一種融合圖像特征的碼率控制方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種碼率控制技術，尤其是涉及一種融合圖像特征的碼率控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著數字視頻和顯示技術的快速發(fā)展，高清以及超高清視頻逐漸步入人們的視 野，作為新一代視頻技術的發(fā)展方向，其將應用于家庭影院、視頻會議、網絡視頻等領域。然 而，未經壓縮的高清以及超高清視頻含有巨大的數據量，網絡帶寬的限制已成為制約其廣 泛應用的瓶頸，為此，國際電信聯盟視頻編碼專家組聯合國際電工委員會運動圖像專家組 開發(fā)了新一代視頻編碼標準--高效視頻編碼（High Efficiency Video Coding，HEVC)， 該編碼標準相對于a 264/AVC，能提升一倍以上的壓縮效率。
[0003] HEVC依舊沿用H. 264的混合編碼框架，即預測編碼、變換過程、量化和熵編碼，預 測編碼主要是為了消除時間域和空間域的相關性；變換過程主要是對殘差進行變換編碼以 消除空間相關性；熵編碼則是用來消除統計上的冗余度。然而，一方面，在編碼過程中，如果 使用固定的量化參數進行編碼，則會使得單位時間內產生的比特會隨著視頻內容的變化有 很大的不同；另一方面，網絡的復雜性，不同網絡的帶寬差異很大，會造成視頻在網絡中傳 輸的不穩(wěn)定性，當碼率小于通信信道所允許的帶寬時，通信信道帶寬沒有被充分的利用，用 戶不能獲得最優(yōu)的視頻質量；當碼率大于通信信道所允許的帶寬時，視頻傳輸過程中會產 生丟包現象，造成視頻序列不完整傳輸。因此，在視頻編碼傳輸中需進行碼率控制，碼率控 制的目的就是在給定帶寬的情況下根據視頻內容來調節(jié)量化參數，獲得與通信信道帶寬相 匹配的碼率。
[0004]HEVC現有的碼率控制算法包括兩個步驟：比特分配；量化參數計算。比特分配過 程分為三層即圖像組（GroupofPicture，G0P)層、幀層和最大編碼單元（LargestCoding Unit，LCU)層。在GOP層是將用戶設定的目標比特平均分到每個圖像組；在幀層根據預設 的權重將GOP層的目標比特分配到每一幀；在最大編碼單元層，根據一次運動估計后的預 測誤差將幀層的目標比特分配到每個最大編碼單元，然后計算其編碼的量化參數。但是，這 種碼率控制算法沒有考慮到視頻圖像的特征，只是簡單地按照平均的方法進行目標比特分 配，也沒有考慮到不同類型的幀編碼方式也有很大區(qū)別，一種碼率控制策略不能適用所有 類型的幀，這種碼率控制算法的碼率控制精度不夠高，編碼出來的視頻質量的穩(wěn)定性也不 夠高，導致圖像復雜度很高的區(qū)域沒有分配合理的碼率。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種融合圖像特征的碼率控制方法，其能夠有 效地保證碼率控制的精度，且能夠有效地提高編碼視頻的質量。
[0006] 本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種融合圖像特征的碼率控制方 法，其特征在于包括以下步驟：
[0007] ①將YUV顏色空間且未經壓縮的HEVC彩色視頻序列分為圖像組，然 后將HEVC彩色視頻序列中當前待處理的第i個圖像組定義為當前圖像組；其中，
視頻序列中的圖像組的長度，符號"L」"為向下取整符號，i的初始值為1，K i < N%
[0008] ②利用一個緩沖窗將用戶設定的目標比特數分配給當前圖像組，將分配給當前圖
定的目標比特數，f表示HEVC彩色視頻序列的幀率，SW表示緩沖窗的大小，Nused表示HEVC 彩色視頻序列中已編碼的彩色圖像的總幀數，Rused表示HEVC彩色視頻序列中已編碼消耗的 目標比特數；
[0009] ③將當前圖像組中當前待處理的第j幀彩色圖像定義為當前幀，其中，j的初始值 為1，1彡j彡N gop;
[0010] ④將當前圖像組的目標比特數分配給當前幀，將分配給當前幀的目標比特數
W和H對應表示HEVC彩色視頻序列中的彩色圖像的寬和高，表示當前圖像組中 已編碼消耗的目標比特數，表示當前圖像組中的所有彩色圖像的圖像復雜度之和， 表示當前圖像組中未編碼的所有彩色圖像的權重之和，表示當前幀的權重；
[0011] ⑤將當前幀中當前待處理的第k個最大編碼單元定義為當前最大編碼單元；其
彩色視頻序列中的彩色圖像的寬和高；
