CN114513664B - 视频帧编码方法、装置、智能终端及计算机可读存储介质 - Google Patents

视频帧编码方法、装置、智能终端及计算机可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了视频帧编码方法、装置、智能终端及计算机可读存储介质，其中，所述视频帧编码方法包括：获取当前视频帧以及每帧平均比特；获取当前视频帧对应的累积比特误差，根据累积比特误差和每帧平均比特计算当前帧目标比特，累积比特误差是所有历史编码帧的比特误差之和，比特误差是历史编码帧在编码时消耗的比特数与历史编码帧的目标比特的差值，历史编码帧是当前视频帧之前的已编码帧；根据当前帧目标比特获取当前视频帧对应的视频编码器量化参数；根据视频编码器量化参数，通过视频编码器对当前视频帧进行编码。与现有技术相比，本发明方案有利于更方便简单地实现码率控制，有利于提高码率控制的效率和准确性。

Description

视频帧编码方法、装置、智能终端及计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及视频数据编解码技术领域，尤其涉及的是一种视频帧编码方法、装置、智能终端及计算机可读存储介质。
背景技术
随着科学技术的发展，尤其是多媒体技术的快速发展，视频编码和传输对于提高多媒体的视觉体验变得越来越重要，已经成为多媒体领域的一个重要研究主题。而码率控制是多媒体传输领域的一个关键技术，在视频的编码和传输过程中，需要对码率进行控制。
为了进行码率的控制，通常会在视频编码和传输过程中在多个层次分配进行比特的分类，例如图像组（GOP，Group Of Pictures）级、帧级、编码树单元（CTU，Coding TreeUnit）级。现有技术中，通常采用基于GOP级的码控算法进行视频帧编码，GOP中包含了I、P、B三种帧，I帧被当作一个GOP的起始帧，碰到I帧时会将比特误差置0，重新开始新GOP的码率控制。因此基于GOP级的码控算法不能适用于全I帧（AI，All Intra）配置模式，不利于提高全I帧配置模式下的码率控制的效率和准确性。
因此，现有技术还有待改进和发展。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种视频帧编码方法、装置、智能终端及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中基于GOP级的码控算法不能适用于全I帧（AI，All Intra）配置模式，不利于提高全I帧配置模式下的码率控制的效率和准确性的问题。
为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种视频帧编码方法，其中，上述视频帧编码方法包括：
获取当前视频帧以及每帧平均比特；
获取上述当前视频帧对应的累积比特误差，根据上述累积比特误差和上述每帧平均比特计算当前帧目标比特，其中，上述累积比特误差是所有历史编码帧的比特误差之和，上述比特误差是上述历史编码帧在编码时消耗的比特数与上述历史编码帧的目标比特的差值，上述历史编码帧是上述当前视频帧之前的已编码帧；
根据上述当前帧目标比特获取上述当前视频帧对应的视频编码器量化参数；
根据上述视频编码器量化参数，通过视频编码器对上述当前视频帧进行编码。
可选的，上述视频编码器是AVS3编码器。
可选的，上述获取当前视频帧以及每帧平均比特，包括：
获取上述当前视频帧；
根据上述视频编码器的配置文档或命令行获取上述视频编码器设定的目标比特率；
根据上述目标比特率计算上述视频编码器对应的每帧平均比特。
可选的，上述获取上述当前视频帧对应的累积比特误差，根据上述累积比特误差和上述每帧平均比特计算当前帧目标比特，包括：
获取上述当前视频帧对应的累积比特误差；
计算上述每帧平均比特与上述累积比特误差的差值并作为待判断目标比特；
获取目标比特阈值，将上述待判断目标比特和上述目标比特阈值中的最大者作为上述当前帧目标比特。
可选的，上述根据上述当前帧目标比特获取上述当前视频帧对应的视频编码器量化参数，包括：
根据上述当前帧目标比特计算上述当前视频帧对应的每像素比特；
根据上述每像素比特和预设的哈达玛矩阵计算获取码控参数；
根据上述码控参数计算获取上述视频编码器量化参数。
可选的，上述根据上述当前帧目标比特计算上述当前视频帧对应的每像素比特，包括：
获取上述当前视频帧的高度、宽度和帧率；
根据上述高度、上述宽度、上述帧率和上述当前帧目标比特计算上述当前视频帧对应的每像素比特。
可选的，在上述根据上述视频编码器量化参数，通过视频编码器对上述当前视频帧进行编码之后，上述视频帧编码方法还包括：
获取上述当前视频帧对应的编码头消耗比特数和图像内容编码消耗比特数；
根据上述编码头消耗比特数、上述图像内容编码消耗比特数以及上述当前帧目标比特计算上述当前视频帧对应的比特误差；
根据上述当前视频帧对应的比特误差更新并获得下一视频帧对应的累积比特误差。
