一種隨機(jī)接入視頻編碼中層次化時(shí)域率失真優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于視頻編碼技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及隨機(jī)接入視頻編碼中層次化時(shí)域率失真優(yōu)化方法。本發(fā)明采用循環(huán)的圖像組(group of picture，GOP)結(jié)構(gòu)，每8幀為一個(gè)GOP，分別分配到不同的層，相同層的幀遵循相似的參考幀及QP分配規(guī)則，如圖1所示，其中幀的編碼順序表示為EOC，各幀的播放順序/時(shí)間順序表示為POC。分析隨機(jī)接入編碼中編碼單元間在同層及不同層的時(shí)域依賴性，并根據(jù)隨機(jī)接入編碼中時(shí)域依賴性建立嵌套的層次化時(shí)域傳播鏈，如圖3所示，進(jìn)而進(jìn)行層次化時(shí)域依賴性的率失真優(yōu)化建模。求取傳播因子κv和全局拉格朗日乘子λg。最后，本發(fā)明根據(jù)傳播因子κv，僅通過對(duì)全局拉格朗日乘子λg的調(diào)整實(shí)現(xiàn)時(shí)域率失真優(yōu)化。
【專利說明】
-種隨機(jī)接入視頻編碼中層次化時(shí)域率失真優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于視頻編碼技術(shù)領(lǐng)域，尤其設(shè)及隨機(jī)接入視頻編碼中層次化時(shí)域率失真 優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了應(yīng)對(duì)視頻高清化，新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)皿VC于2013年初制定完成，較前一代 標(biāo)準(zhǔn)H.264/AVC性能提升了近1倍。在視頻編解碼器中，率失真優(yōu)化技術(shù)是顯著提升編碼效 率的重要組成部分，傳統(tǒng)做法是獨(dú)立優(yōu)化各編碼單元，然而由于帖內(nèi)帖間預(yù)測的廣泛使用， 各編碼單元之間具有依賴性，具體來說就是當(dāng)前編碼單元山的編碼好壞會(huì)影響到空域或時(shí) 域中下一個(gè)編碼單元山+1，因此考慮進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，定義為全局率失真優(yōu)化。目前多個(gè)文獻(xiàn) 對(duì)全局率失真優(yōu)化進(jìn)行探索，如文獻(xiàn)"E.H.Yang and X.Yu, "Rate Distortion Optimization for H.264Interframe Coding:A General Framework and Algorithms''， I邸E Trans. Image Processing,vol. 16,no.7,pp. 1774-1784, July .2007"，該文獻(xiàn)采用動(dòng) 態(tài)規(guī)劃方法，復(fù)雜度高，無法實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)，但該方法從側(cè)面證明聯(lián)合優(yōu)化可W提升編碼性能。
[0003] 文獻(xiàn)"T.W.Yang,C.Zhu and X.J.Fan,Q.Peng, "Source distortion temporal propagation model for motion compensated video coding optimizationIEEE International Conference on Multimedia and Expo(ICME 2012).Melbourne , Australia Jul.2012，pp.85-90"提出了一種可實(shí)現(xiàn)的聯(lián)合率失真優(yōu)化方法，考慮時(shí)域上具 有依賴性的編碼單元的優(yōu)化編碼，其目標(biāo)夫
，其中X代表在整個(gè)序 列中具有時(shí)域依賴性的編碼單元個(gè)數(shù)(假設(shè)每帖一個(gè)），Rx表示一個(gè)當(dāng)前編碼單元的碼率，Dx 表示當(dāng)前編碼單元的失真。使用拉格朗日乘子法轉(zhuǎn)化為無約束問題，即
Οχ表示第X個(gè)編碼單元的編碼參數(shù)，如編碼 模式，運(yùn)動(dòng)矢量，參考帖索引，量化參數(shù)，量化后的變換系數(shù)等，Ag為全局拉格朗日乘子，根 據(jù)H.264/AVC中編碼結(jié)構(gòu)，可W簡化夫
*代表該編碼模 式為假設(shè)可W得到最優(yōu)編碼參數(shù)。
[0004] 與H. 264/AVC中編碼結(jié)構(gòu)不同，在新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)皿VC中，采用層次編碼結(jié) 構(gòu)，該結(jié)構(gòu)顯著提升了編碼效率。對(duì)于不同應(yīng)用，在肥VC中，層次編碼結(jié)構(gòu)有兩種固定的基 本配置，即低延遲層次編碼結(jié)構(gòu)和隨機(jī)接入層次編碼結(jié)構(gòu)。低延遲層次編碼結(jié)構(gòu)W實(shí)時(shí)編 解碼為目標(biāo)，在一定程度下弱化層次編碼結(jié)構(gòu)，而隨機(jī)接入層次編碼結(jié)構(gòu)層次性更強(qiáng)，允許 相對(duì)頻繁的隨機(jī)接入點(diǎn)，提供更靈活的視頻編解碼方案，相較于低延遲編碼結(jié)構(gòu)具有更高 的編碼效率。隨機(jī)接入層次編碼結(jié)構(gòu)需要預(yù)讀多帖，且編碼順序與播放順序不同，帖與帖間 的關(guān)系更為復(fù)雜，不能簡單套用上述第二個(gè)文獻(xiàn)的工作，需要分析在相同層和不同層的各 編碼單元間的動(dòng)態(tài)時(shí)域依賴性，進(jìn)而在隨機(jī)接入層次結(jié)構(gòu)下進(jìn)行層次化時(shí)域率失真優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明通過探索隨機(jī)接入視頻編碼中各編碼單元間在 相同層及不同層的時(shí)域關(guān)系提出了一種隨機(jī)接入視頻編碼中層次化時(shí)域率失真優(yōu)化方法。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0007]在皿VC隨機(jī)接入視頻編碼默認(rèn)配置中，采用循環(huán)的圖像組（group of picture， GOP)結(jié)構(gòu)，每8帖為一個(gè)GOP,分別分配到不同的層，相同層的帖遵循相似的參考帖及QP分配 規(guī)則，如圖1所示，其中帖的編碼順序表示為E0C，各帖的播放順序/時(shí)間順序表示為P0C。分 析隨機(jī)接入編碼中編碼單元間在同層及不同層的時(shí)域依賴性，并根據(jù)隨機(jī)接入編碼中時(shí)域 依賴性建立嵌套的層次化時(shí)域傳播鏈，如圖3所示，進(jìn)而進(jìn)行層次化時(shí)域依賴性的率失真優(yōu) 化建模。求取傳播因子Κν和全局拉格朗日乘子Ag。最后，本發(fā)明根據(jù)傳播因子Κν，僅通過對(duì)全 局拉格朗日乘子Ag的調(diào)整實(shí)現(xiàn)時(shí)域率失真優(yōu)化。
[000引為了更好地說明本發(fā)明，首先對(duì)隨機(jī)接入層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。隨機(jī)接入層次結(jié)構(gòu) 具體為:每8帖為一個(gè)G0P，將所述G0P內(nèi)的帖分別分配到不同的層，每帖的P0C代表該帖在整 個(gè)編碼序列中的絕對(duì)播放順序號(hào)，每帖的巧0C代表該帖在所屬G0P中的相對(duì)播放順序號(hào)，每 帖的E0C代表該帖在整個(gè)編碼序列中的絕對(duì)編碼順序號(hào)，每帖的巧0C代表該帖在所屬G0P中 的相對(duì)編碼順序號(hào)，E0C = few(P0C)每個(gè)G0P的播放順序下第一帖的巧0C=1，該帖編碼順序 為4,則巧0C = 4,（在隨機(jī)接入視頻編碼中編碼順序和解碼順序不一致，需考慮前向參考及 后向參考，所述前向參考為前向參考帖的圖像播放順序(pic化re order count,P0C)大于 當(dāng)前帖的POC，反之為后向參考），其中，fecc(*)為POC與EOC的映射關(guān)系，具有相同rPOC或 巧0C的帖具有相同的參考帖管理方法及QP分配規(guī)則，如表1所示，Ref 1/2/3/4代表第一/ 二/Ξ/四個(gè)參考帖，Delta P0C代表當(dāng)前帖及參考帖的P0C之差，所述量化參數(shù) (quantization parameter，QP)分配規(guī)則具體為：Del1:a QP代表當(dāng)前帖及I帖的QP之差，在 第一層中的帖具有最小的Delta QP=1，因此第1層擁有所有P/B帖中最低的QP，隨著層數(shù)增 加 QP也增加，第1層的視頻帖稱作關(guān)鍵帖，即key帖，獲得所有P/B帖中相對(duì)最高的重建視頻 質(zhì)量，所述參考帖管理規(guī)則為:每帖有Ξ個(gè)或四個(gè)參考帖，參考帖P0C由當(dāng)前帖P0C及Delta roc確定
[0009] -種隨機(jī)接入視頻編碼中層次化時(shí)域率失真優(yōu)化方法，具體步驟如下：
