CN111200734B - 视频编码方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及视频处理技术领域，提供一种视频编码方法及装置，所述方法包括：获取待编码图像，并统计待编码图像中各个宏块的状态信息；依据各个宏块的状态信息，将待编码图像划分为多个状态区域；按照预设QP值表，确定出待编码图像中各个状态区域的QP调整值；获取待编码图像的参考帧图像内各个宏块的QP编码值；确定待编码图像内各个宏块的QP编码值；利用待编码图像内各个宏块的QP编码值，对待编码图像进行压缩编码。本发明实施例能够对各个宏块进行与其状态相适应的压缩编码处理，这样可以最大程度降低数据量，在保证图像质量的同时有效降低了视频流编码码率。

Description

视频编码方法及装置
技术领域
本发明实施例涉及视频处理技术领域，具体而言，涉及一种视频编码方法及装置。
背景技术
随着视频处理技术的发展，基于网络通信技术的视频应用，例如视频监控、视频会议、视频教育培训、视频直播等，已经成为人们学习、工作、生活等中的一部分。
视频图像格式的数字化和高清化，使得图像的清晰度得到全面的提升，视频图像格式已经从主流的1080P分辨率开始向5M、8M、甚至12M分辨率的超高清发展，这就对网络传输带宽有了更高的要求。但是，目前网络基础设施的带宽升级速度远低于视频图像格式的发展速度，如何在有限的网络传输带宽条件下实现更高分辨率的视频流传输，是研究人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种视频编码方法及装置，用以降低视频流编码码率的同时保证图像质量。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种视频编码方法，所述方法包括：获取待编码图像，并统计所述待编码图像中各个宏块的状态信息；依据各个宏块的状态信息，将所述待编码图像划分为多个状态区域；按照预设QP值表，确定出所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值；获取所述待编码图像的参考帧图像内各个宏块的QP编码值；依据所述参考帧图像内各个宏块的QP编码值、以及所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值，确定出所述待编码图像内各个宏块的QP编码值；利用所述待编码图像内各个宏块的QP编码值，对所述待编码图像进行压缩编码。
第二方面，本发明实施例还提供了一种视频编码装置，所述装置包括状态信息统计模块、状态区域划分模块、QP调整值确定模块、QP编码值获取模块、QP编码值确定模块及压缩编码模块。其中，状态信息统计模块用于获取待编码图像，并统计所述待编码图像中各个宏块的状态信息；状态区域划分模块用于依据各个宏块的状态信息，将所述待编码图像划分为多个状态区域；QP调整值确定模块用于按照预设QP值表，确定出所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值；QP编码值获取模块用于获取所述待编码图像的参考帧图像内各个宏块的QP编码值；QP编码值确定模块用于依据所述参考帧图像内各个宏块的QP编码值、以及所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值，确定出所述待编码图像内各个宏块的QP编码值；压缩编码模块用于利用所述待编码图像内各个宏块的QP编码值，对所述待编码图像进行压缩编码。
相对现有技术，本发明实施例提供的一种视频编码方法及装置，首先，通过待编码图像中各个宏块的状态信息将待编码图像划分为多个状态区域，并按照预设QP值表，确定出待编码图像中各个状态区域的QP调整值；然后，依据待编码图像中各个状态区域的QP调整值和参考帧图像内各个宏块的QP编码值，确定出待编码图像内各个宏块的QP编码值；最后，利用待编码图像内各个宏块的QP编码值对待编码图像进行压缩编码。本发明实施例在压缩编码之前，根据各个宏块的状态设置各个宏块的QP编码值，这样在后续压缩编码的时候，能够对各个宏块进行与其状态相适应的压缩编码处理，例如可以将变化不大的宏块的质量降低，这样可以最大程度降低数据量，在保证图像质量的同时有效降低了视频流编码码率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的视频编码设备的方框示意图。
图2示出了本发明实施例提供的视频编码方法流程图。
图3示出了本发明实施例提供的GOP第一编码方式示例图。
图4示出了本发明实施例提供的GOP第二编码方式示例图。
图5示出了本发明实施例提供的视频编码装置的方框示意图。
图标：100-视频编码设备；101-处理器；102-存储器；103-总线；104-通信接口；105-视频编码器；200-视频编码装置；201-状态信息统计模块；202-状态区域划分模块；203-QP调整值确定模块；204-QP编码值获取模块；205-QP编码值确定模块；206-压缩编码模块；207-GOP长度计算模块；208-GOP调整模块；209-第一执行模块；210-第二执行模块；211-第三执行模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
