[发明专利]一种结合视频特性的HEVC自适应量化参数优化方法

说明书

本发明提出了一种结合视频特性的HEVC自适应量化参数优化方法。该方法首先在CTU层通过Kirsch算子提取视频的空域纹理值，采用K‑medoids聚类方法对CTU纹理值进行自适应划分，根据划分结果确定不同的空域量化参数增量级别；然后在时域采用MAD算子提取视频的运动特性，采用与空域处理相同手段，根据运动特性强弱划分各个CTU时域特性，并确定为不同的时域量化参数增量级别；最后，根据空时域量化参数增量级别，动态调整视频编码时CTU的量化参数，并修正HEVC中与量化参数相关的拉格朗日参数。实验结果显示，相较于HEVC标准方法，在视频质量损失不多的前提下，本发明方法能降低码率，且节约编码时间。

技术领域

本发明涉及图像通信领域中的视频压缩技术问题，尤其是涉及一种结合视频特性的HEVC自适应量化参数优化方法。

背景技术

随着高清图像和视频(1920×1080像素及以上)的普及，甚至已有4K(3840×2160)电视机的信号以及8K(8192×4320)超高清视频，人们对视频的清晰度和流畅度要求越来越高，高质量视频数据量较大，给网络传输带宽和设备存储容量都带来了巨大的挑战。在现有技术条件下，如何高效地压缩视频仍具有重大意义。相较于上一代标准H.264/AVC，HEVC在峰值信噪比一致的前提下能够节省约一半的码率，但在很多应用场合中仍然无法满足不断增加的压缩率需求，因此探究针对HEVC的优化方法成为了视频编码领域目前的研究热点。

视频中存在的冗余信息主要分为空间冗余和时间冗余。其中空间冗余是由于视频单帧中相邻像素往往较为接近、一般无明显的改变，特别是处于同一物体或场景上的像素间具有连续性。而时间冗余是由于人眼的视觉暂留特性，当连续播放图像达到每秒24帧及以上，从人类视角看到的就是连贯视频，这些相邻的视频帧之间大部分区域都是高度重复的，只有少量区域会发生运动和突变。对于视频中存在的空间冗余与时间冗余，在视频传输时应尽量避免传输这些冗余信息，以节省存储和带宽资源。视频压缩编码技术可以实现去除视频中的冗余信息以完成压缩，能够降低其数据量。但在这个过程中会丢失一些应该保留的有效信息，在解码端无法完全恢复为原视频，这造成了编解码后的视频质量往往会降低。相关领域的学者和研究人员不断思考着如何实现确保视频峰值信噪比一致时较多地节省码率，从而努力地缓解视频应用领域存储资源、带宽不足的问题。

HEVC在确保峰值信噪比一致的前提下，将视频编码效率增加近一倍，但是对HEVC的优化仍有相当大的研究空间。实际上在HEVC视频编码阶段，针对量化优化方面的研究已经取得了一定的成果。He等利用了视频帧间相关性自适应地选择视频帧层量化参数，实验结果表明相比于HEVC标准方法能节省3.49％码率。Amer等通过估计当前帧与其参考帧之间的关系，在低延迟配置下，研究了一种HEVC量化改进方法。Tang等提出了一种基于哈达玛变换的HEVC块级量化参数优化策略，以获取更高的视频压缩效率。Wei等提出了一种基于视觉显著性的改进HEVC量化方法，实验结果显示在感知质量几乎无损失的前提下，可降低编码码率，并节省编码时间。本发明继续沿用优化量化方面的思路，采用了一种自适应的方式，来动态调整HEVC编码时CTU层量化参数，以优化视频编码量化过程。

发明内容

为了提高视频压缩编码标准HEVC视频编码性能，本发明在充分利用HEVC编码标准基础上，利用CTU层的视频特性，动态调整该层的量化参数，研究了一种HEVC量化改进方法，在节省码率方面相比于HEVC标准编码方法以及相关的量化参数优化方法有一定的提升。

本发明的基本思想是结合视频的空域纹理特性和时域运动特性，采用了一种自适应的方式，来动态调整HEVC编码时CTU层量化参数，以优化视频编码量化过程，并通过改变后的量化参数来直接修正与其相关的拉格朗日参数λ，进一步作用于HEVC编码模式选择和块分割过程，达到尽量保证视频质量无损失的情况下，尽可能多地节省码率的目的。具体主要包括以下过程步骤：

(1)判断当前编码帧是否为I帧，若为I帧，则不对其处理；若为非I帧，在CTU层进行视频特性提取，分别提取视频空域纹理特性、时域运动特性；