[发明专利]基于率失真优化的HEVC码率控制方法

说明书

技术领域

本发明属于视频通信技术领域，特别涉及针对HEVC视频编码标准的码率控制方法，可用于视频点播、远程教育、远程医疗、会议电视、可视电话和流媒体等。

背景技术

码率控制的目的是通过控制视频编码的参数来控制输出码流的大小，同时尽可能获得更好的视频重建质量。在实时的视频通信中，码率控制是视频编码器不可缺少的一部分。为了满足快速增长的视频内容的需要，由国际电信联盟远程通信标准化组织ITU-T的视频专家组和国际标准委员会ISO的运动图像专家组联合成立的视频编码联合组JCT-VC，制定了新的视频编码标准，即高效率视频编码HEVC。该HEVC标准的编码器配置有三种不同的时域结构：全帧内配置，随机接入配置，低时延配置。其中，全帧内配置对所有的视频帧采用帧内编码的方式进行编码；随机接入配置采用分层的B帧结构，分为四个时域层，I帧以一定的周期插入到GOP第一帧，其时域层的第一层为I帧和GPB帧，其它层为B帧，其中，第一层、第二层和第三层为参考帧，第四层为非参考帧；低时延配置又分为强制性低时延配置和非强制性低时延配置，强制性低时延配置的第一帧为I帧，其余帧为GPB帧，非强制性低时延配置的第一帧为I帧，其余帧为P帧。为了在带宽受限的信道上实时传输HEVC视频码流，需要采用HEVC码率控制技术。

视频编码联合组JCT-VC的会议提案JCTVC-H0213和JCTVC-J0057分别提出了一个码率控制方法，其中JCTVC-H0213在第8次JCT-VC会议上被采纳。JCTVC-H0213提出的编码树单元CTU层码率控制，首先分配CTU的目标比特，然后用基于像素的统一码率-量化参数R-Q模型来计算编码树单元CTU的量化参数QP。JCTVC-H0213码率控制方法的码率-量化参数R-Q模型没有考虑不同时域层对模型参数的影响，对CTU分配比特时没有考虑编码树单元CTU复杂度，所以可以通过对不同的时域层采用不同的码率-量化参数R-Q模型参数和根据编码树单元CTU的复杂度分配其目标比特来进一步提高视频编码质量。JCTVC-J0057中的方法是一个基于x264码率控制的帧层码率控制方法。为了获得更好的视频主观质量，不同编码复杂度的编码树单元CTU应该采用不同的量化参数QP，而JCTVC-J0057中的方法对一帧的所有编码树单元CTU采用相同的量化参数QP编码，导致重建图像的不同区域视觉差别比较大，视频主观质量比较差。

发明内容

本发明的于针对上述已有技术的不足，在提案JCTVC-H0213码率控制方法的基础上提出一种基于率失真优化的HEVC码率控制方法，以获得更好的码率控制性能。

实现本发明的基本思想是：对大多数的图像组GOP第一帧则采用编码树单元CTU层码率控制；对不同的时域层分别使用不同的码率-量化参数R-Q模型参数；根据随机接入配置和低时延配置的时域结构特性分别采用不同的帧层目标比特计算方法；对于编码树单元CTU层的码率控制，采用一种基于码率-量化参数R-Q模型和失真-量化参数D-Q模型的最优化方法计算量化参数QP，其技术方案包括如下步骤：

（1）读取编码器配置文件，设置编码参数：

（1a）根据配置文件，分别设置初始量化参数Q_in和所有图像组GOP的大小，并将编码的时域结构设置为随机接入或者低时延，根据配置文件中的原始视频文件路径打开原始视频文件；

（1b）设第i个图像组的初始值i=0，设图像组中第j帧的初始值j=0；

（2）判断原始视频文件中是否有未编码的图像组，如果原始视频文件中有未编码的图像组，则进入步骤（3）；否则，编码器编码结束；

（3）读入一个图像组GOP，令i=i+1，j=0；

（4）令j=j+1，计算编码器的输出缓冲区占用值V_i,j和图像组GOP的剩余比特B_i,j；

（5）根据时域结构配置，判断第i个GOP的第j帧是否需要编码树单元CTU层的码率控制：

5a）对于随机接入配置：

若i=1，j=1或者i=2，j=1或者i=2，j=2或者i=2，j=3，则不需要编码树单元CTU层码率控制，即把第i个图像组第j帧的所有编码树单元CTU的量化参数设为初始量化参数Q_in，对该帧的所有编码树单元CTU进行编码后，执行步骤（8）；