一種基于ssim的hevc視頻編碼率失真優(yōu)化與碼率控制算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及視頻編碼碼率控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于SSM的HEVC視頻編碼 率失真優(yōu)化與碼率控制算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在視頻編碼與傳輸應(yīng)用中，新一代高性能視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H. 265/MPEG-H HEVC (High Efficiency Video Coding)由ISO-IEC/MPEG和ITU-T/VCEG兩大國際標(biāo)準(zhǔn)化組織成立的視 頻編碼聯(lián)合開發(fā)小組（JCT-VC)開發(fā)，與H.264/AVC相比，在相同的視覺質(zhì)量下，HEVC能使 比特率降低一半。
[0003] 作為新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，HEVC仍然屬于預(yù)測加變換的混合編碼框架，它也包含 了幀內(nèi)預(yù)測、幀間預(yù)測、正交變換、量化、濾波、熵編碼等編碼模塊，但在各個(gè)編碼環(huán)節(jié)都進(jìn) 行了細(xì)致的優(yōu)化與改進(jìn)，HEVC標(biāo)準(zhǔn)編碼方法如附圖1所示。在視頻編碼碼率控制算法中，率 失真R-D(Rate-Distortion)性能是需要考慮的問題。一個(gè)良好的碼率控制算法可以在精 確的達(dá)到目標(biāo)碼率的同時(shí)達(dá)到盡量小的編碼失真。碼率控制問題可以被轉(zhuǎn)化成如公式（1) 所示的率失真優(yōu)化問題。
[0004] 公式（1)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于SSIM的肥VC視頻編碼率失真優(yōu)化與碼率控制算法，其特征在于： 所述視頻編碼率失真優(yōu)化算法采用了基于SSIM的視頻評價(jià)方法，通過SSIM模型計(jì)算 視頻失真化SIM獲取率失真優(yōu)化模型的拉格朗日乘子人；并由人此計(jì)算視頻編碼中的率失 真代價(jià)； 所述碼率控制算法采用了視頻編碼中的二次R-Q模型，來表征視頻編碼碼流中的紋理 殘差比特與邊信息碼率間的關(guān)系，W此計(jì)算率失真模型中的編碼參數(shù)QP，W及編碼過程中 的視頻序列特征參數(shù)a和P的更新值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于SSIM的肥VC視頻編碼率失真優(yōu)化與碼率控制算 法，其特征在于： 所述視頻編碼率失真優(yōu)化算法，計(jì)算視頻失真的方法為； 設(shè)視頻中某一場景畫面W碼率R編碼前后，相同對應(yīng)區(qū)域?yàn)閤、y，其中Uy、Wy分別為X、y的均值，體現(xiàn)了圖像的亮度信息；0y、0y為X、y的方差，反映其對比度信息；0。為X、 y的相關(guān)系數(shù)，反映其結(jié)構(gòu)信息的相似性；Cl與C2是兩個(gè)很小的正數(shù)，W避免分母為零或者 接近零時(shí)造成的奇異性；則X、y區(qū)域上的結(jié)構(gòu)相似度SSIM計(jì)算方法如公式（10)所示；
對應(yīng)的視頻失真Dssim計(jì)算公式為公式（11)Dssim= 1-SSIM; 計(jì)算率失真代價(jià)的方法為，設(shè)與該視頻的序列特性相關(guān)模型參數(shù)為C和K，a=CK，0 =-K-1 ; 則由率失真RD模型獲得的拉格朗日乘子A如公式（13)所示； 公式（13)
; 進(jìn)一步得出率失真代價(jià)J的計(jì)算公式（14)J=Dssim+入R。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于SSIM的肥VC視頻編碼率失真優(yōu)化與碼率控制算 法，其特征在于： 所述碼率控制算法計(jì)算率失真模型中的編碼參數(shù)QP的方法為； 設(shè)而為編碼視頻片段的目標(biāo)碼率；Z/fW為邊信息碼率的預(yù)測值，建立二次R-Q模型， 模型中bi與b2為模型參數(shù)，MAD為原始帖與預(yù)測帖差值的絕對值平均，Q為量化步長， 基于視頻圖像的時(shí)空相關(guān)性，使用之前已編碼帖對應(yīng)位置的邊信息碼率進(jìn)行預(yù)測，取而與 公/"'"/的差值作為當(dāng)前編碼單元的紋理殘差比特?cái)?shù)，W公式（15)描述為； 公式（15)
5 W公式（15)計(jì)算W公式（16)計(jì)算QP; 公式（16)QP= 61og2Qstep+4 ; 所述碼率控制算法計(jì)算編碼過程中的視頻序列特征參數(shù)a和p更新值的方法依次包 括W下步驟； A、設(shè)原編碼過程中使用的參數(shù)分別為a和0 "id，當(dāng)編碼目標(biāo)碼率為而時(shí)，W公式 (17)預(yù)測計(jì)算編碼失真Dssim。14; 公式（17)公羅_加=?。/八也成 ； B、 設(shè)WDssBLual描述實(shí)際編碼失真，進(jìn)一步W公式（18)描述經(jīng)過編碼后得到的碼率 Rreal; 公式（18) 〇進(jìn)冊 ； C、 對公式（18)兩邊取對數(shù)得公式（19)lnDss心eal=Ina-PRreai; W公式（20)表述理論失真與實(shí)際失真的平方識(shí)差； 公式（20)e-(InDssiM_old-lnDssiM_reai); D、W最小均方誤差法進(jìn)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。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于SSIM的HEVC視頻編碼率失真優(yōu)化與碼率控制算法，所述視頻編碼率失真優(yōu)化算法采用了基于SSIM的視頻評價(jià)方法，通過SSIM模型計(jì)算視頻失真DSSIM獲取率失真優(yōu)化模型的拉格朗日乘子λ；并由λ此計(jì)算視頻編碼中的率失真代價(jià)；所述碼率控制算法采用了視頻編碼中的二次R-Q模型，來表征視頻編碼碼流中的紋理殘差比特與邊信息碼率間的關(guān)系，以此計(jì)算率失真模型中的編碼參數(shù)QP，以及編碼過程中的視頻序列特征參數(shù)α和β的更新值。本發(fā)明能在保持圖像質(zhì)量不變的情況下進(jìn)一步降低碼率，且所獲得碼流更加平穩(wěn)。
【IPC分類】H04N19-147, H04N19-19
【公開號】CN104796705
【申請?zhí)枴緾N201510191838
【發(fā)明人】鄭明魁, 蘇凱雄, 葉宇煌, 楊秀芝, 蘭誠棟, 黃博
【申請人】福州大學(xué)
【公開日】2015年7月22日
【申請日】2015年4月22日