H.265/HEVC图像层码率控制方法技术

本发明专利技术公开了H.265/HEVC图像层码率控制方法，该控制方法包括如下步骤：步骤一、将原始视频分为运动快视频和运动慢视频，并将运动慢视频中的图像分为如下三类：视频的第一个编码图像、其它帧内图像和帧间图像。步骤二、分别确定步骤一中的视频的第一个编码图像、其它帧内图像和帧间图像的编码的量化参数。该H.265/HEVC图像层码率控制方法提高了编码性能。

H.265/HEVC image layer rate control method

The invention discloses a rate control method of image layers H.265/HEVC, the control method comprises the following steps: first, the original video is divided into fast and slow motion video motion video, and video in slow motion image is divided into the following three categories: first, the video image encoding the intra frame and inter image. Step two, determine the quantization parameters of the encoding of the first coded image of the video in step 1, the other intra frame images and the interframe images. The H.265/HEVC image layer rate control method improves the coding performance.

【技术实现步骤摘要】
H.265/HEVC图像层码率控制方法
本专利技术属于视频编码
，具体涉及H.265/HEVC图像层码率控制方法。
技术介绍
视频传输带宽通常会受到一定限制，为了在满足信道带宽和传输时延限制的情况下有效传输视频数据，保证视频业务的播放质量，需要对视频编码过程进行码率控制。码率控制就是通过选择一系列量化参数(QuantizationParameter，QP)，使得视频编码后的码率满足所需要的带宽限制，并且使得编码失真尽量小。码率控制部分不属于视频编码标准中规定的内容，但却是视频编码器实用化的关键技术。因此各种视频编码标准均有相关的推荐码率控制方法，针对H.265/HEVC标准，目前最新的也是编码性能最高的码率控制方法是基于域的码率控制方法。H.265/HEVC标准的测试模型HM支持3种编码结构，即全帧内结构、随机接入结构、低时延结构。随机接入结构与低时延结构又统称为分级预测结构。视频采用分级预测结构编码时，图像都会被分配一个时间级，且时间级越低的图像因为要被高时间级的图像参考，所以其编码时的重要性越高。所以在编码时处在不同时间级的图像具有明显的差异性。因此在码率控制中，怎样有效考虑各时间级图像的差异性，给每个时间级图像分配更加合理的QP，是提高码率控制方法性能的关键。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种提高编码性能的H.265/HEVC图像层码率控制方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是，H.265/HEVC图像层码率控制方法，该控制方法包括如下步骤：步骤一、将原始视频分为运动快视频和运动慢视频，并将运动慢视频中的图像分为如下三类：视频的第一个编码图像、其它帧内图像和帧间图像。步骤二、分别确定步骤一中的视频的第一个编码图像、其它帧内图像和帧间图像的编码的量化参数：对于视频的第一个编码图像：用对应的参数值表征出视频的第一个编码图像的运动程度和纹理复杂度，确定编码量化参数，并用所述的编码量化参数编码视频的第一个编码图像；对于其他帧内图像：首先，对其他帧内图像分配目标码率，得出目标码率与拉格朗日因子的关系模型，得到每个其他帧内图像的拉格朗日因子，然后，根据拉格朗日因子与量化参数的关系确定每个其他帧内图像的编码量化参数，并用所述的编码量化参数编码每一副其他帧内图像；对于帧间图像：将帧间图像分为多个图像组GOP，然后按照编码顺序，依次选择每一组图像组GOP，对所述图像组GOP中的所有图像分配目标码率；然后在编码图像组GOP中每一副帧间图像前，再次给对应的帧间图像分配目标码率，将两次分配的目标码率通过线性加权处理，得到分配给对应的帧间图像的目标码率；确定出目标码率与拉格朗日因子的关系模型，得到每副帧间图像的拉格朗日因子值，并根据拉格朗日因子与量化参数的关系，确定出每个帧间图像的编码量化参数，并用所述的编码量化参数编码每一副帧间图像。