[發明專利]一種減小時域質量波動的三維小波視頻編碼碼率控制方法

有效

• 申請號: 201310516019.7
• 申請日: 2013-10-28
• 公開（公告）號: CN103533362A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 金雪松;牟麗娟;王華兵;徐建山;張必英
• 申請（專利權）人: 哈爾濱商業大學
• 主分類號: H04N19/00
• 分類號: H04N19/00;H04N19/62;H04N19/147;H04N19/177
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

1.一種減小時域質量波動的三維小波視頻編碼碼率控制方法，其特征在于一種減小時域質量波動的三維小波視頻編碼碼率控制方法是按照以下步驟實現的：

一、第一遍掃描編碼

步驟1、采用原始的編碼參數對視頻信號進行編碼，編碼后的視頻信號在GOP之間利用均勻碼率分配算法分配碼率；

步驟2、每個GOP根據步驟一中均勻碼率分配的結果，進行GOP內小波分解得到時間-空間小波子帶的率失真D_S(R)，由得到的時間-空間小波子帶的率失真D_S(R)再合成GOP的率失真D^GOP(R)，其中GOP的率失真D^GOP(R)為對應GOP場景復雜度模型；

其中，所述GOP內小波分解得到時間-空間小波子帶具體過程為：每個GOP經過多層次的小波分解后，生成時間小波子帶，每個時間小波子帶再經過二維小波分解，形成時間-空間小波子帶；所述時間-空間小波子帶進行編碼，根據時間-空間小波子帶的編碼結果，計算時間-空間小波子帶的率失真D_S(R)；

其中，所述時間-空間小波子帶再合成GOP的率失真D^GOP(R)具體過程為：由時間-空間小波子帶的率失真D_S(R)合成時間子帶率失真D_T(R)；由時間子帶率失真D_T(R)再合成GOP的率失真D^GOP(R)；

二、第二遍掃描編碼

步驟1、GOP級比特分配；其中GOP級比特分配具體過程為：依據整個視頻序列所有GOP的率失真D^GOP(R)，在所有GOP之間分配碼率，使得所有GOP的解碼質量相當的情況下，計算出分配給每個GOP的碼率；

步驟2、子帶級碼率分配；其具體過程為：將每個GOP分配得到的碼率按照小波分解形式和時間-空間小波子帶率失真進一步分配給所有子帶；

步驟3、每個子帶根據獲得碼率進行量化編碼；即完成了一種減小時域質量波動的三維小波視頻編碼碼率控制方法。

2.根據權利要求1所述一種減小時域質量波動的三維小波視頻編碼碼率控制方法，其特征在于所述第一遍掃描編碼步驟2中GOP的率失真函數推導過程為：

(1)計算時間-空間子帶率失真D_S(R)

經MCTF分解獲得的每個時間子帶t_lj再執行二維小波變換(2D-DWT)，假設分解層數為I層，則獲得I+1層時間-空間子帶；其中第i(1≤i≤I)層包含表示三個不同方向(k=1,2,3)的高通時間-空間子帶S_ljik和一個低通子帶S_ljI+1；根據時間-空間小波子帶的編碼結果，計算時間-空間小波子帶的率失真D_S(R)；

其時間-空間子帶率失真D_S(R)假設為指數形式為：

Ds(R)=Ese-αsR---(1)]]>

由于實際編碼器采用嵌入式編碼技術，隨著量化步長的變化，在編碼過程中可以獲得離散的碼率-失真點，利用上述指數形式對碼率-失真點擬合可以獲得參數E_s,α_s的值，其中E_s為碼率為零是子帶的失真，一般使用子帶的方差表示，α_s為表示率失真函數衰減程度；

(2)計算時間子帶率失真D_T(R)

其主要過程為每個GOP內包含幀X_m(m=1,2,...,N)，L層MCTF后，生成L+1個時間子帶T_l(l=1,2,...,L+1)，其中第l(l=1,2,...,L)層有N/2^l幀高通時間子帶t_lj(j=1,2,...,N/2^l)，第L+1層有一幀低通時間子帶t_L+1；

其推導過程為假設時間子帶T_l中的元素（幀）t_lj經過I層二維小波空間分解獲得，其率失真函數的參數分別為E_ljik,α_ljik；則t_lj的碼率和失真函數分別為：

Dlj(λ)=Σi=1IΣk=1314iGljik-λαljik+14IGljI+1-λαljI+1---(2)]]>

Rlj(λ)=Σi=1LΣk=1314i(-1αljik)ln(-λαljikEljik)+14I(-1αljL+1)ln(-λαljL+1EljL+1)---(3)]]>

式（2）（3）中的參數i(i=1,...,I)表示小波空間分解層，k(k=1,2,3)表示相同小波空間分解層中不同方向上的子帶；k=1表示水平方向高頻，垂直方向低頻的子帶；k=2表示水平方向高頻、垂直方向高頻的子帶；k=3表示水平方向低頻、垂直方向高頻的子帶，λ為這兩個參數方程的參數；

如果2D-DWT變換中采用的小波基為雙正交小波9/7，合成增益消除參數λ，則t_lj的率失真D^lj(R)很容易獲得；則時間子帶T_l的率失真D_l(R)為：

Dl(R)=1N/2lΣj=1N/2lDlj(R)---(4)]]>

式中，N/2^l表示一段信號GOS(group?of?signal)包含個元素X_i(i=1,2,...,N)，小波變換后，產生L+1層子帶，第l(l=1,2,...,L)層高通子帶S_l包含N/2^l個系數，j標識高通子帶S_l子帶中每一個子帶元素；

結合式(2)、(3)和(4)可以求出間子帶T_l(l=1,2,...,L+1)率失真D^l(R)參數E_l,α_l的值。

(3)合成GOP率失真D_GOP(R)

GOP的碼率和失真函數分別為：

DGOP(λ)=Σl=1L12lGl-λαl+12LGL+1-λαL+1---(5)]]>

RGOP(λ)=Σl=1L12l(-1α1)ln(-λαlEl)+12L(-1αL+1)ln(-λαL+1EL+1)---(6)]]>

式（5）、（6）中的參數l(i=1,...,L)代表小波時間分解子帶；α_l，E_l分別為對應子帶率失真函數衰減系數和子帶方差；λ為這兩個參數方程的參數，消除參數λ，則獲得GOP的率失真函數D^GOP(R)。