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CN109076212A - 码率控制的方法与编码装置 - Google Patents

码率控制的方法与编码装置 Download PDF

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CN109076212A
CN109076212A CN201780018104.7A CN201780018104A CN109076212A CN 109076212 A CN109076212 A CN 109076212A CN 201780018104 A CN201780018104 A CN 201780018104A CN 109076212 A CN109076212 A CN 109076212A
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CN
China
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image
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frame
parameter
complexity
Prior art date
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CN201780018104.7A
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缪泽翔
郑萧桢
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Shenzhen Dajiang Innovations Technology Co Ltd
Original Assignee
Shenzhen Dajiang Innovations Technology Co Ltd
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Publication date
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Abstract

提供一种图像处理方法与装置，该方法包括：接收待编码图像的图像复杂度，该图像复杂度是由与编码器相连的图像处理器获取的；确定该待编码图像的预设编码比特；根据该图像复杂度与该预设编码比特，获得该待编码图像的量化参数；根据该待编码图像的量化参数，对该待编码图像进行编码，可以兼顾码率控制准确度与编码器的计算复杂度。

Description

码率控制的方法与编码装置
技术领域
本申请涉及视频编解码领域，并且更为具体地，涉及一种码率控制的方法与编码装置。
背景技术
视觉信息是人类获取外界信息的最重要来源之一，但是摄像头采集所得未经压缩的原始视频数据占用的存储空间非常巨大，以分辨率为1920×1080、帧率为30帧每秒、时长10分钟的视频为例，在无压缩的情况下存储该视频需要占用104.28G字节的存储空间。为了减少视频存储和传输所占用的带宽，需要对视频数据进行编码压缩处理。
视频编码过程包括预测、变换、码率控制、量化和熵编码等步骤。其中，码率控制在视频编码过程中扮演着非常重要的角色。由于不同视频序列的内容和特征都各不相同，若使用同样的编码参数进行编码就会产生差别很大的输出码率及不同程度的视频失真，为了克服这个问题，就提出了码率控制。
码率控制算法是根据不同视频图像的特征自适应地调整编码参数。通常，基于标准的视频编码器在编码参数的选择方面具有很大的灵活性，编码参数的选择可能对编码后视频码流的码率有很大的影响。码率控制算法可以使得，编码器可以在一系列编码参数集合之间选择合适的编码参数，以实现实际编码比特逼近预先分配的编码比特。
在业界现有的码率控制算法中，有些算法会导致码率控制不准确，有些算法在解决码率控制不准确的同时又会增加编码器的计算复杂度。
因此，需要提出一种可以兼容码率控制准确度与编码器的计算复杂度的编码方法。
发明内容
本申请提供一种码率控制方法与装置，能够在码率控制过程中兼顾码率控制准确度与编码器的计算复杂度。
第一方面，提供一种码率控制的方法，所述方法应用于视频编码器，所述方法包括：接收待编码图像的图像复杂度，所述图像复杂度是由与编码器相连的图像处理器获取的；确定所述待编码图像的预设编码比特；根据所述图像复杂度与所述预设编码比特，获得所述待编码图像的量化参数；根据所述待编码图像的量化参数，对所述待编码图像进行编码。
第二方面，提供一种编码装置，所述编码装置包括：收发单元，用于接收待编码图像的图像复杂度，所述图像复杂度是由与编码器相连的图像处理器获取的；处理单元，用于确定所述待编码图像的预设编码比特；根据所述图像复杂度与所述预设编码比特，获得所述待编码图像的量化参数；根据所述待编码图像的量化参数，对所述待编码图像进行编码。
第三方面，提供一种编码装置，所述编码装置包括存储器和处理器，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行所述存储器存储的指令，并且对所述存储器中存储的指令的执行使得所述处理器执行第一方面提供的方法。
第四方面，提供一种芯片，所述芯片包括处理模块与通信接口，所述处理模块用于控制所述通信接口与外部进行通信，所述处理模块还用于实现第一方面提供的方法。
第五方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机执行时使得所述计算机实现第一方面或第一方面的任一可能的实现方式中的方法。具体地，所述计算机可以为上述**设备。
第六方面，提供一种包含指令的计算机程序产品，所述指令被计算机执行时使得所述计算机实现第一方面提供的方法。