进一步地，还包括对运动快视频采用基于λ域的码率控制算法。进一步地，对于其他帧内图像的具体处理过程如下：采用式(1)对其他帧内图像分配目标码率：原始视频中还未编码的每副图像平均可以分得的剩余比特数Bres,f由式(2)得：Bres,f＝Bres,v/FNres,v,(2)；sppI＝SATDI/(N1N2)，(3)；bppI＝Btar,I/(N1N2),(4)；其中：Btar,I表示分配给其他帧内图像的目标码率；SATDI表示对其他帧内图像进行哈达玛变换后，所有变换后系数绝对值的累加和；Bres,v表示编码原始视频时剩余的比特数，FNres,v表示原始视频中还未编码的图像数；sppI表示其他帧内图像中每个像素对应的哈达玛变换后所有系数绝对值的累加和的平均值。bppI表示其他帧内图像中每个像素对应的比特数；N1、N2和I分别表示图像宽度、图像高度、视频中总图像数；b1为模型参数，取固定值0.5582，a1为模型参数，取值如表1所示：表1a1取值；得出目标码率与拉格朗日因子的关系模型：其中：λI,ini表示给其他帧内图像确定的拉格朗日因子初始值；α2、β2为模型参数；对上述λI,ini做进一步限定，如下：如果FNres,v≤FNres,v,lasI，则所有的帧内图像的λI,ini依次按照公式(6)和(7)进行限定，得最终值λI，2：λI,1＝clip3(λ|2-10/3λlaspic≤λI,ini≤210/3λlaspic)；(6)；λI,2＝clip3(λ|2-1λsamlay≤λI,1≤2λsamlay),(7)；如果FNres,v＞FNres,v,lasI，则λI,ini按照式子(8)进行限定，得λI,3：λI,3＝clip3(λ|2-10/3λlasIpic≤λI,ini≤210/3λlasIpic),(8)；其中：FNres，v，lasI表示按照编码顺序，从视频最后一个其他帧内图像算起剩余的未编码图像数；λI,1表示经过式(6)限定后，其他帧内图像的拉格朗日因子；λI,2表示经过式(7)限定后其他帧内图像的拉格朗日因子，λI,3表示经过式(8)限定后其他帧内图像的拉格朗日因子，λlaspic表示前一个编码图像的拉格朗日因子；λsamlay表示与当前图像处于同一时间级的前一个编码图像的拉格朗日因子；clip3(a|b≤a≤c)是一个值限定函数，即将a的取值限定在范围[b,c]内；然后确定编码的量化参数：如果FNres,v≤FNres,v,lasI，则按照式(9)所示的拉格朗日因子与编码的量化参数的关系模型，确定其他帧内图像的量化参数初始值QPI,ini,1，QPI,ini,1＝4.2005ln(λI,2)+13.7122.(9)；使QPI,ini,1依次满足公式(10)和(11)，得到其他帧内图像的量化参数QPI,2，用QPI,2编码当前的其他帧内图像；QPI,1＝clip3(QP|QPlaspic-10≤QPI,ini,1≤QPlaspic+10),(10)；QPI,2＝clip3(QP|QPsamlay-3≤QPI,1≤QPsamlay+3),(11)；QPI,ini,2＝4.2005ln(λI,3)+13.7122.(12)；如果：FNres,v＞FNres,v,lasI，则由公式(13)得到其他帧内图像的量化参数QPI,3，用QPI,3编码当前的其他帧内图像：QPI,3＝clip3(QP|QPlasIpic-10≤QPI,ini,2≤QPlasIpic+10),(13)；其中：QPI,1表示经过式(10)限定后其他帧内图像的量化参数，QPlaspic表示前一个编码其他帧内图像的量化参数，QPI,2表示经过式(11)限定后其他帧内图像的量化参数；QPsamlay表示与当前图像处于同一时间级的前一个编码其他帧内图像的量化参数，QPI,3表示经过式(13)限定后其他帧内图像的量化参数；clip3(a|b≤a≤c)，是一个值限定函数，即将a的取值限定在范围[b,c]内。进一步地，对于帧间图像的处理过程如下：对帧间图像分配目标码率：确定编码的图像组，先按照式(14)、(15)和(16)给编码的图像组里的所有图像分配目标码率，然后按照公式(17)，在编码图像组中的每一副图像前第二次给当前图像分配目标码率，然后将两次分配的目标码率本文档来自技高网...

