CN101742296A - 降低码流数据量波动的视频编解码方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了一种降低码流数据量波动的视频编码方法，该视频编码包括帧内编码和帧间编码，在该方法中，视频画面区被划分为关键区域和背景区域，对关键区域和背景区域的图像分别在不同的图像帧中做所述的帧内编码。本发明由于对画面进行了划分，并将视频画面中的关键区域和背景区域的帧内编码分别安排在不同的图像帧中，对现有技术中的I帧的码流数据量进行了分流，实现了降低其峰值、减小各帧码流数据量波动范围的目的。

Description

降低码流数据量波动的视频编解码方法及装置
技术领域
本发明涉及数字视频压缩编解码领域，尤其涉及一种降低码流数据量波动的视频编解码方法。
背景技术
视频编码中，一个图像帧序列由一系列I帧、P帧、B帧组成，其中，I帧在编码和解码时不会参考本帧以外的其他帧的数据，属于帧内编码；P帧可以参考当前帧之前的图像，B帧可以参考当前帧之前或之后的图像，故P帧和B帧称为帧间编码。
一般而言，I帧编码后数据量比较大，编码压缩率最低，P帧次之，B帧数据量最小，编码效率最高。对一帧图像进行I帧编码的比特流大小通常是P帧编码的比特的数倍甚至数十倍以上。因此，在基于无线网或ADSL上行信道等窄带信道进行视频监控时，经常采用增大I帧间隔的方式减小平均码流率。但是，这种方式只能带来平均码率的降低，并不能减小各帧码流数据量的波动范围，故现有的编码方式带来了极不均匀的瞬时码流的涨落，会对网络传输造成较大的压力和瞬时冲击，甚至会引起网络丢包或传输错误等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种改进的视频编码方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种降低码流数据量波动的视频编码方法，该视频编码包括帧内编码和帧间编码，而且，该方法包括：将视频画面区划分为关键区域和背景区域，对关键区域和背景区域的图像分别在不同的图像帧中做所述的帧内编码。
可选地，通过在画面上拖动鼠标划分所述的关键区域和背景区域。
可选地，通过运动目标检测智能划分所述的关键区域和背景区域。
优选地，在对所述的关键区域做帧内编码的图像帧中，所述的背景区域不做编码。
优选地，在对所述的关键区域做帧内编码的图像帧中，调用之前参考帧中可用的背景区域的图像，对背景区域做帧间编码。
优选地，在对所述的关键区域做帧内编码的图像帧后，间隔固定的图像帧数，对所述背景区域做帧内编码。
优选地，在对所述的背景区域做帧内编码的图像帧中，对所述的关键区域做帧间编码。
优选地，通过程序设定所述的间隔图像帧数。
根据本发明的第二方面，提供了一种视频解码方法，相应于上述的视频编码方法，对于没有做编码的背景区域，复制当前图像之前可用的背景区域图像至当前帧背景区域，或者将背景区域的像素均置为固定值。
根据本发明的第三方面，提供了一种视频编码器，该编码器包括：将视频画面区划分为关键区域和背景区域的单元，对关键区域和背景区域的图像分别在不同的图像帧中做所述的帧内编码的单元。
根据本发明的第四方面，提供了一种视频解码器，该解码器包括背景区域处理单元，该单元对于没有做编码的背景区域，复制当前图像之前可用的背景区域图像至当前帧背景区域，或者将背景区域的像素均置为固定值。
根据本发明的第五方面，提供了一种视频编码方法，包括：接收图像帧序列并将图像帧序列中的视频换面划分为第一区域和第二区域；每隔预定帧数对一帧图像的第一区域进行帧内编码，而对该帧图像的第二区域不做编码或仅作帧间编码；在对第一区域进行帧内编码的相邻两帧图像之间选取一帧图像，对该选取帧图像的第二区域进行帧内编码，而对该选取帧的第一区域仅进行帧间编码。