综上所述，本发明实施例在进行码率控制时，通过编码器外部的图像处理器获取图像复杂度，可以将可能出现的大量计算由编码器之外的图像处理器(例如ISP)完成，从而可以降低编码器的计算量和实现复杂度，进而可以避免编码器进行二次编码带来的编码延迟。同时，本发明实施例通过根据图像复杂度与预设编码比特获取量化参数，从而可以在一定程度上保证码率控制精度。因此，本发明实施例的方案可以在不牺牲码率控制精度的前提下，可以降低编码器的计算量和实现复杂度，从而可以提高编码效率。
附图说明
图1是视频编码过程的示意性流程图。
图2是本发明实施例的图像处理系统的示意性框图。
图3是本发明实施例的码率控制的方法的示意性流程图。
图4是本发明实施例中将整帧图像分为若干个图像块的示意图。
图5是本发明实施例中的像素块的示意图。
图6是本发明实施例的码率控制的方法的另一示意性流程图。
图7是本发明实施例的编码装置的示意性框图。
图8是本发明实施例的编码装置的另一示意性框图。
具体实施方式
为了便于理解与描述本申请的方案，下面首先结合图1描述视频编码的过程。
如图1所示，视频编码过程包括预测、变换、量化和熵编码等步骤。这些步骤的解释如下。
预测的其目的在于，利用预测块信息去除当前待编码图像块的冗余信息。预测包括帧内预测和帧间预测两种类型。帧内预测是利用本帧图像的信息获得预测块数据。例如，帧内预测使用当前编码帧的空域信息用于消除冗余信息。帧间预测利用参考帧的信息获得预测块数据。例如，帧间预测可以使用与当前编码帧前后相邻的时域帧信息用于消除冗余信息。帧间预测的过程包括：首先，将待编码图像块划分成若干个子图像块；然后，针对每个子图像块，在参考帧中搜索与当前子图像块最匹配的图像块作为预测块；其后，将该子图像块与该预测块的相应像素值相减得到残差，并将得到的各子图像块对应的残差组合在一起，得到待编码图像块的残差。
在视频编码处理时，仅使用帧内预测模式的视频帧被称为I帧；可以使用前向参考帧进行帧间预测的视频帧称为P帧；可以拥有双向参考帧的视频帧称为B帧。
变换的目的在于去除图像块的冗余信息。具体地，可以使用变换矩阵去除图像块的残差的相关性，即去除图像块的冗余信息，以便提高编码效率。图像块中数据块的变换通常采用二维变换，即将数据块的残差信息分别与一个变换矩阵及其转置矩阵相乘，相乘之后得到的是变换系数。
量化的目的在于，根据变化系数得到量化系数。具体地，根据量化参数对变换系数进行量化，得到对应的量化系数。
熵编码的目的在于，通过对量化系数进行熵编码，得到比特流。
如图1所示，在编码过程中，还会包括反量化和反变换等步骤。反量化指的就是与量化过程相反的过程。反变换指的就是与变换过程相反的过程。
编码端在完成图像编码后，会将熵编码得到的比特流及进行编码后的编码模式信息，如帧内预测模式、运动矢量信息等，进行存储或发送到解码端。
在解码端，获得熵编码比特流之后，首先，对该比特流进行熵解码，得到相应的残差；然后，根据解码得到的运动矢量或帧内预测等编码模式信息，获得预测图像块；最后，根据预测图像块与图像块的残差得到当前子图像块中各像素点的值。
在视频编码过程中，除了上述的预测、变换、量化与熵编码等步骤外，码率控制也扮演着非常重要的角色。
不同的视频序列其内容和特征都各不相同。若使用同样的编码参数对不同的视频序列进行编码，会产生差别很大的输出码率以及不同程度的视频失真。为了克服这个问题，需要根据不同视频图像的特征自适应地调整编码参数，这个调整编码参数的过程就称为码率控制。
码率控制的目的是，通过动态地调整编码参数，在保证一定图像质量的前提下使压缩后的视频码流能通过固定带宽的信道实时传输，或是满足特定时间内压缩后码流文件必须要小于某个规定尺寸的约束。
通常，码率控制算法可分为以下两步实现：
第一步，在各个编码层次编码前预先分配编码比特。
编码层次从高到底依次为：图片组(group of pictures，GOP)级、单视频帧级及基本子图像块级。
在这一步中，也会考虑编码器缓冲区的占满程度。
第二步，在每个编码层次的编码过程中，通过调整编码参数，以使得实际编码比特与第一步预先分配的编码比特相吻合。
码率控制过程中动态调整的编码参数包括：帧内预测的方向模式，帧间预测的运动矢量，量化过程中的量化参数等编码参数。
在量化过程中，通过量化参数实现变换系数的缩放，输入变换系数，输出量化系数，该过程如下公式所示：
其中，quantizedCoeff表示量化系数；transformedCoeff表示变换系数；QP表示量化参数；f(QP)表示量化步长，是由量化参数QP决定的标量。
由于量化系数进入熵编码器中会进一步编码成二进制码流，且编码量化系数的比特量在整个视频编码成的码流中占比非常高，而量化系数的幅值范围受控于量化步长，量化步长由量化参数直接确定，因此量化参数的大小将决定视频帧编码后输出码率的大小。在其他编码参数固定的情况下，较大的量化参数通常会导致编码器编码相同视频时输出较小的码率，反之较小的量化参数会导致编码器编码相同视频时输出较大的码率。
因此，在码率控制过程中，频繁使用的编码参数之一是量化参数。
在业界现有的码率控制算法中，为了提高码率控制的准确性，在编码器开始编码之前，通过预处理获得一些图像的特征信息用于码率控制。但是，在编码前，编码器执行预处理的过程会带来编码延迟，从而影响编码器的运行速度，不利于实时编码实现。
针对上述问题，本申请提出一种码率控制的方法与编码装置，可以兼顾码率控制准确度与编码器的计算复杂度。
在本申请中，首先，将图像复杂度引入码率控制算法。其次，由编码器外部的图像处理器，例如图像信号处理器(image signal processor，ISP)生成待编码图像的图像复杂度信息。
由于无需编码器执行图像复杂度的计算，因此，可以避免为编码器引入额外的计算复杂度和编码耗时。同时，由于视频信号在经摄像头采集后，再传输到视频编码器之前，会首先经过图像处理器(例如ISP)的处理，因此，由图像处理器生成图像复杂度信息，不会在图像处理系统中引入额外的部件。
图2是本发明实施例的图像处理系统的架构示意图。该系统包括图像处理器210和编码装置220。编码装置220包括预测模块221、变换模块222、码率控制模块223、量化模块224与熵编码模块225。
