[發明專利]HEVC全I幀編碼基于顯著性的CTU層碼率分配方法

有效

• 申請號: 201811471526.2
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109451309B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 崔子冠;張夢男;干宗良;唐貴進;劉峰
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04N19/146
• 分類號: H04N19/146;H04N19/172;H04N19/70
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發明公開了一種HEVC全I幀編碼基于顯著性的編碼樹單元(CTU)層碼率分配方法，在全I幀編碼配置下讀入當前編碼幀，以4×4像素塊為單位計算當前幀不同區域的顯著性；對像素塊的顯著性取平均作為CTU的顯著性，并對整幀CTU層的顯著性進行歸一化，對整幀CTU層的顯著性取平均作為幀層顯著性；根據編碼當前幀時的視頻剩余比特數、緩沖區充滿度和當前幀的顯著性為當前幀分配目標比特；根據當前幀剩余比特數、當前CTU的幀內和幀間顯著性權重為當前CTU分配目標比特；由碼率模型計算當前CTU編碼的Lagrange乘子(λ)，再根據λ得到當前CTU的量化參數進行編碼；更新剩余比特數和各種模型參數，直到全部I幀編碼完成，該方法提高了HEVC全I幀編碼的主觀視覺質量。

技術領域

本發明涉及視頻編碼特別是視頻主觀質量優化編碼技術領域，具體涉及一種HEVC全I幀編碼基于顯著性的CTU層碼率分配方法。

背景技術：

視頻編碼的目標是在碼率的限制下獲得最優的主觀視頻質量。高性能視頻編碼(HEVC)即H.265是目前國際上最新的視頻編碼標準，相比上一代視頻編碼標準H.264其編碼效率提高了一倍，支持全I幀編碼、低延遲(LD)與隨機接入(RA)多種配置。其中全I幀編碼僅利用幀內像素進行空間預測而不利用幀間像素進行時間預測，具有編碼速度快以及便于幀間并行編碼等特點，適合對編碼速度與圖像質量要求高而對壓縮效率要求相對較低的場合。但目前提出的HEVC碼率分配與碼率控制算法大多針對LD與RA配置下P幀或B幀的幀層或編碼樹單元(CTU)層進行優化，而針對全I幀編碼配置的幀層或CTU層的碼率分配與控制算法極少且常常較為簡單，比如為I幀所有CTU分配相同的目標比特或使用相同的量化參數(QP)進行編碼而不考慮CTU的特性，這兩種方法實現簡單，但都會造成碼率資源的浪費而無法得到最優的主觀圖像質量。

傳統碼率分配與控制的另一個問題是極少考慮人眼觀察圖像時對不同區域的敏感性差異，而僅考慮圖像內容的客觀復雜度，導致碼率分配及編碼后的質量與主觀視覺不一致。截止目前，有少數文獻嘗試利用視覺顯著性對H.264及HEVC編碼的P幀與B幀幀層或編碼單元層進行QP調整與碼率控制。比如胡瑞敏等人在2012年獲得授權的發明專利：一種基于視覺顯著度模型的視頻編碼碼率控制方法(CN102164281B)，該發明專利對H.264的P幀與B幀編碼利用Itti等人在2003年提出的顯著度模型提取當前幀的顯著度區域并進行幀層目標比特分配，之后結合紋理、運動和顯著度進行宏塊(MB)層比特分配和編碼，提高了H.264P幀與B幀編碼的主觀質量。而唐桐等人在2016年獲得公布的發明專利：基于梯度的全I幀視頻碼率控制方法及控制系統(CN106231305A)，利用梯度信息對全I幀編碼的幀層及CTU層QP進行調節，提高了I幀編碼的主觀質量。但梯度信息描述的是客觀復雜度，與人眼主觀敏感度仍有差異。本發明基于顯著性進行HEVC全I幀編碼的幀層及CTU層碼率分配，較好地解決了上述問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種HEVC全I幀編碼基于顯著性的CTU層碼率分配方法，以解決現有技術中導致的上述多項缺陷。

一種HEVC全I幀編碼基于顯著性的CTU層碼率分配方法，包括以下步驟：

S1：在全I幀編碼配置下讀入當前編碼幀，以4×4像素塊為單位計算當前幀不同區域的顯著性；

S2：對CTU包含的4×4像素塊的顯著性取平均作為CTU的顯著性，并對整幀CTU層的顯著性進行歸一化，對整幀CTU層的顯著性取平均作為幀層顯著性；

S3：根據編碼當前幀時的視頻剩余比特數、緩沖區充滿度和當前幀的顯著性為當前幀分配目標比特；

S4：根據當前幀剩余比特數、當前CTU的幀內和幀間顯著性權重為當前CTU分配目標比特；

S5：由碼率模型計算當前CTU編碼的Lagrange乘子(λ)，再根據λ得到當前CTU的量化參數進行編碼；