一种基于hevc编码的医学远程会诊系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及医学设备领域，具体地讲，涉及一种基于HEVC编码的医学远程会诊系 统。
【背景技术】
[0002] 远程医疗是计算机、网络和多媒体通信技术在医学上的一项具体应用，已在全世 界得到了广泛的重视和应用，目前，各种各样的远程医疗服务正向我们走来，是国内开展得 最多的一项远程医学工作，它主要是应用视频频编码技术，通过一定的通讯手段，使身处异 地的医生之间可以相互看到对方的图像及听到对方的声音，而且通过公用白板的使用，可 以实现对医学图像的实时讨论，达到模拟面对面交谈的效果，从而实现远程医疗咨询。
[0003] 但是，现有的压缩方案，比如H. 264、MPEG-4等等仍然是非常落后的技术，但如今 我们正在引进更高效率视频编码（HEVC，即H. 265)却仍然是不争的事实。
[0004] HEVC压缩方案是一种更高效率视频编码压缩方案，可以使1080P视频内容时的压 缩效率提尚50 %左右，这就意味着视频内容的质量将上升许多，而且可以节省下大量的网 络带宽。HEVC的目标是在H.264/AVC high profile的基础上，通过采用更加灵活的四叉 树编码块划分、基于方向的帧内预测与预测类型、自适应运动矢量预测选择机制等新技术， 在保证相同视频图像质量的前提下，视频流的码率减少50%，即压缩效率提高一倍。然而， HEVC仍然采用和H. 264/AVC类似的编码结构，帧内编码帧（I帧）就成为影响重建视频质量 的关键因素之一。在视频编码过程中，为了容错、场景切换和随机存取等需要，通常在编码 视频序列中周期性的插入I帧。但由于I帧的编码效率远低于帧间编码帧（P帧、B帧），当 目标码率不足时，在编码过程中如果不对I帧加以控制，就会导致重建后的I帧质量低于相 邻的P帧或B帧，在重建视频播放过程中就会出现视频"闪烁"现象，严重影响视频观看质 量。
[0005] 视频编码中的码率控制模块根据给定的目标码率来计算QP值，而QP值直接影响 到视频的重建质量，在视频编码中起着重要作用。在HEVC的参考代码HM10. 0中，共提供了 两种码率控制参考模型，一种是基于像素的URQ (Unified Rate-Quantization)模型，一种 是R-lambda模型。URQ模型能够对HEVC中尺寸多变的编码块起到较好的控制效果，但是 在码率分配阶段，URQ模型并没有对I帧加以区分，没有考虑改善I帧的重建质量。因此， 采用URQ模型编码时，周期性插入I帧导致的视频"闪烁"现象较为严重，该模型已逐渐被 R-lambda模型取代。R-lambda模型考虑了各类型帧不同的编码效率，在为I帧分配目标码 率时，会根据I帧的bpp (bits per pixel)值进行调整，为I帧分配较多目标码率。调整方 式如表1所示，其中，TtoPl。表示为I帧分配的目标码率。
[0006] 表1 R-lambda码率控制模型中I帧目标码率调整方法
[0008] 但是，这种调整不够灵活，不能随着视频内容的变化而变化。经过调整，虽然I帧 的重建视频质量得到了改善，但是由于I帧消耗的目标码率过多，容易造成其后的P帧/B 帧目标码率不足，影响其重建质量。尤其是一个视频序列的最后若干帧，重建质量下降严 重，如图2所示。图2(a)和图2(b)分别显示了在HM10. 0中，采用R-lambda码率控制模型编 码标准测试序列Container (352X288)和Boat (704X576)后的重建视频客观质量（PSNR)， 两个序列最后若干帧的重建质量都出现了较大下降。但是，如果给I帧分配的目标码率不 足，由于I帧的编码效率较低，在编码完若干个CTU之后，目标码率就会消耗殆尽，如图3所 示。后续CTU由于无法得到足够的目标码率进行编码，其QP值会逐渐增大，造成CTU的重 建质量严重下滑，影响对I帧的整体重建质量。
【发明内容】
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[0009] 本发明要解决的技术问题是提供一种HEVC编码的医学远程会诊系统，提高会诊 过程中视频观看质量，防止出现视频抖动现象。
[0010] 本发明采用如下技术方案实现发明目的：
[0011] -种基于HEVC编码的医学远程会诊系统，其特征是在于，包括：
[0012] 视频采集系统：利用一组摄像机实时采集会诊现场或者手术现场的视频信息；
[0013] 医疗资料数据库：存储患者电子病例以及影像资料信息；
[0014] 中央处理器：接收现场视频信息、医学资料信息和医学影像信息，并对视频信息和 医学影像信息进行压缩处理后发送到远程回放系统；
[0015] 远程回放系统：对接收的视频信息进行实时解码播放。
[0016] 作为对本技术方案的进一步限定，所述中央处理器对视频信息和医学影像信息采 用HEVC编码算法，计算帧内编码帧I帧中各个CTU的目标码率，并采用R-lambda模型计算 I帧中各个CTU的QP值。
[0017] 作为对本技术方案的进一步限定，所述中央处理器采用高性能微处理器 Pentium III。
[0018] 作为对本技术方案的进一步限定，所述HEVC编码算法的I帧目标码率采用如下计 算方法：
[0019] (1)、获取视频图像的帧内编码帧，即I帧，预测当前待编码的编码树单元CTU的运 动信息和复杂度信息，以及当前I帧的整帧复杂度信息；
[0020] (2)、根据CTU的运动信息，提取I帧的全局运动信息，并判断当前CTU是否是运动 CTU ；
[0021] (3)、针对非运动CTU，根据当前CTU的复杂度信息和I帧的复杂度信息，判断当前 CTU是纹理复杂CTU，还是纹理平坦CTU ;
