[发明专利]基于结构相似度的高效视频编码感知率失真优化方法

说明书

技术领域

本发明属于视频编解码技术领域，尤其是一种基于结构相似度的高效视频编码感知率失真优化方法。

背景技术

近年来，高清/超高清视频编码技术作为未来家庭影院、数字广播电视、网络视频、高清电影等业务的基础核心技术成为业界关注的焦点。针对高清/超高清视频通信，现有的视频编码标准在压缩比和实际的应用需求相比还有一定的差距。为此，国际标准化组织ISO/IEC（MPEG）和ITU-T启动了下一代数字视频压缩标准的规划——高效视频编码（High Efficiency Video Coding,HEVC），目标是在H.264/AVC高档次的基础上，压缩效率提高一倍以上。

HEVC依然沿用H.264的混合编码框架，采用帧间和帧内预测编码消除时间域和空间域的相关性，变换编码对残差进行变换编码以消除空间相关性，熵编码消除统计上的冗余度。与H.264类似，HEVC编码器依据图像内容，采用率失真优化的方法，在帧内和帧间众多的可选模式里选取最佳的编码模式。虽然在一定程度上，率失真模式判决会使编码过程变得复杂，但是，正是由于率失真优化技术的应用，编码器才能够尽可能获得最佳预测信息，从而保证了图像质量，提高了编码器的整体性能。

在HEVC现有的率失真优化方法中，是通过以下流程完成率失真判决的：

对于帧内预测编码，首先应用下式为每个编码块选择一个最优的角度预测模式：

J_Ang＝SA(T)D+λ_AngBit(IntraMode)

其中，SA(T)D为当前编码块各像素点原始值与预测值的（变换域）绝对误差和，λ_Ang为此处的率失真评价的拉格朗日因子,Bit(IntraMode)为编码角度预测模式的比特数。

然后应用下式为每个编码块选择一个最优的划分深度：

J＝D_SSE+λ_IntraBit(CB)

其中，D_SSE为当前编码块各像素点原始值与重建值的绝对误差平方和，λ_Intra为此处率失真评价的拉格朗日因子，其值为λ_Ang的平方，Bit(CB)为编码当前编码块所需的比特数。

对于帧间预测编码，首先应用下式为每个编码块匹配一个最优的预测块：

J_ME＝SA(T)D+λ_MotionBit(Mvd)

J_Merge＝SA(T)D+λ_MotionBit(MergeIndex)

其中，SA(T)D为当前编码块各像素点原始值与预测值的（变换域）绝对误差和，λ_Motion为此处的率失真评价的拉格朗日因子,Bit(Mvd)和Bit(MergeIndex)分别表示编码运动矢量残差和Merge模式索引的比特数。由于帧间编码有运动估计和Merge两种模式，因此编码器需要比较J_ME和J_Merge从而得到最优的预测块。

然后应用下式为每个编码块选择一个最优的预测方式和划分深度：

J＝D_SSE+λ_InterBit(CB)

其中，D_SSE为当前编码块各像素点原始值与重建值的绝对误差平方和，λ_Inter为此处率失真评价的拉格朗日因子，其值为λ_Motion的平方，Bit(CB)为编码当前编码块所需的比特数。

帧内/帧间预测编码中率失真判决用到的拉格朗日因子可通过下式计算：

λ_Scale＝Clip3(0,0.5,(1-0.05*(GopSize-1)))

λ_Inter＝λ_Scale*2^(QP-12)/3

λ_Intra＝0.57*λ_Inter

其中，GopSize为编码图像组的大小，QP是编码时的量化参数，Clip3实现的是限幅的功能。