目前，在进行视频编码时，针对视频关键信息重构和传输带宽限制问题，主要采用ROI(Region Of Interest，感兴趣区域)视频编码来实现数据压缩和关键信息高质量保存之间的折衷，具体来说，ROI视频编码通过选择画面中感兴趣的区域，对选择的感兴趣区域进行高质量无损编码，对未被选择的其他区域降低码率和图像质量进行标准清晰度视频压缩，从而达到节省网络带宽占用和视频存储空间的目的。与现有的固定码率编码方法相比，ROI视频编码可以在降低视频码流的同时提升同码率下的画质。
但是，由于ROI是一个矩形区域，无法做过于强烈的控制，否则会造成解码后的视频图像中感兴趣区域与其他区域画面有严重的层次感，具体来说，ROI视频编码是基于矩形分界对待编码图像中的感兴趣区域进行细分并进行量化参数控制，而这必然造成码流中的残差系数呈块状分布，解码出来的视频图像中感兴趣区域与其他区域画面也就必然存在严重的层次感。另外，单纯的ROI控制并不能在大幅度减低码率的同时保证高质量的整体效果，特别是当运动物体多的情况下，ROI视频编码不能在保证质量的同时，很好的降低码率。
为了解决上述问题，发明人提出了一种视频编码方法及装置，在压缩编码之前，根据各个宏块的状态设置各个宏块的QP编码值，这样在后续压缩编码的时候，能够对各个宏块进行与其状态相适应的压缩编码处理，例如可以将变化不大的宏块的质量降低，这样可以最大程度降低数据量，在保证图像质量的同时有效降低了视频流编码码率，下面进行详细描述。
请参照图1，图1示出了本发明实施例提供的视频编码设备100的方框示意图。视频编码设备100包括处理器101、存储器102、总线103、通信接口104和视频编码器105，所述处理器101、存储器102和通信接口104通过总线103连接，视频编码器105和处理器101相配合。
作为一种实施方式，视频编码设备100可以用于对现场视频录像获得的视频帧序列进行压缩编码处理，其可以是前端摄像装置，如监控摄像机、网络摄像头、民用级摄像机、专业级摄像机等，也可以是嵌入式硬盘录像机(Digital Video Recorder，DVR)，还可以是前端摄像装置或者嵌入式硬盘录像机中涉及视频编码的硬件电路结构。
作为另一种实施方式，视频编码设备100还可以用于对视频模拟信号进行采样和压缩编码处理，其可以是PC式硬盘录像机、具有视频采集卡的计算机设备、PC式硬盘录像机或具有视频采集卡的计算机设备中涉及视频编码的硬件部分与软件模块的结合体等。
作为又一种实施方式，视频编码设备100还可以用于对编码后的视频数据文件先解码再编码成新的码流的视频流数据或者视频数据文件，其可以是视频服务器、网络视频录像机(Network Video Record，NVR)、图形工作站、PC机、笔记本电脑等。
存储器102可能包括高速随机存取存储器(RAM：Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口104(可以是有线或者无线)实现该视频编码设备100与至少一个其它网元之间的通信连接。
总线103可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。图1中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器102用于存储程序，例如图5所示的视频编码装置200。视频编码装置200包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器102中或固化在所述视频编码设备100的操作***(operating system，OS)中的软件功能模块。所述处理器101在接收到执行指令后，执行所述程序以实现发明下述实施例揭示的视频编码方法。
处理器101可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器101中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器101可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
视频编码器105用于对视频帧序列进行压缩编码形成视频流数据，视频编码器105可以是，但不限于视频编码芯片、视频编码硬件装置、视频编码软件模块等。就实现形式而言，视频编码器105既可以是单独的芯片、装置、软件模块，也可以是和视频解码器集成在一起的芯片、装置、软件模块。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器101执行时实现下述实施例揭示的视频编码方法。
第一实施例
本实施例以视频编码设备100对准监控典型场景捕获的视频帧序列为例，对本发明实施例提供的视频编码方法进行说明。
监控典型场景是摄像过程中目标场景相对固定的场景，在监控典型场景下获得的视频帧画面中，保持不动的背景区域占据较大的画面区域，可通过运动检测将运动区域和背景区域分离。同时，一个时间周期内，监控典型场景中的运动物体的种类保持相对的稳定，例如当监控典型场景为楼宇监控时，监控典型场景中的运动物体主要是行人和进出车辆；当监控典型场景为交通道路时，监控典型场景中的运动物体主要是车辆。在日常工作和生活中，视频监控、视频会议、视频直播、视频教育培训、视频交互通信均属于监控典型场景。
