CN101159871B - 宏块组级视频码率控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种宏块组级视频码率控制方法，该方法包括以下步骤：确定当前宏块组的目标比特数，并利用图像的时域相关性，确定当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值；根据当前宏块组的编码比特数估计值与目标比特数，以及已编码的相邻宏块组的实际编码比特数与其目标比特数之间的关系，调整当前宏块组量化参数。本发明宏块组视频码率控制方法能够通过简单计算即快速获取宏块组的量化参数，减小码率控制方法的计算量，且能够充分考虑图像的时间和空间上的相关性，准确度高。

Description

宏块组级视频码率控制方法

技术领域

本发明涉及图像信息处理技术，特别是涉及到一种宏块组级视频码率控制方法。

背景技术

通过网络传输视频时，由于网络带宽、视频容量限制以及用户需求等原因，一般会对视频进行压缩编码，且会综合考虑上述因素选择合适的编码码率，即采用一些技术手段控制视频的编码码率。所述视频由一系列图像组成，包含多帧图像。现有技术中，视频码率控制方法包括：调整量化参数、跳帧、选择性编码和调整帧频，其中，所述量化参数为视频标准采用的一组数字，随视频标准不同而不同，量化参数与视频的码率成反比，即量化参数越高，码率越低，视频质量也就相对越低；所述跳帧是指通过对若干帧图像不编码来降低整个图像序列的码率，这种方法会造成解码图像跳跃，视频中图像序列不连续；所述选择性编码是指根据当前编码区域与参考区域的相似性，选择对相似程度高的当前编码区域不编码，以此降低视频信号的码率；所述调整帧频为利用了帧频与视频码率成正比的关系，降低帧频以降低视频码率。

视频码率控制方法可以基于序列级、图像级和宏块组级，其中，所述序列为多帧连续图像，基于序列级的视频码率控制方法就是将多个连续图像看作一个整体，控制该图像序列的码率总和不超过一定的值；基于图像级的视频码率控制方法是根据图像序列中各个图像的复杂程度、已编码图像的编码信息等再对图像序列中某一幅图像的码率进行控制；而基于宏块组级视频码率控制方法是将一幅图像分成若干区域，称为若干宏块组，对每个宏块组的编码码率进行控制。

现有的视频编码标准无一例外地在码率控制中都采用了调整量化参数的方法。在此以MPEG-4视频编码标准和H.263视频编码标准为例做简要说明。

MPEG4视频编码标准码率控制方法首先根据编码缓冲区占用程度以及已编码的前一个图像或宏块组的实际编码比特数计算出当前图像或宏块组的目标比特数，然后根据该目标比特数，利用一个二次模型来计算量化参数估计值，并利用该量化参数估计值对当前图像或宏块组进行编码，编码完成后再对该二次模型的参数以及编码缓冲区占用程度等参数进行更新。该视频码率控制方法在每次编码完一个图像或宏块组之后都需要更新该二次模型，而在编码任一图像或宏块组之前都需要使用该二次模型进行一个二次方程的浮点计算，因此计算复杂度高，计算量较大。

H.263视频编码标准码率控制方法是以宏块为单位来调整量化参数的。首先根据编码缓冲区占用程度为各帧图像分配目标比特比特数，然后根据该目标比特数，利用一个率失真模型来计算每个宏块的量化参数，最后利用该量化参数对每个宏块进行编码。该视频码率控制方法由于要在每个宏块编码完后都要更新一次率失真模型，所以需要完成复杂的数学计算来实现视频码率控制。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种宏块组级视频码率控制方法，该方法能够减小码率控制方法的计算量。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种宏块组级视频码率控制方法，所述方法包括以下步骤：A、确定当前宏块组的目标比特数，并利用图像的时域相关性，确定当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值；B、根据当前宏块组的编码比特数估计值与目标比特数，以及已编码相邻宏块组的实际编码比特数与该已编码相邻宏块组目标比特数之间的关系，调整当前宏块组量化参数。

