CN104954792B - 一种对p帧序列进行主观视频质量优化编码的方法及装置 - Google Patents
一种对p帧序列进行主观视频质量优化编码的方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种对P帧序列进行主观视频质量优化编码的方法及装置，包括检测在当前P帧之前的已编码的连续两帧P帧，判断连续两帧P帧码率波动是否小于预设阈值；当连续两帧P帧码率波动小于预设阈值时，根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值；计算当前P帧的残差变换绝对值和，并根据所述残差变换绝对值和计算当前P帧的预测输出码率；根据当前P帧的结构相似度值和预测输出码率计算当前P帧的最优量化步长并将其转化为最佳量化参数，根据最佳量化参数对当前P帧编码，采用该方法及装置，当P帧符合码率波动条件时，能在不明显增加码率的情况下，得到提升主观视频质量的最佳量化参数，从而提高视频主观质量。
Description
技术领域
本发明涉及视频编码技术领域，尤其涉及一种对P帧序列进行主观视频质量优化编码的方法及装置。
背景技术
随着会议电视、网络流媒体、数字电视广播等视频通信业务的广泛兴起，人们对于视频图像的质量要求越来越高。为了在信道带宽和传输时延受限的情况下，有效地传输视频数据以满足网络视频业务的服务要求，通常需要对视频编码进行码率控制。所谓的码率控制就是通过设置适当的编码参数，在保证恢复视频质量的前提之下，使视频编码产生的码率尽可能的接近已定好的目标码率。
由于存在客观质量参数与主观质量不匹配的现象，为了进一步提高视频质量，则需要从主观评价参量方面入手。此时将主观质量参量加入码率控制过程以改善输出视频质量是提高主观视频质量是进一步提高视频质量的有效方式，用以满足用户对提高视频主观质量的需求。
视频图像的压缩编码方式可以分为帧内预测编码和帧间预测编码。帧内编码是利用相邻像素值之间的相关性进行压缩编码。帧间编码是利用连续图像序列帧间的相关性，通过运动估计的预测编码方法来消除视频图像的时间冗余。
目前，在编码端对帧层码率控制的方法，一般是利用客观质量评价标准对于视频进行率失真优化后获得量化参数进行编码。这种方法是基于客观评价标准，对于恢复后视频序列可得到较好的客观质量，但有时会出现客观质量评价与主观质量评价不匹配的现象。原因在于编码过程并未将主观评价质量参数加入码率控制过程，于是在编码流程中没有考虑主观质量因素。同时，该进行主观视频质量的优化编码的方法最适用于帧间差异小的情况，而对于帧间差异大的图像序列，如果其符合当前帧前两帧码率波动条件，仍然可以采用本方法取得更好的恢复效果。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是：现有技术在编码流程中未加入主观质量参数，从而出现的客观质量评价与主观质量评价不匹配的问题。
（二）技术方案
为此目的，本发明提出了一种对P帧序列进行主观视频质量优化编码的方法，包括以下步骤：
S1：检测在当前P帧之前的已编码的连续两帧P帧，判断连续两帧P帧码率波动是否小于预设阈值；
S2：当所述连续两帧P帧码率波动小于预设阈值时，根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值；
S3：计算当前P帧的残差变换绝对值和，并根据所述残差变换绝对值和计算当前P帧的预测输出码率；
S4：根据所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率计算当前P帧的最优量化步长；
S5：将所述最优量化步长转化为最佳量化参数并根据所述最佳量化参数对当前P帧编码。
优选地，所述方法还包括：
当所述连续两帧P帧码率波动大于预设阈值时，则当前P帧保持原有编码方式进行编码。
优选地，在所述步骤S5之后，还包括：
判断当前P帧的下一帧是否为P帧，若下一帧为P帧，则转到步骤S1；若下一帧不为P帧，则跳出本编码过程。
优选地，所述根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值具体包括：
获取当前P帧的前一P帧的结构相似度值；
利用线性预测法根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值。
优选地，所述当前P帧的前一P帧的结构相似度值为所述当前P帧的前一P帧的所有宏块结构相识度值的单位均值。
优选地，所述步骤S4根据所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率计算当前P帧的最优量化步长具体包括：
计算当前P帧的前一P帧的Lagrange乘子；
利用所述Lagrange乘子对所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率进行Lagrange乘子加权公式计算当前P帧的最优量化步长。
此外，本发明还提出了一种对P帧序列进行主观视频质量优化编码的装置，包括：
检测判断模块，用于检测在当前P帧之前的已编码的连续两帧P帧，判断连续两帧P帧码率波动是否小于预设阈值；
预测模块，用于当所述连续两帧P帧码率波动小于预设阈值时，根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值；
