CN103561270A - 一种用于hevc的编码控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种用于HEVC的编码控制方法及装置，包括读入当前待压缩图像帧同时读入相应的待压缩图像辅助信息，对当前待压缩图像帧中当前待编码的最大编码单元以当前待压缩图像帧的量化系数值作为参考量化系数；根据是否***率控制和图像辅助信息类型，基于参考量化系数和当前待编码的最大编码单元相应的待压缩图像辅助信息的平均值得出当前待编码的最大编码单元的量化参数修正值；根据量化系数修正值是否越界并进行调整，得到最终量化系数修正值后进行编码。在码率控制模式配置下实现相同码率下尽可能获得更高质量的图像，在非码率控制模式配置下实现尽量不损失过多图像质量前提下减少更多码率。

Description

一种用于HEVC的编码控制方法及装置

技术领域

本发明属于高性能视频编码(High Efficient Video Coding,HEVC)技术领域，特别是涉及实现编码码率和视频质量优化的一种用于HEVC的编码控制方法及装置。

背景技术

近年来，视频内容逐渐朝着高画质与高解析度发展，为了应此需求，国际标准组织ISO/IEC和ITU-T制订了新一代视频编解码标准High Efficient Video Coding(HEVC)，比H.264/AVC及之前几代编码技术提供更高的压缩效率。HEVC能够用比H.264少一半的码率提供相同清晰度的视频，可以节省大量的存储空间、视频传输的带宽和降低维护成本。

HEVC标准编码过程大致如下：帧首先被切分成多个块状区域，HEVC提出了基于大尺度四叉树编码结构，使用编码单元、预测单元和变换单元描述整个编码过程，可变范围为64x64至8x8。图像首先以最大编码单元为单位进行编码，在最大编码单元内部按照四叉树结构进行子块划分，直至成为最小编码单元为止。对于每个编码单元，HEVC使用预测单元来实现该编码单元的预测过程，预测单元的尺寸受限于所属的编码单元，它可以是方块也可以是矩形。HEVC支持4x4至32x32的编码变换，以变换单元为基本单元进行变换和量化。为提高大尺寸编码单元的编码效率，DCT变换同样采用四叉树的变换结构。HEVC的帧内、帧间预测采用相邻块重构像素对当前块进行帧内预测，从相邻块的运动矢量中选择预测运动矢量，支持多参考帧预测等。同时，HEVC采用了如多角度预测，高精度运动补偿等多种技术，使得预测精度大大提高。HEVC的帧内预测将预测方向扩展到33种，增加了帧内预测的精确度。HEVC的编码器内部增加了像素比特深度，最大可支持12bit的解码图像输出，提高了解码图像的信息精度，在双向运动补偿过程都将使用14bit的精度进行相关计算。另外HEVC采用上下文自适应二进制算术编码，用于高效编码。帧内或帧间的预测结果和实际画面之间的残差数据经过变换、采样、量化、熵编码后和预测信息一起传输给解码器。编码器和解码器通过传输预测模式信息和运动矢量（MV），计算运动补偿，进而重建帧间预测数据。

现有的HEVC帧内编码过程中，输入图像在编码前会被切分成多个块状区域。HEVC基于大尺度四叉树编码结构让编码器对高分辨率视频编码更有效率。编码树单元(CTU)可以包含有一个编码单元(Coding Unit,CU)或是切割成多个较小的编码单元，如图1所示，32×32的CU可进一步切割为16×16的CU、8×8的CU…高效率视频编码HEVC的编码单元可以很方便地利用四分树(Quadtree)的方式呈现，如图2所示。四分树是一种递归结构，四分数上的数字表示这个节点是否继续做分割，若此节点会继续分割则为1，若不继续分割则为0。由图2可看出节点上的数字为0时，此节点为编码单元。换句话说，在编码树内叶子节点(Leaf Node)为编码单元。编码树的顺序如图1的虚线所示，在编码单元上采用Z-scan的方式，对编码树来说即为深度优先遍历。编码单元的大小支持2Nx2N，其中N=4、8、16或32，因此HEVC的四分树最高深度(Depth)为4。

