[發明專利]基于測量域塊分類的視頻壓縮感知編碼系統及方法

有效

• 申請號: 201310089235.8
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN103338363A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 宋彬;尹東芹;郭潔;秦浩;劉海嘯
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/50
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 張問芬;王品華

技術領域

本發明屬于視頻編碼技術領域，主要涉及基于壓縮感知的視頻編碼系統及方法，具體是一種基于測量域塊分類的視頻壓縮感知編碼系統及方法，用于視頻編碼系統。

背景技術

在H.264標準視頻編碼系統中，采用運動估計去掉視頻信號的時間相關性、采用DCT變換去掉空間相關性，事實上進一步研究發現，無論是幀內塊還是幀間塊的DCT系數間仍然存在較強的相關性，這種相關性隨著塊的空間位置的臨近而加強，我們將這種相關性稱為頻域相關。

基于壓縮感知的信號采集設備利用壓縮感知技術直接將模擬的光信號轉化成壓縮后的數字信號，因此在編碼端原始像素域視頻信號不可得。傳統的視頻編碼標準中的運動估計、運動補償、預測技術等無法適用于基于壓縮感知的視頻編碼系統中，因此在編碼端需要研究基于測量域上的信號相關性分析方法，以提高整個系統的壓縮效率?；蛘呒俣ň幋a端能夠得到原始的像素域數字視頻信號，直接在像素域上分析信號相關性，而這顯然違背了壓縮感知理論；或者在編碼端引入重構算法，基于重構得到的像素域視頻信號來分析其相關性，極大地增加了編碼端復雜度。因此，在編碼端利用低復雜度算法獲取圖像信號的像素域特征十分困難。

文獻“Zhirong?Gao，Chengyi?Xiong，Cheng?Zhou?and?Hanxin?Wang，Compressive?Sampling?with?Coefficients?Random?Permutations?for?Image?Compression，International?Conference?on?Multimedia?and?Signal?Processing(CMSP)，pp.321-324，2011”中提到不同的圖像塊在變換域具有不同的稀疏度和復雜度，平滑塊相對于紋理塊和邊緣塊對應更少的非零DCT系數，紋理塊DCT系數的幅值變化比較平緩，邊緣塊DCT系數的幅值變化比較劇烈。也就是說頻域信號特征能夠有效反映圖像的像素域特征。

由上面的分析可知，在基于壓縮感知的視頻編碼系統中，通過研究測量域信號相關性與相應頻域信號相關性之間的關系，直接利用測量域信號實現頻域信號的相關性研究，具有非常重要的研究價值。

在基于壓縮感知的視頻編碼系統中，為了減少存儲空間以及重構的復雜度通常對視頻幀進行分塊處理，且所有的視頻塊或圖像塊采用相同的處理方法，而忽略了不同類型視頻塊本身的特點。在大多數視頻通信的應用中，人們主要關心的是圖像的主觀質量，而不是客觀質量。另外考慮到人眼的視覺系統的特點，對圖像的不同區域人眼的敏感度有所差異，利用塊分類法將圖像分成不同的區域，然后對不同的區域應用不同的處理算法。

現有的塊分類方法通常利用像素域上的均值方差或者頻域信號的分布特點作為分類依據，而基于壓縮感知的視頻編碼系統的編碼端像素域信號和頻域信號不可得，現有的塊分類方法不可用，因此在基于壓縮感知的視頻編碼系統中研究測量域上的塊分類方法，針對不同類型的視頻塊進行不同的處理將有助于提高系統的率失真性能。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的缺點，提出一種基于測量域塊分類的視頻壓縮感知編碼系統及方法，針對不同類型視頻塊的特點對不同類型的視頻塊進行不同程度的壓縮，以提高整個系統的率失真性能。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于測量域塊分類的視頻壓縮感知編碼系統，包括分塊壓縮采樣模塊、測量域的塊分類模塊、采樣率分配模塊、采樣數分配及二次測量模塊和重構模塊；分塊壓縮采樣模塊將輸入視頻塊分成大小相等互不重疊的子塊，對每個子塊用相同的隨機測量矩陣進行測量得到測量域信號；測量域的塊分類模塊由提取測量域特征圖像模塊、測量域與頻域關系模型模塊和判決模塊構成，將分塊壓縮采樣得到的子塊的測量域信號分別作為矩陣的行向量得到測量域特征圖像，測量域與頻域關系模型模塊建立了測量域信號與相應頻域信號的相關性的近似線性關系，判決模塊以測量域與頻域信號的相關性關系模型為理論依據利用測量域特征圖像進行塊類別的判決，具體為計算測量域特征圖像的互協方差矩陣，并且由相關性關系模型得出互協方差矩陣的元素的方差用于衡量視頻塊的特征，根據方差值的大小實現視頻塊的類型判決，通過判決模塊將輸入的視頻塊判為邊緣塊、紋理塊或平滑塊；然后系統針對判決結果以及不同類型視頻塊本身的特點，對不同類型的視頻塊分配不同的采樣率；采樣數分配及二次測量模塊根據采樣率及視頻塊大小確定測量數及測量矩陣，利用測量矩陣對視頻塊重新進行測量得到測量域信號，最后將測量域信號傳輸到重構模塊進行重構。