CN110677657B - 一种用于内容自适应编码中的场景分段方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于内容自适应编码中的场景分段方法。它主要由两部分组成，分别是IDR帧决定器和分段决定器，具体的操作步骤如下：(1)通过IDR帧决定器来设置当前帧是否为IDR帧，如果当前帧是IDR帧则进入到步骤(2)中；否则，设置当前帧为P/B帧；(2)根据分段决定器来确定当前帧是否开始分段，如果开始分段，则将当前帧作为新段编码；否则，继续本段编码本发明的有益效果是：以图像复杂度和运动量变化为标准来划分场景段，保证内容自适应编码中合理更新码率的设置，大大改善了运动量大或复杂场景的质量。

Description

一种用于内容自适应编码中的场景分段方法
技术领域
本发明涉及视频处理相关技术领域，尤其是指一种用于内容自适应编码中的场景分段方法。
背景技术
为了节省码率，保证图像质量，编码器将一个视频按场景分多段，针对不同的视频内容采用不同的码率编码。编码过程中，所需的码率与图像复杂度和运动量有关，一般来说，图像越复杂，运动量越大，所需的码率越大，但由于视觉上时间掩码效应，在图像复杂度相差不大的情况下，运动量越大，所需码率越少。
目前场景分段方法分两类，一类是采用深度学习分类的方法将视频粗糙分为新闻、足球、演唱会等；一类是基于图像帧间内容变化的场景切换检测方法。第一类方法计算量大，且训练数据标签的获得也需要大量的人力，比较难处理，第二类虽然计算量小，但无法区分同一场景中运动量的变化，且分段过多，虽然景场变化了，但内容复杂度差不多，此时无须改变编码码率。另外分段过多，对编码器来说，频繁打断了码率控制模块的连续性，从而增大码率控制的难度，有可能损害两段交接处图像质量。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种能够改善图像质量的用于内容自适应编码中的场景分段方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于内容自适应编码中的场景分段方法，主要由两部分组成，分别是IDR帧决定器和分段决定器，具体的操作步骤如下：
(1)通过IDR帧决定器来设置当前帧是否为IDR帧，如果当前帧是IDR帧则进入到步骤(2)中；否则，设置当前帧为P/B帧；
(2)根据分段决定器来确定当前帧是否开始分段，如果开始分段，则将当前帧作为新段编码；否则，继续本段编码。
本发明以图像复杂度和运动量变化为标准来划分场景段，保证内容自适应编码中合理更新码率的设置，大大改善了运动量大或复杂场景的质量。
作为优选，在步骤(1)中，IDR帧决定器的具体流程步骤如下：
(11)在下采样图像上计算每帧帧内预测代价intracost、帧间预测代价intercost、帧间像素差值绝对值和intersad，这里的预测数据采用原图数据；
(12)如果当前帧较前一帧变化很大，设置成IDR帧，否则进入到步骤(13)中；
(13)如果当前帧较前一帧有很大可能突变，且其后N帧的变化缓慢，则将当前帧设置成IDR帧，否则进入到步骤(14)中；
(14)如果当前帧较前一帧有很大可能突变，前N帧变化缓慢，后N帧中变化大但没有可能突变帧，或者后N帧变化缓慢，前N帧中变化大但没有可能突变帧时，则将当前帧设置成IDR帧，否则进入到步骤(14)中；
(15)根据设置的GOP长度来判断当前帧是否到了设置的GOP长度，如果到了则将当前帧设置成IDR帧；否则设置当前帧为P/B帧。
作为优选，在步骤(12)中，当前帧较前一帧变化很大的判断条件为：当前帧的帧间预测代价和帧内预测代价的比值大于某个阈值T1，且帧内预测代价和前一帧帧内预测代价差值的绝对值与前一帧intracost的比值大于T2；即：
Figure BDA0002258227970000031