HEVC允许对每个CU的采用不同的量化系数。通过给参数cu_qp_delta_abs定义CU亮度信息对应的量化参数与参考CU的差值的绝对值，并通过参数cu_qp_delta_sign定义其对应的符号位。如果cu_qp_delta_sign=0，其对应的CU的与参考CU的量化系数的差值为正值，否则为负值，同时如果cu_qp_delta_sign没有被定义说明其对应的CU的与参考CU的量化系数的差值为0。但是HEVC标准并不定义如何决定cu_qp_delta_abs和cu_qp_delta_sign。本技术领域缺乏自适应调整量化系数提高压缩比的可实现方案。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供一种根据图像辅助信息，自适应调整量化系数，提高压缩比的基于HEVC框架的压缩编码技术方案。

本发明提供的技术方案包括一种用于HEVC的编码控制方法，包括以下步骤：

步骤1，从视频中依次读入一个图像帧，对读入的当前待压缩图像帧同时读入相应的待压缩图像辅助信息；

步骤2，从当前待压缩图像帧中依次提取一个待编码的最大编码单元，对当前待编码的最大编码单元，以当前待压缩图像帧的量化系数值作为参考量化系数QP₀，当前待编码的最大编码单元的坐标信息记为(i,j)；

步骤3，统计当前待压缩图像帧相应的待压缩图像辅助信息的平均值x，根据坐标信息(i,j)统计当前待编码的最大编码单元相应的待压缩图像辅助信息的平均值y（i,j）；

步骤4，检测有***率控制；

步骤5，根据步骤4的监测结果和图像辅助信息类型，采用对应的模型函数得出当前待编码的最大编码单元的量化参数修正值QP(i,j)；

步骤6，判断步骤5所得当前待编码的最大编码单元的量化系数修正值QP(i,j)是否越界并对越界的量化系数修正值QP(i,j)进行调整，得到最终量化系数修正值QP_z(i,j)；

步骤7，根据步骤6所得最终量化系数修正值QP_z(i,j)对当前待编码的最大编码单元进行编码；

步骤8，返回步骤2，从当前待压缩图像帧中提取下一个待编码的最大编码单元以及坐标信息(i,j)，将下一个待编码的最大编码单元作为新的当前待编码的最大编码单元进行处理，直至当前待压缩图像帧编码结束，进入步骤9；

步骤9，返回步骤1，从视频中依次读入下一图像帧作为新的当前待压缩图像帧及相应的待压缩图像辅助信息，对新的当前待压缩图像帧进行处理，直至视频中全部图像帧编码结束，结束流程。

而且，图像辅助信息类型为1或2，为1时待压缩图像辅助信息取值越大表示越重要，为2时待压缩图像辅助信息取值越小表示越重要；步骤5中，所述模型函数如下，

***率控制时，

图像辅助信息类型为1时，使用模型函数A如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0-m,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0-m+\frac{m+n}{\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&alpha;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0+n,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

图像辅助信息类型为2时，使用模型函数B如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0+m,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m+\frac{m+n}{\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0-n,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

***率控制时，

图像辅助信息类型为1时，使用模型函数C如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+\frac{m}{\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&alpha;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

图像辅助信息类型为2时，使用模型函数D如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0+m& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m+\frac{m}{\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

其中，m，n为预设参数值，α，β由当前待压缩图像帧相应的待压缩图像辅助信息的平均值x乘以一个相应预设系数值得到。

而且，***率控制时，置m=2，n=2，α=2x×0.5，β=2x×0.8，***率控制时置m=4，α=2×x×0.5，β=2x×0.8。

而且，最大编码单元的尺寸为64×64。

本发明还相应提供一种用于HEVC的编码控制装置，包括以下单元：

图像帧读取单元，用于从视频中依次读入一个图像帧，对读入的当前待压缩图像帧同时读入相应的待压缩图像辅助信息；

最大编码单元读取单元，用于从当前待压缩图像帧中依次提取一个待编码的最大编码单元，对当前待编码的最大编码单元，以当前待压缩图像帧的量化系数值作为参考量化系数QP₀，当前待编码的最大编码单元的坐标信息记为(i,j)；

