基于视频内容特征值的VVC码率控制算法
2021年电子技术应用第12期
余东航，李 强，聂 骏
重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆400065
摘要：针对VVC码率控制算法没有综合考虑编码帧实际纹理特征，其编码率失真性能和视觉体验还有待提高的问题，提出了一种基于视频内容相关特征值的码率控制算法。通过引入灰度共生矩阵，计算出反映编码帧纹理复杂度的相关特征值，用于帧层图像权重的调整；基于R-λ模型，对LCU层的λ参数进行重新计算，提高LCU层比特分配的精度。经测试，该算法在低时延配置下，与自适应比特分配算法相比，在更接近目标码率情况下，率失真性能提升了0.86%，视频编码主观质量得到较明显改善。
中图分类号：TN919.8
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211453
中文引用格式：余东航，李强，聂骏. 基于视频内容特征值的VVC码率控制算法[J].电子技术应用，2021，47(12)：89-93.
英文引用格式：Yu Donghang，Li Qiang，Nie Jun. Versatile video coding rate control algorithm based on content feature value[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(12)：89-93.
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.211453
中文引用格式：余东航，李强，聂骏. 基于视频内容特征值的VVC码率控制算法[J].电子技术应用，2021，47(12)：89-93.
英文引用格式：Yu Donghang，Li Qiang，Nie Jun. Versatile video coding rate control algorithm based on content feature value[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(12)：89-93.
Versatile video coding rate control algorithm based on content feature value
Yu Donghang，Li Qiang，Nie Jun
School of Communication and Information Engineering，Chongqing University of Posts and Telecommunications， Chongqing 400065，China
Abstract：Aiming at the problem that the VVC rate control algorithm does not comprehensively consider the actual texture characteristics of the coded frame, and its rate-distortion performance and visual experience need to be improved, a rate control algorithm based on video content-related feature values is proposed. By introducing the gray level co-occurrence matrix, the relevant feature values reflecting the texture complexity of the encoded frame are calculated, which are used to adjust the image weight of the frame layer; based on the R-λ model, the λ parameter of the LCU layer is recalculated to improve the bit allocation of the LCU layer Accuracy. After testing, compared with the adaptive bit allocation algorithm in the low-delay configuration, the algorithm in this paper is closer to the target bit rate, the rate-distortion performance is improved by 0.86%, and the subjective quality of video coding is significantly improved.
Key words :versatile video coding；rate control；gray-level co-occurrence matrix；R-λ model；bit allocation
0 引言
多功能视频编码(Versatile Video Coding，VVC)是由ISO/IEC的MPEG和ITU-T的VCEG联合制定，于2020年7月正式发布的新一代视频编码标准。与以前标准相比，VVC具有更高的压缩性能和通用性，可应用于高清和超高清视频、360°全向视频、高动态视频范围和广色域、沉浸式媒体等多种应用场景。
VVC码率控制算法仍沿用了高效视频编码(High Efficiency Video Coding，HEVC)中的R-λ模型[1]。基于该模型的码率控制算法具有控制效果好、比特波动小的优点，但对局部纹理复杂边缘轮廓显著的视频，最大编码单元(Largest Coding Unit，LCU)层的比特分配并不准确，导致峰值信噪比有所损失。针对该模型码率控制算法的不足，文献[2]和[3]以LCU层的梯度值衡量编码区域的复杂度，用于指导R-λ模型中LCU的比特分配，提升了R-λ模型的性能；文献[4]对LCU层编码模型参数做偏差修正处理，重新计算更新待编码LCU的权重分配，提升了LCU层的比特精确度；文献[5]根据视频帧间相关性，参考前一帧R-λ模型更新后计算得到的比特数预测待编码帧的复杂度，提高了视频编码质量；文献[6]将I帧消耗大量比特的影响分摊到整个序列，从而改进了前几个图像组(Group of Pictures，GOP)比特分配量，并在GOP编码过程中根据实际消耗的比特不断更新帧层的λ参数，提高了后续帧的比特分配精确度。
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作者信息：
余东航，李 强，聂 骏
(重庆邮电大学 通信与信息工程学院，重庆400065)
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