期时段划分为N个分时段，N＞1，其进一步包括：码率初始分配单元，用于对每个所述分时段进行初始分配，以得到每个分时段的第一平均码率，使得所述第一平均码率满足下式：
码率调整单元，用于对所述每个分时段的第一平均码率进行码率调整，以得到每个分时段的第二平均码率，使得所述第二平均码率满足下式：
时段
其中，所述码率初始分配单元包括：第一初始分配单元，用于根据预设的先验信息，对每个所述分时段的平均码率进行初始分配；和/或第二初始分配单元，将每个所述分时段的第一平均码率分配为与所述第一码率值相同。
其中，所述第一码率控制器还包括码率获取单元，用于获取前一时段的对应分时段中实际产生的平均码率，以作为第三平均码率；
所述码率调整单元还包括差值计算单元，其用于计算每个分时段的第二平均码率与该分时段对应的第三平均码率的差值。
其中，所述码率调整单元包括：第一调整子单元，用于在每个分时段结束后，根据每个分时段的所述差值执行码率分配；和/或第二调整子单元，用于在全部N个分时段结束后，根据所有分时段的差值执行码率分配。
其中，所述第一调整子单元通过下述方式执行码率分配：将当前分时段的差值除以N得到第一差值平均值；将所述第一差值平均值叠加到该分时段后N个分时段中每个分时段的第二平均码率上。
其中，所述第二调整子单元还包括：存储器，用于存储节约的码率值；第一差值分配单元，用于对差值为正值的每个正差值分时段，将其差值的至少一部分存储到存储器中；所述第二调整子单元对差值为负值的每个负差值分时段，将存储器中总的节约码率值分配给每个负差值分时段。。
其中，所述第二调整子单元将正差值分时段的第二平均码率进行再分配，使所述正差值分时段的第二平均码率减少该差值的至少一部分；所述第一差值分配单元将存储器的当前值增加所述差值的至少一部分。
其中，所述第二调整子单元通过下述方式将存储器中总的节约码率值分配给每个负差值分时段：将节约池的总码率值除以负差值分时段的个数，以得到第二差值平均值；将该第二差值平均值叠加到每个负差值分时段的第二平均码率上。
其中，所述第二调整子单元还包括第二差值分配单元，其用于计算每个负差值分时段的差值占所有负差值分时段的总差值的差值比例，将存储器中总的节约码率值乘以每个负差值分时段的差值比例，以得到每个负差值分时段的节约码率分配值；所述第二调整子单元将各个节约码率分配值分别叠加到其对应分时段的第二平均码率上。
其中，所述第一码率值是预先确定的目标平均码率，其在每个所述周期时段内是固定值；所述第二码率值是预先确定的码率上限值。
其中，所述装置还包括带宽检测单元，当未检测到传输带宽限制条件时，使编码器停止使用所述第二量化参数进行编码。
如上所述，通过本发明的视频码率控制方法，能够实现长时间(如24小时)的码率控制，并能够最大程度的保证视频质量的稳定性。
附图说明
图1是本发明的视频码率控制方法的流程示意图；
图2是本发明一实施方式中对第一码率值进行码率控制的流程示意图；
图3是本发明对周期时段进行划分的参考示意图；
图4是本发明一可选实施方式中根据每个分时段的差值执行码率分配的流程示意图；
图5是本发明一实施方式中在每个分时段结束后，根据每个分时段的差值执行码率调整的流程示意图；
图6是本发明另一可选实施方式中根据所有分时段的差值执行码率调整的流程示意图；
图7是本发明一实施方式中将差值放入节约池的流程示意图；
图8是本发明一可选实施方式中对节约池的总码率值进行平均分配的流程示意图；
图9是本发明的另一可选实施方式中按照差值比例对节约池的总码率值进行分配的流程示意图；
图10是本发明的视频码率控制装置的结构示意图；
图11是本发明的第一码率控制器的结构示意图；
图12是本发明的码率初始分配单元和码率调整单元的结构示意图；
图13是本发明的第二调整子单元的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
