專利名稱：基于并行編碼的統計復用方法
技術領域：
本發明提供了一種基于并行編碼的統計復用方法，具體涉及一種利用編碼器并行編碼輸出不同碼率的碼流，通過對這些碼流進行優化選擇的技術實現高效的碼流統計復用方法。
背景技術：
多頻道電視節目中的音頻和視頻在傳輸過程需要經過以下兩個層次的復用I.節目級的復用在編碼系統中，視頻和音頻信號經過編碼后生成各自的基本碼流ES(Elemertary Stream),這些ES流和相關同步數據復用在一起構成一路實際的單節目傳輸流TS (Transport Stream),這個過程稱作節目級復用。 2.系統級的復用是在多路TS流間的復用，一般在獨立的復用器或統計復用器中實現。目前，在衛星、地面和有線電視傳送的視頻節目中，為了提高頻譜使用效率，統計復用和編碼器的組合已經成為一種通用的做法。典型的統計復用主要有兩種I.閉環統計復用依靠嚴格的、直接的編碼器控制，優化了系統帶寬的整體性能。2.開環統計復用依靠速率變換，改變視頻流的比特率，從而達到統計復用的目的。閉環統計復用可實現隨意連續的碼率調整，但是要求編碼器集中配置及相互參考，對編碼器和環境要求極高，系統復雜度很高，而且會增加系統延遲；而開環統計復用雖可以允許編碼器分散配置和實現實時碼率調整，但是會改變編碼器原始輸出碼流的質量。本發明基于高速IP的網絡，能夠把閉環統計復用的優點和開環統計復用的優點組合在一起，目的是把分布配置編碼器組織到一個實用統計復用框架中，繼而整合集中式編碼器控制的優越性能，來維持緊耦合性高自由度的統計復用器的效率。本發明所述的統計復用就是屬于系統級的復用，是經過優化及改良的開環統計復用方法，使用本發明實現的系統簡單、結構統一、即時性高，集合了開環及閉環統計復用的優點。
發明內容
為了便于說明，本文約定“Pn”表示第n套節目、“EncPn”表示編碼第n套節目的編碼器、“Pc”表示符合當前選用碼率的碼流、“Ph”表示比Pc高的碼流、“P1”表示比Pc低的碼流、“Ps”表示挑選的碼流、“Mux”表示節目級復用、“MMux”表示系統級復用(如圖I所示)。本發明的目的是提供一種新的方法，使得在不改變現有編碼器的情況下，通過對編碼器配置不同碼率輸出，并通過集中式統計決策復用控制實現對多節目流的統計復用，可以對現有的頭端系統進行改造，利用最小開銷實現最大優化，可結合編碼器的控制和在復用器中加入碼率調整功能，實現更高性能的統計復用。本發明提供的技術方案如下一種基于并行編碼的統計復用方法，應用于多路電視節目的復用，包括如下步驟(流程參圖2)
I)根據總體帶寬要求，預先為每一路節目的編碼器配置一個初始的碼率設置；2)在多路節目的系統復用端啟動多路節目動態碼率分配模塊，該模塊通過統計分析各路節目在緩存中的狀態，并根據應用設置的節目優先級要求，對每一路節目的編碼器輸出碼率給出新的碼率設置要求，并把新的設置要求反饋給每一路的編碼器；3)每一路的編碼器根據新的碼率設置要求輸出最接近要求碼率的碼流給下一級多路統計復用模塊；4)多路統計復用模塊接收上一級按新的碼率要求得到的碼流進行多路統計復用，形成高質量平滑的多節目復用流；5)重復執行步驟2)-4)，直到得到統計復用節目的完整播出。所述的統計復用方法，其特征是，步驟I) _2)，執行如下操作(參圖I所示)Al)根據總帶寬和節目優先級給所有節目分配適當的碼率值Pc (例如高優先級節目可以比低優先級節目高出25 %的碼率)，同時根據碼率值Pc，分別選擇高碼率值Ph和低碼率值Pl (例如，Ph比Pc高25%，Pl比Pc低25%)；A2)將Pc，Ph，Pl三個碼率設置到相應的三個編碼器并同時開始編碼，相當于使用三個編碼器并行編碼同一節目但是碼率不同，三個編碼器保持同步輸出，通過高速IP網絡接入到統計復用模塊中，統計復用模塊每次接收到三個編碼器輸出的同一內容但不同碼率的數據，統計復用器根據不同節目的優先級從三組數據中選擇合適的一組，并將所選擇的編碼碼率的值(Pc、Ph或Pl)反饋給編碼器。所述的統計復用方法，其特征是，進一步執行如下操作A3)如果編碼器帶有統計復用反饋及響應機制，對于從統計復用器反饋回來的碼率值(Pc或Ph或Pl)作出判斷如果反饋回來的碼率值是Pc，表示沒有變化，這時編碼器不做調整；否則，把碼率值重新調整為Pc，并計算出新的Ph和P1，然后將新的Ph，Pc, Pl設置到編碼器中，編碼器根據新的碼率設定值繼續下一組編碼并輸出到統計復用器中。