HEVC编码单元级码率控制的实现装置及方法与流程

本发明涉及多媒体视频编码技术领域，尤其涉及面向SoC(System on Chip，片上系统)的HEVC编码系统中的LCU(Large Coding Unit，最大编码单元)级码率控制。

背景技术：

HEVC(High Efficiency Video Coding，高效视频编码)是目前最新的视频压缩标准，该标准将每帧图像划分成若干个LCU(Large Coding Unit,最大编码单元)依次进行编码。HEVC作为一种有损视频压缩技术，其压缩的损失主要来自于量化模块，而QP(Quantization Parameter,量化参数)则是视频压缩过程中用于表示量化模块的参数。在HEVC中，码率控制算法的目的就是通过计算QP，来达到码率和图像质量之间的平衡，在达到目标压缩码率的基础上，取得最好的图像质量。

在一帧图像中，可以每个LCU都使用相同的QP，也可以根据图像复杂度情况，每个LCU使用不同的QP，后者可以得到更好的主观质量。由于为每个LCU计算更加精确的QP需要大量的系统资源，因此对于SoC(System on Chip,片上系统)这类资源、功耗等受限制的运行环境来说，对算法的复杂度、运算量、低延时性都有较高的要求，需要一个更加高效的计算方法。

鉴于以上所述，提供一种能够快速实现HEVC编码单元级码率控制的装置及方法实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种HEVC编码单元级码率控制的实现装置及方法，以在资源受限的系统上，实现低复杂度、低运算量、低延时的最大编码单元级码率控制，从而提升视频编码的主观质量。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种HEVC编码单元级码率控制的实现装置，所述实现装置包括：复杂度分布统计模块，用于统计前一帧图像各最大编码单元的复杂度分布信息；复杂度阈值计算模块，用于根据前一帧图像中各最大编码单元的复杂度分布信息，计算当前帧的复杂度阈值；以及量化参数处理模块，将当前帧各最大编码单元的复杂度与当前帧复杂度阈值进行比较，最终确定当前帧各最大编码单元的量化参数。

作为本发明的HEVC编码单元级码率控制的实现装置的一种优选方案，所述复杂度分布 统计模块根据系统性能及前一帧图像各最大编码单元的复杂度情况，将需要分析的复杂度数值进行分段，并建立复杂度分布数组对前一帧各最大编码单元复杂度的分布情况进行统计。

进一步地，所述复杂度阈值计算模块根据复杂度分布数组、范围调整参数及帧级复杂度比例因子，计算当前帧的最大复杂度阈值及最小复杂度阈值。

进一步地，所述量化参数处理模块将前帧最大编码单元复杂度与当前帧的最大复杂度阈值及最小复杂度阈值进行比较，以当前帧图像的帧级量化参数为基础调节最大编码单元级量化参数。

本发明还提供一种HEVC编码单元级码率控制的实现方法，所述实现方法包括步骤：步骤1)，根据系统性能及前一帧图像各最大编码单元的复杂度情况，将需要分析的复杂度数值进行分段；步骤2)，建立复杂度分布数组对前一帧各最大编码单元复杂度的分布情况进行统计；步骤3)，根据复杂度分布数组、范围调整参数及帧级复杂度比例因子，计算当前帧的最大复杂度阈值及最小复杂度阈值；步骤4)，将当前帧最大编码单元的复杂度与计算得到的当前帧的最大复杂度阈值及最小复杂度阈值进行比较，以当前帧图像的帧级量化参数为基础调节最大编码单元级量化参数步骤5)，如果当前处理的最大编码单元不为当前帧最后一个最大编码单元，则重复步骤4)直至结束。

作为本发明的HEVC编码单元级码率控制的实现方法的一种优选方案，步骤1)根据系统性能及前一帧图像各最大编码单元的复杂度情况，将需要分析的最大编码单元复杂度数值分为StepNum段，前StepNum-1段每段长度为StepSize，最后一段长度为无穷大。

作为本发明的HEVC编码单元级码率控制的实现方法的一种优选方案，步骤2)中，采用数组元素D[i]表示复杂度属于i*StepSize至(i+1)*StepSize段数值范围内的最大编码单元的个数，D[StepNum-1]表示复杂度大于i*(StepNum-1)的最大编码单元的个数，其中，i<StepNum-1，且i为整数。

进一步地，步骤3)中，所述最大复杂度阈值Thmax的确定方法为：当或者并且时，Thmax＝i×StepSize×δ；所述最小复杂度阈值Thmin的确定方法为：当或者并且Thmin＝(i+1)×StepSize×δ；其中，R为范围调整参数，δ为帧级复杂度比例因子。

进一步地，步骤4)中，以当前帧图像的帧级量化参数为基础调节最大编码单元级量化参数的方法为：

若Clcu>Thmax，则QPlcu＝QPpic–1；

若Clcu<Thmin，则QPlcu＝QPpic+1；

若为其他情况，则QPlcu＝QPpic；

其中，QPpic为当前帧图像的帧级量化参数，QPlcu为最大编码单元级量化参数，Clcu为当前帧最大编码单元的复杂度。

如上所述，本发明的HEVC编码单元级码率控制的实现装置及方法，具有以下有益效果：本发明提供了一种快速实现HEVC编码单元级码率控制的装置及方法，根据前一帧图像中各最大编码单元LCU的复杂度分布情况可确定当前帧图像的复杂度阈值，通过当前帧各LCU复杂度与所确定阈值相比较得出其对应的量化参数QP。通过本发明所提供的方法，可在资源受限的系统上，实现低复杂度、低运算量、低延时的LCU级码率控制，从而提升视频编码的主观质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1显示为本发明的HEVC编码单元级码率控制的实现装置的实施例的装置示意图。

