CN102387363B - Avs任意帧率编解码实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于视频压缩编解码领域。本发明公开了一种对视频序列进行AVS任意帧率编码的方法，该方法包括：设定期望帧率frame_rate_t，并在AVS标准支持的帧率中选择与该期望帧率相应的标准帧率frame_rate_o，将该标准帧率标记在该视频序列头中；根据该期望帧率与标准帧率计算视频序列中每帧图像与第1帧图像的距离，第i帧图像与第1帧图像的距离picture_dis tan cei为：其中fni表示第i帧的帧序号，fni＝i-1，i为大于等于1的整数；将计算得到的每帧图像的picture_dis tan ce标记在该帧图像的图像头中得到编码的视频序列。本发明进一步公开了一种对所述编码方法得到的编码的视频序列进行AVS任意帧率解码的方法。
Description
技术领域
本发明涉及视频压缩编解码方法，具体涉及AVS任意帧率编解码实现方法。
背景技术
数字视频广泛应用于数字电视、多媒体存储、视频会议、视频监控、可视电话、移动视频通信等多个方面，在数字电视、多媒体存储等固定信道带宽应用中，通常采用每秒25或30的固定视频编码帧率；但在视频监控、可视电话、移动视频通信等应用领域，信道带宽受限或不固定，这就要求视频采用低帧率编码或可变帧率编码。
目前常见的视频编码国际标准有MPEG-2、MPEG-4、H.263、H.264等和我国具有自主知识产权的AVS标准，为了适应低帧率或可变帧率的视频编码，MPEG-2等国际标准均制定了相应的任意帧率编码方案，但AVS标准却不支持任意帧率编码。
以应用最广泛的MPEG-2为例，为了实现任意帧率编码，MPEG-2以序列头中的frame_rate_code参数标识正常帧率，该参数标识的正常帧率值如表1中的frame_rate_value所示；在序列头扩展中包括frame_rate_extension_d、frame_rate_extension_n两个参数；由frame_rate_value、frame_rate_extension_d、frame_rate_extension_n的组合表示任意帧率，具体表示方法如下：
式中，frame_rate_extension_n为2位无符号数，范围为0～3；frame_rate_extension_d为5位无符号数，范围为0～31。
AVS标准是我国自主制定视频压缩编码标准，强调自主知识产权，已于2006年被批准为国家推荐标准(GB/T 200090.2-2006)，并于2009年7月成为IPTV国际标准的可选视频编码标准，AVS凭借性能先进、价格合理的优势，将成为新一代音视频编码标准已是一个不争的事实。与MPEG-2标准相比，AVS可在相同图像质量情况下节省一半的信道带宽；与H.264标准相比，编码效率基本相当，且在相同图像质量的前提下复杂度更低。
表1帧率代码
| frame_rate_code | frame_rate_value |
| 0000 | 禁止 |
| 0001 | 24000÷1001(23.976...) |
| 0010 | 24 |
| 0011 | 25 |
| 0100 | 30000÷1001(29.97...) |
| 0101 | 30 |
| 0110 | 50 |
| 0111 | 60000÷1001(59.94...) |
| 1000 | 60 |
| 1001～1111 | 保留 |
但是，在现行AVS标准中，AVS以序列头中的frame_rate_code参数标识帧率，该参数标识的帧率如表1中的frame_rate_value所示，与MPEG-2标准相同。但AVS标准不支持帧率扩展，仅支持如表1中frame_rate_value所示的有限几种帧率。