本发明第二方面提供一种视频帧编码装置，其中，上述视频帧编码装置包括：
每帧平均比特获取模块，用于获取当前视频帧以及每帧平均比特；
当前帧目标比特获取模块，用于获取上述当前视频帧对应的累积比特误差，根据上述累积比特误差和上述每帧平均比特计算当前帧目标比特，其中，上述累积比特误差是所有历史编码帧的比特误差之和，上述比特误差是上述历史编码帧在编码时消耗的比特数与上述历史编码帧的目标比特的差值，上述历史编码帧是上述当前视频帧之前的已编码帧；
视频编码器量化参数获取模块，用于根据上述当前帧目标比特获取上述当前视频帧对应的视频编码器量化参数；
编码模块，用于根据上述视频编码器量化参数，通过视频编码器对上述当前视频帧进行编码。
可选的，上述视频编码器是AVS3编码器。
可选的，上述每帧平均比特获取模块，包括：
当前视频帧获取单元，用于获取上述当前视频帧；
目标比特率获取单元，用于根据上述视频编码器的配置文档或命令行获取上述视频编码器设定的目标比特率；
每帧平均比特计算单元，用于根据上述目标比特率计算上述视频编码器对应的每帧平均比特。
可选的，上述当前帧目标比特获取模块，包括：
累积比特误差获取单元，用于获取上述当前视频帧对应的累积比特误差；
待判断目标比特计算单元，用于计算上述每帧平均比特与上述累积比特误差的差值并作为待判断目标比特；
当前帧目标比特确定单元，用于获取目标比特阈值，将上述待判断目标比特和上述目标比特阈值中的最大者作为上述当前帧目标比特。
本发明第三方面提供一种智能终端，上述智能终端包括存储器、处理器以及存储在上述存储器上并可在上述处理器上运行的视频帧编码程序，上述视频帧编码程序被上述处理器执行时实现任意一项上述视频帧编码方法的步骤。
本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质上存储有视频帧编码程序，上述视频帧编码程序被处理器执行时实现任意一项上述视频帧编码方法的步骤。
由上可见，本发明方案中，获取当前视频帧以及每帧平均比特；获取上述当前视频帧对应的累积比特误差，根据上述累积比特误差和上述每帧平均比特计算当前帧目标比特，其中，上述累积比特误差是所有历史编码帧的比特误差之和，上述比特误差是上述历史编码帧在编码时消耗的比特数与上述历史编码帧的目标比特的差值，上述历史编码帧是上述当前视频帧之前的已编码帧；根据上述当前帧目标比特获取上述当前视频帧对应的视频编码器量化参数；根据上述视频编码器量化参数，通过视频编码器对上述当前视频帧进行编码。与现有技术中采用基于GOP级别的码控算法进行视频帧编码的方案相比，本发明中，不需要利用GOP的概念，因此不会在碰到I帧时将比特误差置0，可以应用于全I帧配置模式。同时，利用当前视频帧对应的累积比特误差（即当前视频帧之前的历史编码帧的比特误差的累计值）来控制编码过程，使得视频最终对应的比特率接近于预先设置的目标比特率（即目标码率），从而更方便简单地实现对码率的控制，有利于提高全I帧配置模式下的码率控制的效率和准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种视频帧编码方法的流程示意图；
图2是本发明实施例图1中步骤S100的具体流程示意图；
图3是本发明实施例图1中步骤S200的具体流程示意图；
图4是本发明实施例图1中步骤S300的具体流程示意图；
图5是本发明实施例图4中步骤S301的具体流程示意图；
图6是本发明实施例提供的一种视频帧编码装置的结构示意图；
图7是本发明实施例图6中每帧平均比特获取模块510的具体结构示意图；
图8是本发明实施例图6中当前帧目标比特获取模块520的具体结构示意图；
图9是本发明实施例提供的一种智能终端的内部结构原理框图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定装置结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况下，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当…时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似的，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述的条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
下面结合本发明实施例的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