第一计算模块，用于计算当前P帧的残差变换绝对值和，并根据所述残差变换绝对值和计算当前P帧的预测输出码率；
第二计算模块，用于根据所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率计算当前P帧的最优量化步长；
编码模块，用于将所述最优量化步长转化为最佳量化参数并根据所述最佳量化参数对当前P帧编码。
优选地，所述装置还包括：
P帧判断模块，用于判断当前P帧的下一帧是否为P帧，若下一帧为P帧，则转到步骤S1；若下一帧不为P帧，则跳出本编码过程。
优选地，所述预测模块包括：
获取单元，用于获取当前P帧的前一P帧的结构相似度值；
预测单元，用于利用线性预测法根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值。
优选地，所述第二计算模块包括：
Lagrange乘子计算单元，用于计算当前P帧的前一P帧的Lagrange乘子；
最优量化步长计算单元，用于利用所述Lagrange乘子对所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率进行Lagrange乘子加权公式计算当前P帧的最优量化步长。
（三）有益效果
通过采用本发明公开的一种对P帧序列进行主观视频质量优化编码的方法及装置，在当前P帧前两帧码率波动符合算法预设的限定条件时，在不增加额外带宽和网络延迟的条件下，编码端能够自动适配最优方法对视频图像进行编码模式选择，最大限度保留细节信息且不明显增加输出码率，从而提高视频主观质量。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1是本发明一种对P帧序列进行主观视频质量优化编码的方法流程图；
图2是本发明一种对P帧序列进行主观视频质量优化编码的装置模块图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
本发明实施例提出了一种对P帧序列进行主观视频质量优化编码的方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：检测在当前P帧之前的已编码的连续两帧P帧，判断连续两帧P帧码率波动是否小于预设阈值；
S2：当所述连续两帧P帧码率波动小于预设阈值时，根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值；
S3：计算当前P帧的残差变换绝对值和，并根据所述残差变换绝对值和计算当前P帧的预测输出码率；
其中，计算当前P帧的残差变换绝对值和具体为：
计算当前P帧内的所有宏块的残差变换绝对值和值求和。
利用公式（1），根据得到的当前P帧的残差变换绝对值和计算当前P帧的预测输出码率：
其中，coeff为转换系数，offset为基于帧类型的码率偏移系数，count为计算码率的帧个数，SATD为残差绝对值和，Qstep为当前P帧量化步长，Rt即是当前P帧的预测输出码率。
S4：根据所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率计算当前P帧的最优量化步长；
S5：将所述最优量化步长转化为最佳量化参数并根据所述最佳量化参数对当前P帧编码。
其中，当所述连续两帧P帧码率波动大于预设阈值时，则当前P帧保持原有编码方式进行编码。
其中，在所述步骤S5之后，还包括：
判断当前P帧的下一帧是否为P帧，若下一帧为P帧，则转到步骤S1，继续在本过程中进行编码过程；若下一帧不为P帧，则跳出本编码过程。
其中，所述根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值具体包括：获取当前P帧的前一P帧的结构相似度值；利用线性预测法根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值。
其中，所述当前P帧的前一P帧的结构相似度值为所述当前P帧的前一P帧的所有宏块结构相识度值的单位均值。
本发明实施例中计算当前P帧的前一P帧的结构相似度值包括：
计算当前P帧的前一P帧的所有宏块结构相似度值和，再求其单位均值，所得到的结构相似度值即为前P一帧的结构相似度值；
计算当前P帧的预测结构相似度值。利用线性预测方法，根据公式（2）和（3），将前一P帧结构相似度计算得到当前P帧的预测结构相似度值：
其中，ki为当前P帧的线性预测系数，ki-1为通过前一P帧数据得到的线性预测系数，SSIMi-1为当前P帧的前一P帧的结构相似度值，Qstep.i-1为当前P帧的前一P帧的量化步长。而SSIMpredict为当前P帧的预测结构相似度值。
其中，步骤S4根据所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率计算当前P帧的最优量化步长具体包括：
计算当前P帧的前一P帧的Lagrange乘子；
利用所述Lagrange乘子对所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率进行Lagrange乘子加权公式计算当前P帧的最优量化步长。
本发明实施例中计算Lagrange乘子加权公式，根据公式（4），计算当前P帧的最优量化步长minJ：
其中，DSSIM=1-SSIMpredict，为当前P帧的结构相似度失真，λssim为预设的当前P帧预测码率与当前P帧预测失真的平衡系数，可由式（5）得到：