需要说明的是：定码率，亦称固定码率(Constant Bit Rate，简称CBR)，是一个用来形容通信服务质量的术语，是指视频编码码流在编码过程中，始终接近目标码率。对于视频编码来说，CBR编码指的是编码器每秒钟的输出码数据量(或者解码器的输入码率)应该是固定值(常数)。一般来说，编码器检测每一帧图像的复杂程度，然后计算出码率。如果码率过小，就填充无用数据，使之与指定码率保持一致；如果码率过大，就适当降低码率，也使之与指定码率保持一致。因此，固定码率模式的编码效率比较低。在快速运动画面部分，由于画面细节较多，通常需要更多的比特来进行描述，而该固定码率模式的编码方式在编码时强行降低码率，这样就导致部分画面的细节信息丢失，从而出现视频画面模糊、不清晰等现象。对于音频压缩来说，比如MP3，比特率用来表示每秒钟的音频数据占用了多少个比特，比特率的值越高，音质就越好。
定码率无论对于音频编码还是视频编码，其优点是压缩快，能被大多数软件和设备支持，尤其是在一个带宽受限的信道中进行多媒体通讯时，固定码率的编码方式是非常有利的，因为此时受限的是最高码率，固定码率可以更好的利用这样的信道。但是，固定码率不适合进行存储，因为固定码率没有足够的码率对复杂的视频内容部分进行编码，从而导致质量下降，而固定码率在对简单的视频内容部分进行编码时，会浪费一些码率。
变码率，亦称为可变码率(Variable Bit Rate，简称VBR)是另一个用来形容通信服务质量的术语，视频编码码流在编码过程中，可变码率能够随着视频图像的复杂程度的不同而变化，因此其编码效率比较高。VBR编码指的是编码器的输出码率(或者解码器的输入码率)可以根据编码器的输入源信号的复杂度自适应的调整，目的是保持输出质量保持不变而不是保持输出码率保持不变。VBR适用于存储，可以更好的利用有限的存储空间：用比较多的码字对复杂度高的段进行编码，用比较少的码字对复杂度低的段进行编码。
图1是本发明的视频码率控制方法的流程示意图。
如图1所示，本发明的视频码率控制方法，用于对周期时段内的视频码流进行码率控制，其包括：
步骤S1，根据预设的第一码率值，以及前一时段产生的编码大小，生成第一量化参数。
本步骤中，用户预先设置第一码率值，根据所述第一码率值和前一时段产生的编码大小，生成第一量化参数并实时输出所述第一量化参数。
本发明中，所述第一码率值是预先确定的目标平均码率值，其在每个所述周期时段内是固定值。具体来说，目标平均码率值是编码码流经过长时间的调整所达到的平均码率，即长时间统计下的平均码率，可以认为在每个周期时段内是一个固定值。目标平均码率由视频存储周期和存储容量决定。
步骤S2，根据预设的第二码率值，以及前一时段产生的编码大小，生成第二量化参数。
本步骤中，用户预先设置第二码率值，根据所述第二码率值和前一时段(与步骤S1中的前一时段相对应)产生的编码大小，生成第二量化参数并实时输出所述第二量化参数。
本发明中，所述第二码率值是预先确定的码率上限值。码率上限值是编码码流瞬时统计的上限码率，码率上限值对应于用户传输带宽限制下的码率。
这里，步骤S1和步骤S2的执行顺序不唯一，可以先后执行或同时执行。
步骤S3，比较第一量化参数和第二量化参数。
本步骤中，比较所述第一量化参数和第二量化参数的大小，从中选择较大的量化系数对当前时段的图像帧进行编码。
本发明中，所述未量化的图像帧，是指尚未使用量化参数进行编码的图像帧。
步骤S4，若第一量化参数大于等于第二量化参数，则使用第一量化参数对图像帧进行编码。
步骤S5，若第一量化参数小于第二量化参数，则使用第二量化参数对图像帧进行编码。
具体的，根据比较结果选择较大的量化系数对当前时段中未量化的图像帧进行编码。若第一量化参数大于等于第二量化参数，则使用第一量化参数对图像帧进行编码。否则，使用第二量化参数对图像帧进行编码。
图2是本发明一实施方式中对第一码率值进行码率控制的流程示意图。
如图2所示，在一实施方式中，前述所述根据预设的第一码率值，以及前一时段产生的编码大小，生成第一量化参数的步骤，进一步包括：
步骤S10，将所述周期时段划分为N个分时段，N＞1。
