CN116506631A - 一种视频编码方法、视频编码装置和可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种视频编码方法、装置和可读存储介质。所述方法包括：对于当前视频序列中待编码的当前帧，基于当前视频序列中历史帧的复杂度，确定当前帧对应的帧级调整因子；基于基准的拉格朗日参数值以及当前帧对应的帧级调整因子，确定当前帧对应的拉格朗日参数值；对于当前帧中待编码的当前编码单元，基于当前帧中历史编码单元的复杂度，确定当前编码单元对应的单元级调整因子；基于当前帧对应的拉格朗日参数值以及当前编码单元对应的单元级调整因子，确定当前编码单元对应的拉格朗日参数值；基于当前编码单元对应的拉格朗日参数值对当前编码单元进行编码。本发明实施例可以提高视频编码的压缩性能。

Description

一种视频编码方法、视频编码装置和可读存储介质
技术领域
本发明涉及视频处理技术领域，尤其涉及一种视频编码方法、视频编码装置和可读存储介质。
背景技术
视频编码是一种通过压缩视频图像中的冗余成分，并使用尽可能少的数据来表征视频信息的技术。为了尽可能地提高视频压缩率，常见的视频编码算法通常采用有损压缩算法，有损压缩算法会造成编码重建后的视频与原始视频存在差别，即编码重建后的视频会产生失真。
编码器编码的过程实际上是一个不断从众多候选编码模式中进行选择的过程。对于有损压缩算法，选中某一种模式的依据是在一定的编码比特率下尽可能地减少编码失真，或者在一定的编码失真下尽可能地减少编码比特率。该过程被称为RDO（Rate-DistortionOptimization，率失真优化）。率失真优化方法可以表述为：min(J)，其中min是取最小值函数，J＝D+λ×R。D为编码失真，R为编码比特率，λ为拉格朗日乘子。
在编码器中，每一种编码模式都有其对应的D和R，这样就可以计算出每一种编码模式对应的编码率失真代价J。编码时，选择编码率失真代价J最小的编码模式进行编码，可以获得最优的编码性能。
其中，拉格朗日乘子λ的值与量化参数QP相关，示例性地，λ，a为一个与帧类型相关的常数。在量化参数QP固定的情况下，拉格朗日参数λ的值也就固定了。然而，一帧图像的不同区域可能具有不同的复杂度，如果一帧图像的所有区域都使用相同的λ进行优化，难以获得最优的压缩性能。
发明内容
本发明实施例提供一种视频编码方法、视频编码装置和可读存储介质，可以提高视频编码的压缩性能。
第一方面，本发明实施例公开了一种视频编码方法，所述方法包括：
对于当前视频序列中待编码的当前帧，基于所述当前视频序列中历史帧的复杂度，确定所述当前帧对应的帧级调整因子；
基于基准的拉格朗日参数值以及所述当前帧对应的帧级调整因子，确定所述当前帧对应的拉格朗日参数值；
对于所述当前帧中待编码的当前编码单元，基于所述当前帧中历史编码单元的复杂度，确定所述当前编码单元对应的单元级调整因子；
基于所述当前帧对应的拉格朗日参数值以及所述当前编码单元对应的单元级调整因子，确定所述当前编码单元对应的拉格朗日参数值；
基于所述当前编码单元对应的拉格朗日参数值对所述当前编码单元进行编码。
第二方面，本发明实施例公开了一种视频编码装置，所述装置包括：
帧级确定模块，用于对于当前视频序列中待编码的当前帧，基于所述当前视频序列中历史帧的复杂度，确定所述当前帧对应的帧级调整因子；
帧级调整模块，用于基于基准的拉格朗日参数值以及所述当前帧对应的帧级调整因子，确定所述当前帧对应的拉格朗日参数值；
单元级确定模块，用于对于所述当前帧中待编码的当前编码单元，基于所述当前帧中历史编码单元的复杂度，确定所述当前编码单元对应的单元级调整因子；
单元级调整模块，用于基于所述当前帧对应的拉格朗日参数值以及所述当前编码单元对应的单元级调整因子，确定所述当前编码单元对应的拉格朗日参数值；
编码模块，用于基于所述当前编码单元对应的拉格朗日参数值对所述当前编码单元进行编码。
第三方面，本发明实施例公开了一种机器可读介质，其上存储有指令，当所述指令由装置的一个或多个处理器执行时，使得装置执行如前述一个或多个所述的视频编码方法。
本发明实施例包括以下优点：
本发明实施例的视频编码方法实现了对拉格朗日参数值的两级调整。第一级调整是对视频序列中的各帧使用的拉格朗日参数值进行自适应调整，一个视频序列中的不同帧根据其复杂度的不同可以使用不同的拉格朗日参数值。第二级调整是对一帧内的各编码单元使用的拉格朗日参数值进行自适应调整，一帧内的不同编码单元根据其复杂度的不同可以使用不同的拉格朗日参数值。由此，对于一帧内的各编码单元，可以根据不同编码单元的复杂度，自适应调整各编码单元使用的拉格朗日参数值，使得不同区域的编码比特数和质量更加平衡，以提高视频编码的压缩性能。对于当前视频序列中的各帧，可以根据不同帧的复杂度，自适应调整各帧使用的拉格朗日参数值，使得不同帧的编码比特数和质量更加平衡，以进一步提高视频编码的压缩性能，以及提升整个视频序列的图像质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的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讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例的一种视频编码方法实施例的步骤流程图；
