[发明专利]基于平均码率控制的DMB气象预警信息信源编码算法

说明书

技术领域

本发明属于信源编码领域，尤其涉及一种基于平均码率控制的DMB气象预警信息信源编码算法。

背景技术

我国幅员辽阔,地理地质、气候条件复杂,是世界上受自然灾害危害严重的国家之一,灾害种类多、分布地域广、发生频率高、造成的损失重。我国主要自然灾害有地震、洪涝、台风、冰雹、滑坡、泥石流等,大部分灾害通过科学技术手段都可以得到时效不等的较准确的预报信息。现有传播这些信息的途径主要有手机短信、电视、广播、报纸、电话等,通过这些方式可以将灾害预警信息传递给大多数人民群众,但偏僻农村、荒漠、海岛、偏远山区、海洋船只等地区成了这些方式覆盖的盲区,也正是这些地区因为基础设施薄弱抗灾能力差是受灾害影响最大的地区,特别容易造成人员伤亡。如何提供一种有效的途径将灾害预警信息传递给这些最需要得到信息的人群是一个值得探讨和亟待解决的问题。

现有技术中，灾害预警信息的发布渠道虽多，但总体来讲还仍然还存在着传输时效差、信息覆盖面有限、受各种制约条件限制等问题。以其中较为常见的数字音频广播（DAB）(Digital Audio Broadcasting)系统为例，虽然具有信息发布速度快、覆盖广、易于推广的特点，但是目前基于DAB的预警发布系统发送和广播方式单一，通常无法达到很好的发布效果。而DMB（Digital Multimedia Broadcasting数字多媒体广播）是以DAB为基础发展起来的，是一种无线高速信息传输技术，它充分地利用了DAB(digital audio broadcasting：数字音频广播)技术优势(能在高速移动环境下可靠接收信号)，它不仅可以传输声音和文本，而且可传输视频，在功能上将传输单一的音频信息扩展为数据、文字、图形与视频等多种载体。因此，利用DMB进行气象预警信息处理和发布成为当前气象信息领域发展所需。

利用DMB技术进行气象预警信息处理时，需要进行视频压缩和音频压缩，其中在进行视频压缩时，通常采用H.264算法，H.264算法标准的实现参考模型很多，主要包括 JM、X264 和 T264。其中 JM 是 JVT 官方提出的参考模型，对 H.264 的各项特性都有很完备的支持，由于其编写的目的是进行算法研究，尽管 JM 参考模型结构清晰，但代码冗余量很大，执行效率不尽如人意，难以用于工程实践中去；X264 和 T264 都是由开源代码组织编写的，其中 X.264 完成于2004年，并一直在不断的进行改进。在支持 H.264 标准大部分特性的同时，X264 在程序结构和算法上进行了优化，虽然牺牲了小部分的编码性能，却大幅度地提升了编码速度，成为了 H.264 算法工程实现应用中最多使用的一种主流算法；T264 具有很多针对于不同平台和不同需要的版本，它的兼容性比较差，编码的码流不能应用于标准的 H.264 解码器，同时它的性能与 X264 相比，在同等编码质量条件下，差距很大。

常用的X264模型的平均码率控制算法 (Average Bitrate，ABR)属于一次编码的方式，是X264码率控制最常用算法。它仅需要借助已编码的参考帧信息进行码率控制。其通过牺牲一定的视频质量来在一定程度上控制目标比特。它使用的是R-Q的指数模型：

(1)

其中，α，β，γ是经验系数，值分别为12、6、0.85。为量化等级，与已编码帧的复杂度和虚拟缓存区的充溢度有关，它们的具体计算流程如下：

步骤1，计算图像的半精度的残差变换绝对值和SATD(Sum of Absolute Transform Difference)，计算公式如下:

(2)

步骤2，利用当前帧的SATD值，计算累积复杂度，计算公式如下:

(3)

其中，是当前帧的SATD值，是累计复杂度。

步骤3，计算模糊复杂度。代表第i帧的模糊复杂度，其计算公式如下:

(4)

其中，表示加权累计帧数，计算公式如下:

(5)

步骤4，根据图像的模糊复杂度计算量化等级参数，并对其进行修正。原始量化等级参数由模糊复杂度计算得到，将其记作，计算公式为:

(6)

其中，qc为压缩控制参数，在ABR码率控制算法中，其设置为默认值0.6，用来控制的幅度。得到的需要进行两次修正。

步骤5，第一次修正。利用对进行调整，调整公式如下所示：

(7)

rate_factor可以显示出模糊复杂度计算的原始量化参数的准确性，其计算公式如下:

(8)