[發明專利]嵌入幀內編碼塊的視頻編碼方法

有效

• 申請號: 200810059360.3
• 申請日: 2008-01-25
• 公開（公告）號: CN101232619A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 唐慧明;樓洛陽;鮑慶潔;楊名;艾丹
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/50;H04N7/18;H04N7/15
• 代理公司: 杭州之江專利事務所
• 代理人: 朱楓

技術領域

本發明屬于數字視頻壓縮編解碼技術領域，更具體地講，涉及利用嵌入幀內編碼塊降低比特率的視頻編碼方法。

背景技術

視頻信號由于信息量大，傳輸網絡帶寬要求高，給傳輸和存儲都帶來了很大的不便，因此實際應用中往往需要進行壓縮編碼。

傳統的視頻編碼標準如H.261，H.263，H.264、MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4等都是混合編碼框架之上的。而混合編碼框架是綜合利用了預測，變換以及熵編碼的方法。傳統編碼標準中都包含有幀內編碼幀，即I幀，和幀間編碼幀，即P幀和B幀。I幀的主要編碼過程如下：對原始圖像數據分宏塊作幀內預測，對宏塊的原始數據和預測數據的殘差作二維空間變換；然后在變換域中對變換系數進行量化；最后對量化后的系數進行熵編碼。P幀、B幀的主要編碼過程如下：采用基于運動補償的幀間估計或采用基于空間相關性的幀內預測，將預測后得到的殘差做二維空間變換；然后在變換域中對變換系數進行量化；量化后的系數進行熵編碼。P幀在編碼過程中參考了I幀或以前P幀的信息，B幀將參考前后的I幀或P幀，但P的信息最初是采用了I幀作預測幀。若用戶接收的視頻碼流沒有包含I幀的信息，則采用P幀編碼的圖像將不能正確復原。因此在解碼端碼流能正確解碼的起點是I幀。

傳統的視頻編碼方法以固定間隔插入I幀編碼，確保了能在接收到I幀編碼數據后正確解碼。I幀成為一個隨機訪問點，而對一幀圖像進行I幀編碼的比特通常是P幀編碼的比特的數倍以上。對于視頻監控或視頻會議應用，I幀間隔越長，則意味著新接入的客戶端可能需要等待更多的時間才能解碼出正常圖像，因此希望減小I幀間隔，但減小I幀間隔，意味著增加I幀數量，將大幅增加碼率。綜合考慮到降低比特率和隨機訪問正確解碼的延遲，視頻監控I幀間隔常設置為2秒左右，在信道較窄時，間隔為更長些。

在視頻監控或視頻會議等應用中，通常用戶對圖像中一個或多個區域感興趣，用戶對這些感興趣區域的正確復原能力和用戶接入到正確解碼的延遲有很高的要求，而對圖像內其他非感興趣區域的用戶接入后能正確解碼的延遲的要求并不苛刻。減小I幀間隔的編碼方法較好地滿足了用戶對接入后能正確解碼的延遲的要求，但是該方法比特率高，對傳輸碼流的網絡帶寬要求高，也容易出現網絡堵塞和丟包現象，從而在解碼端造成解碼錯誤。如果將I幀間隔設置為更大的值，用戶接入后能正確解碼的延遲將增加，在實際的應用中用戶將難以忍受過大的延時。

本發明針對這種情況，給出了一種在I幀之間每隔m幀圖像對圖像內一個或多個選定區域做強制幀內編碼，同時將對整幅圖像做幀內編碼(I幀)的間隔增大為n(n＞m)的視頻編碼方法。該方法能夠滿足用戶對感興趣區域接入后能正確解碼延遲的要求，并且降低了碼率。

發明內容

本發明主要解決傳統的插入固定幀間隔的I幀編碼的視頻編碼方法產生的編碼碼流大以及碼流量短時劇增造成網絡堵塞的問題，為此，本發明提供了一種每隔固定幀間隔的給定區域強制幀內編碼，并在其后的宏塊編碼模式選擇中優先選取參考強制幀內編碼宏塊信息的預測模式作為最佳預測模式的視頻編碼方法。本發明可以加大視頻碼流中I幀的間隔，從而降低碼率，同時使解碼端圖像中用戶感興趣區域或經檢測得到的運動目標區域，在隨機接入后正確解碼的延遲時間減少。本發明特別適合在視頻監控、可視電話和視頻會議中應用。

本發明提出的嵌入幀內編碼塊的視頻編碼方法，每隔n幀圖像對整幅圖像做幀內編碼(I幀)，其特征在于：從I幀開始，對每隔m幀的P幀圖像(m小于n)的選定區域內嵌入強制幀內編碼塊，該強制幀內編碼塊的宏塊編碼僅參考本區域內像素的信息；對不含強制幀內編碼塊的P幀或B幀編碼時，其選定區域內的宏塊編碼僅參考當前幀選定區域內、參考幀中強制幀內編碼塊內、或參考幀中優先參考塊內的像素信息。

更為具體的，本發明的嵌入幀內編碼塊的視頻編碼方法主要包括如下三項技術：固定幀間隔的給定區域強制幀內編碼方法；設置和更新宏塊優先參考標志的方法；優先采用優先參考塊中的像素進行預測的方法。其中：

本發明的固定幀間隔的給定區域強制幀內編碼方法，具體為：視頻編碼過程中，對每隔m幀的P幀圖像(m小于n)的選定區域做強制I宏塊編碼，此類區域的強制I宏塊編碼不能在編碼過程中參考其他幀的信息或當前幀其他區域的信息，以確保此類區域的碼流在解碼端能獨立解碼。所述選定區域是用戶選定的感興趣區域、經檢測得到的包含運動物體目標的區域或缺省選定區域。