图2是本发明实施例的一种视频编码装置实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中的术语“和/或”用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本发明实施例中术语“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。
参照图1，示出了本发明的一种视频编码方法实施例的步骤流程图，所述方法可以包括如下步骤：
步骤101、对于当前视频序列中待编码的当前帧，基于所述当前视频序列中历史帧的复杂度，确定所述当前帧对应的帧级调整因子；
步骤102、基于基准的拉格朗日参数值以及所述当前帧对应的帧级调整因子，确定所述当前帧对应的拉格朗日参数值；
步骤103、对于所述当前帧中待编码的当前编码单元，基于所述当前帧中历史编码单元的复杂度，确定所述当前编码单元对应的单元级调整因子；
步骤104、基于所述当前帧对应的拉格朗日参数值以及所述当前编码单元对应的单元级调整因子，确定所述当前编码单元对应的拉格朗日参数值；
步骤105、基于所述当前编码单元对应的拉格朗日参数值对所述当前编码单元进行编码。
本发明实施例提供的视频编码方法可应用于终端设备。所述终端设备具有视频编码功能。本发明实施例对所述终端设备的具体形式不做限制。示例性地，所述终端设备可以为用户设备（User Equipment，UE）、移动设备、用户终端、蜂窝电话、无绳电话、个人数字助理（Personal Digital Assistant，PDA）、手持设备、计算设备、车载设备、可穿戴设备等。
需要说明的是，本发明实施例提供的视频编码方法可应用于H.266/VVC标准、H.265/HEVC标准、H.264/AVC标准、AVS（如AVS3）或者下一代视频编解码标准中，本发明实施例对此不作限制。
视频信号是指包括多个帧的图像序列，即本发明实施例中的视频序列。帧（frame）是视频信号空间信息的表示。本发明实施例中，一帧指的是视频序列中的一帧图像。一帧可以划分成若干个不重叠的处理单元，每个处理单元将进行类似的压缩操作。这个处理单元被称作CTU（Coding Tree Unit，编码树单元）或者LCU（Large Coding Unit，最大编码单元），本发明实施例中统一称为LCU。LCU可以继续进行更加细粒度的划分，得到一个或多个基本编码的单元，称之为CU（Coding Unit，编码单元）。
由于视频信号数字化后数据带宽很高，计算机设备难以直接对其进行存储和处理，因而需要采用视频压缩技术来降低视频信号的数据带宽。视频压缩技术是通过视频编码来实现的，由于统计特性的不同，其对应的视频编码方式也可能有所区别。需要说明的是，本发明实施例中所述的编码单元均指的是LCU，本发明实施例中所称的编码指的是对每个LCU进行的编码。
本发明实施例中所述的拉格朗日参数值，指的是率失真优化的最小值函数中的拉格朗日乘子的取值。
在实际应用中，一帧内不同区域的复杂度（如纹理特性/运动特性）可能不同。例如，若某一帧内存在第一区域，第一区域指静止区域或者运动比较缓慢的区域，则后续帧与第一区域的相关性较强，因此第一区域被后续帧作为参考区域的频率较高。此时，如果调低第一区域编码时使用的拉格朗日参数值，就可以使得第一区域具有更高的图像质量（保留更多的细节），也即具有较小的失真（但编码消耗的比特数会增加），从而在后续帧将第一区域作为参考区域的情况下，可以为后续帧提供更高的参考价值。反之，若某一帧内存在第二区域，第二区域指运动比较剧烈的区域或者纹理变化较快的区域，则后续帧与第二区域的相关性较弱，因此第二区域被后续帧作为参考区域的频率较低。此时，如果调高第二区域编码时使用的拉格朗日参数值，就可以减少第二区域编码消耗的比特数。由此，在对某一帧进行编码时，可以将更多的比特数用在可提升后续帧图像质量的区域（如第一区域），根据一帧内不同区域的复杂度对不同区域使用的拉格朗日参数值进行适应调整，可以获得更佳的压缩性能。