优选地，对在对第一区域进行帧内编码的相邻两帧图像之间的除了所述选取帧外的图像帧进行帧间编码。
可选地，所述第一区域为关键区域，所述第二区域为背景区域。
本发明由于对视频画面进行了划分，并将其帧内编码分别在有一定间隔的两帧图像中完成，而传统视频编码的I帧一般都要把画面中所有的内容进行编码，本发明突破了该局限性，将背景图像区域在I帧后才会进行编码处理，因而可以大幅降低I帧图像的编码码流大小，减小各帧码流数据量的波动范围。
附图说明
下文将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的举例说明，其中：
图1是本发明的实施例一的步骤流程图；
图2是实施例一中采用现有编码方法的码流图表；
图3是实施例一中采用本发明的码流图表一；
图4是实施例一中采用本发明的码流图表二；以及
图5是本发明的实施例二的步骤流程图。
具体实施方式
图1是本发明的实施例一的步骤流程图。如图所示，首先根据视频目的对画面进行划分。根据视频的目的，视频画面中通常有某个或某几个局部区域需要重点关注，称之为关键区域，例如对于监控道路交通情况的视频画面，需要重点关注的是道路路面，该区域即为关键区域；而路边的绿树、门店等则属于非重点关注，称之为背景区域。
关键区域和背景区域的设定可以由监控人员手动完成，例如在监视画面上拖动鼠标划定各区域；另外，也可以通过智能检测方法设定，例如进行运动目标检测跟踪，将运动频度高的区域设定为关键区域，而运动频度低的区域则为背景区域；进一步地，还可以采用上述两种方式的结合，即通常情况下采用智能检测方法设定，当监控人员需要改变区域划分时，可以手动拖动鼠标设定。
现有技术中，I帧画面编码时不做区域划分，对全部画面均进行帧内编码，故I帧画面的码流量较其它帧产生较大峰值。本实施例为了降低该峰值，在划分画面的基础上，对所划分出其中的关键区域和背景区域图像的帧内编码采取了分步进行处理帧内编码的方法，即在做I帧画面编码时，只做关键区域的帧内编码，此时关键区域的编码只使用本帧画面中该关键区域的像素，不做背景区域的帧内编码，将背景区域的帧内编码放在I帧之后的其它帧中进行。此处所谓的帧内编码指对图像编码时，仅使用本帧画面中相应区域的像素。通过上述设计，将视频画面中的关键区域和背景区域的帧内编码分别安排在不同的图像帧中，对现有技术中的I帧的码流数据量进行了分流，实现了降低其峰值的目的。
本实施例设计了变量k作为指针变量，表示当前画面与其之前的最近一个I帧画面的间隔，故当k＝0时表示的图像为I帧画面；同时，在通常情况下编码器可以设定每隔n帧画面***一个I帧；而且，本实施例还通过程序预置了小于n的设定值m，表示在I帧画面后的第m帧画面中，做背景区域的帧内编码，m可以根据图像大小、网络传输带宽等因素选择比较合适的值，若关键区域较大，I帧编码的码流峰值高，则m宜选择稍大值，以实现对码流峰值的有效分流。
如图1所示，本实施例在判断出当前画面为I帧，即k＝0时，首先完成关键区域的帧内编码，然后对于背景区域则采取跳过模式，完全不对该区域的图像数据进行编码，相应地在该帧图像的图像头参数中传送一个标记位，告知解码器此时该帧图像的背景区域设置为“跳过模式”，规定编码中不允许关键区域的宏块做运动估计和补偿时参考其他帧中的背景区域图像内容。本实施例中，若判断出当前图像非I帧，则继续判断，若当前帧图像与之前最近一个I帧间隔为设定值m时，则对当前图像的背景区域做帧内编码，对其关键区域做帧间编码，此时可以在该帧图像的图像头参数中传送一个标记为“非跳过模式”标记位。
