CN105187832A

CN105187832A - 基于2.5g无线网络移动视频码率控制方法

Info

Publication number: CN105187832A
Application number: CN201510568301.9A
Authority: CN
Inventors: 张毅
Original assignee: CHENGDU GOLDENWAY ELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: CHENGDU GOLDENWAY ELECTRONIC Co Ltd
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2015-12-23
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: CN105187832B

Abstract

本发明公开了基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法，其包括以下步骤：采用图像灰度二值化方法，预处理得到待压缩的视频中每一帧图像的二值化图像；计算当前帧二值化图像的复杂度；获取存储已编码帧所在缓存区的当前满度、预设二值化图像复杂度阀值和预先设置满度阀值；当预设的二值化图像复杂度阀值小于当前帧复杂度，或预设二值化图像复杂度阀值大于当前帧复杂度、当前满度大于等于预先设置满度阀值且已连续放弃编译帧数大于预先设置帧数阀值时，基于2.5G网络动态产生的加权值计算当前帧的实际码率。

Description

基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法

技术领域

本发明涉及视频图像压缩技术，具体涉及基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法。

背景技术

目前无线通信产品已经越来越普遍的应用在人们日常生活和工作的各个领域，为了满足人们在2.5G无线网络视频应用中的需求，目前码率控制算法主要有两种，第一种是由MPEG-2中TM5版本改进的算法，应用于JVT-F086中，它采用TM5模型，分为比特分配，第一次率失真优化，计算量化参数和再次进行率失真优化四步。第二种是由MPEG-4中VM8版本改进的算法，应用于JVT-G012中，提出用流量往返模型分配比特数，并在宏块层采用二次率失真函数计算得到量化参数。以上两种算法虽然在中高码率环境下有较好的编码效果，但视频传输的质量在网络带宽不稳定、低延时低码率、视频序列剧烈运动等环境下性能大幅度地下降。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法能够动态调整帧的压缩码率，在网络带宽不稳定时仍能够保证视频传输的质量。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法，其包括以下步骤：

采用图像灰度二值化方法，预处理得到待压缩的视频中每一帧图像的二值化图像；

计算当前帧二值化图像的复杂度；

获取存储已编码帧所在缓存区的当前满度、预设二值化图像复杂度阀值和预先设置满度阀值；

当预设的二值化图像复杂度阀值小于当前帧复杂度，或预设二值化图像复杂度阀值大于当前帧复杂度、当前满度大于等于预先设置满度阀值且已连续放弃编译帧数大于预先设置帧数阀值时，基于2.5G网络动态产生的加权值计算当前帧的实际码率：

B_{i} = (\frac{a \times ω \times (N_{G O P} - n)}{N_{G O P}} + 1) \times E_{i}, i = 2, 3 ... N_{G O P}

其中，B为帧的实际码率；a为加权值；E_i为帧的目标码率；ω为剩余帧码率平均比值；n为帧的序号；N_GOP为GOP的长度。

本发明的有益效果为：通过预设二值化图像复杂度阀值与当前帧复杂度及预设二值化图像复杂度阀值与前帧复杂度之间的大小比较，确定相对于上一帧变化较大的当前帧，并基于2.5G网络动态产生的加权值对其实际码率进行计算，从而使来对编码和传输进行数据量的控制，从而保证了视频传输的质量。

附图说明

图1为基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法一个实施例的流程图。

图2为基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法另一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

参考图1，图1示出了基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法一个实施例的流程图。如图1所示，该基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法包括以下步骤：

由于编码产生的比特数与图像的运动剧烈程度以及图像内容复杂程度有着直接的线性关系的特性，本方案将视频流中每帧二值化图像按时序进行划分，通过顺序空间的灰度二值化图像编码特性来对原始图像进行编码。

计算当前帧二值化图像的复杂度；在实际求取复杂度时，可以采用以下公式计算而得：

C_{i} = \frac{(i - 1) E_{i}}{Σ_{j = 1}^{i - 1} B_{j}}, i = 2, 3 ... N_{G O P}, j = 1, 2 ... i - 1

