自适应选择H.264视频标准中灵活宏块排序模式的方法

摘要

本发明公开了一种自适应选择H.264视频标准中灵活宏块排序模式的方法：首先根据H.264视频标准中规定的6种固定FMO模式定义，分别初始化当前编码帧所对应的信息；其次根据前一编码帧中已知的宏块信息分别预测6种固定FMO模式下当前编码帧的错误掩盖失真；然后根据前一编码帧中已知的宏块信息，分别预测采用6种固定FMO模式来编码当前帧时所耗费的头信息比特数；再根据率失真优化公式分别计算得到当前编码帧采用6种固定FMO模式的编码代价值；最后从这6个代价值中选择最小的代价值对应的FMO模式作为当前编码帧的FMO编码模式。本发明能够更好的适应无线环境下视频传输的容错能力。

说明书

技术领域

本发明涉及一种自适应选择H.264视频标准中灵活宏块排序模式的方法，属于视频编码领域。

背景技术

H.264视频标准是ITU-T国际标准组织在2005年3月正式发布的一套视频编解码标准，针对于无线环境下的视频传输，H.264中提供了灵活宏块排序(FMO)这个容错工具，它定义了6种固定的片组模板和1组自定义片组模板，可以将一帧图像中空间相邻的宏块划分到不同的片组中，减弱其相邻宏块的相关性，从而提高解码端错误掩盖机制的有效性。目前，使用FMO来提高视频传输容错性的研究主要分为两大类：一类是通过固定使用某种FMO模板来提高传输容错性；另一类是在感兴趣区域编码的框架下，利用FMO模板作为具体实现手段，对图像进行简单划分，并对感兴趣和非感兴趣区域实施不同保护措施来提高传输容错性。由于第一类方法的灵活性和兼容性不高，其容错效果无法适用各种不同的视频序列和图像场景；而第二类方法只是作为感兴趣区域编码的辅助工具，仅仅作为划分图像的实现手段，无法充分利用FMO具有的传输容错能力。因此，找到一种灵活选择当前编码图像FMO模式的方法具有很强的应用价值。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术的不足而提供一种自适应选择H.264视频标准中FMO模式的方法，该方法能提高FMO容错能力的灵活性和兼容性，使之适合各种不同的图像场景和视频序列。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种自适应选择H.264视频标准中灵活宏块排序模式的方法，包括以下步骤：

(1)分别根据H.264视频标准中规定的6种固定灵活宏块排序模式定义，初始化当前编码帧的信息；

(2)根据使用的H.264编/解码器中的错误掩盖算法，基于给定的灵活宏块排序模式信息，利用前一编码帧中已知的宏块信息，估算当前编码帧的错误掩盖失真度D_frm，ec(s)；

(3)根据前一编码帧中已知的宏块信息，估算当前编码帧中所有宏块的头信息比特数之和，即当前帧所耗费的头信息比特数R_frm，head(s)；

(4)根据H.264标准规定的拉格朗日乘子的计算规则，计算编码当前帧时的拉格朗日乘子的值λ；

(5)根据误码率和丢包率的映射关系，得到当前的网络丢包率p；

误码率和丢包率的映射关系可根据参考文献1得到；

(6)根据步骤(1)～(5)所得信息，基于率失真优化理论，可计算得到当前帧分别采用6种固定FMO模式时对应的编码代价值cost，其中根据以下率失真优化公式计算得到当前帧的FMO代价值：cost＝p·D_frm，ec(s)+λ·R_frm，head(s)。

(7)从这得6个代价值中选择最小代价值所对应的FMO模式，作为当前帧的FMO编码模式。

本发明与已有技术相对照，效果是积极且明显的：提高FMO容错能力的灵活性和兼容性，从而提高H.264视频传输的容错能力。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不限定本发明。

本实施例采用H.264/AVC的参考软件JM12.2作为编/解码器，视频传输信道采用无线传输参考模型MobliIP中的无线WCDMA信道，选取QCIF分辨率大小(176×144)的“Foreman”和“Hall monitor”序列作为编码序列，以编码Foreman序列中第4帧图像为例，具体阐述本发明的执行步骤：

