專利名稱：一種視頻數(shù)據(jù)壓縮的量化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，特別是涉及一種視頻數(shù)據(jù)壓縮的量化方法。
背景技術(shù)：
在多媒體應(yīng)用中，一幅640×480的256色彩圖像所占的數(shù)據(jù)量為300kB，而動(dòng)態(tài)視頻要求每秒播放25～30幀圖像，因而以640×480的窗口播放256色彩色視頻圖像，即使在沒有聲音數(shù)據(jù)的情況下，也要求每秒處理8MB左右的數(shù)據(jù)量，由此可見，一片容量為650MB的CD-ROM盤僅能存儲(chǔ)約80秒左右的動(dòng)態(tài)視頻。此外，普通PC機(jī)ISA總線的數(shù)據(jù)傳輸率最大只能達(dá)到5MB/秒，無(wú)法實(shí)時(shí)傳輸動(dòng)態(tài)視頻數(shù)據(jù)。因此，為了進(jìn)行多媒體數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)處理，必須采用一些技術(shù)來降低多媒體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量，其中，比較重要的是視頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。
多媒體的數(shù)據(jù)量和信息量關(guān)系為I＝D-du，其中，I為信息量，D為數(shù)據(jù)量，du為冗余量。信息量是要傳輸?shù)闹饕獢?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)冗余是無(wú)用的數(shù)據(jù)，沒有必要傳輸。視頻信號(hào)上存在大量冗余數(shù)據(jù)，這是進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)壓縮的基礎(chǔ)，多媒體視頻信號(hào)的冗余度存在于結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計(jì)兩方面。
在結(jié)構(gòu)方面，冗余度表現(xiàn)為很強(qiáng)的空間相關(guān)性和時(shí)間相關(guān)性，空間相關(guān)性為幀內(nèi)相關(guān)性，時(shí)間相關(guān)性即幀間相關(guān)性，這是因?yàn)橐话闱闆r下，圖像的大部分區(qū)域信號(hào)的變化緩慢，尤其是背景部分幾乎不變，所以視頻信號(hào)在相鄰象素間、相鄰行間乃至相鄰幀間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，這種相關(guān)性就表現(xiàn)為空間冗余和時(shí)間冗余。
在統(tǒng)計(jì)方面，冗余度表現(xiàn)為人眼在觀察圖像時(shí)的局限性，人眼對(duì)圖像細(xì)節(jié)分辨率、運(yùn)動(dòng)分辨率和對(duì)比度分辨率的感覺都有一定界限，所以相當(dāng)多的圖像信息對(duì)于人眼來說是無(wú)關(guān)緊要的，即使沒有這些信息，人眼也認(rèn)為圖像是完好且足夠好。所以，這些信息就是冗余信息，在滿足對(duì)圖像質(zhì)量一定要求的前提下，可以適當(dāng)減少信號(hào)精度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。
在已得到廣泛應(yīng)用的圖像壓縮編碼方法與標(biāo)準(zhǔn)中，主要利用三種手段對(duì)圖像進(jìn)行壓縮利用離散余弦變換(DCT)和矢量量化消除幀內(nèi)相關(guān)性，利用運(yùn)動(dòng)估計(jì)消除幀間相關(guān)性，利用熵編碼消除圖像數(shù)據(jù)編碼帶來的冗余。
傳統(tǒng)的消除幀內(nèi)相關(guān)性的方法是先對(duì)原始圖像進(jìn)行系數(shù)變換，例如可將圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行DCT變換，將光強(qiáng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻率數(shù)據(jù)；然后對(duì)系數(shù)變換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，量化的目的是通過降低體數(shù)據(jù)的精度，將大量的輸入值映射到較少的輸出值的集合上。量化是導(dǎo)致圖像信息損失的重要環(huán)節(jié)。
