一种基于ssim评价的视频编码模式选择方法、系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于SSIM评价的视频编码模式选择方法及系统，所述的方法包含：步骤101）建立率失真优化模型，用于对每一个待编码的宏块获取其各种编码模式的拉格朗日代价值；步骤102）根据当前待编码宏块所属帧的前两帧的基于SSE评价的失真值和基于SSIM评价的失真值之间比值的平均值，确定该帧的帧层次的拉格朗日因子，然后利用所述待编码宏块的重要性测量对得到的帧层次的拉格朗日因子进一步缩放，求得该待编码宏块的宏块层次的拉格朗日因子；步骤103）依据获取的当前待编码宏块的拉格朗日因子，计算当前编码宏块的各种编码模式的拉格朗日代价值，最后选择拉格朗日代价值最小的编码模式作为当前待编码宏块的编码模式进行编码。
【专利说明】一种基于SSIM评价的视频编码模式选择方法、系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及视频编码与通信领域，特别涉及一种基于SSIM评价的视频编码模式选择方法、系统。 【背景技术】
[0002]随着网络技术的快速发展，多媒体应用，特别是视频应用得越来越广泛。由于传输带宽的限制，视频编码与压缩对高效的视频通信起着重要的作用。H.264/AVC编码已经取得了很好的压缩性能和广泛的应用。H.264/AVC标准其较好地编码性能得益于它所采用的率失真优化(rate-distortion optimization, RD0)模型与一系列的编码模式等。所述率失真优化RD0中所采用的客观的失真描述方式(如SAD，MSE等)具有计算简单实现简单的优点，但其并不能很好的体现人的视觉特性，因此H.264/AVC中已有的RD0模型并没有很好的考虑到人类的视觉特性。
[0003]近年来的研究表明，主观视觉结构相似性SSM在视频质量评价中相对于以往的失真评价方法在人类视觉特性匹配上具有一定的优越性。因此现有技术将主观视觉结构相似性SSIM引入到了 H.264/AVC编码的预测模式和宏块模式选择中，实验结果表明主观视觉结构相似性SSIM的引入在一定程度上提高了编码性能，较以往的SAD等失真描述方式，在相同的码率下，更能够提高人视觉感知到的视频质量。
[0004]但是，虽然现有技术将主观视觉结构相似性SSIM作为RD0模式选择的失真度量被引入到了 H.264/AVC的编码过程中，提高了编码后的重构视频的视觉感知质量，但目前的方法都引入了一定的计算复杂度，文献[Huang，Y.Η.，0u, T.S.，Su, P.Y., Chen, H.:Perceptual rate—distortion optimization using structural similarityindex as quality metric.1EEE Trans.CSV T, 1614-1624(November 2010)]中，作者米用对关键帧重复编码两次的方式来预测以后几帧的拉格朗日因子，并不利于实时编码的应用。特别是在率失真优化模型中拉格朗日因子决策过程中，其与视频内容相关的特性，以及传统基于均方误差评价的率失真优化模型中拉格朗日因子的优势没有被很好的利用，导致现有技术并不能取得最优的编码性能。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于，解决如何利用SSIM指导，进行低复杂度主观率失真优化视频编码，提高视频编码的主观质量，即本发明提供一种基于SSIM评价的视频编码模式选择方法、系统。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供了一种基于SSIM评价的视频编码模式选择方法，所述的方法包含:
[0007]步骤101)采用以下公式建立率失真优化模型，用于对每一个待编码的宏块获取其各种编码模式的拉格朗日代价值:
[0008]
【权利要求】