[0010] S1、根據(jù)隨機(jī)接入視頻編碼中時(shí)域依賴性，建立嵌套的層次化時(shí)域傳播鏈，所述嵌 套的層次化時(shí)域傳播鏈具有如下特性:所述隨機(jī)接入視頻編碼中每個(gè)G0P中巧0C = 8的帖僅 考慮前一 key帖對(duì)其的影響，rP0C=l、2、3、4、5、6、7的帖僅考慮相對(duì)質(zhì)量較高的最近兩帖對(duì) 其的影響，如圖3所示，通過統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)得到各參考帖被參考比例，如表2所示：
[00川對(duì)巧0C = 8的參考帖，Delta P0C為(-4，-2，-1，1，2,4,8)的帖W巧0C = 8的帖為參 考帖的比例相對(duì)最大，為巧0C = 8的參考帖的主要參考關(guān)系，即rPOC = 8的參考帖f 8n+8，帖 f 8n+4 , f 8n+6 , f 8n+7 , f 8n+9 , f 8n+10 , f 8n+12 ,fSn+16 中（其中，運(yùn)些帖與 f 8n+8 的De 1 ta P0C分別為-4,-2,- 1，1，2，4，8 )的編碼單元選擇參考帖f 8n+8的比例相對(duì)最大，
[001 ^ 對(duì)巧0〔 = 4的參考帖，Delta P0C為(-2，-1，1，2)的帖W巧0C = 4的帖為參考帖的比 例相對(duì)最大，為巧0C = 4的參考帖的主要參考關(guān)系，即rP0C = 4的參考帖f8n+4,帖f 8n+2，fSn+3， f8n巧，f8n+6中（其中，運(yùn)些帖與f8n+4的Delta POC分別為-2，-1，1，2)的編碼單元選擇參考帖 fSn+4的比例相對(duì)最大，
[001 ；3] 對(duì)rPOC = 2的參考帖，De 1 ta POC為(-1，1)的帖W巧0C = 2的帖為參考帖的比例相 對(duì)最大，為巧〇C = 2的參考帖的主要參考關(guān)系，即巧0C = 2的參考帖f8n+2,帖f8n+l，fSn+3中（其 中，運(yùn)些帖與fsn+2的Delta P0C分別為-1，1)的編碼單元選擇參考帖f8此的比例相對(duì)最大，
[0014] 對(duì)巧0C = 6的參考帖，De 1 ta P0C為(-1，1)的帖W巧0C = 6的帖為參考帖的比例相 對(duì)最大，為巧〇C = 6的參考帖的主要參考關(guān)系，即巧0C = 6的參考帖f8n+6,帖fsn+日，fSn+7中（其 中，運(yùn)些帖與fsn+6的Delta P0C分別為-1，1)的編碼單元選擇參考帖f8n+6的比例相對(duì)最大，
[0015] n = 0，l，2,. . .，m，. . .，M，M代表在隨機(jī)接入視頻編碼中整個(gè)序列中G0P的個(gè)數(shù)，
[0016] 根據(jù)隨機(jī)接入視頻編碼中主要參考關(guān)系，獲得如圖3所示嵌套的層次化時(shí)域傳播 鏈；
[0017] S2、層次化時(shí)域依賴性的率失真優(yōu)化建模，具體為：
[001引定義當(dāng)前編碼單元Us為帖fs中第a(a = l，2,3, . . .，A)個(gè)編碼單元，其中，s = 8n+8, 8n+4，8n巧，8n+6，8n+l，8n+3，8n巧，8n+7，
[0019] S21、根據(jù)SI所述時(shí)域傳播鏈，
[0020] 當(dāng)前編碼單元Usn+8在巧0C = 8的key帖fsn+8中時(shí)，受所述Usn+8影響的時(shí)域上的編碼 ^Φ- J j Usn+2 j Usn+l j Usn+3 j Usn+6 j Usn+5 j Usn+7 j Usn+16 , . . ，
[0021 ] 當(dāng)前編碼單元Usn+4在巧0C = 4的非key帖fsn+4中時(shí)，受所述Usn+4影響的時(shí)域上的編 石馬與^刀^戈jUsn巧，Usn+l , Usn巧，U8n+6 , Usn巧，Usn巧，
[0022] 當(dāng)前編碼單元Usn+2在巧0C = 2的非key帖fsn+2中時(shí)，受所述Usn+2影響的時(shí)域上的編 碼單元為U8n+l，U8n+3，
[0023] 當(dāng)前編碼單元Usn+6在巧0C = 6的非key帖fsn+2中時(shí)，受所述Usn+6影響的時(shí)域上的編 碼單元為U8n+日，U8n+7，
[0024] 當(dāng)前編碼單元Usn+I在巧0C=1的非key帖fsn+i中時(shí)，不存在受所述化n+i影響的時(shí)域 上的編碼單元，
[00巧]當(dāng)前編碼單元Usn+3在巧0C=1的非key帖fsn+3中時(shí)，不存在受所述化n+3影響的時(shí)域 上的編碼單元，
[00%] 當(dāng)前編碼單元Usn+日在巧0C=1的非key帖fsn+日中時(shí)，不存在受所述化η巧影響的時(shí)域 上的編碼單元，
[0027] 當(dāng)前編碼單元Usn+7在巧0C = 1的非key帖f 8η+7中時(shí)，不存在受所述化W7影響的時(shí)域 上的編碼單元，
[0028] 其中，8η+8、8η+4、8η+2、8η+1、8η+3、8η+6、8η+5、8nW、8η+16 代表當(dāng)前編碼單元所 在帖的播放順序；
[0029] S22、求時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，包括:S21所述fsn+8中的U8n+8的時(shí)域率失真優(yōu)化 目標(biāo)方程，S21所述f8n+4中的化n+4的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f 8n+2中的化n+2的時(shí)域 率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f 8n+6中的化n+6的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f 8n+l中的 化n+1的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f 8n+3中的化n+3的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所 述f 8n+5中的化n+5的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f 8n+7中的化n+7的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo) 方程；
[0030] S3、根據(jù)時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，進(jìn)行編碼單元失真估計(jì)，估計(jì)受當(dāng)前編碼單元 Usn+8景多日向的編碼單元Usn+4，U化+2，機(jī)n+1 , U化+3，Usn+6，U化巧,U化巧,U化+16，...的失真，估計(jì)受當(dāng)前 編碼單元Usn+4影響的編碼單元Usn+2，Usn+l，Usn+3，Usn+6，Usn+日，Usn巧的失真，估計(jì)受當(dāng)前編碼單 元Usn+2影響的編碼單元Usn+l，Usn+3的失真，估計(jì)受當(dāng)前編碼單元Usn+6影響的編碼單元Usn+5， Usn巧的失真；
[0031] S4、將S3中所述編碼失真估計(jì)代入到S22所述時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，刪除所有 與當(dāng)前編碼單元的編碼參數(shù)無關(guān)的中間值，得到"!"ι(Ι +、）·0,+νκ,巧中，Kv，v = 8n+8,8n +6,811+4,811+2，具體為：
[00創(chuàng) A、當(dāng)前編碼單元Usn + 8在rP0C = 8的key帖fsn + 8中時(shí)，得到傳播因子
，β為相互依賴的兩個(gè)編碼單元之間影響程度，具體求解步驟如 S3. A所述；
[003引 B、當(dāng)前編碼單元Usn + 4在rP0C = 4的非key帖fsn + 4中時(shí)，得到傳播因子
其中，丫為相互依賴的兩個(gè)編碼單元之間影響程度，具體求解步驟如 S3. B所述；
[0034] C、當(dāng)前編碼單元Usn+2在巧0C=2的非keiy帖fsn+2中時(shí)，得到傳播因子Κ8η+2 = Τ8η+1 + T8n+3，其中，τ為相互依賴的兩個(gè)編碼單元之間影響程度，具體求解步驟如S3. C所述；
[0035] D、當(dāng)自U編碼單兀Usn+s在巧0〔二2的非key帖f 8η+6中，得到傳播因子Κ8η+6二Τ8η+日~l~T8n+7 , 其中，τ為相互依賴的兩個(gè)編碼單元之間影響程度，具體求解步驟如S3. D所述；
[0036] S5、求取全局拉格朗日乘子
，所有編碼單元共享所述全局拉格 朗日乘子其中，λ刪4為巧0C = 1帖中編碼單元在皿VC中的預(yù)定義拉格朗日乘子，3為偏導(dǎo) 符號(hào)；
[0037] se、將S4中所述，氣n(l + K,). A+% Λ變形為(屯乃1 +吟))'度V，并結(jié)合SS中所述 全局拉格朗日乘子Ag及S4所述傳播因子κν，進(jìn)行層次化時(shí)域率失真優(yōu)化，具體為：
[003引對(duì)于在;rP0C = 8的帖fsn+8中的編碼單元Usn+s，采用
進(jìn)行 時(shí)域率失真優(yōu)化，
[0039] 對(duì)于在；rP0C = 4的帖fsn+4中的編碼單兀Usn+4,義用
進(jìn)行 時(shí)域率失真優(yōu)化，
[0040] 對(duì)于在:rP0C=2的帖fsn+2中的編碼單元Usn+2,采用
進(jìn)行 時(shí)域率失真優(yōu)化，
[0041] 對(duì)于在；rP0C = 6的帖fsn+6中的編碼單兀Usn+6，義用
