本發(fā)明涉及視頻編碼技術領域，尤其涉及一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法。

背景技術：

隨著網絡技術的不斷成熟和視頻圖像技術的快速發(fā)展，人們對視頻業(yè)務的需求也越來越高，視頻業(yè)務已經廣泛地應用于移動終端、網絡直播、家庭影院和遠程監(jiān)控領域，視頻分辨率逐步從標清(SD)向高清(HD)、超高清(UHD)轉變，分辨率的提高意味著對網絡帶寬的要求也越來越高，提升視頻編碼壓縮效率，減少網絡帶寬壓力是視頻技術發(fā)展的一個關鍵。同時，人們對視頻觀看的需求也越來越高，HDR(High Dynamic Range，高動態(tài)范圍)逐步成為電視機市場的一個熱點。

傳統(tǒng)的SDR(Standard Dynamic Range)視頻編碼會出現高光溢出，將高光部分細節(jié)丟失，以保證暗部曝光正常，或暗部裁切，將暗部細節(jié)丟失，以保證高亮度場景曝光正常，而HDR視頻編碼能夠表示更高的亮度動態(tài)范圍，高光的時候不會過曝，暗調的時候不會欠曝，讓亮處的效果更清晰，暗處依然能分辨物體的輪廓和深度。

在視頻編碼過程中，HDR視頻比SDR視頻需要表示更多的細節(jié)，HDR視頻編碼比SDR視頻編碼在很多細節(jié)區(qū)域需要消耗更多的碼率，因此，在視頻直播的拍攝階段，將攝像機的HDR模式切換為SDR模式來減少數據量，或者將SDR模式切換為HDR模式來提升觀看質量成為一種必要的方式，現有的視頻編碼則沒有針對HDR模式和SDR模式相互切換進行碼率控制的方法。

因此，現有技術需要改進。

技術實現要素：

本發(fā)明公開了一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法，用以解決現有技術存在的問題。

所述一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法，包括：

判斷HDR(High Dynamic Range，高動態(tài)范圍)視頻編碼器中的HDR視頻編碼數據中Meta Data碼是否發(fā)生變化，所述Meta Data碼為HDR視頻編碼數據中用于表示視頻的亮度范圍和色度格式的編碼，所述HDR視頻編碼器的碼率控制算法包括三層：GOP(Group of Picture，圖像組)層碼率控制、幀層碼率控制和CU(Coding Unit，編碼單元)層碼率控制，HDR視頻編碼器將一個視頻分為多個GOP，每個GOP包含多幀，所述GOP層碼率控制根據視頻特性和網絡帶寬計算各個GOP的目標碼率；所述幀層碼率控制將一個GOP的目標碼率劃分到GOP中的各個幀，根據各幀的復雜度計算各幀的目標碼率；所述CU層碼率控制將一幀分成多個CU，根據前一幀中對應CU的復雜度來預測當前CU的復雜度并確定當前CU的目標碼率；

如果發(fā)生變化，則說明發(fā)生HDR視頻編碼轉換為SDR(Standard Dynamic Range，標準動態(tài)范圍)視頻編碼或SDR視頻編碼轉換為HDR視頻編碼；

如果未發(fā)生變化，說明當前HDR視頻編碼器中視頻為HDR視頻，HDR視頻編碼器進行HDR視頻編碼。

在基于上述一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法的另一個實施例中，所述HDR視頻編碼轉換為SDR視頻編碼包括：

判斷當前幀與前一幀的幀亮度差是否大于設定的亮度變化閾值TH1；

若是，則判定為場景切換，直接將當前幀切換為I幀；

否則，在對任何一個CU編碼時，判斷當前CU與前一幀中對應位置CU的MAD值是否大于設定閾值TH2，且檢測當前CU的平均亮度值是否在設定亮度范圍U1內，所述U1表示偏亮和偏暗的區(qū)域，所述MAD表示偏亮和偏暗區(qū)域的亮度平均絕對差值；

若滿足，則當前CU為由亮到暗的漸模糊區(qū)，降低當前CU目標碼率，將當前CU的目標碼率降低到已有目標碼率的b倍，所述b<1；

若不滿足，則提高當前CU的目標碼率，當前CU的目標碼率提升到已有目標碼率的a倍，所述a>1。

在基于上述一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法的另一個實施例中，所述SDR視頻編碼轉換為HDR視頻編碼包括：

