專利名稱：一種應(yīng)用于流媒體的圖像壓縮編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域以及多媒體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種應(yīng)用于流媒體的圖像壓縮編碼方法。
背景技術(shù)：
視頻壓縮的目標(biāo)是在盡可能保證視覺(jué)效果的前提下減少視頻數(shù)據(jù)率。視頻壓縮比一般指壓縮后的數(shù)據(jù)量與壓縮前的數(shù)據(jù)量之比。由于視頻是連續(xù)的靜態(tài)圖像，因此其壓縮編碼算法與靜態(tài)圖像的壓縮編碼算法有某些共同之處，但是運(yùn)動(dòng)的視頻還有其自身的特性，因此在壓縮時(shí)還應(yīng)考慮其運(yùn)動(dòng)特性才能達(dá)到高壓縮的目標(biāo)。
幀內(nèi)(Imraframe)壓縮也稱為空間壓縮(Spatial compression)。當(dāng)壓縮一幀圖像時(shí)，僅考慮本幀的數(shù)據(jù)而不考慮相鄰幀之間的冗余信息，這實(shí)際上與靜態(tài)圖像壓縮類似。幀內(nèi)一般采用有損壓縮算法，由于幀內(nèi)壓縮時(shí)各個(gè)幀之間沒(méi)有相互關(guān)系，所以壓縮后的視頻數(shù)據(jù)仍可以以幀為單位進(jìn)行編輯。幀內(nèi)壓縮一般達(dá)不到很高的壓縮。
采用幀間(Interframe)壓縮是基于許多視頻或動(dòng)畫的連續(xù)前后兩幀具有很大的相關(guān)性，或者說(shuō)前后兩幀信息變化很小的特點(diǎn)。也即連續(xù)的視頻其相鄰幀之間具有冗余信息，根據(jù)這一特性，壓縮相鄰幀之間的冗余量就可以進(jìn)一步提高壓縮量，減小壓縮比。幀間壓縮也稱為時(shí)間壓縮(Temporal compression)，它通過(guò)比較時(shí)間軸上不同幀之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。幀間壓縮一般是無(wú)損的。幀差值(Framedifferencing)算法是一種典型的時(shí)間壓縮法，它通過(guò)比較本幀與相鄰幀之間的差異，僅記錄本幀與其相鄰幀的差值，這樣可以大大減少數(shù)據(jù)量。
對(duì)幀間施行的基于異或運(yùn)算的無(wú)損壓縮算法和基于差值量化的有損壓縮算法是目前最比較常用的幀內(nèi)壓縮算法。但是對(duì)于周期性運(yùn)動(dòng)，平移封閉運(yùn)動(dòng)等場(chǎng)景偏移的圖像，目前的幀間壓縮的效果卻并不是太好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了改善對(duì)于視頻幀間內(nèi)出現(xiàn)的圖像偏移的情形下的壓縮比，設(shè)計(jì)一種利用偏移向量的流媒體的幀間圖像壓縮編碼方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用的技術(shù)方案如下通過(guò)比較上一幀和本幀的圖像相似度，如果相似度高的話，直接使用幀間壓縮編碼；否則獲取上一幀的偏移向量圖像，再和本幀圖像比較，同時(shí)修改偏移向量，獲得最佳的可以匹配本幀的上一幀的偏移向量。最后進(jìn)行本幀和上一幀偏移向量圖像的幀間壓縮編碼，同時(shí)在幀頭添加偏移向量。如果比較的上一幀和本幀的偏移向量圖像始終不符合圖像相似度的一個(gè)閥值，則本幀的時(shí)間冗余度不高，而對(duì)本幀進(jìn)行幀內(nèi)壓縮。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)理念是在圖像的壓縮編碼的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的。對(duì)于視頻幀間內(nèi)出現(xiàn)的圖像偏移的情形下，如果直接采用時(shí)間軸上的象素點(diǎn)異或的方法，則一般會(huì)認(rèn)為上下兩幀圖像的時(shí)間冗余度不高，而將本幀認(rèn)定為幀內(nèi)編碼。但是如果使用偏移向量，使前一幀的圖像發(fā)生偏移產(chǎn)生新的偏移圖像，再和本幀圖像進(jìn)行對(duì)比，則時(shí)間冗余度非常的高，從而對(duì)本幀進(jìn)行幀間編碼，對(duì)數(shù)據(jù)的壓縮起到一個(gè)很好的效果。
