[发明专利]一种适用于HEVC视频编码的帧级量化参数计算方法

说明书

本发明公开了一种考虑帧间依赖的帧级量化参数计算方法。首先建立基于帧间依赖的失真预测模型(ΔD‑ΔQ_p模型)，然后将该模型运用到率失真优化中，求得率失真代价最小时的拉格朗日乘子λ，最后由λ‑Q_p关系，求出最优帧级量化参数。其中的ΔD‑ΔQ_p模型不仅体现了帧间依赖，并在建模过程中将视频内容考虑了进来，所以该模型可以根据视频内容自适应调整。本方法具有实施复杂度低的特点，方法中使用的参量均是从视频编码过程中获得，不需要复杂的计算，基本不会增加视频编码复杂度，所以不会造成系统延时。

技术领域

本发明涉及一种适用于HEVC视频编码的帧级量化参数计算方法，适用于改进HEVC码率控制中帧级量化参数计算方法和改进HEVC的RDO(率失真优化)中D-q模型。

背景技术

在符合HEVC标准的视频编码中存在复杂的多层次空时域依赖，如：帧内和帧间预测导致的失真会发生空时域传递；上下文自适应熵编码会导致邻近编码单元之间码率消耗相互依赖，这些都使得帧级量化参数(Q_p)的计算，不再满足传统编码单元之间相互独立的假设。由于在图像组(GOP)内除I帧外，其他所有帧均采用帧间预测编码，使得帧间依赖成为影响失真传递的最大因素，所以在计算帧级量化参数时需要考虑帧间依赖。帧间依赖关系非常复杂，可以在码率控制算法中直接使用多遍编码，来分析视频帧之间的依赖关系，但是非常耗时且计算复杂度比较高，由于实际使用的编码器通常对编码实时性要求很高，所以这种方法不适合在实际中应用。

现在大多数做法是在率失真优化(RDO)中体现帧间依赖，首先通过离线统计分析建立符合帧间依赖关系的R-q，D-q模型，其中R是码率，D是失真，q是量化步长，然后根据率失真优化理论：

得出在码率约束R_T下，编码失真最小的量化参数集合其中N为总编码帧数。但是公式(1)仅仅是对问题的描述，并不能根据该公式求解，所以在实际操作中使用拉格朗日优化方法，把公式(1)中的问题转化为可以求解的数学问题：

其中J是率失真代价，λ是拉格朗日乘子，通过公式(2)就把码率约束下的最小化失真问题，转化为求最小率失真代价J的数学问题，J取得最小时的量化参数即为最优帧级量化参数。

以前的研究已经证明，当：

即：

时取得的量化参数为最优量化参数。在符合HEVC标准的编码器中，拉格朗日乘子λ根据下式计算：

λ＝q_factor·2^(Qp-12)/3 (5)

其中q_factor是编码器中的参数。由公式(4)，(5)得出帧级量化参数为：

由公式(6)可以看出，每帧的帧级量化参数与失真对码率的偏导直接相关，所以该偏导值的计算非常重要。

基于以上分析，本方法首先提出了一种考虑帧间依赖的失真预测模型(ΔD-ΔQp模型)，目的是求出整个GOP失真的改变量ΔD，然后将求出的ΔD运用到公式(6)中求出帧级量化参数。由于在计算时考虑了帧间依赖，所以由本方法计算出来的帧级量化参数更加合理精确，同时由于ΔD-ΔQp模型能够根据视频内容自适应地调整，所以本方法具有广泛的适用性。

最接近的已有技术1：