一种GOP级的QP‑Offset设置方法技术

本发明专利技术提供一种GOP级的QP‑Offset设置方法，属于视频处理技术领域，特别涉及所有支持随机访问(Random Access，RA)结构条件下的量化参数设置方法。本发明专利技术通过分析RA结构下GOP之间的参考关系(可转义为当前GOP对后续GOP的影响强度)，用GOP的影响强度衰减因子刻画GOP的不同重要性，以此作为分配GOP级QP‑Offset的依据。本发明专利技术在原有帧级分层QP‑Offset技术基础上可进一步消除时域冗余信息。由HEVC，AVS2两个平台上实验可知，本发明专利技术在不增加时间复杂度的基础上，进一步节省比特，提升编码性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于视频处理
，特别涉及所有支持随机访问（RandomAccess，RA) 结构下GOP级的量化参数设置方法。
技术介绍
近年来，人们对高清，超高清视频的需求越来越旺盛，故更高的压缩效率的诉求也 越来越多。目前主流的编码器仍采用传统的混合编码框架，主要包括预测、变换、量化、滤 波、熵编码几部分组成。 视频序列由若干时间连续的图像构成，编码中可以将视频序列分割成若干个图像 组（GroupofPicturesG0P)来进行。随机访问（Random_access，RA)编码结构为时域分层 结构（HierarchicalBstructure，HBP)，通常情况下以8帧为一个G0P，并周期性地插入一 个随机访问帧（CleanRandomAccess，CRA)。按解码顺序，两个I帧的间隔为一个BIG-G0P， 通常一个BIG-G0P中会包含多个G0P。 量化可实现变换系数多对一映射，视频编码通过优化量化参数获得压缩性能，但 同时也引入量化失真。量化参数（QuantizationParameter，QP)和率失真优化拉格朗日系 数Lambda的设置是否得宜将直接关系到编码性能的优劣。HEVC定义的QP值变化范围是 ，AVS-2定义的QP值变化范围是，Lambda值的计算是根据每个Slice的帧类 型、深度、QP值、QPfactor值而计算获得，可以理解为在确定的编码情景下，当QP值给定 时，Lambda值也将被计算得出。 为消除帧间的时域冗余信息，采用帧级的QP偏移技术（即QP-Offset)以提升编 码性能。目前的编码器以基础QP值（QPBase)加上帧级QP-〇ITsct( )完成当前帧的QP 值设定，如公式（1)所示：(1)其中，1表示第i帧在G0P中所处的层级。 基于编码效率和图像质量的综合考虑，RA结构下，I-帧使用基础QP值，同时在一 个G0P中为不同层级的B/P帧给定不同的QP-Offset值，如图1所示，为8帧4层的G0P制 定了偏移量以^二，分别为 1(layer0)、2(layer1)、3(layer2)、4(layer3)。 RA编码需要周期性插入随机访问帧（CleanRandomAccess，CRA)即I-帧图像， 以此提供随机访问点，并为后续G0P提供高质量的参考帧，与此同时，新插入的I-帧在很大 概率上将阻隔当前G0P与前一个G0P的参考关系，故G0P所处位置的不同其重要性也是不 同的。但是，RA编码结构下的帧级分层QP-〇ffset技术只考虑了G0P内部的帧间相关性， 尚未考虑到G0P之间的参考相关性。
技术实现思路
为提升编码效率，本专利技术提出了一种针对RA结构下的GOP级QP-Offset设置调节 方法，支持基于RA结构的所有配置。 本专利技术具体采用如下技术方案： -种G0P级的QP-Offset设置方法，其流程如图2所示，具体包括以下步骤： 步骤1.初始化； 步骤1-1.定义一个BIG-G0P包含n个G0P并从零开始编号至n-1 ; 定义GOP级的QP-Offset表示为以，则公式（1)中的帧级QP值计算将修改为 如公式⑵所示：(2) 其中，QPjgRA编码结构下的第i帧图像的量化参数QP，k表示帧i所属G0P在 其BIG-G0P中的位置编号，kG，1表示帧i在其所属的G0P中所处的层级位置； 步骤1-2.