Figure BDA0002258227970000032
作为优选，在步骤(13)中，当前帧较前一帧有很大可能突变的判断条件为：当本帧intersad大于前一帧intersad*T3，且intercost大于T4*intracost时；其后N帧变化缓慢的判断条件为：N帧中没有满足步骤(12)的帧，且也没有有很大可能突变帧，则统计N帧的intercost平均值intercostnavg，如果N中所有的帧intercost和这个平均值intercostnavg的差值绝对值小于T5。
作为优选，在步骤(14)中，具体的操作步骤如下：
(141)统计前N帧和后N帧各自的帧间预测代价最大值premax和afermax，前N帧和后N帧各自的帧间预测代价最小值premin和aftermin；
(142)如果前N帧的变化缓慢，后N帧中没有可能突变帧，且满足premax和aftermin的比值小于T6，则本帧为IDR帧，否则进入到步骤(143)中；
(143)如果后N帧的变化缓慢，前N帧中没有可能突变帧，且满足afermax和premin的比值小于T6，则本帧为IDR帧，否则进入到步骤(15)中。
作为优选，在步骤(2)中，分段决定器的具体流程步骤如下：
(21)如果当前帧是满足IDR帧决定器中步骤(14)的IDR帧，则当前帧开始分段，作为新段编码，否则进入到步骤(22)中；
(22)如果当前帧是IDR帧，前N帧的编码复杂度和后N帧编码复杂度相比变化很大，则当前帧开始分段，否则进入到步骤(23)中；
(23)如果当前帧是IDR帧，前N帧的运动量和后N帧运动量相比变化很大，则当前帧开始分段，否则继续本段编码。
作为优选，在步骤(22)中，IDR帧用intracost代表编码复杂度，P、B帧用intercost代表编码复杂度，N帧的编码复杂度按以下公式计算：costsum＝IDR帧的cost总和*ipfactor+p帧的cost总和+B帧的cost总和*pbfacor；
其中：IDR帧的cost指的是intracost，P帧的cost以及B帧的cost均指的是intercost，ipfactor和pbfacor是2个预设的固定值；
如果前N帧的编码复杂度和后N帧的编码复杂度差值的绝对值大于T8，表示前N帧的编码复杂度和后N帧编码复杂度变化很大。
作为优选，在步骤(23)中，intersad代表运动量，如果前N帧的平均运动量和后N帧的平均运动量差值的绝对值大于T9，表示前N帧的平均运动量和后N帧平均运动量变化很大。
本发明的有益效果是：以图像复杂度和运动量变化为标准来划分场景段，保证内容自适应编码中合理更新码率的设置，大大改善了运动量大或复杂场景的质量。
附图说明
图1是本发明的IDR帧决定器的具体流程步骤图；
图2是本发明的分段决定器的具体流程步骤图；
图3是内容自适应编码的框架图。
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。
为了清楚地说明本发明，下面将以HEVC内容自适应编码器(框架图如图3所示)为实施案例，它也可以用于其他编码器，比如H264、AVS等。本发明是HEVC内容自适应编码器中分析器里的重要内容。
一种用于内容自适应编码中的场景分段方法，主要由两部分组成，分别是IDR帧决定器和分段决定器，具体的操作步骤如下：
(1)通过IDR帧决定器来设置当前帧是否为IDR帧，如果当前帧是IDR帧则进入到步骤(2)中；否则，设置当前帧为P/B帧；
如图1所示，IDR帧决定器的具体流程步骤如下：
(11)在下采样图像上计算每帧帧内预测代价intracost、帧间预测代价intercost、帧间像素差值绝对值和intersad，这里的预测数据采用原图数据，而不是重构数据；
(12)如果当前帧较前一帧变化很大，设置成IDR帧，否则进入到步骤(13)中；当前帧较前一帧变化很大的判断条件为：当前帧的帧间预测代价和帧内预测代价的比值大于某个阈值T1，且帧内预测代价和前一帧帧内预测代价差值的绝对值与前一帧intracost的比值大于T2；即：