辅助信息平均值统计单元，用于统计当前待压缩图像帧相应的待压缩图像辅助信息的平均值x，根据坐标信息(i,j)统计当前待编码的最大编码单元相应的待压缩图像辅助信息的平均值y（i,j）；

码率控制监测单元，用于检测有***率控制；

量化参数修正单元，用于根据码率控制监测单元的监测结果和图像辅助信息类型，采用对应的模型函数得出当前待编码的最大编码单元的量化参数修正值QP（i,j)；

量化参数修正值调制单元，用于判断量化参数修正单元所得当前待编码的最大编码单元的量化系数修正值QP（i,j)是否越界并对越界的量化系数修正值QP（i,j)进行调整，得到最终量化系数修正值QP_z(i,j)；

修正值编码单元，用于根据量化参数修正值调制单元所得最终量化系数修正值QP_z(i,j)对当前待编码的最大编码单元进行编码；

图像帧编码结束判断单元，用于控制最大编码单元读取单元从当前待压缩图像帧中提取下一个待编码的最大编码单元以及坐标信息(i,j)，将下一个待编码的最大编码单元作为新的当前待编码的最大编码单元进行处理，直至当前待压缩图像帧编码结束；

视频编码结束判断单元，用于控制图像帧读取单元从视频中依次读入下一图像帧作为新的当前待压缩图像帧及相应的待压缩图像辅助信息，对新的当前待压缩图像帧进行处理，直至视频中全部图像帧编码结束。

而且，图像辅助信息类型为1或2，为1时待压缩图像辅助信息取值越大表示越重要，为2时待压缩图像辅助信息取值越小表示越重要；量化参数修正单元中，所述模型函数如下，

***率控制时，

图像辅助信息类型为1时，使用模型函数A如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0-m,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0-m+\frac{m+n}{\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&alpha;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0+n,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

图像辅助信息类型为2时，使用模型函数B如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0+m,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m+\frac{m+n}{\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0-n,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

***率控制时，

图像辅助信息类型为1时，使用模型函数C如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+\frac{m}{\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&alpha;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

图像辅助信息类型为2时，使用模型函数D如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0+m& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m+\frac{m}{\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

其中，m，n为预设参数值，α，β由当前待压缩图像帧相应的待压缩图像辅助信息的平均值x乘以一个相应预设系数值得到。

而且，***率控制时，置m=2，n=2，α=2x×0.5，β=2x×0.8，***率控制时置m=4，α=2×x×0.5，β=2x×0.8。

而且，最大编码单元的尺寸为64×64。

根据提供了压缩图像的CU的重要性信息的待压缩图像辅助信息，本发明根据该信息提出了待压缩图像CU的量化系数调整方案，基于每个CU对视频质量的影响，决定CU所采用的量化系数。对于视频质量不重要的CU，本发明采用较大的量化系数，降低其对应所产生码流的码率。对于视频质量重要的CU，本发明采用较小的量化系数，以保证其压缩后的质量。在***率控制的情况下，相对固定帧内CU量化系数，即所有CU统一使用相同量化系数的情况下，本发明有效减少所产生的码率。在***率控制的情况下，通过基于CU的视频质量的CU量化系数控制，在同样的帧码率情况下，本发明能有效提高视频质量。经过图像辅助信息优化过的图像量化等级更加合理，可以进一步提高压缩效率。

附图说明

图1为现有技术中HEVC的编码单元切割示意图。

图2为现有技术中HEVC的编码单元四分树示意图。

图3为本发明实施例的待压缩图像64x64CU及对应参考量化系数QP₀的示意图。

图4为本发明实施例的待压缩图像辅助信息示意图。

图5为本发明实施例的待压缩图像64x64CU及最终量化系数修正值QP_z(i,j)的示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例说明本发明技术方案。

