基于时空特性的初始帧基础量化参数确定方法技术

本发明专利技术涉及一种基于时空特性的初始帧基础量化参数确定方法。该方法包括：通过输入任意一个视频序列，首先分析影响初始帧基础量化参数QP

【技术实现步骤摘要】
基于时空特性的初始帧基础量化参数确定方法


[0001]本专利技术涉及视频编解码
，具体涉及一种基于时空特性的初始帧基础量化参数确定方法。

技术介绍

[0002]随着现代社会网络技术的迅速普及以及终端设备的多元化，人们分享和传递信息的数据量呈指数级爆炸式增长，其中视频信息消耗了绝大多数带宽。为了降低对传输带宽的要求，并让编码后的视频文件能够在不同的平台上进行解码播放，国际组织制定了新一代的视频编码标准即High Efficiency Video Coding(HEVC)。HEVC标准和之前广泛使用的视频编码标准一样，使用预测编码、变换编码等技术组合而成的混合编码结构，这种结构可以有效地消除视频信息里的冗余信息。HEVC采用的编码方式为有损编码，其中包括预测、变换、量化、熵编码等步骤，其中对压缩数据量起主要作用的集中于预测编码与变换量化这两个模块。默认编码配置下，量化参数的选择是根据率失真优化技术来解决的，它通过比较各种编码模式的率失真代价，在码率和失真二者之间取一个折衷。率失真优化在提升编码器性能上起到功不可没的作用，但同时它去除了码率上限的约束，容易造成码率的波动，在一些场景下表现较差。这就需要码率控制技术来作修正，码率控制能减缓输出码率的波动性，使输出码率趋于平缓，这对于通信的畅通来说是很有必要。
[0003]在时空相关的编码环境中，考虑视频的内容特性更有利于编码质量的提高。在H.264/AVC软件编码器x264
[2]中，采用了宏块树(MB
‑
tree)
[1]技术来考虑MB级别的数据依赖性。在文献[1]中，通过前瞻模块分析一段连续图像中各个宏块MB(Macroblock)的信息传播代价，以确定MB对后续帧的重要程度，从而自适应调整MB的量化参数偏移量。该技术由x265
[3]继承，并命名为编码单元树(CU
‑
tree)。x265作为一款高性能的软件编码器，在工业界有着重要地位。在x265的原有算法中，每帧都有其帧级基础量化参数，并通过CU
‑
tree算法确定各个编码单元CU(Coding Unit)的量化参数偏移量。对每个CU来说，其量化参数等于帧级基础量化参数与对应偏移量之和。然而，对于其初始帧帧级量化参数QP0的确定，却没有考虑任何视频内容特性而仅仅依据经验确定。初始帧作为视频编码中的关键帧，其失真会影响后续编码，因此初始帧基础量化参数的选取对于码率控制的性能影响很大，合理地选取初始帧基础量化参数能够有效提升视频编码的客观质量，降低图像质量波动。目前，已有一些文献研究码率控制中QP0的确定方法。例如文献[5]利用初始帧的熵与帧内DC16
×
16的预测值作为复杂度衡量，与每像素比特bpp一起建立与QP0的关系式。文献[4]利用MAD来拟合bpp与QP0的关系。文献[6]通过分析x265编码器的前瞻模块，从下采样帧级SATD评估全分辨率初始I帧复杂度来计算QP。但以上内容，或是没有考虑编码时域关系，其初始帧的复杂度完全由空域内容决定，或是需要预处理前几帧编码图像，计算复杂、运算量大。
[0004]针对上述问题，本专利技术对传统的x265编码器码率控制算法中的初始帧基础量化参数进行修正，提出一种基于时空特性的初始帧基础量化参数确定方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于时空特性的初始帧基础量化参数确定方法，通过分析影响初始帧基础量化参数QP
initial
的视频特性，包括每像素比特(bpp)、视频序列的时空特性，通过实验测试建立初始帧基础量化参数QP
initial
与bpp和视频序列时空特性之间的函数关系，完成QP
initial
的确定。本专利技术方法针对x265编码器对初始帧采用经验性计算QP的问题，可提供一个可靠的QP
initial
，并且充分利用其内部前瞻模块中的CU
‑
tree模块作为时域特性。CU
‑
tree模块中，CU块的质量取决于它在未来帧中被引用的程度，如果一个CU块很快就发生遮挡、移动、替换等情况，那么CU
‑
tree算法将降低其质量。因此，CU块的遗传代价能够很好地反映了该CU相对于后续CU的参考程度。而且不引入额外计算复杂度，计算简便，能够显著提升编码质量。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种基于时空特性的初始帧基础量化参数确定方法，包括如下步骤：