判斷當前幀與前一幀的幀亮度差是否大于設定的亮度變化閾值TH1；

若是，則判定為場景切換，直接將當前幀切換為I幀；

否則，在對任何一個CU編碼時，判斷當前CU與前一幀中對應位置CU的MAD值是否大于設定閾值TH2，且檢測當前CU的平均亮度值是否在設定亮度范圍U1內，所述U1表示偏亮和偏暗的區(qū)域，所述MAD表示偏亮和偏暗區(qū)域的亮度平均絕對差值；

若滿足，則稱當前CU為由暗到亮漸清晰區(qū)，提高當前CU的目標碼率，，當前CU的目標碼率提升到已有目標碼率的a倍，所述a>1；

若不滿足，則降低當前CU的目標碼率，將當前CU的目標碼率降低到已有目標碼率的b倍，所述b<1。

在基于上述一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法的另一個實施例中，所述HDR視頻編碼器進行HDR視頻編碼包括：

判斷當前幀與前一幀的幀亮度差是否大于設定的亮度變化閾值TH1；

若是，則判定為場景切換，直接將當前幀切換為I幀；

否則，在對任何一個CU編碼時，判斷當前CU與前一幀中對應位置CU的MAD值是否大于設定閾值TH3，且檢測當前CU的平均亮度值是否在設定亮度范圍U1內，所述U1表示偏亮和偏暗的區(qū)域，所述MAD表示偏亮和偏暗區(qū)域的亮度平均絕對差值；

若是，則稱當前CU為HDR編碼劇變區(qū)，將當前CU的目標碼率提升到a倍，其中a>1；

否則，將當前CU的目標碼率降低為b倍，其中b<1。

在基于上述一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法的另一個實施例中，所述HDR視頻編碼器包括：H265編碼器、MPEG2編碼器、H264編碼器、AVS編碼器、AVS+編碼器、AVS2編碼器。

與現有技術相比較，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明通過先檢測視頻的亮度范圍和色度格式的編碼變化情況，判斷視頻中的場景變換、HDR和SDR互相切換，并調整分配目標碼率，使HDR中高光區(qū)域和黑暗區(qū)域的細節(jié)更加完整地保存，同時減少SDR中不必要的碼率開銷，提升編碼的主觀質量，在HDR和SDR互相切換的場景中，能夠減少塊效應的出現，對于人眼主觀感知質量有較明顯的提升，對于HDR編碼中亮度變化較大的局部區(qū)域也有較大的質量提升。

下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所使用的附圖做一簡單地介紹。

圖1是本發(fā)明的一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法的一個實施例的流程圖。

圖2是本發(fā)明的一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法的另一個實施例的流程圖。

圖3是本發(fā)明的一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法的又一個實施例的流程圖。

圖4是本發(fā)明的一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法的又一個實施例的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。

基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在視頻直播領域，視頻直播通常分為四個步驟：

第一步，拍攝采集成具有若干幀圖像的視頻數據源；

第二步，對視頻數據源進行編碼壓縮，減少數據的帶寬；

第三步，對編碼壓縮成的碼流，進行網絡傳輸并發(fā)送給用戶；

第四步，用戶在PC、手機等平臺利用播放器(解碼器)將碼流解碼成若干幀圖像進行觀看。

傳統(tǒng)視頻傳輸的視頻編碼采用的是SDR(Standard Dynamic Range)編碼，它所能表示的色域范圍較小，會出現高光溢出，高光部分細節(jié)丟失，或暗部裁切，暗部細節(jié)丟失, HDR(High Dynamic Range)編碼的色域范圍廣，能夠表示更高的亮度動態(tài)范圍，高光的時候不會過曝，暗調的時候不會欠曝，讓亮處的效果更清晰，暗處依然能分辨物體的輪廓和深度。

SDR視頻通常用YUV數據來表示，它描述了該視頻中顯示給用戶觀看的圖像細節(jié)，圖像的細節(jié)越復雜，則在編碼時需要消耗更多的碼率。HDR視頻除了YUV數據，還包括Meta Data，所述Meta Data描述HDR視頻的亮度范圍和色度格式信息，同時不會消耗太多碼率。