随着科学技术的发展，尤其是多媒体技术的快速发展，视频编码和传输对于提高多媒体的视觉体验变得越来越重要，已经成为多媒体领域的一个重要研究主题。目前，视频编码标准也在不断发展，例如视频编码标准从H.264、音视频编码标准2.0（AVS2，AudioVideo coding Standard 2.0）发展到了高效视频编码（HEVC，High Efficient VideoCoding）、通用视频编码（VVC，Versatile Video Coding）以及AVS3，在多媒体领域扮演了一个极其重要的角色。而码率控制是多媒体传输领域的一个关键技术，在视频的编码和传输过程中，带宽通常是受到限制的，尤其是在网络实时环境中，所以有必要对传输的码率进行控制。
码率控制在使输出的码率尽可能接近目标码率的情况下，使率失真性能尽可能好。为了进行码率的控制，通常会在视频编码和传输过程中在多个层次分配进行比特的分类，例如图像组（GOP，Group Of Pictures）级、帧级、编码树单元（CTU，Coding Tree Unit）级。编码配置通常分为全I帧（AI，All Intra）配置模式、低延时（LD，Low Delay）配置模式和随机访问（RA，Random Access）配置模式。
现有技术中，通常采用基于GOP级的码控算法进行视频帧编码，GOP中包含了I、P、B三种帧，I帧被当作一个GOP的起始帧，碰到I帧时会将比特误差置0，重新开始新GOP的码率控制。因此基于GOP级的码控算法不能适用于全I帧配置模式，不利于提高全I帧配置模式下的码率控制的效率和准确性。
在一种应用场景中，通过改进R-Q模型，建立要分配的比特与量化参数QP间的函数关系来估算QP从而进行码率控制，利用SGD算法对函数参数进行更新，但该过程较为复杂，不方便使用且不利于提高码率控制的效率。
为了解决上述多个问题中的至少一个问题，本发明方案中，获取当前视频帧以及每帧平均比特；获取上述当前视频帧对应的累积比特误差，根据上述累积比特误差和上述每帧平均比特计算当前帧目标比特，其中，上述累积比特误差是所有历史编码帧的比特误差之和，上述比特误差是上述历史编码帧在编码时消耗的比特数与上述历史编码帧的目标比特的差值，上述历史编码帧是上述当前视频帧之前的已编码帧；根据上述当前帧目标比特获取上述当前视频帧对应的视频编码器量化参数；根据上述视频编码器量化参数，通过视频编码器对上述当前视频帧进行编码。与现有技术中采用基于GOP级别的码控算法进行视频帧编码的方案相比，本发明中，不需要利用GOP的概念，因此不会在碰到I帧时将比特误差置0，可以应用于全I帧配置模式。同时，利用当前视频帧对应的累积比特误差（即当前视频帧之前的历史编码帧的比特误差的累计值）来控制编码过程，使得视频最终对应的比特率接近于预先设置的目标比特率（即目标码率），从而更方便简单地实现对码率的控制，有利于提高全I帧配置模式下的码率控制的效率和准确性。
示例性方法
如图1所示，本发明实施例提供一种视频帧编码方法，具体的，上述方法包括如下步骤：
步骤S100，获取当前视频帧以及每帧平均比特。
其中，上述当前视频帧是当前需要输入视频编码器中进行编码的一帧视频。实际使用过程中，对于一个需要进行编码传输的视频，是将其分为多帧分别进行处理的。本实施例中，可以将该视频的每一帧依次作为上述当前视频帧，当该视频所有的视频帧都完成编码处理时，认为该视频的编码和传输完成。上述每帧平均比特是视频编码器中预先设置的每一帧想要达到的平均比特。
本实施例中，如图2所示，上述步骤S100具体包括如下步骤：
步骤S101，获取上述当前视频帧。
步骤S102，根据上述视频编码器的配置文档或命令行获取上述视频编码器设定的目标比特率。
步骤S103，根据上述目标比特率计算上述视频编码器对应的每帧平均比特。
具体的，获取当前输入视频编码器的视频帧，且根据视频编码器的cfg配置文档或命令行获取上述视频编码器中设定的目标比特率target_bitrate。需要说明的是，本实施例中上述视频编码器是AVS3编码器，cfg配置文档是AVS3编码器的标准配置文件，里面包含了编码时要用到的参数，也包括预先设定的目标比特率target_bitrate（即用户预先设置的想要达到的码率）。对于AVS3编码器，全I帧、LD、RA配置分别对应了一个标准的cfg配置文件，可以根据实际需求选择对应的配置文件。本实施例中，还可以直接从视频编码器的命令行中获取对应的目标比特率。
进一步的，根据如下公式（1）计算获取上述每帧平均比特：
Figure 301814DEST_PATH_IMAGE001
其中，avg_bits代表每帧平均比特，target_bitrate是上述目标比特率，fps是每一帧代表的帧率，也即当前视频帧对应的帧率。需要说明的是，帧率fps是指每秒可以编码的帧数，在将一个视频划分为多帧时，每一帧对应的都是相同的，可以认为每一帧对应的帧率是一个常数，是输入数据（即yuv视频序列）的采样率，是根据输入数据决定的。同时，上述target_bitrate的单位是kbps，乘以1000以后转化为bps，需要说明的是，计算机的换算是1024倍，但本实施例中为了方便运算选用1000倍。
步骤S200，获取上述当前视频帧对应的累积比特误差，根据上述累积比特误差和上述每帧平均比特计算当前帧目标比特，其中，上述累积比特误差是所有历史编码帧的比特误差之和，上述比特误差是上述历史编码帧在编码时消耗的比特数与上述历史编码帧的目标比特的差值，上述历史编码帧是上述当前视频帧之前的已编码帧。
