[发明专利]基于时空特性的初始帧基础量化参数确定方法

说明书

本发明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_initial的视频特性，包括每像素比特(bpp)、空域内容特性以及时域内容特性，然后通过测试建立初始帧基础量化参数QP_initial与bpp和空域内容特性以及时域内容特性之间的函数关系，完成QP_initial的确定。本发明克服了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，有效提高视频编码质量。

技术领域

本发明涉及视频编解码技术领域，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。

背景技术

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。

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。

针对上述问题，本发明对传统的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。

发明内容