[發(fā)明專利]一種適用于HEVC視頻編碼的幀級(jí)量化參數(shù)計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811117434.4
• 申請(qǐng)日: 2018-09-25
• 公開（公告）號(hào): CN109120934B
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 殷海兵;李東;黃曉峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N19/147
• 分類號(hào): H04N19/147;H04N19/19;H04N19/124
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 吳秉中

本發(fā)明公開了一種考慮幀間依賴的幀級(jí)量化參數(shù)計(jì)算方法。首先建立基于幀間依賴的失真預(yù)測(cè)模型(ΔD?ΔQ_p模型)，然后將該模型運(yùn)用到率失真優(yōu)化中，求得率失真代價(jià)最小時(shí)的拉格朗日乘子λ，最后由λ?Q_p關(guān)系，求出最優(yōu)幀級(jí)量化參數(shù)。其中的ΔD?ΔQ_p模型不僅體現(xiàn)了幀間依賴，并在建模過程中將視頻內(nèi)容考慮了進(jìn)來，所以該模型可以根據(jù)視頻內(nèi)容自適應(yīng)調(diào)整。本方法具有實(shí)施復(fù)雜度低的特點(diǎn)，方法中使用的參量均是從視頻編碼過程中獲得，不需要復(fù)雜的計(jì)算，基本不會(huì)增加視頻編碼復(fù)雜度，所以不會(huì)造成系統(tǒng)延時(shí)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種適用于HEVC視頻編碼的幀級(jí)量化參數(shù)計(jì)算方法，適用于改進(jìn)HEVC碼率控制中幀級(jí)量化參數(shù)計(jì)算方法和改進(jìn)HEVC的RDO(率失真優(yōu)化)中D-q模型。

背景技術(shù)

在符合HEVC標(biāo)準(zhǔn)的視頻編碼中存在復(fù)雜的多層次空時(shí)域依賴，如：幀內(nèi)和幀間預(yù)測(cè)導(dǎo)致的失真會(huì)發(fā)生空時(shí)域傳遞；上下文自適應(yīng)熵編碼會(huì)導(dǎo)致鄰近編碼單元之間碼率消耗相互依賴，這些都使得幀級(jí)量化參數(shù)(Q_p)的計(jì)算，不再滿足傳統(tǒng)編碼單元之間相互獨(dú)立的假設(shè)。由于在圖像組(GOP)內(nèi)除I幀外，其他所有幀均采用幀間預(yù)測(cè)編碼，使得幀間依賴成為影響失真?zhèn)鬟f的最大因素，所以在計(jì)算幀級(jí)量化參數(shù)時(shí)需要考慮幀間依賴。幀間依賴關(guān)系非常復(fù)雜，可以在碼率控制算法中直接使用多遍編碼，來分析視頻幀之間的依賴關(guān)系，但是非常耗時(shí)且計(jì)算復(fù)雜度比較高，由于實(shí)際使用的編碼器通常對(duì)編碼實(shí)時(shí)性要求很高，所以這種方法不適合在實(shí)際中應(yīng)用。

現(xiàn)在大多數(shù)做法是在率失真優(yōu)化(RDO)中體現(xiàn)幀間依賴，首先通過離線統(tǒng)計(jì)分析建立符合幀間依賴關(guān)系的R-q，D-q模型，其中R是碼率，D是失真，q是量化步長，然后根據(jù)率失真優(yōu)化理論：

得出在碼率約束R_T下，編碼失真最小的量化參數(shù)集合其中N為總編碼幀數(shù)。但是公式(1)僅僅是對(duì)問題的描述，并不能根據(jù)該公式求解，所以在實(shí)際操作中使用拉格朗日優(yōu)化方法，把公式(1)中的問題轉(zhuǎn)化為可以求解的數(shù)學(xué)問題：

其中J是率失真代價(jià)，λ是拉格朗日乘子，通過公式(2)就把碼率約束下的最小化失真問題，轉(zhuǎn)化為求最小率失真代價(jià)J的數(shù)學(xué)問題，J取得最小時(shí)的量化參數(shù)即為最優(yōu)幀級(jí)量化參數(shù)。

以前的研究已經(jīng)證明，當(dāng)：

即：

時(shí)取得的量化參數(shù)為最優(yōu)量化參數(shù)。在符合HEVC標(biāo)準(zhǔn)的編碼器中，拉格朗日乘子λ根據(jù)下式計(jì)算：

λ＝q_factor·2^(Qp-12)/3 (5)

其中q_factor是編碼器中的參數(shù)。由公式(4)，(5)得出幀級(jí)量化參數(shù)為：

由公式(6)可以看出，每幀的幀級(jí)量化參數(shù)與失真對(duì)碼率的偏導(dǎo)直接相關(guān)，所以該偏導(dǎo)值的計(jì)算非常重要。

基于以上分析，本方法首先提出了一種考慮幀間依賴的失真預(yù)測(cè)模型(ΔD-ΔQp模型)，目的是求出整個(gè)GOP失真的改變量ΔD，然后將求出的ΔD運(yùn)用到公式(6)中求出幀級(jí)量化參數(shù)。由于在計(jì)算時(shí)考慮了幀間依賴，所以由本方法計(jì)算出來的幀級(jí)量化參數(shù)更加合理精確，同時(shí)由于ΔD-ΔQp模型能夠根據(jù)視頻內(nèi)容自適應(yīng)地調(diào)整，所以本方法具有廣泛的適用性。

最接近的已有技術(shù)1：