[0012] ⑥將當前幀的目標比特數分配給當前最大編碼單元，將分配給當前最大編 碼單元的目標比特數記為€#，如果當前最大編碼單元所在的彩色圖像為I幀，則

已編碼消耗的目標比特數，洛表示當前最大編碼單元的復雜度，表示當前幀中 未編碼的所有最大編碼單元的復雜度之和，/4#表示ffivc彩色視頻序列中時域上先于當 前幀、與當前幀時域上最近、與當前幀屬于同一級別的已編碼的彩色圖像中與當前最大編 碼單元相同坐標位置的最大編碼單元的殘差梯度值，表示HEVC彩色視頻序列中時 域上先于當前幀、與當前幀時域上最近、與當前幀屬于同一級別的已編碼的彩色圖像中從 與當前最大編碼單元相同坐標位置的最大編碼單元開始至最后一個最大編碼單元的殘差 梯度值之和；
[0013] ⑦根據當前最大編碼單元的目標比特數，計算當前最大編碼單元的量化參數，記 為QpUk，如果當前最大編碼單元所在的彩色圖像為I幀，則先計算當前最大編碼單元的
參數；
[0015] ⑧令k = k+1，然后將當前幀中下一個待處理的最大編碼單元作為當前最大編碼 單元，再返回步驟⑥繼續(xù)執(zhí)行，直至當前幀中的所有最大編碼單元編碼完畢；其中，k = k+1 中的"="為賦值符號；
[0016] ⑨令j = j + 1，然后將當前圖像組中下一幀待處理的彩色圖像作為當前幀，再返 回步驟④繼續(xù)執(zhí)行，直至當前圖像組中的所有彩色圖像的目標比特數分配完畢；其中，j = j+1中的"="為賦值符號；
[0017] ⑩令i = i+1，然后將HEVC彩色視頻序列中下一個待處理的圖像組作為當前圖像 組，再返回步驟②繼續(xù)執(zhí)行，直至HEVC彩色視頻序列中的所有圖像組的目標比特數分配完 畢；其中，i = i+1中的"="為賦值符號。
[0018] 所述的步驟②中取SW = 40。
[0019] 所述的步驟④中當前幀的圖像復雜度的計算過程為：
的彩色圖像的寬和高，（u，V)表示HEVC彩色視頻序列中的彩色圖像中的像素點的坐標位 置，在此取0彡u彡W-2, 0彡V彡H-2, Iu，v表示當前幀中坐標位置為（u，V)的像素點的亮 度分量值，Iu+1，v表示當前幀中坐標位置為（u+l，v)的像素點的亮度分量值，I u;v+1表示當前 幀中坐標位置為（u，v+l)的像素點的亮度分量值，符號"I I"為取絕對值符號。
[0020] 所述的步驟⑥中當前最大編碼單元的復雜度Cl適的計算過程為：
彩色圖像中的最大編碼單元中的像素點的坐標位置，在此取〇 < P < 62, 0 < q < 62,Urq 表示當前最大編碼單元中坐標位置為（P，q)的像素點的亮度分量值，Up+1，q表示當前最大編 碼單元中坐標位置為（P+l，q)的像素點的亮度分量值，U p，q+1表示當前最大編碼單元中坐標 位置為（P，q+1)的像素點的亮度分量值，符號" I I"為取絕對值符號。
[0021] 所述的步驟⑥中HEVC彩色視頻序列中時域上先于當前幀、與當前 幀時域上最近、與當前幀屬于同一級別的已編碼的彩色圖像中與當前最大 編碼單元相同坐標位置的最大編碼單元的殘差梯度值/4#的計算過程為：
上先于當前幀、與當前幀時域上最近、與當前幀屬于同一級別的已編碼的彩色圖像中與當 前最大編碼單元相同坐標位置的最大編碼單元得到最佳深度劃分后坐標位置為（P，q)的 像素點的編碼殘差，Sp+1， q表示表示HEVC彩色視頻序列中時域上先于當前幀、與當前幀時域 上最近、與當前幀屬于同一級別的已編碼的彩色圖像中與當前最大編碼單元相同坐標位置 的最大編碼單元得到最佳深度劃分后坐標位置為（P+l，q)的像素點的編碼殘差，S p，q+1表示 HEVC彩色視頻序列中時域上先于當前幀、與當前幀時域上最近、與當前幀屬于同一級別的 已編碼的彩色圖像中與當前最大編碼單元相同坐標位置的最大編碼單元得到最佳深度劃 分后坐標位置為（p，q+l)的像素點的編碼殘差，編碼殘差的獲取為現有技術，符號"I I"為 取絕對值符號。
[0022] 所述的步驟④中a &_和0 勺獲取過程為：
[0023] ④-1、選取四個不同的量化參數分別對HEVC通用測試條件下的class C及class D類型的每個序列中的每幀進行編碼，得到每個序列在不同量化參數下的碼率；
[0024] ④-2、將每個序列在不同量化參數下的碼率分別作為對應序列的目標碼率；
[0025] ④_3、采用R-A模型，利用每個序列的四個目標碼率分別對每個序列進行編碼， 得到每個序列在不同目標碼率下的實際編碼碼率；
[0026] ④_4、從每個序列在不同目標碼率下的實際編碼碼率中，提取出每個序列中的 第1幀在不同目標碼率下的實際編碼比特，將第g個序列中的第1幀在第h個