如图1所示，本实施例在判断出当前图像非I帧亦非第m帧时，则区分两种情况：对于I帧之后的第1至第m-1帧图像，对编码时关键区域按P帧或B帧的帧间编码方式进行编码，背景区域既可以不进行任何编码完全跳过，此时需要在该帧图像的图像头的图像头参数中传送一个标记为“跳过模式”标记位，也可以判断出之前的参考帧存在可用的背景区域图像时，对背景区域做帧间编码，此时需要在该帧图像的图像头参数中传送一个标记为“非跳过模式”标记位；对于自第m+1帧至下一个I帧之间的前图像帧，图像编码方式与现有方式一样，对关键区域和背景区域均按P帧或B帧的帧间编码方式进行，此时也需要在该帧图像的图像头参数中传送一个标记为“跳过模式”标记位。
需要注意的是，为了标记或区分在“非跳过模式”下的背景区域采用的是帧间编码还是帧内编码，因此在“非跳过模式”时，还可以在图像头参数中加入一个标志位来说明背景区域采用的是帧间编码还是帧内编码。
在本实施例中，为实现对视频画面的划分，在图像头信息中，需要对关键区域进行定义，即需要包含感兴趣区域的个数、每个感兴趣区域在图像画面中的位置及大小等具体信息，而其他区域则属于背景区域。故本实施例中对关键区域采用帧内编码的第k＝0帧的图像头中至少会包含如下信息：
{感兴趣区域个数：1个
感兴趣区域1位置：
左上角坐标：(x，y)＝(1，80)，右下角坐标：(x，y)＝(352，230)
背景区域：跳过模式}
当然，如果画面中感兴趣区域多于1个，则需要把每个感兴趣区域的位置信息都包含进去。
相应地，在I帧之后的第m帧，编码后的图像头中，除了其他P帧或B帧编码参数等信息之外，还包含如下信息：
{感兴趣区域个数：1个
感兴趣区域左上角坐标：(x，y)＝(1，80)，右下角坐标：(x，y)＝(352，230)
背景区域：非跳过模式、帧内编码}。
相应的，在I帧之后的第1帧至m-1帧或第m+1帧至下一个I帧之间的图像帧，编码后的图像头中，除了其他P帧或B帧编码参数等信息之外，还包含如下信息：
{感兴趣区域个数：1个
感兴趣区域左上角坐标：(x，y)＝(1，80)，右下角坐标：(x，y)＝(352，230)
背景区域：非跳过模式、帧间编码}；或
{感兴趣区域个数：1个
感兴趣区域左上角坐标：(x，y)＝(1，80)，右下角坐标：(x，y)＝(352，230)
背景区域：跳过模式}。
通过上述内容可以看出，采用本发明在监控视频的***启动之初，会导致首个I帧之后的前m-1帧没有背景画面，故需要在视觉满意度和网络带宽之间进行权衡。
图2是本实施例中采用现有编码方法的码流图表，图3和图4是采用本发明的码流图表。如图所示，n为30，即每隔30帧图像***一个I帧，例如图中的第1帧、第31帧、第61帧等。如图2所示，传统编码方式下每个I帧图像编码后的比特数据量较大，基本都在80000以上，而在I帧之后各帧图像是按P帧或B帧进行编码的，其比特数据量一般都比较小，基本在1000以下。采用本发明的编码方法，突破了传统视频编码过程中，I帧一般都要把画面中所有的内容进行编码的局限性，因而可以大幅降低I帧图象的编码码流大小。如图3所示，此处m＝10，可以看到，I帧的码流比特数降低到40000～50000左右，而在I帧之后的第10帧，码流比特数才出现另一个较大的峰值，约为20000～30000左右；同理，如图4所示，此处m＝15，I帧的码流比特数降低到40000～50000左右，而在I帧之后的第15帧，码流比特数才出现另一个较大的峰值，约为20000～30000左右，由此可以看出，本发明对码流数据量的波动范围进行了有效控制。
图5是本发明的实施例二的步骤流程图。如图所示，本实施例是在上实施例基础上的改变，在判断出当前画面为I帧时，首先完成关键区域的帧内编码，然后在不对背景区域做帧内编码的前提下，若判断出之前的参考帧中有可用的背景区域的图像，则对背景区域做帧间编码，此时需要在该帧图像的图像头参数中标记背景区域为“非跳过模式”且为“帧间编码”，否则对背景区域采不做任何编码的跳过模式，并在图像头信息中标示出该模式。对比实施例一，本实施例可以不对码流数据量造成较大增加，同时改善了背景区域图像的滞后问题。