本实施例中，上述历史编码帧是在当前视频帧之前已经编码完成的视频帧，第一个需要编码的视频帧没有对应的历史编码帧，因此第一个需要编码的视频帧对应的累积比特误差为0。上述当前帧目标比特是计算获得的当前视频帧需要达到的目标比特（可以分配的比特数）。
需要说明的是，本实施例中使用的累积比特误差是所有历史编码帧的比特误差之和，实际使用过程中还可以仅采用部分历史编码帧的比特误差之和作为上述累积比特误差。例如，可以将距离当前视频帧一段时间（预设的时间阈值）以内的历史编码帧的比特误差之和作为上述累积比特误差，或者预先划分多个码率控制时间段并将当前视频帧对应码率控制时间段内的所有历史编码帧的比特误差之和作为上述累积比特误差，从而减小计算量，且分别实现各段时间的码率控制。
本实施例中，上述视频帧编码方法是针对AV3全I帧的基于全局反馈调节的R-lambda码率控制及编码方案，上述视频编码器是AVS3编码器。基于本实施例中的编码控制方案，可以考虑所有历史编码帧对应的比特误差，即考虑全局反馈进行后续各帧的编码控制。
本实施例中，如图3所示，上述步骤S200具体包括如下步骤：
步骤S201，获取上述当前视频帧对应的累积比特误差。
步骤S202，计算上述每帧平均比特与上述累积比特误差的差值并作为待判断目标比特。
步骤S203，获取目标比特阈值，将上述待判断目标比特和上述目标比特阈值中的最大者作为上述当前帧目标比特。
具体的，本实施例中，可以根据如下公式（2）计算获取上述当前帧目标比特：
Figure 31872DEST_PATH_IMAGE002
其中，targetBits代表上述当前帧目标比特，err_bits代表当前视频帧对应的累积比特误差，err_bits的初始值为0，每完成一个视频帧的编码后进行更新。上述公式（2）中常数200是预先设置的目标比特阈值，本实施例中以200为例进行说明，但不作为具体限定，实际使用过程中，可以预先设置目标比特阈值，也可以由用户实时输入。设置目标比特阈值可以用于防止avg_bits-err_bits小于或等于0时出现错误，目标比特阈值设置为200表示最小要分配200比特。需要说明的是，上述目标比特阈值不能设置过大，过大会导致很难targetBits很难取到avg_bits-err_bits，从而增加码率控制的误差。
如此，在本实施例中，不需要使用GOP的概念（或者GOP的大小为1），本实施例中利用过去所有已编码帧的比特误差信息，而不仅仅是一个GOP的比特误差。如果当前视频帧实际消耗的比特小于对应的目标比特，则多出来的比特会分配给后面要编码的视频帧；如果当前视频帧实际消耗的比特大于对应的目标比特，则多消耗的比特会在计算下一帧的目标比特时减去，从而实现全局反馈调节，通过这种方式来使视频最终消耗的比特接近目标比特，从而使得视频的码率接近目标比特率，实现码率的控制。其中，上述当前帧目标比特targetBits不是通过lambda估算出来的，而是每帧平均比特与累积比特误差的差值（或预先设置的目标比特阈值），从而可以提高码率控制的准确性。
步骤S300，根据上述当前帧目标比特获取上述当前视频帧对应的视频编码器量化参数。
本实施例中，如图4所示，上述步骤S300具体包括如下步骤：
步骤S301，根据上述当前帧目标比特计算上述当前视频帧对应的每像素比特。
其中，上述每像素比特bpp（bit per pixel）是当前视频帧中每一个像素对应的比特。具体的，如图5所示，上述步骤S301具体包括如下步骤：
步骤S3011，获取上述当前视频帧的高度、宽度和帧率。
步骤S3012，根据上述高度、上述宽度、上述帧率和上述当前帧目标比特计算上述当前视频帧对应的每像素比特。
具体的，本实施例中可以根据如下公式（3）计算获取上述当前视频帧对应的每像素比特：
Figure 497489DEST_PATH_IMAGE003
其中，bpp代表上述每像素比特，H和W分别是当前视频帧对应的高度和宽度，targetBits是上述当前帧目标比特，fps为对应的帧率。
步骤S302，根据上述每像素比特和预设的哈达玛矩阵计算获取码控参数。
本实施例中，上述预设的哈达玛（hardamard）矩阵是预先设置的8*8大小的矩阵。将当前视频帧进行hardamard变换后再求各元素的绝对值之和，获得当前视频帧对应的hardamard变换后的绝对差值和（SATD，Sum of Abstract Transformed Difference），并通过SATD计算获得inter_cpp，其中，上述inter_cpp代表计算获得的bpp的一个调节因子，因为STAD是根据图像内容计算获得的，因此此处表示根据图像内容对bpp进行调节。
本实施例中，基于如下公式（4）计算获取lambda：
Figure 225273DEST_PATH_IMAGE004