所述的統計復用方法，其特征是，統計復用器對多路節目對應編碼器輸出的不同碼率(Pc，Ph和Pl)的數據進行選擇的方法如下(參圖I所示)BI)多路節目的數據先存儲在緩沖區中，對于所有節目碼率值為Pc的碼流，如果當前多路節目的總碼率在最大帶寬以內，則選擇所有節目碼率值為Pc的碼流，否則按照以下規則挑選適當的碼流a)當出現峰值超出帶寬限制的上限時，根據峰值超出部分的值，按照優先級從低到高的順序，依次選擇節目流碼率值為Pl的碼流；b)當出現峰值超低的區域時，根據峰值超出部分的值，按照優先級從高到低的順序，依次選擇節目流碼率值為Ph的碼流，其中，所述峰值超低指的是當前總碼率與帶寬上限的差距大于某一路選擇了 Pc碼率的數據與其Ph碼率之差(比如總碼率是3. 5Mbps，帶寬上限是4Mbps，其中一路選擇Pc的節目，其 Pc 是 1Mbps, Ph 是 I. 4Mbps, (4-3. 5) > (I. 4-1))；B2)根據選擇的碼流的碼率，從高速IP網絡中挑選帶寬大于等于總碼率且差距最小的碼率通道，并把最接近設定碼率的碼流及新的碼率參數統一發送給系統級復用模塊。
所述的統計復用方法，其特征是，進一步包括，B3)對于出現異常的通道，多路節目動態碼率分配模塊重復步驟BI)和B2)，直到挑選到合適碼流。所述的統計復用方法，其特征是，在把挑選的節目流進行系統級復用的過程中，執行如下操作Cl)對挑選的不同節目的碼流進行系統級復用；C2)如果編碼器可以接收復用器的反饋并做相應的處理，則把當前選用的碼率值和期望的碼率值傳送給編碼器；C3)如果復用器加入碼率重調(比如通過更改視頻基本流的量化參數來修改相應視頻基本流的碼率)的功能，對于一些經過并行編碼優選節目后，還有帶寬瓶頸的節目流，則對相應的視頻基本流進行碼率重新調整，以達到更好的統計復用效果。所述的統計復用方法，其特征是，步驟A2)中，采用從復用器反饋的方法，實現對編碼器的自動設置。所述的統計復用方法，其特征是，步驟B2中，采用變碼率的方法改變某些節目的碼率，從而減少節目挑選的頻繁性。本發明的有益效果利用本發明提供的技術方案，可以在不改變現有頭端系統的情況下，通過優化傳統復用器的方法，提高了帶寬利用的效率和圖像主觀質量。
圖I本發明的系統原理圖。圖2本發明所述方法的流程圖。
具體實施例方式下面通過實例對本發明做進一步的說明。實施例編碼器以AVS為例，同時適用H. 264、MPEG4等編碼標準。假定一個應用場景，在一個頭端系統中，有4個AVS編碼器，分別編碼4套節目，包括CCTV1、CCTV5、CCTVlO, CCTV12，其中CCTV5為高優先級節目，通過本發明的方法，在不改變現有頭端系統的情況下，充分利用6M帶寬的情況下實現圖像主觀質量的最優化。方法是把6M帶寬分配到4個節目中，根據優先級別安排，給CCTVl分配I. 8M、CCTV5分配2M、CCTVlO分配I. 2M、CCTV12分配I. 0M，根據這些要求，給對應的編碼器分別設置四種不同的碼率，CCTVl編碼器設置2. OMU. 8M、1. 5M、1. 2M，CCTV5編碼器設置2. 5M、
2.2M、2. OMU. 8M, CCTVl 編碼器設置 I. 6M、1. 4M、1. 2M、1. 0M, CCTVl 編碼器設置 I. 4M、1. 2M、I. 0M、0. 8M。通過本發明的并行編碼的統計復用方法，在確保CCTV5的帶寬要求的情況下，綜合優選各編碼器的適當碼流輸出，同時，如果其他優選條件都使用過的情況下，還確保不了CCTV5分配帶寬，也可以適當降低CCTV5的帶寬分配，同樣，如果可以從其他碼率中剩余更多的帶寬，也可以讓CCTV5分配比額定分配更高的帶寬，同步本發明的方法，最終選擇出一種優先方案，比如CCTVl編碼器輸出I. 5M、I. 2M，CCTV5編碼器設置2. 5M，CCTVl編碼器設置、I.OM, CCTVl編碼器設置I. 0M。最后，通過本發明的并行編碼的統計復用方法，對所選的優選碼流進行系統級復用，輸出優選的統計復用碼流。
也可以根據優選方案，加入自動統計技術碼率和自動設置碼率的機制，實現更高級別的統計復用。
權利要求
