實時視頻流編碼器和實時視頻流編碼方法技術

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及圖像編碼領域，具體而言，涉及一種實時視頻流編碼器和實時視頻流 編碼方法。
技術介紹
碼率控制算法是視頻編碼技術中的核心內容之一，它的目的是為視頻內容的不同 部分分配適當的比特值，從而使編碼視頻的整體質量達到最優。H.264編碼標準中通過量化 系數QP (quantization parameter)來調節編碼質量與編碼壓縮比的關系，QP越大,表示 對圖像預測殘差的DCT系數進行量化時的量化步長越大、使用的比特數越少，則DCT系數的 量化誤差越大，從而導致編碼質量越差、編碼壓縮比越大、視頻碼率越小。與之相反，QP較 小則意味著編碼質量較好且視頻碼率較大。碼率控制算法通過調整視頻碼流中各個幀和各 個宏塊的QP來在視頻內容的各部分之間分配可使用的比特數，從而在視頻碼率受限的情 況下達到最優的編碼質量。一般而言，碼率控制算法通過對視頻內容進行特征分析來為每個幀或宏塊選擇 恰當的QP。對于碼率控制而言，視頻內容最重要的特征是碼率與量化參數的關系，以R-Q (Rate-Quantization)模型表示。一般而言，視頻內容越復雜、運動越劇烈，貝Ij采用相同的 QP時所使用的比特數越多。碼率控制算法在各幀/宏塊中通過R-Q模型在目標比特數與 QP之間建立聯系，從而達到為特定的目標比特值選擇恰當QP或為特定的QP計算其預期比 特值的目的。碼率控制算法從復雜度上一般分為基于一次編碼的和基于二次編碼的。在基于一 次編碼的碼率控制算法中，由于編碼器只進行一次搜索和編碼運算，所以需要在搜索之前 通過一定的算法選定QP值，然后依照此QP值進行搜索和編碼。在基于二次編碼的碼率控 制方法中，首先使用正常的或簡化的搜索和碼率控制方法對整個待編碼視頻序列進行第一 次編碼，然后通過對第一次編碼的結果進行分析進行全序列的最優比特分配和QP分配，并 按該QP進行第二次編碼。無論基于一次還是二次編碼，碼率控制算法一般分為幾個層次，由高至低依次為 圖片組(GOP)層、幀層、宏塊組(basic unit)層和宏塊層，每一層的碼率控制算法將視頻分 割為大小不同的部分，為每一部分分配恰當的目標比特并依R-Q模型來設定其QP。一般的 碼率控制方法流程如圖1所示，圖中的每個循環對應于一組或一幀圖像，或者一組或一個 宏塊。不同的碼率控制方法中存在不同的反饋機制等優化措施以提高其性能和質量，具 體流程可能與圖1有一定區別，但從功能上進行劃分的話主要如圖1中一樣分為三部分:(I)分配目標比特數。分配目標比特數主要依據信道所要求的帶寬限制按當前視 頻內容所占時間比例進行分配，并考慮不同的幀類型(I幀、P幀、B幀)以及各幀中不同的 編碼復雜度，且需要滿足編碼器傳輸緩存區的填充狀態既不發生上溢也不發生下溢。對于基于一次編碼的碼率控制方法，由于其無法知道當前幀之后的各幀特性，從而無法從全序列的角度進行最優的比特分配，而只能基于已完成編碼的各幀來分配比特 數，因此當視頻內容特性變化劇烈的時候，有可能會有各幀之間比特分配不合理的情況發生。有的基于預分析的一次編碼碼率控制方法會預先讀取當前幀之后若干幀的內容 進行預分析，從而得到當前幀之后若干幀的粗略特性，從而當各幀特性變化劇烈時實現更 合理的幀間比特分配。但是，預分析功能讀取未來幀的幀數一般較少，而且預分析功能本身 由于不進行實際編碼，其得到的未來幀的特性的準確度也不太高。