AVS标准中的picture_distance为0到255之间的整数，每帧的picture_distance等于前一帧(显示顺序)的picture_distance加1，再加上当前帧和前一帧之间被跳过的图像帧数(连续两帧间被跳过的帧数应小于32)，最后模256。一个视频序列的第一帧的picture_distance应为0。
综上所述，AVS标准本身只支持表1所示的正常帧率，不支持任意帧率编码，也就不能实现低帧率和可变帧率编码，限制了标准的推广和应用。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于AVS标准的实现任意帧率的编码和解码的方法，使之适应低帧率和可变帧率应用场合。为此，本发明采用如下技术方案：
根据本发明，提供一种对视频序列进行AVS任意帧率编码的方法，该方法包括：
设定期望帧率frame_rate_t，并在AVS标准支持的帧率中选择与该期望帧率相应的标准帧率frame_rate_o，将该标准帧率标记在该视频序列头中；
根据该期望帧率与标准帧率计算视频序列中每帧图像与第1帧图像的距离，第i帧图像与第1帧图像的距离picture_dis tan cei为：
其中fni表示第i帧的帧序号，fni＝i-1，i为大于等于1的整数；
将计算得到的每帧图像的picture_dis tan ce标记在该帧图像的图像头中得到编码的视频序列。
优选地，所述期望帧率根据用户发来的请求设定。
优选地，所述期望帧率根据当前信道带宽设定。
优选地，所述标准帧率的选择方法为：
判断AVS标准支持的帧率中是否存在大于或等于所述期望帧率且为所述期望帧率的整数倍的帧率；
若存在，则选择该期望帧率的最小整数倍的帧率作为标准帧率；
若不存在，则选择大于所述期望帧率且与其整数倍相差最小的帧率作为标准帧率。
根据本发明的另一个方面，提供一种对按照所述对视频序列进行AVS任意帧率编码的方法得到的编码的视频序列进行AVS任意帧率解码的方法，该视频序列的序列头中标记有标准帧率，该视频序列的每帧图像的图像头中标记有该帧图像的picture_dis tan ce，该方法包括：
读取所述标准帧率；
根据所述标记在每帧图像的图像头中的picture_dis_tab ce计算所述视频序列的每连续两帧之间的输出间隔，第(i+1)帧图像与第i帧图像的输出间隔为Δdi，当所述第(i+1)帧图像的picture_dis tan cei+1大于所述第i帧图像的picture_dis tan cei时，Δdi＝picture_dis tan cei+1-picture_dis tan cei，当所述第(i+1)帧图像的picture_dis tan cei+1小于所述第i帧图像的picture_dis tan cei时，Δdi＝256+picture_dis tan cei+1-picture_dis tan cei，i为大于等于1的整数；
依次输出所述视频序列中的每帧图像，对于其中的第i帧图像和第(i+1)帧图像，根据所述标准帧率输出所述第i帧图像，同时判断Δdi是否大于1；
当Δdi＝1时，根据所述标准帧率输出所述第(i+1)帧图像；
当Δdi＞1时，根据所述标准帧率输出所述第i帧图像Δdi-1次后输出所述第(i+1)帧图像。
本发明所提出的任意帧率编码实现方法，使AVS编码标准可以支持标准定义范围外的任意帧率，扩展了AVS标准的应用范围，使之可以适应低帧率和可变帧率的应用场合。本发明不使用特定码字来表示任意帧率，与MPEG-2等标准相比减少了码字，提高压缩效率。
附图说明
图1示出根据本发明实施例的AVS任意帧率编码方法的流程图。
图2示出根据本发明实施例的对编码的视频序列进行AVS任意帧率解码的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述。
图1示出根据本发明实施例的AVS任意帧率编码方法的流程图。
在步骤S11中，设定期望帧率frame_rate_t并在AVS标准支持的帧率中选择与该期望帧率相应的标准帧率frame_rate_o，将该标准帧率标记在该视频序列头中；
