一種基于四叉樹編碼分割的hevc復(fù)雜度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于視頻編碼領(lǐng)域，具體涉及一種基于四叉樹編碼分割的HEVC復(fù)雜度控 制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在視頻編碼領(lǐng)域，復(fù)雜度控制對視頻編碼有重要影響；復(fù)雜度控制一般是指降低 原編碼復(fù)雜度至任意指定目標(biāo)復(fù)雜度，同時保證由復(fù)雜度降低所導(dǎo)致的視頻失真最小。在 視頻編碼的演進過程中，伴隨著編碼效率的不斷提高，視頻編碼的復(fù)雜度也不斷提高；降低 和控制視頻編碼的復(fù)雜度成為視頻編碼的關(guān)鍵問題。
[0003] 高效率視頻編碼HEVC(High Efficiency Video Coding)標(biāo)準(zhǔn)，也稱為H. 265,能夠 減少時空冗余以滿足高清乃至超高清視頻的壓縮需求，具有靈活的圖像分割方案，并行化 編解碼設(shè)定，相比較之前的H. 264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，HEVC可以在只消耗H. 264 -半碼率 的前提下獲得幾乎相同的視頻壓縮質(zhì)量；但是這是以編碼復(fù)雜度作為代價的，這種高昂的 編碼復(fù)雜度對HEVC的實時編碼的應(yīng)用造成了很大的挑戰(zhàn)。
[0004] 隨著當(dāng)下智能終端的多樣化發(fā)展，越來越多的智能終端（智能手機，平板電腦，筆 記本電腦，計算機等）進入到人們的生活。計算能力的各異化導(dǎo)致其對視頻編碼時編碼復(fù) 雜度的承受能力各不相同。同時，智能終端自帶的電量往往難以滿足長時間的視頻錄制。因 此，有必要根據(jù)智能終端實際計算能力和電量水平進行視頻編碼的復(fù)雜度控制。
[0005] 四叉樹編碼分割算法是HEVC采用的一種新的圖像分割算法，這種算法對于編碼 效率的提升顯著，但由于要遍歷幾乎所有可能的不同深度的編碼塊，導(dǎo)致其編碼復(fù)雜度很 尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明針對現(xiàn)有的HEVC復(fù)雜度控制算法無法實現(xiàn)精準(zhǔn)控制并且無法保證控制后 視頻主觀質(zhì)量的問題，提出了一種基于四叉樹編碼分割的HEVC復(fù)雜度控制方法，實現(xiàn)不同 智能終端在不同計算能力下HEVC編碼復(fù)雜度的精準(zhǔn)控制，并保證控制后視頻的主觀質(zhì)量。
[0007] 具體步驟如下：
[0008] 步驟一、用戶根據(jù)自己的需求或者終端的計算能力設(shè)定視頻編碼每一幀的初始目 標(biāo)復(fù)雜度。
[0009] 步驟二、編碼器利用區(qū)域顯著性檢測算法生成視頻中每一幀的編碼塊權(quán)重圖譜。
[0010] 具體包括：
[0011] 步驟201、輸入視頻幀；
[0012] 每一幀包括多個編碼塊，每個編碼塊包括多個像素點；
[0013] 步驟202、利用區(qū)域顯著性檢測算法獲得視頻中每個編碼塊包含的每個像素點的 權(quán)重值；
[0014] 步驟203、計算每個編碼塊內(nèi)所有像素點權(quán)重值，取平均值獲得該編碼塊的權(quán)重；
[0015] 針對第i個編碼塊，計算編碼塊i內(nèi)的所有像素點的權(quán)重值并取平均值，獲得編碼 塊i的權(quán)重W 1，公式為：
[0016]
[0017] 其中，Vn表示第η個像素點的權(quán)重值，η為整數(shù)，M為編碼塊內(nèi)所有像素點的個數(shù)。
