[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种三维小波视频编码码率控制方法。

背景技术

根据视频编码所使用技术，编码方案主要有两种，一种是预测、离散余弦变换及熵编码的混合编码框架；另一种是基于小波变换技术的视频编码框架，视频信号首先分别经过时间、水平、垂直三个方向的小波变换，变换后的小波系数再经过熵编码(如3D-ESCOT)过程得到嵌入式的码流。在提供高质量的编码效率的同时，三维小波视频编码还具有嵌入式的特点，即数据码流可以在任意比特处截断并获得最好的解码质量。在三维小波编码中，由于原始视频信号被分解为时间-空间小波子带，因此码率控制可以简化为如何决定各个小波子带间的码率分配问题。在3D-ESCOT编码方法中，属于同一子带的小波系数组合为三维的子立体块并进行独立的熵编码，同时可以获得每个子块的率失真信息，码率控制是根据各子块的率失真信息进行码率分配以实现整体视频质量平均最优的，它的出发点是全局最优，并没有注意到时间方向帧质量波动问题。观察发现，质量波动大致分为宏观和微观两种情况：宏观是指在一段视频中内容发生了变化，或者是场景发生切换，码率没有及时的调整而造成的质量波动；微观是指由于小波逆变换的结构而导致的质量周期振荡。这两种现象在实际编码过程都是可以明显观察到的。

目前文献中出现的控制质量波动的方法主要集中在解决上述的第二种情况。而基于MCTF的编码器码率分配基本方式都是将所有的码率平均分配给所有的GOP，使得某些GOP会因为包含的图像所表示的内容变化剧烈或纹理丰富而出现较大的失真，另外一些GOP会因为包含的图像所表示的内容变化缓慢或纹理稀少而产生较小的失真。这种在所有GOP之间平均分配方法虽然简单，但没有考虑实际GOP内包括的具体内容，使得解码视频质量波动较大，视频质量在一段视频中包含两部分不同的场景情况下则尤为明显。并且基于MCTF小波视频编码系统缺少有效地GOP级码率分配方法，不能准确地估计GOP率失真。现有的一种由时间-空间子带率失真合成时间子带率失真，进而合成GOP率失真的方法，也体现了该率失真反映的对应的GOP内容编码复杂度的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决基于MCTF的编码器码率分配基本方式所产生的解码视频质量波动较大；基于MCTF小波视频编码系统缺少有效地GOP级码率分配方法，不能准确地估计GOP率失真及一种由时间-空间子带率失真合成时间子带率失真，进而合成GOP率失真方法，反映的GOP率失真对应的GOP内容的编码复杂度的问题，而提出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。

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，包括两遍扫描编码码率分配算法：

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DS(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；