[0007]步骤S1、根据预先设置的视频分辨率、帧率和目标比特率，计算得到每像素比特数bpp；
[0008]步骤S2、计算初始帧的图像梯度值作为空域特性，使用x265编码器中CU
‑
tree模块所计算的遗传代价P作为时域特性，二者一起作为衡量初始帧时空特性的复杂度因子；
[0009]步骤S3、根据拟合好的关于每像素比特数的函数计算初始帧基础量化参数，再根据复杂度因子计算初始帧基础量化参数的偏移量，得到初始帧的最终基础量化参数。
[0010]在本专利技术一实施例中，步骤S1中，设R
tar
表示目标比特率，w表示视频序列中图像的宽度，h表示视频序列中图像的高度，f表示视频序列的帧率，每像素比特数
[0011]在本专利技术一实施例中，所述步骤S2具体实现方式如下：
[0012]步骤S21、图像梯度值能够衡量图像空域复杂度，根据公式步骤S21、图像梯度值能够衡量图像空域复杂度，根据公式计算初始帧的图像梯度值，I(i,j)表示图像(i,j)处像素点的亮度值；
[0013]步骤S22、对初始帧进行下采样，然后通过x265编码器的Cu
‑
tree模块计算每个编码单元(Coding Unit)的遗传代价p，根据公式得到初始帧的遗传代价P作为初始帧的时域复杂度；
[0014]步骤S23、根据公式complex＝α*G+(1
‑
α)*P计算衡量初始帧时空特性的复杂度因子complex，式中α是权重因子，取值范围为0<α<1。
[0015]在本专利技术一实施例中，所述步骤S3具体实现方式如下：
[0016]步骤S31、选定四个或四个以上的视频测试序列，对于每个视频测试序列，设置其不同的目标比特率，分别计算出对应的bpp值，并测量每个bpp值情况下对应的使编码后图像质量高且码率误差小的最佳基础量化参数QP
initial
以及计算每个bpp值、QP
initial
情况下对应的复杂度因子complex，根据多组bpp值、QP
initial
对分段多项式函数QP
initial
＝f1(bpp)进行拟合，函数公式如下：
[0017][0018]其中c1、c2、c3为各段阈值，a1、a2、a3、b1、b2、b3为取其中一个视频测试序列为基准序列后通过函数拟合的参数；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于时空特性的初始帧基础量化参数确定方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、根据预先设置的视频分辨率、帧率和目标比特率，计算得到每像素比特数bpp；步骤S2、计算初始帧的图像梯度值作为空域特性，使用x265编码器中CU
‑
tree模块所计算的遗传代价P作为时域特性，二者一起作为衡量初始帧时空特性的复杂度因子；步骤S3、根据拟合好的关于每像素比特数的函数计算初始帧基础量化参数，再根据复杂度因子计算初始帧基础量化参数的偏移量，得到初始帧的最终基础量化参数。2.根据权利要求1所述的基于时空特性的初始帧基础量化参数确定方法，其特征在于，步骤S1中，设R
tar
表示目标比特率，w表示视频序列中图像的宽度，h表示视频序列中图像的高度，f表示视频序列的帧率，每像素比特数3.根据权利要求2所述的基于时空特性的初始帧基础量化参数确定方法，其特征在于，所述步骤S2具体实现方式如下：步骤S21、图像梯度值能够衡量图像空域复杂度，根据公式步骤S21、图像梯度值能够衡量图像空域复杂度，根据公式计算初始帧的图像梯度值，I(i,j)表示图像(i,j)处像素点的亮度值；步骤S22、对初始帧进行下采样，然后通过x265编码器的Cu
‑
tree模块计算每个编码单元的遗传代价p，根据公式得到初始帧的遗传代价P作为初始帧的时域复杂度；步骤S23、根据公式complex＝α*G+(1
‑
α)*P计算衡量初始帧时空特性的复杂度因子complex，式中α是权重因子，取值范围为0<α<1。4.根据权利要求3所述的基于时空特性的初始帧基础量化参数确定方法，其特征在于，所述步骤S3具体实现方式如下：步骤S...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志峰，陈华炜，吴林煌，
申请(专利权)人：福州时芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：