其中，公式（4）的第二行代表根据inter_cpp对每像素比特bpp进行更新，从而使lambda不仅与targetBits相关，还与帧的内容相关，即将图像内容利用了起来，提高码率控制的准确性。上述lambda代表码控参数。需要说明的是，上述公式（4）中的各个常数是根据实际需求预先设置的参数，也可以根据其它场景下的需求进行调整，在此不作为限制。
步骤S303，根据上述码控参数计算获取上述视频编码器量化参数。
进一步的，获得上述码控参数lambda后，可以根据如下公式（5）计算获得视频编码器量化参数：
Figure 776340DEST_PATH_IMAGE005
其中，ln(lambda)代表对lambda取自然对数，QP代表视频编码器量化参数，实际使用过程中，需要将QP通过强制类型转换为整数，因此在公式（5）的最后加上0.5，以便在对QP进行强制类型转换过程中实现四舍五入。需要说明的是，在程序中QP是一个正整数类型，且在程序中将浮点数赋予整数时会被直接截断为整数；本实施例中，可以加一个floor函数，表示向下取整。QP是AVS3编码器的一个量化参数，本实施例中通过控制QP可以实现码率的控制。需要说明的是，上述公式（5）中的5.661和13.131都是预先设置的参数，也可以根据实际需求进行调整，在此不作具体限定。
步骤S400，根据上述视频编码器量化参数，通过视频编码器对上述当前视频帧进行编码。
本实施例中，设置对应的视频编码器量化参数后，通过上述视频编码器对当前视频帧进行编码。同时，完成当前视频帧的编码后，可以获取下一个需要进行编码的视频帧（即下一视频帧），根据上述步骤对下一视频帧进行编码，直到所有视频帧都编码完毕。
需要说明的是，在上述步骤S400之后，上述视频帧编码方法还包括：
获取上述当前视频帧对应的编码头消耗比特数和图像内容编码消耗比特数；
根据上述编码头消耗比特数、上述图像内容编码消耗比特数以及上述当前帧目标比特计算上述当前视频帧对应的比特误差；
根据上述当前视频帧对应的比特误差更新并获得下一视频帧对应的累积比特误差。
具体的，利用视频编码器对上述当前视频帧进行编码后，获得编码头消耗比特数header_bits和内容编码消耗比特数data_bits，两者的和可以视为该当前视频帧编码过程中实际消耗的比特数，将header_bits与data_bits的和减去该当前视频帧对应的当前帧目标比特可以获得当前视频帧对应的比特误差，从而可以更新累积比特误差。具体的，可以根据如下公式（6）更新累积比特误差：
Figure 247773DEST_PATH_IMAGE006
其中，上述公式（6）左边的err_bits即为更新后的累积比特误差（即下一视频帧对应的累积比特误差）。如此，实时更新累积比特误差，且累积比特误差可以反馈到目标比特的计算过程中，用于调节后面所有未编码视频帧的目标比特和QP，形成反馈调节的机制。且累积比特误差累积了过去所有已编码帧的比特误差，可以视为全局反馈，相较于GOP级的局部反馈调节，有利于提高码率控制的效率和准确性，且计算和控制过程简单，有利于降低码率控制的复杂性。
本实施例中，还基于一个具体的实验验证上述视频帧编码方法的效果，具体的，一方面，将上述针对AVS3全I帧的基于全局反馈调节的R-lambda码率控制及视频帧编码方法应用一个预设的编码软件，该编码软件基于仅8bit+AI配置，另一方面，使用相同的编码软件，但基于M6202进行视频编码。将两者在AVS的通甲、通乙、通丙、240P以及480P等序列（所有20个序列，4个QP：{27，32，38，45}）上进行了对比。基于本实施例方法进行编码时的码控误差=0.44%，Y、U、V三个分量的BDrate分别为0.14%、-2.10%、-2.70%。基于M6202进行编码时的码控误差＝1.09%，Y、U、V三个分量的BDrate分别为0.56%、-1.42%、-1.84%。可见，在该编码软件上，本实施例方案的性能损失和码控误差都较小，具体的，相较于M6202，本实施例方案的码控误差低0.95%，BDrate要低0.42%。此外，本实施例方案可以使得码控准确性更加稳定，不易受分辨率的影响。需要说明的是，M6202用的是R-Q模型，而本实施例中使用的是R-lambda模型，本实施例中使用了全局反馈的方法，本实施例中的err_bits是前面所有已编码帧的累积比特误差，使得前面所有已编码帧的比特误差信息都得到了利用，而M6202的反馈仅使用了前面一帧。
进一步的，本实施例方案中err_bits累积了过去所有已编码帧的比特误差，而不是只使用GOP内的帧。因此本实施例提供的针对AVS3全I帧的基于全局反馈调节的R-lambda码率控制及视频帧编码方法可以以较小的编码性能损失达到较高的码控准确性。