本发明利用图像辅助信息来帮助修改当前CU的量化系数获得每一个64x64的CU块更合适的量化系数QP值。考虑到在一帧图像内，不是每一处都需要相同精细程度的图像，本发明采用一种图像掩码作为辅助信息序列与待压缩视频相匹配，每处的量化系数都由此处的图像辅助信息进行修正，获得最终的量化参数修正值。并且检测有***率控制，在码率控制模式配置下目的是在相同码率下尽可能获得更高质量的图像，在非码率控制模式配置下目的是在尽量不损失过多图像质量前提下减少更多码率。最后，判断量化参数修正值是否在HEVC的量化参数修正值门限之内，得到最终的量化参数修正值。

本发明实施例在HM11.0实验平台上实现，本领域技术人员可采用软件技术实现自动运行流程，所述流程包括步骤如下：

步骤1，从视频中依次读入一个图像帧，对读入的当前待压缩图像帧，读入相应的待压缩图像辅助信息。本发明在HEVC现有编码过程的框架内改进，当读入待压缩图像时同时读入待压缩图像辅助信息即可。具体实施时可按时间先后提取图像帧。

实施例的图像帧中每个点具有相应的待压缩图像辅助信息，代表该点的重要性，当前待压缩图像帧内所有点相应的待压缩图像辅助信息构成当前待压缩图像帧相应的待压缩图像辅助信息，当前待压缩图像帧相应的待压缩图像辅助信息可视为一个待压缩图像辅助信息帧。具体实施时，每个点的待压缩图像辅助信息可采用8位数据表示，取值为0、1、...255之间。可以定义取值越大表示越重要，或者取值越小表示越重要，这两种方式都是可行的。可定义图像辅助信息类型标识这两种方式，当图像辅助信息类型为1时，图像帧中的待压缩图像辅助信息以较小值表示较重要点，当图像辅助信息类型2时，图像帧中的待压缩图像辅助信息以较大值表示较重要点，根据待压缩图像辅助信息可以明显反应当前待压缩图像帧中哪些CU较重要。

步骤2，从当前待压缩图像帧中依次提取一个待编码的最大编码单元，对当前待编码的最大编码单元，以当前待压缩图像帧的量化系数值作为参考量化系数QP₀。具体实施时一般按从上到下、从左到右的顺序从图像帧中提取待编码的最大编码单元。

实施例中，待编码最大编码单元为64x64的CU块，从当前待编码的最大编码单元中逐一取64x64的CU块进行同样处理。对当前取出的64x64的CU块，从本步骤开始进行编码单元量化系数计算。实施例读取当前取出的64x64的CU块的坐标信息(i,j)，并以当前待压缩图像帧的量化系数值作为参考量化系数QP₀。也就是说，将当前待压缩图像帧的量化系数值作为帧内所有64x64的CU块的参考量化系数QP₀。

步骤3，统计当前待压缩图像帧相应的待压缩图像辅助信息的平均值x以及当前待编码的最大编码单元相应的待压缩图像辅助信息的平均值y（i,j），其中（i,j）为当前待编码的最大编码单元和待压缩图像辅助信息帧中相应块的坐标。

实施例根据待编码的64x64的CU块的坐标(i,j)，统计待压缩图像辅助信息帧相应坐标处64x64块的平均值y(i,j)，以及待压缩图像辅助信息帧的平均值x。具体实施时，对当前待压缩图像帧中提取的第一个待编码的最大编码单元执行到步骤3得到的平均值x，后续处理当前待压缩图像帧的其他最大编码单元时可以直接使用该值，无需重复统计。

如图3所示，当前待压缩图像帧有13x7块大小为64x64的CU，黑色框标出的块为当前正在编码的CU，帧内所有64x64的CU块的参考量化系数QP₀为32。图4所示相应待压缩图像辅助信息帧有相同大小的一块与之匹配的图像辅助信息，统计待压缩图像辅助信息帧的平均值x以及其对应待压缩图像每个64x64的CU块的相应64x64块的平均值y（i,j），其中（i,j）为帧中64x64大小块的坐标。例如图4中，待压缩图像辅助信息帧各64x64块的平均值y（i,j）有0、123、255等取值。

