[發(fā)明專利]一種屏幕內(nèi)容視頻的壓縮方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910022363.8
• 申請(qǐng)日: 2019-01-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109743570B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 施云惠;王元嵩;丁文鵬;尹寶才
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N19/122
• 分類號(hào): H04N19/122;H04N19/176;H04N19/51
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 吳蔭芳

本發(fā)明涉及一種屏幕內(nèi)容視頻的壓縮方法，屬于圖像處理的技術(shù)領(lǐng)域，主要在現(xiàn)有的HEVC編碼器上進(jìn)行改進(jìn)，解決了其基于哈希的幀間預(yù)測(cè)未能為當(dāng)前編碼塊匹配相似圖像塊作為參考?jí)K以及編碼過(guò)程中對(duì)圖像塊哈希值重復(fù)計(jì)算的問(wèn)題。包括計(jì)算當(dāng)前編碼幀中所有圖像塊的哈希值；為當(dāng)前幀生成哈希圖；依據(jù)哈希圖生成當(dāng)前編碼幀的哈希表；接下來(lái)對(duì)當(dāng)前編碼幀中的所有編碼塊執(zhí)行以下步驟：從哈希圖獲取當(dāng)前編碼塊的哈希值；在參考?jí)K中匹配到當(dāng)前編碼塊的參考?jí)K；由HEVC完成當(dāng)前編碼塊的編碼。改進(jìn)后的編碼器在LD配置文件下的編碼時(shí)間為原編碼器的104％，平均BD碼率增益為1.5％，在LD配置文件下的編碼時(shí)間為原編碼器的101％，平均BD碼率增益為0.94％。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像處理的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種屏幕內(nèi)容視頻的壓縮方法。

背景技術(shù)

當(dāng)前最新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為2013年制定的高效視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.265/HEVC。HEVC-SCC的編碼框架中，每個(gè)輸入圖像被劃分為幾個(gè)非重疊的編碼樹(shù)單元(Coding Tree Unit,CTU),每個(gè)CTU被分割成編碼單元(Coding Unit,CU),使用四叉樹(shù)結(jié)構(gòu)遞歸,直到達(dá)到最小尺寸。每個(gè)CU進(jìn)一步拆分為預(yù)測(cè)單元(Prediction Unit,PU),其大小范圍從32x32到4x4。然后將PU進(jìn)一步分解為變換單元(Transform Unit,tu)。采用速率失真優(yōu)化(Rate-DistortionOptimization，RDO)來(lái)選擇每個(gè)CU、PU和TU的最佳編碼模式。視頻編碼聯(lián)合協(xié)作小組(JointCollaborative Team on Video Coding,jct-vc)于2014年推出了屏幕內(nèi)容編碼(ScreenContent Coding，SCC)擴(kuò)展的標(biāo)準(zhǔn)化,該標(biāo)準(zhǔn)是最新的高效視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。屏幕內(nèi)容視頻與傳統(tǒng)的由相機(jī)拍攝的自然圖像內(nèi)容相比，需求文檔定義的三種屏幕內(nèi)容視頻表現(xiàn)出了許多不同的特征，主要為沒(méi)有傳感器噪聲、均勻平坦區(qū)域大、重復(fù)圖像塊多、對(duì)比度高、圖像塊顏色數(shù)量有限，運(yùn)動(dòng)偏移量大等。上述特征使傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)過(guò)程難以為當(dāng)前編碼塊匹配到偏移量比較大的參考?jí)K，這是由于傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)只能在一個(gè)很小的范圍中進(jìn)行。然而，在整個(gè)參考幀區(qū)域內(nèi)為當(dāng)前編碼塊匹配參考?jí)K會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間和空間。因此，大量的基于哈希的方法被提出并使得大范圍的運(yùn)動(dòng)估計(jì)更加實(shí)用。HEVC的SCC配置下應(yīng)用的是Li等人設(shè)計(jì)的基于哈希的幀間塊匹配框架。該框架與傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)估計(jì)過(guò)程共同為當(dāng)前編碼塊匹配參考?jí)K。在一個(gè)視頻幀的編碼過(guò)程結(jié)束后，如果該幀作為其他幀的參考幀，HEVC-SCC會(huì)用自下向上的哈希值計(jì)算方法獲取這一幀中所有尺寸所有位置圖像塊的哈希值。哈希值是以從尺寸為2x2的塊到尺寸為64x64的塊的分層方式計(jì)算的。對(duì)于尺寸為2x2的塊，其哈希值直接使用原始像素值的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(Cyclic Redundancy Check,CRC)。之后會(huì)用小塊的哈希值將作為輸入值重用，以生成大型塊的哈希值。為參考幀構(gòu)建哈希表后，應(yīng)對(duì)每個(gè)當(dāng)前編碼塊執(zhí)行基于哈希的搜索。如果使用基于哈希的方法找到匹配塊，則將跳過(guò)正常的估計(jì)過(guò)程。否則，也會(huì)調(diào)用正常的估計(jì)過(guò)程來(lái)查找近似匹配。然而，基于CRC的哈希函數(shù)只能匹配與當(dāng)前編碼塊相同的塊，并不能充分利用到參考幀中與當(dāng)前編碼塊部分匹配的圖像塊；另一方面，在對(duì)當(dāng)前編碼塊應(yīng)用基于哈希的匹配過(guò)程中,會(huì)計(jì)算其哈希值，而在當(dāng)前幀編碼完成后的哈希表生成過(guò)程中，將再次計(jì)算所有圖像塊的哈希值，增加編碼時(shí)間復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種屏幕內(nèi)容視頻的壓縮方法，其能夠獲得更高的壓縮效率。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

基于HEVC框架，對(duì)其中基于哈希的幀間預(yù)測(cè)進(jìn)行了改進(jìn)，其特征在于，包括以下步驟：

(1)編碼器在獲取當(dāng)前編碼幀后，計(jì)算當(dāng)前編碼幀中每個(gè)圖像塊的兩個(gè)哈希值，即循環(huán)冗余校驗(yàn)碼和局部敏感哈希值，其中循環(huán)冗余校驗(yàn)碼用來(lái)在參考幀中匹配與當(dāng)前編碼塊相同的圖像塊；其中局部敏感哈希值用來(lái)在參考幀中匹配與當(dāng)前編碼塊相似的圖像塊；

(2)根據(jù)(1)中生成的哈希值為當(dāng)前編碼幀生成哈希圖，圖中每個(gè)坐標(biāo)存儲(chǔ)當(dāng)前編碼幀中以該坐標(biāo)為左上角的所有圖像塊的哈希值；