主行 時(shí)域率失真優(yōu)化，
[0042] 對(duì)于在rP0C=l的帖fsn + i中的編碼單元Usn + i，采用S21所述
巧行時(shí)域率失真優(yōu)化，
[0043] 對(duì)于在rP0C = 3的帖f8n + 3中的編碼單元U8n + 3,采用S21所述
圧行時(shí)域率失真優(yōu)化，
[0044] 對(duì)于在rP0C = 5的帖U8n + 5中的編碼單元U8n + 5,采用S21所述
進(jìn)行時(shí)域率失真優(yōu)化，
[0045] 對(duì)于在rP0C = 7的帖U8n + 7中的編碼單元U8n + 7,采用S21所述
注行時(shí)域率失真優(yōu)化；
[0046] S7、依次對(duì)rP0C = 8的帖f8n+8中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元）進(jìn)行步驟S22.A、 53. A、S4.A、S5、S6的所述的率失真優(yōu)化，
[0047] 依次對(duì)巧0C = 4的帖f8n+4中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟S22.B、S3.B、 54. B、S5、S6的所述的率失真優(yōu)化，
[004引依次對(duì)巧0C = 2的帖f8n+2中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟S22.C、S3.C、 S4. C、S5、S6的所述的率失真優(yōu)化，
[0049] 依次對(duì)巧0C = 6的帖f8n+6中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟S22.D、S3.D、 S4. D、S5、S6的所述的率失真優(yōu)化，
[(K)加]依次對(duì)巧0C=1的帖f8n+i中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟S22.E、S5、S6 的所述的率失真優(yōu)化，
[0化1 ] 依次對(duì)巧0C = 3的帖f 8n+3中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟S22. F、S5、S6 的所述的率失真優(yōu)化，
[0化2] 依次對(duì)巧0C = 5的帖f8n+日中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟S22.G、S5、S6 的所述的率失真優(yōu)化，
[0化3] 依次對(duì)巧0C = 7的帖f8n+7中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟S22.H、S5、S6 的所述的率失真優(yōu)化；
[0054] S8、對(duì)S1所述隨機(jī)接入視頻編碼中其他帖進(jìn)行步驟S2-S7的所述率失真優(yōu)化處理。
[0055] 進(jìn)一步地，S22所述求解時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程具體為：
[0056] A、S21所述fsn+8中的IW8的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為
其中，〇feoc(8n+8)代表的IW8編碼參數(shù)集合，
[0057] B、S 2 1所述f 8 η + 4中的U 8 η + 4的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為
[ο化引 C、S 2 1所述f 8 η + 2中的U 8 η + 2的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為
[0059] D、S 2 1所述f 8 η + 6中的U 8 η + 6的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為
[0060] Ε、S 2 1所述f 8 η + 1中的U 8 η + 1的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為
[0061] F、S 2 1所述f 8 η + 3中的U 8 η + 3的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為
[0062] G、S 2 1所述f 8 η + 5中的U 8 η + 5的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為
[0063] Η、S 2 1所述f 8 η + 7中的U 8 η + 7的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為
[0064] 其中，Ofeoc(8n+"代表的Usn+4編碼參數(shù)，Ofeoc(8n+2)代表的Usn+2編碼參數(shù)，Ofeoc(8n+6)代表 的Usn+6編碼參數(shù)，Ofeoc(8n+l)代表的Usn+l編碼參數(shù)，Ofeoc(8n+3)代表的Usn+3編碼參數(shù)，Ofeoc(8n+日)代 表的化η巧編碼參數(shù)，Ofeoc(8nW)代表的Usn+7編碼參數(shù)，*代表該編碼模式為假設(shè)可W得到最優(yōu) 編碼參數(shù)。
[0065] 進(jìn)一步地，S3所述進(jìn)行編碼單元失真估計(jì)具體為：
[0066] A、W當(dāng)前編碼單元U8n+8為起點(diǎn)，估計(jì)受當(dāng)前編碼單元U8n+8影響的編碼單元IW4, Usn+2 > Usn+l > U化+3 > Usn+6 > Usn巧 > U化+7 > Usn+16 > . . . ，
[0067] A1、雙Usn+8影響的編碼單兀Usn+4的失真估計(jì)夫
其中，F(xiàn)代表前向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，B代表后向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，bi代表雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，度
，.
.?為常數(shù)，〇為常數(shù)，〇胃代表在原 始帖中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
α為常數(shù)，代表在原始帖中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[0070]且由 A1 知 〇8η + 4 二 08n + 4 · D8n + 8 + L8n + 4，代入上述 〇8η + 2，則
數(shù)，α為常數(shù)，D0MW代表在原始幀中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[0072]且由 Α1 知 〇8η + 4 二 08n + 4 · D8n + 8 + L8n + 4，代入上述 〇8η + 6，則

α為常數(shù)，代表在原始帖中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[0074]且由 A 2 知 D 8 η + 2 = β 8 η + 2 · D 8 η + 8 + L 8 η + 2，代入上述 D 8 η + 1，則
α為常數(shù)，代表在原始帖中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[0076]且由A2知D8n+2 = 08n+2 · D8n+8+Lsn+2,由A1 知〇8η+4 = 08η+4 · D8n+8+Lsn+4,代入上述〇8η+3，

α為常數(shù)，代表在原始帖中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[007引且由 A1 知08η+4二 08n+4 · D8n+8+L8n+4 ,由 A3知08η+6 二 08n+6 · Dsn+S+Lsn+S ,代入上述08η+己，
α為常數(shù)，代表在原始帖中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[0080]且由 S233 知 〇8η + 6 = 08η + 6 · Dsn + S + Lsn + S，代入上述 〇8η + 7，則
[00川 Α8、雙Usn + 8影響的所有在key帖中的后續(xù)編碼單兀Usy + 16的失真可估計(jì)為
其中，y(y含n，整數(shù)）為該受到影響的編碼單元所在 G0P的序號(hào)，
[0082]
為與〇8n+8無關(guān)的中間值，B代表后向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，巧《)，且巧
[0083] Α9、同理，WA8中所述后續(xù)編碼單元Usy+16為起點(diǎn)，依次進(jìn)行Α1、Α2、Α3、Α4、Α5、Α6、Α7 所述步驟，并結(jié)合Α8中所述后續(xù)編碼單元U8n+16，U8n+24,...，帕州，帕州6的失真及Usn+8的失真， 求得帕y+16所在G0P其他帖中受影響編碼單元的失真，進(jìn)而得到后續(xù)β值，具體為：
[0084] 在巧0C = 4中的受影響編碼單元的β值為：
[0096] 在巧0C = 7中的受編碼單元的β值為：
[0097]
[009引其中巧0;)，且
[0099] B、w當(dāng)前編碼單元Usn+4為起點(diǎn)，估計(jì)受當(dāng)前編碼單元Usn+4影響的編碼單元Usn+2， Usn+l, Usn+3 , U化+6 , Usn巧,U8n+7Kl ，