在实施本发明实施例提供的视频编码方法之前，需要在实验室环境下对视频编码设备100进行不同曝光增益测试，来得到该视频编码设备100在不同曝光增益下的QP值表。具体的测试方法为：
使视频编码设备100对准监控典型场景，并给予不同程度的光照，首先在光照充足的情况下，调整画面中每个宏块的QP值，并对画面中的场景进行主观评价，在画面的运动低频区域、运动高频区域、静止低频区域及静止高频区域中选取出较好、一般、较差的区域，并记录每个区域对应的QP值、以及视频编码设备100的曝光值和增益值，假设QP较好＝25～51、QP一般＝30～51、QP较差＝35～51，主观评价画面中运动低频区域较好、运动高频区域和静止低频区域一般，静止高频区域较差，则取运动低频区域QP较好＝25、运动高频区域和静止低频区域QP一般＝35、静止高频区域QP较差＝45；
然后反复执行上述过程，直到画面亮度降至最低，得到该视频编码设备100在不同测试曝光增益值下的QP取值表，另外，在测试过程中记录无噪声区间、低噪声区间、高噪声区间下的增益快门信息及噪声方差。最终得到的QP取值表包括多个测试曝光增益值、以及与每个测试曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值、静止低频区域QP值，每个测试曝光增益值均包括曝光值和增益值。
请参照图2，图2示出了本发明实施例提供的视频编码方法流程图。该视频编码方法以GOP为编码结构单位对视频帧序列进行顺次压缩，GOP包括起始位置的关键帧和关键帧后面的预测帧，该视频编码方法包括以下步骤：
步骤S101，获取待编码图像，并统计待编码图像中各个宏块的状态信息。
在本发明实施例中，待编码图像为压缩编码之前的数据，待编码图像可以是I帧、P帧或B帧，其中，I帧为GOP编码结构中的关键帧，其采用全帧压缩编码；P帧为前向预测编码帧，其采用本帧的前一I帧或P帧作为参考帧，编码时只记录本帧与参考帧之间的差值数据，解码时在参考帧的基础上叠加本帧与参考帧之间的差值数据获得完整的P帧视频图像；B帧为双向预测编码帧，其采用本帧的前一帧和后一帧作为参考帧，编码时只记录本帧与参考帧之间的差值数据，解码时在前一帧和后一帧的基础上叠加本帧与前一帧和后一帧的差值数据获得完整的B帧视频图像。
在本发明实施例中，宏块为视频编码的基本单位，一个宏块由一个亮度像素块和附加的两个色度像素块组成，一个视频帧序列中各帧图像分割的宏块数量相同，且各个宏块的行、列分别包含的像素个数均是4的倍数，例如宏块大小可以为32×32、16×16、4×4等。
在本发明实施例中，获取到待编码图像之后，需要统计待编码图像中各个宏块的状态信息，状态信息包括运动检测信息、亮度信息及噪声方差信息，宏块的大小可以是16×16，同时记录待编码图像的当前曝光增益值。运动检测信息可以通过将待编码图像与参考帧图像进行对比来确定，如果待编码图像为I帧，则参考帧图像可以是前一个I帧；如果待编码图像为P帧，则参考帧图像可以是本帧的前一I帧或P帧；如果待编码图像为B帧，则参考图像可以是本帧的前一帧和后一帧。
步骤S102，依据各个宏块的状态信息，将待编码图像划分为多个状态区域。
在本发明实施例中，统计出待编码图像中各个宏块的状态信息之后，按照各个宏块的状态信息，将待编码图像划分为多个状态区域，多个状态区域包括运动高频明区、运动低频明区、运动高频暗区、运动低频暗区、运动高频过暗区、运动低频过暗区、静止高频明区、静止低频明区、静止高频暗区、静止低频暗区、静止高频过暗区及静止低频过暗区。
将待编码图像划分为多个状态区域的方法可以是：
首先，依据运动检测信息，将待编码图像划分为运动区域与静止区域。由于噪声会对运动检测信息产生影响，因此划分运动区域与静止区域所用的区分阈值可以根据待编码图像的当前曝光增益值进行灵活调整，也就是说，待编码图像的当前曝光增益值在对应无噪声区间、低噪声区间和高噪声区间时，划分运动区域与静止区域所用的阈值都不相同，需要灵活调整，以此来抵消噪声对运动检测信息的影响，提升了各监控场景下运动区域检测的精度；
然后，依据亮度信息，将运动区域划分为运动明区、运动暗区及运动过暗区，并将静止区域划分为静止明区、静止暗区及静止过暗区。由于画面亮度的区分阈值不依赖于增益快门，故依据亮度信息进行区域划分时，不需要调整区分阈值；
最后，依据噪声方差信息，将运动明区、运动暗区、运动过暗区、静止明区、静止暗区及静止过暗区分别划分为运动高频明区、运动低频明区、运动高频暗区、运动低频暗区、运动高频过暗区、运动低频过暗区、静止高频明区、静止低频明区、静止高频暗区、静止低频暗区、静止高频过暗区及静止低频过暗区。由于噪声同样会对噪声方差信息产生影响，故依据噪声方差信息进行区域划分时，同样需要根据增益快门对区分阈值进行灵活调整，以此来抵消噪声对噪声方差信息的影响，提升了各监控场景下画面高低频区域检测的精度。
步骤S103，按照预设QP值表，确定出待编码图像中各个状态区域的QP调整值。
