CN112004083B - 一种利用帧间预测特性优化码率控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用帧间预测特性优化码率控制方法，所述方法包括：(1)记录编码信息，记录编码完成的每一帧的编码信息；(2)采用前一帧作为参考帧，用前一帧作为帧间预测的参考帧，且前一帧的质量由前一帧的量化参数(qp)决定；(3)利用帧间预测特性采取对至少连续三帧的量化参数(qp)进行排序，对其中码率控制的量化参数(qp)的排序合法性规定为从大到小排序为不合法的，其他的排序为合法的；(4)选取步骤(3)中的排序为合法的进行编码。

Description

一种利用帧间预测特性优化码率控制方法及系统
技术领域
本发明涉及视频编码技术领域，特别涉及一种利用帧间预测特性优 化码率控制方法及系统。
背景技术
当今社会是一个高度数字化的社会，视频编码技术已被广泛应用到 很多领域，例如有线电视、数字广播、视频会议等。在应用过程中，必 须使计算机的数据处理与视频信息的处理以及网络的传输相配合，而且 要保证视听质量达到人们一般水平的可接受范围。为了节约传输带宽以 及存储空间，视频编码技术一直是科学研究所关注的重点。在带宽、延时、缓存等的限制下获得更好的图像质量，在码率下高效地传输编码数 据，同时保证良好和稳定的质量，码率控制均是视频编码的关键技术。
在帧间预测中，参考帧的质量影响运动搜索的准确度，进而影响当 前帧的码率和质量。视频编码中，一般采用前一帧作为帧间预测的参考 帧。前一帧的质量是由前一帧的qp决定的。因此，qp排列顺序是会影响 编码效果的。但是，现有的码率控制是没有考虑qp排列顺序对编码的影 响。其中，视频码率：视频码率就是数据传输时单位时间传送的数据位数，一般我们用的单位是kbps即千位每秒。通俗一点的理解就是取样率， 单位时间内取样率越大，精度就越高，处理出来的文件就越接近原始文 件。qp:quant parameter(量化参数)的缩写，qp控制着残差系数的量 化步长，从而影响编码的码率和质量。码率控制(RC)：码率控制实际上 是一种编码的优化算法，它用于实现对视频流码流大小的控制。同样的视频编码格式，码流大，它包含的信息就越多，对应的图像也就越清晰。 目前常用的两种码流控制方式是VBR和CBR，VBR是动态比特率，CBR是 固定比特率。CBR：Constant Bit Rate(固定码率)的缩写。是以恒定 比特率方式进行编码，有Motion发生时，由于码率恒定，只能通过增大 QP来减少码字大小，图像质量变差，当场景静止时，图像质量又变好， 因此图像质量不稳定。这种算法优先考虑码率(带宽)。VBR：Variable Bit Rate(可变码率)的缩写。动态比特率，其码率可以随着图像的复杂程 度的不同而变化，因此其编码效率比较高，运动发生时，马赛克很少。 码率控制算法根据图像内容确定使用的比特率，图像内容比较简单则分 配较少的码字，图像内容复杂则分配较多的码字，这样既保证了质量， 又兼顾带宽限制。这种算法优先考虑图像质量。码率控制(RC)：在传输 压缩编码视频的时候，必须要考虑两个问题：视频质量和传输带宽，如 果带宽大，肯定要尽可能传输质量更好的视频；如果带宽低，则需要提 高压缩比，减小码流；如果带宽动态变化，那么码流也需要动态改变来适应带宽，总之，码流与带宽紧密相关。与此同时，我们希望尽可能的 得到高清晰的还原图像，所以在能接受的视频质量范围内对视频尽可能 的压缩来提高带宽利用率是码率控制的根本。就是提高带宽利用率，在 保持视频还原清晰度的情形下，尽可能的减小带宽。帧间预测：是利用 视频图像帧间的相关性，即时间相关性，来达到图像压缩的目的。图像 传输技术中，视频图像是主要的关注对象。视频图像是由时间上以帧周 期为间隔的连续图像帧组成的时间图像序列，它在时间上比在空间上具 有更大的相关性。大多数视频图像相邻帧间细节变化是很小的，即视频 图像帧间具有很强的相关性，利用帧所具有的相关性的特点进行帧间编 码，可获得比帧内编码高得多的压缩比。