(1)根据H.264视频标准中规定的6种固定FMO模式定义，在具体编码当前帧前，通过读取事先配置好的6种固定FMO信息，确定当前编码帧中各宏块所属的片组号(SliceGroup_Id)及其他初始化信息；

(2)根据所选用的一种错误掩盖算法，基于给定的FMO模式信息，利用前一编码帧中已知的宏块信息，估算当前编码帧的错误掩盖失真度D_frm，ec(s)：本实施例中选择“空域加权插值”这种错误掩盖方法：首先，根据受损宏块与相邻宏块是否属于同一个片，由此决定此相邻宏块是否可以来参考，从而对当前受损宏块相邻的上、下、左、右四个宏块依次进行判断，然后根据判断得到的可用相邻宏块的像素值来预测受损宏块内部各像素点的值。

由于QCIF分辨率大小的每帧图像中有99个宏块，通过以上计算规则依次对这99个宏块进行掩盖失真估算，并对其掩盖失真值求和。从而得到当前帧采用FMO模式0到模式5所对应的6个错误掩盖失真估算值，依次为：23369170、26685642、23275551、23356750、23369170、23369170。

(3)将前一编码帧中已知的宏块信息-“各宏块运动矢量值”近似等价于当前帧中各宏块的运动矢量值，从而估算出当前帧所耗费的头信息比特数R_frm，head(s)。针对当前帧，得到采用FMO模式0到模式5所对应的6个头信息耗费比特数，依次为：796、198、946、849、930、844

(4)根据H.264标准规定的拉格朗日乘子的计算规则，首先获取分配给当前编码帧的量化系数(QP)值，并根据公式计算得到拉格朗日乘子值λ：

λ＝0.85×2^(Qp-12)/3

此时，当前帧的量化系数QP值为16，所以拉格朗日乘子值λ＝2.1418。

(5)根据参考文献1所述的误码率和丢包率的映射关系，得到当前的网络丢包率p＝0.03；

(6)利用步骤(2)～(5)的信息，基于率失真优化理论，基于公式：

cost＝p·D_frm，ec(s)+λ·R_frm，head(s)

分别计算得到当前帧采用6种FMO模式所对应的6个FMO编码代价值cost。

针对本实施例当前帧，得到采用FMO模式0到模式5所对应的6个FMO编码代价值依次为702780、800993、700292、702520、703067、702882。

(7)从步骤(6)得到的6个FMO编码代价值中选择最小的那个所对应的FMO模式，作为当前帧的FMO编码模式。当前帧最终选择的FMO模式为模式2。

实现效果：本实施例对QCIF格式的Foreman和Hall monitor序列进行了测试。编码码率固定为64Kbps，编码帧数为100帧，顺序为IPPPPPP。将编码好的视频序列在无线传输参考模型MobliIP中(见参考文献2)无线WCDMA信道进行模拟传输接收，然后将接收到的有错码流在H.264参考代码JM12.2上进行解码，掩盖后的峰值信噪比(PSNR)结果如表1所示。针对不同的视频序列，具有最好容错性的固定FMO模板是不同的，(Foreman序列是模式1，Hall monitor序列是模式3)，用本发明所述方法获得的视频峰值信噪比不但高于大多数固定FMO模式，而且针对不同视频序列具有更好的兼容性和适应性。

表1：不同FMO模式进解码掩盖后的峰值信噪比PSNR(单位：dB)

参考文献

1.Thomas Stockhammer，Miska M.Hannuksela，and Thomas Wiegand：H.264/AVCin wireless environments.IEEE Transactions on Circuits and Systemsfor Video Technology，Vol.13，No.7，July 2003.

2.Viktor Varsa，Marta Karczewicz，et al.Common Test Conditions forRTP/IP over 3GPP/3GPP2.ITU-T SG16 Document：VCEG-N80，Santa Barbara，CA，USA，Sept.2001.