本发明在解码端重构图像时，如果图像头信息中背景区域标记为“跳过模式”，则采取如下处理方式：
如果之前存在某个解码图像，并且其中的背景区域标记为“可用”，则将之前的解码图像中的背景区域直接复制到当前解码图像的背景区域，并将当前解码图像的背景区域标记为“可用”；
如果之前不存在解码图像，或者之前的解码图像中的背景区域标记为“不可用”，则将该区域中所有像素值都设为某个事先设定的值，例如128(灰色)或0(黑色)。
应当说明的是，以上描述旨在说明本发明的具体实施方案，不能理解为对本发明的限制，本发明所要求保护的范围仅由权利要求书进行限制。

Claims (14)

1.一种降低码流数据量波动的视频编码方法，所述视频编码包括帧内编码和帧间编码，其特征在于，所述方法包括：将视频画面区划分为关键区域和背景区域，对关键区域和背景区域的图像分别在不同的图像帧中做所述的帧内编码。
2.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，通过在画面上拖动鼠标划分所述的关键区域和背景区域。
3.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，通过运动目标检测智能划分所述的关键区域和背景区域。
4.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，在对所述的关键区域做帧内编码的图像帧中，所述的背景区域不做编码。
5.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，在对所述的关键区域做帧内编码的图像帧中，调用之前参考帧中可用的背景区域的图像，对背景区域做帧间编码。
6.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，在对所述的关键区域做帧内编码的图像帧后，间隔固定的图像帧数，对所述背景区域做帧内编码。
7.根据权利要求6所述的视频编码方法，其特征在于，在对所述的背景区域做帧内编码的图像帧中，对所述的关键区域做帧间编码。
8.根据权利要求6所述的视频编码方法，其特征在于，通过程序设定所述的间隔图像帧数。
9.一种视频解码方法，其特征在于，相应于权利要求1所述的视频编码方法，对于没有做编码的背景区域，复制当前图像之前可用的背景区域图像至当前帧背景区域，或者将背景区域的像素均置为固定值。
10.一种视频编码器，其特征在于，所述编码器包括：将视频画面区划分为关键区域和背景区域的单元，对关键区域和背景区域的图像分别在不同的图像帧中做所述的帧内编码的单元。
11.一种视频解码器，其特征在于，包括背景区域处理单元，该单元对于没有做编码的背景区域，复制当前图像之前可用的背景区域图像至当前帧背景区域，或者将背景区域的像素均置为固定值。
12.一种视频编码方法，其特征在于，其包括：
接收图像帧序列并将图像帧序列中的视频换面划分为第一区域和第二区域；
每隔预定帧数对一帧图像的第一区域进行帧内编码，而对该帧图像的第二区域不做编码或仅作帧间编码；
在对第一区域进行帧内编码的相邻两帧图像之间选取一帧图像，对该选取帧图像的第二区域进行帧内编码，而对该选取帧的第一区域仅进行帧间编码。
13.根据权利要求12所述的视频编码方法，其特征在于，对在对第一区域进行帧内编码的相邻两帧图像之间的除了所述选取帧外的图像帧进行帧间编码。
14.根据权利要求12所述的视频编码方法，其特征在于，所述第一区域为关键区域，所述第二区域为背景区域。
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