其中，B为帧的实际码率；E_i为帧的目标码率；E_i＝ρ×B_i-1；ρ为线性预测系数；N_GOP为GOP的长度；i和j为帧的序号。

通过比较预设二值化图像复杂度阀值与当前帧复杂度及预设二值化图像复杂度阀值与前帧复杂度之间的大小，确定相对于上一帧变化较大的当前帧：

当预设的二值化图像复杂度阀值小于当前帧复杂度，或预设二值化图像复杂度阀值大于当前帧复杂度、当前满度大于等于预先设置满度阀值且已连续放弃编译帧数大于预先设置帧数阀值时，表明当前帧相对于上一帧变化较大，需要对其进行编译。

进行码率控制时，优选二值化图像复杂度阀值为80％，预先设置帧数阀值为2。

对变化较大的当前帧进行编译的具体做法为：基于2.5G网络动态产生的加权值计算当前帧的实际码率：

B_{i} = (\frac{a \times ω \times (N_{G O P} - n)}{N_{G O P}} + 1) \times E_{i}, i = 2, 3 ... N_{G O P}

上述的加权值可以采用以下公式计算而得：

a = \{\begin{matrix} 1 & (\frac{26}{- R S S I - R S R P} &GreaterEqual; 0) \\ 1 - \frac{26}{- R S S I - R S R P} & (\frac{26}{- R S S I - R S R P} < 0) \end{matrix}

其中，RSSI为终端接收2.5G基站信号的强度指示；RSRP为终端接收2.5G基站信号功率的平均值。

而剩余帧码率平均比值可以采用以下公式计算而得：

ω = \frac{(1 - \frac{n}{N_{G O P}})}{5}

其中，n为帧的序号；N_GOP为GOP的长度。

在本发明的一个实施例中，由于每一帧的实际码率都会进行动态调整，若线性预测系数选取固定值进行帧的目标码率计算，会对视频传输质量造成一定的影响，于是为了保证视频传输的质量以及传输的稳定性，在进行当前帧的目标码率进行预测时需要对其线性预测系数进行更新，在计算当前帧二值化图像的复杂度步骤中还需要包括以下步骤：

计算当前帧的线性预测系数：

ρ = \frac{B_{i - 1}}{B_{i - 2}}, i = 2, 3 ... N_{G O P} .

参考图2，图2示出了基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法另一个实施例的流程图。

当当前帧相对于上一帧变化较小时，则放弃对当前帧的编译。为了避免因放弃编译的帧的码率丢失出现图像质量发生抖动或者部分画面流失，参考图2，本方案将放弃编译帧的目标码率平均分配剩下帧的目标码率。

当前帧相对于上一帧变化较小时的具体判断方式为：当当前满度小于预先设置满度阀值且预设二值化图像复杂度阀值小于当前帧复杂度，或当前满度大于等于预先设置满度阀值、设二值化图像复杂度阀值小于当前帧复杂度且已连续放弃编译帧数小于等于预先设置帧数阀值。

其中，将当前帧的目标码率平均分配给后续帧的目标码率的实际操作方法为对后续帧的目标码率采用以下公式进行更新：

E_{i} = \{\begin{matrix} E_{i} + \frac{R_{x}}{N_{G O P} - i} & (\frac{R_{x}}{N_{G O P} - i} \leq 0.23 E_{i}) \\ 1.23 E_{i} & (\frac{R_{x}}{N_{G O P} - i} > 0.23 E_{i}) \end{matrix}

其中，R为放弃编译帧的码率，x为放弃帧的序号其取值范围为0≤x≤i。

在当前帧被放弃后，为了保证存储原始数据缓存区(未编码的帧所在区域)有恒定的码流输出，需要对已编码帧所在缓存区的满度进行更新，其具体操作方式为：

δ_{i + 1} = 1 - (G_{i} - \frac{V}{f})

其中，δ为存储已编码帧所在缓存区的满度；G表示剩余缓存区的数量；V为目标比特率；f为帧率。

再次参考图2，为了进一步提高视频的传输质量，在本发明的一个实施例中，在计算当前帧二值化图像的复杂度与所述计算当前帧的实际码率之间进一步包括基于DCT系数的改进方法，判断当前帧是否发生场景变换：

