[发明专利]一种均衡码率编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种视频图像编码方法，具体涉及一种先进行条带分割然后分别编码传输的均衡码率编码方法。

 

背景技术

现阶段已经有多个关于视频编解码的技术标准，包括ISO/IEC 运动专家组（MPEG）系列的MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，以及国际电信联盟ITU视频编码专家组(VCEG)的联合视频组（JVT）的联合标准H.264/AVC，H.264也叫做MPEG4 part 10，这些视频压缩技术标准都是通过压缩技术对视频数据进行压缩从而改进传输效率。在实际电信应用中，电路的额定传输带宽往往是固定的，难以适应可变码率VBR（Variable Bitrate）的大幅度抖动。例如，VBR方式编码的视频压缩码流，其最大码率和最小码率上下波动范围有可能达到10倍，如此大幅度的波动，很难与现有电信网进行适配。为了与现有电信网进行比较好的适配，需要进行固定码率CBR(Constant Bitrate)编码。

在现代的视频编码标准中，一般有Intra（I）帧，P帧，B帧，I帧的效率最低，B帧可以进行双向参考，它的效率最高。一个I帧占用的数据位bit数可以是B帧的上百倍，这就造成了根本上的码率的大幅度抖动，非常不利于CBR固定码率编码。H.264允许每个宏块参照不同的图像，选择不同的参考图像能够改善压缩效率。

一个典型的视频压缩序列就是由上述I帧P帧B帧组成。由于I帧的编码效率低于P帧和B帧，所以I帧是比较节约的，特别是在码率或传输带宽受限的场景下。I帧可以独立解码，而IDR帧(Instananeous Decoding Refresh，解码即时刷新帧) 就是一个入口点或随机存取点，不允许后继的帧跨越IDR参照前面的帧，I帧无此限制。IDR就是一个解码的起始点。为了允许随机存取一个视频序列，需要在序列中插入一定数量的IDR帧。在镜头切换时，由于场景变化很大，帧与帧之间可以借鉴的内容不多，此时用I帧编码更有效，此I帧可以不必是一个IDR帧。一个GOP中开始的第一帧必须是一个IDR帧，一个GOP在另外一个IDR之前结束。IDR之间的由于换场等因素插入的I帧可以被未来的帧跨越参照此I帧先前的帧。一个更加密集的IDR帧密度显然更有利于用户随机访问一个视频序列。由于换场而插入的I帧可以确定为IDR从而引导一个新的GOP的开始，这样的IDR可以叫做自然IDR。   在没有换场之间，由于GOP长度约束被迫插入的IDR帧，可以叫做被动IDR帧。被动IDR帧与之前的帧有冗余。IDR之后的帧不能参照IDR之前的帧，I帧之后的帧可以参照I帧之前的帧。

   分级结构有四层，从上到下依次为图像层(picture layer)、条带层(slice，GOB)、宏块层(MB)和块层(block layer)。  条带结构是一个条带头以及后继的条带数据。条带定义为一个图像内若干宏块的组合。条带能够独立编码，一个条带不能参照其它条带的数据。在有误码的传输环境中，条带结构有利于差错恢复。每个条带内部有多个MB，一个MB是16x16的亮度像素数据和8x8的色度数据。H.264标准中，将视频压缩的数据VCL与将此数据打包适配特定网络上传输形成的传输层NAL分离。   图像冗余表示空间上相邻像素之间的相似性，时间冗余表示帧与帧之间有很大的相似性，可以互相参照和借鉴。频谱冗余是指不同彩色成分之间的具有相互的关系。参考图像选择，运动补偿的参考图像可以在参考图像缓冲区中进行选择。H.264允许每个宏块参照不同的图像，选择不同的参考图像能够改善压缩效率。

     渐进解码器刷新涉及“脏的”随机访问，图像内容在多个编码图像内渐进恢复。渐进解码刷新的基本想法是将帧的一部分宏块编码为帧内编码。当解码器在一个随机的访问点开始解码时，对于该解码器来说，运动补偿的参考帧是未知的。解码器可以重建帧内编码的宏块，但运动补偿宏块涉及到未正确接收参考帧的不能被恢复。经过多个解码帧后，累积的帧内编码区域逐渐增加，最终可以获得一个完整的重建图像。

    H.264中运用环路滤波减弱边界效应，但临近宏块可能未能正确解码重建。半像素和1/4像素也是通过6抽头或4抽头滤波器重建的。未能正确重建的像素可能会被用于内插一个位于可靠解码区域之内的像素，这将导致解码误差。