[發明專利]一種基于殘差頻域復雜度的I幀碼率控制方法

有效

• 申請號: 201410156286.2
• 申請日: 2014-04-17
• 公開（公告）號: CN103957410B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 崔子冠;干宗良;唐貴進;劉峰;朱秀昌
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04N19/124
• 分類號: H04N19/124;H04N19/147
• 代理公司: 南京知識律師事務所32207
• 代理人: 汪旭東

1.一種基于殘差頻域復雜度的H.264I幀碼率控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)讀入當前要編碼的I幀圖像，如果是序列的第一幀，則設置初始緩沖區水平為零，并設置I幀碼率模型中的兩個參數為經驗值；

2)根據目標碼率、預定義幀率、當前緩沖區水平和緩沖區大小計算分配給當前I幀的目標比特數；

$R_{\mathrm{int}ra}=\frac{bit\_rate}{frame\_rate}+(0.8\×buffer\_size-curr\_buff\_level)---\left(1\right)$

其中R_intra為I幀目標比特數，bit_rate為目標碼率，frame_rate為預定義幀率，buffer_size為緩沖區大小，curr_buff_level為當前緩沖區水平；

3)計算待編碼I幀基于預測殘差頻域信息的幀內編碼復雜度MATPR；

4)根據步驟2)計算得到的當前I幀目標比特數R_intra和步驟3)計算得到I幀編碼復雜度MATPR，由基于MATPR的I幀碼率-量化-復雜度模型：

$R_{\mathrm{int}ra}=(c\×MATPR+d)\×Q_{step}^{-\mathrm{\β}}---\left(2\right)$

其中β為經驗常數0.9，計算當前I幀編碼的量化步長Q_step：

$Q_{step}={\left(\frac{R_{\mathrm{int}ra}}{c\×MATPR+d}\right)}^{-\frac{1}{\mathrm{\β}}}---\left(3\right)$

5)用步驟4)計算出的量化步長Q_step對當前I幀進行幀內編碼；

6)如果當前幀是序列的第一幀，則跳過此步，即I幀碼率模型參數c和d不用更新；否則，使用之前幀的實際編碼結果對參數c和d采用線性回歸的方法進行更新，公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}\left[\begin{array}{c}c\\ d\end{array}\right]={(X^T\·X)}^{-1}\·X^T\·Y\\ X_{n\×2}=\[{\mathrm{MATPR}}_i,1\]\\ Y_{n\×1}=\[\frac{R_{intra,i}}{Q_{step,i}^{-\mathrm{\β}}}\]\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中R_intra,i是第i幀的實際編碼比特數，MATPR_i是第i幀的MATPR，Q_step,i是第i幀的實際量化步長；n的最大值為5，即最多使用5個之前編碼幀來更新參數c和d；

7)如果序列未編碼完，則返回步驟1)讀入新的I幀，繼續編碼直至序列所有幀編碼完成。

2.根據權利要求1所述的基于殘差頻域復雜度的H.264I幀碼率控制方法，其特征在于，所述步驟3)的計算待編碼I幀基于預測殘差頻域信息的幀內編碼復雜度MATPR的方法如下；

a)讀入要編碼的I幀圖像，取亮度分量Y做Sobel邊緣檢測，得到亮度分量每個像素的邊緣方向和強度；對一個像素p_i,j，記其邊緣強度矢量為(dx_i,j,dy_i,j)，則：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{dx}}_{i,j}=p_{i-1,j+1}+2\×p_{i,j+1}+p_{i+1,j+1}-p_{i-1,j-1}-2\×p_{i,j-1}-p_{i+1,j-1}\\ {\mathrm{dy}}_{i,j}=p_{i+1,j-1}+2\×p_{i+1,j}+p_{i+1,j+1}-p_{i-1,j-1}-2\×p_{i-1,j}-p_{i-1,j+1}\end{array}\right.---\left(5\right)$

像素p_i,j的邊緣強度和方向定義為：

$\left\{\begin{array}{c}Str\left(p_{i,j}\right)=\sqrt{|{\mathrm{dx}}_{i,j}{|}^2+|{\mathrm{dy}}_{i,j}{|}^2}\\ Dir\left(p_{i,j}\right)=\frac{180}{\mathrm{\π}}\×\arctan \left(\frac{{\mathrm{dy}}_{i,j}}{{\mathrm{dx}}_{i,j}}\right)\end{array}\right.---\left(6\right)$

b)得到亮度分量每個像素的邊緣強度和方向后，以4×4塊為單位統計邊緣方向直方圖，即4×4塊內的16個像素根據各自邊緣方向分類為8種幀內方向預測模式中的一種，每種方向模式的強度由分類到此模式中的所有像素的邊緣強度之和進行測量；

c)把具有最大邊緣強度的模式作為此4×4塊最可能的幀內預測模式；

d)根據最可能預測模式和H.264幀內預測的原理，得到每個4×4塊的預測塊；

e)由原始幀亮度分量和預測圖像相減得到以4×4塊為單位的殘差圖像；

f)使用H.264標準中的整數DCT變換對上步得到的空域殘差圖像進行4×4塊為單位的變換，得到亮度殘差各4×4塊的頻域DCT系數；

g)計算整幀亮度殘差經過整數DCT變換后的頻域系數的平均絕對值MATPR，作為I幀編碼復雜度的測量，即：

$MATPR=\frac{1}{M\×N}\underset{i=0}{\overset{M-1}{\Σ}}\underset{j=0}{\overset{N-1}{\Σ}}\left|{\mathrm{TPR}}_{i,j}\right|---\left(7\right)$

其中M和N分別是I幀亮度分量以像素為單位的寬和高，TPR_i,j是殘差圖像以4×4塊為單位的整數DCT變換系數。