[0100] B1、雙Usn+4影響的編碼單兀Usn+2的失真估計(jì)3
其中
市8n+2表示受當(dāng)前編碼單元Usn+4影響的編 碼單元U8n+2的碼率，

，《為常數(shù)，α為常數(shù)，eMW表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，代表在原始帖 中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
其中，'α、瓜。豐*心'?、乂:一曲。+讀示受當(dāng)前編碼單元IW4影響的編 碼單元Usn+6的碼率，
，. 域喊深f，域:'3,域芳''';，ω為常數(shù)，α為常數(shù)，eMW表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，6胃代表在原始帖 中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[0105] 則
其中，
為與ο 8 η + 4無關(guān)的中間值，篇+6=誠+6 ·踢r'f、
其中，rLi=e-w;"' α、旅I=e-*W·" 'α、旅.《，曲n+讀示受當(dāng)前編碼單元U8n+4影響的編 碼單元失真帕n+1的碼率，
[0107]

ω為常數(shù)，α為常數(shù)，eMW表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，E<*P代表在原始帖 中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[0108] 且由 B1 知 Esn + 2= 丫 8n + 2 · E8n + 4+ l8n + 2，代入上述 Esn + l，則
+4 無關(guān)的中間值

尸σ。為經(jīng)驗(yàn)值；
[0109] Β4、雙Usn+4影響的編碼單兀帕η+3的失真估計(jì)為
其中，
表示受當(dāng)前編碼單元Usn+4影響的編碼單元Usn+3 的碼率
， 城：;=mm做置'，銷貧S.域置'1;，CO為常數(shù)，α為常數(shù)，eMW表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，6胃代表在原始帖 中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[0110] 且由 B1 知 Esn + 2= 丫 8n + 2 · E8n + 4+ ISn + 2，代入上述 Esn + 3，則
為與〇8n+4無關(guān)的中間值，

y=a-Fl(r\i
廠(《）為經(jīng)驗(yàn)值；
[0111] B5、雙化n+4影響的編碼單?；痭+日的失真估計(jì)為
其中
α ,也n+5表示受當(dāng)前編碼單元IW4影響的編 碼單元帕。巧的碼率，
[0112]

ω為常數(shù)，α為常數(shù)，eMW表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，代表在原始帖 中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[01 13]且由 B 2 知 E 8 η + 6 = 丫 8 η + 6 · E 8 η + 4 + I 8 η + 6，代入上述 E 8 η + 5，則
為與〇加+ 4 無關(guān)的中間值，

為經(jīng) 驗(yàn)值；
[01 14] Β6、雙Usn+4影響的編碼單兀Usn+7的失真估計(jì)3
其中
淪心.a，H8nW表示受當(dāng)前編碼單元IW4影響的編 碼單元帕。巧的碼率，
[0115]
i〇min低域置S，域護(hù)為常數(shù)，α為常數(shù)，eMW表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，6胃代表在原始帖 中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[0116] 且由 B2 知 Esn + 6= 丫 8n + 6 · E8n + 8 + l8n + 6,代入上述 Esn + 7，則

巧為經(jīng)驗(yàn)值；
[0117] C、w當(dāng)前編碼單元Usn+2為起點(diǎn)，估計(jì)受當(dāng)前編碼單元Usn+2影響的編碼單元Usn+l, Usn+3的失真，
[0118] C1、受化n+2影響的編碼單元化n+l的失真估計(jì)巧
其中
表示受當(dāng)前編碼單元U8n+2影響的編碼 單元U8n+1的碼率，
[0119]
， 瑞拘:產(chǎn)，瑞:'B端，ω為常數(shù)，α為常數(shù)，gMW表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，代表在原始帖 中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[0120] 貝IJ
其中，
為與08η"無關(guān)的中間值，瑞+1=詩W .瑞、
<=功，巧聲)，且"；=Q.如似-，巧《)為經(jīng)驗(yàn)值；
[0121] C2、受化n+2影響的編碼單元化n+3的失真估計(jì)文
其中，請(qǐng).?、也心α、請(qǐng)。=e-·《，Qsn+3表示受當(dāng)前編碼單元Usn"影響的編 碼單兀Usn+3的碼率，
[0122]
游置=min促足誠域：'I'j，ω為常數(shù)，α為常數(shù)，gMW表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，6胃代表在原始 帖中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[0123]貝IJ
，其中，
婦與ο 8 η + 2無關(guān)的中間值，城+3=振3 '徽fW、
T;二《.巧壞)，且
巧《)為經(jīng)驗(yàn)值；
[0124] D、w當(dāng)前編碼單元Usn+6為起點(diǎn)，估計(jì)受當(dāng)前編碼單元Usn+6影響的編碼單元Usn巧， Usn巧的失真，
[01巧]D1、受Usn+6影響的編碼單元化η巧的失真估計(jì)為
其中，記·?、請(qǐng)一、'-h-A-' '?、請(qǐng)·α，Qsn+日表示受當(dāng)前編碼單元IW6影響的編 碼單兀Usn巧的碼率，
[0126]

ω為常數(shù)，α為常數(shù)，gMW表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，6胃代表在原始 帖中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[0127]貝IJ
.其中，
%與0 8 η + 6無關(guān)的中間值，巧"=話,"'G見、
Γ; = ? · F(";)，且
巧《)為經(jīng)驗(yàn)值；
[01 28] D2、雙Usn+6影響的編碼單兀Usn+7的失真估計(jì)關(guān)
其中，請(qǐng).?、也7=6-'?'、撤廣6-心。'a，Q8n巧表示受當(dāng)前編碼單元U8n+6影響的編 碼單元帕。巧的碼率，
[0129]
瑞:;=min喊;Γ成足:S，端:門，"為常數(shù)，α為常數(shù)，GMGP表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，gOMGP代表在原始帖 中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，
[0130] 則
其中，
為與ο 8 η + 6無關(guān)的中間值，

Γ, =?' F件)，且0; = ρ.林;…，巧《.)為經(jīng)驗(yàn)值。
[0131] 進(jìn)一步地，S5所述 α 為 0.94 ±0.3。
[0132] 進(jìn)一步地，S5所述F(9)的取值范圍為(〇，1]。
[0133] 本發(fā)明的有益效果是：
[0134] 與高復(fù)雜度的全局率失真優(yōu)化方案不同，本發(fā)明提出了一種可實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)的層次化 時(shí)域率失真優(yōu)化方案，并在新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)皿VC中隨機(jī)接入層次結(jié)構(gòu)下實(shí)現(xiàn)，在皿VC 的隨機(jī)接入通測條件下，包括19個(gè)測試序列，5種不同分辨率，獲得平均增益1.4%，其中背 景不變序列噸曰31?3計(jì)3110'111"編碼增益最大，其編碼增益為3.8%，本方案適用于背景不 變或者運(yùn)動(dòng)緩慢的序列，如新聞、視頻會(huì)議、監(jiān)控視頻等。
【附圖說明】
[0135] 圖1隨機(jī)接入層次編碼結(jié)構(gòu)。
[0136] 圖2隨機(jī)接入視頻編碼中主要參考關(guān)系。
[0137] 圖3隨機(jī)接入視頻編碼中時(shí)域傳播鏈。
[0138] 圖4 Baske憂allDrill的率失真曲線圖。
[0139] 圖5為本發(fā)明的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0140] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0141] 如圖5所示，采用開發(fā)環(huán)境為Visual S化dio2010,基于肥VC的參考軟件麗16.0:
