[發明專利]一種高效視頻編碼碼率估計裝置及方法

有效

• 申請號: 201810426896.8
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN110460853B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 諸悅;劉行;章旭東;陳曉春;金永明;蔣爾松
• 申請（專利權）人: 上海富瀚微電子股份有限公司
• 主分類號: H04N19/147
• 分類號: H04N19/147;H04N19/124;H04N19/13
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 顧正超

本發明公開一種高效視頻編碼碼率估計裝置及方法，該裝置包括：碼率估計模式選擇模塊,獲取量化后的變換系數，估計其運算量及處理時間，并判斷碼率估計操作由近似碼率估計/精確碼率計算模塊完成，輸出控制信號；近似碼率估計模塊，獲取量化后的變換系數以及控制信號，使用近似碼率估計算法估計量化后的變換系數的碼率；精確碼率計算模塊，獲取量化后的變換系數、上下文模型、控制信號以及模式判決模塊的輸出，計算量化后的變換系數的精確碼率；選擇模塊，接收控制信號、近似碼率估計模塊的碼率以及所述精確碼率計算模塊的碼率，根據控制信號選擇兩個碼率中的一個，將其送至代價計算模塊；上下文緩沖模塊，用于向精確碼率計算模塊提供上下文模型。

技術領域

本發明涉及一種高效視頻編碼碼率估計裝置及方法，特別是涉及一種適用于高效視頻編碼硬件編碼器的碼率估計裝置及方法。

背景技術

為了支持下一代的高清視頻應用，聯合視頻編碼組(Joint Collaborative Teamon Video Coding,JVT-VC)提出了高效視頻編碼(High Efficiency Video Coding，HEVC)作為新一代的通用視頻編碼標準。借助可擴展的4叉樹分解及各類先進的編碼工具，HEVC可以適應多變的分辨率/終端/場景，并能夠在一半的比特率下提供接近于先進視頻編碼(Advanced Video Coding，AVC)質量的視頻。

在這些先進編碼工具中，率失真優化方法(Rate-Distortion Optimization,RDO)是重要的一項。RDO引入編碼過程自AVC起，但在HEVC中RDO的應用范圍更為廣泛，其貫穿HEVC的整個編碼流程。

對于一個有損視頻編碼標準，碼率與失真通常為負相關。更高的壓縮率帶來更低的碼率但同時會增加失真，反之亦然。為了做出適當的折衷，考慮拉格朗日率失真(Rate-Distortion,RD)公式：

J＝D+λR

其中J為代價，D為失真，R為碼率(率)，λ為拉格朗日系數，則RDO過程即調整編碼過程使J最小化的過程。在理想情況下，一個HEVC需要為每個CTU(Coding Tree Unit，編碼樹單元)的每一種可能的模式，包括不同的CU/PU/TU層次化分割以及幀內/幀間預測模式計算對應的J并選擇J最小的模式，即所謂RDO模式判決。但一般而言，對于實際的硬件編碼器而言這個運算量過于龐大因而是不可能做到的。有許多的研究討論如何在盡量少的編碼性能損失的前提下降低需要計算的模式總數，在此不再贅述其細節。但即便如此，對于一個需要執行實時高清視頻編碼的典型HEVC硬件編碼器而言，RDO模式判決仍然會成為整個編碼器的吞吐率瓶頸。

對于HEVC而言，一個CTU的總代價通?？梢苑譃闅埐畲鷥r及邊帶信息代價。殘差代價的基本對象為變換塊(Transform Block,TB)，包含了編碼的殘差系數引入的代價，邊帶信息代價包括了編碼碼流中其余信息的開銷，譬如CU(Coding Unit,編碼單元)/PU(Prediction Unit，預測單元)/TU(Transform Unit，變換單元)的分割信息預測模式或者MV(Motion Vector,運動矢量)等等。

接下來考慮J的計算過程，由于λ為事先確定的常數，因此為了計算每一個TB的代價J，需要知道失真D與碼率R。

其中，失真D為重構值與原始值的差平方和(Sum of Squared Difference,SSD)，由于HEVC所使用的整數變換存在近似正交性，因此也可以直接在變換域中計算，性能影響很小(0.5％)。失真D的計算易于并行化，因此可以容易的滿足高吞吐率硬件編碼器的需求，細節在此不再贅述。需要注意的是，僅有殘差代價包含失真D，邊帶信息并不對應失真D或者說其D總是0。