由上可见，本发明实施例提供的视频帧编码方法中，获取当前视频帧以及每帧平均比特；获取上述当前视频帧对应的累积比特误差，根据上述累积比特误差和上述每帧平均比特计算当前帧目标比特，其中，上述累积比特误差是所有历史编码帧的比特误差之和，上述比特误差是上述历史编码帧在编码时消耗的比特数与上述历史编码帧的目标比特的差值，上述历史编码帧是上述当前视频帧之前的已编码帧；根据上述当前帧目标比特获取上述当前视频帧对应的视频编码器量化参数；根据上述视频编码器量化参数，通过视频编码器对上述当前视频帧进行编码。与现有技术中采用基于GOP级别的码控算法进行视频帧编码的方案相比，本发明中，不需要利用GOP的概念，因此不会在碰到I帧时将比特误差置0，可以应用于全I帧配置模式。同时，利用当前视频帧对应的累积比特误差（即当前视频帧之前的历史编码帧的比特误差的累计值）来控制编码过程，使得视频最终对应的比特率接近于预先设置的目标比特率（即目标码率），从而更方便简单地实现对码率的控制，有利于提高全I帧配置模式下的码率控制的效率和准确性。
示例性设备
如图6中所示，对应于上述视频帧编码方法，本发明实施例还提供一种视频帧编码装置，上述视频帧编码装置包括：
每帧平均比特获取模块510，用于获取当前视频帧以及每帧平均比特。
其中，上述当前视频帧是当前需要输入视频编码器中进行编码的一帧视频。实际使用过程中，对于一个需要进行编码传输的视频，是将其分为多帧分别进行处理的。本实施例中，可以将该视频的每一帧依次作为上述当前视频帧，当该视频所有的视频帧都完成编码处理时，认为该视频的编码和传输完成。上述每帧平均比特是视频编码器中预先设置的每一帧想要达到的平均比特。
本实施例中，如图7所示，上述每帧平均比特获取模块510具体包括如下单元：
当前视频帧获取单元511，用于获取上述当前视频帧。
目标比特率获取单元512，用于根据上述视频编码器的配置文档或命令行获取上述视频编码器设定的目标比特率。
每帧平均比特计算单元513，用于根据上述目标比特率计算上述视频编码器对应的每帧平均比特。
具体的，获取当前输入视频编码器的视频帧，且根据视频编码器的cfg配置文档或命令行获取上述视频编码器中设定的目标比特率target_bitrate。需要说明的是，本实施例中上述视频编码器是AVS3编码器，cfg配置文档是AVS3编码器的标准配置文件，里面包含了编码时要用到的参数，也包括预先设定的目标比特率target_bitrate（即用户预先设置的想要达到的码率）。对于AVS3编码器，全I帧、LD、RA配置分别对应了一个标准的cfg配置文件，可以根据实际需求选择对应的配置文件。本实施例中，还可以直接从视频编码器的命令行中获取对应的目标比特率。
当前帧目标比特获取模块520，用于获取上述当前视频帧对应的累积比特误差，根据上述累积比特误差和上述每帧平均比特计算当前帧目标比特，其中，上述累积比特误差是所有历史编码帧的比特误差之和，上述比特误差是上述历史编码帧在编码时消耗的比特数与上述历史编码帧的目标比特的差值，上述历史编码帧是上述当前视频帧之前的已编码帧。
本实施例中，上述历史编码帧是在当前视频帧之前已经编码完成的视频帧，第一个需要编码的视频帧没有对应的历史编码帧，因此第一个需要编码的视频帧对应的累积比特误差为0。上述当前帧目标比特是计算获得的当前视频帧需要达到的目标比特（可以分配的比特数）。
本实施例中，如图8所示，上述当前帧目标比特获取模块520具体包括如下单元：
累积比特误差获取单元521，用于获取上述当前视频帧对应的累积比特误差。
待判断目标比特计算单元522，用于计算上述每帧平均比特与上述累积比特误差的差值并作为待判断目标比特。
当前帧目标比特确定单元523，用于获取目标比特阈值，将上述待判断目标比特和上述目标比特阈值中的最大者作为上述当前帧目标比特。
视频编码器量化参数获取模块530，用于根据上述当前帧目标比特获取上述当前视频帧对应的视频编码器量化参数。
本实施例中，上述视频编码器量化参数获取模块530具体用于：根据上述当前帧目标比特计算上述当前视频帧对应的每像素比特；根据上述每像素比特和预设的哈达玛矩阵计算获取码控参数；根据上述码控参数计算获取上述视频编码器量化参数。
编码模块540，用于根据上述视频编码器量化参数，通过视频编码器对上述当前视频帧进行编码。
本实施例中，设置对应的视频编码器量化参数后，通过上述视频编码器对当前视频帧进行编码。同时，完成当前视频帧的编码后，可以获取下一个需要进行编码的视频帧（即下一视频帧），基于上述视频帧编码装置对下一视频帧进行编码，直到所有视频帧都编码完毕。
基于上述实施例，本发明还提供了一种智能终端，其原理框图可以如图9所示。上述智能终端包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口以及显示屏。其中，该智能终端的处理器用于提供计算和控制能力。该智能终端的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和视频帧编码程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和视频帧编码程序的运行提供环境。该智能终端的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该视频帧编码程序被处理器执行时实现上述任意一种视频帧编码方法的步骤。该智能终端的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏。