本发明实施例将LCU作为调整拉格朗日参数值的最小粒度。例如，上述第一区域和第二区域可以指的是LCU。对于一帧内的各编码单元（LCU），本发明实施例可以根据各编码单元的复杂度，自适应调整各编码单元使用的拉格朗日参数值，使得不同区域的编码比特数和图像质量更加平衡，进而提高视频编码的压缩性能。
进一步地，在一个视频序列中，不同帧之间也可能存在较大差异，不同帧在整个视频序列中的重要程度也不同。例如，对于变化比较缓慢的帧，被后续帧作为参考帧的概率较高，则可以调低这些帧的拉格朗日参数值，以提升后续帧的图像质量。对于运动比较剧烈、时域上变化较为频繁的帧，被后续帧作为参考帧的概率较低，则可以调高这些帧的拉格朗日参数值，以节约编码比特数。也即，对于一个视频序列中的各帧，本发明实施例可以根据各帧的复杂度，自适应调整各帧使用的拉格朗日参数值，使得一个视频序列中各帧的编码比特数和质量更加平衡，以提升整个视频序列的图像质量，并且可以进一步提高视频编码的压缩性能。
本发明实施例的视频编码方法包括对拉格朗日参数值的两级调整。第一级调整是对视频序列中的各帧使用的拉格朗日参数值进行自适应调整，一个视频序列中的不同帧根据其复杂度的不同可以使用不同的拉格朗日参数值。第二级调整是对一帧内的各编码单元使用的拉格朗日参数值进行自适应调整，一帧内的不同编码单元根据其复杂度的不同可以使用不同的拉格朗日参数值。
在本发明实施例中，当前视频序列指的是当前待编码（如终端设备待播放）的视频序列，如某一段视频信号。当前帧指的是当前视频序列中当前待编码的帧。当前编码单元指的是当前帧中当前待编码的LCU。示例性地，当前正要编码的是视频A中第8帧中的第5个LCU，则视频A称为当前视频序列，第8帧称为当前帧，第5个LCU称为当前编码单元。
具体地，对于当前视频序列中待编码的当前帧，基于所述当前视频序列中历史帧的复杂度，确定所述当前帧对应的帧级调整因子。所述当前帧对应的帧级调整因子用于调整所述当前帧使用的拉格朗日参数值。
当前视频序列中的历史帧指的是当前视频序列中已完成编码的帧。帧的复杂度将影响帧编码使用的比特数，通常帧的复杂度越高编码使用的比特数越多。例如，可以使用较多的比特来编码较复杂的帧，并且可以使用较少的比特来编码较不复杂的帧。一帧的复杂度可以根据该帧内各编码单元的复杂度确定。例如，一帧的复杂度可以是该帧内各编码单元的复杂度的累计和。
一个示例中，可以基于当前视频序列中的历史帧实际编码生成的信息确定历史帧的复杂度。例如，针对每个历史帧所生成的比特数的数量可以作为该历史帧的复杂度。本发明实施例对历史帧的复杂度的获取方式不做限制。
对于当前视频序列中待编码的当前帧，由于当前帧还未完成所有编码单元的编码，不能利用已编码产生的信息确定当前帧的复杂度。由于当前视频序列中相邻帧之间通常具有相关性，因此，本发明实施例参考当前视频序列中历史帧的复杂度，确定当前帧的复杂度，进而确定所述当前帧对应的帧级调整因子。示例性地，将当前帧对应的帧级调整因子记为factorframe。对于当前视频序列中的当前帧，根据当前帧之前已完成编码的历史帧的复杂度，自适应确定当前帧对应的帧级调整因子，从而对当前帧使用的拉格朗日参数值进行自适应调整。由此，一个视频序列中，不同帧根据复杂度不同可以使用不同的拉格朗日参数值。
在确定当前帧对应的帧级调整因子之后，可以基于基准的拉格朗日参数值以及所述当前帧对应的帧级调整因子，确定所述当前帧对应的拉格朗日参数值。所述基准的拉格朗日参数值是在对当前视频序列进行编码之前预先确定的，具体地，所述基准的拉格朗日参数值是在固定量化参数QP的情况下确定的。对于当前视频序列中的每一帧，默认均使用所述在固定量化参数QP的情况下确定的基准的拉格朗日参数值进行编码。然而，由于当前视频序列中的不同帧之间以及同一帧中的不同编码单元之间的复杂度可能不同，因此，本发明实施例在编码过程中，根据当前帧的复杂度自适应调整所述基准的拉格朗日参数值，得到适合每一帧的拉格朗日参数值；进一步地，根据当前编码单元的复杂度自适应调整该编码单元所在的帧使用的拉格朗日参数值，得到适合每一个编码单元的拉格朗日参数值。
所述基准的拉格朗日参数值可以根据已有的相关技术所确定，例如，可以在固定量化参数QP的情况下，确定基准的拉格朗日参数值如下：
（1）
其中，λ为基准的拉格朗日参数值，量化参数QP的值可以根据实际场景设置，a为与帧类型相关的常数。需要说明的是，上式（1）只是一种示例性的计算λ的方式，在具体实施中，计算λ的方式可以不同。
根据当前帧对应的帧级调整因子对基准的拉格朗日参数值进行调整，即可得到当前帧使用的拉格朗日参数值，如将当前帧使用的拉格朗日参数值记为λframe，当前帧对应的帧级调整因子为factorframe，则λframe=factorframe×λ。
在确定当前帧对应的拉格朗日参数值之后，在对当前帧中的各编码单元进行编码的过程中，可以根据当前帧中的各编码单元的复杂度确定各编码单元对应的单元级调整因子，从而可以对所述当前帧对应的拉格朗日参数值进行自适应调整，得到每个编码单元对应的拉格朗日参数值。
