一种融合图像特征的码率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种融合图像特征的码率控制方法，其在帧层帧内目标比特分配时充分考虑了图像的图像复杂度以及每个像素点的目标比特，图像复杂度高的图像得到了更多的目标比特，使编码码率利用更充分，质量更加稳定；在帧层帧间目标比特分配时充分考虑了图像组内图像之间的图像复杂度，使得图像复杂度高的图像分配了更多的目标比特；在最大编码单元层根据最大编码单元所在的帧的帧类型，使用不同的码率控制策略，使得目标比特分配过程更加兼顾图像的特征；优点是利用本发明专利技术方法的编码重建视频的峰值信噪比提高了0.04～0.67dB，码率控制精度提高到了0.00～8.49kb/s。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种码率控制技术，尤其是涉及。
技术介绍
随着数字视频和显示技术的快速发展，高清以及超高清视频逐渐步入人们的视 野，作为新一代视频技术的发展方向，其将应用于家庭影院、视频会议、网络视频等领域。然 而，未经压缩的高清以及超高清视频含有巨大的数据量，网络带宽的限制已成为制约其广 泛应用的瓶颈，为此，国际电信联盟视频编码专家组联合国际电工委员会运动图像专家组 开发了新一代视频编码标准--高效视频编码（High Efficiency Video Coding，HEVC)， 该编码标准相对于a 264/AVC，能提升一倍以上的压缩效率。 HEVC依旧沿用H. 264的混合编码框架，即预测编码、变换过程、量化和熵编码，预 测编码主要是为了消除时间域和空间域的相关性；变换过程主要是对残差进行变换编码以 消除空间相关性；熵编码则是用来消除统计上的冗余度。然而，一方面，在编码过程中，如果 使用固定的量化参数进行编码，则会使得单位时间内产生的比特会随着视频内容的变化有 很大的不同；另一方面，网络的复杂性，不同网络的带宽差异很大，会造成视频在网络中传 输的不稳定性，当码率小于通信信道所允许的带宽时，通信信道带宽没有被充分的利用，用 户不能获得最优的视频质量；当码率大于通信信道所允许的带宽时，视频传输过程中会产 生丢包现象，造成视频序列不完整传输。因此，在视频编码传输中需进行码率控制，码率控 制的目的就是在给定带宽的情况下根据视频内容来调节量化参数，获得与通信信道带宽相 匹配的码率。HEVC现有的码率控制算法包括两个步骤：比特分配；量化参数计算。比特分配过 程分为三层即图像组（GroupofPicture，G0P)层、帧层和最大编码单元（LargestCoding Unit，LCU)层。在GOP层是将用户设定的目标比特平均分到每个图像组；在帧层根据预设 的权重将GOP层的目标比特分配到每一帧；在最大编码单元层，根据一次运动估计后的预 测误差将帧层的目标比特分配到每个最大编码单元，然后计算其编码的量化参数。但是，这 种码率控制算法没有考虑到视频图像的特征，只是简单地按照平均的方法进行目标比特分 配，也没有考虑到不同类型的帧编码方式也有很大区别，一种码率控制策略不能适用所有 类型的帧，这种码率控制算法的码率控制精度不够高，编码出来的视频质量的稳定性也不 够高，导致图像复杂度很高的区域没有分配合理的码率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供，其能够有 效地保证码率控制的精度，且能够有效地提高编码视频的质量。 本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种融合图像特征的码率控制方 法，其特征在于包括以下步骤： ①将YUV颜色空间且未经压缩的HEVC彩色视频序列分为图像组，然 后将HEVC彩色视频序列中当前待处理的第i个图像组定义为当前图像组；其中，视频序列中的图像组的长度，符号"L」"为向下取整符号，i的初始值为1，K i < N% ②利用一个缓冲窗将用户设定的目标比特数分配给当前图像组，将分配给当前图定的目标比特数，f表示HEVC彩色视频序列的帧率，SW表示缓冲窗的大小，Nused表示HEVC 彩色视频序列中已编码的彩色图像的总帧数，Rused表示HEVC彩色视频序列中已编码消耗的 