[发明专利]用于数字视频记录的视频比特率控制方法和设备

说明书

本发明涉及一种用于视频编码系统的视频比特率控制方法，所述的编码系统产生存储于存储设备的编码视频帧并且源于一系列输入帧，所述的方法包括至少一个量化步骤，用于为所述的输入帧提供一个量化参数。

本发明也可被用于视频编码系统，例如MPEG-2视频编码器或转码器。

MPEG-2视频压缩标准(活动图像专家组)，被称作ISO/IEC13818-2，不只被用于广播设备，也被用于记录设备。这一标准实际上是被用于产生将要保存在数字视频盘(DVD)上的压缩视频序列。为此，能够设想很多技术。其中的一个包括编码输入帧，使得产生的包括MPEG-2编码帧的输出信号，具有一个恒定的比特率(CBR)。另外的一个包括编码输入帧使得产生的输出信号具有一个可变的比特率(VBR)。第一种方法是非常方便的，因为编码视频帧在空间有限的存储设备上的存储是可以保证的，但是这损害了视频的质量，视频质量会由于输入帧根据它们的复杂性而不需要同样数量的比特而有所波动。第二种方法保证了整个编码帧具有相当恒定的质量，因为分配的比特数量会随着帧复杂度而有所增加。但是，这一过程的控制并不允许对产生的比特的数量进行预测，它是不固定的，并且结果是，所述的编码帧在空间有限的存储设备上的存储不能被保证，并且可能导致大量比特上溢和下溢。

国际专利申请WO99/49664描述了一种将编码视频帧的比特率控制在一个整体恒定的值的方法，但是这导致了一个局部可变的输出比特率。结果是，考虑到目标编码质量的确定，为将要编码的连续系列帧确定目标比特率。目标比特率得自于先前和实际的目标比特率的差。实际的目标是根据图像的复杂度和每一系列帧的目标编码质量而可变的。

本发明的目的是提供一种改进的视频比特率控制方法，它允许压缩序列帧以恒定的质量存储在空间有限的存储设备上。

在现有技术中采用的方法当被用于编码存储在空间有限的存储设备上的顺序视频帧的时候具有功能上的局限。

首先，如果输出VBR具有较大幅度的波动，问题可能发生在序列编码的终端。在这种情况下，对将要编码的剩余帧的比特率分配是非常冒险的，很可能导致存储设备容量的上溢或者下溢。结果是，帧存储的最佳集中无法被保证，例如，不是包含在输入序列中的所有帧都可以被存储。

其次，本方法要求的编码帧的恒定的质量不能总被保证。实际上，目标编码质量是根据当前比特率目标和与先前的一系列帧相关的比特率目标之间的差来改变的。由于在一个给定的比特率目标无法获得同样的质量，根据帧复杂度是高还是低，目标编码的改变可能振荡，这将导致局部暂时视觉质量的波动。

根据本发明的方法目的是提供一种对现有技术中的方法的局限性的解决方法。最终，根据本发明的方法的特征在于量化参数的计算，包括：

-一个计算子步骤，用于根据它的量化参数Q(n-1)和它的帧尺寸S(n-1)计算先前的编码帧复杂度X(n-1)，

-一个第一估算子步骤，用于根据至少复杂度X(n-1)估算当前输入帧的复杂度Xe(n)，

-一个第二估算子步骤，用于在编码以后根据存储设备上可用的比特的数目以及在输入序列中将要编码的剩余帧的数目估算当前输入帧的帧的尺寸R(n)，

-一个第三估算子步骤，用于根据当前输入帧的复杂度Xe(n)以及估算的帧的尺寸R(n)估算将被用于当前输入帧的量化参数。

本方法允许系统获得一个用于编码帧序列的恒定的质量。应当考虑先前编码帧的统计量从而计算将要编码的当前帧的复杂度。这种评算的特征在于它是通过包含由时间常数的装置评算执行的，从而使得估算的复杂度沿着编码帧平滑。与此同时，对于正被编码的帧的当前比特目标是根据存储设备上剩余的可用空间以及将被编码的剩余的帧的数目而被估算的。然后，根据估算的复杂度以及估算的当前比特目标，得到一个量化步长并且该步长被用作量化定义正被编码的帧的离散余弦变换(DCT)系数。结果是，该量化步长平滑了帧中的相对变化，造成了输出比特率与具有一个VBR特性的编码帧相关，并且导致了编码视频帧的质量的恒定或者缓慢变化。

本方法的特征还在于时间常数是存储设备上的编码视频帧的数目和在序列中将要编码的视频帧的剩余数目的函数。