图像处理器210用于，接收待编码的图像序列，计算其图像复杂度，并将图像复杂度输入到码率控制模块223中。
具体地，图像处理器210为ISP。
预测模块221用于，接收待编码的图像序列，对其进行预测，获得对应的残差信号。
变化模块222用于，接收预测模块221输出的残差信号，对其进行变换，获得对应的变换参数。
码率控制模块用于，223根据预设编码比特与从图像处理器210获取的图像复杂度，获得对应的量化参数。
量化模块224用于，接收变化模块222的变换参数以及码率控制模块223输出的量化参数，并利用量化参数对变化参数进行量化，获得对应的量化系数。
熵编码模块225用于，接收量化模块224输出的量化系数，并对量化系数进行熵编码，获得编码比特流。
如图2所示，系统中还包括反变换模块和反量化模块。反变换模块的功能与变换模块的功能相反。反量化模块的功能与量化模块的功能相反。
在本发明实施例中，通过编码器外部的图像处理器计算图像复杂度，在图像编码过程中，利用该图像复杂度进行码率控制。一方面，在一定程度上保证码率控制精度；另一方面，将可能出现的大量计算由编码器外部的图像处理器完成，可以降低编码器的计算和实现复杂度。
图3是本发明实施例的码率控制的方法的示意性流程图。该方法可以由视频编码器执行，例如由图2中所示的编码装置220执行。如图3所示，该方法包括如下步骤。
310，接收待编码图像的图像复杂度，该图像复杂度是由与编码器相连的图像处理器获取的。
具体地，图像处理器获取待编码图像的图像复杂度，然后，编码器从图像处理器接收待编码图像的图像复杂度。该图像处理器位于编码器的外部。例如，该图像处理器为ISP。
具体地，该待编码图像的图像复杂度是根据该待编码图像的纹理信息得到的。应理解，通过计算图像的纹理信息得到的图像复杂度可以表征该图像的信息量。或者，该待编码图像的图像复杂度是根据该待编码图像内区域像素的波动剧烈程度确定的，即该待编码图像的图像复杂度表示该待编码图像内区域像素的波动剧烈程度。
320，确定该待编码图像的预设编码比特。
具体地，预设编码比特指，在图像编码之前，预先分配的编码比特。
330，根据该图像复杂度与该预设编码比特，获得该待编码图像的量化参数。
应理解，图像复杂度可以表征编码前图像的信息量，而预设编码比特表示经编码压缩后图像的信息量，因此通过结合图像复杂度及预设编码比特的方法计算量化参数是合理有效的。
340，根据该待编码图像的量化参数，对该待编码图像进行编码。
应理解，上述步骤310至步骤330属于码率控制过程。具体地，步骤310至步骤330可以由编码器内部的码率控制模块执行，步骤340可以由编码器内部的编码模块(例如，实现熵编码的模块)执行。
本发明实施例在进行码率控制时，通过编码器外部的图像处理器获取图像复杂度，可以将可能出现的大量计算由编码器之外的图像处理器(例如ISP)完成，可以降低编码器的计算量和实现复杂度，从而可以避免编码器的编码延迟影响编码器的运行速度，进而有利于实现实时编码。同时，本发明实施例通过根据图像复杂度与预设编码比特获取量化参数，从而可以在一定程度上保证码率控制精度。因此，本发明实施例的方案可以在不牺牲码率控制精度的前提下，可以降低编码器的计算量和实现复杂度，从而可以提高编码效率。
可选地，在一些实施例中，待编码图像为图像帧中的一个图像块。
具体地，编码器在对一帧图像进行编码时，首先将整帧图像分为若干个64×64的图像块，如图4所示，将一帧图像划分为128个图像块，图4中每个块表示一个大小为64×64的图像块。然后，编码器按顺序依次对每个图像块进行编码。
可选地，在一些实施例中，待编码图像也可以直接是一帧图像。
为了便于描述与理解，下文以待编码图像为图像帧中的一个图像块为例进行描述，但本发明实施例对此不作限定。
可选地，在一些实施例中，该待编码图像所在的图像帧为I帧。
具体地，在视频编码处理时，仅使用帧内预测模式的视频帧被称为I帧。
由于编码时I帧图像的残差信号是由帧内图像信号预测产生的，因此通过获取帧内图像的复杂度信息用于码率控制算法是有益的。
可选地，在一些实施例中，该待编码图像所在的图像帧为P帧。
具体地，在视频编码处理时，使用前向参考帧进行帧间预测的视频帧称为P帧。
可选地，在一些实施例中，步骤330具体包括：利用第一函数模型计算该量化参数，该第一函数模型中不包括指数运算，该第一函数模型的自变量包括该图像复杂度与该预设编码比特。
可选地，在一些实施例中，该第一函数模型只包括对数运算、乘法运算、加法和/或减法运算，该第一函数模型的自变量包括该图像复杂度与该预设编码比特。
具体地，本发明实施例中提及的对数运算可以为各种形式的对数运算，例如，以e为底的对数运算，以10为底的对数运算，或者，是以其他数值为底数的对数运算，本发明实施例对此不作限定。
可选地，在一些实施例中，该第一函数模型中的系数包括以下至少一个参数：作乘法运算的第一参数、作乘法运算的第二参数以及作加法和/或减法运算的第三参数，该第一参数、该第二参数与该第三参数均为用于码率控制的参数。
具体地，该第一参数、该第二参数与该第三参数为编码器内部的码率控制模块自有的码率控制参数。
具体地，利用第一函数模型计算该编码图像的量化参数，包括：根据如下公式计算该编码图像的量化参数：
QP＝A1·log(complexity)+A2·log(targetBits)+B(2)
其中，QP表示所述量化参数，complexity表示所述图像复杂度，targetBits表示所述预设编码比特，A1表示所述第一参数，A2表示所述第二参数，B表示所述第三参数，log( )表示对数运算。
可选地，在一些实施例中，第一参数A1和第二参数A2的绝对值相同。
可选地，在一些实施例中，待编码图像的图像复杂度是根据该待编码图像的纹理信息得到的。换句话说，编码器外部的图像处理器(例如ISP)根据图像的纹理信息计算图像复杂度。
具体地，假设该待编码图像包括M个像素块，该像素块的大小为N×N，M与N均为正整数，该待编码图像的图像复杂度为SADj为M个像素块中第j个像素块的像素差绝对值之和，且Avej为该第j个像素块的像素平均值，且 表示该第j个像素块中的像素。
