一种基于HEVC的运动区域检测的码率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于HEVC的运动区域检测的码率控制方法，包括如下步骤：按照HEVC编码器的码率控制方法，编码第1个GOP；从第2个GOP开始，对于每一个I帧，采用基于帧间差分法的运动区域检测技术对每一个I帧的LCU进行标记，标记类型包括运动区域、一般区域和静止区域；根据进行标记后的LCU调整LCU的QP，下调标记为运动区域的LCU的QP，上调标记为静止区域的LCU的QP，将标记为一般区域的LCU的QP保持不变；根据调整后的QP采用HEVC编码器的码率控制方法编码I帧中的每个LCU；对于GOP中的B帧和P帧则按照HEVC编码器的码率控制方法进行编码。本发明专利技术在中低码率下能检测出视频内容中的视觉关注区域并保证其视觉质量，实现了快速的、准确的码率分配优化。

A rate control method based on HEVC for motion region detection

The invention discloses a rate control method of motion region detection based on HEVC, which comprises the following steps: according to the rate control method of HEVC encoder, encoding first GOP; starting from the second GOP, for each frame, the frame difference method of moving region detection techniques for each I-frame LCU marking based on marker types including motor area, general area and rest area; according to the LCU LCU mark after the adjustment of QP, downregulation of labeled LCU QP sports area, raised the marker for the static region of LCU QP, will be marked as general area of LCU QP remained unchanged; according to the control of each LCU the method of encoding I-frames rate adjustment after QP using the HEVC encoder; for B frame in GOP and P according to the frame rate control method of HEVC encoder for encoding. The invention can detect the visual focus area in the video content and ensure the visual quality in the low and medium rate, and realize the fast and accurate rate allocation optimization.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及视频编码
，尤其涉及一种基于HEVC的运动区域检测的码率控制方法。
技术介绍
在码率充足的情况下，视频各帧各个部分的质量都能够得以保证；然而，当码率相对不足时，尤其是高分辨率视频的应用场合，如何将有限的比特资源进行更加合理的分配，以便于获得更佳的视频编码质量，这时码率分配策略显得尤为重要。视频信息的最终接收者是人，而人眼在观看视频时具有选择性，视觉焦点会被某些特定的信息所吸引。画面中的运动物体常常能抓人眼球。如果运动区域与静止区域发生同样的客观失真(如MSE)，那么运动区域产生的感知失真往往更大。原因在于当画面中存在动作时，人眼往往关注运动物体而忽略了静止物体。这时，运动物体的失真会被察觉而静止物体的失真会被忽略。因此，运动是决定人眼关注的一个重要因素。针对人眼这种感知特点，可以将有限的码率资源进行更符合人眼感知的分配，对视觉焦点关注的区域分配更多的码率，而其他“不重要”区域分配相对少的码率，从而使得在码率相对不足的前提下视频的主观质量仍然可以得到一定的保证。基于当今国际上最先进的视频编码标准——HEVC的码率控制方法采用的是基于λ域的码率分配方法，在对基本单元层进行码率分配时，给定了目标码率后，根据目标码率求得λ，再由λ求得量化参数QP。当基本单元的目标码率增加时，有可能最后求得的QP没变，因此并没带来编码质量上的提升。而且，该方法采用基于MAD的残差信号统计来决定当前基本单元的码率权重，并没有区分画面中不同区域对于人眼的视觉重要程度。因此本专利技术提出使用运动区域检测算法来识别视频帧中的视觉关注区域并对该区域重点编码。目前，实现运动区域或物体检测的算法按照基本的原理大致可以分为三大类：背景差分法、光流法和帧间差分法。背景差分法在建立与更新背景模型时需要缓存若干个帧，会耗费大量内存。光流法可以精确地计算出运动物体的速度，即使是在动态场景中也具有很好的检测精度，但是计算复杂度较高，对硬件的要求也较高，不适用于实时的应用场合。而帧间差分法计算简单，且能够适应动态的背景变化，很适合用于只需提取出运动区域边界的应用场合。在进行视频编码时，由于B/P帧采用帧间预测技术进行编码，I帧中的信息被用作参考，因此，若对I帧进行视觉关注区域检测并重点编码，使得人眼关注区域的编码质量得到提高，则后续的B/P帧中以该区域做参考的块的质量也会得到提升。因此，本专利技术将针对HEVC编码结构的新特性以及B/P帧采用帧间预测编码的特点，提出了一个基于运动区域检测的码率控制方法。在对I帧进行编码之前，首先应用帧间差分法来获得图像的运动区域所在位置，再据此调整I帧LCU的QP，从而提高视觉关注区域的图像质量。本专利技术以实际应用为出发点，针对中低带宽网络环境下的移动视频应用而提出，并在HEVC参考测试模型HM16.2编码器上验证了本方法的有效性。