在現(xiàn)有的量化方法中，一般是將經(jīng)過系數(shù)變換的數(shù)據(jù)除以量化系數(shù)，量化系數(shù)越小，圖像信息損失越小，反之，圖像信息損失越大。量化系數(shù)的選擇依據(jù)為事先預(yù)計(jì)的圖像壓縮后的碼率，為了達(dá)到一個(gè)恒定的碼率輸出，將為不同的數(shù)據(jù)采用不同的量化系數(shù)。例如，如果一幀圖像預(yù)計(jì)壓縮后的數(shù)據(jù)量為128KB，那么首先根據(jù)該數(shù)據(jù)和量化方法選擇一個(gè)初始的量化系數(shù)，使用該量化系數(shù)對(duì)圖像的第一個(gè)宏塊進(jìn)行編碼，根據(jù)該宏塊所用的數(shù)據(jù)量得到剩余的目標(biāo)數(shù)據(jù)量，然后根據(jù)該數(shù)據(jù)再對(duì)后續(xù)的宏塊計(jì)算量化系數(shù)。依次類推，直至計(jì)算出最后一個(gè)宏塊的量化系數(shù)。
該量化方法能夠使壓縮后的數(shù)據(jù)滿足預(yù)先確定的碼率，但是，由于該量化方法沒有根據(jù)圖像的內(nèi)容選擇量化系數(shù)，使得圖像的某些區(qū)域在編碼后出現(xiàn)比較明顯的方塊效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種視頻數(shù)據(jù)壓縮的量化方法，以提高編碼后圖像的質(zhì)量。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
一種視頻數(shù)據(jù)壓縮的量化方法，包括如下步驟A、確定當(dāng)前待處理的圖像中位于平坦區(qū)域和復(fù)雜區(qū)域之間的過渡區(qū)域；B、對(duì)圖像的每個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行系數(shù)變換之后，根據(jù)所需的碼率分別計(jì)算每個(gè)區(qū)域的初始量化系數(shù)，在過渡區(qū)域，減小該區(qū)域的量化系數(shù)并利用新的量化系數(shù)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行量化；在非過渡區(qū)域，利用初始量化系數(shù)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行量化。
其中，步驟A具體包括如下步驟A1、確定當(dāng)前待處理的圖像中的平坦區(qū)域；A2、搜索圖像的每個(gè)區(qū)域，將周圍存在平坦區(qū)域的區(qū)域標(biāo)記為過渡區(qū)域。
優(yōu)選地，所述平坦區(qū)域?yàn)槠教购陦K；所述確定圖像中平坦區(qū)域的方法為計(jì)算圖像中每個(gè)宏塊的均方差值，并將均方差值小于預(yù)先設(shè)定的均方差閾值的宏塊標(biāo)記為平坦宏塊。
其中，所述計(jì)算圖像中宏塊的均方差值的方法為a、計(jì)算宏塊中所有象素的灰度平均值；b、計(jì)算宏塊中每個(gè)象素與灰度平均值之差的絕對(duì)值，并計(jì)算該絕對(duì)值之和；c、計(jì)算該絕對(duì)值之和與宏塊象素個(gè)數(shù)的比值。
優(yōu)選地，所述均方差閾值根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定。
優(yōu)選地，所述每個(gè)區(qū)域?yàn)槊總€(gè)宏塊，所述平坦區(qū)域?yàn)槠教购陦K；步驟A2為搜索圖像的每個(gè)宏塊，將周圍存在平坦宏塊的宏塊標(biāo)記為過渡宏塊。
其中，步驟B所述減小過渡區(qū)域的量化系數(shù)為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定過渡區(qū)域的量化系數(shù)閾值，將初始量化系數(shù)減去量化系數(shù)閾值，得到過渡區(qū)域的量化系數(shù)。
優(yōu)選地，所述區(qū)域?yàn)楹陦K。
其中，步驟A1與A2之間進(jìn)一步包括判斷圖像的平坦區(qū)域在整個(gè)圖像中是否占預(yù)先設(shè)定的比例，如果是，則轉(zhuǎn)到步驟A2；否則，對(duì)圖像的每個(gè)區(qū)域進(jìn)行系數(shù)變換之后，根據(jù)所需的碼率分別計(jì)算每個(gè)區(qū)域的初始量化系數(shù)，并應(yīng)用該量化系數(shù)。