本领域技术人员可以理解，图9中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的智能终端的限定，具体的智能终端可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种智能终端，上述智能终端包括存储器、处理器以及存储在上述存储器上并可在上述处理器上运行的视频帧编码程序，上述视频帧编码程序被上述处理器执行时进行以下操作指令：
获取当前视频帧以及每帧平均比特；
获取上述当前视频帧对应的累积比特误差，根据上述累积比特误差和上述每帧平均比特计算当前帧目标比特，其中，上述累积比特误差是所有历史编码帧的比特误差之和，上述比特误差是上述历史编码帧在编码时消耗的比特数与上述历史编码帧的目标比特的差值，上述历史编码帧是上述当前视频帧之前的已编码帧；
根据上述当前帧目标比特获取上述当前视频帧对应的视频编码器量化参数；
根据上述视频编码器量化参数，通过视频编码器对上述当前视频帧进行编码。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，上述计算机可读存储介质上存储有视频帧编码程序，上述视频帧编码程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的任意一种视频帧编码方法的步骤。
应理解，上述实施例中各步骤的序号大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将上述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块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。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。
上述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。上述计算机可读介质可以包括：能够携带上述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，上述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。
以上所述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，并不是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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种视频帧编码方法，其特征在于，所述视频帧编码方法应用于全I帧配置模式中，所述视频帧编码方法包括：
获取当前视频帧以及每帧平均比特；
获取所述当前视频帧对应的累积比特误差，根据所述累积比特误差和所述每帧平均比特计算当前帧目标比特，其中，所述累积比特误差是所有历史编码帧的比特误差之和，所述比特误差是所述历史编码帧在编码时消耗的比特数与所述历史编码帧的目标比特的差值，所述历史编码帧是在所述当前视频帧之前且属于所述当前视频帧对应的预设的码率控制时间段内的已编码帧，以实现对各段时间的码率控制；
根据所述当前帧目标比特获取所述当前视频帧对应的视频编码器量化参数；
根据所述视频编码器量化参数，通过视频编码器对所述当前视频帧进行编码；
当所述当前视频帧在编码时实际消耗的比特数小于对应的当前帧目标比特，则将多出来的比特分配给后面要编码的视频帧；当所述当前视频帧在编码实际消耗的比特数大于对应的当前帧目标比特，则将多消耗的比特在计算下一帧的目标比特时减去；实时更新所述累积比特误差，且将所述累积比特误差反馈到各个视频帧的目标比特的计算过程中，用于调节后面未编码视频帧的目标比特和视频编码器量化参数，形成反馈调节的机制；
所述根据所述当前帧目标比特获取所述当前视频帧对应的视频编码器量化参数，包括：根据所述当前帧目标比特计算所述当前视频帧对应的每像素比特；根据所述每像素比特和预设的哈达玛矩阵计算获取码控参数；根据所述码控参数计算获取所述视频编码器量化参数；
其中，所述哈达玛矩阵是预先设置的8*8大小的矩阵，所述根据所述每像素比特和预设的哈达玛矩阵计算获取码控参数，包括：根据所述哈达玛矩阵对所述当前视频帧进行哈达玛变换后再求各元素的绝对值之和，获得所述当前视频帧对应的哈达玛变换后的绝对差值和，根据所述每像素比特与所述绝对差值和计算获取码控参数。
2.根据权利要求1所述的视频帧编码方法，其特征在于，所述视频编码器是AVS3编码器。
3.根据权利要求1所述的视频帧编码方法，其特征在于，所述获取当前视频帧以及每帧平均比特，包括：
获取所述当前视频帧；
