CN113038135B - 基于块效应检测的crf自适应方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于块效应检测的CRF自适应方法，属于图像编码技术领域，所述方法包括：将原始帧与重建帧进行分块，对宏块进行边缘检测，判断是否为块效应边缘；根据块效应边缘计算当前帧的块效应强度；最后根据块效应强度进行CRF的自适应调整。本发明利用对主观结果影响较大的块效应作为质量评价指标，编码器可以根据这个质量指标自适应调整CRF参数值，使得当质量过高时可以升高CRF以降低码率与质量，当质量过低时可以降低CRF以提高码率与质量，获得更好的整体质量，更低的平均码率。

Description

基于块效应检测的CRF自适应方法
技术领域
本发明涉及图像编码技术领域，具体涉及一种基于块效应检测的CRF自适应方法。
背景技术
在编码过程中，如果量化步长过长，编码后在宏块与宏块的边缘会产生明显的边界线，同时宏块内部像素值会趋向统一，这就造成了像棋盘格一样的马赛克方格，即块效应。虽然x264编码器中引入了去块滤波来减弱块效应，但当块效应较严重时，即使使用去块滤波也不能完全消除块效应，并且会造成细节的模糊。减弱块效应的另一种方式是降低量化步长，但码率也随之增加，而不同视频不同场景最优的量化步长值是不同的。在x264编码器中采用的CRF（Constant Rate Factor）是一种较好的码率控制方式，可以将转码后视频控制在一定质量范围内，但并不是所有视频都可以控制准确，在设置相同CRF参数时，有的转码视频质量过高，有的则过低。转码质量过高则存在码率浪费，转码质量过低则不能满足用户要求。特别是针对不同视频不同场景来说，动态调整量化步长才是更好的策略。
此外，目前x264编码器在做去块滤波之前会对块效应强度进行估计，其使用的方法只能利用重建帧（即编码结果）信息，无法使用原始帧，这是因为x264使用的块效应检测方法需要在编码端与解码端同时使用，并且两端使用的方法需要保持一致，而在解码端是无法获得原始帧信息的。仅使用重建帧进行块效应强度估计其准确率会受影响。
发明内容
由于现有方法存在上述问题，本发明实施例提出了一种基于块效应检测的CRF自适应方法。具体地，本发明实施例提供了以下技术方案。
本发明实施例提供了一种基于块效应检测的CRF自适应方法，包括：
获取原始帧图像及其对应的重建帧图像。
将所述原始帧图像及其对应的重建帧图像分割成若干宏块。
根据所述原始帧图像宏块及其对应的重建帧图像宏块判断边缘像素是否产生块效应。
具体地，根据所述原始帧图像宏块及其对应的重建帧图像宏块判断边缘像素是否产生块效应，包括：
记录所述原始帧和对应重建帧每个宏块第一边缘像素和第二边缘像素的亮度值。其中，第一边缘和第二边缘为同一宏块中相邻的两边缘。
根据所述原始帧和对应重建帧的像素亮度值判断第一边缘像素和第二边缘像素是否产生块效应。
具体地，所述根据所述原始帧和对应重建帧的像素亮度值判断第一边缘像素和第二边缘像素是否产生块效应，包括：
重建帧中，当前宏块的边缘像素与相邻宏块边缘像素的亮度差值不小于阈值1；
重建帧中，当前宏块内边缘像素与其相邻的非边缘像素之间亮度差值小于阈值2，同时，在相邻宏块内边缘像素与其相邻的非边缘像素之间亮度差值也小于阈值2；
对应原始帧中，当前宏块的边缘像素与相邻宏块边缘像素的亮度差值小于阈值3；
重建帧中当前宏块的边缘像素与相邻宏块边缘像素的亮度差值与对应原始帧中当前宏块的边缘像素与相邻宏块边缘像素的亮度差值的差值不小于阈值4。
其中，所述当前宏块的边缘像素与所述相邻宏块边缘像素为相邻边缘像素。
当前宏块的边缘像素同时满足上述条件时，判定该边缘像素产生块效应。
统计块效应边缘像素个数。
具体地，如果当前边缘像素被判定产生了块效应，则将边缘计数器加1。
根据所述块效应边缘像素个数以及边缘像素的块效应强度计算当前帧的块效应强度。
具体地，根据所述块效应边缘像素个数以及边缘像素的块效应强度计算当前帧的块效应强度，包括：
重建帧中当前宏块的边缘像素与相邻宏块边缘像素的亮度差值与对应原始帧中当前宏块的边缘像素与相邻宏块边缘像素的亮度差值的差值作为边缘像素的块效应强度。
累计产生块效应像素的块效应强度并计算得到当前宏块的块效应强度。
取平均值得到当前帧的块效应强度。
根据所述当前帧的块效应强度计算获得下一帧图像编码的CRF参数值。
具体地，包括：
若当前帧的块效应强度大于阈值5，则减小CRF参数；
若当前帧的块效应强度小于阈值6，则增大CRF参数；
否则，CRF参数不变。