步骤4，检测有***率控制。

HEVC现有编码过程的框架内提供了开启码率控制的控制函数，实施例读取该控制函数取值即可得知编码过程是在码率控制模式配置还是非码率控制模式配置下。

步骤5，读取使用的辅助图像类型，根据对应的模型函数得出当前待编码的最大编码单元的量化参数修正值。

在码率控制模式配置，如图像辅助信息类型为1，即较小值表示较重要CU，对值较小即重要性较高的CU采用较小的量化系数，量化系数控制的具体方法为：令量化参数修正值

并通过预设值控制量化系数修正值QP(i,j)的门限。如图像辅助信息类型为2，即较大值表示较重要CU，对值较大即重要性较高的CU采用较小的量化系数，量化系数控制的具体方法为：令量化参数修正值(y(i,j)-α)，并通过预设值控制量化系数修正值QP(i,j)的门限。

在非码率控制模式配置，如图像辅助信息类型为1，即较小值表示较重要CU，对值较小即重要性较高的CU采用较小的量化系数，量化系数控制的具体方法为：令量化参数修正值

并通过预设值控制量化系数修正值QP(i,j)的门限。如图像辅助信息类型为2，即较大值表示较重要CU，对值较大即重要性较高的CU采用较小的量化系数，量化系数控制的具体方法为：令量化参数修正值

α)，并通过预设值控制量化系数修正值QP(i,j)的门限。

总结如下：

***率控制时，

图像辅助信息类型为1时，使用模型函数A如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0-m,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0-m+\frac{m+n}{\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&alpha;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0+n,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

图像辅助信息类型为2时，使用模型函数B如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0+m,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m+\frac{m+n}{\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0-n,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

***率控制时，

图像辅助信息类型为1时，使用模型函数C如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+\frac{m}{\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&alpha;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

图像辅助信息类型为2时，使用模型函数D如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0+m& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m+\frac{m}{\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

其中，m，n为预设参数值，控制量化系数修正值QP(i,j)的门限，保证量化系数修正值QP(i,j)符合所需效果。参数α，β由当前待压缩图像帧相应的待压缩图像辅助信息的平均值x乘以一个相应预设系数值得到。可以根据具体情况由本领域技术人员预先设置参数值和系数值，例如码率控制是否开启。

实施例判断码率控制是否开启，如是，则进入操作a，如否，则进入操作b。

操作a，基于码率控制下的视频压缩编码：实施例设置m=2，n=2，α=2x×0.5，β=2x×0.8。如果为类型1，求出当前待编码的最大编码单元的量化系数修正值QP(i,j)，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0-2,& y(i,j)\&le;x\\ {\mathrm{QP}}_0-2+\frac{4}{2x\&times;0.3}\&times;(y(i,j)-\mathrm{x\&alpha;}),& x<y(i,j)\&le;2x\&times;0.8\\ {\mathrm{QP}}_0+2,& y(i,j)>2x\&times;0.8\end{array}\right.$

如果为类型2，求出当前待编码的最大编码单元的量化系数修正值QP(i,j)，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0+2,& y(i,j)\&le;x\\ {\mathrm{QP}}_0+2-\frac{4}{2x\&times;0.3}\&times;(y(i,j)-\mathrm{x\&alpha;}),& x<y(i,j)\&le;2x\&times;0.8\\ {\mathrm{QP}}_0-2,& y(i,j)>2x\&times;0.8\end{array}\right.$

操作b，基于非码率控制下的视频压缩编码：这里实施例m=4，α=2×x×0.5，β=2x×0.8。如果为类型1，求出当前待编码的最大编码单元的量化系数修正值QP(i,j)，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0,& y(i,j)\&le;x\\ {\mathrm{QP}}_0+\frac{4}{2x\&times;0.3}\&times;(y(i,j)-x),& x<y(i,j)\&le;2x\&times;0.8\\ {\mathrm{QP}}_0+4& y(i,j)>2x\&times;0.8\end{array}\right.$