[0018] 步驟204、將每一幀內(nèi)所有編碼塊的權(quán)重值構(gòu)成權(quán)重圖譜。
[0019] 步驟三、根據(jù)每一幀目標(biāo)復(fù)雜度和編碼塊權(quán)重圖譜，編碼器設(shè)計每一幀的塊級別 復(fù)雜度-失真優(yōu)化控制模型；
[0020] 步驟301、通過訓(xùn)練至少三個視頻，建立編碼深度與編碼復(fù)雜度之間的函數(shù)關(guān)系；
[0021] 步驟（1)、選取至少三個訓(xùn)練視頻，包含上萬個編碼塊；
[0022] 步驟（2)、將所有編碼塊的編碼深度設(shè)置為最大值3 ;記錄每一個編碼塊的編碼時 間C1 (3)，作為參考時間。
[0023] i表示編碼塊的序號，為自然數(shù)；
[0024] 步驟（3)、將所有編碼塊的編碼深度分別設(shè)置不同的深度值山，(1# {3, 2, 1，0}，記 錄每一個編碼塊在相應(yīng)的編碼深度下的編碼時間C1 (Cl1)。
[0025] 步驟（4)、利用參考時間對編碼時間C1 (Cl1)進行歸一化，獲得每一個編碼塊歸一化 的編碼時間，即相對歸一化編碼復(fù)雜度，公式為：
[0026]
[0027] 步驟（5)、對所有訓(xùn)練視頻的所有編碼塊的相對歸一化編碼復(fù)雜度取平均值，獲得 不同編碼深度(I i對應(yīng)的編碼復(fù)雜度C(d J。
[0028] 步驟302、通過訓(xùn)練至少三個視頻，建立編碼深度與失真程度之間的函數(shù)關(guān)系；
[0029] 步驟（3-1)、選取至少三個訓(xùn)練視頻，包含上萬個編碼塊；
[0030] 步驟（3-2)、將所有編碼塊的編碼深度設(shè)置為最大值3,記錄每一個編碼塊編碼后 的均方誤差值MSE 1 (3)，作為參考均方誤差值。
[0031] i表示編碼塊的序號，為自然數(shù)；
[0032] 步驟（3-3)、將所有編碼塊的編碼深度分別設(shè)置為不同的深度值山， Cl1G {3, 2, 1，0}，記錄每一個編碼塊在相應(yīng)的編碼深度下的編碼后的均方誤差值MSE Jd1)。
[0033] 步驟（3-4)、利用參考均方誤差值對均方誤差值MSE1 (Cl1)進行歸一化，得到每一個 編碼塊在不同編碼深度下的歸一化失真程度r公式如下：
[0034]
[0035] 步驟（3-5)、對所有訓(xùn)練視頻的所有編碼塊的歸一化失真程度與最大深度的關(guān)系 做二次擬合，獲得不同編碼深度Cl 1所對應(yīng)的失真程度ADW J。
[0036] 步驟303、綜合編碼深度與編碼復(fù)雜度，失真程度之間的函數(shù)關(guān)系以及步驟二中每 一幀的編碼塊權(quán)重圖譜，得到每幀的塊級別復(fù)雜度-失真優(yōu)化控制模型；
[0037]
[0038] 其中，I為每一幀內(nèi)編碼塊的數(shù)量，T。為初始目標(biāo)復(fù)雜度，AD(Cl1)為編碼深度 為山時所對應(yīng)的編碼失真；C(d J在編碼深度為山時所對應(yīng)的編碼復(fù)雜度。針對第i 個和第1個兩個編碼塊，O1是第i個編碼塊的權(quán)重值；ω 1是第1個編碼塊的權(quán)重值， AD(Cl1)是第1個編碼塊的失真程度，通過比較兩個編碼塊的權(quán)重值和失真程度，滿足條件： Vq 2 ，保證了權(quán)重值高的編碼塊的失真程度小于權(quán)重低的編碼塊的失 真程度。
[0039] 步驟四、針對視頻中的所有幀，循環(huán)更新當(dāng)前幀的目標(biāo)復(fù)雜度替換前一幀的目標(biāo) 復(fù)雜度，應(yīng)用于步驟三中得到的當(dāng)前幀的塊級別復(fù)雜度-失真優(yōu)化控制模型；