基于二次編碼的比特分配是最準確的。二次編碼的含義是先對全部待編碼視頻內 容進行第一次編碼，從而可以得到每一幀圖像的編碼特性，因此只要按照各個幀的編碼復 雜度進行比特分配，就可以達到使各幀編碼質量基本均衡的目的。(2)計算R-Q模型。計算R-Q模型需要知道目前所編碼幀的R-Q特性，它是碼率控 制方法中對編碼質量影響最大的步驟。得到R-Q特性主要有以下三種方式:第一種方法，也是最簡單的方法，是利用視頻中連續各幀的內容一般會比較相似 的特點，用前一個或幾個已編碼幀的R-Q特性計算當前幀的R-Q模型，即根據前一幀或幾幀 的QP值和實際編碼比特值，作為本幀的QP值和實際編碼比特值的預測關系，然后建立本幀 的QP值與預期編碼比特值的R-Q關系模型。可見，當當前幀與前幾幀十分相似時，這種方 法具有一定的準確性，但是當當前幀與前幾幀相似度較差，如運動劇烈或內容變化較多時， 這種方法得到的R-Q模型不能準確地反映當前幀的R-Q特性。第二種方法比第一種稍復雜，它通過對當前幀進行預分析來得到當前幀的近似的 編碼特性，以之來計算當前幀的R-Q模型。所使用的預分析方法主要是衡量圖像的運動強 度或者編碼復雜度，所使用的方法包括但不限于幀間相似度檢測以及針對下采樣過的當前 幀圖像進行粗略的幀間預測和幀內預測。這種方法得到的R-Q模型的精確度不再依賴于當 前幀與前幾幀的特性相似度，在各幀之間的差異較大時也能以合理的方式計算R-Q關系， 因此能得到比第一種方法中更為準確的R-Q模型。但是由于預分析方法只是粗略的估計， 其本身的精度是限制這種方法中R-Q模型精度的最主要方面。第三種方法就是進行二次編碼。通過對各幀進行第一次編碼，得到各幀編碼時所 用的QP值及對應的實際使用比特數，就可以得到每一幀在R-Q模型曲線上的一個真實點。 這種方法所得到的R-Q模型精度是前兩種所不能相提并論的。(3)計算QP。在這個步驟中，根據為當前幀分配的目標比特數，通過R-Q模型的換 算來得到當前幀/宏塊組為了按照目標比特進行編碼所應使用的QP值，之后便以按照此QP 進行搜索和編碼，并輸出實際編碼碼流。在基于二次編碼的碼率控制方法中，第一次編碼按 照第一次編碼中碼率控制方法所計算出的QP進行，之后在第二次編碼中重新計算目標比 特數和QP并編碼出實際輸出碼流，第一次編碼時所用的QP對于實際輸出碼流并沒有直接 的作用。但是，第二次編碼所用的QP與第一次編碼的QP越接近，第二次編碼所使用的R-Q 模型就越精確，第二次編碼的編碼質量就越高，所以第一次編碼時的碼率控制質量對于最 終輸出的碼流質量也是很重要的。綜上所述，基于二次編碼的碼率控制能在相同的壓縮率下得到明顯高于基于一次 編碼的平均編碼質量和最小的編碼質量波動，但是由于其要求先對整個待編碼序列進行一 次編碼，因此在時序上不符合編碼實時流的基本要求，從而在大多數場合包括實時流編碼器、轉碼器等設備中僅使用基于一次編碼的碼率控制方法，只在對編碼質量要求較高且不要求實時輸出的場合，如壓制DVD等使用基于二次編碼的碼率控制方法。因而，現有的實時視頻流編碼器中僅使用一次編碼碼率控制方法，而這些方法由于先驗信息有限而不能實現最優的比特分配，從而不能達到很高的編碼質量。針對相關技術中實時視頻流編碼器編碼質量低的問題，目前尚未提出有效的解決方案。
技術實現思路
