CN1294757C - 视频压缩码率控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高视频压缩中码率控制精度与速度的方法，该方法在利用一阶率失真模型控制码率的基础上，加入反馈机制，改变目标码率，使得码率控制更加精确，并且使用的一阶模型运算速度更快；采用统计丢帧历史来平均丢帧的间隔；同时，丢帧时参考量化因子的大小，允许用户可以在图像质量和帧率之间选择折衷方案。该方法不仅速度快，精度高，而且压缩后的图像质量变化平稳。

Description

视频压缩码率控制方法
技术领域
本发明涉及一种视频压缩中快速精确控制码率的方法。
背景技术
由于视频编码与内容有关，压缩过的帧的数据量会有变化，这样单位时间内的数据量(码率)就会有波动。而在实际应用中，尤其是视频流传输时，需要恒定的码率。码率控制的原理就是利用一种数学模型来通过当前已知的用户指定码率和已压缩比特数来重新计算下一帧的量化因子，从而改变编码后的比特数，达到控制码率的目的。
目前码率控制比较好的方法是MPEG4中提出的可分级性码率控制策略(SRC)，该方式的主要内容是利用二阶率失真模型，并将码率控制细化到每一个块或者宏块上。这种方法的缺点是运算过于复杂，实现困难。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种运算量少并且控制精度高的码率控制算法。
一种提高视频压缩中码率控制精度和速度的方法，包括如下三个步骤：(a)采用反馈策略改变当前目标码率，每压缩完一帧比较实际码率和目标码率，利用计数器记录比较结果，使用连续高于或者连续低于目标码率的帧数作为反馈数据，根据计数器记录的反馈数据重新设置目标码率；(b)平均丢帧的间隔，比较当前帧与上一编码帧之间的间隔，根据比较结果确定是否丢帧或编码，从而使两帧的间隔保持在平均丢帧间隔的正负1帧之间；(c)将量化因子的大小作为丢帧的条件之一，如果当前量化因子已经超过某一指定的阈值，同时码率超过值定码率，则丢弃该帧。
其中在步骤(a)中，根据码率的历史纪录来调整用户指定的目标码率，如果连续超过指定码率的帧数超过某一个阈值T1，则降低指定码率；如果连续低于指定码率的帧数超过阈值T2，则增大指定码率；阈值T1和T2可以动态调整。
其中根据试验测得比较理想的初始阈值(T1和T2同时适用，下同)是帧率的1/2，在每一次同方向变化时，阈值增加一倍。同方向变化指如果上一次因为连续超过码率的帧数超过阈值而本次又是连续超过，或者连续两次以上都是因连续低于码率而改变阈值。
进一步，在步骤(b)中，根据丢帧的历史纪录来控制丢帧的间隔，使两帧之间的间隔在平均间隔的正负1帧之间。
进一步，在步骤(c)中，设置一个量化因子的阈值，只有在当前量化因子大于该阈值时、并且码率已经超过指定码率时才允许丢帧。所述量化因子的阈值控制在码率较低时损失视频质量与丢帧之间的折衷，取值31。
利用该方法进行视频压缩，可以很好的控制码率，不仅速度快，精度高，而且压缩后的图像质量变化平稳。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下面对本发明的方法作出说明：
(1)本发明利用一阶率失真模型R＝X1*S*Q**(-1)，其中R代表已经编码得到的数据量(比特数)，x1是模型一阶系数，S是当前真的复杂度，以平均绝对值差MAD来表示，Q是即将需要的量化因子。
1.初始化模型系数X1；
2.计算当前帧的目标码率：
3.计算量化因子；
4.更新模型参数。
上述4步在MPEG4标准文档中描述，除了使用一阶率失真模型，步骤2中目标码率可以改变，改变方法在下面的(2)说明。
(2)1.初始化计数器count＝0，目标码率升高计数器count_up＝1，目标码率降低计数器count_down＝-1，目标码率＝用户指定码率；
2.每压缩完一帧比较实际码率和用户指定码率，若前者大则count加1，若后者大则count减1；
3.如果count大于N*count_up，其中N为指定的阈值，一般指定为15，count_up加1，count＝O，并且：如果count_down＜-1，则目标码率重新设置为用户指定码率*(1+Alpha)，一般Alpha＝0.05，同时count_down＝1；否则目标码率加当前目标码率*Beta，一般Beta＝0.10；
4.如果count小于N*count_down，其中N为指定的阈值，一般指定为15，count_down减1，count＝0，并且：如果count_up＞1，则目标码率重新设置为用户指定码率*(1-Alpha)，一般Alpha＝0.05，同时count_up＝1；否则目标码率减当前目标码率*Beta，一般Beta＝0.10。
在这一步骤中，根据码率的历史纪录来调整用户指定的目标码率。如果连续超过指定码率的帧数超过某一个阈值T1，则降低指定码率；如果连续低于指定码率的帧数超过阈值T2，则增大指定码率；阈值T1和T2可以动态调整。根据试验测得比较理想的初始阈值(T1和T2同时适用，下同)是帧率的1/2，在每一次同方向变化时，阈值增加一倍。同方向变化是指如果上一次因为连续超过码率的帧数超过阈值而本次又是连续超过，或者连续两次以上都是因连续低于码率而改变阈值。
(3)统计丢帧的间隔，两帧的间隔保持在平均丢帧间隔的正负1帧之间，并且丢帧受当前量化因子影响：
1.如果当前帧与上一编码帧之间的间隔小于平均间隔减1则丢掉该帧；
2.如果当前帧与上一编码帧之间的间隔等于平均间隔加1则编码；
3.在其它情况时：如果当前量化因子已经超过某一指定的阈值，同时码率已经超过指定码率，则丢弃该帧。该阈值控制在码率较低时损失视频质量与丢帧之间的折衷，建议取值31。
本方法利用反馈改变目标码率，经试验证明码率控制在更短时间内趋于稳定，而且码率波动更小；同时由于丢帧比较平均，也使得视频视觉效果更好；最后，采用的一阶率失真模型运算量小，速度更快。
以上所述仅为本发明的一较佳实施例，并非用来限定本发明实施的范围，本领域技术人员在本实施例的基础上进行的所有相关的扩展和应用都应落入本申请的保护范围。