获取当前帧的DCT系数绝对值和其与相邻间隔帧的DCT系数绝对值和的比值：

F_{i} = \{\begin{matrix} \frac{D_{i}}{D_{i - 2}} & (D_{i} > D_{i - 2}) \\ \frac{D_{i - 2}}{D_{i}} & (D_{i - 2} > D_{i}) \end{matrix}

计算场景切换系数：

T_{i} = \{\begin{matrix} \frac{F_{i}}{{vF}_{i}} & (F_{i} > {vF}_{i}) \\ \frac{{vF}_{i}}{F_{i}} & ({vF}_{i} > F_{i}) \end{matrix}

其中，D_i表示当前帧DCT系数绝对值和；vF_i为已处理所有帧的比值F的平均值；T为场景切换系数；

当前场景切换系数大于预先切换阀值，进入计算当前帧的实际码率步骤。

综上所述，本基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法能够动态调整帧的压缩码率，在网络带宽不稳定时仍能够保证视频传输的质量。

Claims

1.基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

计算当前帧二值化图像的复杂度；

B_{i} = (\frac{a \times ω \times (N_{G O P} - n)}{N_{G O P}} + 1) \times E_{i}, i = 2, 3 ... N_{G O P}

2.根据权利要求1所述的基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法，其特征在于，所述复杂度采用以下公式计算而得：

C_{i} = \frac{(i - 1) E_{i}}{Σ_{j = 1}^{i - 1} B_{j}}, i = 2, 3 ... N_{G O P}, j = 1, 2 ... i - 1

其中，E_i＝ρ×B_i-1；ρ为线性预测系数。

3.根据权利要求2所述的基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法，其特征在于，所述计算当前帧二值化图像的复杂度步骤还包括：

计算当前帧的线性预测系数：

ρ = \frac{B_{i - 1}}{B_{i - 2}}, i = 2, 3 ... N_{G O P} .

4.根据权利要求1-3任一所述的基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法，其特征在于，所述加权值采用以下公式计算而得：

a = \{\begin{matrix} 1 & (\frac{26}{- R S S I - R S R P} &GreaterEqual; 0) \\ 1 - \frac{26}{- R S S I - R S R P} & (\frac{26}{- R S S I - R S R P} < 0) \end{matrix}

5.根据权利要求4所述的基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法，其特征在于，所述剩余帧码率平均比值采用以下公式计算而得：

ω = \frac{(1 - \frac{n}{N_{G O P}})}{5}

其中，n为帧的序号；N_GOP为GOP的长度。

6.根据权利要求1所述的基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法，其特征在于，

当当前满度小于预先设置满度阀值且预设二值化图像复杂度阀值小于当前帧复杂度，或当前满度大于等于预先设置满度阀值、设二值化图像复杂度阀值小于当前帧复杂度且已连续放弃编译帧数小于等于预先设置帧数阀值时，将当前帧的目标码率平均分配给后续帧的目标码率。

7.根据权利要求6所述的基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法，其特征在于，还包括更新已编码帧所在缓存区的满度：

δ_{i + 1} = 1 - (G_{i} - \frac{V}{f})

8.根据权利要求1、2、3、5、6或7所述的基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法，其特征在于，所述计算当前帧二值化图像的复杂度与所述计算当前帧的实际码率之间进一步包括基于DCT系数的改进方法，判断当前帧是否发生场景变换：

F_{i} = \{\begin{matrix} \frac{D_{i}}{D_{i - 2}} & (D_{i} > D_{i - 2}) \\ \frac{D_{i - 2}}{D_{i}} & (D_{i - 2} > D_{i}) \end{matrix}

计算场景切换系数：

T_{i} = \{\begin{matrix} \frac{F_{i}}{{vF}_{i}} & (F_{i} > {vF}_{i}) \\ \frac{{vF}_{i}}{F_{i}} & ({vF}_{i} > F_{i}) \end{matrix}

9.根据权利要求8所述的基于2.5G无线网络移动视频码率控制方法，其特征在于，所述二值化图像复杂度阀值为80％，预先设置帧数阀值为2。