作为一个示例，一幅完整图像(记为图像帧)划分为若干个大小为64×64的图像块。以分辨率为1920×1080的图像帧为例，可划分为510(30×17)个图像块。以大小为2×2的像素块作为计算图像复杂度的最小单位，如图5中所示的由四个像素x0、x1、x2、x3组成的像素块。应理解，一个图像块中包括1024个像素块。
首先，根据如下公式计算一个像素块的像素平均值average2×2：
average2×2＝(x0+x1+x2+x3)/4 (3)
其次，根据如下公式计算该像素块的像素差绝对值之和SAD2×2：
其中，xi表示该像素块中第i个像素的像素值。
然后，根据如下公式计算一个图像块的图像复杂度complexity64×64：
其中，SAD2x2i表示该图像块中的第i个像素块的像素差绝对值之和。
换句话说，通过将同一个图像块中所有像素块的像素差绝对值之和SAD2×2相加，获得该图像块的图像复杂度。
图像帧的图像复杂度可由该图像帧内的所有图像块的图像复杂度相加获得。
图像块的图像复杂度可称为块级图像复杂度。图像帧的图像复杂度可称为帧级图像复杂度。
应理解，上述结合图5的描述仅为示例而非限定。实际应用中，可以根据具体情况确定用于计算图像复杂度的最小单位。
可选地，在一些实施例中，待编码图像的图像复杂度表示待编码图像内区域像素的波动剧烈程度。
作为一种可选实现方式，待编码图像的图像复杂度是通过频域计算方法获得。
例如，图像处理器通过统计待编码图像的离散(正)余弦变换或哈达玛变换的变换系数，确定待编码图像的图像复杂度。
作为另一种可选实现方式，待编码图像的图像复杂度是通过像素域计算方法获得。
例如，图像处理器通过计算待编码图像内像素的方差或标准差，确定待编码图像的图像复杂度。
可选地，在一些实施例中，待编码图像为图像帧中的一个图像块，步骤320具体包括：根据帧级预设编码比特、帧级图像复杂度以及该待编码图像的图像复杂度，确定该待编码图像的预设编码比特，其中，帧级预设编码比特表示该图像帧的预设编码比特，帧级图像复杂度指的是该图像帧内所有图像块的图像复杂度之和。
具体地，假设该待编码图像为图像帧中的第i个图像块，根据如下公式计算该待编码图像的预设编码比特targetBitsi：
其中，targetBits表示帧级预设编码比特，complexityi表示图像帧中的第i个图像块(即该待编码图像)的图像复杂度，∑jcomplexityj表示帧级图像复杂度，即图像帧内所有图像块的图像复杂之和。
具体地，计算图像复杂度的过程请参见结合图5的描述，这里不再赘述。
具体地，本实施例中的图像帧为I帧。
可选地，可以在编码开始之前，预先为图像帧中的每个图像块分配预设编码比特。
可选地，在一些实施例中，待编码图像为图像帧中的一个图像块，该图像帧为P帧，步骤320具体包括：根据该P帧的帧级预设比特与第一系数的乘积确定该待编码图像的预设比特，其中，该第一系数是根据以下至少一项确定的：该P帧的总体图像复杂度、该P帧内所有图像块的权重之和、该待编码图像的图像复杂度、该待编码图像的权重以及该P帧的帧级预设比特，其中，该权重由该P帧的码率控制参数确定。
具体地，该第一系数是根据该待编码图像的图像复杂度占该P帧的总体图像复杂度的比例与第二系数的乘积，与该待编码图像的权重占该P帧内所有图像块的权重之和的比例与第三系数的乘积之和确定的，其中，该第二系数和该第三系数均大于0，且第二系数和第三系数的和等于1。
作为一个示例，假设该待编码图像为图像帧中的第i个图像块，根据如下公式计算该待编码图像的预设编码比特targetBitsi：
其中，targetBits表示帧级预设编码比特；complexityi表示该图像帧中的第i个图像块(即该待编码图像)的图像复杂度；∑jcomplexityj表示帧级图像复杂度，即该图像帧内所有图像块的图像复杂度之和；weighti表示图像帧中第i个图像块(即该待编码图像)的权重，∑jweightj表示该图像帧内所有图像块的权重之和；C1表示第二系数，C2表示第三系数。例如，第二系数C1为1/4，第三系数C2为3/4。本示例中，图像块的权重是按照P帧的码率控制参数确定的权重。
具体地，计算图像复杂度的过程请参见结合图5的描述，这里不再赘述。
可选地，可以在编码开始之前，预先为图像帧中的每个图像块分配预设编码比特。
从公式(6)和公式(7)可知，在本申请提供的方案中，针对I帧与P帧，确定预设编码比特的方法不同。换句话说，在I帧编码时使用的码率控制策略与在P帧编码时使用的码率控制策略不同，这样有利于提高码率控制的准确度，理由如下。
由于I帧不依赖时域的参考信息来产生预测残差，因此在编码I帧时得到的残差信息表示的是某编码子块与与其空间相邻图像间的差异。而编码P帧时得到的残差信息更多地表示当前编码帧与参考帧在时域上的差异。换句话说，在I帧编码和P帧编码时得到的残差信息不同，对应地，在码率控制时，针对I帧与P帧的码率控制策略也应该相应不同。在业界现有的一些码率控制算法中，在I帧编码时使用的是与P帧相同的码率控制策略，这种做法会导致码率控制不准确，从而影响编码后视频的质量。
因此，本申请通过采用不同的码率控制策略处理I帧编码与P帧编码，从而可以提高码率控制准确性。
可选地，在某些实施例中，该待编码图像为该待编码图像所在的图像帧中的一个图像块，该方法还包括：根据该图像帧的帧级图像复杂度与帧级预设编码比特，获取该图像帧的量化参数。步骤340具体包括：根据该待编码图像的量化参数与该图像帧的量化参数的大小关系，确定用于对该待编码图像进行编码的量化参数，然后利用最终确定的量化参数对该待编码图像进行编码。
可选地，在某些实施例中，该待编码图像的量化参数在该图像帧的量化参数的范围内，步骤340具体包括：根据该待编码图像的量化参数，对该待编码图像进行编码。
可选地，在某些实施例中，该待编码图像的量化参数不在该图像帧的量化参数的范围内，步骤340具体包括：将该待编码图像的量化参数剪裁至该图像帧的量化参数的范围内，根据该剪裁之后的该待编码图像的量化参数对该待编码图像进行编码。