具体地，对于当前帧中待编码的当前编码单元，基于所述当前帧中历史编码单元的复杂度，确定所述当前编码单元对应的单元级调整因子。示例性地，将当前编码单元对应的单元级调整因子记为factorblock。基于所述当前帧对应的拉格朗日参数值以及所述当前编码单元对应的单元级调整因子，可以确定当前编码单元对应的拉格朗日参数值，如将当前编码单元对应的拉格朗日参数值记为λblock，则λblock=factorblock×λframe。基于该拉格朗日参数值对当前编码单元进行编码。
本发明实施例对基准的拉格朗日参数值进行两级调整，以一帧图像内的区域复杂度为基础，推及帧级调整因子的计算，联合一帧图像内区域编码单元的单元级调整因子和不同帧之间的帧级调整因子来共同提升整个视频序列的压缩性能。对于一帧内的各编码单元（LCU），可以根据不同编码单元的复杂度，自适应调整各编码单元使用的拉格朗日参数值，使得不同区域的编码比特数和质量更加平衡，以提高视频编码的压缩性能。对于当前视频序列中的各帧，可以根据不同帧的复杂度，自适应调整各帧使用的拉格朗日参数值，使得不同帧的编码比特数和质量更加平衡，以进一步提高视频编码的压缩性能，以及提升整个视频序列的图像质量。
相对于相关技术中的拉格朗日参数值仅考虑量化参数QP，本发明实施例进一步考虑图像内容特征的变化性，使得拉格朗日参数值随着图像内容特征的变化而自适应调整，可以提高拉格朗日参数值的自适应性，更好的反映视频序列的动态变化特性，从而更加准确的给出当前编码单元的代价函数，从而取得更好的率失真性能。
在本发明的一种可选实施例中，所述基于所述当前帧中历史编码单元的复杂度，确定所述当前编码单元对应的单元级调整因子，可以包括：
步骤S11、确定所述当前编码单元的复杂度，以及确定所述当前帧中每个历史编码单元的复杂度；
步骤S12、对所述当前编码单元的复杂度以及所述当前帧中每个历史编码单元的复杂度计算均值；
步骤S13、基于所述均值计算方差；
步骤S14、基于所述均值和所述方差，计算所述当前编码单元对应的单元级调整因子。
对于当前帧中的当前编码单元，本发明实施例根据当前编码单元的复杂度，联合当前帧中历史已编码的每个历史编码单元的复杂度，计算当前编码单元对应的单元级调整因子factorblock。
一个示例中，当前编码单元为当前帧中的第n（n大于0）个编码单元，sadn为当前编码单元的复杂度，对当前编码单元的复杂度以及当前帧中每个历史编码单元的复杂度可以计算均值如下：
（2）
本发明实施例中从0开始计数，如i=0表示第一个编码单元。mean表示均值，sadi表示第i个编码单元的复杂度。基于所述均值可以计算方差如下：
（3）
基于所述均值mean和所述方差variance，可以计算所述当前编码单元对应的单元级调整因子，例如计算如下：
（4）
其中，α为常数，具体地，α可以为一个经验值，在本发明实施例中α的值优选为3。当然，在具体实施中，可以根据实际场景设置α的值，β是视频编码协议规定的QP最大范围加1，示例性的，如H264/H265协议的QP范围是0到51，则β值为52；H266协议的QP范围是0到63，则β值为64。对于当前编码单元（如当前帧中的第n个编码单元），可以利用当前编码单元对应的单元级调整因子factorblock对当前帧使用的拉格朗日参数值（如λframe）进行调整，得到当前编码单元所使用的拉格朗日参数值。
需要说明的是，在当前编码单元为当前帧中的第一个编码单元（n=0）时，此时当前帧未产生历史编码单元，因此可以设置当前编码单元对应的单元级调整因子为1。也即，当前帧中的第一个编码单元仍采用当前帧对应的拉格朗日参数值，不对当前帧对应的拉格朗日参数值进行调整，从第二个编码单元（n=1）开始进行自适应调整。
在本发明的一种可选实施例中，所述确定所述当前编码单元的复杂度，可以包括：
步骤S21、对所述当前编码单元对应的下采样图像进行运动估计，获得所述当前编码单元对应的最佳运动矢量；所述最佳运动矢量包括所述当前编码单元对应的下采样图像与参考帧中的最佳匹配单元对应的下采样图像的坐标之间的距离；
步骤S22、将所述最佳运动矢量对应的率失真代价作为所述当前编码单元的复杂度，所述最佳运动矢量对应的率失真代价根据所述最佳运动矢量对应的预测失真和所述最佳运动矢量所需的比特数确定。
在具体实施中，所述当前编码单元指的是当前正要进行编码的编码单元（LCU），由于当前编码单元还未进行编码，不能利用已编码产生的信息确定当前编码单元的复杂度。因此，本发明实施例对当前编码单元进行运动估计，获得当前编码单元对应的最佳运动矢量对应的率失真代价作为当前编码单元的复杂度。
