[发明专利]一种基于时间依赖率失真优化的H.264到H.265转码方法

说明书

本发明涉及一种基于时间依赖率失真优化的H.264到H.265转码方法，属于通信技术领域。转码方案主要分解码器H.264和重编码器H.265两个部分。解码器部分包括、熵解码、反量化、反变换。重编码部分包含信息提取模块、帧内预测、帧间预测、变换、量化、熵编码部分。重编码器信息提取模块利用了解码器得到的运动矢量信息，来加速重编码。为了提升编码质量，重编码器部分加入了时间依赖率失真优化算法，并对时间依赖率失真优化算法的时域失真传播链路做了针对性改进。所提方案在不明显降低编码质量的同时极大地提升率编码速度。

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于时间依赖率失真优化的H.264到H.265转码方法。

背景技术

众所周知，未经编码的原始视频信息，体积十分巨大，十分不利于存储和传输。视频编码旨在去图像帧之间的空间和时间冗余，在几乎不降低图像质量的同时，降低编码码率，从而实现视频的几到几百倍压缩。编码决策包括编码模式、运动矢量、量化参数、变化系数等。对于包含编码单元的视频序列，率失真优化问题可以表示为如下

R_i是编码单元i的比特率，D_i是编码单元i的失真，R_t代表总比特数，假设O是代表n个编码单元编码决策的有限集，其中(o₁，o₂，o₃，...，o_n)∈0，o_i代表第i个编码单元的编码决策。在视频编码中，编码单元之间大量使用了帧内预测或者帧间预测，因此编码单元i的率失代价不仅仅与当前编码单元的编码决策o_i有关，还与之前的编码决策o₁，o₂，o₃，...，o_n有关。一般采用拉格朗日乘子法将有约束问题转化为无约束优化形式

其中λ_g为拉格朗日乘子，通过R-D模型获取。

率失真优化问题十分复杂，为了易于编码实现，现有的视频编码器H.264/AVC、H.265/HEVC引入了独立性假设，即忽略编码单元的编码决策之间的依赖性，独立最小化每个编码单元的率失真代价函数J＝D_i(o_i)+λ·R_i(o_i)，用局部最优去近似全局最优。但易于编码实现的同时，也会降低编码器效率。

为了提升H.264/AVC编码器编码效率，考虑了不同编码单元编码决策之间的依赖性，有学者提出一种信源失真传播模型。在其启发下，又有学者，针对HEVC的分层编码结构，又进一步提出时间依赖率失真优化算法。该算法与HEVC编码器相比，在低延迟层次编码结构下，取得2.5％左右的编码增益。

在视频通信领域中，由于传输网络，终端设备的性能不同等原因，需要不同码率、编码标准、帧率、空间分辨率等码流间的互相转换，这是就要用到视频转码。转码器分为像素域转码器和变换域转码器两种。像素域转码器的常见实现形式是级联型。

级联型转码器实现简单，视频质量也不会降低，但是需要先解码后编码，因此时间复杂度很大，会造成延迟。时域转码器，需要先经过H.264解码器，然后再使用H.265重新编码。众所周知，因为编码需要进行率失真优化代价计算和最优编码模式选择的过程，所以编码的复杂度要远远高于解码的复杂度。重新编码过程是转码的主要耗时部分，耗时大概是解码的几十倍，H.264的码流传入转码器时首先通过H.264解码器解码，H.264解码器输出是像素域的，然后再传入H.265码器进行重编码，H.265编码器的输出就是H.265码流。由于H.264编码协议和H.265之间存在很多相似性，可以利用H.264解码端的先验信息(包括，运动向量，残差，分块信息等)，来加速H.265重编码的过程，从而降低整体转码复杂度。

发明内容