在本发明实施例中，将待编码图像划分为多个状态区域之后，需要根据在实验室环境下对视频编码设备100进行不同曝光增益测试得到的预设QP值表，确定出待编码图像中各个状态区域的QP调整值，具体的确定过程可以包括：首先，获取待编码图像的当前曝光增益值；然后，将当前曝光增益值与多个测试曝光增益值进行一一对比，从多个测试曝光增益值中确定出与当前曝光增益值一致的目标曝光增益值；最后，依据目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值，确定出待编码图像中各个状态区域的QP调整值。
在本发明实施例中，当待编码图像为关键帧即I帧时，需要对I帧的最小QP编码值进行限制，最小QP编码值取预设QP值表中目标曝光增益值对应的QP较好，这样限制可以降低码率同时满足用户需求。
当待编码图像为预测帧即P帧或B帧时，依据预设QP值表中目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值，确定各个状态区域QP调整值的方法可以是：由于预设QP值表中的每个测试曝光增益值均对应一个噪声区间，噪声区间可以是低噪声区间、中噪声区间或高噪声区间，中噪声区间可以是低噪声区间和高噪声区间的过渡区间，故先确定目标曝光增益值对应的噪声区间，再按照噪声区间确定各个状态区域QP调整值，具体包括：
1、当目标曝光增益值对应低噪声区间时，依据目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值，按照第一预设公式确定出待编码图像中各个状态区域的QP调整值。第一预设公式可以是：
Figure BDA0001870954580000101
Figure BDA0001870954580000102
Figure BDA0001870954580000111
Figure BDA0001870954580000112
QP＝QP1+QP2+QP3+QP4
2、当目标曝光增益值对应中噪声区间时，依据所述目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值，按照第二预设公式确定出待编码图像中各个状态区域的QP调整值。第二预设公式可以是：
Figure BDA0001870954580000113
Figure BDA0001870954580000114
Figure BDA0001870954580000115
Figure BDA0001870954580000116
QP＝QP1+QP2+QP3+QP4
3、当目标曝光增益值对应高噪声区间时，依据目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值，按照第三预设公式确定出待编码图像中各个状态区域的QP调整值。第三预设公式可以是：
Figure BDA0001870954580000121
Figure BDA0001870954580000122
Figure BDA0001870954580000123
Figure BDA0001870954580000124
QP＝QP1+QP2+QP3+QP4
其中，在第一预设公式、第二预设公式和第三预设公式中，QP1中的QP较好、QP一般和QP较差可以是预设QP值表中目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值中较好、一般和较差的QP取值；QP2中的静止中频区域为静止高频区域和静止低频区域之间的过渡区，a、b均为目标曝光增益值对应的静止高频区域QP值和静止低频区域QP值之间的差值，用户可以根据实际需要灵活调整，在此不再赘述；QP3中的运动、特征及ROI中频区域为运动、特征及ROI高频区域与运动、特征及ROI低频区域之间的过渡区，a为目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值和运动低频区域QP值之间的差值；QP4中的
Figure BDA0001870954580000125
最终各个状态区域QP调整值根据QP＝QP1+QP2+QP3+QP4确定出来。
在第一预设公式、第二预设公式和第三预设公式中，SKIP宏块编码，是指编码时不将该宏块的像素残差和运动矢量残差写入码流，只对该宏块进行SKIP宏块标识，解码时采用近似替代的恢复办法通过参考帧恢复本帧本宏块的像素点。对于P帧，SKIP宏块为P-SKIP宏块，对于B帧，SKIP宏块为B-SKIP宏块。在视频编码过程中，可以通过调整帧间SKIP策略来降低编码码率。
具体来说，一般情况下静止区域的P帧宏块一般会使用P_SKIP宏块编码，但是在不同的曝光增益值下，由于噪声的影响可能会使用P块或者I块编码，这样就会使码率增大。为了解决这一问题，可以对静止过暗区强制大比例使用P_SKIP宏块编码来主动降低码率。
也就是说，在确定待编码图像中各个状态区域的QP调整值的过程中，将暗区的QP调整值提升为预设QP值表中目标曝光增益值对应的静止高频区域QP值和静止低频区域QP值中较差的QP取值；对过暗区的QP调整值继续提升，或者直接采用P_SKIP宏块编码进行提升，以此来降低码率，以最终得到的视频编码码率达到预期标准为宜。
