CN107087163B - 一种提升hdr视频主观质量的编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提升HDR视频主观质量的编码方法。它具体包括如下步骤：(1)视频源数据通过常规的码率控制获得量化参数；(2)获得视频源数据当前编码单元的纹理评估值和亮度评估值；(3)将纹理评估值和亮度评估值融合成纹理亮度衡量因子；(4)通过步骤(1)中的量化参数以及步骤(3)中的纹理亮度衡量因子获得当前编码单元的量化参数，并对视频源数据进行量化。本发明的有益效果是：在亮度范围变化大的基本层区域主观质量不下降，在亮度范围变化小的偏亮和偏暗的区域中的细节层保留地更加完整，从而使得整个HDR视频的主观质量得到了有效的提升。

Description

一种提升HDR视频主观质量的编码方法
技术领域
本发明涉及视频编码相关技术领域，尤其是指一种提升HDR视频主观质量的编码方法。
背景技术
随着多媒体信息技术的快速发展，HDR(High Dynamic Range，高动态范围)技术已经成为视频行业的一个热点，HDR摄像机、HDR机顶盒、HDR电视机等硬件设备开始出现在大众消费市场。相比于传统SDR(Standard Dynamic Range，标准动态范围)视频，HDR视频能够呈现出更广的亮度和更多的颜色，高光的时候不会过曝，暗调的时候不会欠曝，亮处和暗处依然能清晰的分辨物体的轮廓，因此更能展现出视频的真实内容。
HDR视频从拍摄到呈现给观众主要经过以下四个步骤：
(1)拍摄采集：用支持高动态范围采集的摄像机拍摄采集成具有若干帧图像的HDR视频；
(2)预处理：该阶段可以对视频数据进行去噪、色调调整、尺寸改变等；
(3)编码压缩：利用视频冗余信息对视频数据进行编码压缩生成视频流，以节省传输带宽；
(4)解码观看：用户利用HDR显示设备的解码芯片将视频流解码成若干帧图像，进行观看。
编码压缩过程对于HDR技术至关重要，HDR视频能表示的亮度范围更加广泛，通常每一个像素的亮度值用10个bit来表示，因此可以表示210种亮度，而以往SDR视频中每一个像素的亮度值通常是用8个bit表示，所能表示的亮度种类为28，当然，这也意味着HDR视频的数据量大大增加了，如何进行编码压缩变得非常关键。另外，由于HDR视频包含了更多的图像细节，尤其是在高亮和低暗环节，需要用更多的比特数来描述视频内容，如何提升视频编码效率，减少数据量是HDR应用推广的关键技术。
视频编码中一个重要的环节是码率控制，它通过可利用带宽和视频帧内容的复杂度来计算各帧和各帧中所有的图像编码单元，码率控制算法包括三层：GOP(Group ofPicture，图像组)层码率控制、帧层码率控制和CU(Coding Unit，编码单元)层码率控制，HDR视频编码器将一个视频分为多个GOP，每个GOP包含多帧，所述GOP层码率控制根据视频特性和网络带宽计算各个GOP的目标码率；所述帧层码率控制将一个GOP的目标码率划分到GOP中的各个帧，根据各帧的复杂度计算各帧的目标码率，并进一步计算出QP(Quantization Parameter，量化参数)；所述CU层码率控制将一帧分成多个CU，根据前一帧中对应CU的复杂度来预测当前CU的复杂度并确定当前CU的目标码率，并进一步计算出QP，利用QP对图像数据进行量化压缩。
QP大小反映了空间细节压缩情况，若QP越小，大部分的细节都会被保留，若QP越大，细节则容易丢失。因此，一帧中各个CU的QP大小通常由该CU的纹理复杂度所决定，如果纹理越复杂，需要保留的细节越多，则将QP设置越小，反之则将QP设置越大。
HDR视频的每帧图像可以分为基本层和细节层，基本层代表了该帧图像的亮度范围变化大的区域，编码时如果使用了较大的QP也不会使主观质量下降太多，细节层是指该帧图像亮度范围变化较小的区域，如果在编码时偏亮和偏暗的区域因为QP过大导致失真较大，细节层的很多信息便会丢失。
市场上一般的HDR编码采用的是原HEVC(High Efficiency Video Coding)对于SDR视频编码的方案，该方案没有考虑到HDR视频的特点，它根据图像各区域的复杂度来确定量化参数的大小，较少考虑亮度的因素，容易导致编码时偏亮和偏暗的区域因为量化过多导致失真较大，细节层的很多信息便会丢失，