可选地，在一些实施例中，该待编码图像表示整帧图像中的图像块。换句话说，以图像块为最小编码单位进行整帧图像的编码。
具体地，先将整帧图像划分为若干个图像块，然后按顺序依次对每个图像块按照步骤310至步骤340进行编码，当完成图像帧内所有图像块的编码时，完成整帧图像的编码。
可选地，在一些实施例中，在完成该待编码图像所在的图像帧的编码后，该方法还包括：根据该图像帧的帧级实际编码比特与帧级预设编码比特，更新该第三参数，该帧级实际编码比特表示该图像帧的实际编码比特，该帧级预设编码比特表示该图像帧的帧级预设编码比特。
具体地，根据第二函数模型，获得更新后的第三参数，该第二函数模型的自变量包括该帧级实际编码比特、该帧级预设编码比特、以及更新之前的第三参数，该第二函数模型包括以下至少一种运算：对数运算、乘法运算、加法和/或减法运算。
作为一个示例，根据如下公式获得更新的第三参数Bnew：
Bnew＝Bold+k·A1·(log(actualBits)-log(targetBits)) (8)
其中，表示更新之前的第三参数，即上一个完成编码的图像帧所采用的第三参数；表示第一参数；k表示更新速率，例如可以取为经验值2；actualBits表示帧级实际编码比特；targetBits表示帧级预设编码比特。
应理解，码率控制参数A1(即第一参数)、码率控制参数B(即第三参数)为编码器内部码率控制模块自有的参数，为使码率控制模块更适应不同视频图像的特点，在编码过程中，每完成一帧图像的编码后，码率控制参数B会根据帧级实际编码比特与帧级预设编码比特的差距进行自适应迭代更新。
本实施例，通过在完成一帧图像的编码后，迭代更新码率控制参数，从而可以使得编码器内的码率控制模块更适应不同视频图像的特点，这样可以提高码率控制的准确性。
应理解，本文中描述的各个公式仅为示例而非限定。例如，公式中的参数或系数可以根据实际需求确定。
图6是本发明实施例的图像编码方法的另一示意性流程图，该方法由编码器执行。在本实施例的描述中，将图像块的图像复杂度、预设编码比特、实际编码比特、量化参数分别记为：块级图像复杂度、块级预设编码比特、块级实际编码比特、块级量化参数。将整帧图像的图像复杂度、预设编码比特、实际编码比特、量化参数分别记为：帧级图像复杂度、帧级预设编码比特、帧级实际编码比特、帧级量化参数。如图6所示，该方法包括如下步骤。
6001，从图像处理器获取块级图像复杂度，该图像处理器位于编码器的外部。
6002，确定块级预设编码比特。
6003，根据步骤6001确定的块级图像复杂度与步骤6002确定的块级预设编码比特，并结合码率控制参数(如上文实施例中的第一参数、第二参数与第三参数)，计算块级量化参数。
6004，从图像处理器获取帧级图像复杂度。
6005，确定帧级预设编码比特。
6006，根据步骤6004确定的帧级图像复杂度与步骤6005确定的帧级预设编码比特，并结合码率控制参数(如上文实施例中的第一参数、第二参数与第三参数)，计算帧级量化参数。
6007，判断步骤6003得到的块级量化参数是否在步骤6006得到的帧级量化参数的范围内，若是，转到步骤6008，若否，转到步骤6009。
6008，将步骤6003得到的块级量化参数剪裁至步骤6006得到的帧级量化参数的一定范围内，转到步骤6009。
6009，将最终得到的块级量化参数输入量化模块中进行图像块的编码。
具体地，若步骤6007的判断结果为是，则将步骤6003得到的块级量化参数输入量化模块中；若步骤6007的判断结果为否，则将步骤6008中经过剪裁之后的块级量化参数输入量化模块中。
6010，判断是否完成当前一帧完整图像的编码，若是，转到步骤6011，若否，转到步骤6012。
6011，根据当前完成编码的图像帧的帧级实际编码比特与帧级预设编码比特，更新步骤6006中采用的码率控制参数。转到步骤6006。
具体地，更新如上文实施例中描述的第三参数，详见上文相关描述，这里不再赘述。
6012，根据当前完成编码的图像块的块级实际编码比特与块级预设编码比特，为下一个待编码的图像块分配块级预设编码比特。转到步骤6002。
具体地，在一个图像块编码完成后，可以根据该图像块的实际编码比特与预设编码比特的差值，为下一个待编码的图像块分配预设编码比特。
应理解，通过设置帧级量化参数与块级量化参数，可以在保证码率控制精度的同时使得一帧内的图像质量稳定。
还应理解，上述过程中的步骤6001、步骤6002、步骤6004、步骤6005之间没有严格的顺序关系。
综上所述，本发明实施例在进行码率控制时，通过编码器外部的图像处理器获取图像复杂度，可以将可能出现的大量计算由编码器之外的图像处理器(例如ISP)完成，从而可以降低编码器的计算量和实现复杂度，进而可以避免编码器进行二次编码带来的编码延迟。同时，本发明实施例通过根据图像复杂度与预设编码比特获取量化参数，从而可以在一定程度上保证码率控制精度。因此，本发明实施例的方案可以在不牺牲码率控制精度的前提下，可以降低编码器的计算量和实现复杂度，从而可以提高编码效率。
上文描述了本申请的方法实施例，下文将描述本申请的装置实施例。应理解，装置实施例的描述与方法实施例的描述相互对应，因此，未详细描述的内容可以参见前面方法实施例，为了简洁，这里不再赘述。
图7为本发明实施例提供的编码装置700的示意性框图，该编码装置700包括：
收发单元710，用于接收待编码图像的图像复杂度，该图像复杂度是由与编码器相连的图像处理器获取的；
处理单元720，用于确定该待编码图像的预设编码比特；根据该图像复杂度与该预设编码比特，获得该待编码图像的量化参数；根据该待编码图像的量化参数，对该待编码图像进行编码。
可选地，在一些实施例中，该处理单元720具体用于，利用第一函数模型计算该量化参数，该第一函数模型只包括对数运算、乘法运算、加法和/或减法运算，该第一函数模型的自变量包括该图像复杂度与该预设编码比特。
可选地，在一些实施例中，该第一函数模型中的系数包括以下至少一个参数：作乘法运算的第一参数、作乘法运算的第二参数以及作加法和/或减法运算的第三参数，该第一参数、该第二参数与该第三参数均为用于码率控制的参数。
