CN109951706B - 一种视频编码方法、装置及编码器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种视频编码方法，涉及视频编码领域。视频编码方法包括：分别获取背景帧和当前帧；根据背景帧和当前帧获取当前帧的运动等级；依据当前帧的运动等级获得前景区量化参数以及背景区量化参数；根据第一量化参数表以及第二量化参数表得到每个宏块的量化参数；第二量化参数表征待编码帧的复杂度以及码率大小；依据每个宏块的量化参数对待编码帧进行编码。由于本发明将待编码图像划分为背景区以及前景区，依据前景区的占比值划分待编码图像的运动等级，针对不同的宏块依据运动等级的不同来选择合适的量化参数，从而达到了在不降低图像质量的基础上压缩码率的目的。

Description

一种视频编码方法、装置及编码器

技术领域

本发明涉及视频编码领域，具体而言，涉及一种视频编码方法、装置及编码器。

背景技术

现有的编码器的码率控制已经做到极致，从第一个编码器诞生到现在，已经经过很多个产品的迭代升级，日趋完善，想要更进一步优化，已经变得十分困难。评判一个编码器的优劣，码率控制无疑是至关重要的环节，好的编码器能够在相同的码率下，获得更好的主观效果，反之，在相同的主观效果下，好的编码器的码率更低。

虽然码率控制算法本身不属于视频编码标准的范畴，但是基于其在实际视频编码系统中的重要作用，各种视频编码标准都给出了相应的码率控制的推荐算法。如MPEG-2的TM5、H.263的TMN8等。

但是随着新的编码标准的压缩率越来越高，对于图像的复杂度的估算难度也越来越大，选择适当的量化参数也就变的十分困难，即便选取了比较合适的量化参数，但是由于一帧当中的图像细节较为复杂，使用目前的量化参数，会导致编码过程中无法对图像数据进行有效压缩，并且解码过程中造成图像细节不必要的丢失。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种视频编码方法，以达到在不降低图像质量的基础上压缩码率的目的。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例提出一种视频编码方法，分别获取背景帧和当前帧；所述背景帧为待编码视频的背景模型帧；所述当前帧为当前待编码帧；

根据所述背景帧和所述当前帧获取所述当前帧的运动等级；所述当前帧的运动等级由所述当前帧中的所述前景区的占比进行表征；所述前景区为亮度差值大于预设定的亮度阈值的区域；所述当前帧中的非前景区为背景区；

依据所述当前帧的运动等级调整量化参数；依据量化参数对所述待编码帧进行编码。

第二方面，本发明实施例还提出一种视频编码装置，包括：获取模块、处理模块以及判断模块。其中，获取模块用于获取背景帧和当前帧，以及还用于根据所述背景帧和所述当前帧获取所述当前帧的运动等级，以及还用于依据所述当前帧的运动等级调整量化参数；处理模块用于依据每个宏块的量化参数对所述待编码帧进行编码；判断模块用于将所述亮度差值与预设定的亮度阈值进行比对。

第三方面，本发明实施例还提出一种编码器，所述编码器包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当编码器运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行时执行上述的视频编码方法的步骤。

本发明实施例所提供的视频编码方法，包括：分别获取背景帧和当前帧；背景帧为待编码视频的背景模型帧；当前帧为当前待编码帧；当前帧包含至少两个宏块；根据背景帧和当前帧获取当前帧的运动等级；当前帧的运动等级为当前帧中的前景区的占比；前景区为亮度差值大于预设定的亮度阈值的区域；当前帧中的非前景区为背景区；依据当前帧的运动等级获得前景区量化参数以及背景区量化参数；前景区量化参数以及背景区量化参数组成第一量化参数表；根据第一量化参数表以及第二量化参数表得到每个宏块的量化参数；第二量化参数表由编码器生成；第二量化参数表征待编码帧的复杂度以及码率大小；依据每个宏块的量化参数对待编码帧进行编码。由于本发明将待编码图像划分为背景区以及前景区，依据前景区的占比值划分待编码图像的运动等级，针对不同的宏块依据运动等级的不同来选择合适的量化参数，从而达到了在不降低图像质量的基础上压缩码率的目的。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种视频编码方法的流程图。

