一種可伸縮視頻編碼量化參數確定方法及裝置的製作方法
2023-05-05 01:00:21 1
專利名稱：一種可伸縮視頻編碼量化參數確定方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及視頻圖像處理技術領域，尤其涉及一種可伸縮視頻編碼(ScalableVideo Coding, SVC)量化參數確定方法及裝置。
背景技術：
可伸縮視頻編碼(Scalable Video Coding, SVC)作為新一代視頻壓縮編碼標準
H.264/AVC的擴展已於2007年7月正式標準化，SVC將更好地適應於現有異構、時變的網絡終端環境，使得編碼壓縮後的視頻更加靈活地滿足各方面的應用需要。目前，H.264/SVC支持了時域、空域和質量域三個方向的可伸縮性，並且基本實現了對於解碼器複雜性和編碼效率的平衡設計。H.264/SVC中提出了關鍵幀(Key picture)的概念，當前關鍵幀與前一關鍵幀之間的所有視頻巾貞形成一個圖像組(Group ofpictures,G0P)。在一個圖像組內，以關鍵巾貞所在的基本層圖像作為參考，關鍵幀之間的其它幀(即B幀)形成層次化結構(即不同的時域視頻層)，通過截斷不同的時域視頻層，以提供碼流的時域可伸縮性。即通過層次化B幀(Hierarchical-B)實現SVC的時域可伸縮性。如附圖1所示，一個圖像組包括8個視頻中貞，4個視頻層，其中，TL-O表示基本時域層，TL-1表示由基本時域層預測得到的第一時域層，TL-2表示由基本時域層或第一時域層視頻幀預測得到的第二時域層，TL-3表示由基本時域層、第一時域層或第二時域層視頻幀預測得到的第三時域層。由於SVC獨特的GOP結構以及複雜的可伸縮性，使得可伸縮視頻編碼器的碼率控制更為複雜化。由於SVC的層次化的結構設計，各個時域視頻層之間具有相關性。在總目標碼率相對固定的情況下，針對各時域視頻層採用不同的碼率分配和控制方法，將會導致不同的編碼效率。而在H.264/SVC的實際應用中，建立一個高效的碼率控制方法是至關重要的。傳統的基於柵格結構(trellis-based)的碼率控制方法通過對各視頻巾貞遍歷設置可能的量化參數，進而構建待編碼各幀的失真率柵格關係，再利用編碼的單調性和最優路徑選取的方法求出一組各幀量化參數選取的最優解，來實現碼率控制，但是該方法需要計算柵格各節點上的碼率和失真值，複雜性很高。為了實際編碼的使用，需要設計一種複雜性相對較低的碼率控制方法。現有技術中提出了一種H.264/SVC碼率控制方法，是依據各個時域層固定的權重，對各個視頻幀調節比率因子選取相應的量化參數。該方法一定程度上考慮了層次間的相互關係，但視頻各層次間的依賴關係沒有充分發掘，因而編碼效率還比較低。
發明內容
本發明提供一種可伸縮視頻編碼量化參數確定方法及裝置，用以降低可伸縮視頻編碼量化參數確定的複雜度，提高編碼效率以及編碼性能。本發明實施例提供的具體技術方案如下:
一種可伸縮視頻編碼量化參數確定方法，包括:根據視頻編碼幀率、信道帶寬碼率以及已編碼圖像組產生的碼率誤差，為待編碼圖像組分配目標碼率；計算所述待編碼圖像組中表徵每個視頻幀的複雜性的對應複雜性描述子，並根據所述每個視頻幀的複雜性描述子確定出該視頻幀與所屬圖像組中相關視頻幀的量化參數差異值，由所述待編碼圖像組中與每個視頻幀對應的量化參數差異值組成所述待編碼圖像組的量化參數差異矢量；基於所述待編碼圖像組中所有視頻幀的複雜性描述子和所述目標碼率，以及前一圖像組的關鍵幀量化參數，確定所述待編碼圖像組的關鍵幀量化參數；基於所述待編碼圖像組的關鍵幀量化參數以及所述量化參數差異矢量，確定所述待編碼圖像組每個視頻幀的量化參數，並根據位於同一時域層的各視頻幀的量化參數，確定所述待編碼圖像組中各時域層的量化參數。