根据所述视频编码器的配置文档或命令行获取所述视频编码器设定的目标比特率；
根据所述目标比特率计算所述视频编码器对应的每帧平均比特。
4.根据权利要求1所述的视频帧编码方法，其特征在于，所述获取所述当前视频帧对应的累积比特误差，根据所述累积比特误差和所述每帧平均比特计算当前帧目标比特，包括：
获取所述当前视频帧对应的累积比特误差；
计算所述每帧平均比特与所述累积比特误差的差值并作为待判断目标比特；
获取目标比特阈值，将所述待判断目标比特和所述目标比特阈值中的最大者作为所述当前帧目标比特。
5.根据权利要求1所述的视频帧编码方法，其特征在于，所述根据所述当前帧目标比特计算所述当前视频帧对应的每像素比特，包括：
获取所述当前视频帧的高度、宽度和帧率；
根据所述高度、所述宽度、所述帧率和所述当前帧目标比特计算所述当前视频帧对应的每像素比特。
6.根据权利要求1所述的视频帧编码方法，其特征在于，在所述根据所述视频编码器量化参数，通过视频编码器对所述当前视频帧进行编码之后，所述视频帧编码方法还包括：
获取所述当前视频帧对应的编码头消耗比特数和图像内容编码消耗比特数；
根据所述编码头消耗比特数、所述图像内容编码消耗比特数以及所述当前帧目标比特计算所述当前视频帧对应的比特误差；
根据所述当前视频帧对应的比特误差更新并获得下一视频帧对应的累积比特误差。
7.一种视频帧编码装置，其特征在于，所述视频帧编码装置应用于全I帧配置模式中，所述视频帧编码装置包括：
每帧平均比特获取模块，用于获取当前视频帧以及每帧平均比特；
当前帧目标比特获取模块，用于获取所述当前视频帧对应的累积比特误差，根据所述累积比特误差和所述每帧平均比特计算当前帧目标比特，其中，所述累积比特误差是所有历史编码帧的比特误差之和，所述比特误差是所述历史编码帧在编码时消耗的比特数与所述历史编码帧的目标比特的差值，所述历史编码帧是在所述当前视频帧之前且属于所述当前视频帧对应的预设的码率控制时间段内的已编码帧，以实现对各段时间的码率控制；
视频编码器量化参数获取模块，用于根据所述当前帧目标比特获取所述当前视频帧对应的视频编码器量化参数；
编码模块，用于根据所述视频编码器量化参数，通过视频编码器对所述当前视频帧进行编码；
当所述当前视频帧在编码时实际消耗的比特数小于对应的当前帧目标比特，则将多出来的比特分配给后面要编码的视频帧；当所述当前视频帧在编码实际消耗的比特数大于对应的当前帧目标比特，则将多消耗的比特在计算下一帧的目标比特时减去；实时更新所述累积比特误差，且将所述累积比特误差反馈到各个视频帧的目标比特的计算过程中，用于调节后面未编码视频帧的目标比特和视频编码器量化参数，形成反馈调节的机制；
所述根据所述当前帧目标比特获取所述当前视频帧对应的视频编码器量化参数，包括：根据所述当前帧目标比特计算所述当前视频帧对应的每像素比特；根据所述每像素比特和预设的哈达玛矩阵计算获取码控参数；根据所述码控参数计算获取所述视频编码器量化参数；
其中，所述哈达玛矩阵是预先设置的8*8大小的矩阵，所述根据所述每像素比特和预设的哈达玛矩阵计算获取码控参数，包括：根据所述哈达玛矩阵对所述当前视频帧进行哈达玛变换后再求各元素的绝对值之和，获得所述当前视频帧对应的哈达玛变换后的绝对差值和，根据所述每像素比特与所述绝对差值和计算获取码控参数。
8.根据权利要求7所述的视频帧编码装置，其特征在于，所述视频编码器是AVS3编码器。
9.根据权利要求7所述的视频帧编码装置，其特征在于，所述每帧平均比特获取模块，包括：
当前视频帧获取单元，用于获取所述当前视频帧；
目标比特率获取单元，用于根据所述视频编码器的配置文档或命令行获取所述视频编码器设定的目标比特率；
每帧平均比特计算单元，用于根据所述目标比特率计算所述视频编码器对应的每帧平均比特。
10.根据权利要求7所述的视频帧编码装置，其特征在于，所述当前帧目标比特获取模块，包括：
累积比特误差获取单元，用于获取所述当前视频帧对应的累积比特误差；
待判断目标比特计算单元，用于计算所述每帧平均比特与所述累积比特误差的差值并作为待判断目标比特；
当前帧目标比特确定单元，用于获取目标比特阈值，将所述待判断目标比特和所述目标比特阈值中的最大者作为所述当前帧目标比特。
11.一种智能终端，其特征在于，所述智能终端包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的视频帧编码程序，所述视频帧编码程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-6任意一项所述视频帧编码方法的步骤。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有视频帧编码程序，所述视频帧编码程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任意一项所述视频帧编码方法的步骤。
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