Figure BDA0002258227970000051
Figure BDA0002258227970000052
(13)如果当前帧较前一帧有很大可能突变，且其后N帧的变化缓慢，则将当前帧设置成IDR帧，否则进入到步骤(14)中；当前帧较前一帧有很大可能突变的判断条件为：当本帧intersad大于前一帧intersad*T3，且intercost大于T4*intracost时；其后N帧变化缓慢的判断条件为：N帧中没有满足步骤(12)的帧，且也没有有很大可能突变帧，则统计N帧的intercost平均值intercostnavg，如果N中所有的帧intercost和这个平均值intercostnavg的差值绝对值小于T5；
(14)如果当前帧较前一帧有很大可能突变，前N帧变化缓慢，后N帧中变化大但没有可能突变帧，或者后N帧变化缓慢，前N帧中变化大但没有可能突变帧时，则将当前帧设置成IDR帧，否则进入到步骤(14)中；
具体的操作步骤如下：
(141)统计前N帧和后N帧各自的帧间预测代价最大值premax和afermax，前N帧和后N帧各自的帧间预测代价最小值premin和aftermin；
(142)如果前N帧的变化缓慢，后N帧中没有可能突变帧，且满足premax和aftermin的比值小于T6，说明后N帧中变化相对前N帧变化整体大，则本帧为IDR帧，否则进入到步骤(143)中；
(143)如果后N帧的变化缓慢，前N帧中没有可能突变帧，且满足afermax和premin的比值小于T6，说明前N帧中变化相对后N帧变化整体大，则本帧为IDR帧，否则进入到步骤(15)中；
(15)根据设置的GOP长度来判断当前帧是否到了设置的GOP长度，如果到了则将当前帧设置成IDR帧；否则设置当前帧为P/B帧。
(2)根据分段决定器来确定当前帧是否开始分段，如果开始分段，则将当前帧作为新段编码；否则，继续本段编码；
如图2所示，分段决定器的具体流程步骤如下：
(21)如果当前帧是满足IDR帧决定器中步骤(14)的IDR帧，则当前帧开始分段，作为新段编码，否则进入到步骤(22)中；
(22)如果当前帧是IDR帧，前N帧的编码复杂度和后N帧编码复杂度相比变化很大，则当前帧开始分段，否则进入到步骤(23)中；IDR帧用intracost代表编码复杂度，P、B帧用intercost代表编码复杂度，N帧的编码复杂度按以下公式计算：
costsum＝IDR帧的cost总和*ipfactor+p帧的cost总和+B帧的cost总和*pbfacor；
其中：IDR帧的cost指的是intracost，P帧的cost以及B帧的cost均指的是intercost，ipfactor和pbfacor是2个预设的固定值，一般ipfactor＝1.4，pbfacor＝1.3；
如果前N帧的编码复杂度和后N帧的编码复杂度差值的绝对值大于T8，表示前N帧的编码复杂度和后N帧编码复杂度变化很大；为了效果更好，其中T8可以和编码图像的内容有关。
(23)如果当前帧是IDR帧，前N帧的运动量和后N帧运动量相比变化很大，则当前帧开始分段，否则继续本段编码；intersad代表运动量，如果前N帧的平均运动量和后N帧的平均运动量差值的绝对值大于T9，表示前N帧的平均运动量和后N帧平均运动量变化很大。为了效果更好，其中T9可以和编码图像的内容有关。
本发明以图像复杂度和运动量变化为标准来划分场景段，保证内容自适应编码中合理更新码率的设置，大大改善了内容自适应编码应用中运动量大或复杂的场景质量。

Claims (5)

1.一种用于内容自适应编码中的场景分段方法，其特征是，主要由两部分组成，分别是IDR帧决定器和分段决定器，具体的操作步骤如下：
