[發明專利]一種基于權重窗口模型的H.264/AVC宏塊級碼率控制算法

有效

• 申請號: 201110232053.2
• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102271248A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發明（設計）人: 范益波;鐘慧波;沈沙;趙晉;劉家良;曾曉洋
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H04N7/24
• 分類號: H04N7/24
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于視頻編碼技術領域，具體為一種H.264/AVC宏塊級碼率控制算法，可應用于H.264/AVC編碼器中編碼碼率的控制實現。

背景技術

視頻編碼中的碼率控制是指采用一定的方法對一個視頻源進行編碼，使用經過編碼壓縮后的比特率可以滿足一些特定的限制：比如說比特率，緩存的上溢和下溢的保護等。在一些視頻應用中，特別是視頻通信類，其信道帶寬往往是有限的。為了滿足實際應用中的帶寬約束，同時追求在此帶寬下的最優視頻質量，?碼率控制在視頻傳輸應用中非常重要。這是因為過高的碼率會導致比特率超?過信道容量，造成數據丟失；另一方面來說，如果碼率過低又會造成帶寬的浪費。

H.264/AVC是JVT組織最新提出的一個視頻編碼標準。因為H.264/AVC能夠比之前一些編碼標準得到更高的壓縮效率和圖像質量，所以它的應用越來越廣泛。而碼率控制作為編碼器的關鍵技術之一，因此，用于H.264/AVC的碼率控制算法一直是最近幾年的研究熱點。根據碼率控制算法中的基本單元的大小，編碼控制算法可以分為三個層次：GOP級別，幀級，宏塊級別的碼率控制算法。在碼率控制算法中，主要需要解決兩個關鍵的問題：一是如何給當前編碼單元分配合適的比特數；二是如何根據分配的比特數編碼實現最好的圖像，即如何決定一個量化參數。和以前的一些視頻編碼標準的碼率控制算法相比，H.264/AVC的碼率控制算法實現起來會更加困難一些。這是因為在H.264/AVC編碼中，量化參數（QP）在碼率控制算法和率失真優化（RDO）中都會用到，這會導致下面的蛋雞悖論：為了給當前編碼宏塊進行率失真優化（RDO），首先要利用當前編碼宏塊幀的MAD來計算量化參數（QP），而當前編碼宏塊/幀的MAD只有在RDO之后才能得到。為了解決這個悖論，以往大多數的算法采用了下面表達式所示的線性模型：

???????????????????（1）

上式中的a₁,a₂為模型參數，和?分別是指當前宏塊或前一幀與當前宏塊相同位置宏塊的MAD。這樣，借助上述線性模型，我們可以預測當前編碼單元的MAD，通過預測得到的MAD，采用一定的R-Q(比特-量化參數)模型來計算編碼所要采用的QP。下面是在H.264/AVC的參考軟件JM采用的二次R-Q模型：

???????????????????????????（2）

R_i代表分配給第i個編碼基本單元分配的比特數，c₁，c₂為模型參數，Qstep_i代表該編碼基本單元的量化步長。式（1）和（2）一起的四個模型參數a₁，a₂，c₁，c₂在編碼完每個編碼單元之后進行更新。

發明內容

本發明的目的在于提出一種能夠消除宏塊級碼率控制算法中復雜的線性回歸的H.264/AVC宏塊級碼率控制算法，以實現良好的碼率控制效果和較高的PSNR提高。

為了解決前面提到的蛋雞悖論，所以需要在編碼當前宏塊之前，預測當前宏塊的MAD。以前的算法基本都是采用前面所列的線性模型來完成，但這個線性模型的模型參數a₁,a₂的更新非常復雜。而且因為其線性的關系，所出現的誤差可能會較大。為了得到編碼所需要的QP，R-Q模型的模型參數的更新跟MAD的線性模型類似，復雜度非常高。本發明可以極大的降低宏塊級別的碼率控制的復雜度。

采用權重窗口預測，充分利當前時間相關性（前一幀相同位置的宏塊和其周圍的宏塊）和空間相關性（當前宏塊周圍的宏塊）。當前幀的窗口和前一幀的窗口的選擇如圖1所示。對于兩個窗口中不同位置的宏塊的所用權重是不一樣的。