另外，如果待编码图像的参考帧图像为P帧，该参考帧图像静止区域的单位宏块平均码率高于预设阈值，且待编码图像的对应区域也为静止区域，则增加待编码图像中静止区域每个宏块的QP值并增加P_SKIP宏块编码比例。具体来说，待编码图像静止区域中每个宏块的QP编码值，可以在参考帧图像中对应的宏块QP编码值的基础上增加c得到，c的计算公式为
Figure BDA0001870954580000131
B帧的帧间SKIP策略与P帧类似，在此不再赘述。
步骤S104，获取待编码图像的参考帧图像内各个宏块的QP编码值。
在本发明实施例中，为了确定待编码图像内各个宏块的宏块信息QP编码值，还需要获取待编码图像的参考帧图像内各个宏块的宏块信息，各个宏块的大小均可以是16×16，宏块信息可以包括，但不限于码率、宏块类型、QP编码值等，并记录参考帧图像对应的曝光增益值。需要说明的是，步骤S104的执行不限于在步骤S103之后，也可以在步骤S101之前执行，在此不做限定。
步骤S105，依据参考帧图像内各个宏块的QP编码值、以及待编码图像中各个状态区域的QP调整值，确定出待编码图像内各个宏块的QP编码值。
在本发明实施例中，当待编码图像为关键帧即I帧时，用户自行确定待编码图像中各个宏块的QP编码值，只需确保待编码图像中最小QP编码值取预设QP值表中目标曝光增益值对应的QP较好即可。
当待编码图像为预测帧即P帧或B帧时，将参考帧图像内各个宏块的QP编码值与待编码图像中各个状态区域的QP调整值进行叠加，就能得到待编码图像内各个宏块的QP编码值。
步骤S106，利用待编码图像内各个宏块的QP编码值，对待编码图像进行压缩编码。
在本发明实施例中，确定出待编码图像内各个宏块的QP编码值之后，依据各个宏块的QP编码值，对待编码图像进行压缩编码。待编码图像压缩编码的过程可以是：基于待编码图像与参考帧图像的差值生成残差系数，通过待编码图像内各个宏块的QP编码值控制残差系数的大小，以此来降低编码码率。
本发明实施例以GOP为编码结构单位对视频帧序列进行顺次压缩，GOP包括起始位置的关键帧和关键帧后面的预测帧，GOP编码结构可以是视频编码技术领域中的任意一种GOP编码结构，本实施例中以IPPP编码结构为例对技术方案进行详细介绍。IPPP编码结构中，I帧为全帧压缩帧，视频帧序列中的I帧间隔越小，GOP长度越小，视频编码的码率越大。因此，为了从编码结构上有效降低视频编码码率，本发明实施例还包括步骤S107～S108。
步骤S107，获取待编码图像的运动矢量，并依据运动矢量计算待编码图像的GOP长度。
在本发明实施例中，不同的曝光增益值下，根据待编码图像的运动矢量对GOP及待编码图像的GOP长度进行调整。通常，清晰的I帧占总码率的50％左右，这是比较大的损耗，同时，目前监控领域通常设置为2秒左右一个I帧，主要是为了提升抗网络丢包的能力，但是这种设置严重制约了视频编码压缩率的提升。因此，需要将GOP增大，具体来说，GOP需要依据待编码图像的运动矢量及对应的曝光增益值进行增大，这样可以确保在任何情况下视频编码的压缩率都能得到有效的提升。
在本发明实施例中，依据待编码图像的运动矢量，利用GOP长度公式
Figure BDA0001870954580000151
计算出待编码图像的GOP长度，其中，GOPSIZE为待编码图像的GOP长度，GOPSIZEmax为GOP长度的最大值，GOPSIZEmin为GOP长度的最小值，MVcur为待编码图像的运动矢量，MVmin为运动矢量最小值，MVmax为运动矢量最大值。GOPSIZEmax和GOPSIZEmin由用户根据待编码图像的曝光增益值进行调整，待编码图像的GOP长度调整之后，GOP编码结构中I帧的间隔将会是原本的N倍以上，所以还需要进一步优化抗网络丢包能力，具体请参照步骤S108。
步骤S108，依据待编码图像的GOP长度对GOP进行调整，调整后的GOP包括一帧关键帧及至少一个预测帧编码段，其中，预测帧编码段包括一帧参考预测帧及多帧普通预测帧，参考预测帧参考关键帧进行编码，普通预测帧在预测帧编码段内进行逐帧参考编码。
请参照图3，调整后的GOP包括一帧关键帧即I帧及至少一个预测帧编码段，预测帧编码段包括一帧参考预测帧(例如，P1帧等)及多帧普通预测帧(例如，P11帧、P12帧、P1n帧等)，参考预测帧参考关键帧即I帧进行编码，普通预测帧在预测帧编码段内进行逐帧参考编码。参考预测帧每2秒出现一次，以保证在某个P帧丢失的情况下能在2秒之内恢复图像。
GOP编码时，参考预测帧参考关键帧即I帧编码，参考预测帧后的普通预测帧逐帧参考编码，关键帧即I帧用于保证参考预测帧丢失后的视频图像恢复，参考预测帧用于保证普通预测帧丢失后的视频图像恢复，从而在保证解码后的视频图像质量的情况下，将GOP增大多倍，有效降低视频编码的码率。
同时，如果出现I帧数据丢包，则可以通过强制I帧来解决，这样可以在一定程度上减少GOP增大带来的影响。
步骤S109，获取调整后的GOP的控制信息，并将控制信息填充于关键帧的SEI中，以在解码回放时依据控制信息对调整后的GOP进行解码。
在本发明实施例中，由于图3所示的GOP编码结构进行了调整，因此需要对解码端也进行控制优化，当回放点击时间对应一个普通预测帧时，需要控制该普通预测帧之间的其它视频帧进行解码但不显示，例如，回放点击时间为P22帧，则需要控制P22帧前的I帧、P2帧及P21帧进行解码但不显示。因此，视频编码过程中可以通过SEI(SupplementalEnhancement Information，补充增强信息)携带设置好的控制信息，这样可以确保回放的时候不会出现播放画面跳跃的问题。