由上述技术方案可知，本发明具有以下有益效果：1. 本发明实现了块效应的快速检测；2. 本发明的块效应判定条件同时考虑了原始帧和重建帧边缘像素的亮度变化，防止将原始帧在宏块边缘存在的亮度边缘误判为块效应边缘，判定结果更加可靠；3. 本发明利用对主观结果影响较大的块效应作为质量评价指标，编码器可以根据这个质量指标自适应调整CRF参数值，使得当质量过高时可以升高CRF以降低码率与质量，当质量过低时可以降低CRF以提高码率与质量，获得更好的整体质量以及更低的平均码率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。
图1是一种基于块效应检测的CRF自适应方法流程示意图。
图2是宏块第一边缘像素块效应检测示意图。
图3是宏块第二边缘像素块效应检测示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要说明的是，本发明实施例提供的一种基于块效应检测的CRF自适应方法的执行主体可以为一种视频编码装置，如：视频编码器。其中，该视频编码装置可以为现有视频编码软件中的插件，或者，独立的功能软件，这都是合理的。并且，该视频编码装置可以应用于终端中，也可以应用于服务器中。
图1示出了一种基于块效应检测的CRF自适应方法流程图，如图1所示，本发明实施例提供一种基于块效应检测的CRF自适应方法，具体包括如下内容：
步骤11，获取原始帧图像和对应的重建帧图像。
步骤12，将原始帧图像及其对应的重建帧图像分割成若干宏块。
需要说明的是，把图像分割成16×16的宏块并不具有限制作用，在实际应用时，可以根据需要划分成更大或更小的分块。
步骤13，根据所述原始帧图像宏块及其对应的重建帧图像宏块判断边缘像素是否产生块效应。
具体地，如图2所示，对第一边缘像素进行逐一判断，当边缘像素p0满足如下条件时，认为p0处产生块效应，包括：
Figure 692684DEST_PATH_IMAGE001
，即重建帧在宏块边缘产生了亮度变化，th1为阈值1设 置为1；
Figure 609825DEST_PATH_IMAGE002
，同时
Figure 310933DEST_PATH_IMAGE003
，即重建帧中，同一宏 块内边缘像素与其相邻的非边缘像素亮度值差异较小，th2为阈值2设置为2；
Figure 706143DEST_PATH_IMAGE004
，即原始帧在宏块边缘亮度变化较小，这是为了防止将 原始帧在宏块边缘存在的亮度边缘误判为块效应边缘，th3为阈值3设置为4；
Figure 723777DEST_PATH_IMAGE005
，表示在宏块边缘，重建帧的亮度变 化要大于原始帧的亮度变化，即产生了更明显的亮度边缘，th4为阈值4设置为3。
其中，p0代表当前宏块第一边缘像素点；p1代表在当前宏块中与p0相邻的非边缘像素点；q0代表在相邻宏块中与p0像素相邻的边缘像素点；q1代表相邻宏块中与q0相邻的非边缘像素点；pdec0代表重建帧中p0的亮度值；pdec1代表重建帧中p1的亮度值；qdec0代表重建帧中q0的亮度值；qdec1代表重建帧中q1的亮度值；penc0代表原始帧中p0的亮度值；penc1代表原始帧中p1的亮度值；qenc0代表原始帧中q0的亮度值；qenc1代表原始帧中q1的亮度值。
需要注意的是，以上阈值的设定是一般的经验值，并不具有限定作用。在实际应用过程中，可以根据实际情况进行阈值的设定。
进一步地，如图3所示，对当前宏块的第二边缘像素点进行逐一检测，每个像素点采用检测方法与第一边缘像素点的检测方法相同，在此不作赘述。
具体地，第一边缘和第二边缘是相邻的。
例如，在一种实现方式中，第一边缘为当前宏块的上边缘，第二边缘为当前宏块的左边缘。
又如，在一种实现方式中，第一边缘为当前宏块的左边缘，第二边缘为当前宏块的下边缘。
又如，在一种实现方式中，第一边缘为当前宏块的下边缘，第二边缘为当前宏块的右边缘。
又如，在一种实现方式中，第一边缘为当前宏块的右边缘，第二边缘为当前宏块的上边缘。
步骤14，统计所述块效应边缘像素个数。
具体地，边缘计数器的原始值设置为0，根据所述第一边缘和第二边缘的块效应判定结果，当边缘像素满足块效应判断条件时，将计数器加1
即
Figure 546240DEST_PATH_IMAGE006
。
步骤15，根据所述块效应像素个数以及边缘像素的块效应强度计算当前帧的块效应强度。
具体地，所述计算当前帧的块效应强度，包括：
以
Figure 224DEST_PATH_IMAGE007
作为当前像素的块效应强度。
对第一边缘和第二边缘的块效应强度进行累加，然后计算得到当前宏块的块效应强度
Figure 199124DEST_PATH_IMAGE008
Figure 868003DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，sqrt为平方根函数，a和b分别为归一化系数。