本发明宏块组级视频码率控制方法步骤B之后，进一步包括：根据当前宏块组量化参数，对当前宏块组进行编码。

本发明宏块组级视频码率控制方法步骤A中，所述确定当前宏块组的目标比特数的操作包括：获取当前图像内所有宏块组的绝对误差和，并确定当前宏块组的绝对误差和在所有未编码宏块组的绝对误差和之和中所占的比例；确定当前图像的剩余目标比特数；根据当前宏块组绝对误差和在所有未编码宏块组绝对误差和之和中所占比例，以及当前图像的剩余目标比特数，为当前宏块组分配目标比特数。

本发明宏块组级视频码率控制方法步骤A中，所述确定当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值的操作包括：根据当前图像前的一帧或多帧已编码图像中相对应宏块组的绝对误差和，与当前宏块组的绝对误差和的关系，确定该前一帧或多帧已编码图像对当前图像的影响权值；利用前一帧或多帧已编码图像中相对应宏块组的量化参数以及实际编码比特数，以及各帧图像对当前图像的影响权值确定当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值。

其中，所述当前图像前的已编码图像为3帧。

其中，所述确定前已编码图像对当前图像的影响权值为，前已编码图像中相对应宏块组与当前宏块组的绝对误差和的差值取绝对值，作为影响权值的倒数。

其中，所述调整当前宏块组量化参数的操作包括，确定当前宏块组编码比特数估计值和目标比特数之间的差值除以编码比特数估计值作为第一修正参数，确定已编码相邻宏块组的实际编码比特数与该已编码相邻宏块组目标比特数之间的差值除以所述目标比特数作为第二修正参数，将第一修正参数及第二修正参数之和加一，乘以当前宏块组量化参数估计值作为当前宏块组的量化参数。

本发明提出的宏块组级视频码率控制方法，具有以下优点：利用连续图像时域上的相关性来确定当前宏块组的量化参数与编码比特数估计值，因此使用本发明宏块组级视频码率控制方法能够平滑图像之间的过渡，另外，本发明宏块组级视频码率控制方法根据相邻宏块组的实际编码比特数调整当前宏块组的量化参数，因此相邻宏块组之间过渡平滑，本发明宏块组级视频码率控制方法计算方法简单，减小码率控制方法的计算量，实现容易，能够快速准确获取宏块组的量化参数。

附图说明

图1为本发明宏块组级视频码率控制方法的流程图；

图2为本发明宏块组级视频码率控制方法中确定当前宏块组目标比特数的操作流程图；

图3为本发明宏块组级视频码率控制方法中调整当前宏块组量化参数的操作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。

本发明的基本思想是：利用图像的时域相关性，确定当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值，然后根据当前宏块组的编码比特数估计值与目标比特数，以及已编码的相邻宏块组的实际编码比特数与其目标比特数之间的关系，调整当前宏块组量化参数。

如图1所示，本发明宏块组级视频码率控制方法包括以下步骤：

步骤101：确定当前宏块组的目标比特数。

确定当前宏块组的目标比特数可以使用多种办法，如直接将当前图像的目标比特数均分给当前图像所包含的所有宏块组，取所分得的比特数作为当前宏块组的目标比特数等。其中，所述目标比特数为编码后可以占用的比特数，对于宏块组级视频码率控制方法而言，当前图像的目标比特数为已知数值。

为了让当前宏块组的目标比特数能接近视频编码后的实际编码比特数，本发明的一个实施例中采取如下方式来确定当前宏块组的目标比特数：

步骤101a、获取当前图像内所有宏块组的绝对误差和(SAD，Sum ofAbsolute Difference)，并确定当前宏块组的SAD在所有未编码宏块组的SAD之和中所占的比例。

设当前宏块组在当前图像中为第i个宏块组，其SAD为SAD_i，当前图像具有编号为0到n-1共n个宏块组，则所述比例S_i为：

$S_i=\frac{{\mathrm{SAD}}_i}{\underset{j=0}{\overset{n-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{SAD}}_j-\underset{j=0}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{SAD}}_j}$

其中i取值为0到n-1，为当前宏快组在当前图像中的编号。

步骤101b：确定当前图像的剩余目标比特数。

当前图像的剩余目标比特数为当前图像的目标比特数减去已编码宏块组的实际编码比特数。设T’为当前图像剩余目标比特数，T为当前图像目标比特数，而B_j为第j个宏块组实际编码产生的比特数，j取值为0到i-1，则有：