本發(fā)明的圖像壓縮編碼方法包括以下步驟(1)獲取前一幀圖像和本幀圖像信息；(2)比較兩幀信息，如果相似隸屬度低于某一閥值的話，進(jìn)行下一步驟(3)；否則對(duì)本幀進(jìn)行幀間編碼，并退出本方法；(3)判斷偏移向量幅度循環(huán)數(shù)是否小于360/i，如果不是的話，則跳到下一步驟(4)；否則設(shè)置偏移向量長(zhǎng)度變換為真；(4)判斷偏移向量長(zhǎng)度循環(huán)數(shù)是否大于j，如果是則跳到步驟(8)；否則下一步驟(5)；(5)判斷上一幀的偏移向量圖像和本幀的相似隸屬度是否大于某一閥值，如果大于，則跳到步驟(9)；否則下一步驟(6)；(6)判斷是否為向量長(zhǎng)度變化(默認(rèn)偏移向量長(zhǎng)度變換為假)，如果不是，則跳到步驟(7)；如果是則將偏移向量幅度為上述步驟中最佳相似隸屬度時(shí)的偏移向量幅度，偏移向量長(zhǎng)度加1，并將所得向量長(zhǎng)度的值對(duì)j值取模，進(jìn)入步驟(4)；(7)向量幅度逆時(shí)針增加i度；進(jìn)入步驟(4)(8)對(duì)本幀進(jìn)行幀內(nèi)編碼，并退出本方法；
(9)將前一幀的偏移向量圖像和本幀進(jìn)行幀間編碼，將是否進(jìn)行向量長(zhǎng)度變化置為假，退出本方法。
本發(fā)明的有益效果在于對(duì)于周期性運(yùn)動(dòng)，平移封閉運(yùn)動(dòng)等場(chǎng)景偏移的圖像，使用偏移向量的幀間壓縮方式具有比較好的壓縮效果。
運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、幀間預(yù)測(cè)是利用先前已編碼幀的圖像作為參考圖像對(duì)當(dāng)前圖像進(jìn)行預(yù)測(cè)的方式，他們屬于有損壓縮，與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、幀間預(yù)測(cè)不一樣的是，使用偏移向量的幀間編碼是基于已編碼幀的偏移圖像和本幀的象素比較，從而使一些幀內(nèi)編碼塊變成幀間編碼塊，提高了視頻幀的壓縮比，屬于無(wú)損壓縮。


圖1為應(yīng)用于流媒體的圖像壓縮編碼的示意圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。
一種應(yīng)用于流媒體的圖像壓縮編碼方式是使用偏移向量的幀間編碼方式，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。
首先程序獲取前一幀圖像和本幀圖像信息，然后通過(guò)時(shí)間軸上的相同坐標(biāo)比較兩幀信息，比較可以采用相同坐標(biāo)的象素點(diǎn)異或(XOR)比較，所得的值趨向于零值，則認(rèn)為上下幀相似，兩幀的相似隸屬度高。
本發(fā)明中的相似隸屬度定義為
s=Σ(~xor(a,b))m×n]]>其中a，b同一時(shí)間軸上的上下兩幀圖像信息的二值矩陣表達(dá)式；m，n是上下兩幀圖像的長(zhǎng)，寬的象素?cái)?shù)。
如果兩幀的相似隸屬度高于某一閥值的話，則本幀為幀間編碼，可以采用小波變換和壓縮編碼等對(duì)本幀進(jìn)行幀間編碼，并退出本方法；否則將程序?qū)⑹褂闷谱兞繉?duì)本幀進(jìn)行計(jì)算，看本幀是否可以使用偏移向量進(jìn)行幀間編碼。
偏移向量由向量的幅度和長(zhǎng)度構(gòu)成。圖像無(wú)偏移時(shí)偏移向量為零向量。確定了偏移向量的幅度和長(zhǎng)度，也就確定了上下幀圖像的偏移關(guān)系。設(shè)向量幅度為β，長(zhǎng)度為L(zhǎng)。則下一幀的圖像原始坐標(biāo)(X1，Y1)與前一幀圖像信息原始坐標(biāo)(X0，Y0)關(guān)系為X1＝X0+L*cosβY1＝Y(jié)0-L*sinβ程序判斷偏移向量幅度循環(huán)數(shù)是否小于360/i，如果是的話，則設(shè)置偏移向量長(zhǎng)度變換為真(程序默認(rèn)的向量長(zhǎng)度變換為假)；則繼續(xù)判斷偏移向量長(zhǎng)度循環(huán)數(shù)是否大于j，如果是，則程序的偏移向量變換結(jié)束，前一幀和本幀不存在明顯的圖像偏移關(guān)系，本幀將認(rèn)為是一個(gè)與上一幀無(wú)關(guān)的圖像幀，對(duì)本幀進(jìn)行幀內(nèi)編碼，并退出本方法。其中i是可以設(shè)置的偏移向量幅度增加的一個(gè)常值，j是允許偏移向量的長(zhǎng)度變換的一個(gè)最大值。