取平均值得到当前帧的块效应强度
Figure 533470DEST_PATH_IMAGE010
其中
Figure 740330DEST_PATH_IMAGE011
表示第i个宏块的块效应估计强度，N表示当前帧的宏块个数。
步骤16，根据所述当前帧的块效应强度计算获得下一帧图像编码的CRF参数值，
具体地，
Figure 149445DEST_PATH_IMAGE012
其中，max(a,b)表示取a和b的最大值，crfold为当前设置的crf值，2和0.5为系数，0.015和0.01为阈值，0.003是当前帧块效应强度的最小限值。需要说明的是，此处设置的系数、阈值以及最小限值均为经验值，并不具有限制作用，在实际应用过程中，可以根据实际情况进行设定。
进一步地，为了控制变动的范围，可以对crf最大增加值和最大减小值进行限制
Figure 672831DEST_PATH_IMAGE014
其中，max(a,b)表示取a和b的最大值，min(a，b)表示取a和b的最小值，crfinit表示用户设置的初始crf值，3为控制crf最大增加值和最大减小值的系数。需要说明的是，此处系数设置为3是经验值，并不具有限制作用，在实际应用过程中，可以根据实际情况进行设定。
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各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的基于块效应检测的CRF自适应方法。
此外，在本发明中，诸如“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
此外，在本发明中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种基于块效应检测的CRF自适应方法，其特征在于，包括：
步骤1，获取原始帧图像及其对应的重建帧图像；
步骤2，将所述原始帧图像及其对应的重建帧图像分割成若干宏块；
步骤3，根据所述原始帧图像宏块及其对应的重建帧图像宏块判断边缘像素是否产生块效应；
记录所述原始帧和对应重建帧每个宏块第一边缘像素和第二边缘像素的亮度值，其中，第一边缘和第二边缘为相邻的两边缘；
根据设定的判定条件判断宏块的边缘像素是否产生块效应，若满足判定条件则判定为块效应边缘像素，若不满足判定条件则判定为非块效应边缘像素；
所述设定的判定条件包括：
重建帧中，当前宏块的边缘像素与相邻宏块边缘像素的亮度差值不小于阈值1；
重建帧中，当前宏块内边缘像素与其相邻的非边缘像素之间亮度差值小于阈值2，同时，在相邻宏块内边缘像素与其相邻的非边缘像素之间亮度差值也小于阈值2；
对应原始帧中，当前宏块的边缘像素与相邻宏块边缘像素的亮度差值小于阈值3；
重建帧中当前宏块的边缘像素与相邻宏块边缘像素的亮度差值与对应原始帧中当前宏块的边缘像素与相邻宏块边缘像素的亮度差值的差值不小于阈值4；
其中，所述当前宏块的边缘像素与所述相邻宏块边缘像素为相邻边缘像素；
步骤4，统计块效应边缘像素个数；
如果当前边缘像素被判定产生了块效应，则将边缘计数器加1；
步骤5，根据所述块效应边缘像素个数以及边缘像素的块效应强度计算当前帧的块效应强度；
所述计算当前帧的块效应强度，包括：
以重建帧中当前宏块的边缘像素与相邻宏块边缘像素的亮度差值与对应原始帧中当前宏块的边缘像素与相邻宏块边缘像素的亮度差值的差值作为边缘像素的块效应强度；
累计计算产生块效应像素的块效应强度并计算得到当前宏块的块效应强度；
取平均值得到当前帧的块效应强度；
步骤6，根据所述当前帧的块效应强度计算获得下一帧图像编码的CRF参数值。
2.根据权利要求1所述的基于块效应检测的CRF自适应方法，其特征在于，根据所述块效应强度计算获得下一帧图像编码的CRF参数值，具体为：
若当前帧的块效应强度大于阈值5，则减小CRF参数，若当前帧的块效应强度小于阈值6，则增大CRF参数，否则，CRF参数不变；
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 151084DEST_PATH_IMAGE002
其中，max(x,y)表示取x和y中的最大值，min(x,y)表示取x和y中的最小值，crfold为当前设置的CRF值，k和m为系数，t5和t6分别为阈值5和阈值6，a为当前帧块效应强度的最小限值，strengthframe为当前帧的块效应强度，b为控制CRF最大增加值和最大减小值的系数。
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