一種可伸縮視頻編碼量化參數確定裝置，包括:第一處理單元，用於根據視頻編碼幀率、信道帶寬碼率以及已編碼圖像組產生的碼率誤差，為待編碼圖像組分配目標碼率；第二處理單元，用於計算所述待編碼圖像組中表徵每個視頻幀的複雜性的對應複雜性描述子，並根據所述每個視頻幀的複雜性描述子確定出該視頻幀與所屬圖像組中相關視頻幀的量化參數差異值，由所述待編碼圖像組中與每個視頻幀對應的量化參數差異值組成所述待編碼圖像組的量化參數差異矢量；第三處理單元，用於基於所述待編碼圖像組中所有視頻幀的複雜性描述子和所述目標碼率，以及前一圖像組的關鍵幀量化參數，確定所述待編碼圖像組的關鍵幀量化參數；第四處理單元，用於基於所述待編碼圖像組的關鍵幀量化參數以及所述量化參數差異矢量，確定所述待編碼圖像組每個視頻幀的量化參數，並根據位於同一時域層的各視頻幀的量化參數，確定所述待編碼圖像組中各時域層的量化參數。基於上述技術方案，本發明實施例中，根據視頻編碼幀率、信道帶寬碼率以及已編碼圖像組產生的碼率誤差，為待編碼圖像組分配目標碼率，計算待編碼圖像組中每個視頻幀的複雜性描述子，並根據每個視頻幀的複雜性描述子確定待編碼圖像組中每個視頻幀與其相關視頻幀的量化參數差異矢量，基於待編碼圖像組中所有視頻幀的複雜性描述子和目標碼率，以及前一圖像組的關鍵幀量化參數，確定待編碼圖像組的關鍵幀量化參數，再基於待編碼圖像組的關鍵幀量化參數以及量化參數差異矢量，確定待編碼圖像組每個視頻幀的量化參數，並根據位於同一時域層的各視頻幀的量化參數，確定待編碼圖像組中各時域層的量化參數，從而可以降低可伸縮視頻編碼量化參數確定的複雜度。該方法通過視頻幀的複雜性描述子充分利用了視頻幀的複雜性，從而能夠反映視頻的運動特性，並且，該方法將量化參數的確定轉換為求取各視頻幀的量化參數差異矢量和關鍵幀量化參數，避免了通過反覆設置量化參數得到合適的碼率，從而實現了圖像組編碼的最優化，降低了視頻編碼時碼率分配的複雜性，進而提高了編碼效率和編碼性能。
圖1為現有技術中SVC中圖像組的層次化B幀結構示意圖；圖2為本發明實施例中進行SVC量化參數確定方法流程圖；圖3為本發明實施例中SVC量化參數確定裝置結構圖。
具體實施例方式為了降低可伸縮視頻編碼時碼率分配的複雜性，提高編碼效率以及編碼性能，本發明實施例中提供了一種可伸縮視頻編碼量化參數確定方法。下面結合附圖對本發明優選的實施方式進行詳細說明。在可伸縮視頻編碼中，對圖像組各時域層每個視頻幀進行碼率分配實現對圖像組碼率控制，可以轉換為對圖像組中各時域層中每個視頻幀的量化參數選取問題，也就是說轉換為確定與圖像組各時域層每個視頻幀對應的量化參數向量，可以用公式表示如下:
權利要求
1.一種可伸縮視頻編碼量化參數確定方法，其特徵在於，包括: 根據視頻編碼幀率、信道帶寬碼率以及已編碼圖像組產生的碼率誤差，為待編碼圖像組分配目標碼率； 計算所述待編碼圖像組中表徵每個視頻幀的複雜性的對應複雜性描述子，並根據所述每個視頻幀的複雜性描述子確定出該視頻幀與所屬圖像組中相關視頻幀的量化參數差異值，由所述待編碼圖像組中與每個視頻幀對應的量化參數差異值組成所述待編碼圖像組的量化參數差異矢量； 基於所述待編碼圖像組中所有視頻幀的複雜性描述子和所述目標碼率，以及前一圖像組的關鍵幀量化參數，確定所述待編碼圖像組的關鍵幀量化參數； 基於所述待編碼圖像組的關鍵幀量化參數以及所述量化參數差異矢量，確定所述待編碼圖像組每個視頻幀的量化參數，並根據位於同一時域層的各視頻幀的量化參數，確定所述待編碼圖像組中各時域層的量化參數。
2.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，根據視頻編碼幀率、信道帶寬碼率以及已編碼圖像組產生的碼率誤差，為待編碼圖像組分配目標碼率，包括: 計算信道帶寬碼率與視頻編碼幀率的比值，以及該比值與所述待編碼圖像組中視頻幀數量的乘積，該乘積與同一單位時間內已編碼圖像組所產生的碼率誤差之和確定為分配給所述待編碼圖像組的目標碼率。
