[發(fā)明專利]幀內(nèi)編碼的碼率控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410256674.8
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN104038769B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 岑峰;陸千里;許維勝
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟大學(xué)
• 主分類號: H04N19/593
• 分類號: H04N19/593;H04N19/146;H04N19/174;H04N19/124
• 代理公司: 上海天協(xié)和誠知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所31216
• 代理人: 葉鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)字圖像和視頻編碼技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于塊編碼技術(shù)的圖像和視頻編碼系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在科技飛速發(fā)展的今天，人們通過電子設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)獲得資訊，加強彼此交流，越來越多的需要對圖像和視頻進行存儲和傳輸。數(shù)字圖像和數(shù)字視頻數(shù)據(jù)量巨大，在存儲和傳輸時需要采用合適的編碼技術(shù)進行圖像和視頻的壓縮以達到減少存儲空間和降低傳輸帶寬需求的目的。目前常用的數(shù)字圖像和視頻編碼技術(shù)中，基于塊的混合編碼技術(shù)是主流技術(shù)，比如目前已得到廣泛應(yīng)用的圖像編碼標準JPEG和視頻編碼標準:MPEG-1,MPEG-2/H.262，MPEG-4,H.261,H.263,MPEG-4AVC/H.264和AVS等標準都是采用基于塊的混合編碼技術(shù)。

基于塊的混合編碼技術(shù)基本思想是先將一幅圖像或視頻序列(數(shù)字視頻可以看做是一系列圖像構(gòu)成的序列)的每幀劃分為塊，然后以塊為基本單位對圖像或視頻進行預(yù)測編碼減少冗余度達到圖像和視頻壓縮的目的。塊通常為正方形或矩形，每個塊包含水平和垂直方向的多個連續(xù)像素點。塊大小在不同編碼標準中有不同的取法，可以是4×4,8×8,16×16,8×16和16×8等像素點。在同一編碼標準中也可以使用多種不同大小的塊。在視頻編碼中預(yù)測編碼通常分為幀內(nèi)預(yù)測和幀間預(yù)測兩大類。幀內(nèi)預(yù)測是指對當前塊進行編碼時，只利用視頻序列的當前編碼幀中已編碼的部分對當前塊的值進行預(yù)測。幀間預(yù)測指對當前塊進行編碼時，利用視頻序列中的前后幀對當前塊的值進行預(yù)測。基于塊的混合編碼技術(shù)在利用幀內(nèi)預(yù)測或幀間預(yù)測取得當前編碼塊的預(yù)測值之后，對當前塊的值和預(yù)測值的殘差進行變換、量化和熵編碼，以達到壓縮編碼的目的。

高效視頻編碼(HEVC)是ISO/IEC MPEG組織和ITU-T VCEG組織繼MPEG-4AVC/H.264視頻編碼標準后最新制定的視頻編碼標準，采用比MPEG-4AVC/H.264更復(fù)雜的算法，具有比MPEG-4AVC/H.264更高的編碼效率。在HEVC中采用了復(fù)雜的分層塊劃分方式。在HEVC中使用編碼樹單元(CTU)代替了傳統(tǒng)視頻編碼中采用的宏塊(MB)做為分層塊劃分的頂層單元。和傳統(tǒng)視頻編碼技術(shù)中采用固定大小的宏塊為核心編碼層不同，在HEVC中采用尺寸大小可變的CTU做為核心編碼層，CTU的尺寸大小在編碼時由編碼算法具體決定。每個CTU包含一個亮度編碼樹塊(CTB)和兩個對應(yīng)的色度CTB,亮度CTB可以是比亮度MB更大的正方形圖像區(qū)域，如64×64和32×32，也可以采用和亮度MB一樣大的正方形區(qū)域16×16。在HEVC中做為核心 編碼層的CTU被四叉樹劃分為編碼單元(CU)，一個CU包含一個亮度編碼塊(CB)和兩個對應(yīng)的色度CB。每一個CU在編碼的不同步驟中將被劃分為多個預(yù)測單元(PU)或多個變換單元(TU)。每個PU包含相應(yīng)的亮度預(yù)測塊(PB)和色度PB。每個TU包含相應(yīng)的亮度變換塊(TB)和色度TB。

在進行圖像和視頻編碼時圖像、視頻的質(zhì)量和編碼壓縮后的數(shù)據(jù)量有相同變化的趨勢，即圖像、視頻的質(zhì)量越高，編碼后的數(shù)據(jù)量越大。在實際應(yīng)用中通常對視頻的數(shù)據(jù)量有一定的限制，如網(wǎng)絡(luò)傳輸時的帶寬限制，存儲時存儲器的容量限制。因此在實際應(yīng)用中通常需要對單位時間內(nèi)編碼的數(shù)據(jù)量即碼率進行控制以便滿足應(yīng)用需求。碼率控制是一種對編碼數(shù)據(jù)量進行控制的方法。

現(xiàn)代視頻編碼中幀內(nèi)預(yù)測編碼幀即可以作為幀間預(yù)測編碼幀的參考幀，也可以單獨用于圖像編碼。幀內(nèi)預(yù)測編碼幀通常編碼的數(shù)據(jù)量遠大于幀間預(yù)測編碼幀的數(shù)據(jù)量。因此對于幀內(nèi)預(yù)測編碼幀的碼率控制是提高視頻編碼碼率控制精確度的關(guān)鍵。但是對于最新的視頻編碼標準HEVC，目前幀內(nèi)預(yù)測編碼幀的碼率控制研究主要集中于幀級控制，即同一幀采用相同的量化步長，碼率控制精度不高，同時對于幀內(nèi)預(yù)測編碼幀的碼率模型參數(shù)通常用已編碼幀進行預(yù)測，不適合對視頻序列中的初始幀和場景的初始幀進行碼率控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，為此針對采用基于塊的混合編碼技術(shù)的圖像或視頻編碼提供一種圖像編碼或視頻幀內(nèi)預(yù)測編碼中用以確定量化步長的碼率控制方法，以達到對圖像編碼或視頻幀內(nèi)預(yù)測編碼的碼率精確控制的目的，可以有效地降低編碼器的緩存大小。

本發(fā)明技術(shù)方案概括為：

一種幀內(nèi)編碼的碼率控制方法，其特征在于，將一幀圖像劃分為塊組，然后利用塊組內(nèi)鄰近象素點間梯度的絕對值之和描述塊組的復(fù)雜度，并用編碼數(shù)據(jù)量和復(fù)雜度之比的指數(shù)模型來確定塊組的量化步長，從而實現(xiàn)塊組級別的碼率控制，達到精確控制碼率的目的。

以上幀內(nèi)編碼的碼率控制方法，具體步驟包括：

步驟1：開始當前視頻幀或圖像的編碼；