在单个G0P的内部，帧间参考关系均是确定及固定的，本专利技术不涉及G0P 内部的参考关系； 针对跨G0P的参考关系，本专利技术将参考关系由低至高依次定义为直接参考即一级 参考，间接参考即二级参考，三级参考、四级参考、五级参考......的参考级别的定义以此类 推，跨G0P直接参考和间接参考关系如图3所示，其中实线表示直接参考，虚线表示间接参 考：帧8直接参考帧P0C0,帧P0C9直接参考帧P0C8,就意味着帧P0C9经过帧P0C8间 接参考了帧P0C0,当直接参考确定时，间接参考关系也将被确定； 步骤1-3.本方法定义权重因子a以衡量直接参考的影响强度，〇〈a〈1，本方法中 不失一般性取a值为1/2;随着参考关系级数t的增加，参考的影响强度将衰减，参考关 系级数为t时的影响强度w(t)定义如公式（3)所示： w(T) =aT，T=l，2，..，m (3) 其中，m为最尚参考关系级数； 针对需要处理的RA编码结构，其中一个BIG-G0P中的每一个G0P的按步骤 2至步骤4所述方法进行设置； 步骤2.统计每一个G0P的参考关系数EN(t); 编号为k的GOP中的所有帧被其他GOP的帧的t级参考的总数记为Nk(T)，例如 该G0P所有帧被其他G0P的帧一级参考总数记为Nk(l)、二级参考总数记为Nk(2)、三级参考 总数记为Nk(3); 在参考关系数的统计过程中，若该GOP中的某一帧A分别通过两个不同参考级数 被其他G0P的某一帧B参考，则在统计该G0P的参考关系数时，只统计帧A与帧B的最低 参考关系而不记录其他级别的参考关系，以图4为例：帧P0C24直接参考帧P0C8,同时帧 P0C24经过帧P0C16间接参考帧P0C8,此时若统计G0P-1的参考关系数，应将"帧P0C24 直接参考帧P0C8"计入相应的Nk(l)，且不将"帧P0C24经过帧P0C16间接参考了帧P0C 8"统计入Nk⑵；步骤3.编号为k的G0P总影响强度Wk如公式⑷所示：(4) 定义GOP影响强度衰减梯度因子AWi如公式（5)所示： Affi= |ffi=2, 3,......，n-2，n-l (5) 步骤4.本专利技术建立了GOP的影响强度衰减梯度因子与GOP级QP-Offset之间的 映射关系，以G0P的影响强度衰减梯度因子AWi刻画G0P的重要性，影响强度越大说明当 前G0P的重要性越大，衰减梯度因子越大说明影响强度减弱越多，重要性越低，故可以此作 为分配G0P级QP-Offset的依据；G0P的重要性呈现单调减小的规律，S卩：当小时， 可认为当前G0P影响强度仍然很强；当△W/变大时，说明G0P的重要性减弱，故分配G0P级 的QP-Offset呈现递增的规律，具体分配方法如下： 步骤4-1.将-化到区间记为AW__i，如公式（6)所示： 八1加^= (AW「AW2V(AWn_「AW2) (6) 步骤4-2.综合编码质量和图像质量综合考虑，定义GOP级QP-Offset即以的 可调节范围为; 本专利技术不考虑BIG-G0P中G0P数目小于等于2的情况，本专利技术中不做G0P级 QP-Offset的修改； 若一个BIG-G0P中G0P的数目等于3,定义G0P级QP-Offset的可调节范围为 :直接定义前两个G0P的G0P级QP-Offset为零，第三个G0P的G0P级QP-Offset为 1 ; 若BIG-G0P中G0P的数目大于4,则执行步骤4-3至步骤4-4; 若BIG-G0P中G0P的数目等于4,此时G0P的影响强度均较小，为保证编码质量对 BIG-G0P的前两个G0P不做偏移量改变，即BIG-G0P中前两个G0P的均设置为零，剩 余G0P的偏移量以爲了,设置规则如下：(1)若AW__# 〇?1，则编码为i的G0P的 为1。 ⑵若AW__，〇? 1，则编号为i的G0P的^设为2 ; 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GOP级的QP‑Offset设置方法，具体包括以下步骤：步骤1.初始化；步骤1‑1.