本專利技術的主要目的在于提供一種，以解決實時視頻流編碼器編碼質量低的問題。為了實現上述目的，根據本專利技術的一個方面，提供了一種實時視頻流編碼器。根據本專利技術的實時視頻流編碼器包括:第一編碼模塊，用于對待編碼視頻中的圖像進行第一次編碼，其中，待編碼視頻依次由第I至Z幀圖像組成；以及第二編碼模塊，用于在第一編碼模塊完成對第X至X+N-ι幀圖像的編碼后，對第X幀圖像進行第二次編碼，其中，第X幀圖像為第I至Z本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種實時視頻流編碼器，其特征在于，包括：第一編碼模塊，用于對待編碼視頻中的圖像進行第一次編碼，其中，所述待編碼視頻依次由第1至Z幀圖像組成；以及第二編碼模塊，用于在所述第一編碼模塊完成對第X至X+N?1幀圖像的編碼后，對所述第X幀圖像進行第二次編碼，其中，所述第X幀圖像為所述第1至Z幀圖像中的任一幀圖像，N為第一預設幀數且N

【技術特征摘要】
1.一種實時視頻流編碼器，其特征在于，包括:第一編碼模塊，用于對待編碼視頻中的圖像進行第一次編碼，其中，所述待編碼視頻依次由第I至Z幀圖像組成；以及第二編碼模塊，用于在所述第一編碼模塊完成對第X至X+N-1幀圖像的編碼后，對所述第X幀圖像進行第二次編碼，其中，所述第X幀圖像為所述第I至Z幀圖像中的任一幀圖像， N為第一預設幀數且N〈Z，其中，所述第一編碼模塊還用于在所述第二編碼模塊對所述第X幀圖像進行編碼時， 對第X+N幀圖像進行編碼。2.根據權利要求1所述的實時視頻流編碼器，其特征在于，還包括:預分析模塊，用于對所述待編碼視頻的圖像進行預分析，其中，所述第一編碼模塊還用于在所述預分析模塊完成對第X至X+M-1幀圖像的預分析后，對所述第X幀圖像進行編碼，其中，M為第二預設幀數且N〈M〈Z，所述預分析模塊還用于在所述第一編碼模塊對所述第X幀圖像進行編碼時，對第X+M 幀圖像進行預分析。3.根據權利要求2所述的實時視頻流編碼器，其特征在于，還包括:第一緩存器，用于存儲M幀圖像及所述M幀圖像的預分析結果；以及第二緩存器，用于存儲N幀圖像及所述N幀圖像的預分析結果和第一次編碼結果， 其中，所述預分析模塊還用于對所述第X幀圖像進行預分析后，將所述第X幀圖像及所述第X幀圖像的預分析結果移入所述第一緩存器；所述第一緩存器還用于在接收到所述第X幀圖像后，判斷當前存儲圖像幀數是否大于 M，以及在當前存儲圖像幀數大于M時，將第X-M幀圖像及所述第X-M幀圖像的預分析結果移出；所述第一編碼模塊還用于對所述第X幀圖像進行編碼后，將所述第X幀圖像及所述第 X幀圖像的預分析結果和第一次編碼結果移入所述第二緩存器；以及所述第二緩存器還用于在接收到所述第X幀圖像后，判斷當前存儲圖像幀數是否大于 N,以及在當前存儲圖像幀數大于N時，將第X-N幀圖像及所述第X-N幀圖像的預分析結果和第一次編碼結果移出。4.根據權利要求3所述的實時視頻流編碼器，其特征在于，所述第一編碼模塊還用于根據第X至X+M-1幀圖像的預分析結果和所述第X-1幀圖像的第一次編碼結果對所述第X幀圖像進行編碼；以及所述第二編碼模塊還用于根據第X至X+N+M-1幀圖像的預分析結果、第X至X+N-1幀圖像的第一次編碼結果和所述第X-1幀圖像的第二次編碼結果對所述第X幀圖像進行編碼。5.根據權利要求1至4中任一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：包佳晶，張天若，張龍霄，張剛，
申請(專利權)人：北京數碼視訊科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：