[發(fā)明專利]一種基于n-bit截尾量化和塊內(nèi)二維預(yù)測的參考幀壓縮方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310144865.0
• 申請日: 2013-04-24
• 公開（公告）號: CN103248891A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范益波;尚青;劉聰;曾曉洋
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/34
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字視頻信號編解碼技術(shù)領(lǐng)域，針對于HEVC視頻標(biāo)準(zhǔn)，具體涉及參考幀壓縮的算法。

背景技術(shù)

HEVC(High?efficiency?video?coding)是由國際電信組織（ITU）和運動圖像專家組（MPEG）聯(lián)合制定而成的最新國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。相對于舊的H.264標(biāo)準(zhǔn)，HEVC具有更高的壓縮效率，更適合超高分辨率視頻的編碼，但其計算量與復(fù)雜度也劇增，巨大的外存訪問量嚴(yán)重降低了系統(tǒng)的速度，增加了系統(tǒng)功耗。對于編解碼器來說，外存的訪問主要來自參考幀與播放幀的讀寫，要降低系統(tǒng)外存訪問帶寬，就要從此處如手。

參考幀壓縮是解決上述問題的一種有力手段，它對存儲在外存的參考幀進行快速高效的壓縮，減少參考幀傳輸時的數(shù)據(jù)量，從而降低系統(tǒng)帶寬。該方法可以無縫的嵌入到任何視頻編解碼器中，不會對原始視頻編解碼器結(jié)構(gòu)產(chǎn)生太大影響。附圖1中闡述了參考幀壓縮模塊系統(tǒng)中的位置：1-1為原始視頻流的讀入，1-2為壓縮后的數(shù)據(jù)存向外存，1-3為編碼器重構(gòu)圖像進入?yún)⒖紟瑝嚎s器，1-4為參考幀解壓器從外存讀入壓縮后的參考幀，1-5為將解壓好的參考幀送向編碼器。可見，該模塊的加入不會影響原始編碼器的結(jié)構(gòu)。

參考幀數(shù)據(jù)的形式一般為原始的YUV像素。參考幀在解碼器中主要用于運動補償（Motion?Compensation），在編碼器中用于運動估計（Motion?estimation）和運動補償。在進行運動估計、運動補償時，編碼器需要將參考幀中的原始像素從外存中載入到運動估計模塊中進行運動估計。如果使用了參考幀壓縮技術(shù)，存儲在外存中的數(shù)據(jù)為已經(jīng)壓縮過的，這樣載入?yún)⒖紟瑫r就能大大降低數(shù)據(jù)量，從而達(dá)到降低帶寬的目的。從外存中載入的已壓縮后數(shù)據(jù)在使用前需要先經(jīng)過解壓，所以參考幀壓縮模塊由壓縮器和解壓器構(gòu)成。

參考幀壓縮算法有以下幾點要求：

1.較高的壓縮效率；

2.簡單的壓縮和解壓算法，確保不會影響編解碼器的工作速度；

3.支持?jǐn)?shù)據(jù)隨機訪問，滿足編解碼器的要求；

4.?重構(gòu)的參考幀無損或低損，保證編解碼圖像的質(zhì)量；

壓縮率是壓縮算法的一個重要衡量依據(jù)，它定義為：

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種快速高效的參考幀壓縮方法，適用于HEVC視頻規(guī)范所規(guī)定編解碼過程，可以實現(xiàn)多質(zhì)量層次的壓縮和解碼。該壓縮算法主要包括兩個過程：n-bit截尾量化和塊內(nèi)二維預(yù)測。

n-bit截尾量化是指將輸入的原始N-bit像素最后n位進行截尾，即將原始的N-bit數(shù)據(jù)向右移n位（相當(dāng)于對原始像素進行了量化系數(shù)為2ⁿ的量化）。移出的最后n位作為量化殘差進行存儲。解碼時，通過使用不同位數(shù)的量化殘差，可以得到不同品質(zhì)的重構(gòu)圖像。

塊內(nèi)二維預(yù)測是指通過結(jié)合HEVC的幀內(nèi)預(yù)測結(jié)果，在?M×M的像素塊內(nèi)對像素進行預(yù)測并計算殘差，?M為4、8、16或32，以此來減小相鄰像素間的空間冗余。在進行塊內(nèi)二維預(yù)測時，算法需結(jié)合HEVC的幀內(nèi)預(yù)測結(jié)果，通過合適映射方法將該結(jié)果映射到塊內(nèi)預(yù)測模式上，以達(dá)到好的預(yù)測效果，減小殘差的大小，增加壓縮效率。

本發(fā)明提供的一種基于n-bit截尾量化和塊內(nèi)二維預(yù)測的參考幀壓縮方法，具體步驟如下：

(1)輸入原始像素數(shù)據(jù)，并處理為M×M塊為單位的存儲模式，M為4、8、16或32；

(2)量化并存儲量化殘差：

將輸入的原始的N-bit像素數(shù)據(jù)向右移n位進行截尾量化，移出的最后n位作為量化殘差進行存儲；

(3)上述量化后的（N-n）位作為塊內(nèi)預(yù)測的輸入，塊內(nèi)預(yù)測后每個M×M塊分為初始化像素P(0,0)、基本參考像素P(0,y)和P(x,0)和普通預(yù)測像素P(x,y)三種，其中x,y=1,2,3,…M-1，計算基本參考像素殘差Residual(0,y)和Residual(x,0)，其計算公式如式（1）、式（2）所示：

???（1）

????（2）

其中：?P(0,y-1)表示P(0,y)上方像素點；P(x-1,0)表示P(x,0)左面的像素點；

(4)?依據(jù)HEVC編碼器的幀內(nèi)預(yù)測結(jié)果選擇合適的塊內(nèi)預(yù)測模式，計算普通預(yù)測像素殘差Residue(x,y)，其中：

所述塊內(nèi)預(yù)測模式如表1所示：

表1：塊內(nèi)預(yù)測模式?