[发明专利]基于视频内容复杂度自适应的极低延迟高性能视频编码帧内码率控制方法

说明书

本发明针对HEVC视频编码标准提供了基于复杂度自适应的极低延迟高性能帧内码率控制方法。主要包括利用缓冲区调节帧层和LCU行层比特分配。在帧层分配中，通过已编码帧缓冲区数据对当前帧及其LCU行目标比特进行调节；帧层比特分配完毕之后，进行LCU行层的比特分配，并利用了相邻两帧时域复杂度的关联性，使得每一帧的码率控制可以在每帧中的一个LCU行进入编码器后即可开始，大大降低了缓冲区大小。本发明方法使实际码率更符合目标码率，且缓冲区数据量极大的减少，同时输出比特更平稳。实验结果表明，本发明方法与HEVC标准码率控制提案JCTVC‑K0103和JCTVC‑K0257相比，缓冲区数据量减小十分明显，峰值信噪比基本保持不变，同时实际码率与目标码率之间的码率偏差也有所降低。

技术领域

本发明涉及图像通信领域中的视频编码码率控制问题，尤其是涉及一种高性能视频编码标准HEVC的帧内编码自适应码率控制方法。

背景技术

码率控制技术在视频传输系统中的作用十分重要，特别是在实时视频传输应用中更是起到举足轻重的作用。码率控制的作用是调整视频编码参数，使得编码输出码率与传输带宽相匹配，并因此能够防止编码端和解码端的缓冲区发生上溢和下溢。为了达到这个目的，以往的视频编码标准都将码率控制技术加入到了各自的视频编码框架之中。例如，MPEG2标准中的TM5，MPEG4中的VM-8，H.263中的TMN8，以及H.264中的JM。HEVC作为最新一代视频编码标准，其性能与H.264相比，节约了50％的编码码率，但是随着高清视频的出现，如何进一步提升视频压缩及传输质量的问题逐渐进入人们视野。因此，如何在固定带宽下，以极低的传输延迟，实时传输编码码流，同时避免缓冲区数据溢出成为视频编码领域研究的热点。

在实时视频通信系统中，除了率失真(RD)特性标准之外，端到端的延迟同样会影响接收端接收视频的质量。Chen Q等建立了视频编码RD特性与端到端传输延迟之间的模型，由此模型可以看出，端到端延迟最终会影响接收端视频的RD性能。此外，在实时视频通信中，每一帧的实际编码比特并不总是与编码端传输带宽相等；为了解决这个问题，编解码端都会设置一个缓冲区来临时存储编码比特，而这个缓冲区会造成更大的端到端传输延迟。视频传输延迟分为两个部分：信道延迟和由缓冲区造成的缓冲延迟。由于信道延迟很难被预估，所以必须降低编解码系统中的缓冲延迟。目前，许多实时视频通信应用系统都要求极低的延迟，例如电视会议，视频通话，室内无线视频通信等。在这些应用场景中，缓冲区必须设置的很小，以适应极低延迟的要求。然而在现有的低延迟码率控制算法中，其缓冲区都远远大于编码一帧所产生的比特数。即使将编解码端的缓冲区大小都设为编码一帧所产生的比特数，其总延迟依然远远大于两帧延迟。此外，考虑到HEVC主要是针对处理高分辨率视频，那么其每一帧的编码比特数都会较大。将以上因素所导致的延迟综合考虑后，可以发现最终导致的端到端延迟必然会被用户所察觉，并带来十分不好的用户体验。因此，HEVC中的现有针对低延迟的码率控制方法都不能达到极低延迟的应用要求。