將前一幀已編碼的圖像幀的圖像信息進(jìn)行了對(duì)于偏移變量的偏移，然后比較新的圖像信息和本幀圖像信息，如果兩幀的相似隸屬度低的話，則判斷是進(jìn)行偏移向量的幅度變換還是長(zhǎng)度變換。幅度變換將是對(duì)偏移向量在逆時(shí)針加上i度；長(zhǎng)度變換是將偏移向量的長(zhǎng)度加1，并對(duì)最大值進(jìn)行取余操作。同時(shí)，進(jìn)行長(zhǎng)度變換的偏移向量的是在幅度變換中相似隸屬度最高的那個(gè)偏移向量的幅度值。
否則如果采用了偏移向量的前一幀圖像信息和本幀圖像信息相似隸屬度高于某一閥值，則認(rèn)為本幀可以和前一幀進(jìn)行幀間編碼，利用小波變換進(jìn)行本幀和前一幀偏移向量的圖像信息的幀間編碼，并在壓縮編碼后添加偏移向量的信息。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于流媒體的圖像壓縮編碼方法，其特征在于，該方法包括以下步驟(1)獲取前一幀圖像和本幀圖像信息；(2)比較兩幀信息，如果相似隸屬度低于某一閥值的話，進(jìn)行下一步驟(3)；否則對(duì)本幀進(jìn)行幀間編碼，并退出本方法；(3)判斷偏移向量幅度循環(huán)數(shù)是否小于360/i，如果不是的話，則跳到下一步驟(4)；否則設(shè)置偏移向量長(zhǎng)度變換為真；(4)判斷偏移向量長(zhǎng)度循環(huán)數(shù)是否大于j，如果是則跳到步驟(8)；否則下一步驟(5)；(5)判斷上一幀的偏移向量圖像和本幀的相似隸屬度是否大于某一閥值，如果大于，則跳到步驟(9)；否則下一步驟(6)；(6)判斷是否為向量長(zhǎng)度變化(默認(rèn)偏移向量長(zhǎng)度變換為假)，如果不是，則跳到步驟(7)；如果是則將偏移向量幅度為上述步驟中最佳相似隸屬度時(shí)的偏移向量幅度，偏移向量長(zhǎng)度加1，并將所得向量長(zhǎng)度的值對(duì)j值取模，進(jìn)入步驟(4)；(7)向量幅度逆時(shí)針增加i度；進(jìn)入步驟(4)(8)對(duì)本幀進(jìn)行幀內(nèi)編碼，并退出本方法；(9)將前一幀的偏移向量圖像和本幀進(jìn)行幀間編碼，將是否進(jìn)行向量長(zhǎng)度變化置為假，退出本方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于流媒體的圖像壓縮編碼方法，其特征在于本方法使用了偏移向量，記錄前幀圖像信息和本幀圖像信息的偏移關(guān)系。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于流媒體的圖像壓縮編碼方法，其特征在于采用了相似隸屬度，表示了前幀圖像信息和本幀圖像信息的相似程度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于流媒體的圖像壓縮編碼方法，其特征在于根據(jù)偏移向量，把前幀圖像進(jìn)行了偏移之后產(chǎn)生的新的圖像信息和本幀圖像信息進(jìn)行幀間編碼。
全文摘要
本發(fā)明的方法提供一種可以應(yīng)用于流媒體的圖像壓縮編碼，該編碼方式采用了一個(gè)偏移向量，記錄和前一次的偏移關(guān)系。如果偏移關(guān)系發(fā)生變化，則程序可以智能的計(jì)算新的兩幀之間的偏移向量。如果經(jīng)過(guò)偏移向量變換后的兩幀的相似度高的話，則采用利用了偏移向量的幀間編碼方式；否則對(duì)新幀進(jìn)行幀內(nèi)編碼。本方法對(duì)于周期性運(yùn)動(dòng)，平移封閉運(yùn)動(dòng)等場(chǎng)景偏移的圖像具有很好的壓縮效果。
文檔編號(hào)H04N7/24GK1949875SQ20061012326
公開(kāi)日2007年4月18日 申請(qǐng)日期2006年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月2日
發(fā)明者麥章?tīng)N, 羅笑南 申請(qǐng)人:中山大學(xué)