基于恰可察感知質(zhì)量判決準則的hevc率失真優(yōu)化算法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于恰可察感知質(zhì)量判決準則的HEVC率失真優(yōu)化算法，其技術特點是：分析每一幀中每個宏塊的運動模式及靜態(tài)紋理特征，獲得當前宏塊的感知質(zhì)量類型，得到圖像顯著區(qū)域；計算基于視覺顯著性區(qū)域的恰可察失真閾值；計算基于恰可察失真模型的感知質(zhì)量；根據(jù)基于恰可察失真模型的感知質(zhì)量進行率失真優(yōu)化。本發(fā)明設計合理，其采用基于恰可察感知質(zhì)量判決準則進行HEVC率失真優(yōu)化，能夠克服均方誤差MSE作為衡量視頻失真評價標準的不足，使得最終的編碼效果更加符合人眼的主觀感知質(zhì)量，同時，在主觀質(zhì)量不降低的前提下容忍更多的噪聲，去除不必要的感知冗余，從而提高了壓縮效率，降低了編碼后文件的碼率。
【專利說明】基于恰可察感知質(zhì)量判決準則的HEVC率失真優(yōu)化算法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于視頻編碼【技術領域】，尤其是一種基于恰可察感知質(zhì)量判決準則的HEVC 率失真優(yōu)化算法。

【背景技術】
[0002] 近年來，隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展、技術的進步和人們對視頻質(zhì)量要求的不斷提 高，高清/超高清視頻編碼技術作為未來家庭影院、數(shù)字廣播電視、網(wǎng)絡視頻、高清電影 等業(yè)務的基礎核心技術成為業(yè)界關注的焦點。針對高清/超高清視頻通信，現(xiàn)有的視頻 編碼標準在壓縮比和實際的應用需求相比還有一定的距離。為此，國際標準化組織ISO/ IEC(MPEG)和ITU-T啟動了下一代數(shù)字視頻壓縮標準規(guī)劃--高效的視頻編碼（High Efficiency Video Coding, HEVC)，目標是在H.264/AVC高檔次的基礎上，壓縮效率提高一倍 以上。
[0003] 高效的視頻編碼（HEVC)在環(huán)路濾波過程總共有兩個環(huán)節(jié)：去塊效應濾波和自適 應樣點補償SA0。其中，自適應樣點補償SA0可進一步被分為帶狀補償（Band Offset，B0) 和邊緣補償（Edge offset, E0)兩大類。邊緣補償算法（E0)主要針對圖像中每個對象的 輪廓進行補償，需要從水平、堅直、左傾45度斜率與右傾45度斜率的四類相鄰編碼塊中選 擇一種進行當前像素點的值與相鄰兩個像素點的值的比較。帶狀補償算法（B0)主要用于 對圖像中每個對象內(nèi)部的色彩和紋路信息進行補償，其補償類型的劃分完全基于像素點本 身的幅值，也就是說HEVC將像素強度從0到最大值劃分為32個等級，通過率失真優(yōu)化的選 擇，其中4個連續(xù)等級的像素補償將最終寫入碼流。
[0004] HEVC編碼器依據(jù)圖像內(nèi)容，采用率失真優(yōu)化的方法，在幀內(nèi)和幀間眾多的可選模 式里選取最佳的編碼模式。雖然在一定程度上，率失真模式判決會使編碼過程變得復雜，但 是，正是由于率失真優(yōu)化技術的應用，編碼器才能夠盡可能獲得最佳預測信息，從而保證了 圖像質(zhì)量，提高了編碼器的整體性能。
[0005] 傳統(tǒng)視頻編碼的率失真框架包括HEVC在內(nèi)都是使用均方誤差MSE作為失真值進 行計算的。雖然大多數(shù)情況下MSE能夠反映圖像的真實質(zhì)量，但是仍有一些情況是MSE反 映不出來的，例如椒鹽噪聲會對畫面產(chǎn)生巨大的干擾，而整幀圖像的MSE可能不是很大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種設計合理、主觀視覺質(zhì)量高且 能夠去除更多感知冗余的基于恰可察感知質(zhì)量判決準則的HEVC率失真優(yōu)化算法。
[0007] 本發(fā)明解決現(xiàn)有的技術問題是采取以下技術方案實現(xiàn)的：
[0008] -種基于恰可察感知質(zhì)量判決準則的HEVC率失真優(yōu)化算法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1、在高效視頻編解碼器的編碼端進行模式判決前，分析每一幀中每個宏塊的 運動模式及靜態(tài)紋理特征，獲得當前宏塊的感知質(zhì)量類型，并根據(jù)不同的運動狀態(tài)得到圖 像顯著區(qū)域；
[0010] 步驟2、根據(jù)顯著圖像區(qū)域計算基于視覺顯著性區(qū)域的恰可察失真閾值；
[0011] 步驟3、根據(jù)基于視覺顯著性區(qū)域的恰可察失真閾值計算基于恰可察失真模型的 感知質(zhì)量；
[0012] 步驟4、根據(jù)基于恰可察失真模型的感知質(zhì)量進行率失真優(yōu)化。
[0013] 而且，所述步驟1感知質(zhì)量類型采用以下數(shù)學模型獲得：
[0014]

