一種3g網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化方法及系統(tǒng)，所述的方法包含：將3G網(wǎng)絡(luò)中返回的帶寬值作為X264碼率控制算法中的目標碼率；依據(jù)X264中的ABR碼率控制算法獲得量化參數(shù)；采用如下補償算法優(yōu)化上步驟的量化參數(shù)：在每幀獲得量化參數(shù)后，根據(jù)已編碼幀，獲得到當前幀為止的實際輸出碼率，并根據(jù)獲得的實際輸出碼率計算到當前幀為止實際輸出碼率和目標碼率的差值；對獲得的差值進行判斷，若差值小于第一設(shè)定值，且獲得的量化參數(shù)大于已編碼幀的平均量化參數(shù)，則減少量化參數(shù)值；若差值大于第二設(shè)定值值，且獲得的量化參數(shù)值小于已編碼幀的平均量化參數(shù)，則增大量化參數(shù)值；將量化參數(shù)對當前幀進行編碼，完成3G網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控器的編碼操作。
【專利說明】—種3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及H.264視頻編碼標準，主要針對安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)在視頻傳輸過程中由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的有限而傳輸不穩(wěn)定的現(xiàn)狀，具體涉及一種3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]H.264 是國際通信聯(lián)盟(International Telecommunication Unite, ITU)和運動圖像專家組(Motion Picture Experts Group, MPEG)聯(lián)合制定的視頻編碼標準,它是國際上最新的視頻編碼標準，具有良好的壓縮性能和網(wǎng)絡(luò)親和力，十分適合實時的視頻通信系統(tǒng)。其中基于H.264的開源代碼主要有:德國HHI研究所開發(fā)的測試軟件JM、由法國巴黎中心學校的中心研究所發(fā)起并由網(wǎng)上自由組織聯(lián)合開發(fā)的編解碼器X264、中國視頻編碼自由組織聯(lián)合開發(fā)的T264。和JM代碼相比，X264擯棄了一些對編碼性能貢獻小但計算復(fù)雜度高的設(shè)計，如多參考幀、幀間預(yù)測中不必要的塊模式等，從而使得在不明顯降低編碼性能的前提下，大大降低了編碼的計算復(fù)雜度，提高了編碼的速率，使其在實際應(yīng)用中更能發(fā)揮自己的作用。視頻監(jiān)控是安防領(lǐng)域的重要組成部分，在一些重要場合使用視頻監(jiān)控，可以有效防止惡性事件的發(fā)生，維護社會治安。目前，大多數(shù)常見的視頻監(jiān)控系統(tǒng)是基于通信分組無線服務(wù)技術(shù)(General Packet Radio Service, GPRS)和全球移動通信系統(tǒng)(Global SystemForMobile Communication, GSM),但是這類無線通信技術(shù)的傳輸速度較慢,無法滿足視頻傳輸?shù)囊蟆ｋS著第三代移動通信技術(shù)(3rd-generation, 3G)商用步伐的加快,3G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在加速創(chuàng)新，以3G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為特征的視頻傳輸技術(shù)的應(yīng)用越來越多。雖然，3G無線監(jiān)控接入設(shè)備在功能和性能方面取得了較大的提升。但是，基于無線廣域網(wǎng)接入帶寬的局限性(3G的帶寬仍是有限的)、帶寬的動態(tài)變化特性、視頻信息所占的帶寬大、不同的流媒體文件對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求各不相同等原因，在視頻傳輸過程中，可能會由于網(wǎng)絡(luò)帶寬的不穩(wěn)定性或者視頻帶寬過大而出現(xiàn)終端系統(tǒng)接收不到視頻信息或者接收到的視頻信息不清晰、不流暢等問題。
[0003]在帶寬受限的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進行視頻傳輸，就必須對視頻信息進行壓縮，而視頻壓縮的效果和視頻內(nèi)容有很大的關(guān)系，對于變化多樣的畫面，視頻編碼器輸出碼流的比特率變化較大，不斷變化的碼流不適合在恒定的碼率信道中傳輸。
[0004]在信道環(huán)境不佳的情況下，易導致解碼顯示質(zhì)量的不穩(wěn)定。因此，需要引入碼率控制技術(shù)，即采用一定的策略調(diào)整并控制視頻編碼器的輸出比特率，使其在一定的范圍之內(nèi)波動，從而提供流暢的視頻傳輸服務(wù)。碼率控制需要保證輸出碼流平穩(wěn)的同時，選擇畫面質(zhì)量和帶寬利用的最佳平衡點。通常情況下，它的主要目的是在保證編碼器輸出的比特率在不超過目標比特率的前提下，最小化圖像失真率。