[0022] (4)、根据不同的CTU类型，为CTU优化分配目标码率，并采用R-lambda模型计算 CTU的QP值。
[0023] 作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤（1)具体包括如下步骤：
[0024] (11)、获得当前待编码CTU在前一帧对应位置处的CTU，提取其运动信息；
[0025] (12)、采用线性预测方法，预测当前CTU的运动信息；
[0026] (13)、获得I帧之前一帧的整帧复杂度信息，以及当前待编码CTU在前一帧对应位 置处CTU的复杂度信息；
[0027] (14)、采用线性预测方法，预测当前I帧的整帧复杂度信息和当前CTU的复杂度信 息。
[0028] 作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤（2)具体包括如下步骤：
[0029] (21)、将各CTU的运动向量分解为水平运动向量MVJP垂直运动向量MV y;
[0030] (22)、分别统计各CTU的MVjPMVy，计算出现概率最大的MVjPMVy，将其作为水平 方向和垂直方向的全局运动向量MV&和MV ^
[0031] (23)、将各CTU的MVJP MV $ MV &和MV Sy进行比较，判断当前CTU是否是运动 CTU〇
[0032] 作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤（4)具体包括如下步骤：
[0033] (41)、计算当前I帧的剩余目标码率；
[0034] (42)、当剩余目标码率大于0时，根据CTU的运动向量值和I帧的运动向量值为运 动CTU分配目标码率，根据CTU的复杂度信息和I帧的复杂度信息，为非运动CTU分配目标 码率；
[0035] (43)、当剩余码率小于等于0时，计算当前已编码CTU的实际编码码率均值，根据 该均值为当前CTU分配目标码率。
[0036] 作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤（42)中，为运动CTU分配目标码率的 具体方法为：
[0038] 为纹理复杂CTU和纹理平坦CTU分配目标码率的具体方法为：
[0040] 其中，MV&为当前I帧的全局运动向量在水平方向（X轴方向）的分量，MV X为当前 CTU的运动向量在水平方向（X轴方向）的分量，?\为第i个I帧所分配的目标码率，T radedCTU为当前I帧中已编码CTU的实际编码码率之和，Nlrft:第i个I帧中未编码CTU的个数，MV y为当前CTU的运动向量在垂直方向（y轴方向）的分量，MVq为当前I帧的全局运动向量在 垂直方向（y轴方向）的分量，MADintl^_为当前I帧的整帧图像复杂度，MAD_CTU为当前CTU 的复杂度。
[0041] 作为对本技术方案的进一步限定，所述步骤（43)中，为运动CTU和纹理复杂CTU 分配目标码率的具体方法为：
[0043] 为纹理平坦CTU分配目标码率的具体方法为：
[0045] 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的中央处理器采集现场视 频信息、医学资料信息和医学影像信息，并对视频信息和医学影像信息进行压缩处理后发 送到远程回放系统进行实时播放，采用HEVC视频编码算法，降低了视频传输占用带宽，提 高了传输速率，明显抑制重建视频"闪烁"现象，改善视频解码的观看效果。
【附图说明】
[0046] 图1为HEVC重建视频"闪烁"示意图。
[0047] 图2为Container序列和Boat序列采用R-lambda模型编解码后的重建视频客观 质量示意图。
[0048] 图3为I帧目标码率不足时每个CTU所分配的目标码率。
[0049] 图4为基于R-lambda码率控制模型的HEVC重建视频闪烁抑制方法流程图。
【具体实施方式】：
[0050] 下面结合实施例，进一步说明本发明。
[0051] 参见图1-图4,本发明包括视频采集系统：利用一组摄像机实时采集会诊现场或 者手术现场的视频信息；
[0052] 医疗资料数据库：存储患者电子病例以及影像资料信息；
[0053] 中央处理器：接收现场视频信息、医学资料信息和医学影像信息，并对视频信息和 医学影像信息进行压缩处理后发送到远程回放系统；
[0054] 远程回放系统：对接收的视频信息进行实时解码播放。
[0055] 所述中央处理器对视频信息和医学影像信息采用HEVC编码算法，计算帧内编码 帧I帧中各个CTU的目标码率，并采用R-lambda模型计算I帧中各个CTU的QP值。因为 P帧和B帧对重建视频的质量影像不大，故P帧和B帧采用现有技术计算目标码率，在此不 再赘述。
[0056] 所述中央处理器采用高性能微处理器Pentium III。
[0057] 为了抑制HEVC重建视频"闪烁"现象，改善重建视频主观视觉质量，本发明提出一 种基于R-lambda码率控制模型的HEVC重建视频闪烁抑制方法。该方法首先根据I帧中不 同区域产生"闪烁"现象的差异程度，对I帧的CTU进行分类（运动CTU，纹理复杂CTU，纹 理平坦CTU)，然后对不同类型CTU采用不同的码率优化分配方法，利用R-lambda码率控制 模型计算CTU的QP值，平滑I帧和相邻帧之间的主观视觉质量差异，在抑制"闪烁"现象的 同时，提高重建视频的整体主客观质量。
[0058] 新一代视频编码标准HEVC虽然引入了更加灵活的四叉树编码块划分、基于方向 的帧内预测与预测类型等利于帧内编码的新技术，但仍然采用和H. 264/AVC类似的编码结 构，I帧的编码效率仍大大低于P帧和B帧，对于需要周期性插入I帧的视频应用来说，I帧 的重建质量是影响视频整体主客观质量的