如果为类型2，求出当前待编码的最大编码单元的量化系数修正值QP(i,j)，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0+4,& y(i,j)\&le;x\\ {\mathrm{QP}}_0+4-\frac{4}{2x\&times;0.3}\&times;(y(i,j)-x),& x<y(i,j)\&le;2x\&times;0.8\\ {\mathrm{QP}}_0,& y(i,j)>2x\&times;0.8\end{array}\right.$

步骤6，判断步骤5所得当前待编码的最大编码单元的量化系数修正值QP(i,j)是否越界并对越界的量化系数修正值QP(i,j)进行调整，得到最终量化系数修正值QP_z(i,j)。

具体实施时，可利用HEVC现有框架判断量化系数修正值QP(i,j)是否越界，即界限为[0-51]。当量化系数修正值QP(i,j)取值为0,1,…,50,51中任一时未越界，当量化系数修正值QP(i,j)取值小于0或大于51时越界。当量化系数修正值QP(i,j)取值小于0时调整为等于0，当量化系数修正值QP(i,j)取值大于51时调整为等于51，使调整后最终量化系数修正值QP_z(i,j)满足在0-51范围内。

步骤7，根据步骤6所得最终量化系数修正值QP_z(i,j)对当前待编码的最大编码单元进行编码。

具体实施时，根据HEVC现有编码过程的框架，将当前64x64的CU的最终量化系数修正值QP_z(i,j)带入HEVC框架进行编码即可，例如根据QP_z(i,j)=33得到cu_qp_delta_abs=33-32=1和cu_qp_delta_sign为正，具体实现为现有技术。

步骤8，返回步骤2，从当前待压缩图像帧中提取下一个待编码的最大编码单元以及坐标信息(i,j)，将下一个待编码的最大编码单元作为新的当前待编码的最大编码单元，这样重复步骤2至7对新的当前待编码的最大编码单元进行处理，直至当前待压缩图像帧编码结束，进入步骤9。

步骤9，返回步骤1，从视频中依次读入下一图像帧作为新的当前待压缩图像帧，并读入相应的待压缩图像辅助信息，重复步骤1至8对新的当前待压缩图像帧进行处理，直至视频中全部图像帧编码结束，结束流程。

实施例的流程设计为，在步骤7完成后，判断当前帧中是否还有未编码完成的编码单元，如是，返回步骤2提取下一个64x64的CU并更新坐标信息(i,j)，如否，当前帧编码完成，进一步判断是否到达视频尾，如到达，则全部编码结束，如未到达，则返回步骤1，读入下一帧待压缩图像并同时读入对应的下一帧待压缩图像辅助信息。最后图5为根据图4图像辅助信息压缩完成后图像最终量化系数修正值分布示例，各64x64的CU最终量化系数修正值有32、33、34等取值。

具体实施时，还可以采用软件模块化技术相应提供一种用于HEVC的编码控制装置，包括以下单元：

图像帧读取单元，用于从视频中依次读入一个图像帧，对读入的当前待压缩图像帧同时读入相应的待压缩图像辅助信息；

最大编码单元读取单元，用于从当前待压缩图像帧中依次提取一个待编码的最大编码单元，对当前待编码的最大编码单元，以当前待压缩图像帧的量化系数值作为参考量化系数QP₀，当前待编码的最大编码单元的坐标信息记为(i,j)；

辅助信息平均值统计单元，用于统计当前待压缩图像帧相应的待压缩图像辅助信息的平均值x，根据坐标信息(i,j)统计当前待编码的最大编码单元相应的待压缩图像辅助信息的平均值_y（i,j）；

码率控制监测单元，用于检测有***率控制；

量化参数修正单元，用于根据码率控制监测单元的监测结果和图像辅助信息类型，根据对应的模型函数得出当前待编码的最大编码单元的量化参数修正值QP(i,j)；

量化参数修正值调制单元，用于判断量化参数修正单元所得当前待编码的最大编码单元的量化系数修正值QP(i,j)是否越界并对越界的量化系数修正值QP(i,j)进行调整，得到最终量化系数修正值QP_z(i,j)；

