[发明专利]一种基于H.264的可伸缩视频编码方法

说明书

技术领域

本发明属于视频编解码技术领域，具体涉及一种可伸缩视频编码方法。

背景技术

实时视频通信具有数据量大、网络带宽要求高、延时敏感等特性，而目前的因特网尚不能对流视频提供任何服务质量（Qos）保证，这使得在因特网上的实时视频传输面临许多困难。例如，由于目前的因特网不能在大范围内支持资源预留协议，网络的可用带宽是时变的。特别是对于受环境影响严重的无线网络传输，带宽的波动将会更大。为了应对视频流传输过程中网络带宽的变化，需要动态地增大或减小视频流的码率，从而保证视频数据的流畅传输即保证接收端视频无间断播放。

可伸缩视频编码的一种实现方法是服务器提供一视频序列的多个备份和多种比特率，该服务器随后根据网络拥塞或客户端可用的带宽在这些比特流之间动态地进行切换。当可用信道带宽减小时，客户端必须从一个高速率比特流切换到另一低速率比特流，反之亦然。然而这种切换处理会引入漂移误差，这是因为一个比特流中的预测帧（如P帧）与另一个比特流中的不同。尽管图像漂移可以通过使用切换图像(SP帧)进行矫正，但是这需要同时提供多种比特率的视频序列，使得视频的处理很难做到实时性而且对系统资源的占用很大。

另一种实现方法是将视频序列压缩为单个可变比特流，可以对该比特流进行删节，以适应带宽的变化。编码器将视频序列编码成一个基本层和多个增强层，基本层具有最低视频质量，增强层可以改善基本层质量。网络服务器可以根据可用带宽及终端需求选择发送数据量。例如空间可伸缩编码应用中，手机视频的分辨率较小，这时就没有必要传输较多的增强层，而只需传适合手机分辨率的增强层和基本层即可。接收端根据接收到的数据解码出相应质量的视频，接收到的增强层越多，解码视频质量越好。但是该种编码方法编码效率低，由于额外的语法开销，多层编码器的总比特率可能远大于单层；在可变编码中，可用层的数量有限，可限制了用户的选择；该种编码在解码器侧引入了额外的计算，这给用户端系统增加了较大的负担。

总的来说，现有的可伸缩视频编码方法需要耗费较多的系统资源。在服务器编码总量中用户所需内容只是其中一部分，甚至是一小部分，因此该种编码方法带来了较大的资源浪费。从另一方面讲实现该种编码方法需要使用较高性能的处理器、较大的存储空间。

发明内容

为了克服现有的可伸缩视频编码存在的缺点，本发明提出了一种基于H.264视频编码标准的高效、简便、易实现的可伸缩视频编码方法。

本发明提出的可伸缩视频编码方法，具体步骤如下：

1、从视频图像缓冲空间中取出视频图像，执行图像尺度变换：将输入视频图像的分辨率变换为目标分辨率，即生成目标分辨率图像；根据图像分辨率与图像编码输出码率的一定对应关系确定目标分辨率； 

2、根据当前帧内容及其之前图像帧的编码方式确定当前帧编码方式（I帧、P帧或B帧），即确定帧序列长度；

3、根据当前帧内容及其之前图像帧的编码情况（包括编码量化参数、输出比特率等）确定当前帧编码量化参数大小；

4、根据步骤3中确定的量化参数大小以及视频编码处理器实际测评结果，确定是否开启环路滤波；

5、根据步骤1中确定的分辨率大小以及视频编码处理器实际测评结果确定动态预测宏块大小；

6、根据视频编码处理器实际测评结果确定动态预测精细度；

7、根据视频编码处理器实际测评结果确定动态预测搜索方式以及搜索半径大小；

8、根据步骤2 ～ 7所设定的参数执行H.264标准视频编码。

本发明步骤1中引入了尺度变换模块，可以将单一分辨率的输入图像变换为目标分辨率的图像，其中目标分辨率可以自由设定。分辨率的设定要求如下：

a、在设定编码码率下，选择使得编码图像PSNR高于37.5dB时对应的分辨率；

b、设定分辨率为满足条件a的可选分辨率中的最大值。

本发明步骤2中当前帧编码方式的确定方法如下：

a、当前帧序号小于最小帧序列长度，则设定该帧为P帧或B帧；

b、当前帧序号大于最大帧序列长度，则设定该帧为I帧，并重新开始帧序列；

c、当前帧序号大于最小帧序列长度，小于最大帧序列长度，则对当前帧图像内容与上一帧图像进行简单对比分析，倘若图像分析结果超过I帧插入门限，则设定该帧为I帧，否则设定为P帧或B帧。

本发明步骤3中编码量化参数的确定有多种方法，具体如下：

方法一：使用实验的方法建立量化参数与编码码率之间统计平均意义上的一一对应关系，从而根据设定编码码率唯一确定量化参数；