[发明专利]一种基于四叉树编码分割的HEVC复杂度控制方法

摘要

本发明公开了一种基于四叉树编码分割的HEVC复杂度控制方法，属于视频编码领域，具体步骤如下：一、用户设定视频编码的初始目标复杂度；步骤二、利用区域显著性检测算法生成视频中每一帧的编码块权重图谱；步骤三、编码器设计每一帧的块级别复杂度‑失真优化控制模型；步骤四、针对视频中的所有帧，循环更新当前帧的目标复杂度替换前一帧的目标复杂度，应用于当前帧的块级别复杂度‑失真优化控制模型；步骤五、编码结束。优点在于：用户在编码端根据既定需求指定目标复杂度进行编码，从而将HEVC编解码广泛地应用于具有不同计算能力或者不同电量的终端设备中，或在一定电量下完成指定时间内的视频录制。

主权项

1.一种基于四叉树编码分割的HEVC复杂度控制方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、用户根据自己的需求或者终端的计算能力设定视频编码初始目标复杂度；步骤二、编码器利用区域显著性检测算法生成视频中每一帧的编码块权重图谱；步骤三、根据每一帧的目标复杂度和编码块权重图谱，编码器设计每一帧的块级别复杂度-失真优化控制模型；具体包括以下步骤：步骤301、通过训练至少三个视频，建立编码深度与编码复杂度之间的函数关系；具体包括：步骤(1)、选取至少三个训练视频；步骤(2)、将所有编码块的编码深度设置为最大值3；记录每一个编码块的编码时间Ci(3)，作为参考时间；i表示编码块的序号，为自然数；步骤(3)、将所有编码块的编码深度分别设置不同的深度值di，di∈{3,2,1,0}，记录每一个编码块在相应的编码深度下的编码时间Ci(di)；步骤(4)、利用参考时间对编码时间Ci(di)进行归一化，获得每一个编码块的相对归一化编码复杂度公式为： C ~ i ( d i ) = C i ( d i ) C i ( 3 ) , ]]>步骤(5)、对所有训练视频的所有编码块的相对归一化编码复杂度取平均值，获得不同编码深度di对应的编码复杂度C(di)；步骤302、通过训练至少三个视频，建立编码深度与失真程度之间的函数关系；具体包括：步骤(3-1)、选取至少三个训练视频；步骤(3-2)、将所有编码块的编码深度设置为最大值3，记录每一个编码块编码后的均方误差值MSEi(3)，作为参考均方误差值；i表示编码块的序号，为自然数；步骤(3-3)、将所有编码块的编码深度分别设置为不同的深度值di，di∈{3,2,1,0}，记录每一个编码块在相应的编码深度下的编码后的均方误差值MSEi(di)；步骤(3-4)、利用参考均方误差值对均方误差值MSEi(di)进行归一化，得到每一个编码块在不同编码深度下的归一化失真程度公式如下： Δ D ~ i ( d i ) = MSE i ( d i ) - MSE i ( 3 ) MSE i ( 3 ) , d i ∈ { 3 , 2 , 1 , 0 } ]]>步骤(3-5)、对所有训练视频的所有编码块的归一化失真程度与最大深度的关系做二次拟合，获得不同编码深度di所对应的失真程度ΔD(di)；步骤303、综合编码深度与编码复杂度、失真程度之间的函数关系以及步骤二中每一帧的编码块权重图谱，得到每帧的块级别复杂度-失真优化控制模型： min { d i } i = 1 I Σ i = 1 I Δ D ( d i ) 1 I Σ i = 1 I C ( d i ) = T c ∀ ω i ≥ ω l , Δ D ( d i ) ≤ Δ D ( d l ) ]]>其中，I为每一帧内编码块的数量；Tc为初始目标复杂度；ΔD(di)为编码深度为di时所对应的编码失真；C(di)在编码深度为di时所对应的编码复杂度；针对第i个和第l个两个编码块，ωi是第i个编码块的权重值；ωl是第l个编码块的权重值；ΔD(dl)是第l个编码块的失真程度；通过比较两个编码块的权重值和失真程度，满足条件：ΔD(di)≤ΔD(dl)，保证了权重值高的编码块的失真程度小于权重低的编码块的失真程度；步骤四、针对视频中的所有帧，循环更新当前帧的目标复杂度替换前一帧的目标复杂度，应用于步骤三中得到的当前帧的块级别复杂度-失真优化控制模型；具体包括以下步骤：步骤401、针对视频的前N帧，正常编码不进行复杂度控制，计算编码时间之和tg；步骤402、获取前N帧的平均编码时间作为参考时间ts： t s = T c · t g N ]]>其中，tg是前N帧的编码时间之和，N为整数；步骤403、利用初始目标复杂度，对第N+1帧的目标复杂度TN+1进行调整，公式为： T N + 1 = T c + N F - N · ( T c - 1 ) ]]>其中，F为视频所包含的所有帧的数量；步骤404、循环计算第N+1帧之后的帧的目标复杂度作为当前帧的目标复杂度，替换前一帧的目标复杂度并应用于块级别复杂度-失真优化控制模型中；计算当前帧之前所有帧的编码时间的平均值tk，根据tk与参考时间ts的关系获得当前帧的目标复杂度，公式如下： T k + 1 = T N + 1 - a , t k ≥ αt s T N + 1 , βt s < t k < αt s T N + 1 + b , t k ≤ βt s ]]>其中，k为当前帧，k＞N+1；α和β用来调整复杂度波动幅度和波动频率，α和β值越接近1，复杂度的波动幅度越大，波动频率越小；a和b用来调整复杂度控制精度和复杂度波动幅度，a和b值越大，复杂度控制精度越高，波动幅度越大；步骤405、利用每帧的块级别复杂度-失真优化控制模型控制该帧的实际编码复杂度；使当前帧的实际编码复杂度等于当前帧设定的目标复杂度；步骤五、当前视频的所有帧全部处理完，编码结束。