1.一種基于并行編碼的統計復用方法，應用于多路電視節目的復用，包括如下步驟 1)根據總體帶寬要求，預先為每一路節目的編碼器配置一個初始的碼率設置； 2)在多路節目的系統復用端啟動多路節目動態碼率分配模塊，該模塊通過統計分析各路節目在緩存中的狀態，并根據應用設置的節目優先級要求，對每一路節目的編碼器輸出碼率給出新的碼率設置要求，并把新的設置要求反饋給每一路的編碼器； 3)每一路的編碼器根據新的碼率設置要求輸出最接近要求碼率的碼流給下一級多路統計復用模塊； 4)多路統計復用模塊接收上一級按新的碼率要求得到的碼流進行多路統計復用，形成高質量平滑的多節目復用流； 5)重復執行步驟2)_4)，直到得到統計復用節目的完整播出。
2.如權利要求I所述的統計復用方法，其特征是，步驟I)_2)，執行如下操作 Al)根據總帶寬和節目優先級給所有節目分配適當的碼率值Pc，同時根據碼率值Pc，分別選擇高碼率值Ph和低碼率值Pl ； A2)將Pc，Ph，Pl三個碼率設置到相應的三個編碼器并同時開始編碼，相當于使用三個編碼器并行編碼同一節目但是碼率不同，三個編碼器保持同步輸出，通過高速IP網絡接入到統計復用模塊中，統計復用模塊每次接收到三個編碼器輸出的同一內容但不同碼率的數據，統計復用器根據不同節目的優先級從三組數據中選擇合適的一組，并將所選擇的編碼碼率的值反饋給編碼器。
3.如權利要求2所述的統計復用方法，其特征是，進一步執行如下操作 A3)如果編碼器帶有統計復用反饋及響應機制，對于從統計復用器反饋回來的碼率值作出判斷如果反饋回來的碼率值是Pc，表示沒有變化，這時編碼器不做調整；否則，把碼率值重新調整為Pc，并計算出新的Ph和Pl，然后將新的Ph，Pc，Pl設置到編碼器中，編碼器根據新的碼率設定值繼續下一組編碼并輸出到統計復用器中。
4.如權利要求3所述的統計復用方法，其特征是，統計復用器對多路節目對應編碼器輸出的不同碼率的數據進行選擇的方法如下 BI)多路節目的數據先存儲在緩沖區中，對于所有節目碼率值為Pc的碼流，如果當前多路節目的總碼率在最大帶寬以內，則選擇所有節目碼率值為Pc的碼流，否則按照以下規則挑選適當的碼流a)當出現峰值超出帶寬限制的上限時，根據峰值超出部分的值，按照優先級從低到高的順序，依次選擇節目流碼率值為Pl的碼流；b)當出現峰值超低的區域時，根據峰值超出部分的值，按照優先級從高到低的順序，依次選擇節目流碼率值為Ph的碼流，其中，所述峰值超低指的是當前總碼率與帶寬上限的差距大于某一路選擇了 Pc碼率的數據與其Ph碼率之差； B2)根據選擇的碼流的碼率，從高速IP網絡中挑選帶寬大于等于總碼率且差距最小的碼率通道，并把最接近設定碼率的碼流及新的碼率參數統一發送給系統級復用模塊。
5.如權利要求4所述的統計復用方法，其特征是，進一步包括， B3)對于出現異常的通道，多路節目動態碼率分配模塊重復步驟BI)和B2)，直到挑選到合適碼流。
6.如權利要求5所述的統計復用方法，其特征是，在把挑選的節目流進行系統級復用的過程中，執行如下操作Cl)對挑選的不同節目的碼流進行系統級復用； C2)如果編碼器可以接收復用器的反饋并做相應的處理，則把當前選用的碼率值和期望的碼率值傳送給編碼器； C3)如果復用器加入碼率重調的功能，對于一些經過并行編碼優選節目后，還有帶寬瓶頸的節目流，則對相應的視頻基本流進行碼率重新調整，以達到更好的統計復用效果。
7.如權利要求2所述的統計復用方法，其特征是，步驟A2)中，采用從復用器反饋的方法，實現對編碼器的自動設置。
8.如權利要求4所述的統計復用方法，其特征是，步驟B2中，采用變碼率的方法改變某些節目的碼率，從而減少節目挑選的頻繁性。
全文摘要
一種基于并行編碼的統計復用方法，包括根據總體帶寬要求預先為每一路節目的編碼器配置一個初始碼率；在系統復用端統計分析各路節目在緩存中的狀態，并根據應用設置的節目優先級要求，對每一路節目的編碼器輸出碼率給出新的碼率設置要求，并把新的設置要求反饋給每一路的統計編碼器；每一路的統計編碼器根據新的碼率設置要求輸出最接近要求碼率的碼流給下一級多路統計復用模塊；多路統計復用模塊接收上一級按新的碼率要求得到的碼流進行多路統計復用，形成高質量平滑的多節目復用流；重復上述步驟直到得到統計復用節目的完整播出。本發明在不改變現有頭端系統的情況下，通過優化傳統復用器的方法，提高了帶寬利用的效率和圖像主觀質量。
文檔編號H04N7/26GK102724491SQ20121020343
公開日2012年10月10日 申請日期2012年6月15日 優先權日2012年6月15日
發明者李革, 袁磊 申請人:北京博雅華錄視聽技術研究院有限公司