在帧间预测中，参考帧的质量影响运动搜索的准确度，进而影响当 前帧的码率和质量。视频编码中，一般采用前一帧作为帧间预测的参考 帧。前一帧的质量是由前一帧的qp决定的。因此，qp排列顺序是会影响 编码效果的。但是，现有的码率控制是没有考虑qp排列顺序对编码的影 响。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于：考虑qp 顺序对编码的影响，把帧间预测的特性加入到码率控制中，以优化现有 的码率控制方法。
为了实现上述目的，本申请提供了一种利用帧间预测特性优化码率 控制方法，所述方法包括：
(1)记录编码信息，记录编码完成的每一帧的编码信息；
(2)采用前一帧作为参考帧，用前一帧作为帧间预测的参考帧，且前 一帧的质量由前一帧的量化参数(qp)决定；
(3)利用帧间预测特性采取对至少连续三帧的量化参数(qp)进行排 序，对其中码率控制的量化参数(qp)的排序合法性规定为从大 到小排序为不合法的，其他的排序为合法的；
(4)选取步骤(3)中的排序为合法的进行编码。
其中所述的至少连续三帧优选为三帧连续。
其中所述的步骤(3)中所述的其他的排序为合法的进一步仅为量化 参数(qp)从小到大的排序为合法的。
其中使用所述码率控制方法编码的视频文件符合中国电信IPTV业务 视音频编解码规范。
本申请还提供一种利用帧间预测特性优化码率控制系统，包括有：
编码信息记录模块，用于记录编码完成的每一帧的编码信息；
编码中参考帧获得模块，用于采用前一帧作为参考帧，用前一帧作 为帧间预测的参考帧，且前一帧的质量由前一帧的量化参数(qp)决定；
量化参数排序模块，利用帧间预测特性采取对至少连续三帧的量化 参数(qp)进行排序，对其中码率控制的量化参数(qp)的排序合法性 规定为从大到小排序为不合法的，其他的排序为合法的；
编码模块，选取量化参数的排序为合法的进行编码。
其中所述的至少连续三帧优选为三帧连续。
其中所述的其他的排序为合法的进一步仅为量化参数(qp)从小到 大的排序为合法的。
其中使用所述码率控制系统编码的视频文件符合中国电信IPTV业务 视音频编解码规范。
根据帧间预测的特性可知：qp顺序从小到大的编码效果比qp顺序从 大到小的编码效果更好。
本发明考虑qp顺序对编码的影响，把帧间预测的特性加入到码率控 制中，以优化现有的码率控制算法。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的 一部分，并不构成对本发明的限定。
图1是码率控制和编码的关系图。
图2是本发明对码率控制的qp的排序合法性规定的图示。
图3是本发明方法的流程框图。
图4是本发明系统的示意框图。
具体实施方式
码率控制是视频编码技术中的重要一环。视频质量和传输带宽是码 率控制的两个考虑点。码率优先考虑的算法称之为cbr，质量优先考虑的 算法称之为vbr。编码码率和质量的平衡，是通过调节qp来实现。
现有的码率控制是单帧调节的，一帧调节一次qp的大小。根据当前 帧的码率的反馈，决定下一帧的qp的大小。如图1所示，是码率控制和 编码的关系。
此外，帧间预测：是利用视频图像帧间的相关性，即时间相关性， 来达到图像压缩的目的。
重构帧：编码出的码流，再经过解码，得到的帧。
参考帧：帧间预测时，用来做参考的帧。视频编解码中使用重构帧 做参考帧。
qp_next:单帧码率控制时，下一个码率控制单元(下一帧)的qp。
qp_next0:双帧码率控制时，下一个码率控制单元的第一帧的qp。
qp_next1:双帧码率控制时，下一个码率控制单元的第一帧的qp。
qp_current:当前码率控制单元的qp。
qp_delta:下一个码率控制单元qp和当前码率控制单元qp的差值 绝对值。
单帧码率控制：原有的、以单帧作为控制单元的码率控制算法。
双帧码率控制：本发明优化的、以双帧作为控制单元的码率控制算 法。
结合帧间预测的特性，如图2所示，本发明对码率控制的qp的排序 合法性规定为：连续三帧的qp从大到小排序是不合法的。
原有码率控制是以单帧为控制单元的，为了剔除上述不合法的qp排 列顺序。
本申请提供了一种利用帧间预测特性优化码率控制方法，如图3所 示，所述方法包括：
(1)记录编码信息，记录编码完成的每一帧的编码信息；