[0142] S1、分析隨機(jī)接入編碼中編碼單元間在同層及不同層的時(shí)域依賴性，并根據(jù)隨機(jī) 接入編碼中時(shí)域依賴性建立嵌套的層次化時(shí)域傳播鏈，其中，所述隨機(jī)接入層次結(jié)構(gòu)具體 為:每8帖為一個(gè)G0P，將所述G0P內(nèi)的帖分別分配到不同的層，每帖的P0C代表該帖在整個(gè)編 碼序列中的絕對(duì)播放順序號(hào)，每帖的巧0C代表該帖在所屬G0P中的相對(duì)播放順序號(hào)，每帖的 E0C代表該帖在整個(gè)編碼序列中的絕對(duì)編碼順序號(hào)，每帖的巧0C代表該帖在所屬G0P中的相 對(duì)編碼順序號(hào)，E0C = few(P0C)，即每個(gè)G0P的播放順序下第一帖的巧0C= 1，該帖編碼順序 為4,則巧0C = 4,（在隨即接入視頻編碼中編碼順序和解碼順序不一致，需考慮前向參考及 后向參考，所述前向參考為前向參考帖的圖像播放順序(pic化re order count,P0C)大于 當(dāng)前帖的POC，反之為后向參考），其中，few(*)為POC與EOC的映射關(guān)系。
[0143] 具有相同巧OC或巧OC的帖具有相同的參考帖管理方法及QP分配規(guī)則，如表1所示：
[0144] 表1隨機(jī)接入視頻編碼中參考帖集合
[0145]
[0146] Ref 1/2/3/4代表第一/二/Ξ/四個(gè)參考帖，Delta P0C代表當(dāng)前帖及參考帖的P0C 之差，所述量化參數(shù)（quantization parameter，QP)分配規(guī)則具體為:Deha QP代表當(dāng)前帖 及I帖的QP之差，在第一層中的帖具有最小的Delta QP=1，因此第1層擁有所有P/B帖中最 低的QP，隨著層數(shù)增加 QP也增加，第1層的視頻帖稱作關(guān)鍵帖，即key帖，獲得所有P/B帖中相 對(duì)最高的重建視頻質(zhì)量，所述參考帖管理規(guī)則為:每帖有Ξ個(gè)或四個(gè)參考帖，參考帖P0C由 當(dāng)前帖P0C及Delta P0C確定，得到各參考帖被參考比例，其中，所述各參考帖被參考比例通 過統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)獲取，為經(jīng)驗(yàn)值，如表2所示。
[0147] 表2各參考帖被參考比例
[0148] (akPOC為8的參考帖的被參考比例
[0149]
[0156] 巧0C = 8的k巧帖僅考慮最近前一 k巧帖對(duì)其的影響，rP0C = 2、3、4的帖僅考慮相對(duì) 質(zhì)量較高的最近兩帖對(duì)其的影響，連接考慮在內(nèi)的時(shí)域關(guān)系，成嵌套的層次化時(shí)域傳播鏈， 如圖3所示；
[0157] S2、層次化時(shí)域依賴性的率失真優(yōu)化建模，具體為：
[0158] S21、根據(jù)S1所述時(shí)域傳播鏈，考慮當(dāng)前編碼單元第8n+8個(gè)編碼單元化n+8在巧0C = 8的key帖fsn+8中，所述Usn+8的后向受影響編碼單元為U8n+4，U8n+2，U8n+l，U8n+3，U8n+6，U8n+5，U8n+7, U8n+16, . . .編碼先后順序排列），
[0159] 當(dāng)前編碼單元第8n+4個(gè)編碼單元Usn+4在巧0C = 4的非key帖fsn+4中，受所述Usn+4的 影響編碼單元為IW2，IWi，IW3，IW6，IW日，IW7( W編碼先后順序排列），
[0160] 當(dāng)前編碼單元第8n+2個(gè)編碼單元Usn+2在巧0C=2的非key帖fsn+2中，受所述Usn+2的 影響編碼單元為U8n+1，Usn+3 ( W編碼先后順序排列），
[0161 ] 當(dāng)前編碼單元第8n+6個(gè)編碼單元Usn+6在巧0C = 6的非key帖fsn+6中，受所述Usn+6的 影響編碼單元為U8n+5，Usn+7 ( W編碼先后順序排列），
[0162] 當(dāng)前編碼單元第8n+l，8n+3，8n巧，8n巧個(gè)編碼單元Usn+i，Usn+3，Usn+日，Usn巧在巧0C = 1、;rP0C = 3、;rP0C = 5、;rP0C = 7 的非key 帖 f 8n+l，f 8n+3，f 8n+日，f 8n+7 中，不存在受所述Usn+i，Usn+3， Usn+日，Usn+7影響的編碼單元，
[0163] 其中，n = 0，l，2,…，Μ, Μ代表在整個(gè)序列中 GOP 的個(gè)數(shù)，8n+8、8n+4、8n+2、8n+1，8n+ 3、8n+6、8n+5、8nW、8n+l 6代表當(dāng)前編碼單元所在帖的播放順序；
[0164] S22、依次求解S21所述f8n+8中的U8n+8的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f8n+4中 的化n+4的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f 8n+2中的Usn+2的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21 所述f8n+6中的化n+6的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f8n+l中的Usn+l的時(shí)域率失真優(yōu)化目 標(biāo)方程，S21所述f8n+3中的化n+3的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述fsn巧中的Usn巧的時(shí)域率 失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f 8n+7中的Usn+7的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程；
[01化]S3、求傳播因子Ki，i = 8n+8，8n+6，8n+4，8n+2，具體步驟為
[0166] S 3 1、當(dāng)前編碼單元U 8 η + 8在r P 0 C = 8的k e y帖f 8 η + 8中，得到影響因子
，其中β為相互依賴的兩個(gè)編碼單元之間影響程度，如S3.A所述；
[0167] S32、當(dāng)前編碼單元Usn+4分別在巧〇C = 4的非key帖fsn+4中：
其 中，丫為相互依賴的兩個(gè)編碼單元之間影響程度，

[0173]
巧《）為經(jīng) 驗(yàn)值；
[0174] S33、當(dāng)前編碼單元 Usn + 2 在 rP0C = 2 的非key 帖fsn + 2 中，K8n + 2=T8n+l + T8n + 3，
[0175]
，廠姆）為經(jīng)驗(yàn) 值；
[0176] S34、當(dāng)前編碼單元Usn + 6在rP0C = 2 的非key 帖f 8n + 6 中，Κ8η + 6= Τ8η +日+ Τ8η + 7，
癢中，Γ;=?.巧《)，且 υ: = Q'徊，F(xiàn)姆)為經(jīng)驗(yàn)值;
[0177] S4、進(jìn)行率失真優(yōu)化，具體步驟如下：
[0178] 不同層的編碼單元共享同一個(gè)全局拉格朗日乘子，目[
，結(jié)合當(dāng)前 編碼單元的影響因子Κν，通過公式哨ηΑ+(ν(1 + κ")Μν，進(jìn)行率失真優(yōu)化，其中，λκΜ4為同在 layer4中（如圖1所示)編碼單元在肥VC中的預(yù)定義拉格朗日乘子，5為偏導(dǎo)符號(hào)。
[0179] 表1中列出了一個(gè)G0P中8個(gè)帖的參考帖集合。在layerl-3中的帖可W作為參考帖， 被其他帖選為參考帖的參考比例整理在表2中，Delta P0C表示某帖與其參考帖的P0C之差。 對(duì)于layerl的k巧帖，即參考帖的巧0C為8的帖，與其Delta P0C為(-4、-2、-1、1、2、4、8)的帖 參考比例均大于0.5,依賴關(guān)系最高。僅考慮帖間最強(qiáng)依賴關(guān)系，各參考帖與其他帖的關(guān)系 可表示成圖2,將主要依賴關(guān)系鏈接起來得到如圖3的隨機(jī)接入視頻編碼中時(shí)域傳播鏈。
[0180] 根據(jù)時(shí)域傳播鏈，將圖像分成大小為16x16的不重疊塊，沿著箭頭方向做原始帖域 的運(yùn)動(dòng)估計(jì)，獲得每整塊的運(yùn)動(dòng)矢量及原始帖運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，即MVi、啤在第8n+8帖 的Usn+8及其后續(xù)受其影響的單元為例，說明后續(xù)受其影響的編碼單元的確定方法。在第8n 原始帖中找到與化n+8具有相同位置的不重疊塊，并借用其運(yùn)動(dòng)矢量MV8n，WU8n+8為起點(diǎn)，使 用該運(yùn)動(dòng)矢量，在帖f8n中尋找最佳匹配塊Usn，得到A:芯因?yàn)榈?n帖是第8n+8帖的后向 (Backward)帖，因此上標(biāo)中記作B)。分別W化η及Usn+8為起點(diǎn)，在第8n+4原始帖中得到兩個(gè)最 佳匹配塊，并分別得到端和瑞(因?yàn)榈?n+8帖是第8n+4帖的前向（Forward)帖，因 此上標(biāo)中記作F)，W與兩個(gè)匹配塊最接近的化n+4作為該帖中受編碼化n+8影響的塊，并W化n+4 為起點(diǎn)在帖f 8n+2，f 8n+6，f 8n+3，f 8n巧中尋找受化n+8影響的編碼單元。同理，本GOP中受影響的編 碼塊都可W通過雙向運(yùn)動(dòng)估計(jì)確定位置，并得到相應(yīng)的〇<*^'8,〇<*^。對(duì)于下一個(gè)6(^中，首 先在第8n+16帖中尋找U8n+16,得到巧:二(f'g ;Usn+8與Usn+16共同確定在第8n+12帖中的雙影響單 元，并得到巧^策''叫日巧器T'fp同理，所有后續(xù)帖中的受影響單元都可W確定。
