[发明专利]一种基于结构相似性系数的H．264帧层码率控制方法

说明书

技术领域：

本发明属及视频编码技术领域，涉及一种基于结构相似性的H.264帧层码率控制方法。

背景技术:

在过去十多年中，视频通信技术得到了飞速发展和广泛的应用，并制定了一系列视频编码标准。现有的国际视频编码标准主要包括国际标准化组织(ISO)推出的MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4(参见文献：ISO/IEC13818-2.Information technology-Generic coding of moving pictures and associated audio Part2：Video[S].1996；ISO/IEC14496-2.Information technology-Generic coding of audio-visual objects Part2：Visual[S].1998.)，以及国际电信联盟标准化部(ITU-T)推出的H.26x系列，如H.261(参见文献：ITU-T.Draft ITU-T Recommendation H.261.Video codec for audio visual services，at px64kbps[S]，1993.)，H.263(参见文献：ITU-T.Draft ITU-T RecommendationH.263.Video coding for low bit rate communication[S].1996.)等。2003年，由ISO与ITU-T合作成立的联合视频工作组JVT推出了最新的视频标准H.264(参见文献：ISO/IEC11496-10.ITU-T Recommendation H.264Advanced video coding[S].2002.)。H.264吸收了以往各种编码标准方案的优点，在预测编码、变换量化和容错编码等方面进行了较大的改进。目前H.264正逐渐取代原有视频压缩标准在各应用领域占据主导地位。

码率控制是H.264视频压缩编码过程中的关键环节，作用于整个视频编码过程，其有效性不仅影响码流的码率稳定，还将影响到整个视频序列的图象质量。码率控制的主要任务是采集缓冲区状态和图像活动性等信息，来给每幅图像分配一定的比特数，使得输出码率能控制在给定的标准上，并使图像失真最小。

在H.264的码率控制方法中，由于同时在码率控制和率失真优化环节使用了量化参数，导致了“蛋鸡悖论”[Ma S.W,Gao W and Lu Y.Rate control on JVT standard,Document JVT-D030[S].2002]。为了提高H.264码率控制的性能，很多学者做了大量的研究，文献[Shin I H,Lee Y L,Park H W.Rate control using linear rate-ρmodel for H.264[J].Signal Process Image Com-munication,2004,19:341-352.]在ρ域模型的基础上作了改进，应用在H.264的码率控制中，文献[Ma Siwei,Gao Wen,Lu Yan.Rate-distortion analysis for H.264/AVC video coding and its application to rate control[J].IEEE Trans on Circuit Syst for Video Technol,2005,15(12):1533-1544.]提出了码率与量化步长与量化步长间的关系模型及相应的码率控制方法，文献[Ma S.W,Gao W,Wu F and Lu Y.Rate control for JVT video coding scheme with HRD considerations.Proceeding of IEEE International Conference on Image and Processing,2003,vol.3,pp:793-796.]将HRD一致性约束、平均绝对误差比综合考虑，提出了一种新的码率控制方法。Li Zhengguo提出的JVT-G012方法利用线性MAD模型来预测当前基本单元的MAD值,这一方法可以获得比较好的编码效果,引起了广泛的关注[Li Zhengguo,Gao Wen,Pan Feng,et al.Adaptive rate control for H.264[J].Journal of Visual Communication and Image Representation,2006,17(2):376-406.]。JVT-G012方法虽然较好地解决了蛋鸡悖论问题,然而仍然存在很多问题。比如方法中没有明确的讨论帧内的码率-量化（R-Q）模型，因此文献[X.Jing,L.P.Chau,and W.-C Siu,Frame complexity-based rate-quantization model for H.264/AVC intraframe rate control,IEEE Signal Processing Letters,vol.15,pp.373-376,2008.]提出了一种自适应的帧内R-Q模型，这种方法通过考虑基于灰度的帧复杂度，自适应的更新模型参数，来更精确地选择帧内编码帧的量化参数。