優(yōu)選地，所述預(yù)先設(shè)定的比例為1％至50％。
本發(fā)明的方法是首先確定圖像中位于平坦區(qū)域和復(fù)雜區(qū)域之間的過渡區(qū)域；對(duì)圖像的每個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行系數(shù)變換之后，根據(jù)所需的碼率分別計(jì)算每個(gè)區(qū)域的初始量化系數(shù)，在過渡區(qū)域，減小該區(qū)域的量化系數(shù)并利用新的量化系數(shù)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行量化；在非過渡區(qū)域，利用初始量化系數(shù)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行量化。而現(xiàn)有技術(shù)的方法不考慮圖像的內(nèi)容，僅根據(jù)所需的碼率計(jì)算圖像的量化系數(shù)。從本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)的對(duì)比來看，本發(fā)明的方法可通過減小圖像中過渡區(qū)域的量化系數(shù)來提高對(duì)這部分區(qū)域的壓縮效果，避免過渡區(qū)域在編碼后出現(xiàn)明顯的方塊效應(yīng)。


圖1是本發(fā)明確定圖像中過渡宏塊的流程圖。
圖2是本發(fā)明確定圖像中當(dāng)前宏塊量化系數(shù)的流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更清楚，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。
本發(fā)明的方法是根據(jù)圖像區(qū)域的不同特征，采取不同的量化系數(shù)對(duì)當(dāng)前區(qū)域進(jìn)行編碼。具體的方法是首先計(jì)算圖像中每個(gè)宏塊的均方差值，根據(jù)均方差值標(biāo)記平坦宏塊，再根據(jù)每個(gè)宏塊周圍宏塊的性質(zhì)標(biāo)記過渡宏塊，然后在對(duì)過渡宏塊進(jìn)行完系數(shù)變換之后減小過渡宏塊的量化系數(shù)。
下面詳細(xì)說明本發(fā)明的方法。
在對(duì)圖像進(jìn)行系數(shù)變換之前，首先確定圖像中宏塊是否需要采用特殊的量化系數(shù)，該流程如圖1所示，包括如下步驟步驟101設(shè)置n＝1；設(shè)置并初始化標(biāo)識(shí)平坦區(qū)塊的數(shù)組Flatness[n]、標(biāo)識(shí)過渡區(qū)塊的數(shù)組Transition[n]和平坦宏塊計(jì)數(shù)器。
步驟102計(jì)算當(dāng)前宏塊的均方差值。
計(jì)算宏塊的均方差值分為三個(gè)步驟(1)計(jì)算宏塊的象素灰度的平均值。
通常，宏塊的大小一般為16×16，即宏塊中包含256個(gè)象素，象素灰度平均值為這256個(gè)象素的灰度值之和除以256所得的值。
(2)計(jì)算宏塊中每個(gè)象素的灰度值與灰度平均值的差值的絕對(duì)值。
(3)將宏塊中每個(gè)象素的灰度值與均值之差的絕對(duì)值之和除以宏塊的象素個(gè)數(shù)所得的值為宏塊的均方差值。
步驟103判斷當(dāng)前宏塊的均方差值是否小于預(yù)先設(shè)定的均方差閾值，如果是，則轉(zhuǎn)到步驟104；否則，轉(zhuǎn)到步驟105。
步驟104平坦宏塊計(jì)數(shù)器加一，并將當(dāng)前宏塊標(biāo)記為平坦宏塊，即Flatness[n]＝1，然后轉(zhuǎn)到步驟106。
步驟105將當(dāng)前宏塊標(biāo)記為復(fù)雜宏塊，即Flatness[n]＝0。
步驟106判斷當(dāng)前宏塊是否是圖像最后一個(gè)宏塊，如果是，則轉(zhuǎn)到步驟108；否則，轉(zhuǎn)到步驟107。
步驟107n＝n+1，然后返回步驟102。
步驟108計(jì)算圖像總宏塊個(gè)數(shù)和平坦宏塊計(jì)數(shù)器的比值。
步驟109判斷步驟108所得的比值是否在2至100的區(qū)間內(nèi)，包含2和100，如果是，則轉(zhuǎn)到步驟110；否則，轉(zhuǎn)到步驟111。
在本實(shí)施例中，較佳的比值范圍為2至100，但是本發(fā)明不排斥其它比值范圍，可以根據(jù)圖像具體的灰度分布而設(shè)定合適的比值范圍。