修正值编码单元，用于根据量化参数修正值调制单元所得最终量化系数修正值QP_z(i,j)对当前待编码的最大编码单元进行编码；

图像帧编码结束判断单元，用于控制最大编码单元读取单元从当前待压缩图像帧中提取下一个待编码的最大编码单元以及坐标信息(i,j)，将下一个待编码的最大编码单元作为新的当前待编码的最大编码单元进行处理，直至当前待压缩图像帧编码结束；

视频编码结束判断单元，用于控制图像帧读取单元从视频中依次读入下一图像帧作为新的当前待压缩图像帧及相应的待压缩图像辅助信息，对新的当前待压缩图像帧进行处理，直至视频中全部图像帧编码结束。

各单元具体实现与流程步骤相应，不予赘述。

以上仅是用以说明本发明的具体实施案例而已，并非用以限定本发明的可实施范围。熟悉本领域的技术人员在不违背本发明所指示的精神与原理下所完成的一切等效变形、替换或修饰，仍包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种用于HEVC的编码控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，从视频中依次读入一个图像帧，对读入的当前待压缩图像帧同时读入相应的待压缩图像辅助信息；

步骤2，从当前待压缩图像帧中依次提取一个待编码的最大编码单元，对当前待编码的最大编码单元，以当前待压缩图像帧的量化系数值作为参考量化系数QP₀，当前待编码的最大编码单元的坐标信息记为(i,j)；

步骤3，统计当前待压缩图像帧相应的待压缩图像辅助信息的平均值x，根据坐标信息(i,j)统计当前待编码的最大编码单元相应的待压缩图像辅助信息的平均值y（i,j）；

步骤4，检测有***率控制；

步骤5，根据步骤4的监测结果和图像辅助信息类型，采用对应的模型函数得出当前待编码的最大编码单元的量化参数修正值QP(i,j)；

步骤6，判断步骤5所得当前待编码的最大编码单元的量化系数修正值QP(i,j)是否越界并对越界的量化系数修正值QP(i,j)进行调整，得到最终量化系数修正值QP_z(i,j)；

步骤7，根据步骤6所得最终量化系数修正值QP_z(i,j)对当前待编码的最大编码单元进行编码；

步骤8，返回步骤2，从当前待压缩图像帧中提取下一个待编码的最大编码单元以及坐标信息(i,j)，将下一个待编码的最大编码单元作为新的当前待编码的最大编码单元进行处理，直至当前待压缩图像帧编码结束，进入步骤9；

步骤9，返回步骤1，从视频中依次读入下一图像帧作为新的当前待压缩图像帧及相应的待压缩图像辅助信息，对新的当前待压缩图像帧进行处理，直至视频中全部图像帧编码结束，结束流程。

2.根据权利要求1所述用于HEVC的编码控制方法，其特征在于：图像辅助信息类型为1或2，为1时待压缩图像辅助信息取值越大表示越重要，为2时待压缩图像辅助信息取值越小表示越重要；步骤5中，所述模型函数如下，

***率控制时，

图像辅助信息类型为1时，使用模型函数A如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0-m,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0-m+\frac{m+n}{\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&alpha;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0+n,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

图像辅助信息类型为2时，使用模型函数B如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0+m,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m+\frac{m+n}{\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0-n,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

***率控制时，

图像辅助信息类型为1时，使用模型函数C如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+\frac{m}{\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&alpha;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

图像辅助信息类型为2时，使用模型函数D如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0+m& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m+\frac{m}{\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

其中，m，n为预设参数值，α，β由当前待压缩图像帧相应的待压缩图像辅助信息的平均值x乘以一个相应预设系数值得到。

3.根据权利要求2所述用于HEVC的编码控制方法，其特征在于：***率控制时，置m=2，n=2，α=2x×0.5，β=2x×0.8，***率控制时置m=4，α=2×x×0.5，β=2x×0.8。