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种使得亮部区域和暗部区域细节得到较好保留的提升HDR视频主观质量的编码方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种提升HDR视频主观质量的编码方法，具体包括如下步骤：
(1)视频源数据通过常规的码率控制获得量化参数；
(2)获得视频源数据当前编码单元的纹理评估值和亮度评估值；
(3)将纹理评估值和亮度评估值融合成纹理亮度衡量因子；
(4)通过步骤(1)中的量化参数以及步骤(3)中的纹理亮度衡量因子获得当前编码单元的量化参数，并对视频源数据进行量化。
本发明在视频编码时，基于视频的亮度特性和纹理特性调整各区域的编码量化参数，使亮部区域和暗部区域的细节得到较好的保留。本发明相对于传统SDR方法，在亮度范围变化大的基本层区域的失真略大，但是该区域的主观质量并没有下降，在亮度范围变化小的偏亮和偏暗的区域中的细节层保留地更加完整。
作为优选，在步骤(2)中，当前编码单元的纹理评估值获取如下：
其中：GMax和GMin分别表示当前帧中梯度最大和梯度最小的编码单元梯度值，G表示当前编码单元的梯度值，表示当前帧中所有编码单元的梯度值的平均值。各帧图像的细节区域可以用纹理来表示，求取纹理评估值的方式包括梯度法但并不限于梯度法，本方法求取纹理评估值采用梯度法。
作为优选，当前各个编码单元的梯度值G的获取采用如下方法：
其中：W和H分别表示当前编码单元的宽和高，Y(i，j)为像素位置为(i，j)的亮度值。
作为优选，在步骤(2)中，当前编码单元的亮度评估值获取如下：
其中：LMax和LMin分别表示当前帧中平均亮度最大和平均亮度最小的编码单元平均亮度值，L表示当前编码单元的平均亮度值，表示当前帧中所有编码单元的平均亮度值的平均值。2.获取各帧偏亮和偏暗的区域方法包括相对平均值法但并不限于相对平均值法，本方法求取亮度评估值采用相对平均值法。
作为优选，当前各个编码单元的平均亮度值L的获取采用如下方法：
其中：W和H分别表示当前编码单元的宽和高，Y(i，j)为像素位置为(i，j)的亮度值。
作为优选，在步骤(3)中，纹理亮度衡量因子的获取方法如下：
S＝α*T+β*U
其中：α和β分别为两个常数，且范围都在[1，100]以内，U为当前编码单元的纹理评估值，T为当前编码单元的亮度评估值。
作为优选，在步骤(4)中，具体操作步骤如下：
(i)获取当前编码单元相对于当前帧的纹理亮度衡量因子的显著性w，若当前编码单元的纹理亮度衡量因子越大，则使量化参数越小，反之则量化参数越大，w的求取方式为：
其中：a＝0.7，b＝0.6，m＝0，n＝1，c＝4，表示当前帧中所有编码单元的纹理亮度衡量因子的平均值；
(ii)获取当前编码单元的量化参数为：
其中：QPr表示步骤(1)中通过常规的码率控制计算出的量化参数。
本发明的有益效果是：在亮度范围变化大的基本层区域主观质量不下降，在亮度范围变化小的偏亮和偏暗的区域中的细节层保留地更加完整，从而使得整个HDR视频的主观质量得到了有效的提升。
附图说明
图1是本发明的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
如图1所述的实施例中，一种提升HDR视频主观质量的编码方法，具体包括如下步骤：
(1)视频源数据通过常规的码率控制获得量化参数；
(2)获得视频源数据当前编码单元的纹理评估值和亮度评估值；
当前编码单元的纹理评估值获取如下：
其中：GMax和GMin分别表示当前帧中梯度最大和梯度最小的编码单元梯度值，G表示当前编码单元的梯度值，表示当前帧中所有编码单元的梯度值的平均值；
当前各个编码单元的梯度值G的获取采用如下方法：
其中：W和H分别表示当前编码单元的宽和高，Y(i，j)为像素位置为(i，j)的亮度值；
当前编码单元的亮度评估值获取如下：