[0040] 步驟401、針對視頻的前N幀，正常編碼不進行復(fù)雜度控制，計算編碼時間之和tg;
[0041] 步驟402、獲取前N幀的平均編碼時間作為參考時間ts:
[0042]
[0043] 其中，tg是前N幀的編碼時間之和，N為整數(shù)；T。是初始目標(biāo)復(fù)雜度。
[0044] 步驟403、利用初始目標(biāo)復(fù)雜度，對第N+1幀的目標(biāo)復(fù)雜度TN+1進行調(diào)整，公式為：
[0045]
[0046] 其中，F(xiàn)為視頻所包含的所有幀的數(shù)量。
[0047] 步驟404、循環(huán)計算第N+1幀之后的幀的目標(biāo)復(fù)雜度作為當(dāng)前幀的目標(biāo)復(fù)雜度，替 換前一幀的目標(biāo)復(fù)雜度并應(yīng)用于塊級別復(fù)雜度-失真優(yōu)化控制模型中。
[0048] 計算當(dāng)前幀之前所有幀的編碼時間的平均值4，根據(jù)tk與參考時間ts的關(guān)系獲得 當(dāng)前幀的目標(biāo)復(fù)雜度，公式如下：
[0049]
[0050] 其中，k為當(dāng)前幀，k > N+1 ; α和β用來調(diào)整復(fù)雜度波動幅度和波動頻率，α和 β值越接近1，復(fù)雜度的波動幅度越大，波動頻率越小。a和b用來調(diào)整復(fù)雜度控制精度和 復(fù)雜度波動幅度，a和b值越大，復(fù)雜度控制精度越高，波動幅度越大。
[0051] 步驟405、利用每幀的塊級別復(fù)雜度-失真優(yōu)化控制模型控制該幀的實際編碼復(fù) 雜度；使當(dāng)前幀的實際編碼復(fù)雜度等于當(dāng)前幀設(shè)定的目標(biāo)復(fù)雜度。
[0052] 步驟五、當(dāng)前視頻的所有幀全部處理完，編碼結(jié)束。
[0053] 本發(fā)明的優(yōu)點在于：
[0054] (1) -種基于四叉樹編碼分割的HEVC復(fù)雜度控制方法，可以在最大程度地保證視 頻主觀質(zhì)量的前提下，將視頻編碼的復(fù)雜度降低至指定水平。
[0055] (2) -種基于四叉樹編碼分割的HEVC復(fù)雜度控制方法，用戶可以在編碼端根據(jù)既 定需求指定目標(biāo)復(fù)雜度進行編碼，從而將HEVC編解碼廣泛地應(yīng)用于具有不同計算能力或 者不同電量的終端設(shè)備中，或在一定電量下完成指定時間內(nèi)的視頻錄制。
【附圖說明】
[0056] 圖1為本發(fā)明基于四叉樹編碼分割的HEVC復(fù)雜度控制方法的流程圖；
[0057] 圖2為本發(fā)明生成視頻每一幀的編碼塊權(quán)重圖譜的方法流程圖；
[0058] 圖3為本發(fā)明編碼塊權(quán)重圖譜的效果示意圖；
[0059] 圖4為本發(fā)明設(shè)計每幀的塊級別復(fù)雜度-失真優(yōu)化控制模型的方法流程圖；
[0060] 圖5為本發(fā)明編碼深度與復(fù)雜度之間關(guān)系訓(xùn)練流程圖；
[0061] 圖6為本發(fā)明編碼深度與失真程度之間關(guān)系訓(xùn)練流程圖；
[0062] 圖7為本發(fā)明更新當(dāng)前幀的目標(biāo)復(fù)雜度方法流程圖；
[0063] 圖8為本發(fā)明編碼深度與復(fù)雜度之間關(guān)系訓(xùn)練效果圖；
[0064] 圖9為本發(fā)明編碼深度與失真程度之間關(guān)系訓(xùn)練效果圖；
[0065] 圖10為本發(fā)明編碼深度與失真程度的擬合關(guān)系圖；
[0066] 圖11為本發(fā)明編碼深度分配示意圖；
[0067] 圖12為本發(fā)明幀級別復(fù)雜度分配調(diào)整示意效果圖。<