$T^{\′}=T-\underset{j=0}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{B}_j$

步骤101c：根据当前宏块组SAD在所有未编码宏块组SAD之和中所占比例，以及当前图像的剩余目标比特数，为当前宏块组分配目标比特数。

即当前宏块组的目标比特数Ti为：T_i＝T′×S_i。

通过步骤101a-101c给当前宏块组分配目标比特数的步骤，能够使得当前宏块组所分得的目标比特数与其SAD成正比，根据视频编码的原理，这种情况更加接近编码后的实际情况。

步骤102：利用图像的时域相关性，确定当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值。

一般说来，图像序列中前后图像的变化都是一种平滑过渡，所以利用图像的时域相关性，也即利用图像序列中当前图像之前已编码数帧图像的实际编码情况，能够确定当前图像的当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值。

具体说来，所述确定当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值的操作包括：根据当前图像前的一帧或多帧已编码图像中相对应位置宏块组的SAD，与当前宏块组SAD的关系，确定该前一帧或多帧已编码图像对当前图像的影响权值；利用前一帧或多帧已编码图像中相对应位置宏块组的量化参数、实际编码比特数，以及各帧图像对当前图像的影响权值确定当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值。例如当前宏块组为当前图像中的第i个宏块组，其SAD为SAD_i，前第一帧图像第i个宏块组的SAD为SAD_-1，i，前第二帧图像第i个宏块组的SAD为SAD_-2，i，前第n帧图像第i个宏块组的SAD为SAD_-n，i，一共取前多少帧图像根据实际情况选择，前图像帧数过多则与当前图像相关性较小，过少则不能准确获取当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值，本实施例中选择前3帧图像的对应宏块组的SAD与当前宏块组SAD的关系，来获取与图像帧相对应的影响权值，D_-1，i、D_-2，i和D_-3，i，分别表示前第一帧、前第二帧和前第三帧图像对当前图像的影响权值：

$D_{-1,i}=\frac{1}{|{\mathrm{SAD}}_{-1,i}-{\mathrm{SAD}}_i|}$

$D_{-2,i}=\frac{1}{|{\mathrm{SAD}}_{-2,i}-{\mathrm{SAD}}_i|}$

$D_{-3,i}=\frac{1}{|{\mathrm{SAD}}_{-3,i}-{\mathrm{SAD}}_i|}$

由此可以看出，前已编码图像相应宏块组和当前宏块组的SAD越接近，则前已编码图像对当前图像的影响权值越高。

根据各帧图像的影响权值，分别确定当前宏块组量化参数和编码比特数的估计值QP_i’和B_i’为：

${\mathrm{QP}}_i^{\′}=\frac{{\mathrm{QP}}_{-3,i}\×D_{-3,i}+{\mathrm{QP}}_{-2,i}\×D_{-2,i}+{\mathrm{QP}}_{-1,i}\×D_{-1,i}}{D_{-3,i}+D_{-2,i}+D_{-1,i}}$

$B_i^{\′}=\frac{B_{-3,i}\×D_{-3,i}+B_{-2,i}\×D_{-2,i}+B_{-1,i}\×D_{-1,i}}{D_{-3,i}+D_{-2,i}+D_{-1,i}}$

其中，QP_-1，i、QP_-2，i、QP_-3，i分别为前第一、二、三帧图像中对应宏块组的量化参数值，B_-1，i、B_-2，i、B_-3，i分别为前第一、二、三帧图像中对应宏块组的实际编码比特数。以上步骤101和102，在获知当前宏块组的SAD后，执行顺序可以相互颠倒，对于本发明的实施效果不存在其他影响。

步骤103：根据当前宏块组的编码比特数估计值与目标比特数，以及已编码的相邻宏块组的实际编码比特数与其目标比特数之间的关系，调整当前宏块组量化参数。

考虑到当前宏块组在当前图像中所占比重，以及当前宏块组与其相邻已编码宏块组之间的关系，需要利用当前宏块组的编码比特数估计值与目标比特数，以及已编码的相邻宏块组的实际编码比特数与其目标比特数之间的关系，调整当前宏块组量化参数。