可选地，在一些实施例中，该第一函数模型为：该图像复杂度的对数运算值与该第一参数的乘积、该预设编码比特的对数运算值与该第三参数的乘积、与该第二参数的和。
可选地，在一些实施例中，该第一参数和该第二参数的绝对值相同。
可选地，在一些实施例中，在完成该待编码图像所在的图像帧的编码后，该处理单元720还用于：根据该图像帧的帧级实际编码比特与帧级预设编码比特，更新该第三参数，该帧级实际编码比特表示该图像帧的实际编码比特，该帧级预设编码比特表示该图像帧的帧级预设编码比特。
可选地，在一些实施例中，该处理单元720具体用于，根据第二函数模型，获得更新后的第三参数，该第二函数模型的自变量包括该帧级实际编码比特、该帧级预设编码比特、以及更新之前的第三参数，该第二函数模型包括以下至少一种运算：对数运算、乘法运算、加法和/或减法运算。
可选地，在一些实施例中，该第二函数模型为：该帧级实际编码比特的对数运算值与该帧级预设编码比特的对数运算值之差与更新速率值以及该第一参数的乘积，与更新之前的第三参数的和。
可选地，在一些实施例中，该待编码图像为该待编码图像所在的图像帧中的一个图像块；该处理单元720具体用于，根据该图像帧的帧级预设编码比特、该图像帧的帧级图像复杂度以及该待编码图像的图像复杂度，确定该待编码图像的预设编码比特。
可选地，在一些实施例中，该处理单元720具体用于，根据该待编码图像的图像复杂度占该图像帧的帧级图像复杂度的比例，与该图像帧的帧级预设编码比特的乘积，确定该待编码图像的预设编码比特。
可选地，在一些实施例中，该待编码图像为该待编码图像所在的图像帧中的一个图像块；该处理单元720还用于，根据该图像帧的图像复杂度与帧级预设编码比特，获取该图像帧的量化参数；在对该待编码图像进行编码时，该处理单元720具体用于，当该待编码图像的量化参数在该图像帧的量化参数的范围内时，根据该待编码图像的量化参数，对该待编码图像进行编码。
可选地，在一些实施例中，在对该待编码图像进行编码时，该处理单元720具体用于，当该待编码图像的量化参数不在该图像帧的量化参数的范围内时，将该待编码图像的量化参数剪裁至该图像帧的量化参数的范围内，根据该剪裁之后的该待编码图像的量化参数对该待编码图像进行编码。
可选地，在一些实施例中，该待编码图像所在的图像帧为I帧。
可选地，在一些实施例中，该待编码图像所在的图像帧为P帧，该待编码图像为该P帧中的一个图像块；该处理单元720具体用于，根据该P帧的帧级预设比特与第一系数的乘积确定该待编码图像的预设比特，其中，该第一系数是根据以下至少一项确定的：该P帧的总体图像复杂度、该P帧内所有图像块的权重之和、该待编码图像的图像复杂度、该待编码图像的权重以及该P帧的帧级预设比特，其中，该权重由该P帧的码率控制参数确定。
可选地，在一些实施例中，该处理单元720具体用于，该第一系数是根据该待编码图像的图像复杂度占该P帧的总体图像复杂度的比例与第二系数的乘积，与该待编码图像的权重占该P帧内所有图像块的权重之和的比例与第三系数的乘积之和确定的，其中，该第二系数和该第三系数均大于0，且第二系数和第三系数的和等于1。
可选地，在一些实施例中，该待编码图像的图像复杂度是根据该待编码图像的纹理信息得到的。
可选地，在一些实施例中，该待编码图像的图像复杂度表示该待编码图像内区域像素的波动剧烈程度。
可选地，在一些实施例中，该待编码图像的图像复杂度是通过统计该待编码图像的离散正/余弦变换或哈达玛变换的变换系数获得的。
可选地，在一些实施例中，该待编码图像的图像复杂度是通过计算该待编码图像内的像素的方差或标准差获得的。
可选地，在一些实施例中，该图像处理器为图像信号处理器ISP。
本实施例中的处理单元710具体包括：码率控制单元、预测单元，变换单元，反变换单元，量化单元，反量化单元，熵编码单元。其中，码率控制单元用于实现码率控制，为量化单元提供量化参数。具体地，码率控制单元用于从图像处理器接收图像复杂度，然后根据图像复杂度与预设编码比特，计算量化参数。
如图8所示，本发明实施例还提供一种编码装置800，处理器810与存储器820，该存储器820用于存储指令，该处理器810用于执行该存储器820存储的指令，并且对该存储器820中存储的指令的执行使得，该处理器810用于执行上文方法实施例的方法。
具体地，该编码装置800还包括收发器830，用于从外部的图像处理器(例如ISP)接收图像复杂度信息。
本发明实施例还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被计算机执行时使得，该计算机执行上文方法实施例的方法。
本发明实施例还提供一种包含指令的计算机程序产品，其特征在于，该指令被计算机执行时使得计算机执行上文方法实施例的方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其他任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如数字视频光盘(digital video disc，DVD))、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的编码装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (43)

1.一种码率控制的方法，其特征在于，所述方法应用于视频编码器，所述方法包括：
接收待编码图像的图像复杂度，所述图像复杂度是由与编码器相连的图像处理器获取的；
确定所述待编码图像的预设编码比特；
根据所述图像复杂度与所述预设编码比特，获得所述待编码图像的量化参数；
根据所述待编码图像的量化参数，对所述待编码图像进行编码。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述图像复杂度与所述预设编码比特，获得所述待编码图像的量化参数，包括：