图2显示为本发明的HEVC编码单元级码率控制的实现方法的实施例的步骤流程示意图。

元件标号说明

11 复杂度分布统计模块

12 复杂度阈值计算模块

13 量化参数处理模块

S11～S15 步骤1)～步骤5)

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1～图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及 尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本实施例提供一种HEVC编码单元级码率控制的实现装置，所述实现装置包括：复杂度分布统计模块11，用于统计前一帧图像各最大编码单元的复杂度分布信息；复杂度阈值计算模块12，用于根据前一帧图像中各最大编码单元的复杂度分布信息，计算当前帧的复杂度阈值；以及量化参数处理模块13，将当前帧各最大编码单元的复杂度与当前帧复杂度阈值进行比较，最终确定当前帧各最大编码单元的量化参数。

作为示例，所述复杂度分布统计模块11根据系统性能及前一帧图像各最大编码单元的复杂度情况，将需要分析的复杂度数值进行分段，并建立复杂度分布数组对前一帧各最大编码单元复杂度的分布情况进行统计。

作为示例，所述复杂度阈值计算模块12根据复杂度分布数组、范围调整参数及帧级复杂度比例因子，计算当前帧的最大复杂度阈值及最小复杂度阈值。

作为示例，所述量化参数处理模块13将前帧最大编码单元复杂度与当前帧的最大复杂度阈值及最小复杂度阈值进行比较，以当前帧图像的帧级量化参数为基础调节最大编码单元级量化参数。

如图2所示，本实施例还提供一种HEVC编码单元级码率控制的实现方法，所述实现方法包括步骤：

如图2所示，首先进行步骤1)S11，根据系统性能及前一帧图像各最大编码单元的复杂度情况，将需要分析的复杂度数值进行分段。

具体地，在本步骤中，根据系统性能及前一帧图像各最大编码单元的复杂度情况，将需要分析的最大编码单元复杂度数值分为StepNum段，前StepNum-1段每段长度为StepSize，最后一段长度为无穷大。

如图2所示，然后进行步骤2)S12，建立复杂度分布数组对前一帧各最大编码单元复杂度的分布情况进行统计。

具体地，在本步骤中，采用数组元素D[i]表示复杂度属于i*StepSize至(i+1)*StepSize段数值范围内的最大编码单元的个数，D[StepNum-1]表示复杂度大于i*(StepNum-1)的最大编码单元的个数，其中，i<StepNum-1，且i为整数。

如图2所示，接着进行步骤3)S13，根据复杂度分布数组、范围调整参数及帧级复杂度比例因子，计算当前帧的最大复杂度阈值及最小复杂度阈值。

在本实施例中，所述范围调整参数可以根据图像内容特性确定，所述帧级复杂度比例因子为当前帧复杂度与前一帧的复杂度总体水平的比值。

具体地，在本步骤中，所述最大复杂度阈值Thmax的确定方法为：当或者并且时，Thmax＝i×StepSize×δ；

所述最小复杂度阈值Thmin的确定方法为：当或者并且Thmin＝(i+1)×StepSize×δ；其中，R为范围调整参数，δ为帧级复杂度比例因子。

如图2所示，接着进行步骤4)S14，将当前帧最大编码单元的复杂度与计算得到的当前帧的最大复杂度阈值及最小复杂度阈值进行比较，以当前帧图像的帧级量化参数为基础调节最大编码单元级量化参数；

具体地，在本步骤中，以当前帧图像的帧级量化参数为基础调节最大编码单元级量化参数的方法为：

若Clcu>Thmax，则QPlcu＝QPpic–1；

若Clcu<Thmin，则QPlcu＝QPpic+1；

若为其他情况，则QPlcu＝QPpic；

其中，QPpic为当前帧图像的帧级量化参数，QPlcu为最大编码单元级量化参数，Clcu为当前帧最大编码单元的复杂度。

如图2所示，最后进行步骤5)S15，如果当前处理的最大编码单元不为当前帧最后一个最大编码单元，则重复步骤4)直至结束。

如上所述，本发明提供一种HEVC编码单元级码率控制的实现装置及方法，所述实现装置包括：复杂度分布统计模块11，用于统计前一帧图像各最大编码单元的复杂度分布信息；复杂度阈值计算模块12，用于根据前一帧图像中各最大编码单元的复杂度分布信息，计算当前帧的复杂度阈值；以及量化参数处理模块13，将当前帧各最大编码单元的复杂度与当前帧复杂度阈值进行比较，最终确定当前帧各最大编码单元的量化参数。本发明提供了一种快速实现HEVC编码单元级码率控制的装置及方法，根据前一帧图像中各最大编码单元LCU的复杂度分布情况可确定当前帧图像的复杂度阈值，通过当前帧各LCU复杂度与所确定阈值相比较得出其对应的量化参数QP。通过本发明所提供的方法，可在资源受限的系统上，实现低复杂度、低运算量、低延时的LCU级码率控制，从而提升视频编码的主观质量。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技 术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。