图2示出了本发明实施例所提供的一种获取背景帧的方法示意图。

图3示出了本发明实施例所提供的一种获取当前帧的运动等级的方法示意图。

图4示出了本发明实施例所提供的步骤202的子步骤的流程图。

图5示出了本发明实施例所提供的步骤202-2的子步骤的流程图。

图6示出了本发明实施例所提供的一种MAP表示意图。

图7示出了本发明实施例所提供的一种形态学补全后的MAP表示意图。

图8示出了本发明实施例所提供的另一种MAP表示意图。

图9示出了本发明实施例所提供的第一量化参数表的示意图。

图10示出了本发明实施例所提供的第二量化参数表的示意图。

图11示出了本发明实施例所提供的最终的量化参数表的示意图。

图12示出了本发明实施例所提供的一种视频编码装置的功能模块示意图。

图13示出了本发明实施例所提供的编码器的示意图。

图标：100-下采样后的图像；110-背景帧；130-当前帧；10-亮度差值表；12-MAP表；13-背景区；14-前景区；15-运动等级；151-获取模块；153-判断模块；155-处理模块；200-编码器；210-处理器；220-存储器；230-总线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

请参照图1，为本发明实施例所提供的一种视频编码方法的流程图。

步骤201，分别获取背景帧和当前帧。

分别获取背景帧和当前帧，背景帧为待编码视频的背景模型帧，当前帧为当前待编码帧，当前帧包含至少两个宏块。

需要说明的是，获取背景帧的方式有两种，一种是依据待编码视频得到背景帧，另一种是将当前帧的上一帧作为背景帧。

请参照图2，为本发明实施例所提供的一种获取背景帧的方法示意图。如图2所示，对待编码视频中的每一帧的明亮度数据、色度数据(Luminance、Chrominance；YUV)进行下采样，在一种可能的实施例中，该下采样的比例可以是但不限于1/256，得到下采样后的图像100，如图2中F1、F2、F3……FN。将下采样后的图像100进行背景建模算法生成相应的背景帧110，该背景建模算法可以是但不限于平均背景建模算法、单高斯背景建模等，具体的背景建模算法可以根据编码器的内存资源以及其它相关资源开销等因素自行决定。

需要说明的是，如果编码器的内存资源以及其它相关资源有限，可以将当前帧的上一帧的下采样后的图像直接作为背景帧110。

步骤202，根据背景帧和当前帧获取当前帧的运动等级。

请参照图3，为本发明实施例所提供的一种获取当前帧的运动等级15的方法示意图。步骤202包括五个子步骤，请参照图4，为本发明实施例所提供的步骤202的子步骤的流程图，如下将进行详细的阐述。

子步骤202-1，计算背景帧与当前帧的亮度差值。

请继续参照图3，计算背景帧110与当前帧130的亮度差值，即将当前帧像素值I(x,y)减去背景帧110中相同位置的像素值u(x,y)，得到亮度差值d(x,y)，进而得到亮度差值表10。

子步骤202-2，对当前帧的MAP表中的亮度差值进行阈值二值化。

请继续参照图3，对得到的亮度差值表10进行阈值二值化，得到当前帧阈值二值化后MAP表12。对亮度差值表10进行阈值二值化包括三个子步骤，请参照图5，为本发明实施例所提供的步骤202-2的子步骤的流程图，如下将进行详细的阐述。

子步骤202-2-1，判断亮度差值是否大于预设定的亮度阈值。

将亮度差值表10中的亮度差值与预设定的亮度阈值进行比对，判断亮度差值是否大于预设定的亮度阈值，如果是，则执行子步骤202-2-2；如果否，则执行子步骤202-2-3。

需要说明的是，预设定的亮度阈值为人为设定，因待编码视频的不同而不同，在此不做限制。

子步骤202-2-2，将亮度差值对应的MAP表中的位置作为前景区。

当亮度差值大于预设定的亮度阈值时，将MAP表中该亮度差值对应的位置作为前景区，在一种可能的实施例中，将该位置的亮度差值置为255。

子步骤202-2-3，将亮度差值对应的MAP表中的位置作为背景区。

当亮度差值小于等于预设定的亮度阈值时，将MAP表中该亮度差值对应的位置作为背景区，在一种可能的实施例中，将该位置的亮度差值置为0。

子步骤202-3，MAP表中前景区所包围的背景区的亮度参数进行补全。

MAP表中前景区的亮度差值为255，背景区的亮度差值为0。请参照图6及图7，图6为本发明实施例所提供的一种MAP表示意图，图7为本发明实施例所提供的一种形态学补全后的MAP表示意图。为简单示例，图6及图7均为3*3个宏块的图片，在后面的例子中均以3*3的图片来进行说明，在实际应用中，图片的宏块数量远远不止3*3。

假如阈值二值化后的MAP表为图6所示，其中一个背景区13被前景区14所包围，将该背景区13进行形态学上的补全，即将该背景区13的亮度差值置为255，补全后的MAP表如图7所示。

子步骤202-4，依据MAP表计算前景区占比值。

请参照图8，为本发明实施例所提供的另一种MAP表示意图。假如阈值二值化以及形态学补全后的MAP表为图8所示，其中有四个前景区宏块，前景区14的占比为4/9，即意味着有44.4％左右的区域在运动。

