[發(fā)明專利]一種增強(qiáng)型R-Lambda碼率控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911213176.4
• 申請(qǐng)日: 2019-12-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112995667B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范曉東;蔡斌斌;張廣耀;賈惠柱;向國(guó)慶;文湘鄂
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京博雅慧視智能技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): H04N19/146
• 分類號(hào): H04N19/146;H04N19/147;H04N19/124;H04N19/115
• 代理公司: 北京萬(wàn)象新悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11360
• 代理人: 黃鳳茹

本發(fā)明公布了一種增強(qiáng)型R?Lambda碼率控制方法，采用R?Lambda碼率控制，首先為當(dāng)前幀分配碼率R，然后依次計(jì)算得到拉格朗日乘子λ和量化參數(shù)QP；在當(dāng)前幀編碼完成之后，對(duì)碼控參數(shù)α和β進(jìn)行更新，用于下一幀計(jì)算使用。本發(fā)明基于HEVC標(biāo)準(zhǔn)中R?Lambda模型進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)精確的碼率控制；十分簡(jiǎn)單實(shí)用，且避免了CPU對(duì)整幀像素的運(yùn)算操作，為低延遲低功耗的視頻編解碼提供了可實(shí)施方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于信息技術(shù)領(lǐng)域，涉及視頻編解碼技術(shù)，尤其涉及一種增強(qiáng)型R-Lambda視頻編解碼的碼率控制方法。

背景技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)直播、短視頻等視頻業(yè)務(wù)和服務(wù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)，對(duì)視頻編解碼器和網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高的要求?？v觀編碼器的整個(gè)發(fā)展過(guò)程，目前繼國(guó)際高效視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC(HighEfficiency Video Coding)和國(guó)內(nèi)第二代音視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)AVS2(Audio Videocoding Standard 2)公開(kāi)推出之后，視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.266和AVS3業(yè)已在制定完善中。在編碼器的實(shí)際使用當(dāng)中，碼率控制模塊是一個(gè)至關(guān)重要的模塊，尤其是在傳輸帶寬有限的情況下要保證一定的視頻質(zhì)量。精確的碼率控制指編碼器在精確達(dá)到目標(biāo)碼率的同時(shí)保證編碼失真盡量小。碼率控制可轉(zhuǎn)化為率失真優(yōu)化問(wèn)題：在保證使用碼率R不超過(guò)目標(biāo)碼率R_t的情況下，選擇一組最優(yōu)編碼參數(shù)，使得失真D最小，表示為式(1)：

其中，{para}表示一組編碼參數(shù)信息，包括深度，模式，MV，QP；

而公式(1)中的有約束優(yōu)化問(wèn)題，可以利用拉格朗日乘數(shù)法轉(zhuǎn)化為公式(2)所示的無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題：

其中，λ是拉格朗日乘子，表示R-D曲線上的斜率。

圖1為編碼器中的R-D率失真曲線。標(biāo)準(zhǔn)HEVC擬合的雙曲模型比指數(shù)模型可以更精確地刻畫R-D模型。雙曲模型的公式(3)如下所示：

D(R)＝CR^-K (3)

其中，C和K是和序列特性相關(guān)的模型參數(shù)。

HEVC的R-Lambda碼率控制根據(jù)公式(4)，依次計(jì)算得到λ和QP：

QP＝4.2005×ln(λ)+13.7122

其中，α和β是和視頻內(nèi)容相關(guān)的參數(shù)。

在HEVC原有的R-Lambda模型實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，首先為當(dāng)前幀分配碼率R，然后依次計(jì)算得到拉格朗日乘子λ和量化參數(shù)QP。在編碼完當(dāng)前幀之后，會(huì)對(duì)碼控參數(shù)α和β更新，用于下一幀計(jì)算使用。

現(xiàn)有方法中，為了更好地控制碼率分配，幀內(nèi)I(Intra)幀碼率R的分配考慮了當(dāng)前幀的復(fù)雜度C；要先計(jì)算當(dāng)前幀的復(fù)雜度C，該復(fù)雜度是指當(dāng)前幀每個(gè)8x8原始像素塊經(jīng)過(guò)哈達(dá)瑪變換后系數(shù)的絕對(duì)值之和(即SATD)。

由于兩個(gè)I幀之間的時(shí)間距離更大或者場(chǎng)景切換，幀內(nèi)I(Intra)幀之間的相關(guān)性遠(yuǎn)小于前向預(yù)測(cè)P(Predictive)幀之間的相關(guān)性。所以，上述方法使得編碼器保持相似的編碼效率的同時(shí)，能更準(zhǔn)確地分配目標(biāo)碼率。但是，該算法需要進(jìn)行預(yù)處理，提前計(jì)算出每一幀的復(fù)雜度。計(jì)算一整幀的SATD值是一個(gè)非常繁瑣而又復(fù)雜的操作任務(wù)。在軍工等許多低延遲應(yīng)用場(chǎng)合，尤其是當(dāng)終端CPU的計(jì)算能力較弱，不足以支持圖像像素級(jí)的運(yùn)算操作時(shí)，上述方法很難滿足實(shí)際需要。

在當(dāng)前幀編碼完成后，需要對(duì)參數(shù)α和β進(jìn)行更新，現(xiàn)有方法的更新機(jī)制是利用最小均方誤差，對(duì)實(shí)際使用的λ和計(jì)算得到的λ值之間的平方誤差函數(shù)進(jìn)行一次迭代。