(1)通过IDR帧决定器来设置当前帧是否为IDR帧，如果当前帧是IDR帧则进入到步骤(2)中；否则，设置当前帧为P/B帧；IDR帧决定器的具体流程步骤如下：
(11)在下采样图像上计算每帧帧内预测代价intracost、帧间预测代价intercost、帧间像素差值绝对值和intersad，这里的预测数据采用原图数据；
(12)如果当前帧较前一帧变化很大，设置成IDR帧，否则进入到步骤(13)中；
(13)如果当前帧较前一帧有很大可能突变，且其后N帧的变化缓慢，则将当前帧设置成IDR帧，否则进入到步骤(14)中；
(14)如果当前帧较前一帧有很大可能突变，前N帧变化缓慢，后N帧中变化大但没有可能突变帧，或者后N帧变化缓慢，前N帧中变化大但没有可能突变帧时，则将当前帧设置成IDR帧，否则进入到步骤(15)中；
(15)根据设置的GOP长度来判断当前帧是否到了设置的GOP长度，如果到了则将当前帧设置成IDR帧；否则设置当前帧为P/B帧；
(2)根据分段决定器来确定当前帧是否开始分段，如果开始分段，则将当前帧作为新段编码；否则，继续本段编码；分段决定器的具体流程步骤如下：
(21)如果当前帧是满足IDR帧决定器中步骤(14)的IDR帧，则当前帧开始分段，作为新段编码，否则进入到步骤(22)中；
(22)如果当前帧是IDR帧，前N帧的编码复杂度和后N帧编码复杂度相比变化很大，则当前帧开始分段，否则进入到步骤(23)中；
(23)如果当前帧是IDR帧，前N帧的运动量和后N帧运动量相比变化很大，则当前帧开始分段，否则继续本段编码。
2.根据权利要求1所述的一种用于内容自适应编码中的场景分段方法，其特征是，在步骤(12)中，当前帧较前一帧变化很大的判断条件为：当前帧的帧间预测代价和帧内预测代价的比值大于某个阈值T1，且帧内预测代价和前一帧帧内预测代价差值的绝对值与前一帧intracost的比值大于阈值T2；即：
Figure FDA0003349042490000021
Figure FDA0003349042490000022
3.根据权利要求2所述的一种用于内容自适应编码中的场景分段方法，其特征是，在步骤(14)中，具体的操作步骤如下：
(141)统计前N帧和后N帧各自的帧间预测代价最大值premax和afermax，前N帧和后N帧各自的帧间预测代价最小值premin和aftermin；
(142)如果前N帧的变化缓慢，后N帧中没有可能突变帧，且满足premax和aftermin的比值小于阈值T6，则本帧为IDR帧，否则进入到步骤(143)中；
(143)如果后N帧的变化缓慢，前N帧中没有可能突变帧，且满足afermax和premin的比值小于阈值T6，则本帧为IDR帧，否则进入到步骤(15)中。
4.根据权利要求1所述的一种用于内容自适应编码中的场景分段方法，其特征是，在步骤(22)中，IDR帧用帧内预测代价intracost代表编码复杂度，P、B帧用帧间预测代价intercost代表编码复杂度，N帧的编码复杂度按以下公式计算：
costsum＝IDR帧的cost总和*ipfactor+P帧的cost总和+B帧的cost总和*pbfacor；
其中：IDR帧的cost指的是帧内预测代价intracost，P帧的cost以及B帧的cost均指的是帧间预测代价intercost，ipfactor和pbfacor是2个预设的固定值；如果前N帧的编码复杂度和后N帧的编码复杂度差值的绝对值大于阈值T8，表示前N帧的编码复杂度和后N帧编码复杂度变化很大。
5.根据权利要求4所述的一种用于内容自适应编码中的场景分段方法，其特征是，在步骤(23)中，帧间像素差值绝对值和intersad代表运动量，如果前N帧的平均运动量和后N帧的平均运动量差值的绝对值大于阈值T9，表示前N帧的平均运动量和后N帧平均运动量变化很大。
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