[发明专利]一种基于λ域码率控制的帧级比特分配方法

说明书

本发明属于视频编解码技术领域，涉及一种基于λ域码率控制的帧级比特分配方法。本发明的方法主要包括固定比特分配、自适应比特分配的目标比特分配和量化参数确定，针对图像组(GOP)大小等于16的情况，首先在GOP内部按照固定的权重给各时间层的图像进行比特分配，相同时间层的权重相同，利用最小二乘拟合的方法得到各层图像的权重，然后进行自适应比特分配，自适应比特分配首先要确定GOP内部各层图像λ的比值，然后根据R‑λ关系可以确定各层图形比特的比例，最后根据GOP的总比特算出各层图像的比特。本发明提高了率失真性能，获得了更高的码率精度控制。

技术领域

本发明属于视频编解码技术领域，涉及一种基于λ域码率控制的帧级比特分配方法。

背景技术

码率控制是视频编码器中必备的关键模块，码率控制的目标是通过选择一系列编码参数，使得视频编码后的比特率满足所需要的速率限制，并且使得编码失真尽可能的小。一个视频序列的码率控制问题可以简单描述如下：在总编码比特数小于或等于R_c的条件下，为每一个编码单元确定最优的量化参数，使得总失真最小，即

若以图像作为编码单元为例，N为该序列包含的图像数，D_i为第i幅图像的失真，为各图像的最优量化参数。

码率控制通常包括目标比特分配和量化参数确定两个步骤。目标比特分配采用分级比特分配策略，包括：GOP(Group of Picture，图片组)级、图像(帧)级、CTU级。视频序列在编码时通常被划分为多个连续的GOP(Group of Picture，图片组)，GOP级目标比特分配是指根据信道速率和缓冲区状态为每个GOP分配目标比特数。而一个GOP包含多幅图像，图像(帧)级目标比特分配是指根据该GOP的总目标比特数为每幅图像分配目标比特数。CTU级目标比特分配是根据当前图像的总目标比特数为该图像内的每个CTU确定目标比特数。显然图像(帧)级比特分配也是目标比特分配中十分关键的步骤。比特分配后，为了精确地达到给GOP(图像组)、图像(帧)、块(CTU)依此分配目标比特，需要通过率失真模型依此确定GOP级、帧级、CTU级的量化参数，最后利用这些参数对数据进行编码。

λ域码率控制图像(帧)级目标比特分配包括：均匀比例比特分配，固定比例比特分配，自适应比例比特分配。其中固定比例分配和自适应比例分配的率失真性能明显高于均匀比特分配，且平均码率误差较低。在过去的几年中，李斌等人对HEVC标准(GOP＝8)提出了多种帧级比特分配方法。在提案K0103里面提出了基于R-λ模型的速率控制，即在RA和LD配置下的固定比特分配方式，该分配方式下，每帧分配的权重是固定的整数值，使得每帧图像的比特分配不够精确。在提案M0036里面提出了基于R-λ模型的自适应比特分配模型。自适应比特分配首先要确定GOP内部各层图像λ的比值，然后根据R-λ关系可以确定各层图形比特的比例，最后根据GOP的总比特算出各层图像的比特。上述步骤等价于解下面的方程组：

λ＝α*R^β (2)

∑R_i＝T_GOP (3)

λ₀:λ₁:λ₂:λ₃＝ω₀:ω₁:ω₂:ω₃ (4)

其中，R_i是各帧的目标比特数，i＝1，...，8；T_GOP是一个GOP内总的目标比特数；ω是λ对应的比值，λ是拉格朗日乘子，R是编码比特数，α和β的取值与视频内容特性有关。