【權利要求】
1. 一種基于顯著圖及恰可察感知質(zhì)量判決準則的HEVC率失真優(yōu)化算法，其特征在于 包括以下步驟： 步驟1、在高效視頻編解碼器的編碼端進行模式判決前，分析每一幀中每個宏塊的運動 模式及靜態(tài)紋理特征，獲得當前宏塊的感知質(zhì)量類型，并根據(jù)不同的運動狀態(tài)得到圖像顯 著區(qū)域； 步驟2、根據(jù)顯著圖像區(qū)域計算基于視覺顯著性區(qū)域的恰可察失真閾值； 步驟3、根據(jù)基于視覺顯著性區(qū)域的恰可察失真閾值計算基于恰可察失真模型的感知 質(zhì)量； 步驟4、根據(jù)基于恰可察失真模型的感知質(zhì)量進行率失真優(yōu)化。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于恰可察感知質(zhì)量判決準則的HEVC率失真優(yōu)化算法，其特 征在于：所述步驟1感知質(zhì)量類型采用以下數(shù)學模型獲得：
式中，
為當前宏塊的感知質(zhì)量類型，Normal Pattern為正常感知質(zhì)量類型， Aliased Pattern為失真感知質(zhì)量類型，Hysteresis Pattern為滯后感知質(zhì)量類型， Background為靜止感知質(zhì)量類型，
和
分別為正常狀態(tài)、失真狀態(tài)、靜止狀態(tài) 出現(xiàn)的概率，
和
的向量形式，
為狀態(tài)屬性描述符，SS表示靜止狀態(tài)。
3. 根據(jù)權利要求2所述的基于恰可察感知質(zhì)量判決準則的HEVC率失真優(yōu)化算法，其特 征在于：所述的圖像顯著區(qū)域為Normal Pattern類型的宏塊和Hysteresis Pattern類型 的宏塊組合在一起構成的區(qū)域。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于恰可察感知質(zhì)量判決準則的HEVC率失真優(yōu)化算法，其特 征在于：所述步驟2基于視覺顯著性區(qū)域的恰可察失真閾值按照下述公式計算得到 ：
上述公式中，F(xiàn)JND為基于視覺顯著性區(qū)域的恰可察失真閾值，TBasic;(k，n，i，j)、Fta、 FCmtaast、FTempOTal和FF_a分別是基本閾值、亮度修正值、對比度修正值、時間域修正值和顯著 區(qū)域修正值。
5. 根據(jù)權利要求1所述的基于恰可察感知質(zhì)量判決準則的HEVC率失真優(yōu)化算法，其特 征在于：所述步驟3基于恰可察失真模型的感知質(zhì)量由PSNR-HA和PSNR-HMA兩種失真準則 加權而得，其計算方法如下： (1)對于給定的參考塊A和失真塊B，計算二者的差異

和分別是參考
塊A和失真塊B系數(shù)的平均值； ⑵得到修正矩陣C = B+Delt ; (3) 計算修正系數(shù)
(4) 計算修正后的宏塊D = CX P ; (5) 計算恰可察失真模型修正后的失真值MSEhvs，計算方法如下：
其中coeffji，j)和C〇effd(i，j)分別代表參考塊和重建塊對應位置的像素值， jnd(i，j)則表示第二部計算的對應位置的恰可察失真門限； (6) 如果札> M2則
最終得到 MSEhvs = M^Delt^ coef3 上式中，coefl、coef2、coef3表示對感知誤差的修正因子，按照實驗經(jīng)驗分別取 0· 002、0· 25 和 0· 04 ; (7) 根據(jù)上述計算得到的感知質(zhì)量失真得到PSNR-HA :
對于彩色圖像，Μ是Y，Cr，Cb-個亮度分量，兩個顏色分量的感知失真加權得到的平均 失真，如下式計算得到： M = (MY+McbX coef4+MCrX coef4) / (l+2Xcoef4) MY、Meb、M&分別是一個亮度分量Y，兩個顏色分量Cb、Cr的感知失真，加權系數(shù)coef4是 0. 5 ； PSNR-HMA的修正是在計算MSEhvs時用恰可察失真模型做相應修正。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于恰可察感知質(zhì)量判決準則的HEVC率失真優(yōu)化算法，其特 征在于：所述步驟4進行率失真優(yōu)化的方法為：將基于圖像顯著區(qū)域恰可察感知質(zhì)量融結(jié) 合在R-λ模型上，得到如下模型：
上式中J是代價函數(shù)，則λ = dQ/dR，針對每一個宏塊，計算代價函數(shù)： L = qjQPj-λ · rjQPj for coding block#l j2 = q2(QP2)-A · r2(QP2)for coding block#2 jN = qN(QPN)-A · rN(QPN)for coding block#N
上式中，QP是量化步長，通過搜索比較得到使max {J}最小的編碼模式。
【文檔編號】H04N17/00GK104219526SQ201410440120
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權日:2014年9月1日
【發(fā)明者】周蕓, 于洋, 王輝淇, 李敬娜 申請人:國家廣播電影電視總局廣播科學研究院, 北京郵電大學