3.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述根據所述每個視頻幀的複雜性描述子確定出該視頻幀與所屬圖像組中相關視頻幀的量化參數差異值，具體包括: 將所述待編碼圖像組中每 個視頻幀的複雜性描述子與預定閾值進行比較，若所述視頻幀的複雜性描述子大於等於所述預定閾值，則將所述視頻幀與其相關視頻幀的量化參數差異值確定為第一預定值；否則，將所述視頻幀與其相關視頻幀的量化參數差異值確定為第二預定值。
4.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述確定所述待編碼圖像組的關鍵幀量化參數，包括: 計算所述待編碼圖像組中所有視頻幀的複雜性描述子之和； 使用前一圖像組的關鍵幀量化參數對所述待編碼圖像組進行編碼獲得編碼碼率，並結合所述待編碼圖像組中所有視頻幀的複雜性描述子之和，以及前一圖像組的關鍵幀量化參數，計算當前待編碼圖像組的簡單線性圖像組碼率模型的模型參數； 採用所述待編碼圖像組中所有視頻幀的複雜性描述子之和、所述目標碼率以及計算獲得所述模型參數，根據所述簡單線性圖像組碼率模型計算所述待編碼圖像組的關鍵幀量化參數； 所述簡單線性圖像組編碼碼率模型為〃 =，其中，R表示圖像組編碼碼率，Sgop表示圖像組所有視頻巾貞的複雜性描述子之和，Qs表示量化參數對應的量化步長，n為模型參數。
5.按權利要求4所述的方法，其特徵在於，使用前一圖像組的關鍵幀量化參數對所述待編碼圖像組進行編碼獲得編碼碼率，包括: 將所述前一圖像組的關鍵幀量化參數作為當前待編碼圖像組所有視頻幀的量化參數，再根據該量化參數對所述待編碼圖像組進行編碼獲得編碼碼率。
6.按權利要求1所述的方法，其特徵在於，基於所述待編碼圖像組的關鍵幀量化參數以及所述量化參數差異矢量，確定所述待編碼圖像組每個視頻幀的量化參數，包括: 根據待編碼圖像組的關鍵幀量化參數，和所述量化參數差異矢量中包含的、所述待編碼圖像組的第一時域層中各視頻幀的對應量化參數差異值，確定第一時域層中各視頻幀的量化參數；根據第一時域層中各視頻幀的量化參數以及所述量化參數差異矢量中包含的、所述待編碼圖像組的第二時域層中各視頻幀的量化參數差異值，確定第二時域層中各視頻幀的量化參數，同理確定所述待編碼圖像組中各時域層中每個視頻幀的量化參數。
7.按權利要求1或6所述的方法，其特徵在於，根據位於同一時域層的視頻幀的量化參數，確定所述待編碼圖像組中各時域層的量化參數，包括: 計算所述待編碼圖像組中位於同一時域層的各視頻幀的量化參數的平均值，將該平均值確定為相應時域層的量化參數。
8.一種可伸縮視頻編碼量化參數確定裝置，其特徵在於，包括: 第一處理單元，用於根據視頻編碼幀率、信道帶寬碼率以及已編碼圖像組產生的碼率誤差，為待編碼圖像組分配目標碼率； 第二處理單元，用於計算所述待編碼圖像組中表徵每個視頻幀的複雜性的對應複雜性描述子，並根據所述每個視頻幀的複雜性描述子確定出該視頻幀與所屬圖像組中相關視頻幀的量化參數差異值，由所述待編碼圖像組中與每個視頻幀對應的量化參數差異值組成所述待編碼圖像組的量化參數差異矢量； 第三處理單元，用於基於 所述待編碼圖像組中所有視頻幀的複雜性描述子和所述目標碼率，以及前一圖像組的關鍵幀量化參數，確定所述待編碼圖像組的關鍵幀量化參數； 第四處理單元，用於基於所述待編碼圖像組的關鍵幀量化參數以及所述量化參數差異矢量，確定所述待編碼圖像組每個視頻幀的量化參數，並根據位於同一時域層的各視頻幀的量化參數，確定所述待編碼圖像組中各時域層的量化參數。