本步骤中，在对第一码率值进行码率控制前，首先将第一码率值对应的当前时段进行划分，划分为至少2个分时段。假设，第一码率值对应的当前时段为24小时，可以将该24小时划分为6个分时段或8个分时段等等，参见图3所示，图3是本发明对周期时段进行划分的参考示意图。
本发明中，所述周期时段为自然周期时段，例如一天、一周等等。
步骤S11，对每个所述分时段进行初始分配，以得到每个分时段的第一平均码率，使得所述第一平均码率满足下式：
本步骤中，对每个分时段(即N个分时段)进行初始分配，进一步得到每个分时段的第一平均码率，共得到N个分时段的第一平均码率：第1分时段的第一平均码率、第2分时段的第一平均码率、……、第N分时段的第一平均码率，并且使得所述N个分时段的第一平均码率满足上式，即要求所有时段中第一平均码率的总和，除以N后的结果等于第一码率值。
步骤S12，对所述每个分时段的第一平均码率进行码率调整，以得到每个分时段的第二平均码率，使得所述第二平均码率满足下式：
本步骤中，对所述每个分时段的第一平均码率(即N个分时段的第一平均码率)进行码率调整，以得到每个分时段的第二平均码率，共得到N个分时段的第二平均码率：第1分时段的第二平均码率、第2分时段的第二平均码率、……、第N分时段的第二平均码率，并且使得所述N个分时段的第二平均码率满足上式，即要求调整后得到的所有时段中第二平均码率的总和，除以N后的结果同样等于第一码率值。
本发明中，所述对每个分时段进行初始分配的步骤包括：根据预设的先验信息，对每个所述分时段进行初始分配；或将每个所述分时段的第一平均码率分配为与所述第一码率值相同。具体来说，码率分配方法因所处的阶段不同而采用不同的码率分配方式。初始分配(即初始码率分配)包括：根据预设的先验信息对每个所述分时段进行初始分配；或者将每个所述分时段的第一平均码率分配为与所述第一码率值相同。
举例来说，假设第一码率值为8kbps，第一码率值所对应的周期时段为24小时。若将24小时划分为6个时段，则对所述6个分时段进行初始分配，若根据先验信息进行初始分配，则第1分时段的第一平均码率、……、第6分时段的第一平均码率可能为6kbps、10kbps、13kbps、9kbps、7kbps、3kbps或4kbps、8kbps、12kbps、12kbps、8kbps、4kbps。若根据第二种初始分配方式，即将第一码率值8kbps平均分配给6个分时段，则第1分时段的第一平均码率、……、第6分时段的第一平均码率分别为8、……、8。
本发明中，所述对每个分时段的第一平均码率进行码率分配的步骤包括：在每个分时段结束后，根据每个分时段的差值执行码率分配；和/或在全部N个分时段结束后，根据所有分时段的差值执行码率分配。具体来说，可选的，可以只执行根据每个分时段的差值执行码率分配的步骤，也可以只执行根据所有分时段的差值执行码率分配的步骤，或者同时执行前述两种码率分配方法。
图4是本发明一可选实施方式中根据每个分时段的差值执行码率分配的流程示意图。
如图4所示，在一可选实施方式中，所述根据每个分时段的差值执行码率分配步骤，进一步包括：
步骤S20，获取前一时段的对应分时段中实际产生的平均码率，以作为第三平均码率。
例如，在当前时段的第1分时段结束之后对第一平均码率进行码率时，获取前一时段的第1分时段中实际产生的平均码率，作为第三平均码率。
步骤S21，计算每个分时段的第二平均码率与该分时段对应的第三平均码率的差值。
承接上述例子，计算第1分时段的第二平均码率与前一时段的第1分时段中实际产生的平均码率的差值。
步骤S22，在每个分时段结束后，根据每个分时段的所述差值执行码率调整。
承接上述例子，在当前时段的第1分时段结束时，根据计算出的差值执行码率调整，依次对所有的分时段(即N个分时段)进行差值计算并执行码率调整。
图5是本发明一实施方式中在每个分时段结束后，根据每个分时段的差值执行码率调整的流程示意图。
如图5所示，在一实施方式中，所述在每个分时段结束后，根据每个分时段的差值执行码率调整的步骤，进一步包括：
步骤S30，将当前分时段的差值除以N得到第一差值平均值。