在本发明实施例中λssim根据之前的编码过程进行预先设定。
将最优量化步长利用量化步长-量化参数转化公式得到量化参数，使用得到的最优量化参数对本帧进行编码，并更新参数，同时读取下一帧，判断是否为P帧，
若下一帧为P帧，回到步骤S1，继续在本过程中进行编码过程，
若下一帧不为P帧，则跳出本编码过程。
此外，本发明实施例二还提出了一种对P帧序列进行主观视频质量优化编码的装置，如图2所示，包括：
检测判断模块1，用于检测在当前P帧之前的已编码的连续两帧P帧，判断连续两帧P帧码率波动是否小于预设阈值；
预测模块2，用于当所述连续两帧P帧码率波动小于预设阈值时，根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值；
第一计算模块3，用于计算当前P帧的残差变换绝对值和，并根据所述残差变换绝对值和计算当前P帧的预测输出码率；
第二计算模块4，用于根据所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率计算当前P帧的最优量化步长；
编码模块5，用于将所述最优量化步长转化为最佳量化参数并根据所述最佳量化参数对当前P帧编码。
优选地，所述装置还包括：
P帧判断模块，用于判断当前P帧的下一帧是否为P帧，若下一帧为P帧，则转到步骤S1；若下一帧不为P帧，则跳出本编码过程。
优选地，所述预测模块2包括：
获取单元，用于获取当前P帧的前一P帧的结构相似度值；
预测单元，用于利用线性预测法根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值。
优选地，所述第二计算模块3包括：
Lagrange乘子计算单元，用于计算当前P帧的前一P帧的Lagrange乘子；
最优量化步长计算单元，用于利用所述Lagrange乘子对所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率进行Lagrange乘子加权公式计算当前P帧的最优量化步长。
采用本发明提供的一种对P帧序列进行主观视频质量优化编码的装置，当编码端发现视频序列当前P帧的前两P帧码率波动符合算法限定条件时，通过计算当前P帧的残差变换绝对值和并由其计算得到当前P帧预测输出码率以及本帧根据前帧预测的结构相似度值，然后依据前一P帧参数计算得到的Lagrange乘子，根据Lagrange乘子加权公式求得最优量化步长，后根据量化步长-量化参数转换公式得到量化参数，由求得的量化参数对当前P帧进行编码，在不增加额外带宽和网络延迟的条件下，编码端能够自动适配最优方法对视频图像进行编码模式选择，最大限度保留细节信息且不明显增加输出码率。由于H.261、H.263、H.264和MPEG2、MPEG4等编码标准均采用帧层码率控制算法来对视频进行压缩，所以本发明适用范围涵盖以上这些编码标准。
通过采用本发明公开的一种对P帧序列进行主观视频质量优化编码的方法及装置，在当前P帧前两帧码率波动符合算法预设的限定条件时，在不增加额外带宽和网络延迟的条件下，编码端能够自动适配最优方法对视频图像进行编码模式选择，最大限度保留细节信息且不明显增加输出码率，从而提高视频主观质量。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种对P帧序列进行主观视频质量优化编码的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1：检测在当前P帧之前的已编码的连续两帧P帧，判断连续两帧P帧码率波动是否小于预设阈值；
S2：当所述连续两帧P帧码率波动小于预设阈值时，根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值；所述根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值具体包括：
获取当前P帧的前一P帧的结构相似度值；
利用线性预测法根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值；
S3：计算当前P帧的残差变换绝对值和，并根据所述残差变换绝对值和计算当前P帧的预测输出码率；
S4：根据所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率计算当前P帧的最优量化步长，具体步骤为：
计算当前P帧的前一P帧的Lagrange乘子；
利用所述Lagrange乘子对所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率进行Lagrange乘子加权公式计算当前P帧的最优量化步长，具体计算公式为：
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DSSIM＝1-SSIMpredict，
其中，minJ为当前P帧的最优量化步长，DSSIM为当前P帧的结构相似度失真，SSIMpredict为当前P帧的结构相似度，λssim为预设的当前P帧预测码率与当前P帧预测失真的平衡系数，Rt即是当前P帧的预测输出码率，ki为当前P帧的线性预测系数，Qstep.i为当前P帧的量化步长，coeff为转换系数，SATD为残差绝对值和，offset为基于帧类型的码率偏移系数，count为计算码率的帧个数；