步骤S110，获取调整后的GOP中关键帧的运动信息，并在运动信息大于预设运动阈值时，重新申请关键帧。在本发明实施例中，由于高运动量的帧作为参考帧会使得后续所有参考I帧的P帧变大，当I帧的运动检测信息大于预设运动阈值(例如，50％)时，也就是I帧中50％以上的画面是运动区域时，需要重新申请I帧。
步骤S111，当待编码图像中无运动信息时，待编码图像的GOP包括一帧关键帧及至少一个预测帧，每个预测帧均参考所述关键帧进行编码。
在本发明实施例中，图3所示的GOP编码结构是满帧情况下的优化，在满帧情况下，视频编码设备100可以达到最大帧率，一般一秒钟25帧～30帧。但是，实际监控应用中很多情况下是没有运动物体的，此时可以根据运动检测信息对编码帧率进行调整。具体的调整方法是：有运动信息时采用图3所示的GOP编码结构进行满帧率编码，无运动信息时采用图4所述的编码结构进行编码，此时帧率可以低至16秒1帧，同时需要携带帧率信息以用于解码回放时间窗。
第二实施例
请参照图5，图5示出了本发明实施例提供的视频编码装置200的方框示意图。视频编码装置200包括状态信息统计模块201、状态区域划分模块202、QP调整值确定模块203、QP编码值获取模块204、QP编码值确定模块205、压缩编码模块206、GOP长度计算模块207、GOP调整模块208、第一执行模块209、第二执行模块210及第三执行模块211。
状态信息统计模块201，用于获取待编码图像，并统计待编码图像中各个宏块的状态信息。
状态区域划分模块202，用于依据各个宏块的状态信息，将待编码图像划分为多个状态区域。
在本发明实施例中，状态区域划分模块202，具体用于依据运动检测信息，将待编码图像划分为运动区域与静止区域；依据亮度信息，将运动区域划分为运动明区、运动暗区及运动过暗区，并将静止区域划分为静止明区、静止暗区及静止过暗区；依据噪声方差信息，将运动明区、运动暗区、运动过暗区、静止明区、静止暗区及静止过暗区分别划分为运动高频明区、运动低频明区、运动高频暗区、运动低频暗区、运动高频过暗区、运动低频过暗区、静止高频明区、静止低频明区、静止高频暗区、静止低频暗区、静止高频过暗区及静止低频过暗区。
QP调整值确定模块203，用于按照预设QP值表，确定出待编码图像中各个状态区域的QP调整值。
在本发明实施例中，QP调整值确定模块203，具体用于获取待编码图像的当前曝光增益值；将当前曝光增益值与多个测试曝光增益值进行一一对比，从多个测试曝光增益值中确定出与当前曝光增益值一致的目标曝光增益值；依据目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值，确定出待编码图像中各个状态区域的QP调整值。
QP编码值获取模块204，用于获取待编码图像的参考帧图像内各个宏块的QP编码值。
QP编码值确定模块205，用于依据参考帧图像内各个宏块的QP编码值、以及待编码图像中各个状态区域的QP调整值，确定出待编码图像内各个宏块的QP编码值。
压缩编码模块206，用于利用待编码图像内各个宏块的QP编码值，对待编码图像进行压缩编码。
GOP长度计算模块207，用于获取待编码图像的运动矢量，并依据运动矢量计算待编码图像的GOP长度。
在本发明实施例中，GOP长度计算模块207，具体用于依据待编码图像的运动矢量，利用GOP长度公式
Figure BDA0001870954580000181
计算出待编码图像的GOP长度，其中，GOPSIZE为待编码图像的GOP长度，GOPSIZEmax为GOP长度的最大值，GOPSIZEmin为GOP长度的最小值，MVcur为待编码图像的运动矢量，MVmin为运动矢量最小值，MVmax为运动矢量最大值。
GOP调整模块208，用于依据待编码图像的GOP长度对GOP进行调整，调整后的GOP包括一帧关键帧及至少一个预测帧编码段，其中，预测帧编码段包括一帧参考预测帧及多帧普通预测帧，参考预测帧参考关键帧进行编码，普通预测帧在预测帧编码段内进行逐帧参考编码。
第一执行模块209，用于获取调整后的GOP的控制信息，并将控制信息填充于关键帧的SEI中，以在解码回放时依据控制信息对调整后的GOP进行解码。
第二执行模块210，用于获取调整后的GOP中关键帧的运动信息，并在运动信息大于预设运动阈值时，重新申请关键帧。
第三执行模块211，用于当待编码图像中无运动信息时，待编码图像的GOP包括一帧关键帧及至少一个预测帧，每个预测帧均参考所述关键帧进行编码。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的视频编码装置200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。