具体的，若第1分时段产生的差值为1kbps,则将第1分时段的差值1kbps除以6(承接上述例子，假设N为6)，得到第一差值平均值，即1/6。若第2分时段产生的差值为-1kbps，则得到第一差值平均值为-1/6。
步骤S31，将所述第一差值平均值叠加到该分时段后N个分时段中每个分时段的第二平均码率上。
承接上述例子，将第一差值平均值(即1/6)叠加到第1分时段后的N个分时段(即第2分时段至第N+1分时段)中每个分时段的第二平均码率上。同样的，将第2分时段的第一差值平均值(即-1/6)叠加到第2分时段后的N个分时段(即第3分时段至第N+2分时段)中每个分时段的第二平均码率上。若第三分时段产生的差值为0kbps，则不需要将该差值进行分配。
本实施方式中，将第一差值平均值叠加到该分时段后N个分时段中每个分时段的第二平均码率上，其的目的是将差值的影响平坦到一天来消化。
图6是本发明另一可选实施方式中根据所有分时段的差值执行码率调整的流程示意图。
如图6所示，在一可选实施方式中，所述根据所有分时段的差值执行码率调整步骤，进一步包括：
步骤S40，对差值为正值的每个正差值分时段，将其差值的至少一部分放入到节约池。
本步骤中，在全部N个分时段结束后，计算N个分时段的第二平均码率与对应分时段中实际产生的平均码率的差值，对差值为正值的每个正差值分时段，将其差值的至少一部分放入到节约池。
本发明中，所述至少一部分可以是1/2,或2/5等，或其他值，最高是差值的全部。
步骤S41，对差值为负值的每个负差值分时段，将节约池的总码率值分配给每个负差值分时段。
本步骤中，对差值为负值的每个负差值分时段，将节约池的总码率值分配给当前时段中每个负差值分时段。
图7是本发明一实施方式中将差值放入节约池的流程示意图。
如图7所示，在一实施方式中，所述将差值的至少一部分放入到节约池的步骤，进一步包括：
步骤S50，将正差值分时段的第二平均码率进行再分配，使所述正差值分时段的第二平均码率减少该差值的至少一部分。
具体的，将所有分时段的第二平均码率进行再分配，即在所有分时段的第二平均码率的基础上减少该差值的至少一部分。
步骤S51，将节约池的当前值增加所述差值的至少一部分。
具体的，将节约池的当前值(即节约池的当前码率值)增加码率所述差值的至少一部分。
本发明中，所述将节约池的总码率值分配给每个负差值分时段的步骤包括：将节约池的总码率值平均分配给每个负差值分时段；或按照差值比例，将节约池的总码率值分配给每个负差值分时段。
图8是本发明一可选实施方式中对节约池的总码率值进行平均分配的流程示意图。
如图8所示，在一可选实施方式中，将节约池的总码率值平均分配给每个负差值分时段的步骤，进一步包括：
步骤S60，将节约池的总码率值除以负差值分时段的个数，以得到第二差值平均值。
步骤S61，将该第二差值平均值叠加到每个负差值分时段的第二平均码率上。
假设节约池的总码率值为6，A、B、C三个负差值分时段的差值为-1，-2，-3；平均分配的含义是：6除以3得第二平均码率值2，将2分别叠加到-1，-2，-3上。
图9是本发明的另一可选实施方式中按照差值比例对节约池的总码率值进行分配的流程示意图。
如图9所示，所述按照差值比例，将节约池的总码率值分配给每个负差值分时段的步骤，进一步包括：
步骤S70，计算每个负差值分时段的差值占所有负差值分时段的总差值的差值比例。
步骤S71，将节约池的总码率值乘以每个负差值分时段的差值比例，以得到每个负差值分时段的节约码率分配值。
步骤S72，将各个节约码率分配值分别叠加到其对应分时段的第二平均码率上。
假设节约池的总码率值为6，A、B、C三个负差值分时段的差值为-1，-2，-3；按差值比例分配的含义是：A、B、C的差值比例为1/6,2/6,3/6；总码率值6分别乘以上述3个比值得到每个分时段的节约码率分配值1、2、3；将1、2、3分别叠加到-1，-2，-3上。
在一可选实施方式中，在所述计算得到第二量化参数的步骤之前，还包括：当未检测到传输带宽限制条件时，停止执行所述使用第二量化参数对图像帧进行编码的步骤。