运动估计是对当前编码单元在一定数量的参考帧中搜索最佳参考帧中的最佳匹配单元的过程，最佳参考帧内的最佳匹配单元与当前编码单元的相对位置信息用运动矢量（motionvector，mv）来表示。最佳参考帧内的最佳匹配单元与当前编码单元之间的运动矢量称为最佳运动矢量。运动估计的基本思想是将视频序列的每一帧图像分成许多互不重叠的宏块（本发明实施例中的编码单元），并认为宏块内所有像素的位移量都相同。最佳匹配单元与当前编码单元之间的匹配误差最小。视频压缩的时候，只需保存运动矢量和残差数据就可以完全恢复出当前块。
具体地，第i个LCU的复杂度可以用第i个LCU的最佳运动矢量对应的率失真代价来表示。假设将第i个LCU的最佳运动矢量对应的率失真代价记为rdcosti，则rdcosti=D1+λ×bit。其中，D1表示第i个LCU的最佳运动矢量对应的预测失真，该预测失真表示第i个LCU的像素值与预测像素值的差异，预测像素值为利用该最佳运动矢量预测得到的像素值。优选地，D1可以为SAD（Sum of Absolute Difference，绝对误差和），当然，D1也可以采用SATD（Sum of Absolute Transformed Difference，hadamard变换后再绝对值求和）等其他失真表示方式；bit为第i个LCU的最佳运动矢量所需的比特数；λ为基准的拉格朗日参数值。
需要说明的是，本发明实施例对运动估计采用的搜索方法不做限制。例如可以采用全搜索、三步法、四步法、菱形搜索（DiamondSearch，DS）、六边形搜索（HEXagonsearch，HEX）、UMH（UnevenMulti-Hexagon-grid）搜索、EPZS（EnhancedPredictiveZonalSearch）搜索等中的任意一种搜索方法。
进一步地，在本发明实施例中，所述下采样图像指的是对原始图像进行下采样得到的图像。所述当前编码单元对应的下采样图像，指的是对当前帧的原始图像进行下采样后，所述当前编码单元在下采样后的图像中对应的区域图像。所述参考帧中的最佳匹配单元对应的下采样图像，指的是对参考帧的原始图像进行下采样后，所述最佳匹配单元在下采样后的图像中对应的区域图像。当然，在具体实施中，也可以直接使用原始图像对当前编码单元进行运动估计，但是，如果对当前编码单元利用原始图像进行运动估计，将导致计算复杂度较大，计算效率较低。因此，本发明实施例对当前帧的原始图像以及参考帧的原始图像进行下采样，然后利用对原始图像进行下采样后的图像进行运动估计，相对于使用原始图像进行运动估计，可以大幅降低运动估计的计算复杂度，提高计算效率。
在本发明的一种可选实施例中，所述当前帧为所述当前视频序列中的第N帧，N大于或等于3，所述基于所述当前视频序列中历史帧的复杂度，确定所述当前帧对应的帧级调整因子，可以包括：
步骤S31、确定所述当前视频序列中第N-1帧的复杂度，以及确定所述当前视频序列中前N-2帧的复杂度的累计和；
步骤S32、基于所述第N-1帧的复杂度和所述前N-2帧的复杂度的累计和，确定所述当前帧对应的帧级调整因子。
在本发明实施例中，对于当前视频序列中的任一历史帧，该历史帧的复杂度为该历史帧中各编码单元的复杂度的累计和。所述历史帧指的是已完成编码的帧，也即，该帧内的所有编码单元均已完成编码。
需要说明的是，在前帧内的所有LCU完成编码后，可以计算当前帧的复杂度。当前帧的复杂度是对当前帧内的所有LCU正常编码后的每个LCU的最佳编码模式对应的率失真代价求和。
示例性地，将当前帧记为fN，则fN-1为当前帧的前一帧。将当前帧的复杂度记为CmplxN，则：
（5）
其中，n为fN一帧内LCU总数，lcu_rdcosti为第i个LCU的复杂度。具体地，lcu_rdcosti可以为第i个LCU的最佳编码模式对应的率失真代价。其中，lcu_rdcosti=D2+λblock×bits，D2表示第i个LCU的最佳编码模式对应的编码失真，该编码失真表示第i个LCU的原始像素值与重建像素值的差异。示例性地，D2可以为SSE（Sum of Squared Error，误差平方和），当然，D2也可以采用SAD等其他失真表示方式；bits为第i个LCU的最佳编码模式对应的残差编码比特数和模式信息编码比特数之和；λblock为第i个LCU编码使用的拉格朗日参数值。
当前视频序列中第N-1帧（fN-1）的复杂度为CmplxN-1，当前视频序列中前N-2帧的复杂度的累计和记为HisCmplxN-2，则基于CmplxN-1和HisCmplxN-2，可以确定所述当前帧对应的帧级调整因子factorframe，例如计算如下：
factorframe= CmplxN-1/HisCmplxN-2（6）
由此，可以根据当前帧对应的帧级调整因子factorframe，确定当前帧对应的拉格朗日参数值如下：λframe=λ×factorframe，λframe为当前帧fN对应的拉格朗日参数值，λ为基准的拉格朗日参数值。