其中：LMax和LMin分别表示当前帧中平均亮度最大和平均亮度最小的编码单元平均亮度值，L表示当前编码单元的平均亮度值，表示当前帧中所有编码单元的平均亮度值的平均值；
当前各个编码单元的平均亮度值L的获取采用如下方法：
其中：W和H分别表示当前编码单元的宽和高，Y(i，j)为像素位置为(i，j)的亮度值；
(3)将纹理评估值和亮度评估值融合成纹理亮度衡量因子；
纹理亮度衡量因子的获取方法如下：
S＝α*T+β*U
其中：α和β分别为两个常数，且范围都在[1，100]以内，U为当前编码单元的纹理评估值，T为当前编码单元的亮度评估值；
(4)通过步骤(1)中的量化参数以及步骤(3)中的纹理亮度衡量因子获得当前编码单元的量化参数，并对视频源数据进行量化；
具体操作步骤如下：
(i)获取当前编码单元相对于当前帧的纹理亮度衡量因子的显著性w，若当前编码单元的纹理亮度衡量因子越大，则使量化参数越小，反之则量化参数越大，w的求取方式为：
其中：a＝0.7，b＝0.6，m＝0，n＝1，c＝4，表示当前帧中所有编码单元的纹理亮度衡量因子的平均值；
(ii)获取当前编码单元的量化参数为：
其中：QPr表示步骤(1)中通过常规的码率控制计算出的量化参数。
本发明在视频编码时，基于视频的亮度特性和纹理特性调整各区域的编码量化参数，使亮部区域和暗部区域的细节得到较好的保留。其中：各帧图像的细节区域可以用纹理来表示，求取纹理评估值的方式包括梯度法但并不限于梯度法，本方法求取纹理评估值采用梯度法；获取各帧偏亮和偏暗的区域方法包括相对平均值法但并不限于相对平均值法，本方法求取亮度评估值采用相对平均值法。本发明相对于传统SDR方法，在亮度范围变化大的基本层区域的失真略大，但是该区域的主观质量并没有下降，在亮度范围变化小的偏亮和偏暗的区域中的细节层保留地更加完整。

Claims (4)

1.一种提升HDR视频主观质量的编码方法，其特征是，具体包括如下步骤：
(1)视频源数据通过常规的码率控制获得量化参数；
(2)获得视频源数据当前编码单元的纹理评估值和亮度评估值；当前编码单元的亮度评估值获取如下：
其中：LMax和LMin分别表示当前帧中平均亮度最大和平均亮度最小的编码单元平均亮度值，L表示当前编码单元的平均亮度值，表示当前帧中所有编码单元的平均亮度值的平均值；
(3)将纹理评估值和亮度评估值融合成纹理亮度衡量因子；其中：纹理亮度衡量因子的获取方法如下：
S＝α*T+β*U
其中：α和β分别为两个常数，且范围都在[1，100]以内，T为当前编码单元的纹理评估值，U为当前编码单元的亮度评估值；
(4)通过步骤(1)中的量化参数以及步骤(3)中的纹理亮度衡量因子获得当前编码单元的量化参数，并对视频源数据进行量化；具体操作步骤如下：
(i)获取当前编码单元相对于当前帧的纹理亮度衡量因子的显著性w，若当前编码单元的纹理亮度衡量因子越大，则使量化参数越小，反之则量化参数越大，w的求取方式为：
其中：a＝0.7，b＝0.6，m＝0，n＝1，c＝4，表示当前帧中所有编码单元的纹理亮度衡量因子的平均值；
(ii)获取当前编码单元的量化参数为：
其中：QPr表示步骤(1)中通过常规的码率控制计算出的量化参数。
2.根据权利要求1所述的一种提升HDR视频主观质量的编码方法，其特征是，在步骤(2)中，当前编码单元的纹理评估值获取如下：
其中：GMax和GMin分别表示当前帧中梯度最大和梯度最小的编码单元梯度值，G表示当前编码单元的梯度值，表示当前帧中所有编码单元的梯度值的平均值。
3.根据权利要求2所述的一种提升HDR视频主观质量的编码方法，其特征是，当前各个编码单元的梯度值G的获取采用如下方法：
其中：W和H分别表示当前编码单元的宽和高，Y(i,j)为像素位置为(i，j)的亮度值。
4.根据权利要求1所述的一种提升HDR视频主观质量的编码方法，其特征是，当前各个编码单元的平均亮度值L的获取采用如下方法：
其中：W和H分别表示当前编码单元的宽和高，Y(i,j)为像素位置为(i，j)的亮度值。
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