具体来说，在计算第二量化参数前，首先检测传输带宽是否受限制；若没有检测到传输带宽受限时，即说明传输带宽不受限制，则停止执行使用第二量化参数对图像帧进行编码的步骤，仅使用第一量化参数对图像帧进行编码即可。若检测到传输带宽限制条件时，则说明传输带宽受限，则同时执行使用第一量化参数对图像帧进行编码的步骤和使用第二量化参数对图像帧进行编码的步骤。
如上所述，详细介绍了本发明的视频码率控制方法，将长时间(如24小时)进行划分，并对第一码率值(即目标平均码率)进行初始分配得到第一平均码率，再对第一平均码率进行码率调整得到第二平均码率，每个分时段的码率反映了该分时段的场景复杂度，使得每个分时段的码率(即第二平均码率)在逼近第一码率值(即目标平均码率)的同时，能够最大程度的保证视频质量的稳定性。另外，基于存储容量(基于目标平均码率的码率控制方法))和基于传输带宽(基于码率上限的码率控制方法))协同的视频码率控制方法，解决了现有定码率和变码率控制方法只能选择其中一种码率控制的问题，使得两者有机的结合在一起。
图10是本发明的视频码率控制装置的结构示意图。
如图10所示，本发明的视频码率控制装置，用于通过对周期时段内的视频码流进行码率控制以进行视频编码，其包括：图像传感器、第一码率控制器1、第二码率控制器2和编码器3。
图像传感器1，用于获取图像信息并产生视频码流，输出给第一和第二码率控制器。
第一码率控制器2与所述图像传感器1连接，用于根据预设的第一码率值生成第一量化参数并输出给编码器。
第二码率控制器3与所述图像传感器1连接，用于根据预设的第二码率值生成第二量化参数并输出给编码器。
编码器4与所述第一码率控制器2和第二码率控制器3连接，用于根据所述第一量化参数和第二量化参数中的较大值对当前时段的图像帧进行编码。
在一实施方式中，所述第一码率控制器2还用于从编码器4接收前一时段产生的编码大小，并根据所述第一码率值和前一时段的编码大小计算得到第一量化参数。
所述第二码率控制器3还用于从编码器4接收前一时段产生的编码大小，并根据所述第二码率值和前一时段的编码大小计算得到第二量化参数。
图11是本发明的第一码率控制器的结构示意图。
如图11所示，所述第一码率控制器2将所述周期时段划分为N个分时段，N＞1，其进一步包括码率初始分配单元21和码率调整单元22。
码率初始分配单元21用于对每个所述分时段进行初始分配，以得到每个分时段的第一平均码率，使得所述第一平均码率满足下式：
码率调整单元22与所述码率初始分配单元21连接，用于对所述每个分时段的第一平均码率进行码率调整，以得到每个分时段的第二平均码率，使得所述第二平均码率满足下式：
在一实施方式中，所述第一码率控制器2还包括码率获取单元23，与所述码率调整单元22连接，用于获取前一时段的对应分时段中实际产生的平均码率，以作为第三平均码率；
所述码率调整单元22还包括差值计算单元22-3，与码率获取单元23连接，其用于计算每个分时段的第二平均码率与该分时段对应的第三平均码率的差值。
图12是本发明的码率初始分配单元和码率调整单元的结构示意图。
如图12所示，所述码率初始分配单元21包括第一初始分配单元21-1和/或第二初始分配单元21-2。
第一初始分配单元21-1用于根据预设的先验信息，对每个所述分时段的平均码率进行初始分配。
第二初始分配单元21-2将每个所述分时段的第一平均码率分配为与所述第一码率值相同。
如图12所示，所述码率调整单元22包括第一调整子单元22-1和/或第二调整子单元22-2。
第一调整子单元22-1，用于在每个分时段结束后，根据每个分时段的所述差值执行码率分配。
具体的，第一调整子单元22-1通过下述方式执行码率分配：将当前分时段的差值除以N得到第一差值平均值；将所述第一差值平均值叠加到该分时段后N个分时段中每个分时段的第二平均码率上。
第二调整子单元22-2，用于在全部N个分时段结束后，根据所有分时段的差值执行码率分配。
图13是本发明的第二调整子单元的结构示意图。
如图13所示，所述第二调整子单元22-2还包括存储器201、第一差值分配单元202。
存储器201，用于存储节约的码率值。