在視頻編碼過程中，HDR視頻比SDR視頻需要表示更多的細節(jié)，HDR編碼比SDR編碼在很多細節(jié)區(qū)域需要消耗更多的碼率，例如對一個顏色偏暗的樹林同時用SDR和HDR方式拍攝，該場景在SDR方式中可能顯示為紋理非常簡單的黑色，只需要較少的碼率就可以編碼，而在HDR方式中樹林顯示的非常清晰，紋理非常復雜，需要消耗較多的碼率，在視頻直播的拍攝階段將攝像機的HDR模式切換為SDR模式來減少數據量，或者將SDR模式切換為HDR模式來提升觀看質量成為一種必要的方式，此時在編碼階段，當SDR模式切換為HDR模式或者HDR模式切換為SDR模式時局部碼率分配的方式需要進行調整，HDR視頻在編碼時容易造成亮度對比度的強烈變化，需要進行目標碼率的調整。

視頻編碼的碼率控制算法分為三層：GOP(Group of Picture，圖像組)層碼率控制、幀層碼率控制和CU(Coding Unit，編碼單元)層碼率控制。

編碼器將一個視頻分為若干個GOP，每個GOP包含若干幀，GOP層碼率控制目的就是根據視頻特性和網絡帶寬計算各個GOP的目標碼率；

幀層碼率控制將一個GOP的目標碼率劃分到GOP中的各個幀，根據各幀的復雜度計算各幀的目標碼率，場景切換時，將當前幀切換為I幀，如果沒有場景切換時，將按照GOP長度設置當前幀為I幀、P幀或者B幀，其中I幀為幀內編碼，不需要參考其他幀，消耗碼率較多，P幀和B幀為幀間編碼，需要參考其他幀，消耗的碼率較少；

CU層碼率控制將一幀分成若干個CU，根據前一幀中對應CU的復雜度來預測當前CU的復雜度并確定當前CU的目標碼率。

上述碼率控制算法在HDR和SDR切換的過程中效果很差。

在視頻直播的拍攝階段將攝像機的HDR模式切換為SDR模式來減少數據量，或者將SDR模式切換為HDR模式來提升觀看質量成為一種必要的方式，在編碼階段，這種模式的切換會給高光區(qū)域和黑暗區(qū)域的細節(jié)帶來很大的變化，CU的復雜度預測不再準確，碼率分配不準會降低視頻質量，HDR和SDR的切換類似于場景切換，幀間變化較大，但又不同于場景切換，因為前者只有高光區(qū)域和黑暗區(qū)域的變化較大，因此，它的碼率控制方式與場景切換的碼率控制方式不同，同時，HDR編碼過程中亮度對比度的變化較大，對人眼主觀感知影響較大，碼率分配也需要進行調整。

圖1是本發(fā)明的一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法的一個實施例的流程圖，如圖1所示，所述一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法包括：

10，判斷HDR(High Dynamic Range，高動態(tài)范圍)視頻編碼器中的HDR視頻編碼數據中Meta Data碼是否發(fā)生變化，所述Meta Data碼為HDR視頻編碼數據中用于表示視頻的亮度范圍和色度格式的編碼，所述HDR視頻編碼器的碼率控制算法包括三層：GOP(Group of Picture，圖像組)層碼率控制、幀層碼率控制和CU(Coding Unit，編碼單元)層碼率控制，HDR視頻編碼器將一個視頻分為多個GOP，每個GOP包含多幀，所述GOP層碼率控制根據視頻特性和網絡帶寬計算各個GOP的目標碼率；所述幀層碼率控制將一個GOP的目標碼率劃分到GOP中的各個幀，根據各幀的復雜度計算各幀的目標碼率；所述CU層碼率控制將一幀分成多個CU，根據前一幀中對應CU的復雜度來預測當前CU的復雜度并確定當前CU的目標碼率；

20，如果發(fā)生變化，則說明發(fā)生HDR視頻編碼轉換為SDR(Standard Dynamic Range，標準動態(tài)范圍)視頻編碼或SDR視頻編碼轉換為HDR視頻編碼；