子步骤202-5，依据前景区占比值确定当前帧的运动等级。

请继续参照图8，MAP表中有44.4％左右的区域在运动，假设此时定义它的运动等级为40。

需要说明的是，运动等级的范围为0-100；前景区占比值越高，运动等级的值就越高；当运动等级为0的时候就没有前景区14，当运动等级为100％的时候就没有背景区13。

步骤203，依据当前帧的运动等级获得前景区量化参数以及背景区量化参数。

请继续参照图8，当某一帧图片的运动等级为40时，再根据这个运动等级去配置前景的量化参数以及背景的量化参数，假设此时定义前景的量化参数为-2,背景的量化参数为3，得到如图9所示的第一量化参数表。

请参照图9，为本发明实施例所提供的第一量化参数表的示意图。

需要说明的是，前景的量化参数会随运动等级的增加而减小，背景的量化参数会随运动等级的增加而增加，运动等级越大，运动区域就越多，需要的码率也就越大，所以需要增大背景的量化参数以保证码率。

步骤204，根据第一量化参数表以及第二量化参数表得到每个宏块的量化参数。

需要说明的是，第二量化参数表由编码器自动生成，编码器根据待编码帧的图像复杂度以及码率大小生成对应的量化参数，并且第二量化参数表的量化参数值取值范围为0-51，得到如图10所示的第二量化参数表。

请参照图10，为本发明实施例所提供的第二量化参数表的示意图。

将第一量化参数表以及第二量化参数表的对应宏块的量化参数值相加，将图9所示的第一量化参数表与图10所示的第二量化参数表对应相加，得到如图11所示的最终的用于图像编码的量化参数表。

请参照图11，为本发明实施例所提供的最终的量化参数表的示意图。

步骤205，依据每个宏块的量化参数对待编码帧进行编码。

请继续参照图11，依据如图11所示的量化参数对待编码帧进行编码。

综上，本发明实施例所提供的视频编码方法，包括：分别获取背景帧和当前帧；背景帧为待编码视频的背景模型帧；当前帧为当前待编码帧；当前帧包含至少两个宏块；根据背景帧和当前帧获取当前帧的运动等级；当前帧的运动等级为当前帧中的前景区的占比；前景区为亮度差值大于预设定的亮度阈值的区域；当前帧中的非前景区为背景区；依据当前帧的运动等级获得前景区量化参数以及背景区量化参数；前景区量化参数以及背景区量化参数组成第一量化参数表；根据第一量化参数表以及第二量化参数表得到每个宏块的量化参数；第二量化参数表由编码器生成；第二量化参数表征待编码帧的复杂度以及码率大小；依据每个宏块的量化参数对待编码帧进行编码。由于本发明将待编码图像划分为背景区以及前景区，依据前景区的占比值划分待编码图像的运动等级，针对不同的宏块依据运动等级的不同来选择合适的量化参数，从而达到了在不降低图像质量的基础上压缩码率的目的。

请参照图12，为本发明实施例所提供的一种视频编码装置的功能模块示意图。需要说明的是，本发明实施例所提供的视频编码装置150，用于执行如图1、图4以及图5所示的方法流程图。其基本原理及产生的技术效果与前述方法实施例相同，为简要描述，本实施例中未提及部分，可参考前述方法实施例中的相应内容。该视频编码装置150包括获取模块151、判断模块153以及处理模块155。

其中，获取模块151用于获取背景帧和当前帧，以及还用于根据背景帧和当前帧获取当前帧的运动等级，以及还用于依据当前帧的运动等级获得前景区量化参数以及背景区量化参数，以及还用于根据第一量化参数表以及第二量化参数表得到每个宏块的量化参数，以及还用于依据待编码码流得到背景帧或者将当前帧的上一帧作为背景帧。

可以理解地，在一种优选的实施例中，获取模块151可用于执行步骤201、步骤202、步骤203以及步骤204。

其中，判断模块153用于将亮度差值与预设定的亮度阈值进行比对。

可以理解地，在一种优选的实施例中，判断模块153可用于执行步骤202-2-1。

其中，处理模块155用于依据每个宏块的量化参数对待编码帧进行编码，以及还用于计算背景帧与当前帧的亮度差值，以及还用于对亮度差值进行阈值二值化，获取当前帧的MAP表，以及还用于依据MAP表计算获得前景区占比值，以及还用于依据前景区占比值确定当前帧的运动等级，以及还用于将亮度差值对应的MAP表中的位置作为背景区。

可以理解地，在一种优选的实施例中，处理模块155可用于执行步骤步骤202以及步骤205。

本发明实施例还提供了一种编码器200。需要说明的是，本发明实施例所提供的编码器200，用于执行如图1、图4以及图5所示的方法流程图。其基本原理及产生的技术效果与前述方法实施例相同，为简要描述，本实施例中未提及部分，可参考前述方法实施例中的相应内容。

