[发明专利]一种基于3D-Gradient引导的屏幕内容视频编码码率控制方法

说明书

本发明涉及一种基于3D‑Gradient引导的屏幕内容视频编码码率控制方法，属于视频编码领域。本方法采用3D‑Gradient滤波器同时提取屏幕内容视频序列空域和时域的边缘结构特征以及运动信息，将屏幕内容中空域和时域特征进行融合，获取最终的像素级复杂度因子。通过像素级复杂度因子计算CTU级复杂度因子CF进行CTU级的目标比特分配。利用当前编码帧的参考帧以及重建帧的相似度结合目标比特进行率失真模型的构建，实现目标比特，引导码率控制模型的生成。本发明提出的屏幕内容视频编码码率控制方法能够提高码率控制精度，明显改善重建视频序列的率失真性能，在一定程度上降低视频编码时间复杂度。

技术领域

本发明涉及视频编码领域，尤其涉及一种基于3D-Gradient引导的屏幕内容视频编码码率控制方法。

背景技术

随着通信互联网技术的快速发展，视频应用越来越多，对视频进行传输及通信的需求也来越广泛。对视频信号进行采集后数据十分巨大，给视频传输和存储带来很大挑战，所以对视频进行编码十分必要。为了统一视频压缩标准和码流格式，国际视频组织制定了一系列视频编码标准。随着高清和超高清视频的快速发展，提高视频压缩效率，ITU的视频编码专家组(Video Coding Experts Group,VCEG)和ISO/IEC的运动图像专家组(MovingPicture Experts Group,MPEG)组成了联合视频编码工作组(JCT-VC)共同制定了新一代高效视频编码标准H.265/HEVC(High Efficiency Video Coding)[1]。

随着移动通信、多媒体通信、云计算、网络交互体验等的快速发展，基于屏幕内容视频(SCVs)的应用也在不断发展壮大，如视频会议、远程学习、视频广播、屏幕分享、3D游戏等。与自然内容视频(NCV)的平滑边缘和粗线特征相比，屏幕内容视频(SCV)在空间域上具有大量的锋利边缘和平坦区域、计算机图形和文本、重复块和灵活的编码模式[3]。在时域上，SCV的运动场常出现长时间静止块、连续块和屏幕突变块[4]。为了实现有效的SCV编码，一种高效视频编码(HEVC)标准的扩展被提出，命名为HEVC-SCC[5]。引入了新的工具来充分利用SCV的特性，包括块内复制(IBC)、调色板模式(PLT)、自适应颜色变换(ACT)和自适应运动矢量分辨率(AMVR)[1]等。

不同的视频信号，内容特性差别很大，导致编码后的码流大小是不同的。当编码码率大于传输带宽时，码流将在编码器端缓冲区积累，一旦比特流累计超过缓冲区大小，某些帧必须被跳过，视频质量被破坏。相反，如果码率小于信道容量时，将会造成信道和缓冲器资源的浪费。为了适应网络传输带宽的要求，对码率进行控制是屏幕内容视频编码中的一项关键技术。码率控制主要建立编码码率和量化参数之间的数学关系模型，根据目标码率确定编码参数，使编码后的码率能够适应当前视频传输带宽的要求，以免造成传输过程中带宽资源的浪费或者视频资源的溢出。与传统视频相比，屏幕内容视频具有锐利的边缘、大量的平坦区域，重复的图案和模式等特点。这些特征使得传统的码率控制方法并不适用于屏幕内容视频序列，对屏幕内容进行码率控制技术成为一项具有挑战的问题。所以，针对屏幕内容视频进行码率控制方法研究十分必要。

发明内容

本发明的主要目的在于结合屏幕内容特性的屏幕内容视频编码(SCVC)码率控制方法，提出一种基于3D-Gradient引导的屏幕内容视频编码码率控制方法，能够提高屏幕内容编码质量、率失真性能、编码复杂度以及码率控制精度。

一种基于3D-Gradient引导的屏幕内容视频编码码率控制方法，包括如下步骤：

1)通过3D-Gradient滤波器对屏幕内容视频序列进行空域以及时域特征提取；

2)通过提取X,Y和T方向上的空时域特征融合计算像素级复杂度因子，计算编码树单元(CTU)的复杂度因子(CF)；

3)结合编码树单元的复杂度因子以及当前编码帧的复杂度因子计算当前编码树单元的复杂度因子，进行编码树单元的目标比特分配；