第一差值分配单元202与所述差值计算单元22-3和存储器201连接，用于对码率调整单元22中计算出的差值为正值的每个正差值分时段，将其差值的至少一部分存储到存储器201中。
所述第二调整子单元22-2，对差值为负值的每个负差值分时段，将存储器201中总的节约码率值分配给每个负差值分时段。
具体的，所述第二调整子单元22-2将正差值分时段的第二平均码率进行再分配，使所述正差值分时段的第二平均码率减少该差值的至少一部分；所述第一差值分配单元202将存储器201的当前值增加所述差值的至少一部分。
具体的，所述第二调整子单元22-2通过下述方式将存储器201中总的节约码率值分配给每个负差值分时段：将节约池的总码率值除以负差值分时段的个数，以得到第二差值平均值；将该第二差值平均值叠加到每个负差值分时段的第二平均码率上。
具体的，所述第二调整子单元22-2还包括第二差值分配单元203，其用于计算每个负差值分时段的差值占所有负差值分时段的总差值的差值比例，将存储器201中总的节约码率值乘以每个负差值分时段的差值比例，以得到每个负差值分时段的节约码率分配值；所述第二调整子单元22-2将各个节约码率分配值分别叠加到其对应分时段的第二平均码率上。
在本发明中，所述第一码率值是预先确定的目标平均码率，其在每个所述周期时段内是固定值。所述第二码率值是预先确定的码率上限值。
本发明中，所述装置还包括带宽检测单元6，当未检测到传输带宽限制条件时，使编码器4停止使用所述第二量化参数进行编码。
如上所述，详细介绍了本发明的视频码率控制装置，将长时间(如24小时)进行划分，并对第一码率值(即目标平均码率)进行初始分配得到第一平均码率，再对第一平均码率进行码率调整得到第二平均码率，每个分时段的码率反映了该分时段的场景复杂度，使得每个分时段的码率(即第二平均码率)在逼近第一码率值(即目标平均码率)的同时，能够最大程度的保证视频质量的稳定性。另外，基于存储容量(基于目标平均码率的码率控制方法))和基于传输带宽(基于码率上限的码率控制方法))协同的视频码率控制方法，解决了现有定码率和变码率控制方法只能选择其中一种码率控制的问题，使得两者有机的结合在一起。
如上所述，本发明提供了一种码率控制方法和装置，通过本发明的技术方案，能够实现长时间(如24小时)的目标平均码率控制，并能够最大程度的保证视频质量的稳定性。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (23)

1.一种视频码率控制方法，用于对周期时段内的视频码流进行码率控制，其包括：
根据预设的第一码率值，以及前一时段产生的编码大小，生成第一量化参数，其中，所述第一码率值是预先确定的目标平均码率，其在每个所述周期时段内是固定值；
根据预设的第二码率值，以及前一时段产生的编码大小，生成第二量化参数，所述第二码率值是预先确定的码率上限值；
比较第一量化参数和第二量化参数；
若第一量化参数大于等于第二量化参数，则使用第一量化参数对当前时段的图像帧进行编码；
若第一量化参数小于第二量化参数，则使用第二量化参数对当前时段的图像帧进行编码。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预设的第一码率值，以及前一时段产生的编码大小，生成第一量化参数包括：
将所述周期时段划分为N个分时段，N＞1；
对每个所述分时段进行初始分配，以得到每个分时段的第一平均码率，使得所述第一平均码率满足下式：
对所述每个分时段的第一平均码率进行码率调整，以得到每个分时段的第二平均码率，使得所述第二平均码率满足下式：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述初始分配的步骤包括：
根据预设的先验信息，对每个所述分时段的平均码率进行初始分配；或
将每个所述分时段的第一平均码率分配为与所述第一码率值相同。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述码率调整的步骤包括：
