[发明专利]一种基于马太效应的H.264可变码率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于马太效应的H.264可变码率控制方法，具体的说是一种在H.264压缩过程中根据人眼的规律进行码率分配的方法。

背景技术

码率控制是视频编码器的重要组成部分。在视频编码过程中，输出的视频质量和码率相互影响，若要求输出的视频质量越好，则需要输出的码率就会越高。由于受网络带宽或存储容量的限制，需要将视频编码器的输出比特数控制在一定的范围内，以便在满足带宽或存储容量限制的同时尽可能获得最好的视频质量，这里所采用的控制策略就是码率控制。由此可见，码率控制策略的好坏是视频编码器成功与否的关键因素之一。

H.264是国际电信联盟(ITU：International Telecommunication Union)继MPEG之后最新的基于块的视频编解码标准，它集成了以往视频编码器的很多优点，如I帧宏块的多模式选择、1/4象素的运动矢量、多参考帧、采用了De-blocking技术等，这些特性使得H.264的编码效率有了很高的提升。在所有的码率上，H.264比H.263节省50％的比特率，尤其在极低码率下H.264的优点更加明显，但是这也带来了计算复杂度的提高。随着处理器能力的提高，H.264得到越来越广泛的应用。和以往视频编码的码率控制算法一样，H.264的码率控制也有固定码率控制(CBR：Constant Bitrate Control)和可变码率控制(VBR：Variable Bitrate Control)两种。在电影制作或者场景变化比较平均的情况下，固定码率控制可以在设定的码率下平稳的输出码流。在网络流媒体或者视频监控领域为了节省带宽，可变码率控制更受欢迎，因为很多时候视频画面几乎没有变化，这种情况可以以很小的码率来表示。

到目前为止，已经有很多学者和研究机构提出了许多不同的基于H.264的码率控制算法。其中Siwei Ma，Zhengguo Li，Feng Wu等人提出的自适应的码率控制算法已经被ITU采用，采用“虚拟缓冲区”机制进行码率控制；Z.G.Li，F.Pan等人也提出了基于H.264的自适应码率控制算法，可以在图像组层、图像层、基本单元层对码率控制；Chih-Wei Tang，Ching-Ho Chen等人提出一种基于视觉敏感性分析的视频编码比特分配的方法，通过运动注意模型(the Motion AttentionModel)和纹理机构模型(the Texture Structure Model)来分配码率的方法。H.264采用了率失真优化函数(RDO：Rate Distortion Optimization)来选择合适的编码模式，采用线性MAD(Mean Absolute Distortion)模型，二次率失真模型等来进行参数预测，在提高编码精确性的同时也大大增加的码率控制算法的复杂度。这些码率控制算法在做可变码率控制的时候需要实时的估计带宽来调整码率，这就需要额外的机制来进行带宽的调整。

H.264的码率控制算法和MPEG2的TM5方法类似，采用了“虚拟缓冲区”机制，它实际上是一个积分控制器，可以保证全局码率的平稳。这种码率控制策略可以用在固定码率控制和可变码率控制中，通过改变编码过程中的即时码率参数来控制码率的大小，但是这需要额外的机制来确定这一即时码率参数。码率控制算法本身并没有动态的改变码率。

基于“虚拟缓冲区”机制的码率控制方法可以很好的控制码率，但它并不能从图像的角度有效的保证图像的质量。这是因为在“虚拟缓冲区”机制下某一个宏块编码的比特多了，那么接下来的宏块分配的比特就要少；同样如果某一宏块编码的比特少了，接下来的宏块分配的比特就要多。这就导致了平均主义，即在图像中不动的区域本来需要的比特少，这时会加大该区域的比特数；运动的区域本来需要的比特多，这时会减少该区域的比特数，统计Carphone序列一幅图像上宏块的非零系数和使用比特数可见这种方法没有根据人眼的视觉特性进行码率分配，人眼对于变化的信息比较敏感，而对于大片静止的区域往往不关注。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种基于马太效应的可变码率控制方法，在运动剧烈的区域分配较多的比特，在平滑不动的区域分配较少的比特，避开了传统码率控制算法中在整个图像区域平均分配码率的思想。本发明所述的方法更能够保留人眼敏感的数据，符合普遍存在的马太效应规律，可以在图像级和基本单元级进行码率的分配，可以自适应的根据图像序列的情况调整码率。实验表明，该算法不仅复杂度低，而且能够较好保留人眼敏感区域的数据。