[发明专利]帧内编码的码率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字图像和视频编码技术领域，尤其涉及基于块编码技术的图像和视频编码系统。

背景技术

在科技飞速发展的今天，人们通过电子设备与网络获得资讯，加强彼此交流，越来越多的需要对图像和视频进行存储和传输。数字图像和数字视频数据量巨大，在存储和传输时需要采用合适的编码技术进行图像和视频的压缩以达到减少存储空间和降低传输带宽需求的目的。目前常用的数字图像和视频编码技术中，基于块的混合编码技术是主流技术，比如目前已得到广泛应用的图像编码标准JPEG和视频编码标准:MPEG-1,MPEG-2/H.262，MPEG-4,H.261,H.263,MPEG-4AVC/H.264和AVS等标准都是采用基于块的混合编码技术。

基于块的混合编码技术基本思想是先将一幅图像或视频序列(数字视频可以看做是一系列图像构成的序列)的每帧划分为块，然后以块为基本单位对图像或视频进行预测编码减少冗余度达到图像和视频压缩的目的。块通常为正方形或矩形，每个块包含水平和垂直方向的多个连续像素点。块大小在不同编码标准中有不同的取法，可以是4×4,8×8,16×16,8×16和16×8等像素点。在同一编码标准中也可以使用多种不同大小的块。在视频编码中预测编码通常分为帧内预测和帧间预测两大类。帧内预测是指对当前块进行编码时，只利用视频序列的当前编码帧中已编码的部分对当前块的值进行预测。帧间预测指对当前块进行编码时，利用视频序列中的前后帧对当前块的值进行预测。基于块的混合编码技术在利用帧内预测或帧间预测取得当前编码块的预测值之后，对当前块的值和预测值的残差进行变换、量化和熵编码，以达到压缩编码的目的。

高效视频编码(HEVC)是ISO/IEC MPEG组织和ITU-T VCEG组织继MPEG-4AVC/H.264视频编码标准后最新制定的视频编码标准，采用比MPEG-4AVC/H.264更复杂的算法，具有比MPEG-4AVC/H.264更高的编码效率。在HEVC中采用了复杂的分层块划分方式。在HEVC中使用编码树单元(CTU)代替了传统视频编码中采用的宏块(MB)做为分层块划分的顶层单元。和传统视频编码技术中采用固定大小的宏块为核心编码层不同，在HEVC中采用尺寸大小可变的CTU做为核心编码层，CTU的尺寸大小在编码时由编码算法具体决定。每个CTU包含一个亮度编码树块(CTB)和两个对应的色度CTB,亮度CTB可以是比亮度MB更大的正方形图像区域，如64×64和32×32，也可以采用和亮度MB一样大的正方形区域16×16。在HEVC中做为核心 编码层的CTU被四叉树划分为编码单元(CU)，一个CU包含一个亮度编码块(CB)和两个对应的色度CB。每一个CU在编码的不同步骤中将被划分为多个预测单元(PU)或多个变换单元(TU)。每个PU包含相应的亮度预测块(PB)和色度PB。每个TU包含相应的亮度变换块(TB)和色度TB。

在进行图像和视频编码时图像、视频的质量和编码压缩后的数据量有相同变化的趋势，即图像、视频的质量越高，编码后的数据量越大。在实际应用中通常对视频的数据量有一定的限制，如网络传输时的带宽限制，存储时存储器的容量限制。因此在实际应用中通常需要对单位时间内编码的数据量即码率进行控制以便满足应用需求。码率控制是一种对编码数据量进行控制的方法。

现代视频编码中帧内预测编码帧即可以作为帧间预测编码帧的参考帧，也可以单独用于图像编码。帧内预测编码帧通常编码的数据量远大于帧间预测编码帧的数据量。因此对于帧内预测编码帧的码率控制是提高视频编码码率控制精确度的关键。但是对于最新的视频编码标准HEVC，目前帧内预测编码帧的码率控制研究主要集中于帧级控制，即同一帧采用相同的量化步长，码率控制精度不高，同时对于帧内预测编码帧的码率模型参数通常用已编码帧进行预测，不适合对视频序列中的初始帧和场景的初始帧进行码率控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，为此针对采用基于块的混合编码技术的图像或视频编码提供一种图像编码或视频帧内预测编码中用以确定量化步长的码率控制方法，以达到对图像编码或视频帧内预测编码的码率精确控制的目的，可以有效地降低编码器的缓存大小。

本发明技术方案概括为：

一种帧内编码的码率控制方法，其特征在于，将一帧图像划分为块组，然后利用块组内邻近象素点间梯度的绝对值之和描述块组的复杂度，并用编码数据量和复杂度之比的指数模型来确定块组的量化步长，从而实现块组级别的码率控制，达到精确控制码率的目的。

以上帧内编码的码率控制方法，具体步骤包括：

步骤1：开始当前视频帧或图像的编码；