获取前一时段的对应分时段中实际产生的平均码率，以作为第三平均码率；
计算每个分时段的第二平均码率与该分时段对应的第三平均码率的差值；
在每个分时段结束后，根据每个分时段的所述差值执行码率调整；和/或
在全部N个分时段结束后，根据所有分时段的差值执行码率调整。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在每个分时段结束后，所述根据每个分时段的差值执行码率调整的步骤包括：
将当前分时段的差值除以N得到第一差值平均值；
将所述第一差值平均值叠加到该分时段后N个分时段中每个分时段的第二平均码率上。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在全部N个分时段结束后，所述根据所有分时段的差值执行码率分配的步骤包括：
对差值为正值的每个正差值分时段，将其差值的至少一部分放入到节约池；
对差值为负值的每个负差值分时段，将节约池的总码率值分配给每个负差值分时段。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将差值的至少一部分放入到节约池的步骤包括：
将正差值分时段的第二平均码率进行再分配，使所述正差值分时段的第二平均码率减少该差值的至少一部分；
将节约池的当前值增加所述差值的至少一部分。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将节约池的总码率值分配给每个负差值分时段的步骤包括：
将节约池的总码率值平均分配给每个负差值分时段；或
按照差值比例，将节约池的总码率值分配给每个负差值分时段。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将节约池的总码率值平均分配给每个负差值分时段的步骤包括：
将节约池的总码率值除以负差值分时段的个数，以得到第二差值平均值；
将该第二差值平均值叠加到每个负差值分时段的第二平均码率上。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述按照差值比例，将节约池的总码率值分配给每个负差值分时段的步骤包括：
计算每个负差值分时段的差值占所有负差值分时段的总差值的差值比例；
将节约池的总码率值乘以每个负差值分时段的差值比例，以得到每个负差值分时段的节约码率分配值；
将各个节约码率分配值分别叠加到其对应分时段的第二平均码率上。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述生成第二量化参数的步骤之前，还包括：
当未检测到传输带宽限制条件时，停止执行所述使用第二量化参数对图像帧进行编码的步骤。
12.一种视频编码装置，用于通过对周期时段内的视频码流进行码率控制以进行视频编码，其包括：
图像传感器(1)，用于获取图像信息并产生视频码流，输出给第一和第二码率控制器；
第一码率控制器(2)，用于根据预设的第一码率值生成第一量化参数并输出给编码器，其中，所述第一码率值是预先确定的目标平均码率，其在每个所述周期时段内是固定值；
第二码率控制器(3)，用于根据预设的第二码率值生成第二量化参数并输出给编码器，所述第二码率值是预先确定的码率上限值；
编码器(4)，用于根据所述第一量化参数和第二量化参数中的较大值对当前时段的图像帧进行编码。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，
所述第一码率控制器(2)，还用于从编码器(4)接收前一时段产生的编码大小，并根据所述第一码率值和前一时段的编码大小计算得到第一量化参数；
所述第二码率控制器(3)，还用于从编码器(4)接收前一时段产生的编码大小，并根据所述第二码率值和前一时段的编码大小计算得到第二量化参数。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述第一码率控制器(2)将所述周期时段划分为N个分时段，N＞1，其进一步包括：