【技术保护点】
H.265/HEVC图像层码率控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：步骤一、将原始视频分为运动快视频和运动慢视频，并将运动慢视频中的图像分为如下三类：视频的第一个编码图像、其它帧内图像和帧间图像；步骤二、分别确定步骤一中的视频的第一个编码图像、其它帧内图像和帧间图像的编码的量化参数：对于视频的第一个编码图像：用对应的参数值表征出视频的第一个编码图像的运动程度和纹理复杂度，确定编码量化参数，并用所述的编码量化参数编码视频的第一个编码图像；对于其他帧内图像：首先，对其他帧内图像分配目标码率，得出目标码率与拉格朗日因子的关系模型，得到每个其他帧内图像的拉格朗日因子，然后，根据拉格朗日因子与量化参数的关系确定每个其他帧内图像的编码量化参数，并用所述的编码量化参数编码每一副其他帧内图像；对于帧间图像：将帧间图像分为多个图像组GOP，然后按照编码顺序，依次选择每一组图像组GOP，对所述图像组GOP中的所有图像分配目标码率；然后在编码图像组GOP中每一副帧间图像前，再次给对应的帧间图像分配目标码率，将两次分配的目标码率通过线性加权处理，得到分配给对应的帧间图像的目标码率；确定出目标码率与拉格朗日因子的关系模型，得到每副帧间图像的拉格朗日因子值，并根据拉格朗日因子与量化参数的关系，确定出每个帧间图像的编码量化参数，并用所述的编码量化参数编码每一副帧间图像。...

【技术特征摘要】
1.H.265/HEVC图像层码率控制方法，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：步骤一、将原始视频分为运动快视频和运动慢视频，并将运动慢视频中的图像分为如下三类：视频的第一个编码图像、其它帧内图像和帧间图像；步骤二、分别确定步骤一中的视频的第一个编码图像、其它帧内图像和帧间图像的编码的量化参数：对于视频的第一个编码图像：用对应的参数值表征出视频的第一个编码图像的运动程度和纹理复杂度，确定编码量化参数，并用所述的编码量化参数编码视频的第一个编码图像；对于其他帧内图像：首先，对其他帧内图像分配目标码率，得出目标码率与拉格朗日因子的关系模型，得到每个其他帧内图像的拉格朗日因子，然后，根据拉格朗日因子与量化参数的关系确定每个其他帧内图像的编码量化参数，并用所述的编码量化参数编码每一副其他帧内图像；对于帧间图像：将帧间图像分为多个图像组GOP，然后按照编码顺序，依次选择每一组图像组GOP，对所述图像组GOP中的所有图像分配目标码率；然后在编码图像组GOP中每一副帧间图像前，再次给对应的帧间图像分配目标码率，将两次分配的目标码率通过线性加权处理，得到分配给对应的帧间图像的目标码率；确定出目标码率与拉格朗日因子的关系模型，得到每副帧间图像的拉格朗日因子值，并根据拉格朗日因子与量化参数的关系，确定出每个帧间图像的编码量化参数，并用所述的编码量化参数编码每一副帧间图像。2.根据权利要求1所述的H.265/HEVC图像层码率控制方法，其特征在于，还包括对运动快视频采用基于λ域的码率控制算法。3.根据权利要求1或2所述的H.265/HEVC图像层码率控制方法，其特征在于，对其他帧内图像的具体处理过程如下：采用式(1)对其他帧内图像分配目标码率：原始视频中还未编码的每副图像平均可以分得的剩余比特数Bres,f由式(2)得：Bres,f＝Bres,v/FNres,v,(2)；sppI＝SATDI/(N1N2)，(3)；bppI＝Btar,I/(N1N2),(4)；其中：Btar,I表示分配给其他帧内图像的目标码率；SATDI表示对其他帧内图像进行哈达玛变换后，所有变换后系数绝对值的累加和；Bres,v表示编码原始视频时剩余的比特数，FNres,v表示原始视频中还未编码的图像数；sppI表示其他帧内图像中每个像素对应的哈达玛变换后所有系数绝对值的累加和的平均值；bppI表示其他帧内图像中每个像素对应的比特数；N1、N2和I分别表示图像宽度、图像高度、视频中总图像数；b1为模型参数，取固定值0.5582，a1为模型