在具体实施例中，编码端既可以根据用户发来的请求设定期望帧率，也可以根据当前视频播放环境设定期望帧率。例如当在信道带宽受限的视频监控、可视电话、移动视频通信等领域，发送方可根据检测到的当前信道带宽选择合适的编码帧率，根据本发明设定采用某个AVS标准支持的帧率中所没有的低帧率。
在AVS标准支持的帧率中选择与所述期望帧率相应的标准帧率，优选地可以通过下述方法完成：编码端判断AVS标准支持的帧率中是否存在大于或等于该期望帧率且为该期望帧率的整数倍的帧率；若存在，则选择该期望帧率的最小整数倍的帧率作为标准帧率；若不存在，则选择大于所述期望帧率且与其整数倍相差最小的帧率作为标准帧率。以实现实际帧率为10的AVS编码为例，当前AVS标准不支持，根据本发明，在表1所示的AVS标准支持的帧率中选择大于10且为10的最小整数倍的帧率，则标准帧率选择为30；以实现期望帧率为7的AVS编码为例，在表1所示的AVS标准支持的帧率中不存在大于7且为7的整数倍的帧率，根据本发明，选择大于7且与7的整数倍相差最小的帧率，则标准帧率选择为50。
在步骤S12中，根据所述期望帧率与标准帧率计算每帧图像与第1帧图像的距离picture_dis tan ce。
所述每帧图像的picture_dis tan ce等于所述标准帧率除以所述期望帧率再乘以当前帧图像的帧序号然后取整，最后模256。第i帧图像与第1帧图像的距离picture_dis tan cei的计算公式为：
式中fni表示第i帧的帧序号，等于前一帧(显示顺序)的帧序号加1，再加上当前帧和前一帧之间被跳过的图像帧数，AVS标准规定第一帧的fn1等于0，因此第一帧图像的picture_dis tan ce也为0。frame_rate_t表示期望帧率，frame_rate_o表示所选择的所述期望帧率对应的标准帧率，
表示向下取整，％256表示模256，最后模256是由于AVS标准picture_dis tan ce为8位无符号数。
以实现实际帧率为10的AVS编码为例，根据上文所述的步骤S11，编码端对标准帧率的选择为30，根据本发明，每帧的picture_dis tan cei的计算公式为：
得到每帧的picture_dis tan ce分别为：
0，3，6，9，12，15，18，21，......，255，2，5，8，......
以实现实际帧率为7的AVS编码为例，根据上文所述的步骤S11，发送端对标准帧率的选择为50，根据本发明每帧的picture_dis tan cei的计算公式为：
得到每帧的picture_dis tan ce分别为：
0，7，14，21，28，35，42，50，......，250，1，8，15，......
在步骤S13中，将计算得到的每帧图像的picture_dis tan ce标记在该帧图像的图像头中。
图2示出根据本发明实施例的对编码的视频序列进行AVS任意帧率解码的方法的流程图，该视频序列的序列头中标记有标准帧率，该视频序列的每帧图像的图像头中标记有该帧图像的picture_dis tan ce。
在步骤S21中，读取所述标准帧率。
在步骤S22中，根据所述标记在每帧图像的图像头中的picture_dis tan ce计算所述视频序列的第(i+1)帧图像与第i帧图像的输出间隔Δdi。
AVS标准约定picture_distance的最大值为256，因此在本发明实施例中，当当前帧图像的picture_dis tan cei+1大于其前一帧图像的picture_dis tan cei时，Δdi＝picture_dis tan cei+1-picture_dis tan cei，当当前帧图像的picture_dis tan cei+1小于其前一帧图像的picture_dis tan cei时，Δdi＝256+picture_dis tan cei+1-picture_dis tan cei，i为大于等于1的整数。
以实现实际帧率为10的AVS编码为例，根据上述步骤S12得到每帧的picture_dis tan ce分别为：
0，3，6，9，12，15，18，21，......，255，2，5，8，......
