本發(fā)明涉及碼率控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種HEVC自適應(yīng)視頻碼率控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

繼H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)后，ITU-T又制定出一種新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC。HEVC的主要目的是提高編碼效率，即跟H.264相比，壓縮比提高一倍。在實(shí)際的視頻應(yīng)用中，碼率受到一定限制，編碼器需要根據(jù)限定的碼率合理分配控制碼率，使得視頻編碼的效率最優(yōu)，因此碼率控制是視頻編碼器的重要組成部分。在目前已有的適用于HEVC視頻編碼的碼率控制方法中，為了滿足HEVC編碼壓縮率的提升，相應(yīng)碼率控制精細(xì)度也大幅度的提升。但是常規(guī)上的此類控制方法，在提升控制碼率精細(xì)度的同時(shí)，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致圖像質(zhì)量壓縮不均勻，圖像質(zhì)量大幅波動(dòng)，尤其在低帶寬應(yīng)用場(chǎng)景下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提出一種HEVC自適應(yīng)視頻碼率控制方法，旨在解決現(xiàn)有HEVC視頻編碼的碼率控制方法中圖像質(zhì)量壓縮不均勻，圖像質(zhì)量大幅波動(dòng)的問(wèn)題。

本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種HEVC自適應(yīng)視頻碼率控制方法，所述方法包括以下步驟：

分配當(dāng)前圖像幀的目標(biāo)比特?cái)?shù)；

以一個(gè)編碼樹(shù)單元CTU為碼率控制單位，計(jì)算目標(biāo)比特?cái)?shù)初始值；

根據(jù)圖像結(jié)構(gòu)相似性和運(yùn)動(dòng)特性，計(jì)算當(dāng)前編碼樹(shù)單元復(fù)雜度；

利用當(dāng)前編碼樹(shù)單元復(fù)雜度，調(diào)整當(dāng)前CTU分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，計(jì)算當(dāng)前CTU目標(biāo)比特?cái)?shù)；

計(jì)算當(dāng)前CTU使用的量化參數(shù)。

所述方法還包括：

限定當(dāng)前幀中當(dāng)前CTU的量化參數(shù)的波動(dòng)。

本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于提出一種HEVC自適應(yīng)視頻碼率控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

目標(biāo)比特?cái)?shù)分配模塊，用于分配當(dāng)前圖像幀的目標(biāo)比特?cái)?shù)；

目標(biāo)比特?cái)?shù)初始值計(jì)算模塊，用于以一個(gè)編碼樹(shù)單元CTU為碼率控制單位，計(jì)算目標(biāo)比特?cái)?shù)初始值；

編碼樹(shù)單元復(fù)雜度計(jì)算模塊，用于根據(jù)圖像結(jié)構(gòu)相似性和運(yùn)動(dòng)特性，計(jì)算當(dāng)前編碼樹(shù)單元復(fù)雜度；

量化參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)二次非線性率失真模型公式12，計(jì)算當(dāng)前CTU使用的量化參數(shù)；

目標(biāo)比特?cái)?shù)計(jì)算模塊，用于利用當(dāng)前編碼樹(shù)單元復(fù)雜度，調(diào)整當(dāng)前CTU分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，計(jì)算當(dāng)前CTU目標(biāo)比特?cái)?shù)。

所述系統(tǒng)還包括：

量化參數(shù)波動(dòng)限定模塊，用于限定當(dāng)前幀中當(dāng)前CTU的量化參數(shù)波動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果

本發(fā)明提出一種HEVC自適應(yīng)碼率控制方法，本發(fā)明方法通過(guò)以CTU為單位進(jìn)行分析處理，將CTU的比特分配與圖像結(jié)構(gòu)相似性和運(yùn)動(dòng)特性相結(jié)合，將碼率控制算法與圖像復(fù)雜特性有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，求得編碼的量化參數(shù)。在保證碼率控制精確性的同時(shí)，解決圖像空間上質(zhì)量不均勻的問(wèn)題，提升編碼主觀效果。試驗(yàn)證明，選用多個(gè)測(cè)試樣本，使用本發(fā)明的方法，此方法在圖像PSNR基本不變的情況下，比特率誤差控制在0.5％,同時(shí)圖像質(zhì)量得到更有效控制，提升編碼主觀質(zhì)量。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例一種HEVC自適應(yīng)視頻碼率控制方法流程圖；

圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例一種HEVC自適應(yīng)視頻碼率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，為了便于說(shuō)明，僅示出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描寫的具體實(shí)施例，僅僅用于解釋本發(fā)明，并不用以限制本發(fā)明。

本發(fā)明提出一種HEVC自適應(yīng)碼率控制方法和系統(tǒng)，本發(fā)明方法通過(guò)以CTU為單位進(jìn)行分析處理，將CTU的比特分配與圖像結(jié)構(gòu)相似性和運(yùn)動(dòng)特性相結(jié)合，將碼率控制算法與圖像復(fù)雜特性有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，求得編碼的量化參數(shù)。在保證碼率控制精確性的同時(shí)，解決圖像空間上質(zhì)量不均勻的問(wèn)題，提升編碼主觀效果。

實(shí)施例一

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例一種HEVC自適應(yīng)視頻碼率控制方法流程圖；所述方法包括以下步驟：

S101，分配當(dāng)前圖像幀的目標(biāo)比特?cái)?shù)；

Tb_frame＝min(Ub,max(Br/Fr,Lb)) (1)

其中，Tb_frame為當(dāng)前圖像幀的目標(biāo)比特?cái)?shù)；Br是編碼的目標(biāo)比特率；Fr是圖像幀率；Ub、Lb分別為上下閾值系數(shù)；min(變量)表示對(duì)變量求取最小值，max(變量)表示對(duì)變量就取最大值；α和β是調(diào)整系數(shù)；W是幀平滑窗系數(shù)；

Ub和Lb初始值按照公式2和公式3計(jì)算：

Ub＝Br/Fr×W×α (2)

Lb＝Br/Fr×β (3)

當(dāng)編碼完一幀圖像后，分別按照公式4，5更新Ub和Lb；

Ub+＝Br/Fr-bits (4)

Lb+＝Br/Fr-bits (5)

其中bits是編碼當(dāng)前圖像后實(shí)際輸出編碼比特?cái)?shù)；

S102，以一個(gè)編碼樹(shù)單元CTU(CTU是編碼樹(shù)單元)為碼率控制單位，計(jì)算目標(biāo)比特?cái)?shù)初始值T1_ctu,i；

其中，T1_ctu,i表示目標(biāo)比特?cái)?shù)初始值；i是當(dāng)前CTU的編碼次序號(hào)；j為變量,其取值范圍為[i-1-sw,i-1]；N是一幀圖像中CTU的個(gè)數(shù)；sw是編碼樹(shù)單元平滑窗系數(shù)；R_ctu,j是第j個(gè)CTU分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)；R_act,j是第j個(gè)CTU實(shí)際編碼輸出的比特?cái)?shù)；T_rbit是當(dāng)前幀的剩余比特?cái)?shù)；

T_rbit的初始值按照公式7設(shè)置：

T_rbit＝Tb_frame (7)

編碼完一個(gè)CTU后，根據(jù)公式8更新T_rbit：

T_rbit-＝R_act,i (8)

其中，R_act,i是第i個(gè)CTU實(shí)際編碼輸出的比特?cái)?shù)。

S103，根據(jù)圖像結(jié)構(gòu)相似性和運(yùn)動(dòng)特性，計(jì)算當(dāng)前編碼樹(shù)單元復(fù)雜度C_complex。

SSIM_i-1是第i-1個(gè)CTU結(jié)構(gòu)相似性(相似度)；MSSIM是平均結(jié)構(gòu)相似性；κ和δ是調(diào)整系數(shù)；A1是閾值系數(shù)；MV_i是第i個(gè)CTU中的最大運(yùn)動(dòng)矢量；