目标比特数； ③将当前图像组中当前待处理的第j帧彩色图像定义为当前帧，其中，j的初始值 为1，1彡j彡N gop; ④将当前图像组的目标比特数分配给当前帧，将分配给当前帧的目标比特数W和H对应表示HEVC彩色视频序列中的彩色图像的宽和高，表示当前图像组中 已编码消耗的目标比特数，表示当前图像组中的所有彩色图像的图像复杂度之和， 表示当前图像组中未编码的所有彩色图像的权重之和，表示当前帧的权重； ⑤将当前帧中当前待处理的第k个最大编码单元定义为当前最大编码单元；其彩色视频序列中的彩色图像的宽和高； ⑥将当前帧的目标比特数分配给当前最大编码单元，将分配给当前最大编 码单元的目标比特数记为€#，如果当前最大编码单元所在的彩色图像为I帧，则 已编码消耗的目标比特数，洛表示当前最大编码单元的复杂度，表示当前帧中 未编码的所有最大编码单元的复杂度之和，/4#表示ffivc彩色视频序列中时域上先于当 前帧、与当前帧时域上最近、与当前帧属于同一级别的已编码的彩色图像中与当前最大编 码单元相同坐标位置的最大编码单元的残差梯度值，表示HEVC彩色视频序列中时 域上先于当前帧、与当前帧时域上最近、与当前帧属于同一级别的已编码的彩色图像中从 与当前最大编码单元相同坐标位置的最大编码单元开始至最后一个最大编码单元的残差 梯度值之和； ⑦根据当前最大编码单元的目标比特数，计算当前最大编码单元的量化参数，记 为QpUk，如果当前最大编码单元所在的彩色图像为I帧，则先计算当前最大编码单元的参数； ⑧令k = k+1，然后将当前帧中下一个待处理的最大编码单元作为当前最大编码 单元，再返回步骤⑥继续执行，直至当前帧中的所有最大编码单元编码完毕；其中，k = k+1 中的"="为赋值符号； ⑨令j = j + 1，然后将当前图像组中下一帧待处理的彩色图像作为当前帧，再返 回步骤④继续执行，直至当前图像组中的所有彩色图像的目标比特数分配完毕；其中，j = j+1中的"="为赋值符号； ⑩令i = i+1，然后将HEVC彩色视频序列中下一个待处理的图像组作为当前图像 组，再返回步骤②继续执行，直至HEVC彩色视频序列中的所有图像组的目标比特数分配完 毕；其中，i = i+1中的"="为赋值符号。 所述的步骤②中取SW = 40。 所述的步骤④中当前帧的图像复杂度的计算过程为：的彩色图像的宽和高，（u，V)表示HEVC彩色视频序列中的彩色图像中的像素点的坐标位 置，在此取0彡u彡W-2, 0彡V彡H-2, Iu，v表示当前帧中坐标位置为（u，V)的像素点的亮 度分量值，Iu+1，v表示当前帧中坐标位置为（u+l，v)的像素点的亮度分量值，I u;v+1表示当前 帧中坐标位置为（u，v+l)的像素点的亮度分量值，符号"I I"为取绝对值符号。 所述的步骤⑥中当前最大编码单元的复杂度Cl适的计算过程为：彩色图像中的最大编码单元中的像素点的坐标位置，在此取〇 < P < 62, 0 < q < 62,Urq 表示当前最大编码单元中坐标位置为（P，q)的像素点的亮度分量值，Up+1，q表示当前最大编 码单元中坐标位置为（P+l，q)的像素点的亮度分量值，U p，q+1表示当前最大编码单元中坐标 位置为（P，q+1)的像素点的亮度分量值，符号" I I"为取绝对值符号。 所述的步骤⑥中HEVC彩色视频序列中时域上先于当前帧、与当前 帧时域上最近、与当前帧属于同一级别的已编码的彩色图像中与当前最大 编码单元相同坐标位置的最大编码单元的残差梯度值/4#的计算过程为：上先于当前帧、与当前帧时域上最近、与当前帧属于同一级别的已编码的彩色图像中与当 前最大编码单元相同坐标位置的最大编码单元得到最佳深度划分后坐标位置为（P，q)的 像素点的编码残差，Sp+1， q表示表示HEVC彩色视频序列中时域上先于当前帧、与当前帧时域 