1.一种基于SSIM评价的视频编码模式选择方法，所述的方法包含:步骤101)采用以下公式建立率失真优化模型，用于对每一个待编码的宏块获取其各种编码模式的拉格朗日代价值:j — ) ΜΒ λ.° ~ ^ssim ^ssm1^其中，j表示某种编码模式的拉格朗日代价值，代表基于待编码宏块对应某种编码模式的SSIM评价的失真值，是该待编码宏块对应的拉格朗日因子，R表示待编码宏块的某种编码模式的编码比特数；步骤102)根据当前待编码宏块所属帧的前两帧的基于SSE评价的失真值和基于SSIM评价的失真值之间比值的平均值，确定该帧的帧层次的拉格朗日因子，然后利用所述待编码宏块的重要性测量对得到的帧层次的拉格朗日因子进一步缩放，求得该待编码宏块的宏块层次的拉格朗日因子;步骤103)依据获取的当前待编码宏块的的值，计算当前编码宏块的各种编码模式的拉格朗日代价值，最后选择拉格朗日代价值最小的编码模式作为当前待编码宏块的编码模式进行编码；其中，所述编码模式包含:帧内16X16，帧内8X8，帧内4X4，帧间16X16，帧间16X8，帧间8X16，帧间8X8，帧间8X4，帧间4X8，帧间4X4，跳过模式以及直接模式。
2.根据权利要求1所述的基于SSIM评价的视频编码模式选择方法，其特征在于，所述步骤101)还包含:用于获取每个宏块的基于SSIM评价的失真值的步骤，该失真值表现为原始图像和重构图像之间的结构相似性度量，对于第η帧，第m个宏块的SSIM失真，具体计算公式为:Z): =1-歷上,)其中，η为待编码视频图像信号中的任意一帧的帧序号，m为该帧中的某个宏块的序号，fn,m为第η帧原始图像第m个宏块的图像信号，为解码端重构的第η帧的第m个宏块图像信号。
3.根据权利要求1所述的基于SSIM评价的视频编码模式选择方法，其特征在于，步骤102)所述的帧层次的拉格朗日因子具体采用如下方式获取:首先，按如下公式计算当前待编码宏块所属帧的前两帧的基于SSE评价失真值和基于SSM评价的失真值的比值的预测值s/，其中i=2，3，4...:isY1-21>2，DLe ,^ssmi r其中，i表示帧序号表示第i帧的基于SSE评价的失真值，表示第i帧的基于SSIM评价的失真值，其为所述第i帧对应图像包含的所有宏块的SSIM失真值的和；然后，利用如下公式得到当前待编码宏块所属帧的帧层次的拉格朗日因子:
4.根据权利要求1所述的基于SSIM评价的视频编码模式选择方法，其特征在于，步骤102)所述的宏块层的拉格朗日因子具体采用如下方式获取:首先，利用当前待编码宏块的前一帧中对应位置的宏块以及周围相邻宏块的码率分布情况预测当前宏块编码比特数，具体预测公式如下:Bc= P p * Bp+ P u.Bu+ p d.Bd+ P !.Bx+ p r.Br,其中，Bc, Bp, Bu, Bd, B1； 分别表示当前待编码宏块c的编码比特数，当前待编码宏块c所属帧的前一帧中对应位置宏块p以及它周围的宏块u，d，1和r的编码比特数；P p, P u.p d.P 1和P 分别表示每一个宏块的权重，且它们满足p p+ p u+ p d+ p 1+ p !.= 1 ;然后，通过预测的当前待编码宏块的编码比特数B。，估计当前待编码宏块在其所属帧中的视觉感知重要性I。,且该重要性计算公式如下:
5.一种基于SSIM评价的视频编码模式选择系统，所述系统包含:模型建立及结果输出模块，用于采用以下公式建立所有待编码宏块的率失真优化模型，并根据该模型各参数的具体取值输出待编码宏块对应的各种编码模式的拉格朗日代价值:
6.根据权利要求5所述的基于SSIM评价的视频编码模式选择系统，其特征在于，所述参数值确定模块进一步包含:基于SSIM评价失真和SSE评价失真值计算模块，用于对图像每一帧的SSIM失真值和SSE失真值进行计算；和帧层次拉格朗日因子确定模块，用于利用当前待编码宏块所属帧的前两帧的SSE失真和SSM失真比例的平均值，缩放拉格朗日因子得到帧层次的拉格朗日因子。
7.根据权利要求5所述的基于SSIM评价的视频编码模式选择系统，其特征在于，所述参数取值确定模块还包含:宏块层的拉格朗日因子决策模块，用于利用当前待编码宏块所属帧的前一帧的对应宏块的码率预测当前待编码宏块在当前带编码宏块所属帧中的视觉重要性，进而对所述帧层次拉格朗日因子再一次进行缩放，作为宏块层的拉格朗日因子，并将该宏块层的拉格朗日因子作为计算拉格朗日代价值的拉格朗日因子值。
8.根据权利要求7所述的基于SSIM评价的视频编码模式选择系统，其特征在于，所述参数取值确定模块还包含:基于待编码宏块的SSIM评价的失真值获取模块，用于依据下式计算该失真值:
【文档编号】H04N19/19GK103634600SQ201210301141
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2012年8月22日 优先权日:2012年8月22日
【发明者】刘延伟, 赵平华, 要瑞宵, 慈松 申请人:中国科学院声学研究所