则在本步骤中，计算得到每两帧之间的输出间隔为：
| Δd1 | Δd2 | Δd3 | Δd4 | Δd5 | Δd6 | Δd7 | Δd8 | ...... | Δd85 | Δd86 | Δd87 | ...... |
| 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 | ..... | 3 | 3 | 3 | ...... |
在步骤S23中，依次输出所述视频序列中的每帧图像，对于其中的第i帧图像和第(i+1)帧图像，根据所述标准帧率输出所述第i帧图像，同时判断Δdi是否大于1。
当Δdi＝1时，执行步骤S24，根据所述标准帧率输出所述第(i+1)帧图像；
当Δdi＞1时，执行步骤S25，根据所述标准帧率输出所述第i帧图像Δdi-1次后输出所述第(i+1)帧图像。
以实现实际帧率为10的AVS编码为例具体描述上述步骤S23～S25，首先按照步骤S11中以实现实际帧率为10的AVS编码为例时所得到的标准帧率30输出视频序列的第一帧，同时判断通过步骤S22中得到的Δd1是否大于1，由于Δd1＝3，因此，按照标准帧率30输出第1帧图像2次后，再输出第2帧图像，输出第2帧图像的同时判断Δd2是否大于1，由于Δd2＝3，因此，按照标准帧率30输出第2帧图像2次后，再输出第3帧图像，如此直到输出视频序列完毕。
本发明所提出的任意帧率编码实现方法，使AVS编码标准可以支持标准定义范围外的任意帧率，扩展了AVS标准的应用范围，使之可以适应低帧率和可变帧率的应用场合。本发明不使用特定码字来表示任意帧率，与MPEG-2等标准相比减少了码字，提高压缩效率。
应当理解，以上借助本发明的优选实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。本发明的保护范围仅由随附权利要求书限定。
Claims (5)
1.一种对视频序列进行AVS任意帧率编码的方法，其特征在于，该方法包括：
设定期望帧率frame_rate_t，并在AVS标准支持的帧率中选择与该期望帧率相应的标准帧率frame_rate_o，将该标准帧率标记在该视频序列头中；
根据该期望帧率与标准帧率计算视频序列中每帧图像与第1帧图像的距离，第i帧图像与第1帧图像的距离picture_distancei为： 
其中fni表示第i帧的帧序号，fni=i-1，i为大于等于1的整数，
表示向下取整，%256表示模256；
将计算得到的每帧图像的picture_distance标记在该帧图像的图像头中得到编码的视频序列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述期望帧率根据用户发来的请求设定。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述期望帧率根据当前信道带宽设定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标准帧率的选择方法为：
判断AVS标准支持的帧率中是否存在大于或等于所述期望帧率且为所述期望帧率的整数倍的帧率；
若存在，则选择该期望帧率的最小整数倍的帧率作为标准帧率；
若不存在，则选择大于所述期望帧率且与其整数倍相差最小的帧率作为标准帧率。
5.一种对按照如权利要求1所述的方法得到的编码的视频序列进行AVS任意帧率解码的方法，该视频序列的序列头中标记有标准帧率，该视频序列的每帧图像的图像头中标记有该帧图像的picture_distance，其特征在于，该方法包括：
读取所述标准帧率；
根据所述标记在每帧图像的图像头中的picture_distance计算所述视频序列的每连续两帧之间的输出间隔，第(i+1)帧图像与第i帧图像的输出间隔为Δdi，当所述第(i+1)帧图像的picture_distancei+1大于所述第i帧图像的picture_distancei时，Δdi=picture_distancei+1-picture_distancei，当所述第(i+1)帧图像的picture_distancei+1小于所述第i帧图像的picture_distancei时，Δdi=256+picture_distancei+1-picture_distancei，i为大于等于1的整数；
依次输出所述视频序列中的每帧图像，对于其中的第i帧图像和第(i+1)帧图像，根据所述标准帧率输出所述第i帧图像，同时判断Δdi是否大于1；
当Δdi=1时，根据所述标准帧率输出所述第(i+1)帧图像；
当Δdi>1时，根据所述标准帧率输出所述第i帧图像(Δdi-1)次后输出所述第(i+1)帧图像。
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