[0181] 根據(jù)S21所述f8n+8中的化n+8的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，估計(jì)當(dāng)前編碼單元化n+8及 后續(xù)受影響單元的失真。求W第8n帖為參考帖時(shí)，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真戰(zhàn)= +端苗Λ6)，α=〇.94。 根據(jù)D = dMcp · β/α，βι = α . F(0i)，且馬二勢，其中量化步長Q與量化參數(shù)QP的關(guān)系 是β = ，估計(jì)失真
[01劇估計(jì)U8n+4的失真，雙到Usn+S和1]加的影響，可W得菌
和
，進(jìn)而估計(jì)雙向預(yù)測運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失勇
， 通過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在全序列及不同量化參數(shù)QP下ω的平均值為0.3,具體的如表3所示。
[0183] 表3全序列及不同量化參數(shù)QP下ω的平均值
[0184]
[0185] ~選擇最小的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真估計(jì)值為U 8 η + 4的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，即
[018引 同時(shí)
均與08n+8無關(guān)，為苗數(shù)，因此可估計(jì)出U8n+4的失真，總結(jié)為08η+4二08n+4 · D8n+8+L8n+4 , L8n+4與 08n+巧關(guān)，為常數(shù)。其中
[0189] 估計(jì)U8n+6的失真，雙質(zhì)IUsn+8和Usn+4的影響，可W得到
巧 A'：；:" =a'(A,w+巧進(jìn)f's)，進(jìn)而估計(jì)雙向預(yù)測運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真
[0190] 選擇最小的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真估計(jì)值為U 8 η + 6的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，即
[0191] 根據(jù) D = e-bRDMCP，求
[0192] 根據(jù)

同時(shí)，
詩+6 =鉛W ' (Is,,一 + 〇品7'8 + iC'r'f )，均與〇8n+8無關(guān)，為常數(shù)，估計(jì)出IW日的失真，即， 〇8η + 6 = 08η + 6 · Dsn + S + Lsn + S，其中，08n + 6 根據(jù) Ε)ΜΕΡ 的大小選擇，即
j8n+6與〇8η+8無關(guān)，為常數(shù)。
[0193] 同理，可W估計(jì)出當(dāng)前G0P中所有受影響塊的失真，相關(guān)公式如S3.A所示。
[01 94]估計(jì)U 8 η + 1 6的失真（k e y帖，單向），受到U 8 η + 8的影響，可W得到
根據(jù)D = e - b R D Μ "，得到化的,6 =成.A…+ CL1。。其中，
。同理，可W估計(jì)出在key帖中任意受到影響的單 元的編碼失真，如第y(y>n，整數(shù))個(gè)單元Usy，即
媒與 〇8n+8無關(guān)，為常數(shù)。當(dāng)?shù)玫経8n+16的失真估計(jì)值〇8η+16后，可將U8n+16看作U8n+8，使用上面方法估 計(jì)化n+16所在G0P中其他受到影響編碼單元失真。后續(xù)G0P中受到影響編碼單元可依次估計(jì)得 出。
[0195]將所有受到編碼單元Usn+8影響的單元的編碼失真帶入S22所述fsn+8中的Usn+8的時(shí) 域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，刪除所有的與〇8n+8無關(guān)的項(xiàng)，得到
' 其中傳播因子
，Ag為layer4中編碼帖的預(yù)定義拉格朗日乘子 值。當(dāng)編碼單元在layer2、layer3時(shí)，可根據(jù)S22所述f8n+4中的化n+4的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方 程，S22所述f 8n+2中的化n+2的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S22所述f 8n+6中的化n+6的時(shí)域率失真 優(yōu)化目標(biāo)方程，分別估計(jì)受到影響單元的失真及相應(yīng)的傳播因子，最后結(jié)合layer4中拉格 朗日乘子預(yù)定義值，進(jìn)行率失真優(yōu)化，即根巧
其中，
其中 K8n+2=T8n+l+T8n+3和
'其中Ksn+6 = T8nwW8n+7。注意：在layer2和layer3的編碼單 元僅影響當(dāng)前GOP內(nèi)的其他單元。
[0196] 本發(fā)明中，Wl6xl6大小為基本單位，并計(jì)算相應(yīng)的傳播因子，而肥VC中基本編碼 單位CU大小是64x64,因此將其中的16個(gè)大小為16x16的基本單元的傳播因子均值作為該CU 的傳播因子，并結(jié)合layer4的預(yù)定義拉格朗日乘子，對(duì)各CU進(jìn)行優(yōu)化編碼。
[0197] 實(shí)驗(yàn)使用JCT-VC的通用測試序列和隨機(jī)接入通用測試條件，其中通用測試序列如 表4,通用測試條件為使用隨機(jī)接入推薦測試結(jié)構(gòu)，QP采用27,32,37,42，每32帖插入一個(gè)1 帖，相對(duì)比較結(jié)果為肥VC的參考軟件HM16.0。測試結(jié)果如表4所示。
[0198] 表4在隨機(jī)接入通用測試條件下亮度碼率節(jié)省
[0199]
[0200]
[0203] 從表4中可W看出采用該方法后可獲得平均抓碼率節(jié)省約1.4%，節(jié)省抓碼率最高 可達(dá)3.8%。表5給出了本發(fā)明測試時(shí)間比較，與HM16.0相比編碼時(shí)間僅平均增長了 4%。同 時(shí)，本專利方案可W與QP調(diào)整方案相結(jié)合，如與多QP方案結(jié)合(QP變動(dòng)范圍為[-3,3])，與 歷16.0相比可獲得平均抓碼率節(jié)省約3.8%。其中測試序列Basketball化ill的率失真曲線 圖如圖4所示。由圖4可W看出本方法的性能表現(xiàn)優(yōu)于原始的肥VC參考軟件歷16.0的性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種隨機(jī)接入視頻編碼中層次化時(shí)域率失真優(yōu)化方法，其特征在于，具體步驟如下： 51、 根據(jù)隨機(jī)接入視頻編碼中時(shí)域依賴性，建立嵌套的層次化時(shí)域傳播鏈，所述嵌套的 層次化時(shí)域傳播鏈具有如下特性:所述隨機(jī)接入視頻編碼中每個(gè)GOP中rPOC = 8的幀僅考慮 前一 key幀對(duì)其的影響，rPOC = 1、2、3、4、5、6、7的幀僅考慮相對(duì)質(zhì)量較高的最近兩幀對(duì)其的 影響，如圖3所示，通過統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)得到各參考幀被參考比例，如表2所示： 對(duì)rPOC = 8的參考幀，De 1 ta P0C為(-4，-2，-1，1，2，4，8)的幀以rPOC = 8的幀為參考幀 的比例相對(duì)最大，為rP0C = 8的參考幀的主要參考關(guān)系，將主要參考關(guān)系連接成如圖2(a)所 不，即rP0C = 8的參考幀f8n+8,幀f8n+4, f8n+6，f8n+7，f8n+9，f8n+10，f8n+12，f8n+16中（其中，這些幀與 f8n+8的Delta P0C分別為-4，-2，-1，1，2，4，8)的編碼單元選擇參考幀f8n+8的比例相對(duì)最大， 對(duì)rPOC = 4的參考幀，De 1 ta P0C為(-2，-1，1，2)的幀以rPOC = 4的幀為參考幀的比例相 對(duì)最大，為rP0C = 4的參考幀的主要參考關(guān)系，將主要參考關(guān)系連接成如圖2(b)所示，即 沖00 = 4的參考幀^+4，幀€811+2 3811+3 3811+5 3811+6中（其中，這些幀與€811+4的061七3?0(：分別為-2，-1，1，2)的編碼單元選擇參考幀f 8n+4的比例相對(duì)最大， 對(duì)rPOC = 2的參考幀，De 1 ta P0C為(-1，1)的幀以rPOC = 2的幀為參考幀的比例相對(duì)最 大，為rP0C = 2的參考幀的主要參考關(guān)系，將主要參考關(guān)系連接成如圖2(c)所示，即rP0C = 2 的參考幀f8n+2,幀f8n+1，f8n+3中（其中，這些幀與f 8n+2的Delta P0C分別為-1,1)的編碼單元選 擇參考幀fSn+2的比例相對(duì)最大， 對(duì)rPOC = 6的參考幀，De 1 ta P0C為(-1，1)的幀以rPOC = 6的幀為參考幀的比例相對(duì)最 大，為rP0C = 6的參考幀的主要參考關(guān)系，將主要參考關(guān)系連接成如圖2(c)所示，即rP0C = 6 的參考幀f8n+6,幀f8n+5，f8n+沖（其中，這些幀與f 8n+6的Delta P0C分別為-1，1)的編碼單元選 擇參考幀fSn+6的比例相對(duì)最大， n = 0，l，2,. . .