9.按權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述第一處理單元具體用於計算信道帶寬碼率與視頻編碼幀率的比值，以及該比值與所述待編碼圖像組中視頻幀數量的乘積，該乘積與同一單位時間內已編碼圖像組所產生的碼率誤差之和確定為分配給所述待編碼圖像組的目標碼率。
10.按權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述第二處理單元具體用於將所述待編碼圖像組中每個視頻幀的複雜性描述子與預定閾值進行比較，若所述視頻幀的複雜性描述子大於等於所述預定閾值，則將所述視頻幀與其相關視頻幀的量化參數差異值確定為第一預定值；否則，將所述視頻幀與其相關視頻幀的量化參數差異值確定為第二預定值。
11.按權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述第三處理單元具體用於: 計算所述待編碼圖像組中所有視頻幀的複雜性描述子之和； 使用前一圖像組的關鍵幀量化參數對所述待編碼圖像組進行編碼獲得編碼碼率，並結合所述待編碼圖像組中所有視頻幀的複雜性描述子之和，以及前一圖像組的關鍵幀量化參數，計算當前待編碼圖像組的簡單線性圖像組碼率模型的模型參數； 採用所述待編碼圖像組中所有視頻幀的複雜性描述子之和、所述目標碼率以及計算獲得所述模型參數，根據所述簡單線性圖像組碼率模型計算所述待編碼圖像組的關鍵幀量化參數；所述簡單線性圖像組編碼碼率模型為〃 =，其中，R表示圖像組編碼碼率，Sgop表示圖像組所有視頻巾貞的複雜性描述子之和，Qs表示量化參數對應的量化步長，n為模型參數。
12.按權利要求11所述的裝置，其特徵在於，所述第三處理單元還用於在使用前一圖像組的關鍵幀量化參數對所述待編碼圖像組進行編碼獲得編碼碼率時，將所述前一圖像組的關鍵幀量化參數作為當前待編碼圖像組所有視頻幀的量化參數，再根據該量化參數對所述待編碼圖像組進行編碼獲得編碼碼率。
13.按權利要求8所述的裝置，其特徵在於，所述第四處理單元基於所述待編碼圖像組的關鍵幀量化參數以及所述量化參數差異矢量，確定所述待編碼圖像組每個視頻幀的量化參數時，具體用於: 根據待編碼圖像組的關鍵幀量化參數，和所述量化參數差異矢量中包含的、所述待編碼圖像組的第一時域層中各視頻幀的對應量化參數差異值，確定第一時域層中各視頻幀的量化參數；根據第一時域層中各視頻幀的量化參數以及所述量化參數差異矢量中包含的、所述待編碼圖像組的第二時域層中各視頻幀的量化參數差異值，確定第二時域層中各視頻幀的量化參數，同理確定所述待編碼圖像組中各時域層中每個視頻幀的量化參數。
14.按權利要求8或13所述的裝置，其特徵在於，所述第四處理單元根據位於同一時域層的視頻幀的量化參數，確定所述待編碼圖像組中各時域層的量化參數時，具體用於:計算所述待編碼圖像組中位於同一時域層的各視頻幀的量化參數的平均值，將該平均值確定為相應時域層的 量化參數。
全文摘要
本發明公開了一種可伸縮視頻編碼量化參數確定方法，用以降低可伸縮視頻編碼時碼率分配的複雜度，提高編碼效率以及編碼性能。該方法為為待編碼圖像組分配目標碼率；根據每個視頻幀的複雜性描述子確定待編碼圖像組中每個視頻幀與其相關視頻幀的量化參數差異矢量；基於待編碼圖像組中所有視頻幀的複雜性描述子和目標碼率，以及前一圖像組的關鍵幀量化參數，確定待編碼圖像組的關鍵幀量化參數；基於待編碼圖像組的關鍵幀量化參數以及量化參數差異矢量，確定待編碼圖像組每個視頻幀的量化參數，並根據位於同一時域層的各視頻幀的量化參數，確定待編碼圖像組中各時域層的量化參數。本發明同時公開了一種可伸縮視頻編碼量化參數確定裝置。
文檔編號H04N7/30GK103096048SQ20111034218
公開日2013年5月8日 申請日期2011年11月2日 優先權日2011年11月2日
發明者劉家瑛, 郭宗明, 李振東 申請人:北京大學, 北大方正集團有限公司, 北京北大方正電子有限公司