上最近、与当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种融合图像特征的码率控制方法，其特征在于包括以下步骤：①将YUV颜色空间且未经压缩的HEVC彩色视频序列分为N*个图像组，然后将HEVC彩色视频序列中当前待处理的第i个图像组定义为当前图像组；其中，N表示HEVC彩色视频序列的长度，NGOP表示HEVC彩色视频序列中的图像组的长度，符号为向下取整符号，i的初始值为1，1≤i≤N*；②利用一个缓冲窗将用户设定的目标比特数分配给当前图像组，将分配给当前图像组的目标比特数记为TGOPi=Rtarf×(Nused+SW)-RusedSW×NGOP;]]>其中，Rtar表示用户设定的目标比特数，f表示HEVC彩色视频序列的帧率，SW表示缓冲窗的大小，Nused表示HEVC彩色视频序列中已编码的彩色图像的总帧数，Rused表示HEVC彩色视频序列中已编码消耗的目标比特数；③将当前图像组中当前待处理的第j帧彩色图像定义为当前帧，其中，j的初始值为1，1≤j≤NGOP；④将当前图像组的目标比特数分配给当前帧，将分配给当前帧的目标比特数记为如果当前帧为I帧，则Tframei,j=αframe×(Cframei,jbpp)βframe×TGOPi;]]>如果当前帧为P帧或B帧，则Tframei,j=TGOPi-Rused,GOPωframei,NotSlice×ωframei,j×NGOP×Cframei,jCframei;]]>其中，αframe和βframe均为中的模型参数，表示当前帧的图像复杂度，bpp表示HEVC彩色视频序列中的每帧彩色图像中的每个像素点的目标比特数，W和H对应表示HEVC彩色视频序列中的彩色图像的宽和高，Rused,GOP表示当前图像组中已编码消耗的目标比特数，表示当前图像组中的所有彩色图像的图像复杂度之和，表示当前图像组中未编码的所有彩色图像的权重之和，表示当前帧的权重；⑤将当前帧中当前待处理的第k个最大编码单元定义为当前最大编码单元；其中，k的初始值为1，符号为向上取整符号，W和H对应表示HEVC彩色视频序列中的彩色图像的宽和高；⑥将当前帧的目标比特数分配给当前最大编码单元，将分配给当前最大编码单元的目标比特数记为如果当前最大编码单元所在的彩色图像为I帧，则如果当前最大编码单元所在的彩色图像为P帧或B帧，则TLCUi,j,k=Tframei,j-Rused,frameCLCUi,j,NotSlice×CLCUi,j,k,]]>或TLCUi,j,k=Tframei,j-Rused,frameμLCUi,j,NotSlice×μLCUi,j,k;]]>其中，Rused,frame表示当前帧中已编码消耗的目标比特数，表示当前最大编码单元的复杂度，表示当前帧中未编码的所有最大编码单元的复杂度之和，表示HEVC彩色视频序列中时域上先于当前帧、与当前帧时域上最近、与当前帧属于同一级别的已编码的彩色图像中与当前最大编码单元相同坐标位置的最大编码单元的残差梯度值，表示HEVC彩色视频序列中时域上先于当前帧、与当前帧时域上最近、与当前帧属于同一级别的已编码的彩色图像中从与当前最大编码单元相同坐标位置的最大编码单元开始至最后一个最大编码单元的残差梯度值之和；⑦根据当前最大编码单元的目标比特数，计算当前最大编码单元的量化参数，记为QPi,j,k，如果当前最大编码单元所在的彩色图像为I帧，则先计算当前最大编码单元的量化步长，记为然后计算当前最大编码单元的量化参数QPi,j,k，再利用QPi,j,k对当前最大编码单元进行编码；其中，bpp*=TLCUi,j,k64×64,]]>α'和β'均为bpp*CLCUi,j,k=α′×(Qstepi,j,k)β′]]>中的模型参数；如果当前最大编码单元所在的彩色图像为P帧或B帧，则令QPi,j,k＝4.2005lnλ'+13.7122，其中，和ρ均为中的模型参数；⑧令k＝k+1，然后将当前帧中下一个待处理的最大编码单元作为当前最大编码单元，再返回步骤⑥继续执行，直至当前帧中的所有最大编码单元编码完毕；其中，k＝k+1中的“＝”为赋值符号；⑨令j＝j+1，然后将当前图像组中下一帧待处理的彩色图像作为当前帧，再返回步骤④继续执行，直至当前图像组中的所有彩色图像的目标比特数分配完毕；其中，j＝j+1中的“＝”为赋值符号；⑩令i＝i+1，然后将HEVC彩色视频序列中下一个待处理的图像组作为当前图像组，再返回步骤②继续执行，直至HEVC彩色视频序列中的所有图像组的目标比特数分配完毕；其中，i＝i+1中的“＝”为赋值符号。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭宗举，费马燕，陈芬，陈伟国，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33