定义一个完整BIG‑GOP包含n个GOP并从零开始编号至n‑1；定义GOP级的QP‑Offset表示为帧级QP值计算如公式(2)所示：QPi=QPBase+QPOffsetBase(k)+QPOffsetPic(l)---(2)]]>其中，QPi指RA编码结构下的第i帧图像的量化参数QP，k表示帧i所属GOP在其BIG‑GOP中的位置序号，k∈[0，n‑1]，l表示帧i在其所属的GOP中所处的层级位置；步骤1‑2.针对跨GOP的参考关系，将参考关系由低至高依次定义为直接参考即一级参考，间接参考即二级参考，三级参考、四级参考、五级参考……的参考级别的定义以此类推；步骤1‑3.定义权重因子α以衡量直接参考的影响强度，0<α<1，随着参考关系级数τ的增加，参考的影响强度将衰减，参考关系级数为τ时的影响强度w(τ)定义如公式(3)所示：w(τ)＝ατ,τ＝1,2,..,m          (3)其中，m为最高参考关系级数；针对需要处理的RA编码结构，其中一个BIG‑GOP中的每一个GOP的按步骤2至步骤4所述方法进行设置；步骤2.统计每一个GOP的参考关系数∑N(τ)；编号为k的GOP中的所有帧被其他GOP的帧的τ级参考的总数记为Nk(τ)；在参考关系数的统计过程中，若该GOP中的某一帧A分别通过两个不同参考级数被其他GOP的某一帧B参考，则在统计该GOP的参考关系数时，只统计帧A与帧B的最低参考关系而不记录其他级别的参考关系；步骤3.编号为k的GOP总影响强度Wk如公式(4)所示：Wk=Στ=1mwk(τ)·Nk(τ)=Στ=1mατ·Nk(τ)---(4)]]>定义GOP影响强度衰减梯度因子ΔWi如公式(5)所示：ΔWi＝|Wi‑Wi‑1|,i＝2,3,……,n‑2,n‑1      (5)步骤4.GOP级的QP‑Offset呈现递增的规律，其具体分配方法如下：步骤4‑1.将ΔWi归一化到[0，1]区间记为ΔWnorm–i，如公式(6)所示：ΔWnorm‑i＝(ΔWi‑ΔW2)/(ΔWn‑1‑ΔW2)          (6)步骤4‑2.综合编码质量和图像质量综合考虑，定义GOP级QP‑Offset即的可调节范围为[0,2]；本专利技术对BIG‑GOP中GOP数目小于等于2的情况，不做GOP级的QP‑Offset的修改；若BIG‑GOP中GOP的数目等于3，定义GOP级QP‑Offset的可调节范围为[0,1]：直接定义前两个GOP的GOP级QP‑Offset为零，第三个GOP的GOP级QP‑Offset为1；若BIG‑GOP中GOP的数目大于4，则执行步骤4‑3至步骤4‑4；若BIG‑GOP中GOP的数目等于4，此时GOP的影响强度均较小，为保证编码质量,对BIG‑GOP的前两个GOP不做偏移量改变，即BIG‑GOP中前两个GOP的均设置为零，剩余GOP的偏移量设置规则如下：(1)若ΔWnorm–i≤0.1，则编码为i的GOP的为1。(2)若ΔWnorm–i>0.1，则编号为i的GOP的设为2；步骤4‑3.设定自定义极小值ε，其取值范围为(0，0.1)；若BIG‑GOP中GOP的数目大于4，则I‑帧所在的GOP即BIG‑GOP中编号为零的GOP分配的GOP级QP‑Offset设置为零；若编号为3即第四个GOP的ΔWnorm–i<ε，则编号为1和2即第二、三个GOP的设置为零，否则设置为1；剩余GOP对应的偏移量按本步骤4‑4所述的设置规则进行设置；步骤4‑4.BIG‑GOP中剩余GOP的GOP级QP‑Offset的设置规则如下：(1)若ΔWnorm–i<ε，则编号为i的GOP的设为0；(2)若ε≤ΔWnorm–i≤0.1，则编号为i的GOP的设为1；(3)若ΔWnorm–i>0.1，则编号为i的GOP的设为2；步骤4‑5.针对需要处理的RA编码结构，按上述方法可得到对每一个BIG‑GOP中的每一个GOP的由此实现RA编码结构的GOP级的QP‑Offset设置。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱策，徐丽英，周益民，王勇，钟敏，高艳博，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51