，m，. . .，M，M代表在隨機(jī)接入視頻編碼中整個(gè)序列中G0P的個(gè)數(shù)， 根據(jù)隨機(jī)接入視頻編碼中主要參考關(guān)系，獲得如圖3所示嵌套的層次化時(shí)域傳播鏈； 52、 層次化時(shí)域依賴性的率失真優(yōu)化建模，具體為： 定義當(dāng)前編碼單元Us為幀fs中第a(a=l，2,3,. . .，A)個(gè)編碼單元，其中，s = 8n+8,8n+4, 8n+2，8n+6，8n+l，8n+3，8n+5，8n+7， S21、根據(jù)SI所述時(shí)域傳播鏈， 當(dāng)前編碼單元U8n+8在rP0C = 8的key幀f8n+8中時(shí)，受所述U8n+8影響的時(shí)域上的編碼單元 力jU8n+4，U8n+2，U8n+1，U8n+3，U8n+6，U8n+5，U8n+7，U8n+16，· · ·， 當(dāng)前編碼單元U8n+4在沖00 = 4的非1^7幀€811+4中時(shí)，受所述1]811+4影響的時(shí)域上的編碼單 兀1 力jU8n+2，U8n+1，U8n+3，U8n+6，U8n+5，U8n+7， 當(dāng)前編碼單元U8n+2在rP0C = 2的非key幀f8n+2中時(shí)，受所述U8n+2影響的時(shí)域上的編碼單 兀為U8n+1，U8n+3， 當(dāng)前編碼單元U8n+6在沖00 = 6的非1^7幀€811+2中時(shí)，受所述1]811+6影響的時(shí)域上的編碼單 yn^/U8n+5 , U8n+7 ? 當(dāng)前編碼單元U8n+1在rP0C= 1的非key幀f8n+i中時(shí)，不存在受所述U8n+1影響的時(shí)域上的 編碼單元， 當(dāng)前編碼單元U8n+3在rP0C= 1的非key幀f8n+3中時(shí)，不存在受所述U8n+3影響的時(shí)域上的 編碼單元， 當(dāng)前編碼單元U8n+5在rPOC = 1的非key幀f8n+5中時(shí)，不存在受所述U8n+5影響的時(shí)域上的 編碼單元， 當(dāng)前編碼單元U8n+7在rPOC = 1的非key幀f8n+7中時(shí)，不存在受所述U8n+7影響的時(shí)域上的 編碼單元， 其中，8n+8、8n+4、8n+2、8n+l、8n+3、8n+6、8n+5、8n+7、8n+16 代表當(dāng)前編碼單元所在幀 的播放順序； S22、求時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，包括:S21所述f8n+8中的U8n+8的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo) 方程，S21所述f 8n+4中的U8n+4的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f 8n+2中的U8n+2的時(shí)域率失 真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f8n+6中的U 8n+6的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f 8n+1中的U8n+1 的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f8n+3中的U8n+3的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述 f8n+5中的U8n+5的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，S21所述f8n+7中的U 8n+7的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方 程； 53、 根據(jù)時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，進(jìn)行編碼單元失真估計(jì)，估計(jì)受當(dāng)前編碼單元U8n+8 影響的編碼單兀U8n+4，U8n+2，U8n+l，U8n+3，U8n+6，U8n+5，U8n+7，U8n+16,...的失真，估計(jì)受當(dāng)前編碼 單元U8n+4影響的編碼單元U8n+2，U8n+l，U8n+3，U8n+6，U8n+5，U8n+7的失真，估計(jì)受當(dāng)前編碼單元U8n+2 影響的編碼單元Usn+l，Usn+3的失真，估計(jì)受當(dāng)前編碼單元Usn+6影響的編碼單元Usn+5，Usn+7的失 真； 54、 將S3中所述編碼失真估計(jì)代入到S22所述時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程，刪除所有與當(dāng) 前編碼單元的編碼參數(shù)無關(guān)的中間值，得到，( 1 + 〇·Α，+ν凡，其中，Kv，v = 8n+8,8n+6， 8n+4,8n+2,具體為： A、 當(dāng)前編碼單元U8n + 8在rP0C = 8的key幀f8n + 8中時(shí)，得到傳播因子3為相互依賴的兩個(gè)編碼單元之間影響程度，具體求解步驟如 S3. A所述； B、 當(dāng)前編碼單元U8n + 4在rP0C = 4的非key幀f8n + 4中時(shí)，得到傳播因子其中，γ為相互依賴的兩個(gè)編碼單元之間影響程度，具體求解步驟如 S3. Β所述； C、 當(dāng)前編碼單元U8n+2在rP0C = 2的非key幀f8n+2中時(shí)，得到傳播因子K8n+2 = T8n+l+T8n+3,其 中，τ為相互依賴的兩個(gè)編碼單元之間影響程度，具體求解步驟如S3. C所述； D、 當(dāng)前編碼單元U8n+6在rP0C = 2的非key幀f8n+6中，得到傳播因子K8n+6= T8n+5 + T8n+7,其 中，τ為相互依賴的兩個(gè)編碼單元之間影響程度，具體求解步驟如S3. D所述； 55、 求取全局拉格朗日乘子所有編碼單元共享所述全局拉格朗日 乘子\，其中，λΗΜ4為rP〇C= 1幀中編碼單元在HEVC中的預(yù)定義拉格朗日乘子，θ為偏導(dǎo)符號(hào)； 56、 將S4中所述十(〗+~)· Α +Λ ·凡變形為njjnD,, + (4/(1 +~))·尺，并結(jié)合S5中所述全局 拉格朗日乘子Ag&S4所述傳播因子κν，進(jìn)行層次化時(shí)域率失真優(yōu)化，具體為： 對(duì)于在rPOC = 8的幀f 8η+8中的編碼單元Usn+8，采用，A&S + /(1 +~Η8 )) ·18進(jìn)行時(shí)域率 失真優(yōu)化， 對(duì)于在rPOC = 4的幀f 8n+4中的編碼單元Usn+4，采用mm A"+4 + (Λ；/(1 + )) ·進(jìn)行時(shí)域 率失真優(yōu)化， 對(duì)于在rP0C= 2的幀f 8n+2中的編碼單元Usn+2，采用mmZ)8?t2 +(4 /(1 + &+：! 進(jìn)行時(shí)域 率失真優(yōu)化， 對(duì)于在rPOC = 6的幀f 8n+6中的編碼單元Usn+6，采用min t6 + (Λ /(1 + ???+6 )) ·化,+6進(jìn)行時(shí)域率 PSff+b 失真優(yōu)化， 對(duì)于在rP0C=l的幀f8n + 1中的編碼單元U8n + 1，采用S21所述 ^Zu }+^, 對(duì)于在rP0C = 3的幀f8n + 3中的編碼單元U8n + 3,采用S21所述 Ζ^'·3):(β'_3:))+V 進(jìn)行時(shí)域率失真優(yōu)化， 對(duì)于在rP0C = 5的幀U8n + 5中的編碼單元U8n + 5,采用S21所述 …L(S?+5 J+? ' 〗進(jìn)行時(shí)域率失真優(yōu)化， Jeoc^n+·^ 對(duì)于在rP0C = 7的幀U8n + 7中的編碼單元U8n + 7,采用S21所述 J+H·~*71(rt/·⑶,+71)進(jìn)行時(shí)域率失真優(yōu)化； 57、 依次對(duì)rP0C = 8的幀f8n+8中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟S22.A、S3.A、 54. A、S5、S6的所述的率失真優(yōu)化， 依次對(duì)rP0C = 4的幀f8n+4中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟S22.B、S3.B、S4.B、 55、 S6的所述的率失真優(yōu)化， 依次對(duì)rP0C = 2的幀f8n+2中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟S22. C、S3. C、S4. C、 S5、S6的所述的率失真優(yōu)化， 依次對(duì)rP0C = 6的幀f8n+6中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟S22.D、S3.D、S4.D、 S5、S6的所述的率失真優(yōu)化， 依次對(duì)rP0C=l的幀f8n+1中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟322』、35、36的所 述的率失真優(yōu)化， 依次對(duì)rP0C = 3的幀f8n+3中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟322^、35、36的所 述的率失真優(yōu)化， 依次對(duì)rP0C = 5的幀f8n+5中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟322.6、35、36的所 