利用第一函数模型计算所述量化参数，所述第一函数模型只包括对数运算、乘法运算、加法和/或减法运算，所述第一函数模型的自变量包括所述图像复杂度与所述预设编码比特。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一函数模型中的系数包括以下至少一个参数：作乘法运算的第一参数、作乘法运算的第二参数以及作加法和/或减法运算的第三参数，所述第一参数、所述第二参数与所述第三参数均为用于码率控制的参数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一函数模型包括：所述图像复杂度的对数运算值与所述第一参数的乘积、所述预设编码比特的对数运算值与所述第三参数的乘积、与所述第二参数的和。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述第一参数和所述第二参数的绝对值相同。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，在完成所述待编码图像所在的图像帧的编码后，所述方法还包括：
根据所述图像帧的帧级实际编码比特与帧级预设编码比特，更新所述第三参数，所述帧级实际编码比特表示所述图像帧的实际编码比特，所述帧级预设编码比特表示所述图像帧的帧级预设编码比特。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述图像帧的帧级实际编码比特与帧级预设编码比特，更新所述第三参数，包括：
根据第二函数模型，获得更新后的第三参数，所述第二函数模型的自变量包括所述帧级实际编码比特、所述帧级预设编码比特、以及更新之前的第三参数，所述第二函数模型包括以下至少一种运算：对数运算、乘法运算、加法和/或减法运算。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二函数模型包括：所述帧级实际编码比特的对数运算值与所述帧级预设编码比特的对数运算值之差与更新速率值以及所述第一参数的乘积，与更新之前的第三参数的和。
9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述待编码图像为所述待编码图像所在的图像帧中的一个图像块；
所述确定所述待编码图像的预设编码比特，包括：
根据所述图像帧的帧级预设编码比特、所述图像帧的帧级图像复杂度以及所述待编码图像的图像复杂度，确定所述待编码图像的预设编码比特。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述确定所述待编码图像的预设编码比特，具体包括：
根据所述待编码图像的图像复杂度占所述图像帧的帧级图像复杂度的比例，与所述图像帧的帧级预设编码比特的乘积，确定所述待编码图像的预设编码比特。
11.根据权利要求1至5、9或10中任一项所述的方法，其特征在于，所述待编码图像为所述待编码图像所在的图像帧中的一个图像块；
所述方法还包括：
根据所述图像帧的图像复杂度与帧级预设编码比特，获取所述图像帧的量化参数；
所述根据所述待编码图像的量化参数，对所述待编码图像进行编码，包括：
当所述待编码图像的量化参数在所述图像帧的量化参数的范围内时，根据所述待编码图像的量化参数，对所述待编码图像进行编码。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述根据所述待编码图像的量化参数，对所述待编码图像进行编码，还包括：
当所述待编码图像的量化参数不在所述图像帧的量化参数的范围内时，将所述待编码图像的量化参数剪裁至所述图像帧的量化参数的范围内，根据所述剪裁之后的所述待编码图像的量化参数对所述待编码图像进行编码。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，所述待编码图像所在的图像帧为I帧。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待编码图像所在的图像帧为P帧，所述待编码图像为所述P帧中的一个图像块；
所述确定所述待编码图像的预设编码比特，包括：
根据所述P帧的帧级预设比特与第一系数的乘积确定所述待编码图像的预设比特，其中，所述第一系数是根据以下至少一项确定的：所述P帧的总体图像复杂度、所述P帧内所有图像块的权重之和、所述待编码图像的图像复杂度、所述待编码图像的权重以及所述P帧的帧级预设比特，其中，所述权重由所述P帧的码率控制参数确定。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述第一系数是根据所述待编码图像的图像复杂度占所述P帧的总体图像复杂度的比例与第二系数的乘积，与所述待编码图像的权重占所述P帧内所有图像块的权重之和的比例与第三系数的乘积之和确定的，其中，所述第二系数和所述第三系数均大于0，且所述第二系数和第三系数的和等于1。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述待编码图像的图像复杂度是根据所述待编码图像的纹理信息得到的。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其特征在于，所述待编码图像的图像复杂度表示所述待编码图像内区域像素的波动剧烈程度。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述待编码图像的图像复杂度是通过统计所述待编码图像的离散正/余弦变换或哈达玛变换的变换系数获得的。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述待编码图像的图像复杂度是通过计算所述待编码图像内的像素的方差或标准差获得的。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的方法，其特征在于，所述图像处理器为图像信号处理器ISP。
21.一种编码装置，其特征在于，包括：
