[发明专利]视频速率控制方法及视频速率控制器

说明书

技术领域

本发明涉及视频速率控制且尤其涉及统计自适应视频速率控制。 

背景技术

速率控制方法以及用于实现该方法的体系结构是任意视频编码方案的基本组成，以确保编码处理满足在应用的编码方案下设置的比特速率和质量限制条件。具体而言，该方法通过自适应编码参数寻求匹配输出比特速率，使得适当数目的比特被放置在缓冲存储器中，所述缓冲存储器用于帮助平滑图像统计的变化需求以匹配通常所需的固定输出比特速率。 

通常需要在源于编码处理的图像质量和比特速率之间的折衷；过低的比特速率导致图像质量的不期望的降低。通过将用于给定应用的编码参数的优化组合作为对象(其中一些参数通过设备的算子(operator)适当地定义)，同时作为整体地最小化用于实现该处理的硬件和软件计算资源上的负载(更具体而言，速率控制机制)，速率控制方法可以获得这种折衷。此外，对算子通常需要设置所需的输出比特速率，且算子还可以通过例如过滤或下采样信号到较低的分辨率来调节输入的视频信号。给出诸如比特速率之类的参数的算子选择，取决于测量编码的困难程度，预处理阶段可以自动地进行这种过滤。一旦通过算子外部地设置了这些参数，编码算法试图调节其他主要参数以满足设置的限制条件，且编码算法主要通过对平滑缓冲存储器的填充状态的周期监控，将产生的编码比特的数目与所需的输出比特速率相匹配，其中平滑缓冲器的大小由算法本身定义。如果填充状态增加，算法通过增加量化的程度来减小输入的比特数目；反之，如果填充状态减小则减小量化的程度。量化程度中的这种变化受由算法定义的量化参数Qp影响。 

实际上算法的实现可以通过最佳系统效率获得，即，最小硬件和软件资源与所需性能标准的获得相一致。考虑在长或短时间段上的图像行为，判定Qp值的装置管理，即速率控制，并不由算法说明定义，而是提供装置以频繁地发送Qp的值，其值将考虑在若干时间尺度上的输入图像统计行为，并由此将避免由于欠考虑的简单速率控制导致的异常。过于简单的速率控制的一种这样的异常在这样的情况下发生：其中，Qp的值在太短的时间段被判定，使得活动图像的上部以根本不同于下部的Qp编码，结果是在解码之后图像的上下半部分的图像质量中的不期望的差异。为了避免这种差异，对Qp的较长期平均的一些测量也是必须的。因此要求提供在操作中也稳定且不违反使用的特定算法规则的生效的和有效的速率控制。 

作为具有这种有效的速率控制方法的需要的结果，采用了在诸如宏块、片(slice)和图片(picture)之类的在若干周期上操作的若干控制级别，它们直接对应于所选编码算法的详细结构设计且与图像结构具有直接的联系。例如，图像的结构通常根据组成视频信号的每个单独图片的运动图像和单个图片元素或像素的序列的自然顺序分层地组织。典型地，图像的最重要的这些结构元素为：图片、片和宏块，它们每一个还是H264和其他视频编码方案的定义元素。“图片”是来自电视序列的一个完整图像；图片还已知为“帧”。根据产业实践，每个图片或帧还可以被分割成其中图像被隔行扫描的两个区域。 

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于编码视频信号的视频编码系统的视频速率控制的方法，包括：在视频信号的时间t上确定像素值的方差；以及使用像素方差和时间t上的输出比特数以及用于紧接着的前一时间t-1的量化参数和该时间t-1上的像素方差和输出比特数，计算对于时间t的量化参数。 

有利地，所述方差是修正方差，该修正方差是在时间t上计算的方差与紧接着的前一时间t-1上的类似的修正方差的函数。 

便利地，修正方差V(t)被定义为：V(t)＝(1-α)V_a(t)+αV(t-1)，其中V_a(t)是在时间t上计算的方差，V(t-1)是在紧接着的前一时间t-1上 的修正方差且α是常数，使得0＜α＜1。 

有利地，时间t的量化参数由QP(t)＝(1-β)Δqp+βQP(t-1)给出，其中Δqp＝(ε(V(t)-V(t-1))+R(t-1)V(t-1)-R(t)V(t))/η，其中QP(t-1)是紧接着的前一时间t-1上的量化参数，β是常数，使得0＞β＞1，R(t)是时间t的输出比特的数目，R(t-1)是紧接着的前一时间t-1上的输出比特的数目且ε和η是常数。