具体而言，所述调整当前宏块组量化参数的操作包括，

步骤103a：确定当前宏块组B_i’和Ti之间的差值除以B_i’作为第一修正参数delta1。即：

$\mathrm{delta}1=\frac{B_i^{\′}-T_i}{B_i^{\′}}$

步骤103b：确定已编码相邻宏块组目标比特数T_i-1与该已编码相邻宏块组的实际编码比特数B_i-1之间的差值除以T_i-1作为第二修正参数delta2，即：

$\mathrm{delta}2=\frac{B_{i-1}-T_{i-1}}{T_{i-1}}$

步骤103c：将delta1及delta2之和加一，乘以当前宏块组QP_i’作为当前宏块组的量化参数QP_i，即：

QP_i＝QP_i′×(1+delta1+delta2)

上述计算过程中，选择已编码相邻宏块组为前一个已编码宏块组来计算delta2，本发明视频码率控制方法中，也可以根据相邻关系，选择一个或多个与当前宏块组相邻已编码宏块组来计算delta2。

步骤104：根据当前宏块组量化参数，对当前宏块组进行编码。

获取当前宏块组的量化参数后，根据现有技术对当前宏块组进行编码操作。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的保护范围。本领域内技术人员应该能够联想到，通过其他方法来分配当前宏块组的目标比特数，选择不同帧数的前已编码图像来确定当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值，选择其他数目和位置的相邻已编码宏块组来调整当前宏块组的量化参数，以及其它根据本发明的技术方案及其构思进行相应的等同改变或替换都应该属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种宏块组级视频码率控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

A、确定当前宏块组的目标比特数，并利用图像的时域相关性，确定当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值；

B、根据当前宏块组的编码比特数估计值与目标比特数，以及已编码相邻宏块组的实际编码比特数与该已编码相邻宏块组目标比特数之间的关系，调整当前宏块组量化参数。

2.根据权利要求1所述的宏块组级视频码率控制方法，其特征在于，步骤B之后，进一步包括：根据当前宏块组量化参数，对当前宏块组进行编码。

3.根据权利要求1所述的宏块组级视频码率控制方法，其特征在于，步骤A中，所述确定当前宏块组的目标比特数的操作包括：获取当前图像内所有宏块组的绝对误差和，并确定当前宏块组的绝对误差和在所有未编码宏块组的绝对误差和之和中所占的比例；确定当前图像的剩余目标比特数；根据当前宏块组绝对误差和在所有未编码宏块组绝对误差和之和中所占比例，以及当前图像的剩余目标比特数，为当前宏块组分配目标比特数。

4.根据权利要求1所述的宏块组级视频码率控制方法，其特征在于，步骤A中，所述确定当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值的操作包括：根据当前图像的前一帧或多帧已编码图像中相对应宏块组的绝对误差和，与当前宏块组的绝对误差和的关系，确定该前一帧或多帧已编码图像对当前图像的影响权值；利用前一帧或多帧已编码图像中相对应宏块组的量化参数以及实际编码比特数，以及所述前一帧或多帧已编码图像对当前图像的影响权值确定当前宏块组的量化参数及编码比特数估计值。

5.根据权利要求4所述的宏块组级视频码率控制方法，其特征在于，所述当前图像的前一帧或多帧已编码图像为3帧。

6.根据权利要求4所述的宏块组级视频码率控制方法，其特征在于，所述确定前一帧或多帧已编码图像对当前图像的影响权值为，前一帧或多帧已编码图像中相对应宏块组与当前宏块组的绝对误差和的差值取绝对值，作为影响权值的倒数。

7.根据权利要求1所述的宏块组级视频码率控制方法，其特征在于，所述调整当前宏块组量化参数的操作包括，确定当前宏块组编码比特数估计值和目标比特数之间的差值除以编码比特数估计值作为第一修正参数，确定已编码相邻宏块组的实际编码比特数与该已编码相邻宏块组目标比特数之间的差值除以所述已编码相邻宏块组的目标比特数作为第二修正参数，将第一修正参数及第二修正参数之和加一，乘以当前宏块组量化参数估计值作为当前宏块组的量化参数。