(2)采用前一帧作为参考帧，用前一帧作为帧间预测的参考帧，且前 一帧的质量由前一帧的量化参数(qp)决定；
(3)利用帧间预测特性采取对至少连续三帧的量化参数(qp)进行排 序，对其中码率控制的量化参数(qp)的排序合法性规定为从大 到小排序为不合法的，其他的排序为合法的；
(4)选取步骤(3)中的排序为合法的进行编码。
其中所述的至少连续三帧优选为三帧连续。
其中所述的步骤(3)中所述的其他的排序为合法的进一步仅为量化 参数(qp)从小到大的排序为合法的。
其中使用所述码率控制方法编码的视频文件符合中国电信IPTV业务 视音频编解码规范。
本申请还提供一种利用帧间预测特性优化码率控制系统，如图4所 示，包括有：
编码信息记录模块，用于记录编码完成的每一帧的编码信息；
编码中参考帧获得模块，用于采用前一帧作为参考帧，用前一帧作 为帧间预测的参考帧，且前一帧的质量由前一帧的量化参数(qp)决定；
量化参数排序模块，利用帧间预测特性采取对至少连续三帧的量化 参数(qp)进行排序，对其中码率控制的量化参数(qp)的排序合法性 规定为从大到小排序为不合法的，其他的排序为合法的；
编码模块，选取量化参数的排序为合法的进行编码。
其中所述的至少连续三帧优选为三帧连续。
其中所述的其他的排序为合法的进一步仅为量化参数(qp)从小到 大的排序为合法的。
其中使用所述码率控制系统编码的视频文件符合中国电信IPTV业务 视音频编解码规范。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对 于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在 本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应 包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用帧间预测特性优化码率控制方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)记录编码信息，记录编码完成的每一帧的编码信息；
(2)采用前一帧作为参考帧，用前一帧作为帧间预测的参考帧，且前一帧的质量由前一帧的量化参数(qp)决定；
(3)利用帧间预测特性采取对至少连续三帧的量化参数(qp)进行排序，对其中码率控制的量化参数(qp)的排序合法性规定为从大到小排序为不合法的，其他的排序为合法的；
(4)选取步骤(3)中的排序为合法的图像帧进行编码。
2.根据权利要求1所述的一种利用帧间预测特性优化码率控制方法，其特征在于，所述的至少连续三帧为三帧连续。
3.根据权利要求1所述的一种利用帧间预测特性优化码率控制方法，其特征在于，所述的步骤(3)中所述的其他的排序为合法的进一步仅为量化参数(qp)从小到大的排序为合法的。
4.根据权利要求1所述的一种利用帧间预测特性优化码率控制方法，其特征在于，使用所述码率控制方法编码的视频文件符合中国电信IPTV业务视音频编解码规范。
5.一种利用帧间预测特性优化码率控制系统，其特征在于，包括有：
编码信息记录模块，用于记录编码完成的每一帧的编码信息；
编码中参考帧获得模块，用于采用前一帧作为参考帧，用前一帧作为帧间预测的参考帧，且前一帧的质量由前一帧的量化参数(qp)决定；
量化参数排序模块，利用帧间预测特性采取对至少连续三帧的量化参数(qp)进行排序，对其中码率控制的量化参数(qp)的排序合法性规定为从大到小排序为不合法的，其他的排序为合法的；
编码模块，选取量化参数的排序为合法的图像帧进行编码。
6.根据权利要求5所述的一种利用帧间预测特性优化码率控制系统，其特征在于，所述的至少连续三帧为三帧连续。
7.根据权利要求5所述的一种利用帧间预测特性优化码率控制系统，其特征在于，所述的其他的排序为合法的进一步仅为量化参数(qp)从小到大的排序为合法的。
8.根据权利要求5所述的一种利用帧间预测特性优化码率控制系统，其特征在于，使用所述码率控制系统编码的视频文件符合中国电信IPTV业务视音频编解码规范。
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