收发单元，用于接收待编码图像的图像复杂度，所述图像复杂度是由与编码器相连的图像处理器获取的；
处理单元，用于确定所述待编码图像的预设编码比特；根据所述图像复杂度与所述预设编码比特，获得所述待编码图像的量化参数；根据所述待编码图像的量化参数，对所述待编码图像进行编码。
22.根据权利要求21所述的编码装置，其特征在于，所述处理单元具体用于，利用第一函数模型计算所述量化参数，所述第一函数模型只包括对数运算、乘法运算、加法和/或减法运算，所述第一函数模型的自变量包括所述图像复杂度与所述预设编码比特。
23.根据权利要求22所述的编码装置，其特征在于，所述第一函数模型中的系数包括以下至少一个参数：作乘法运算的第一参数、作乘法运算的第二参数以及作加法和/或减法运算的第三参数，所述第一参数、所述第二参数与所述第三参数均为用于码率控制的参数。
24.根据权利要求23所述的编码装置，其特征在于，所述第一函数模型包括：所述图像复杂度的对数运算值与所述第一参数的乘积、所述预设编码比特的对数运算值与所述第三参数的乘积、与所述第二参数的和。
25.根据权利要求23或24所述的编码装置，其特征在于，所述第一参数和所述第二参数的绝对值相同。
26.根据权利要求22至25中任一项所述的编码装置，其特征在于，在完成所述待编码图像所在的图像帧的编码后，所述处理单元还用于：
根据所述图像帧的帧级实际编码比特与帧级预设编码比特，更新所述第三参数，所述帧级实际编码比特表示所述图像帧的实际编码比特，所述帧级预设编码比特表示所述图像帧的帧级预设编码比特。
27.根据权利要求26所述的编码装置，其特征在于，所述处理单元具体用于，根据第二函数模型，获得更新后的第三参数，所述第二函数模型的自变量包括所述帧级实际编码比特、所述帧级预设编码比特、以及更新之前的第三参数，所述第二函数模型包括以下至少一种运算：对数运算、乘法运算、加法和/或减法运算。
28.根据权利要求27所述的编码装置，其特征在于，所述第二函数模型包括：所述帧级实际编码比特的对数运算值与所述帧级预设编码比特的对数运算值之差与更新速率值以及所述第一参数的乘积，与更新之前的第三参数的和。
29.根据权利要求21至25中任一项所述的编码装置，其特征在于，所述待编码图像为所述待编码图像所在的图像帧中的一个图像块；
所述处理单元具体用于，根据所述图像帧的帧级预设编码比特、所述图像帧的帧级图像复杂度以及所述待编码图像的图像复杂度，确定所述待编码图像的预设编码比特。
30.根据权利要求29所述的编码装置，其特征在于，所述处理单元具体用于，根据所述待编码图像的图像复杂度占所述图像帧的帧级图像复杂度的比例，与所述图像帧的帧级预设编码比特的乘积，确定所述待编码图像的预设编码比特。
31.根据权利要求21至25、29或30中任一项所述的编码装置，其特征在于，所述待编码图像为所述待编码图像所在的图像帧中的一个图像块；
所述处理单元还用于，根据所述图像帧的图像复杂度与帧级预设编码比特，获取所述图像帧的量化参数；
在对所述待编码图像进行编码时，所述处理单元具体用于，当所述待编码图像的量化参数在所述图像帧的量化参数的范围内时，根据所述待编码图像的量化参数，对所述待编码图像进行编码。
32.根据权利要求31所述的编码装置，其特征在于，在对所述待编码图像进行编码时，所述处理单元具体用于，当所述待编码图像的量化参数不在所述图像帧的量化参数的范围内时，将所述待编码图像的量化参数剪裁至所述图像帧的量化参数的范围内，根据所述剪裁之后的所述待编码图像的量化参数对所述待编码图像进行编码。
33.根据权利要求21至32中任一项所述的编码装置，其特征在于，所述待编码图像所在的图像帧为I帧。
34.根据权利要求21所述的编码装置，其特征在于，所述待编码图像所在的图像帧为P帧，所述待编码图像为所述P帧中的一个图像块；
所述处理单元具体用于，根据所述P帧的帧级预设比特与第一系数的乘积确定所述待编码图像的预设比特，其中，所述第一系数是根据以下至少一项确定的：所述P帧的总体图像复杂度、所述P帧内所有图像块的权重之和、所述待编码图像的图像复杂度、所述待编码图像的权重以及所述P帧的帧级预设比特，其中，所述权重由所述P帧的码率控制参数确定。
35.根据权利要求34所述的编码装置，其特征在于，所述第一系数是根据所述待编码图像的图像复杂度占所述P帧的总体图像复杂度的比例与第二系数的乘积，与所述待编码图像的权重占所述P帧内所有图像块的权重之和的比例与第三系数的乘积之和确定的，其中，所述第二系数和所述第三系数均大于0，且所述第二系数和第三系数的和等于1。
36.根据权利要求21至35中任一项所述的编码装置，其特征在于，所述待编码图像的图像复杂度是根据所述待编码图像的纹理信息得到的。
37.根据权利要求21至36中任一项所述的编码装置，其特征在于，所述待编码图像的图像复杂度表示所述待编码图像内区域像素的波动剧烈程度。
38.根据权利要求37所述的编码装置，其特征在于，所述待编码图像的图像复杂度是通过统计所述待编码图像的离散正/余弦变换或哈达玛变换的变换系数获得的。
39.根据权利要求37所述的编码装置，其特征在于，所述待编码图像的图像复杂度是通过计算所述待编码图像内的像素的方差或标准差获得的。
40.根据权利要求21至39中任一项所述的编码装置，其特征在于，所述图像处理器为图像信号处理器ISP。
41.一种编码装置，其特征在于，包括：存储器与处理器，所述存储器用于存储指令，所述处理器用于执行所述存储器存储的指令，并且对所述存储器中存储的指令的执行使得，所述处理器用于执行如权利要求1至20中任一项所述的方法。
42.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机执行时使得，所述计算机执行如权利要求1至20中任一项所述的方法。
43.一种包含指令的计算机程序产品，其特征在于，所述指令被计算机执行时使得计算机执行如权利要求1至20中任一项所述的方法。
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