[发明专利]基于三维小波视频编码的码率控制方法

说明书

本发明提供了一种基于三维小波视频编码的码率控制方法，通过提取基于运功轨迹的时域补偿后的残差的能量和方差信息，分别建立帧间码率控制算法和帧内子带量化方法，并利用帧间码率控制算法对单帧进行帧级码率控制，利用帧内子带量化算法对单帧数据进行子带级码率控制。所描述的码率控制方法应用运动补偿后的残差数据进行建模，减少了建模的复杂度。而且本发明不仅使解码后的视频具有更好的视觉效果，在带宽有限的情况下，能够更加有效的实现比特分配。

技术领域

本发明涉及视频编码领域中的码率控制方法，具体为一种基于三维小波视频编码的码率控制方法。

背景技术

近年来，随着数码技术的不断发展，数字多媒体设备在人们的生活中变得越来越重要。在实际应用中，由于带宽的限制，码率控制技术一直是视频编码中的关键技术之一。码率控制的核心在于如何在编码比特率的大小和视频的压缩质量间寻求一个平衡点。

现有码率控制方法，大多数是根据流量大小，将流量平均分配到各个帧组；这使得流量不能够被充分利用，且简单的流量平均分配会降低视频质量，且现有可适用于流量高效分配的码率控制方法，虽然可以获得高质量视频，但是其复杂度过高。

发明内容

为了解决现有码率控制方法通过流量平均分配到各个帧组导致的视频复原质量较低与通过流量高效分配到各个帧组复杂度高的问题，本发明提供一种基于三维小波视频编码的码率控制方法。

本发明的核心在于利用帧间信息，结合人眼的视觉特性，从帧级和子带级对码率进行控制；在绝大多数的应用中，人眼是最终的接受者和观察者，因此在图像编码中若能充分利用人眼视觉特性，利用掩蔽特性，可以在实际失真更大的条件下只感觉出相同的失真。这样，便可以在不影响实际观看的效果下，获得更低的编码比特率。另外，利用时域滤波后残差数据进行计算处理，在复杂度和实现的难易度上均比较简单，具有简便易行的特点。

本发明的技术方案是提供一种基于三维小波视频编码的码率控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤一、对于一个包含N帧图像的帧组进行基于运动轨迹的时域滤波；

步骤二、分别计算时域滤波后高低频帧中每一帧的能量和方差；

步骤三、结合时域滤波后当前帧的能量与当前帧所在的时域滤波级数，计算当前帧的能量所占整个帧组能量的比率，并通过该比率计算一个能量和滤波级数相关的人眼视觉权重系数，在码率控制中用能量和滤波级数相关的人眼视觉权重系数修改原有的目标比特数平均分配公式，得到修改后的目标比特数平均分配公式；

步骤四、结合时域滤波后当前帧的方差与当前帧所在的时域滤波级数，计算每个子带方差和滤波级数相关的人眼视觉权重系数，利用方差和滤波级数相关的人眼视觉权重系数，对每个子带的量化步长进行调整，修改原始的子带量化矩阵，得到修改后的子带量化矩阵；

步骤五、根据修改后的目标比特数平均分配公式与子带量化矩阵进行后续编码。

进一步地，步骤一具体为：

对一个帧组中的N＝2ⁿ帧图像，其中，n为时域滤波的级数，以相邻三帧为基本单位，采用5/3小波进行运动估计，按照运动轨迹进行时域滤波；当不足三帧时，采用Haar小波进行时域滤波处理。

进一步地，步骤二中低频帧先去除直流分量后再计算每帧的能量和方差。

进一步地，步骤二中通过下式计算能量和方差：

能量：

方差：

其中，coeff(i,j)代表图像在i,j的像素值，M，N代表图像的长宽。

进一步地，步骤三中当前帧的能量所占整个帧组能量的比率ratio通过式(3)计算：