SSIM，結(jié)構(gòu)相似性，是一種衡量?jī)煞鶊D像相似度的指標(biāo)；給定兩個(gè)圖像x和y，兩張圖像的結(jié)構(gòu)相似性可按照以下方式求出：

其中，u_x是圖像x中像素的平均值，u_y是圖像y中像素的平均值，σ_x是圖像x中像素的方差，σ_y是圖像y中像素的方差，σ_xy是圖像x和圖像y中像素的協(xié)方差，c1和c2是用來(lái)維持穩(wěn)定的常數(shù)。

SSIM_i-1的計(jì)算方法：將圖像x和圖像y分別設(shè)置為第i-1個(gè)CTU的原始圖像和重建圖像，根據(jù)公式(10)計(jì)算出的值即為SSIM_i-1。

MSSIM的計(jì)算方法：將每個(gè)已經(jīng)計(jì)算出的CTU的SSIM值進(jìn)行累加平均，得出的值即為MSSIM的值；

S104，利用當(dāng)前編碼樹(shù)單元復(fù)雜度C_complex，調(diào)整當(dāng)前CTU分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，計(jì)算當(dāng)前CTU目標(biāo)比特?cái)?shù)T_ctu,i；

其中，是調(diào)整系數(shù)。

S105,根據(jù)二次非線性率失真模型公式12，計(jì)算當(dāng)前CTU使用的量化參數(shù)Qp_i；

其中，Qp_i為當(dāng)前CTU的量化參數(shù)；SSIM_i是第i個(gè)CTU的結(jié)構(gòu)相似性，d1和d2是調(diào)整系數(shù)。

SSIM_i的計(jì)算方法：將圖像x和圖像y分別設(shè)置為第i個(gè)CTU的原始圖像和重建圖像，根據(jù)公式(10)計(jì)算出的值即為SSIM_i。

S106,限定當(dāng)前幀中第i個(gè)CTU的量化參數(shù)Qp_i波動(dòng)。

根據(jù)公式13作限定：

|Qp_i-Qp_i-1|≤ε (13)

其中，Qp_i-1是當(dāng)前幀已編碼的第i-1個(gè)CTU的量化參數(shù)，ε是限制系數(shù)。

實(shí)施例二

圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例一種HEVC自適應(yīng)視頻碼率控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，所述系統(tǒng)包括：

目標(biāo)比特?cái)?shù)分配模塊，用于分配當(dāng)前圖像幀的目標(biāo)比特?cái)?shù)；

Tb_frame＝min(Ub,max(Br/Fr,Lb)) (1)

其中，Tb_frame為當(dāng)前圖像幀的目標(biāo)比特?cái)?shù)；Br是編碼的目標(biāo)比特率；Fr是圖像幀率；Ub、Lb分別為上下閾值系數(shù)；min(變量)表示對(duì)變量求取最小值，max(變量)表示對(duì)變量就取最大值；α和β是調(diào)整系數(shù)；W是幀平滑窗系數(shù)；

Ub和Lb初始值按照公式2和公式3計(jì)算：

Ub＝Br/Fr×W×α (2)

Lb＝Br/Fr×β (3)

當(dāng)編碼完一幀圖像后，分別按照公式4，5更新Ub和Lb；

Ub+＝Br/Fr-bits (4)

Lb+＝Br/Fr-bits (5)

其中bits是編碼當(dāng)前圖像后實(shí)際輸出編碼比特?cái)?shù)；

目標(biāo)比特?cái)?shù)初始值計(jì)算模塊，用于以一個(gè)編碼樹(shù)單元CTU(CTU是編碼樹(shù)單元)為碼率控制單位，計(jì)算目標(biāo)比特?cái)?shù)初始值T1_ctu,i；