码率初始分配单元(21)，用于对每个所述分时段进行初始分配，以得到每个分时段的第一平均码率，使得所述第一平均码率满足下式：
码率调整单元(22)，用于对所述每个分时段的第一平均码率进行码率调整，以得到每个分时段的第二平均码率，使得所述第二平均码率满足下式：
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述码率初始分配单元(21)包括：
第一初始分配单元(21-1)，用于根据预设的先验信息，对每个所述分时段的平均码率进行初始分配；和/或
第二初始分配单元(21-2)，将每个所述分时段的第一平均码率分配为与所述第一码率值相同。
16.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，
所述第一码率控制器(2)还包括码率获取单元(23)，用于获取前一时段的对应分时段中实际产生的平均码率，以作为第三平均码率；
所述码率调整单元(22)还包括差值计算单元(22-3)，其用于计算每个分时段的第二平均码率与该分时段对应的第三平均码率的差值。
17.根据权利要求16所述的装置，其特征在于，所述码率调整单元(22)包括：
第一调整子单元(22-1)，用于在每个分时段结束后，根据每个分时段的所述差值执行码率分配；和/或
第二调整子单元(22-2)，用于在全部N个分时段结束后，根据所有分时段的差值执行码率分配。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第一调整子单元(22-1)通过下述方式执行码率分配：
将当前分时段的差值除以N得到第一差值平均值；
将所述第一差值平均值叠加到该分时段后N个分时段中每个分时段的第二平均码率上。
19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，所述第二调整子单元(22-2)还包括：
存储器(201)，用于存储节约的码率值；
第一差值分配单元(202)，用于对差值为正值的每个正差值分时段，将其差值的至少一部分存储到存储器(201)中；
所述第二调整子单元(22-2)对差值为负值的每个负差值分时段，将存储器(201)中总的节约码率值分配给每个负差值分时段。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，
所述第二调整子单元(22-2)将正差值分时段的第二平均码率进行再分配，使所述正差值分时段的第二平均码率减少该差值的至少一部分；
所述第一差值分配单元(202)将存储器(201)的当前值增加所述差值的至少一部分。
21.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，所述第二调整子单元(22-2)通过下述方式将存储器(201)中总的节约码率值分配给每个负差值分时段：
将存储器(201)中总的节约码率值除以负差值分时段的个数，以得到第二差值平均值；
将该第二差值平均值叠加到每个负差值分时段的第二平均码率上。
22.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，
所述第二调整子单元(22-2)还包括第二差值分配单元(203)，其用于计算每个负差值分时段的差值占所有负差值分时段的总差值的差值比例，将存储器(201)中总的节约码率值乘以每个负差值分时段的差值比例，以得到每个负差值分时段的节约码率分配值；
所述第二调整子单元(22-2)将各个节约码率分配值分别叠加到其对应分时段的第二平均码率上。
23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述装置还包括带宽检测单元(6)，当未检测到传输带宽限制条件时，使编码器(4)停止使用所述第二量化参数进行编码。
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