需要说明的是，在当前帧为所述当前视频序列中的第一帧或者第二帧的情况下，此时未产生足够的历史帧来计算当前帧的复杂度，因此，可以设置第一帧和第二帧对应的帧级调整因子均为1。也即，第一帧和第二帧采用预先获取的基准的拉格朗日参数值，不对基准的拉格朗日参数值进行调整，从第三帧开始进行自适应调整。
在本发明的一种可选实施例中，所述方法还可以包括：
步骤S41、基于待编码的当前视频序列的类型，确定所述当前视频序列对应的序列级调整因子；
步骤S42、基于所述序列级调整因子更新所述基准的拉格朗日参数值。
在提供帧级的拉格朗日参数自适应调整以及编码单元级的拉格朗日参数自适应调整的前提下，本发明实施例还可以提供序列级的拉格朗日参数自适应调整，从而实现对拉格朗日参数的三级调整。
在实际应用中，不同类型的视频序列，视频图像的复杂度可能存在较大差异。例如，拍摄的静态风景的视频与拍摄的体育运动的视频二者图像的复杂度存在较大差异，动画片与电影二者图像的复杂度存在较大差异，等等。
本发明实施例可以对不同类型的视频序列设置不同的序列级调整因子，基于待编码的当前视频序列的类型，确定所述当前视频序列对应的序列级调整因子，进而基于所述序列级调整因子更新所述基准的拉格朗日参数值，使得更新后的基准的拉格朗日参数值更加符合当前视频序列的类型，由此可以提升不同类型的视频序列的压缩性能。
所述基准的拉格朗日参数值可以为一个适用于不同视频序列的、通用的拉格朗日参数值。在需要对当前视频序列进行编码时，可以基于当前视频序列的类型，确定所述当前视频序列对应的序列级调整因子，进而可以对预先设置的基准的拉格朗日参数值进行更新，使得更新后的基准的拉格朗日参数值更加符合当前视频序列的类型。
一个示例中，预先确定的基准的拉格朗日参数值为λ。基于待编码的当前视频序列的类型，确定所述当前视频序列对应的序列级调整因子为factorsequence，则可以基于所述序列级调整因子更新所述基准的拉格朗日参数值，更新后，基准的拉格朗日参数值为factorsequence×λ。步骤102中所述的基准的拉格朗日参数值可以为factorsequence×λ。当然，在具体实施中，也可以对不同类型的视频序列使用统一的基准的拉格朗日参数值，如λ，本发明实施例对此不做限制。
在本发明的一种可选实施例中，所述方法还可以包括：
步骤S51、基于基准的拉格朗日参数值，对不同类型的视频序列进行编码，并记录每个类型的视频序列中各帧的复杂度的累计和；
步骤S52、根据所述每个类型的视频序列中各帧的复杂度的累计和，确定所述每个类型的视频序列对应的序列级调整因子。
本发明实施例可以在离线编码阶段，预先确定不同类型的视频序列对应的序列级调整因子。本发明实施例对确定不同类型的视频序列对应的序列级调整因子的方法不做限制。例如，可以根据不同类型的视频序列的整体复杂度确定序列级调整因子。
本发明实施例基于基准的拉格朗日参数值，对不同类型的视频序列进行编码，并记录每个类型的视频序列中各帧的复杂度的累计和。不同类型的视频序列中各帧的复杂度的累计和可以反映不同类型的视频序列的整体复杂度，根据不同类型的视频序列的整体复杂度，可以确定不同类型的视频序列对应的序列级调整因子。示例性地，不同类型的视频序列对应的序列级调整因子可以随着视频序列的整体复杂度的增高而减小，也即，整体复杂度越低，该类型的视频序列对应的基准的拉格朗日参数值越小；整体复杂度越高，该类型的视频序列对应的基准的拉格朗日参数值越大。
在利用当前视频序列对应的序列级调整因子对基准的拉格朗日参数进行更新后，得到适合当前视频序列的基准的拉格朗日参数，然后在对当前视频进行在线编码时，对每一帧以及每一帧内的每个编码单元的拉格朗日参数值进行自适应调整，从而提升不同类型的视频序列的压缩性能。
在确定当前编码单元对应的拉格朗日参数值之后，可以基于当前编码单元对应的拉格朗日参数值对当前编码单元进行编码，从而实现码率控制的目的。在保证图像质量的前提下，使用最少的编码比特数。
综上，本发明实施例的视频编码方法实现了对拉格朗日参数值的两级调整。第一级调整是对视频序列中的各帧使用的拉格朗日参数值进行自适应调整，一个视频序列中的不同帧根据其复杂度的不同可以使用不同的拉格朗日参数值。第二级调整是对一帧内的各编码单元使用的拉格朗日参数值进行自适应调整，一帧内的不同编码单元根据其复杂度的不同可以使用不同的拉格朗日参数值。由此，对于一帧内的各编码单元（LCU），可以根据不同编码单元的复杂度，自适应调整各编码单元使用的拉格朗日参数值，使得不同区域的编码比特数和质量更加平衡，以提高视频编码的压缩性能。对于当前视频序列中的各帧，可以根据不同帧的复杂度，自适应调整各帧使用的拉格朗日参数值，使得不同帧的编码比特数和质量更加平衡，以进一步提高视频编码的压缩性能，以及提升整个视频序列的图像质量。