S5：将所述最优量化步长转化为最佳量化参数并根据所述最佳量化参数对当前P帧编码。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述连续两帧P帧码率波动大于预设阈值时，则当前P帧保持原有编码方式进行编码。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S5之后，还包括：
判断当前P帧的下一帧是否为P帧，若下一帧为P帧，则转到步骤S1；若下一帧不为P帧，则跳出本编码过程。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前P帧的前一P帧的结构相似度值为所述当前P帧的前一P帧的所有宏块结构相识度值的单位均值。
5.一种对P帧序列进行主观视频质量优化编码的装置，其特征在于，包括：
检测判断模块，用于检测在当前P帧之前的已编码的连续两帧P帧，判断连续两帧P帧码率波动是否小于预设阈值；
预测模块，用于当所述连续两帧P帧码率波动小于预设阈值时，根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值；所述预测模块包括：
获取单元，用于获取当前P帧的前一P帧的结构相似度值；
预测单元，用于利用线性预测法根据当前P帧的前一P帧的结构相似度值预测当前P帧的结构相似度值；
第一计算模块，用于计算当前P帧的残差变换绝对值和，并根据所述残差变换绝对值和计算当前P帧的预测输出码率；
第二计算模块，用于根据所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率计算当前P帧的最优量化步长，具体步骤为：
计算当前P帧的前一P帧的Lagrange乘子；
利用所述Lagrange乘子对所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率进行Lagrange乘子加权公式计算当前P帧的最优量化步长，具体计算公式为：
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DSSIM＝1-SSIMpredict，
其中，minJ为当前P帧的最优量化步长，DSSIM为当前P帧的结构相似度失真，SSIMpredict为当前P帧的结构相似度，λssim为预设的当前P帧预测码率与当前P帧预测失真的平衡系数，Rt即是当前P帧的预测输出码率，ki为当前P帧的线性预测系数，Qstep.i为当前P帧的量化步长，coeff为转换系数，SATD为残差绝对值和，offset为基于帧类型的码率偏移系数，count为计算码率的帧个数；
编码模块，用于将所述最优量化步长转化为最佳量化参数并根据所述最佳量化参数对当前P帧编码。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
P帧判断模块，用于判断当前P帧的下一帧是否为P帧，若下一帧为P帧，则转到步骤S1；若下一帧不为P帧，则跳出本编码过程。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二计算模块包括：
Lagrange乘子计算单元，用于计算当前P帧的前一P帧的Lagrange乘子；
最优量化步长计算单元，用于利用所述Lagrange乘子对所述当前P帧的结构相似度值与所述当前P帧的预测输出码率进行Lagrange乘子加权公式计算当前P帧的最优量化步长。
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| CN101547349A (zh) * | 2009-04-27 | 2009-09-30 | 宁波大学 | 一种对视频信号的二次avs编码码率控制的方法 |
| CN103079063A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-05-01 | 华南理工大学 | 一种低码率下视觉关注区域的视频编码方法 |
| CN103237221A (zh) * | 2013-05-07 | 2013-08-07 | 南京信息工程大学 | 一种基于结构相似性系数的h．264帧层码率控制方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2010183181A (ja) * | 2009-02-03 | 2010-08-19 | Sanyo Electric Co Ltd | 画像処理装置、およびそれを搭載した撮像装置 |
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2014
- 2014-03-24 CN CN201410112716.0A patent/CN104954792B/zh active Active
Patent Citations (4)
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|---|---|
| CN104954792A (zh) | 2015-09-30 |
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