一种基于hevc编码的体育视频闪烁抑制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于多媒体编码领域，具体涉及一种基于HEVC编码的体育视频闪烁抑制 系统。
【背景技术】
[0002] 随着网络技术和计算机处理能力不断提高，人们对现有视频编码标准提出了新的 要求，希望能够提供高清、超高清分辨率视频压缩，以满足新的家庭影院、远程监控、数字广 播、移动流媒体、便携摄像和医学成像等领域的应用。为此，JCT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding)于2013年1月正式发布了新一代视频编码标准HEVC(High Efficiency Video Coding)〇
[0003] 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，如图1所示。图1为 标准视频测试序列Container编码后的重建图像，其中，第96帧和第98帧为P帧，第97帧 为I帧，由于I帧的编码效率低，重建质量差，导致和相邻帧之间出现视频主观质量不平滑， 在人们观看时会感觉视频不断"闪烁"，严重影响视频观看质量。
[0004] 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。
[0005] 表1 R-lambda码率控制模型中I帧目标码率调整方法
[0007] 但是，这种调整不够灵活，不能随着体育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。本发明从码率控制的角度，通过优化分 配目标码率，达到利用较少码率平滑I帧和相邻帧之间的主观质量，抑制视频"闪烁"的目 的，同时，提高重建视频的整体客观质量，避免出现视频序列最后若干帧重建质量下降的情 况。
【发明内容】
：
[0008] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于HEVC编码的体育视频闪烁抑制系统， 明显抑制重建体育视频"闪烁"现象，改善重建视频观看效果。
[0009] 本发明采用如下技术方案实现发明目的：
[0010] 一种基于HEVC编码的体育视频闪烁抑制系统，其特征在于，包括：
[0011] 视频获取模块：获取体育视频图像，从视频图像中获取帧内编码帧，即I帧；
[0012] 帧内编码帧复杂度计算模块：针对帧内编码帧，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；
[0013] 帧内编码帧CTU运动分类模块：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 ;
[0014] 帧内编码帧非运动CTU分类模块：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 ;
[0015] 帧内编码帧CTU目标码率计算模块：根据不同的CTU类型，为CTU优化分配目标码 率；
[0016] 帧内编码帧CTU的准峰值计算模块：采用R-lambda模型计算CTU的准峰值，即QP 值。
[0017] 作为对本技术方案的进一步限定，所述帧内编码帧复杂度计算模块具体包括：
[0018] (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；
[0019] (12)、采用线性预测方法，预测当前CTU的运动信息；
[0020] (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；
[0021] (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。
[0022] 作为对本技术方案的进一步限定，所述帧内编码帧CTU运动分类模块具体包括：
[0023] (21)、将各CTU的运动向量分解为水平运动向量MV#垂直运动向量MV y;
[0024] (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 ^
[0025] (23)、将各CTU的^和MV $ MV &和MV Sy进行比较，判断当前CTU是否是运动 CTU〇
[0026] 作为对本技术方案的进一步限定，所述帧内编码帧CTU目标码率计算模块具体包 括：
[0027] (41)、计算当前I帧的剩余目标码率；
[0028] (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；
[0029] (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。
[0030] 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：
[0032] 为纹理复杂CTU和纹理平坦CTU分配目标码率的具体方法为：
[0034] 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。
[0035] 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：
[0037] 为纹理平坦CTU分配目标码率的具体方法为：
[0039] 其中，Tjj)为第i个I帧中第j个CTU的目标码率，i和j均为正整数，TradedCTU为当前I帧中已编码CTU的实际编码码率之和，MADin&aFranre为当前I帧的整帧图像复杂度， MAlultTU为当前CTU的复杂度。
[0040] 与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提出一种基于HEVC编码 的体育视频闪烁抑制系统，该系统首先将获取的体育视频帧内编码帧CTU的运动信息和复 杂度信息与当前I帧的全局运动信息和复杂度信息进行对比，判断当前CTU的类型（运动 CTU、纹理复杂CTU或纹理平坦CTU)，然后根据CTU的类型和I帧剩余目标码率为该CTU优 化分配目标码率，利用R-lambda模型计算该CTU的QP值，在码率控制的角度实现视频"闪 烁"抑制。本发明能够在保证视频编码质量的前提下，明显抑制重建视频"闪烁"现象，改善 重建体育视频观看效果。
【附图说明】
[0041] 图1为HEVC重建视频"闪烁"示意图。
[0042] 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。
[0043] 图3为I帧目标码率不足时每个CTU所分配的目标码率。
[0044] 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】：
[0045] 下面结合实施例，进一步说明本发明。
[0046] 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，本发明的视频 获取模块获取体育视频图像，从视频图像中获取帧内编码帧，即I帧；帧内编码帧复杂度计 算模块针对帧内编码帧，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；帧内编码帧CTU运动分类模块根据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 ;帧内编码帧非运动CTU分类模 块针对非运动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 ;帧内编码帧CTU目标码率计算模块根据不同的CTU类型，为 CTU优化分配目标码率；帧内编码帧CTU的准峰值计算模块采用R-lambda模型计算CTU的 准峰值，即QP值。本系统平滑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。
[0047] 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一个重要