需要说明的是，对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明实施例并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明实施例，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作并不一定是本发明实施例所必须的。
参照图2，示出了本发明的一种视频编码装置实施例的结构框图，所述装置包括：
帧级确定模块201，用于对于当前视频序列中待编码的当前帧，基于所述当前视频序列中历史帧的复杂度，确定所述当前帧对应的帧级调整因子；
帧级调整模块202，用于基于基准的拉格朗日参数值以及所述当前帧对应的帧级调整因子，确定所述当前帧对应的拉格朗日参数值；
单元级确定模块203，用于对于所述当前帧中待编码的当前编码单元，基于所述当前帧中历史编码单元的复杂度，确定所述当前编码单元对应的单元级调整因子；
单元级调整模块204，用于基于所述当前帧对应的拉格朗日参数值以及所述当前编码单元对应的单元级调整因子，确定所述当前编码单元对应的拉格朗日参数值；
编码模块205，用于基于所述当前编码单元对应的拉格朗日参数值对所述当前编码单元进行编码。
可选地，所述单元级确定模块，包括：
第一确定子模块，用于确定所述当前编码单元的复杂度，以及确定所述当前帧中每个历史编码单元的复杂度；
第一计算子模块，用于对所述当前编码单元的复杂度以及所述当前帧中每个历史编码单元的复杂度计算均值；基于所述均值计算方差；
第二计算子模块，用于基于所述均值和所述方差，计算所述当前编码单元对应的单元级调整因子。
可选地，所述第一计算子模块，包括：
估计单元，用于对所述当前编码单元对应的下采样图像进行运动估计，获得所述当前编码单元对应的最佳运动矢量；所述最佳运动矢量包括所述当前编码单元对应的下采样图像与参考帧中的最佳匹配单元对应的下采样图像的坐标之间的距离；
确定单元，用于将所述最佳运动矢量对应的率失真代价作为所述当前编码单元的复杂度，所述最佳运动矢量对应的率失真代价根据所述最佳运动矢量对应的预测失真和所述最佳运动矢量所需的比特数确定。
可选地，所述当前帧为所述当前视频序列中的第N帧，N大于或等于3，所述帧级确定模块，包括：
累计子模块，用于确定所述当前视频序列中第N-1帧的复杂度，以及确定所述当前视频序列中前N-2帧的复杂度的累计和；
第二确定子模块，用于基于所述第N-1帧的复杂度和所述前N-2帧的复杂度的累计和，确定所述当前帧对应的帧级调整因子。
可选地，对于所述当前视频序列中的任一历史帧，该历史帧的复杂度为该历史帧中各编码单元的复杂度的累计和。
可选地，所述装置还包括基准参数确定模块，用于在固定量化参数的情况下，确定基准的拉格朗日参数值。
可选地，所述装置还包括：基准参数更新模块，用于基于待编码的当前视频序列的类型，确定所述当前视频序列对应的序列级调整因子；基于所述序列级调整因子更新所述基准的拉格朗日参数值。
可选地，所述装置还包括：
离线编码模块，用于基于基准的拉格朗日参数值，对不同类型的视频序列进行编码，并记录每个类型的视频序列中各帧的复杂度的累计和；
序列级因子确定模块，用于根据所述每个类型的视频序列中各帧的复杂度的累计和，确定所述每个类型的视频序列对应的序列级调整因子。
本发明实施例的视频编码装置实现了对拉格朗日参数值的两级调整。第一级调整是对视频序列中的各帧使用的拉格朗日参数值进行自适应调整，一个视频序列中的不同帧根据其复杂度的不同可以使用不同的拉格朗日参数值。第二级调整是对一帧内的各编码单元使用的拉格朗日参数值进行自适应调整，一帧内的不同编码单元根据其复杂度的不同可以使用不同的拉格朗日参数值。由此，对于一帧内的各编码单元（LCU），可以根据不同编码单元的复杂度，自适应调整各编码单元使用的拉格朗日参数值，使得不同区域的编码比特数和质量更加平衡，以提高视频编码的压缩性能。对于当前视频序列中的各帧，可以根据不同帧的复杂度，自适应调整各帧使用的拉格朗日参数值，使得不同帧的编码比特数和质量更加平衡，以进一步提高视频编码的压缩性能，以及提升整个视频序列的图像质量。
对于装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
本发明实施例还提供一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由装置（服务器或者终端）的处理器执行时，使得装置能够执行前文图1所对应实施例中视频编码方法的描述，因此，这里将不再进行赘述。另外，对采用相同方法的有益效果描述，也不再进行赘述。对于本申请所涉及的计算机程序产品或者计算机程序实施例中未披露的技术细节，请参照本申请方法实施例的描述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