其中，T1_ctu,i表示目標(biāo)比特?cái)?shù)初始值；i是當(dāng)前CTU的編碼次序號(hào)；j為變量,其取值范圍為[i-1-sw,i-1]；N是一幀圖像中CTU的個(gè)數(shù)；sw是編碼樹(shù)單元平滑窗系數(shù)；R_ctu,j是第j個(gè)CTU分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)；R_act,j是第j個(gè)CTU實(shí)際編碼輸出的比特?cái)?shù)；T_rbit是當(dāng)前幀的剩余比特?cái)?shù)；

T_rbit的初始值按照公式7設(shè)置：

T_rbit＝Tb_frame (7)

編碼完一個(gè)CTU后，根據(jù)公式8更新T_rbit：

T_rbit-＝R_act,i (8)

其中，R_act,i是第i個(gè)CTU實(shí)際編碼輸出的比特?cái)?shù)。

編碼樹(shù)單元復(fù)雜度計(jì)算模塊，用于根據(jù)圖像結(jié)構(gòu)相似性和運(yùn)動(dòng)特性，計(jì)算當(dāng)前編碼樹(shù)單元復(fù)雜度C_complex。

SSIM_i-1是第i-1個(gè)CTU結(jié)構(gòu)相似性(相似度)；MSSIM是平均結(jié)構(gòu)相似性；κ和δ是調(diào)整系數(shù)；A1是閾值系數(shù)；MV_i是第i個(gè)CTU中的最大運(yùn)動(dòng)矢量；

SSIM，結(jié)構(gòu)相似性，是一種衡量?jī)煞鶊D像相似度的指標(biāo)；給定兩個(gè)圖像x和y，兩張圖像的結(jié)構(gòu)相似性可按照以下方式求出：

其中，u_x是圖像x中像素的平均值，u_y是圖像y中像素的平均值，σ_x是圖像x中像素的方差，σ_y是圖像y中像素的方差，σ_xy是圖像x和圖像y中像素的協(xié)方差，c1和c2是用來(lái)維持穩(wěn)定的常數(shù)。

SSIM_i-1的計(jì)算方法：將圖像x和圖像y分別設(shè)置為第i-1個(gè)CTU的原始圖像和重建圖像，根據(jù)公式(10)計(jì)算出的值即為SSIM_i-1。

MSSIM的計(jì)算方法：將每個(gè)已經(jīng)計(jì)算出的CTU的SSIM值進(jìn)行累加平均，得出的值即為MSSIM的值；

目標(biāo)比特?cái)?shù)計(jì)算模塊，用于利用當(dāng)前編碼樹(shù)單元復(fù)雜度C_complex，調(diào)整當(dāng)前CTU分配的目標(biāo)比特?cái)?shù)，計(jì)算當(dāng)前CTU目標(biāo)比特?cái)?shù)T_ctu,i；

其中，是調(diào)整系數(shù)。

量化參數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)二次非線性率失真模型公式12，計(jì)算當(dāng)前CTU使用的量化參數(shù)Qp_i；

其中，Qp_i為當(dāng)前CTU的量化參數(shù)；SSIM_i是第i個(gè)CTU的結(jié)構(gòu)相似性，d1和d2是調(diào)整系數(shù)。

SSIM_i的計(jì)算方法：將圖像x和圖像y分別設(shè)置為第i個(gè)CTU的原始圖像和重建圖像，根據(jù)公式(10)計(jì)算出的值即為SSIM_i。

量化參數(shù)波動(dòng)限定模塊，用于限定當(dāng)前幀中第i個(gè)CTU的量化參數(shù)Qp_i波動(dòng)。

根據(jù)公式13作限定：

|Qp_i-Qp_i-1|≤ε (13)

其中，Qp_i-1是當(dāng)前幀已編碼的第i-1個(gè)CTU的量化參數(shù)，ε是限制系數(shù)。

本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是可以通過(guò)程序指令相關(guān)硬件來(lái)完成的，所述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可以為ROM、RAM、磁盤、光盤等。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。