综上所述，本发明实施例提供的一种视频编码方法及装置，所述方法包括：获取待编码图像，并统计待编码图像中各个宏块的状态信息；依据各个宏块的状态信息，将待编码图像划分为多个状态区域；按照预设QP值表，确定出待编码图像中各个状态区域的QP调整值；获取待编码图像的参考帧图像内各个宏块的QP编码值；依据参考帧图像内各个宏块的QP编码值、以及待编码图像中各个状态区域的QP调整值，确定出待编码图像内各个宏块的QP编码值；利用待编码图像内各个宏块的QP编码值，对待编码图像进行压缩编码。本发明实施例在压缩编码之前，根据各个宏块的状态设置各个宏块的QP编码值，这样在后续压缩编码的时候，能够对各个宏块进行与其状态相适应的压缩编码处理，例如可以将变化不大的宏块的质量降低，这样可以最大程度降低数据量，在保证图像质量的同时有效降低了视频流编码码率。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块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取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种视频编码方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待编码图像，并统计所述待编码图像中各个宏块的状态信息；
依据各个宏块的状态信息，将所述待编码图像划分为多个状态区域；
按照预设QP值表，确定出所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值；
获取所述待编码图像的参考帧图像内各个宏块的QP编码值；
依据所述参考帧图像内各个宏块的QP编码值、以及所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值，确定出所述待编码图像内各个宏块的QP编码值；
利用所述待编码图像内各个宏块的QP编码值，对所述待编码图像进行压缩编码。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述状态信息包括运动检测信息、亮度信息及噪声方差信息，所述多个状态区域包括运动高频明区、运动低频明区、运动高频暗区、运动低频暗区、运动高频过暗区、运动低频过暗区、静止高频明区、静止低频明区、静止高频暗区、静止低频暗区、静止高频过暗区及静止低频过暗区；
所述依据各个宏块的状态信息，将所述待编码图像划分为多个状态区域的步骤，包括：
依据所述运动检测信息，将所述待编码图像划分为运动区域与静止区域；
依据所述亮度信息，将所述运动区域划分为运动明区、运动暗区及运动过暗区，并将所述静止区域划分为静止明区、静止暗区及静止过暗区；
依据所述噪声方差信息，将所述运动明区、运动暗区、运动过暗区、静止明区、静止暗区及静止过暗区分别划分为运动高频明区、运动低频明区、运动高频暗区、运动低频暗区、运动高频过暗区、运动低频过暗区、静止高频明区、静止低频明区、静止高频暗区、静止低频暗区、静止高频过暗区及静止低频过暗区。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设QP值表包括多个测试曝光增益值、以及与每个测试曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值；
所述按照预设QP值表，确定出所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值的步骤，包括：
获取所述待编码图像的当前曝光增益值；将所述当前曝光增益值与所述多个测试曝光增益值进行一一对比，从所述多个测试曝光增益值中确定出与所述当前曝光增益值一致的目标曝光增益值；
依据所述目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值，确定出所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，每个所述测试曝光增益值均与一个噪声区间对应，噪声区间为低噪声区间、中噪声区间或高噪声区间；当所述待编码图像为预测帧时，所述依据目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值，并对静止过暗区采用SKIP宏块编码，确定出所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值的步骤，包括：
确定所述目标曝光增益值对应的噪声区间；
当所述目标曝光增益值对应低噪声区间时，依据所述目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值，按照第一预设公式确定出所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值；所述第一预设公式为：
Figure FDA0003459180720000031
Figure FDA0003459180720000032
Figure FDA0003459180720000033
Figure FDA0003459180720000041
QP＝QP1+QP2+QP3+QP4
当所述目标曝光增益值对应中噪声区间时，依据所述目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值，按照第二预设公式确定出所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值；所述第二预设公式为：
