基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法
【专利摘要】一种基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法，包括以下步骤：在进行最大编码单元级的码率分配时，利用结构相似度作为图像失真的评价标准计算图像最大编码单元的失真，并利用其代替高效视频编码器编码端码率分配中的图像失真来计算码率控制R-λ模型中最大编码单元级码率分配的权重；在进行模式判决前，利用结构相似度作为图像失真的评价标准计算图像失真，并用其替代高效视频编码器编码端率失真判决中的编码图像的失真。本发明设计合理，使码率分配更加高效、准确，同时在相同码率情况下提高了编码图像的感知视觉质量；在目标码率相同的情况下能提高视频主观质量，或在相同的结构相似度情况下平均能实现12%的码率减少。
【专利说明】基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法
【技术领域】
[0001]本发明属于视频编解码【技术领域】，尤其是一种基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法。
【背景技术】
[0002]近年来，高清/超高清视频编码技术作为未来家庭影院、数字广播电视、网络视频、高清电影等业务的基础核心技术成为业界关注的焦点。针对高清/超高清视频通信，现有的视频编码标准在压缩比和实际的应用需求相比还有一定的差距。为此，国际标准化组织IS0/IEC (MPEG)和ITU-T启动了下一代数字视频压缩标准的规划——高效视频编码(High Efficiency Video Coding, HEVC)，目标是在H.264/AVC高档次的基础上，压缩效率提高一倍以上。
[0003]HEVC依然沿用H.264的混合编码框架，采用帧间和帧内预测编码消除时间域和空间域的相关性，变换编码对残差进行变换编码以消除空间相关性，熵编码消除统计上的冗余度。在HEVC现有的码率控制方法中，是通过以下流程完成码率控制的:
[0004]1、比特分配
[0005]假设目标码率为Rtm，帧率为f，则每帧图像的平均目标码率为
[0006]
【权利要求】
1.一种基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、在高效视频编码器编码端进行最大编码单元级的码率分配时，利用结构相似度作为图像失真的评价标准计算图像最大编码单元的失真，并利用其代替高效视频编码器编码端码率分配中的图像失真来计算码率控制R-λ模型中最大编码单元级码率分配的权重； 步骤2、在高效视频编码器编码端进行模式判决前，利用结构相似度作为图像失真的评价标准计算图像失真，并用其替代高效视频编码器编码端率失真判决中的编码图像的失真。
2.根据权利要求1所述基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法，其特征在于:所述步骤I的具体步骤包括: 步骤1.1、根据码率控制R-λ模型中图像组级码率控制、帧级码率控制得到当前编码帧所分配的目标码率Ttorfi。； 步骤1.2、计算当前编码帧中头信息所占用的比特数Bitheadw和已经编码的最大编码单元所用的比特数Codedpic ； 步骤1.3、计算该最大编码单元的分配权重= (1-SSIMlcu)2,其中SSIMrai表示该最大编码单元的结构相似度； 步骤1.4、计算该最大编码单元的目标码率根据公式:
3.根据权利要求2所述基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法，其特征在于:所述步骤1.1中的目标码率Tampie采用下式计算:
4.根据权利要求2所述基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法，其特征在于:所述步骤1.2中的帧中头信息所占用的比特数Bitheadw是根据已编码帧中所有头信息所用比特数估计得到。
5.根据权利要求2所述基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法，其特征在于:所述步骤1.3中的当前编码块结构相似度SSIMrai通过下式计算:
6.根据权利要求2所述基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法，其特征在于:所述步骤1.6中的λ估计值保证在:
7.根据权利要求1所述基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法，其特征在于:所述步骤2的具体步骤包括: 步骤2.1、选取1-SSIM作为率失真判决中编码图像的失真，其中SSIMrai表示该最大编码单元的结构相似度； 步骤2.2、重新拟合R-λ函数曲线以获得相应的视频源特性参数； 步骤2.3、用相关系数R 2来衡量拟合的R-λ函数曲线是否合理。
8.根据权利要求7所述基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法，其特征在于:所述步骤2.1中的当前编码块结构相似度SSIMrai通过下式计算:
9.根据权利要求7所述基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法，其特征在于:所述步骤2.2的具体处理方法为:用4个量化参数QP值22、27、32、37，对该帧进行编码得到该帧中所有最大编码单元的R-λ统计平均值点，用此来拟合曲线λ = a -bpp0得到参数α和β。
10.根据权利要求7所述基于结构相似度的高效视频编码感知码率控制优化方法，其特征在于:所述步骤2.3的具体处理方法为:用相关系数R 2来评估上述拟合的R-λ模型，其中相关系数用以下公式求得:
【文档编号】H04N19/147GK103634601SQ201310632139
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】解伟, 赵会玲, 王琳, 李小雨, 张若璠, 王宇鹏, 黄承恺, 王雪旸 申请人:国家广播电影电视总局广播科学研究院, 北京邮电大学