JPEG-XS编码器的帧内比特分配方法与流程

本发明属于视频编码，具体涉及一种jpeg-xs编码器的帧内比特分配方法。

背景技术：

1、随着4k，8k，vr等高新视频的发展，视频数据量显著增长，对节目的制播传输提出了巨大的挑战。传统的制播域编码难以同时满足实时制播场景所需的低延迟、低复杂度、高质量的需求，因此国际标准组织制定了jpeg-xs编码标准。不同于常规的编解码技术，jpeg-xs技术具有低延迟、恒定质量、视觉无损化、低复杂度、多次编解码后质量无明显下降等多种优势。

2、在jpeg-xs编码标准中，yuv图像在经过多次小波变换后，按照其包含的能量波段不同被划分成不同的band(波段，拥有相同垂直和水平小波变换次数的数据集合)，每一个precinct则均包含每一个band中的一行或两行数据。precinct和band之间的关系如图1和图2所示，其中图1为水平分解5垂直分解2时图像中的band分布情况；图2为水平分解5垂直分解2时band在precinct中分布情况。

3、jpeg-xs采用恒定码率编码，每一帧都拥有相同的数据长度，对传输链路带宽的需求更加稳定。然而不同的视频内容具有不同的编码复杂度，如果对一帧内所有的选区precinct(拥有所有band量化指标的数据集合)分配相同的编码比特数，则可能会出现画面中的不同区域质量不一致的情况。。

技术实现思路

1、鉴于以上存在的问题，本发明提供一种jpeg-xs编码器的帧内比特分配方法，通过优化每一帧不同选区precinct的比特数分配，使得编码视频的质量更加恒定，同时大幅提升整体主客观质量。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

3、一种jpeg-xs编码器的帧内比特分配方法，包括以下步骤：

4、对输入yuv图像按照编码参数进行垂直方向和水平方向的小波变换，得到整张图像的所有小波变换后的变换系数；

5、将所有小波变换后的系数按照jpeg-xs标准的4个为一组计算，并记录每组中最大的比特位计数bitplane count；统计当前选区precinct中所有的bitplane count总和，记为当前precinct的复杂度c(i)；统计整张图像所有的biplane count总和，记为当前图像的总复杂度c；

6、根据目标压缩率以及每一个选区复杂度情况计算可用于动态分配的总比特数rd和每一个选区的平均分配的比特数ra(i)；

7、根据当前选区的复杂度占整张图像总复杂度的占比，按比例分配当前选区所占的动态分配比特数，再结合选区平均分配比特数为当前选区的比特数；

8、再次遍历所有选区的复杂度，如果所有连续且相邻的选区之间的复杂度差别较小，则将这些连续的选区的比特数进行平均；

9、进行编码，在编码过程中如果当前选区最终消耗的比特数比分配的比特数小，则将多余的比特数平均分配到余下的所有选区中；如果当前选区最终消耗的比特数大于分配的比特数，则余下的所有选区的比特数将减去当前选区多消耗的比特数除以剩余选区数量得到的平均值；最后一个选区的编码比特数消耗则不允许大于分配比特数。

10、一种可能的实施方式中，所述根据目标压缩率以及每一个选区复杂度情况计算可用于动态分配的总比特数和每一个选区的平均分配的比特数包括：

11、将一帧图像的总比特数设为r，对图像中最大的选区precinct复杂度设为cmax，最小的选区precinct复杂度设为cmin，视频压缩率设为ratio，图像总precinct数量设为cnt；

12、计算当前帧可用于动态分配的比特数rd为：

13、

14、计算当前帧每一个precinct的分配比特数ra(i)为：

15、

16、一种可能的实施方式中，所述根据当前选区的复杂度占整张图像总复杂度的占比，按比例分配当前选区所占的动态分配比特数，再结合选区平均分配比特数为当前选区的比特数包括：

17、

18、一种可能的实施方式中，所述复杂度差别较小为复杂度差别最大值小于5％。

19、采用本发明具有如下的有益效果：通过对输入图像做小波变换、计算precinct复杂度、计算可分配的比特数、分配precinct比特数、平滑precinct比特分配、动态调整precinct比特数，分析每一帧画面的编码precinct复杂度，动态的分配precinct所需的编码比特数，在几乎不需要额外性能开销的情况下，大幅提升了整体的整体的主客观质量，同时还能使视频的质量更加恒定。且由于充分利用了jpeg-xs标准实现过程中所必须的小波变换和bitplane count计算产生的结果作为输入，并不会带来额外的计算复杂度，有非常可观的应用前景。

技术特征：

1.一种jpeg-xs编码器的帧内比特分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的jpeg-xs编码器的帧内比特分配方法，其特征在于，所述根据目标压缩率以及每一个选区复杂度情况计算可用于动态分配的总比特数和每一个选区的平均分配的比特数包括：

3.如权利要求1所述的jpeg-xs编码器的帧内比特分配方法，其特征在于，所述根据当前选区的复杂度占整张图像总复杂度的占比，按比例分配当前选区所占的动态分配比特数，再结合选区平均分配比特数为当前选区的比特数包括：

4.如权利要求1所述的jpeg-xs编码器的帧内比特分配方法，其特征在于，所述复杂度差别较小为复杂度差别最大值小于5％。

技术总结
本发明公开了一种JPEG‑XS编码器的帧内比特分配方法，包括以下步骤：对输入YUV图像按照编码参数进行垂直方向和水平方向的小波变换，得到整张图像的所有小波变换后的变换系数；将所有小波变换后的系数按照JPEG‑XS标准的4个为一组计算，并记录每组中最大的比特位计数bitplane count；根据目标压缩率以及每一个选区复杂度情况计算可用于动态分配的总比特数RD和每一个选区的平均分配的比特数RA(i)；根据当前选区的复杂度占整张图像总复杂度的占比，按比例分配当前选区所占的动态分配比特数，再结合选区平均分配比特数为当前选区的比特数；再次遍历所有选区的复杂度，如果所有连续且相邻的选区之间的复杂度差别较小，则将这些连续的选区的比特数进行平均；进行编码。

技术研发人员：朱建国,李日,廖义,王建伟
受保护的技术使用者：杭州当虹科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17