Figure FDA0003459180720000042
Figure FDA0003459180720000043
Figure FDA0003459180720000044
Figure FDA0003459180720000045
QP＝QP1+QP2+QP3+QP4
当所述目标曝光增益值对应高噪声区间时，依据所述目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值，按照第三预设公式确定出所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值；所述第三预设公式为：
Figure FDA0003459180720000051
Figure FDA0003459180720000052
Figure FDA0003459180720000053
Figure FDA0003459180720000054
QP＝QP1+QP2+QP3+QP4
其中，在所述第一预设公式、所述第二预设公式和所述第三预设公式中，QP1中的QP较好、QP一般和QP较差是预设QP值表中目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值、运动低频区域QP值、静止高频区域QP值和静止低频区域QP值中较好、一般和较差的QP取值；QP2中a、b均为目标曝光增益值对应的静止高频区域QP值和静止低频区域QP值之间的差值；QP3中的a为目标曝光增益值对应的运动高频区域QP值和运动低频区域QP值之间的差值；QP4中的
Figure FDA0003459180720000055
Figure FDA0003459180720000056
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法以GOP为编码结构单位对视频帧序列进行顺次压缩，所述GOP包括起始位置的关键帧和所述关键帧后面的预测帧，所述方法还包括：
获取所述待编码图像的运动矢量，并依据所述运动矢量计算所述待编码图像的GOP长度；
依据所述待编码图像的GOP长度对GOP进行调整，调整后的GOP包括一帧关键帧及至少一个预测帧编码段，其中，所述预测帧编码段包括一帧参考预测帧及多帧普通预测帧，所述参考预测帧参考所述关键帧进行编码，所述普通预测帧在所述预测帧编码段内进行逐帧参考编码；
获取所述调整后的GOP的控制信息，并将所述控制信息填充于关键帧的SEI中，以在解码回放时依据所述控制信息对调整后的GOP进行解码。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述依据所述待编码图像的运动矢量，计算所述待编码图像的GOP长度的步骤，包括：
依据所述待编码图像的运动矢量，利用GOP长度公式计算出所述待编码图像的GOP长度，其中，为待编码图像的GOP长度，为GOP长度的最大值，为GOP长度的最小值，为待编码图像的运动矢量，为运动矢量最小值，为运动矢量最大值。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取所述调整后的GOP中关键帧的运动信息，并在所述运动信息大于预设运动阈值时，重新申请关键帧。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述待编码图像中无运动信息时，所述待编码图像的GOP包括一帧关键帧及至少一个预测帧，每个预测帧均参考所述关键帧进行编码。
9.一种视频编码装置，其特征在于，所述装置包括：
状态信息统计模块，用于获取待编码图像，并统计所述待编码图像中各个宏块的状态信息；
状态区域划分模块，用于依据各个宏块的状态信息，将所述待编码图像划分为多个状态区域；
QP调整值确定模块，用于按照预设QP值表，确定出所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值；
QP编码值获取模块，用于获取所述待编码图像的参考帧图像内各个宏块的QP编码值；
QP编码值确定模块，用于依据所述参考帧图像内各个宏块的QP编码值、以及所述待编码图像中各个状态区域的QP调整值，确定出所述待编码图像内各个宏块的QP编码值；
压缩编码模块，用于利用所述待编码图像内各个宏块的QP编码值，对所述待编码图像进行压缩编码。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置以GOP为编码结构单位对视频帧序列进行顺次压缩，所述GOP包括起始位置的关键帧和所述关键帧后面的预测帧，所述装置还包括：
GOP长度计算模块，用于获取所述待编码图像的运动矢量，并依据所述运动矢量计算所述待编码图像的GOP长度；
GOP调整模块，用于依据所述待编码图像的GOP长度对GOP进行调整，调整后的GOP包括一帧关键帧及至少一个预测帧编码段，其中，所述预测帧编码段包括一帧参考预测帧及多帧普通预测帧，所述参考预测帧参考所述关键帧进行编码，所述普通预测帧在所述预测帧编码段内进行逐帧参考编码。
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