30，如果未發(fā)生變化，說明當前HDR視頻編碼器中視頻為HDR視頻，HDR視頻編碼器進行HDR視頻編碼。

通過判斷HDR視頻編碼器中的HDR視頻編碼數據中Meta Data碼的變化，可以反映HDR視頻的亮度范圍和色度格式信息的變化情況，而亮度范圍和色度格式變化正是HDR視頻編碼和SDR視頻編碼的本質區(qū)別，從而可以判斷HDR視頻編碼或SDR視頻編碼是否發(fā)生轉變。

圖2是本發(fā)明的一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法的另一個實施例的流程圖，如圖2所示，所述HDR視頻編碼轉換為SDR視頻編碼包括：

11，判斷當前幀與前一幀的幀亮度差是否大于設定的亮度變化閾值TH1；

12，若是，則判定為場景切換，直接將當前幀切換為I幀；

13，否則，在對任何一個CU編碼時，判斷當前CU與前一幀中對應位置CU的MAD值是否大于設定閾值TH2，且檢測當前CU的平均亮度值是否在設定亮度范圍U1內，所述U1表示偏亮和偏暗的區(qū)域，所述MAD表示偏亮和偏暗區(qū)域的亮度平均絕對差值；

14，若滿足，則當前CU為由亮到暗的漸模糊區(qū)，降低當前CU目標碼率，將當前CU的目標碼率降低到已有目標碼率的b倍，所述b<1；

15，若不滿足，則提高當前CU的目標碼率，當前CU的目標碼率提升到已有目標碼率的a倍，所述a>1。

因為HDR視頻編碼轉換為SDR視頻編碼需要減少亮度范圍的數據量，在檢測亮度對比度變化大的區(qū)域，調整碼率分配，提升編碼的主觀質量。

圖3是本發(fā)明的一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法的又一個實施例的流程圖，如圖3所示，所述SDR視頻編碼轉換為HDR視頻編碼包括：

21，判斷當前幀與前一幀的幀亮度差是否大于設定的亮度變化閾值TH1；

22，若是，則判定為場景切換，直接將當前幀切換為I幀；

23，否則，在對任何一個CU編碼時，判斷當前CU與前一幀中對應位置CU的MAD值是否大于設定閾值TH2，且檢測當前CU的平均亮度值是否在設定亮度范圍U1內，所述U1表示偏亮和偏暗的區(qū)域，所述MAD表示偏亮和偏暗區(qū)域的亮度平均絕對差值；

24，若滿足，則稱當前CU為由暗到亮漸清晰區(qū)，提高當前CU的目標碼率，當前CU的目標碼率提升到已有目標碼率的a倍，所述a>1；

25，若不滿足，則降低當前CU的目標碼率，將當前CU的目標碼率降低到已有目標碼率的b倍，所述b<1。

因為SDR視頻編碼轉換為HDR視頻編碼需要增加亮度范圍的數據量。

圖4是本發(fā)明的一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法的又一個實施例的流程圖，如圖4所示，所述HDR視頻編碼器進行HDR視頻編碼包括：

31，判斷當前幀與前一幀的幀亮度差是否大于設定的亮度變化閾值TH1；

32，若是，則判定為場景切換，直接將當前幀切換為I幀；

33，否則，在對任何一個CU編碼時，判斷當前CU與前一幀中對應位置CU的MAD值是否大于設定閾值TH3，且檢測當前CU的平均亮度值是否在設定亮度范圍U1內，所述U1表示偏亮和偏暗的區(qū)域，所述MAD表示偏亮和偏暗區(qū)域的亮度平均絕對差值；

34，若是，則稱當前CU為HDR編碼劇變區(qū)，將當前CU的目標碼率提升到a倍，其中a>1；

35，否則，將當前CU的目標碼率降低為b倍，其中b<1。

本發(fā)明中，HDR視頻編碼器包括：H265編碼器、MPEG2編碼器、H264編碼器、AVS編碼器、AVS+編碼器、AVS2編碼器。

以上對本發(fā)明所提供的一種HDR和SDR自適應碼率控制的方法進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發(fā)明的限制。

最后應說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換,凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。