[发明专利]一种减小时域质量波动的三维小波视频编码码率控制方法

权利要求书

1.一种减小时域质量波动的三维小波视频编码码率控制方法，其特征在于一种减小时域质量波动的三维小波视频编码码率控制方法是按照以下步骤实现的：

一、第一遍扫描编码

步骤1、采用原始的编码参数对视频信号进行编码，编码后的视频信号在GOP之间利用均匀码率分配算法分配码率；

步骤2、每个GOP根据步骤一中均匀码率分配的结果，进行GOP内小波分解得到时间-空间小波子带的率失真D_S(R)，由得到的时间-空间小波子带的率失真D_S(R)再合成GOP的率失真D^GOP(R)，其中GOP的率失真D^GOP(R)为对应GOP场景复杂度模型；

其中，所述GOP内小波分解得到时间-空间小波子带具体过程为：每个GOP经过多层次的小波分解后，生成时间小波子带，每个时间小波子带再经过二维小波分解，形成时间-空间小波子带；所述时间-空间小波子带进行编码，根据时间-空间小波子带的编码结果，计算时间-空间小波子带的率失真D_S(R)；

其中，所述时间-空间小波子带再合成GOP的率失真D^GOP(R)具体过程为：由时间-空间小波子带的率失真D_S(R)合成时间子带率失真D_T(R)；由时间子带率失真D_T(R)再合成GOP的率失真D^GOP(R)；

二、第二遍扫描编码

步骤1、GOP级比特分配；其中GOP级比特分配具体过程为：依据整个视频序列所有GOP的率失真D^GOP(R)，在所有GOP之间分配码率，使得所有GOP的解码质量相当的情况下，计算出分配给每个GOP的码率；

步骤2、子带级码率分配；其具体过程为：将每个GOP分配得到的码率按照小波分解形式和时间-空间小波子带率失真进一步分配给所有子带；

步骤3、每个子带根据获得码率进行量化编码；即完成了一种减小时域质量波动的三维小波视频编码码率控制方法。

2.根据权利要求1所述一种减小时域质量波动的三维小波视频编码码率控制方法，其特征在于所述第一遍扫描编码步骤2中GOP的率失真函数推导过程为：

(1)计算时间-空间子带率失真D_S(R)

经MCTF分解获得的每个时间子带t_lj再执行二维小波变换(2D-DWT)，假设分解层数为I层，则获得I+1层时间-空间子带；其中第i(1≤i≤I)层包含表示三个不同方向(k=1,2,3)的高通时间-空间子带S_ljik和一个低通子带S_ljI+1；根据时间-空间小波子带的编码结果，计算时间-空间小波子带的率失真D_S(R)；

其时间-空间子带率失真D_S(R)假设为指数形式为：

Ds(R)=Ese-αsR---(1)]]>

由于实际编码器采用嵌入式编码技术，随着量化步长的变化，在编码过程中可以获得离散的码率-失真点，利用上述指数形式对码率-失真点拟合可以获得参数E_s,α_s的值，其中E_s为码率为零是子带的失真，一般使用子带的方差表示，α_s为表示率失真函数衰减程度；

(2)计算时间子带率失真D_T(R)

其主要过程为每个GOP内包含帧X_m(m=1,2,...,N)，L层MCTF后，生成L+1个时间子带T_l(l=1,2,...,L+1)，其中第l(l=1,2,...,L)层有N/2^l帧高通时间子带t_lj(j=1,2,...,N/2^l)，第L+1层有一帧低通时间子带t_L+1；

其推导过程为假设时间子带T_l中的元素（帧）t_lj经过I层二维小波空间分解获得，其率失真函数的参数分别为E_ljik,α_ljik；则t_lj的码率和失真函数分别为：

Dlj(λ)=Σi=1IΣk=1314iGljik-λαljik+14IGljI+1-λαljI+1---(2)]]>

Rlj(λ)=Σi=1LΣk=1314i(-1αljik)ln(-λαljikEljik)+14I(-1αljL+1)ln(-λαljL+1EljL+1)---(3)]]>

式（2）（3）中的参数i(i=1,...,I)表示小波空间分解层，k(k=1,2,3)表示相同小波空间分解层中不同方向上的子带；k=1表示水平方向高频，垂直方向低频的子带；k=2表示水平方向高频、垂直方向高频的子带；k=3表示水平方向低频、垂直方向高频的子带，λ为这两个参数方程的参数；

如果2D-DWT变换中采用的小波基为双正交小波9/7，合成增益消除参数λ，则t_lj的率失真D^lj(R)很容易获得；则时间子带T_l的率失真D_l(R)为：

Dl(R)=1N/2lΣj=1N/2lDlj(R)---(4)]]>

式中，N/2^l表示一段信号GOS(group of signal)包含个元素X_i(i=1,2,...,N)，小波变换后，产生L+1层子带，第l(l=1,2,...,L)层高通子带S_l包含N/2^l个系数，j标识高通子带S_l子带中每一个子带元素；

结合式(2)、(3)和(4)可以求出间子带T_l(l=1,2,...,L+1)率失真D^l(R)参数E_l,α_l的值。

(3)合成GOP率失真D_GOP(R)

GOP的码率和失真函数分别为：

DGOP(λ)=Σl=1L12lGl-λαl+12LGL+1-λαL+1---(5)]]>

RGOP(λ)=Σl=1L12l(-1α1)ln(-λαlEl)+12L(-1αL+1)ln(-λαL+1EL+1)---(6)]]>

式（5）、（6）中的参数l(i=1,...,L)代表小波时间分解子带；α_l，E_l分别为对应子带率失真函数衰减系数和子带方差；λ为这两个参数方程的参数，消除参数λ，则获得GOP的率失真函数D^GOP(R)。