步驟110設(shè)置量化模式＝1，然后轉(zhuǎn)到步驟112。
步驟111設(shè)置量化模式＝0，然后結(jié)束。
步驟112設(shè)置n＝1。
步驟113對(duì)當(dāng)前宏塊周圍所有宏塊的Flatness[n]的值求或，并將結(jié)果存在Transition[n]中，求或的結(jié)果為1表示該宏塊是過渡宏塊，求或的結(jié)果為0表示宏塊不是過渡宏塊。。
對(duì)于不位于圖像邊緣的宏塊，宏塊周圍有8個(gè)宏塊，將這8個(gè)宏塊的Flatness[n]值求或；對(duì)于位于圖像邊緣的宏塊，宏塊周圍有m個(gè)宏塊(m＜8)，將這m個(gè)宏塊的Flatness[n]值求或。
步驟114判斷當(dāng)前宏塊是否是圖像中最后一個(gè)宏塊，如果是，則結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)到步驟115。
步驟115n＝n+1，然后返回步驟113。
如果量化模式為0，說明該圖像中的平坦宏塊的個(gè)數(shù)不足1％或大于50％，則說明圖像中的平坦宏塊過少或過多，圖像中的過渡區(qū)域較少。因此，在對(duì)圖像進(jìn)行壓縮時(shí)，對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行系數(shù)變換之后，按照現(xiàn)有技術(shù)根據(jù)碼率計(jì)算所得的量化系數(shù)對(duì)系數(shù)變換之后的宏塊數(shù)據(jù)進(jìn)行量化。
如果量化模式為1，說明該圖像中的平坦宏塊的個(gè)數(shù)在1％到50％之間，則說明圖像中的平坦宏塊的數(shù)量適中，圖像中的過渡區(qū)域較多。因此，在對(duì)圖像進(jìn)行壓縮時(shí)，對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行系數(shù)變換之后，執(zhí)行圖2所示的確定當(dāng)前宏塊量化系數(shù)的步驟步驟201判斷當(dāng)前宏塊的Transition[n]是否為1，如果是，則轉(zhuǎn)到步驟202；否則，轉(zhuǎn)到步驟205。
步驟202根據(jù)壓縮所需的碼率計(jì)算當(dāng)前宏塊的初始量化系數(shù)QPall，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定量化系數(shù)閾值。
步驟203計(jì)算當(dāng)前宏塊的最終量化系數(shù)QPnew＝QPall-量化系數(shù)閾值。
步驟204將系數(shù)變化之后的當(dāng)前宏塊數(shù)據(jù)除以QPnew，然后結(jié)束。
步驟205根據(jù)壓縮所需的碼率計(jì)算當(dāng)前宏塊的初始量化系數(shù)QPall。
步驟206將系數(shù)變化之后的當(dāng)前宏塊數(shù)據(jù)除以QPall，然后結(jié)束。
這樣，對(duì)圖像中待處理的宏塊進(jìn)行量化時(shí)，采用較小的量化系數(shù)，從而避免了對(duì)圖像中所有宏塊采用統(tǒng)一確定的量化系數(shù)而產(chǎn)生的過渡區(qū)域丟失信息的缺陷。
需要說明的是，預(yù)先設(shè)定的均方差閾值和量化系數(shù)閾值都是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定的。
在具體的實(shí)施過程中可對(duì)根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，以適應(yīng)具體情況的具體需要。因此可以理解，根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
只是起示范作用，并不用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種視頻數(shù)據(jù)壓縮的量化方法，其特征在于，該方法包括如下步驟A、確定當(dāng)前待處理的圖像中位于平坦區(qū)域和復(fù)雜區(qū)域之間的過渡區(qū)域；B、對(duì)圖像的每個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行系數(shù)變換之后，根據(jù)所需的碼率分別計(jì)算每個(gè)區(qū)域的初始量化系數(shù)，在過渡區(qū)域，減小該區(qū)域的量化系數(shù)并利用新的量化系數(shù)