参数；得出目标码率与拉格朗日因子的关系模型：其中：λI,ini表示给其他帧内图像确定的拉格朗日因子初始值；α2、β2为模型参数；对上述λI,ini做进一步限定，如下：如果FNres,v≤FNres,v,lasI，则所有的帧内图像的λI,ini依次按照公式(6)和(7)进行限定，得最终值λI，2：λI,1＝clip3(λ|2-10/3λlaspic≤λI,ini≤210/3λlaspic),(6)；λI,2＝clip3(λ|2-1λsamlay≤λI,1≤2λsamlay),(7)；如果FNres,v＞FNres,v,lasI，则λI,ini按照式子(8)进行限定，得λI,3：λI,3＝clip3(λ|2-10/3λlasIpic≤λI,ini≤210/3λlasIpic),(8)；其中：FNres，v，lasI表示按照编码顺序，从视频最后一个其他帧内图像算起剩余的未编码图像数；λI,1表示经过式(6)限定后，其他帧内图像的拉格朗日因子；λI,2表示经过式(7)限定后其他帧内图像的拉格朗日因子，λI,3表示经过式(8)限定后其他帧内图像的拉格朗日因子，λlaspic表示前一个编码图像的拉格朗日因子；λsamlay表示与当前图像处于同一时间级的前一个编码图像的拉格朗日因子；clip3(a|b≤a≤c)是一个值限定函数，即将a的取值限定在范围[b,c]内；然后确定编码的量化参数：如果FNres,v≤FNres,v,lasI，则按照式(9)所示的拉格朗日因子与编码的量化参数的关系模型，确定其他帧内图像的量化参数初始值QPI,ini,1，QPI,ini,1＝4.2005ln(λI,2)+13.7122.(9)；使QPI,ini,1依次满足公式(10)和(11)，得到其他帧内图像的量化参数QPI,2，用QPI,2编码当前的其他帧内图像；QPI,1＝clip3(QP|QPlaspic-10≤QPI,ini,1≤QPlaspic+10),(10)；QPI,2＝clip3(QP|QPsamlay-3≤QPI,1≤QPsamlay+3),(11)；QPI,ini,2＝4.2005ln(λI,3)+13.7122,(12)；如果：FNres,v＞FNres,v,lasI，则由公式(13)得到其他帧内图像的量化参数QPI,3，用QPI,3编码当前的其他帧内图像：QPI,3＝clip3(QP|QPlasIpic-10≤QPI,ini,2≤QPlasIpic+10),(13)；其中：QPI,1表示经过式(10)限定后其他帧内图像的量化参数，QPlaspic表示前一个编码其他帧内图像的量化参数，QPI,2表示经过式(11)限定后其他帧内图像的量化参数；QPsamlay表示与当前图像处于同一时间级的前一个编码其他帧内图像的量化参数，QPI,3表示经过式(13)限定后其他帧内图像的量化参数；clip3(a|b≤a≤c)，是一个值限定函数，即将a的取值限定在范围[b,c]内。4.根据权利要求1或2所述的H.265/HEVC图像层码率控制方法，其特征在于，对于帧间图像的处理过程如下：对帧间图像分配目标码率：确定编码的图像组，先按照式(14)、(15)和(16)给编码的图像组里的所有图像分配目标码率，然后按照公式(17)，在编码图像组中的每一副图像前第二次给当前图像分配目标码率，然后将两次分配的目标码率按照公式(18)所示的线性加权的方式，得到最终分配给帧间图像的目标码率；Btar,f,ave＝Btar/Fr.(15)；其中：Btar,GOP表示对一个图像组GOP中所有图像分配的目标码率，FNGOP表示图像组GOP的大小，SW表示滑动窗口大小；ωbit[L,i]表示图像组GOP内第L个时间级第i副图像的目标比特分配权重值；Btar,f,ave表示原始视频中每副图像平均分配的目标码率；表示在编码图像组之前給其中的第i副图像分配的目标码率；FNres,v表示原始视频中还未编码的图像数；Btar表示目标码率，Fr表示视频帧率；Bres,v表示编码视频时剩余的比特数；在编码第i个图像时，按照式子(17)第二次给图像分配目标码率，分配的目标码率为其中：Bres,GOP表示当前图像组剩余的比特数，Ires,GOP表示当前图像组剩余图像的集合；ωbit[L,i]表示图像组GOP内第个时间级第副图像的目标比特分配权重值；最后按照式子(18)对图像组第i副图像分配最终的目标码率Btar,i：其中：ω1、ω2是模型参数，当FNres,v≤FNres,v,lasI，ω1、ω2分别取值0和1；当FNres,v＞FNres,v,lasI，ω1、ω2分别取值0.9和0.1；确定拉格朗日因子：根据式(19)中，目标码率与拉格朗日因子的关系模型，得到每个帧间图像的拉格朗日因子初始值λP,ini：其中：α3、β3为模型参数，然后判断：如果FNres,v＞FNres,v,lasI，则处于时间1级的帧间图像的λP,ini依次按照公式(20)和(21)进行限定：λP,1＝clip3(λ|2-1λsamlay≤λP,ini≤2λsamlay),(20)；λP,2＝clip3(λ|22/3λprelay≤λP,1≤210/3λprelay),(21)；处于大于时间1级的帧间图像依次按照公式(22)和(23)进行限定：λP,3＝clip3(λ|2-1λsamlay≤λP,ini≤2λsamlay),(22)；λP,4＝clip3(λ|21/3λprelay≤λP,3≤2λprelay),(23)；λP,1表示经过式(20)限定后其他帧间图像的拉格朗日因子，λP,2表示经过式(21)限定后其他帧间图像的拉格朗日因子，λprelay表示处于当前图像前一个时间级的最近编码图像的拉格朗日因子，λP,3表示经过式(22)限定后其他帧间图像的拉格朗日因子，λP,4表示经过式(23)限定后其他帧间图像的拉格朗日因子；如果FNres,v≤FNres,v,lasI，则所有其他帧间图像的拉格朗日因子依次按照公式(24)和(25)限定：λP,5＝clip3(λ|2-10/3λlaspic≤λP,ini≤210/3λlaspic),(24)；λP,6＝clip3(λ|2-1λsamlay≤λP,5≤2λsamlay),(25)；λP,5、λP,6分别表示经过式(24)、(25)限定后其他帧间图像的拉格朗日因子；然后确定编码QP：如果FNres,v＞FNres,v,lasI，则处于时间1级的帧间图像按照式(20)所示的拉格朗日因子与QP的关系模型，得到QP初始值QPp,ini,1：QPp,ini,1＝4.2005ln(λP,2)+13.7122.(20)；处于大于时间1级的帧间图像按照式(21)所示的拉格朗日因子与QP的关系模型得到QP初始值QPp,ini,2QPp,ini,2＝4.2005ln(λP,4)+13.7122，(21)；如果FNres,v≤FNres,v,lasI，则所有其他帧间图像按照式(26)所示的拉格朗日因子与QP的关系模型得到QP初始值QPp,ini,3QPp,ini,3＝4.2005ln(λP,6)+13.7122，(22)；然后判断：如果FNres,v＞FNres,v,lasI，则处于时间1级的帧间图像依次按照式(23)、(24)对初始值进行限定，QPp,1＝clip3(QP|QPsamlay-3≤QPp,ini,1≤QPsamlay+3),(23)；QPp,2＝clip3(QP|QPprelay+2≤QPp,1≤QPprelay+10),(24)；处于大于时间1级的帧间图像依次按照公式(25)、(26)对初始值进行限定：QPp,3＝clip3(QP|QPsamlay-3≤QPp,ini,2≤QPsamlay+3),(25)；QPp,4＝clip3(QP|QPprelay+1≤QPp,3≤QPprelay+3),(26)；如果FNres,v≤FNres,v,lasI，则所有帧间图像依次按照公式(27)、(28)限定初始值得到最终值；QPp,5＝clip3(QP|QPsamlay-3≤QPp,...

【专利技术属性】
技术研发人员：公衍超，杨楷芳，
申请(专利权)人：西安邮电大学，陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61