4.根据权利要求1或2或3所述用于HEVC的编码控制方法，其特征在于：最大编码单元的尺寸为64×64。

5.一种用于HEVC的编码控制装置，其特征在于，包括以下单元：

图像帧读取单元，用于从视频中依次读入一个图像帧，对读入的当前待压缩图像帧同时读入相应的待压缩图像辅助信息；

最大编码单元读取单元，用于从当前待压缩图像帧中依次提取一个待编码的最大编码单元，对当前待编码的最大编码单元，以当前待压缩图像帧的量化系数值作为参考量化系数QP₀，当前待编码的最大编码单元的坐标信息记为(i,j)；

辅助信息平均值统计单元，用于统计当前待压缩图像帧相应的待压缩图像辅助信息的平均值x，根据坐标信息(i,j)统计当前待编码的最大编码单元相应的待压缩图像辅助信息的平均值y（i,j）；

码率控制监测单元，用于检测有***率控制；

量化参数修正单元，用于根据码率控制监测单元的监测结果和图像辅助信息类型，采用对应的模型函数得出当前待编码的最大编码单元的量化参数修正值QP(i,j)；

量化参数修正值调制单元，用于判断量化参数修正单元所得当前待编码的最大编码单元的量化系数修正值QP(i,j)是否越界并对越界的量化系数修正值QP(i,j)进行调整，得到最终量化系数修正值QP_z(i,j)；

修正值编码单元，用于根据量化参数修正值调制单元所得最终量化系数修正值QP_z(i,j)对当前待编码的最大编码单元进行编码；

图像帧编码结束判断单元，用于控制最大编码单元读取单元从当前待压缩图像帧中提取下一个待编码的最大编码单元以及坐标信息(i,j)，将下一个待编码的最大编码单元作为新的当前待编码的最大编码单元进行处理，直至当前待压缩图像帧编码结束；

视频编码结束判断单元，用于控制图像帧读取单元从视频中依次读入下一图像帧作为新的当前待压缩图像帧及相应的待压缩图像辅助信息，对新的当前待压缩图像帧进行处理，直至视频中全部图像帧编码结束。

6.根据权利要求5所述用于HEVC的编码控制装置，其特征在于：图像辅助信息类型为1或2，为1时待压缩图像辅助信息取值越大表示越重要，为2时待压缩图像辅助信息取值越小表示越重要；量化参数修正单元中，所述模型函数如下，

***率控制时，

图像辅助信息类型为1时，使用模型函数A如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0-m,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0-m+\frac{m+n}{\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&alpha;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0+n,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

图像辅助信息类型为2时，使用模型函数B如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0+m,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m+\frac{m+n}{\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0-n,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

***率控制时，

图像辅助信息类型为1时，使用模型函数C如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0,& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+\frac{m}{\mathrm{\&beta;}-\mathrm{\&alpha;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

图像辅助信息类型为2时，使用模型函数D如下，

$\mathrm{QP}(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{QP}}_0+m& y(i,j)\&le;\mathrm{\&alpha;}\\ {\mathrm{QP}}_0+m+\frac{m}{\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;}}\&times;(y(i,j)-\mathrm{\&alpha;}),& \mathrm{\&alpha;}<y(i,j)\&le;\mathrm{\&beta;}\\ {\mathrm{QP}}_0,& y(i,j)>\mathrm{\&beta;}\end{array}\right.$

其中，m，n为预设参数值，α，β由当前待压缩图像帧相应的待压缩图像辅助信息的平均值x乘以一个相应预设系数值得到。

7.根据权利要求6所述用于HEVC的编码控制装置，其特征在于：***率控制时，置m=2，n=2，α=2x×0.5，β=2x×0.8，***率控制时置m=4，α=2×x×0.5，β=2x×0.8。

8.根据权利要求5或6或7所述用于HEVC的编码控制装置，其特征在于：最大编码单元的尺寸为64×64。

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