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行量化；在非過渡區(qū)域，利用初始量化系數(shù)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行量化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A具體包括如下步驟A1、確定當(dāng)前待處理的圖像中的平坦區(qū)域；A2、搜索圖像的每個(gè)區(qū)域，將周圍存在平坦區(qū)域的區(qū)域標(biāo)記為過渡區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述平坦區(qū)域?yàn)槠教购陦K；所述確定圖像中平坦區(qū)域的方法為計(jì)算圖像中每個(gè)宏塊的均方差值，并將均方差值小于預(yù)先設(shè)定的均方差閾值的宏塊標(biāo)記為平坦宏塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述計(jì)算圖像中宏塊的均方差值的方法為a、計(jì)算宏塊中所有象素的灰度平均值；b、計(jì)算宏塊中每個(gè)象素與灰度平均值之差的絕對(duì)值，并計(jì)算該絕對(duì)值之和；c、計(jì)算該絕對(duì)值之和與宏塊象素個(gè)數(shù)的比值。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述均方差閾值根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述每個(gè)區(qū)域?yàn)槊總€(gè)宏塊，所述平坦區(qū)域?yàn)槠教购陦K；步驟A2為搜索圖像的每個(gè)宏塊，將周圍存在平坦宏塊的宏塊標(biāo)記為過渡宏塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟B所述減小過渡區(qū)域的量化系數(shù)為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值確定過渡區(qū)域的量化系數(shù)閾值，將初始量化系數(shù)減去量化系數(shù)閾值，得到過渡區(qū)域的量化系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述區(qū)域?yàn)楹陦K。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟A1與A2之間進(jìn)一步包括判斷圖像的平坦區(qū)域在整個(gè)圖像中是否占預(yù)先設(shè)定的比例，如果是，則轉(zhuǎn)到步驟A2；否則，對(duì)圖像的每個(gè)區(qū)域進(jìn)行系數(shù)變換之后，根據(jù)所需的碼率分別計(jì)算每個(gè)區(qū)域的初始量化系數(shù)，并應(yīng)用該量化系數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述預(yù)先設(shè)定的比例為1％至50％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種視頻數(shù)據(jù)壓縮的量化方法，該方法是首先確定當(dāng)前待處理圖像中的位于平坦區(qū)域和復(fù)雜區(qū)域之間的過渡區(qū)域；在對(duì)圖像的每個(gè)區(qū)域分別進(jìn)行系數(shù)變換之后，根據(jù)所需的碼率分別計(jì)算每個(gè)區(qū)域的初始量化系數(shù)，在過渡區(qū)域，減小該區(qū)域的量化系數(shù)并利用新的量化系統(tǒng)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行量化；在非過渡區(qū)域，利用初始量化系數(shù)對(duì)該區(qū)域進(jìn)行量化。使用了本發(fā)明的方法之后，可以通過減小圖像中過渡區(qū)域的量化系數(shù)來提高對(duì)這部分區(qū)域的壓縮的效果，避免過渡區(qū)域在編碼后出現(xiàn)明顯的方塊效應(yīng)。
文檔編號(hào)H04N7/26GK1756353SQ20041008039
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2004年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者梁柱 申請(qǐng)人:騰訊科技(深圳)有限公司