请参照图13，图13为本发明实施例所提供的编码器的示意图，该编码器200包含处理器210、存储器220以及总线230。

该处理器210及存储器220可以通过一条或多条总线230进行连接；

该处理器210，用于读/写存储器220中存储的数据或程序，执行相应地功能。

该存储器220，用于存储的数据或程序。

需要说明的是，该编码器200还可以包含用以实现其他功能的器件，例如，射频电路、电源电路等，该编码器200可以为：桌面电脑、平板电脑、笔记本、服务器等设备，此处不予限定。

本领域内的技术人员应明白，本发明实施例可提供为方法、装置、设备或计算机程序产品。因此，本发明实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明实施例是参照根据本发明实施例的方法、装置、设备和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

Claims (10)

1.一种视频编码方法，其特征在于，包括：

分别获取背景帧和当前帧；所述背景帧为待编码视频的背景模型帧；所述当前帧为当前待编码帧；

根据所述背景帧和所述当前帧获取所述当前帧的运动等级；所述当前帧的运动等级由所述当前帧中的前景区的占比进行表征；依据所述当前帧的运动等级调整量化参数；前景的量化参数会随运动等级的增加而减小，背景的量化参数会随运动等级的增加而增加；

依据所述量化参数对所述待编码帧进行编码。

2.如权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，所述依据所述当前帧的运动等级调整量化参数的步骤包括：

依据所述当前帧的运动等级获得前景区量化参数以及背景区量化参数；所述前景区量化参数以及背景区量化参数组成第一量化参数表；

根据所述第一量化参数表以及第二量化参数表得到量化参数；所述第二量化参数表由编码器生成；所述第二量化参数表征所述待编码帧的复杂度以及码率大小。

3.如权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，所述获取背景帧的步骤还包括：

依据所述待编码视频得到所述背景帧；

或将所述当前帧的上一帧作为背景帧。

4.如权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，所述根据所述背景帧和所述当前帧获取所述当前帧的运动等级的步骤包括：

计算所述背景帧与所述当前帧的亮度差值；

对所述亮度差值进行阈值二值化，获取所述当前帧的MAP表，所述MAP表包括所述背景区以及所述前景区；

依据所述MAP表计算所述前景区占比值；所述前景区占比值为所述当前帧中前景区所占的比例；

依据所述前景区占比值确定所述当前帧的运动等级。

5.如权利要求4所述的视频编码方法，其特征在于，所述对所述亮度差值进行阈值二值化的步骤包括：

将所述亮度差值与预设定的亮度阈值进行比对；

当所述亮度差值小于等于所述预设定的亮度阈值时，将所述亮度差值对应的所述MAP表中的位置作为背景区；

当所述亮度差值大于所述预设定的亮度阈值时，将所述亮度差值对应的所述MAP表中的位置作为前景区。

6.如权利要求4所述的视频编码方法，其特征在于，所述依据阈值二值化后的所述差值获取所述当前帧的MAP表的步骤之后包括：

将所述MAP表中所述前景区所包围的背景区的亮度参数进行补全。

7.一种视频编码装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于获取背景帧和当前帧，

以及还用于根据所述背景帧和所述当前帧获取所述当前帧的运动等级，所述当前帧的运动等级由所述当前帧中的前景区的占比进行表征；

以及还用于依据所述当前帧的运动等级调整量化参数，前景的量化参数会随运动等级的增加而减小，背景的量化参数会随运动等级的增加而增加；

处理模块，用于依据所述量化参数对待编码帧进行编码。

8.如权利要求7所述的视频编码装置，其特征在于，包括：

所述获取模块，还用于依据待编码码流得到所述背景帧或者将所述当前帧的上一帧作为背景帧，

以及还用于依据所述当前帧的运动等级获得前景区量化参数以及背景区量化参数，

以及还用于根据第一量化参数表以及第二量化参数表得到每个宏块的量化参数；

所述处理模块，还用于计算所述背景帧与所述当前帧的亮度差值，

以及还用于对所述亮度差值进行阈值二值化，获取所述当前帧的MAP表，

以及还用于依据所述MAP表计算获得所述前景区占比值，

以及还用于依据所述前景区占比值确定所述当前帧的运动等级。

9.如权利要求8所述的视频编码装置，其特征在于，还包括：

判断模块，用于将所述亮度差值与预设定的亮度阈值进行比对；

所述处理模块，还用于使所述MAP表中所述前景区所包围的背景区的亮度参数与所述所述前景区的亮度参数一致。

10.一种编码器，其特征在于，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行时执行如权利要求1至6任一所述的视频编码方法的步骤。

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