以上对本发明所提供的一种视频编码方法、视频编码装置和机器可读存储介质，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种视频编码方法，其特征在于，所述方法包括：
对于当前视频序列中待编码的当前帧，基于所述当前视频序列中历史帧的复杂度，确定所述当前帧对应的帧级调整因子；
基于基准的拉格朗日参数值以及所述当前帧对应的帧级调整因子，确定所述当前帧对应的拉格朗日参数值；
对于所述当前帧中待编码的当前编码单元，基于所述当前帧中历史编码单元的复杂度，确定所述当前编码单元对应的单元级调整因子；
基于所述当前帧对应的拉格朗日参数值以及所述当前编码单元对应的单元级调整因子，确定所述当前编码单元对应的拉格朗日参数值；
基于所述当前编码单元对应的拉格朗日参数值对所述当前编码单元进行编码。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述当前帧中历史编码单元的复杂度，确定所述当前编码单元对应的单元级调整因子，包括：
确定所述当前编码单元的复杂度，以及确定所述当前帧中每个历史编码单元的复杂度；
对所述当前编码单元的复杂度以及所述当前帧中每个历史编码单元的复杂度计算均值；
基于所述均值计算方差；
基于所述均值和所述方差，计算所述当前编码单元对应的单元级调整因子。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述确定所述当前编码单元的复杂度，包括：
对所述当前编码单元对应的下采样图像进行运动估计，获得所述当前编码单元对应的最佳运动矢量；所述最佳运动矢量包括所述当前编码单元对应的下采样图像与参考帧中的最佳匹配单元对应的下采样图像的坐标之间的距离；
将所述最佳运动矢量对应的率失真代价作为所述当前编码单元的复杂度，所述最佳运动矢量对应的率失真代价根据所述最佳运动矢量对应的预测失真和所述最佳运动矢量所需的比特数确定。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当前帧为所述当前视频序列中的第N帧，N大于或等于3，所述基于所述当前视频序列中历史帧的复杂度，确定所述当前帧对应的帧级调整因子，包括：
确定所述当前视频序列中第N-1帧的复杂度，以及确定所述当前视频序列中前N-2帧的复杂度的累计和；
基于所述第N-1帧的复杂度和所述前N-2帧的复杂度的累计和，确定所述当前帧对应的帧级调整因子。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对于所述当前视频序列中的任一历史帧，该历史帧的复杂度为该历史帧中各编码单元的复杂度的累计和。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在固定量化参数的情况下，确定基准的拉格朗日参数值。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于待编码的当前视频序列的类型，确定所述当前视频序列对应的序列级调整因子；
基于所述序列级调整因子更新所述基准的拉格朗日参数值。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
基于基准的拉格朗日参数值，对不同类型的视频序列进行编码，并记录每个类型的视频序列中各帧的复杂度的累计和；
根据所述每个类型的视频序列中各帧的复杂度的累计和，确定所述每个类型的视频序列对应的序列级调整因子。
9.一种视频编码装置，其特征在于，所述装置包括：
帧级确定模块，用于对于当前视频序列中待编码的当前帧，基于所述当前视频序列中历史帧的复杂度，确定所述当前帧对应的帧级调整因子；
帧级调整模块，用于基于基准的拉格朗日参数值以及所述当前帧对应的帧级调整因子，确定所述当前帧对应的拉格朗日参数值；
单元级确定模块，用于对于所述当前帧中待编码的当前编码单元，基于所述当前帧中历史编码单元的复杂度，确定所述当前编码单元对应的单元级调整因子；
单元级调整模块，用于基于所述当前帧对应的拉格朗日参数值以及所述当前编码单元对应的单元级调整因子，确定所述当前编码单元对应的拉格朗日参数值；
编码模块，用于基于所述当前编码单元对应的拉格朗日参数值对所述当前编码单元进行编码。
10.一种机器可读存储介质，其上存储有指令，当所述指令由装置的一个或多个处理器执行时，使得装置执行如权利要求1至8中任一所述的视频编码方法。
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