[发明专利]一种基于权重窗口模型的H.264/AVC宏块级码率控制算法

说明书

技术领域

本发明属于视频编码技术领域，具体为一种H.264/AVC宏块级码率控制算法，可应用于H.264/AVC编码器中编码码率的控制实现。

背景技术

视频编码中的码率控制是指采用一定的方法对一个视频源进行编码，使用经过编码压缩后的比特率可以满足一些特定的限制：比如说比特率，缓存的上溢和下溢的保护等。在一些视频应用中，特别是视频通信类，其信道带宽往往是有限的。为了满足实际应用中的带宽约束，同时追求在此带宽下的最优视频质量， 码率控制在视频传输应用中非常重要。这是因为过高的码率会导致比特率超 过信道容量，造成数据丢失；另一方面来说，如果码率过低又会造成带宽的浪费。

H.264/AVC是JVT组织最新提出的一个视频编码标准。因为H.264/AVC能够比之前一些编码标准得到更高的压缩效率和图像质量，所以它的应用越来越广泛。而码率控制作为编码器的关键技术之一，因此，用于H.264/AVC的码率控制算法一直是最近几年的研究热点。根据码率控制算法中的基本单元的大小，编码控制算法可以分为三个层次：GOP级别，帧级，宏块级别的码率控制算法。在码率控制算法中，主要需要解决两个关键的问题：一是如何给当前编码单元分配合适的比特数；二是如何根据分配的比特数编码实现最好的图像，即如何决定一个量化参数。和以前的一些视频编码标准的码率控制算法相比，H.264/AVC的码率控制算法实现起来会更加困难一些。这是因为在H.264/AVC编码中，量化参数（QP）在码率控制算法和率失真优化（RDO）中都会用到，这会导致下面的蛋鸡悖论：为了给当前编码宏块进行率失真优化（RDO），首先要利用当前编码宏块帧的MAD来计算量化参数（QP），而当前编码宏块/帧的MAD只有在RDO之后才能得到。为了解决这个悖论，以往大多数的算法采用了下面表达式所示的线性模型：

                   （1）

上式中的a₁,a₂为模型参数，和 分别是指当前宏块或前一帧与当前宏块相同位置宏块的MAD。这样，借助上述线性模型，我们可以预测当前编码单元的MAD，通过预测得到的MAD，采用一定的R-Q(比特-量化参数)模型来计算编码所要采用的QP。下面是在H.264/AVC的参考软件JM采用的二次R-Q模型：

                           （2）

R_i代表分配给第i个编码基本单元分配的比特数，c₁，c₂为模型参数，Qstep_i代表该编码基本单元的量化步长。式（1）和（2）一起的四个模型参数a₁，a₂，c₁，c₂在编码完每个编码单元之后进行更新。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够消除宏块级码率控制算法中复杂的线性回归的H.264/AVC宏块级码率控制算法，以实现良好的码率控制效果和较高的PSNR提高。

为了解决前面提到的蛋鸡悖论，所以需要在编码当前宏块之前，预测当前宏块的MAD。以前的算法基本都是采用前面所列的线性模型来完成，但这个线性模型的模型参数a₁,a₂的更新非常复杂。而且因为其线性的关系，所出现的误差可能会较大。为了得到编码所需要的QP，R-Q模型的模型参数的更新跟MAD的线性模型类似，复杂度非常高。本发明可以极大的降低宏块级别的码率控制的复杂度。

采用权重窗口预测，充分利当前时间相关性（前一帧相同位置的宏块和其周围的宏块）和空间相关性（当前宏块周围的宏块）。当前帧的窗口和前一帧的窗口的选择如图1所示。对于两个窗口中不同位置的宏块的所用权重是不一样的。