Claims (7)

1、一种提高视频压缩中码率控制精度和速度的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
(a)采用反馈策略改变当前目标码率，每压缩完一帧比较实际码率和目标码率，利用计数器记录比较结果，使用连续高于或者连续低于目标码率的帧数作为反馈数据，根据计数器记录的反馈数据重新设置目标码率；
(b)平均丢帧的间隔，比较当前帧与上一编码帧之间的间隔，根据比较结果确定是否丢帧或编码，从而使两帧的间隔保持在平均丢帧间隔的正负1帧之间；
(c)将量化因子的大小作为丢帧的条件之一，如果当前量化因子已经超过某一指定的阈值，同时码率超过值定码率，则丢弃该帧。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，根据码率的历史纪录来调整用户指定的目标码率，如果连续超过指定码率的帧数超过某一个阈值T1，则降低指定码率；如果连续低于指定码率的帧数超过阈值T2，则增大指定码率；阈值T1和T2可以动态调整。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据试验测得比较理想的初始阈值(T1和T2同时适用，下同)是帧率的1/2，在每一次同方向变化时，阈值增加一倍。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述同方向变化指如果上一次因为连续超过码率的帧数超过阈值而本次又是连续超过，或者连续两次以上都是因连续低于码率而改变阈值。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中，根据丢帧的历史纪录来控制丢帧的间隔，使两帧之间的间隔在平均间隔的正负1帧之间。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，设置一个量化因子的阈值，只有在当前量化因子大于该阈值时、并且码率已经超过指定码率时才允许丢帧。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述量化因子的阈值控制在码率较低时损失视频质量与丢帧之间的折衷，取值31。
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Assignor: Weisu Sci. & Tech. Co., Ltd., Beijing

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Denomination of invention: Video compression code ratio control method using uneven distribution of frame target bit number

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Open date: 20030326

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