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本专利技术提供一种基于HEVC的运动区域检测的码率控制方法，在中低码率下能检测出视频内容中的视觉关注区域并保证其视觉质量，实现了快速的、准确的码率分配优化。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于HEVC的运动区域检测的码率控制方法，包括如下步骤：S1、按照HEVC编码器的码率控制方法，编码第1个GOP；S2、从第2个GOP开始，对于每一个I帧，采用基于帧间差分法的运动区域检测技术对每一个I帧的LCU进行标记，标记类型包括运动区域、一般区域和静止区域；S3、根据进行标记后的LCU调整LCU的QP，下调标记为运动区域的LCU的QP，上调标记为静止区域的LCU的QP，将标记为一般区域的LCU的QP保持不变；S4、根据调整后的QP采用HEVC编码器的码率控制方法编码I帧中的每个LCU；S5、对于GOP中的B帧和P帧则按照HEVC编码器的码率控制方法进行编码。进一步地，所述步骤S2具体为：S21、根据当前GOP的I帧亮度分量Yi与前一GOP的I帧的亮度分量Yi-1，计算亮度差绝对值矩阵diff＝|Yi-Yi-1|；S22、求diff中最大的亮度差值yMax；S22、根据公式T1＝k1×yMax求得阈值T1，其中k1为设定的调节因子；S23、对于每一个LCU，执行以下步骤：在diff中，统计超过T1值的个数占LCU像素总数的比例k2，并设置阈值T2；若k2＞T2，则标记此LCU为运动区域，对Nm0加1；否则，标记此LCU为静止区域；S24、在运动区域中，若Nm0大于该帧中LCU总数的30％，则将运动区域中具有最小k2值的LCU标记为一般区域，并将Nm0减1；S25、重复步骤S24，直至Nm0小于或等于该帧中LCU总数的30％。采用上述技术方案后，本专利技术至少具有如下有益效果：(1)、本专利技术应用了帧间差分法，有利于快速检测出I帧中的运动区域，且该运动检测技术嵌入在编码过程，不需要任何离线操作，能够对视频序列进行实时运动检测；而在内存空间上只需要增加一个I帧亮度值的缓存；(2)、本专利技术建立了基于I帧LCU的运动区域检测模型，不仅有利于I帧中人眼关注区域的编码质量的提高，对于后续的B/P帧中以该区域做参考的块的质量也会得到提升，从而实现符合人眼视觉特征的码率分配；(3)、本专利技术方法能够应用于各种基于HEVC标准的视频编码系统中，可移植性强。附图说明图1是本专利技术一种基于HEVC的运动区域检测的码率控制方法的步骤流程图；图2是本专利技术一种基于HEVC的运动区域检测的码率控制方法中基于帧间差分法的运动区域检测方法的步骤流程图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。帧间差分法是利用图像序列中相邻两帧或者三帧的差异来检测发生运动的区域。理想情况下，当背景的像素值不变时，视频相邻两帧的运动目标的像素值发生的变化可以由这两帧直接相减而获得。但实际场景中，由于背景光照等变化，背景区域的差分结果可能与运动区域一样不等于0，因此需要引入阈值将背景区域的差分结果过滤掉，当差分结果大于阈值时才认为是运动区域。帧间差分法计算简单，且能够适应动态的背景变化。但这种方法只能提取出运动区域的边界，不能提取出完整的运动物体。由此可见，对于只需要检测运动区域所在轮廓，简单的帧间差分法是恰当的选择。在视频序列中，物体的运动特征越突出越容易吸引人眼的关注。HEVC的图像组(GOP)通常由I帧、B帧和P帧构成，其中I帧采用帧内编码的方式，为后续的B/P帧提供运动参考。若能在I帧中检测出运动区域并对其重点编码，将能优化码率分配并使编码出来的视频更符合人眼感知特征。本专利技术采用帧间差分法的思想，提出一种针对HEVC的运动区域检测技术，其主要流程原理如下：①在对I帧进行编码之前，计算该I帧中各LCU相对于前一编码I帧同样位置的亮度变化突出像素的个数占整个LCU像素总数的比例，若该比例超过设定阈值，就可初步标记该LCU处于运动区域；否则，则标记该LCU处于静止区域；②为了防止标记出来的运动区域过多，进一步设计了阈值限定被判为运动区域的LCU的数量。若一帧中被判定为运动区域的LCU个数超过帧中LCU总数一定比例时，将依据LCU中像素变化突出点所含比例对这些LCU进行降序排序，从而将本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于HEVC的运动区域检测的码率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、按照HEVC编码器的码率控制方法，编码第1个GOP；S2、从第2个GOP开始，对于每一个I帧，采用基于帧间差分法的运动区域检测技术对每一个I帧的LCU进行标记，标记类型包括运动区域、一般区域和静止区域；S3、根据进行标记后的LCU调整LCU的QP，下调标记为运动区域的LCU的QP，上调标记为静止区域的LCU的QP，将标记为一般区域的LCU的QP保持不变；S4、根据调整后的QP采用HEVC编码器的码率控制方法编码I帧中的每个LCU；S5、对于GOP中的B帧和P帧则按照HEVC编码器的码率控制方法进行编码。

【技术特征摘要】
1.一种基于HEVC的运动区域检测的码率控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、按照HEVC编码器的码率控制方法，编码第1个GOP；S2、从第2个GOP开始，对于每一个I帧，采用基于帧间差分法的运动区域检测技术对每一个I帧的LCU进行标记，标记类型包括运动区域、一般区域和静止区域；S3、根据进行标记后的LCU调整LCU的QP，下调标记为运动区域的LCU的QP，上调标记为静止区域的LCU的QP，将标记为一般区域的LCU的QP保持不变；S4、根据调整后的QP采用HEVC编码器的码率控制方法编码I帧中的每个LCU；S5、对于GOP中的B帧和P帧则按照HEVC编码器的码率控制方法进行编码。2.根据权利要求1所述的一种基于HEVC的运动区域检测的码率控制方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：林育蓓，郑奕新，张星明，林俊明，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44