述的率失真優(yōu)化， 依次對(duì)rP0C = 7的幀f8n+7中所有編碼單元(共A個(gè)編碼單元)進(jìn)行步驟322.!1、35、36的所 述的率失真優(yōu)化； 58、 對(duì)S1所述隨機(jī)接入視頻編碼中其他幀進(jìn)行步驟S2-S7的所述率失真優(yōu)化處理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隨機(jī)接入視頻編碼中層次化時(shí)域率失真優(yōu)化方法，其特 征在于:S22所述求解時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程具體為： A、S 2 1所述f 8 η + 8中的U 8 η + 8的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為中，代表的u8n+8編碼參數(shù)集合， B、 S 2 1所述f 8 η + 4中的U 8 η + 4的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為C、 S21所述f8n+2中的U8n+2的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為D、 S21所述f8n+6中的U8n+6的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為。E、 S 2 1所述f 8 n + i中的U 8 n + i的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為 ?Sn+" + ^ ? F、 S 2 1所述f 8 η + 3中的U 8 η + 3的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為 min + ^ ^ J'eoe iS'n+i) G、 S 2 1所述f 8 η + 5中的U 8 η + 5的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為 min ^ (8；?+?ι) + ^" R;^{^η^5){ο,8,,+5)) 111. f ' '' L、 H、 S 2 1所述f 8 n + 7中的U 8 n + 7的時(shí)域率失真優(yōu)化目標(biāo)方程為 2)^(5"+7)(〇^ (8^71) + 28 ：- 其中，代表的U8n+4編碼參數(shù)，代表的U8n+2編碼參數(shù)，代表的U8n+6編碼 參數(shù)，代表的1]8"+1編碼參數(shù)，舞3)代表的U8n+3編碼參數(shù)，代表的U 8n+5編碼參 數(shù)，代表的u8n+7編碼參數(shù)/代表該編碼模式為假設(shè)可以得到最優(yōu)編碼參數(shù)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隨機(jī)接入視頻編碼中層次化時(shí)域率失真優(yōu)化方法，其特 征在于:S3所述進(jìn)行編碼單元失真估計(jì)具體為： A、以當(dāng)前編碼單元Usn+8為起點(diǎn)，估計(jì)受當(dāng)前編碼單元Usn+8影響的編碼單元Usn+4，Usn+2， U8n+1，U8n+3，U8n+6，U8n+5，U8n+7，U8n+16，· · ·白勺;^真^， A1、受Usn+8影響的編碼單元Usn+4的失真估計(jì)為車 中，F(xiàn)代表前向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，B代表后向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，b i代表雙向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，41 < ·?、A冗珊叫成工ω為常數(shù)，α為常數(shù)，〇_代表在原 始幀中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真， 則 Α?-·τΑ,為 與〇8η+8無關(guān)的中間值，=苽+4 = =成:+4=e.^/i7^：Γ，/^:)為經(jīng)驗(yàn)值； Α2、受Usn+8影響的編碼單元Usn+2的失真估計(jì)為其中試Z'B =a<Ds,1+D=p'B)，D= h 十 α為常數(shù)，D?ep代表在原始幀中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真， 冃.由A1 知Dsn+4=fcn+4 · Dsn+S+Lsn+4,代入 h述Dsn+!?，則 rm-￥-i "r 廠$?十4 ----A3、受Usn+8影響的編碼單元Usn+6的失真估計(jì)為數(shù)，《為常數(shù)，D?ep代表在原始幀中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真， 且由 A1 知 D8n+4 = 08n+4 · D8n+8+L8n+4，代入上述 D8n+6，貝！JA 8、受U 8 n + 8影響的所有在k e y幀中的后續(xù)編碼單元U 8 y + 1 6的失真可估計(jì)為 ?J_ 丄廠汾+.8 ~'8'?+8 ' '?Sti+.l'Gt--n+\GOP的序號(hào)，，其中，y(y 2 η，整數(shù)）為該受到影響的編碼單元所在 〇8n+8無關(guān)的中間值，B代表后向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，豸=? · ),且式=ρ. : Α9、同理，以Α8中所述后續(xù)編碼單元U8y+16為起點(diǎn)，依次進(jìn)行六1^2、六3^4^5^6^7所述 步驟，并結(jié)合A8中所述后續(xù)編碼單元U8n+16，U8n+24, . . .，U8y+8，U8y+16的失真及Usn+8的失真，求得 U8y+16所在G0P其他幀中受影響編碼單元的失真，進(jìn)而得到后續(xù)β值，具體為： 在rPOC = 4中的受影響編碼單元的β值為：k = lt2；---,M -η 在rP0C = 6中的受編碼單元的β值為：在rP0C = 2中的受編碼單元的β值為：k = 1,2.·· ·. Μ -η 在rP0C = 1中的受編碼單元的β值為：k = 1^2,···,Μ-η 在rP0C = 3中的受編碼單元的β值為： ,v 一 ι'? 知， ·> ,ι在rP0C = 5中的受編碼單元的β值為： k = .L,ii,---5M - ?在rP0C = 7中的受編碼單元的β值為： ZV - Λ, , ,LV1 - η其中且< Β、以當(dāng)前編碼單元Usn+4為起點(diǎn)，估計(jì)受當(dāng)前編碼單元Usn+4影響的編碼單元Usn+2，U8n+l, U8n+3 , U8n+6 , U8n+5 , U8n+7 的;， B1、受Usn+4影響的編碼單元Usn+2的失真估計(jì)為其 中，?40-W、7f"+P-?t+2 ·?、，H8n+2表示受當(dāng)前編碼單元U8n+4影響的編碼 單元u8n+2的碼率，cr=?'(ucr-)， E〇aKs、， cr， ，〇為常數(shù)，α為常數(shù)，EMep表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，Ε·ρ代表在原始幀 中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，與 〇8η + 4 無關(guān)的中間值，= : =為經(jīng)驗(yàn)值； B2、受U8n+4影響的編碼單兀U8n+6的失真估計(jì)為j，其 中，·α、?^=￡Γ；>?4+6 ·喊、_·?，H8n+6表示受當(dāng)前編碼單元U8n+4影響的編碼 單兀U8n+6的碼率，ω為常數(shù)，α為常數(shù)，EMep表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，Ε·ρ代表在原始幀 中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真， 且由 B1 知 E8n + 2= y 8 η + 2 · E8n + 4+ l8n + 2，代入上述 Ε8η + 3，貝[J為常數(shù)，α為常數(shù)，EMeP表示運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真，Ε·Ρ代表在原始幀 中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償失真， 且由 B2 知 E8n + 6= y 8 η + 6 · Ε8η + 8+ ?8η + 6，代入上述 Ε8η + 7，貝！J為與〇8n+2無關(guān)的中間值，、2f,+3 ^4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隨機(jī)接入視頻編碼中層次化時(shí)域率失真優(yōu)化方法，其特 征在于:S5所述α為0.94±0.3。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隨機(jī)接入視頻編碼中層次化時(shí)域率失真優(yōu)化方法，其特 征在于:S5所述F( Θ)的取值范圍為(〇，1 ]。
【文檔編號(hào)】H04N19/114GK105872545SQ201610247952
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年4月19日
【發(fā)明人】朱策, 高艷博, 李帥, 周益民, 彭強(qiáng), 段昶
【申請(qǐng)人】電子科技大學(xué)