一种基于ssim的hevc视频编码率失真优化与码率控制算法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及视频编码码率控制技术领域，尤其是一种基于SSM的HEVC视频编码 率失真优化与码率控制算法。
【背景技术】
[0002] 在视频编码与传输应用中，新一代高性能视频编码标准H. 265/MPEG-H HEVC (High Efficiency Video Coding)由ISO-IEC/MPEG和ITU-T/VCEG两大国际标准化组织成立的视 频编码联合开发小组（JCT-VC)开发，与H.264/AVC相比，在相同的视觉质量下，HEVC能使 比特率降低一半。
[0003] 作为新一代视频编码标准，HEVC仍然属于预测加变换的混合编码框架，它也包含 了帧内预测、帧间预测、正交变换、量化、滤波、熵编码等编码模块，但在各个编码环节都进 行了细致的优化与改进，HEVC标准编码方法如附图1所示。在视频编码码率控制算法中，率 失真R-D(Rate-Distortion)性能是需要考虑的问题。一个良好的码率控制算法可以在精 确的达到目标码率的同时达到尽量小的编码失真。码率控制问题可以被转化成如公式（1) 所示的率失真优化问题。
[0004] 公式（1)
【主权项】
1. 一种基于SSIM的肥VC视频编码率失真优化与码率控制算法，其特征在于： 所述视频编码率失真优化算法采用了基于SSIM的视频评价方法，通过SSIM模型计算 视频失真化SIM获取率失真优化模型的拉格朗日乘子人；并由人此计算视频编码中的率失 真代价； 所述码率控制算法采用了视频编码中的二次R-Q模型，来表征视频编码码流中的纹理 残差比特与边信息码率间的关系，W此计算率失真模型中的编码参数QP，W及编码过程中 的视频序列特征参数a和P的更新值。
2. 根据权利要求1所述的一种基于SSIM的肥VC视频编码率失真优化与码率控制算 法，其特征在于： 所述视频编码率失真优化算法，计算视频失真的方法为； 设视频中某一场景画面W码率R编码前后，相同对应区域为x、y，其中Uy、Wy分别为X、y的均值，体现了图像的亮度信息；0y、0y为X、y的方差，反映其对比度信息；0。为X、 y的相关系数，反映其结构信息的相似性；Cl与C2是两个很小的正数，W避免分母为零或者 接近零时造成的奇异性；则X、y区域上的结构相似度SSIM计算方法如公式（10)所示；
对应的视频失真Dssim计算公式为公式（11)Dssim= 1-SSIM; 计算率失真代价的方法为，设与该视频的序列特性相关模型参数为C和K，a=CK，0 =-K-1 ; 则由率失真RD模型获得的拉格朗日乘子A如公式（13)所示； 公式（13)
; 进一步得出率失真代价J的计算公式（14)J=Dssim+入R。
3. 根据权利要求1所述的一种基于SSIM的肥VC视频编码率失真优化与码率控制算 法，其特征在于： 所述码率控制算法计算率失真模型中的编码参数QP的方法为； 设而为编码视频片段的目标码率；Z/fW为边信息码率的预测值，建立二次R-Q模型， 模型中bi与b2为模型参数，MAD为原始帖与预测帖差值的绝对值平均，Q为量化步长， 基于视频图像的时空相关性，使用之前已编码帖对应位置的边信息码率进行预测，取而与 公/"'"/的差值作为当前编码单元的纹理残差比特数，W公式（15)描述为； 公式（15)
5 W公式（15)计算W公式（16)计算QP; 公式（16)QP= 61og2Qstep+4 ; 所述码率控制算法计算编码过程中的视频序列特征参数a和p更新值的方法依次包 括W下步骤； A、设原编码过程中使用的参数分别为a和0 "id，当编码目标码率为而时，W公式 (17)预测计算编码失真Dssim。14; 公式（17)公羅_加=?。/八也成 ； B、 设WDssBLual描述实际编码失真，进一步W公式（18)描述经过编码后得到的码率 Rreal; 公式（18) 〇进册 ； C、 对公式（18)两边取对数得公式（19)lnDss心eal=Ina-PRreai; W公式（20)表述理论失真与实际失真的平方识差； 公式（20)e-(InDssiM_old-lnDssiM_reai); D、W最小均方误差法进行迭代，如公式（21)所述； 公式口]_)ln〇new- In a old+ 8 a (lnDssiM_old-lnDssiM_reai); 由公式（21)得a的更新值a。。，； 曰neJ日公式倘）所述 =?。"x/"(h〇ssi心； 由此得e的更新值公式（23)所述； 公式口扣 0new- 0old- 8 日（lnDssiM_old-lnDssiM_reai)Rreal。
【专利摘要】本发明公开了一种基于SSIM的HEVC视频编码率失真优化与码率控制算法，所述视频编码率失真优化算法采用了基于SSIM的视频评价方法，通过SSIM模型计算视频失真DSSIM获取率失真优化模型的拉格朗日乘子λ；并由λ此计算视频编码中的率失真代价；所述码率控制算法采用了视频编码中的二次R-Q模型，来表征视频编码码流中的纹理残差比特与边信息码率间的关系，以此计算率失真模型中的编码参数QP，以及编码过程中的视频序列特征参数α和β的更新值。本发明能在保持图像质量不变的情况下进一步降低码率，且所获得码流更加平稳。
【IPC分类】H04N19-147, H04N19-19
【公开号】CN104796705
【申请号】CN201510191838
【发明人】郑明魁, 苏凯雄, 叶宇煌, 杨秀芝, 兰诚栋, 黄博
【申请人】福州大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月22日