[0005]一些名詞的解釋:
[0006]1、圖像的殘差變換絕對值和(Sum of Absolute TransformedDifferences, SATD):將殘差經(jīng)阿達馬(Hadamard)變換后累加起來的值,能夠體現(xiàn)一定的碼流變化。
[0007]2、量化參數(shù)(Quantization Parameter, QP):QP反映了空間細節(jié)的壓縮情況，如果QP較小，大部分圖像細節(jié)都會被保留；當QP增大時，一些圖像細節(jié)會流失，碼率也會隨著降低，但同時圖像質(zhì)量會下降?？傊S著量化參數(shù)的增加，量化步長的大小也隨之增加，但輸出的碼率卻減小。
[0008]3、實際輸出碼率:指的是在具體實施過程中實際輸出的碼流大小值。
[0009]4、目標碼率:指的是需要的輸出碼流大小值，在具體實施過程中指的就是網(wǎng)絡(luò)中實時的網(wǎng)絡(luò)帶寬值。
[0010]5、平均量化參數(shù):平均量化參數(shù)是一個統(tǒng)計量，它根據(jù)已編碼幀動態(tài)變化，它的大小即為所有已編碼幀的QP之和與已編碼幀數(shù)的比值。
[0011]現(xiàn)有技術(shù)的X264中ABR碼率控制原始算法的流程如圖2所示，具體包含如下幾個步驟:
[0012]1、首先計算圖像當前幀的SATD[i];
[0013]2、然后利用當前幀的SATD [i]值，計算圖像當前的模糊復(fù)雜度(blurred_complexity)
[0014]
【權(quán)利要求】
1.一種3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化方法，該方法基于X264中的ABR碼率控制算法，所述的方法包含: 步驟101)將3G網(wǎng)絡(luò)中返回的帶寬值作為X264碼率控制算法中的目標碼率； 步驟102)依據(jù)X264中的ABR碼率控制算法獲得量化參數(shù)； 步驟103)采用如下補償算法優(yōu)化上步驟的量化參數(shù)，獲得最終的量化參數(shù): 在每幀獲得量化參數(shù)后，根據(jù)已編碼幀，獲得到當前幀為止的實際輸出碼率，并根據(jù)獲得的實際輸出碼率計算到當前幀為止實際輸出碼率和目標碼率的差值； 對獲得的差值進行判斷，若差值小于第一設(shè)定值，且獲得的量化參數(shù)大于已編碼幀的平均量化參數(shù)，則減小量化參數(shù)值； 若差值大于第二設(shè)定值值，且獲得的量化參數(shù)值小于已編碼幀的平均量化參數(shù)，則增大量化參數(shù)值； 其中，量化參數(shù)具體的調(diào)整值根據(jù)目標碼率的高低或畫面復(fù)雜度的情況進行修正；所述第一設(shè)定值為某一負數(shù)，第二設(shè)定值為某一正數(shù)且兩個值是按照與目標碼率的偏差百分比進行選取的；當所述差值和平均量化參數(shù)不滿足上述兩個條件中的任何一個時，保持步驟102)得到的量化參數(shù)不變； 步驟104)將經(jīng)過上步驟處理后的量化參數(shù)對當前幀進行編碼輸出，完成3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器的編碼操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟102)進一步包含: 步驟102-1)計算圖像當前幀的殘差變換絕對值和SATD ； 步驟102-2)利用當前幀的SATD值，計算圖像當前的模糊復(fù)雜度: 步驟102-3)根據(jù)圖像的模糊復(fù)雜度計算量化等級參數(shù)qscale ； 步驟102-4)根據(jù)量化等級參數(shù)qcale計算該幀的量化參數(shù)QP。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟103)進一步包含: 步驟103-1)根據(jù)量化參數(shù)計算到當前幀為止的實際輸出碼率； 步驟103-2)計算實際輸出碼率與目標碼率的差值，并計算已編碼幀的平均量化參數(shù)；步驟103-3)當所述差值大于目標碼率的第一設(shè)定值且所述平均量化參數(shù)大于量化參數(shù)時，對量化參數(shù)值向大的方向進行微調(diào)； 當所述差值小于目標碼率的第二設(shè)定值且平均量化參數(shù)小于量化參數(shù)時，對量化參數(shù)向小的方向微調(diào)； 當所述差值和平均量化參數(shù)不滿足上述兩個條件中的任何一個時保持所述量化參數(shù)不變； 其中，所述第一設(shè)定值與第二設(shè)定值的絕對值相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化方法，其特征在于，所述步驟104)之前還包含對緩存區(qū)增長方式進行調(diào)整的步驟，該步驟具體為: 用于獲取差值因子的步驟，所述的差值因子為已編碼幀的目標比特數(shù)的累積和和已編碼幀所產(chǎn)生的實際比特數(shù)的累積和的差值； 當差值因子的值大于O時，增大緩存區(qū)的緩存空間；反之，則緩存區(qū)空間不增長。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化方法，其特征在于，所述緩存區(qū)每次以所述差值因子的估計值進行增長，且所述的差值因子估計值根據(jù)目標碼率的大小選擇合適的增長速率，具體為:當目標碼率較低時，采用較快的增長方式，即2、3…η倍差值因子進行遞增增長；當目標碼率較高時，采用較慢的增長方式，即$、#...士倍差值因子進行遞增增長。
6.一種3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于Χ264中的ABR碼率控制算法，所述系統(tǒng)包含: 目標碼率獲得模塊，用于將3G網(wǎng)絡(luò)中返回的帶寬值作為Χ264碼率控制算法中的目標碼率； 量化參數(shù)獲取模塊，用于依據(jù)ABR碼率控制算法獲得量化參數(shù)； 量化參數(shù)修正模塊，用于采用如下補償算法優(yōu)化上步驟的量化參數(shù)，獲得最終的量化參數(shù): 在每幀獲得QP后，根據(jù)已編碼幀，獲得到當前幀為止的實際輸出碼率，并根據(jù)獲得的實際輸出碼率計算出到當前幀為止實際輸出碼率和目標碼率的差值； 對獲得的差值進行判斷，若差值小于-R值，且獲得的量化參數(shù)大于已編碼幀的平均量化參數(shù)，則減少量化參數(shù)值； 若差值大于R值，且獲得的量化參數(shù)值小于已編碼幀的平均量化參數(shù)，則增大QP值；其中，量化參數(shù)QP的調(diào)整值根據(jù)目標碼率的高低或畫面復(fù)雜度的情況進行修正；所述R值是按照與目標碼率的偏差百分比進行選取的；當所述差值和平均量化參數(shù)不滿足上述兩個條件中的任何一個時，保持量化參數(shù)獲取模塊輸出的量化參數(shù)不變；和 編碼模塊，用于將量化修正模塊輸出的量化參數(shù)對當前幀進行編碼輸出，完成3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器的編碼操作。`
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述量化參數(shù)獲取模塊進步一包含: 第一處理子模塊，用于計算圖像當前幀的殘差變換絕對值和SATD ； 模糊復(fù)雜度獲取子模塊，用于利用當前幀的SATD值，計算圖像當前的模糊復(fù)雜度:和 量化等級參數(shù)獲取子模塊，用于根據(jù)圖像的模糊復(fù)雜度計算量化等級參數(shù)qscale ;和 第二處理子模塊，用于根據(jù)量化等級參數(shù)qcale計算該幀的量化參數(shù)QP。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述量化參數(shù)修正模塊進一步包含: 第三處理子模塊，用于根據(jù)第二處理子模塊輸出的量化參數(shù)計算到當前幀為止的實際輸出碼率； 第四處理子模塊，用于計算實際輸出碼率與目標碼率的差值，并計算已編碼幀的平均量化參數(shù)； 量化參數(shù)調(diào)整模塊，用于依據(jù)如下策略對第二處理子模塊輸出的量化參數(shù)進行調(diào)整:當所述差值大于目標碼率的第一設(shè)定值且所述平均量化參數(shù)大于量化參數(shù)時，對量化參數(shù)值得向大的方向進行微調(diào)； 當所述差值小于目標碼率的第二設(shè)定值且平均量化參數(shù)小于量化參數(shù)時，對量化參數(shù)向小的方向微調(diào)；當所述差值和平均量化參數(shù)不滿足上述兩個條件中的任意一個時保持所述量化參數(shù)不變； 其中，所述第一設(shè)定值與第二設(shè)定值的絕對值相等。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還包含: 差值因子獲取模塊，用于獲取差值因子，所述的差值因子為已編碼幀目標比特數(shù)累積和和已編碼幀所產(chǎn)生的實際比特數(shù)的累積和的差值；和 緩存空間增加驅(qū)動模塊，用于判斷當差值因子的值大于O時，增大緩存區(qū)的緩存空間；反之，則緩存區(qū)空間不增長。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的3G網(wǎng)絡(luò)中視頻監(jiān)控器碼率控制的優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，所述緩存區(qū)每次以差值因子的估計值進行增長，且所述的差值因子估計值根據(jù)目標碼率的大小選擇合適的增長速率，具體為:當目標碼率較低時，采用較快的增長方式，即2、3…η倍差值因子進行遞增增長；當目標碼率較高時，采用較慢的增長方式，即√2,√3...√n士倍差值因子進行遞增增長。
【文檔編號】H04N19/124GK103841418SQ201210477795
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月22日
【發(fā)明者】田一姝, 沈強, 張宇, 趙志軍 申請人:中國科學院聲學研究所, 無錫中科智能信息處理研發(fā)中心有限公司