[發明專利]一種視頻壓縮信號的重建方法

有效

• 申請號: 202011461038.0
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112616052B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 周濤;李琛
• 申請（專利權）人: 上海集成電路裝備材料產業創新中心有限公司;上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H04N19/172
• 分類號: H04N19/172;H04N19/50;H04N19/61
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;尹一凡

本發明公開了一種視頻壓縮信號的重建方法，包括：根據采集端輸出的關鍵幀和非關鍵幀的圖像觀測值，對非關鍵幀的圖像進行初步預測，生成非關鍵幀的圖像預測值；根據非關鍵幀的圖像預測值和非關鍵幀的圖像觀測值以及采集端使用的隨機采樣矩陣，計算非關鍵幀的觀測殘差和非關鍵幀的預測殘差；計算非關鍵幀的觀測殘差的殘差信號平均能量，并根據殘差信號能量的大小，選擇適配的殘差重構算法，對預測殘差進行重構，生成重構殘差；根據非關鍵幀的圖像預測值和非關鍵幀的重構殘差，計算非關鍵幀的圖像重構值。在本發明的視頻壓縮信號的重建方法，能夠有效提高殘差重構的準確度，從而提升視頻圖像的差異化保留能力，最終實現視頻圖像的高質量重建。

技術領域

本發明涉及視頻壓縮處理的技術領域，特別是涉及一種視頻壓縮信號的重建方法。

背景技術

傳統的具有代表性的視頻壓縮編碼技術如H.26x和MPEG等，以尼奎斯特采樣定理為基礎，以至少兩倍于采樣信號帶寬的采樣率進行采樣，然后再對視頻信號進行高復雜度的壓縮編碼，最后將信號進行傳輸和保存，這樣先采樣再配合高度壓縮的信號處理技術，對信號采集端造成了巨大的資源浪費，同時復雜的壓縮編碼技術同樣造成了采樣設備的功耗和性能限制。

2006年Donoho、Candes和Tao等人提出的壓縮感知理論，提供了一種全新的信號采樣技術，該理論指出：對于在某個變換域內稀疏或近似稀疏的信號，可以以遠低于尼奎斯特采樣率的頻率對信號進行采樣，并有極大概率精確地重構信號。壓縮感知理論的創新性在于，一方面突破了傳統采樣采樣率瓶頸，另一方面，壓縮感知理論通過設計一個觀測矩陣對信號進行直接采樣，采樣得到的信號已經完成了壓縮，這樣實現了采樣和壓縮同步完成，有效避免采樣資源的浪費，同時高復雜度的信號重構在解碼端進行，能夠有效的解決采樣段的設備性能瓶頸。壓縮感知技術在其誕生之初便引起了學術界的廣泛關注，在實際應用方面也受到了無線傳感和多媒體傳感網絡等領域的青睞。

隨著壓縮感知理論的發展，眾多學者對視頻壓縮感知技術進行了深入的研究，并取得了多方面的顯著成果，其中，基于預測—殘差的視頻重構分布式壓縮感知框架被廣泛采用，但是，目前的預測—殘差的視頻重構算法僅側重于預測算法精度的提升，而忽略了殘差重構對最終預測性能的影響。由于大多數圖像幀的重構與殘差密切相關，如果對殘差重構的準確度不高，則很難提升視頻壓縮感知算法的整體性能。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種視頻壓縮信號的重建方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種視頻壓縮信號的重建方法，包括：

S01：根據采集端輸出的關鍵幀和非關鍵幀的圖像觀測值，對非關鍵幀的圖像進行初步預測，生成非關鍵幀的圖像預測值；

S02：根據所述非關鍵幀的圖像預測值和所述非關鍵幀的圖像觀測值以及采集端使用的隨機采樣矩陣，計算非關鍵幀的觀測殘差和非關鍵幀的預測殘差；

S03：計算所述非關鍵幀的觀測殘差的殘差信號平均能量，并根據所述殘差信號能量的大小，選擇適配的殘差重構算法，對預測殘差進行重構，生成重構殘差；

S04：根據所述非關鍵幀的圖像預測值和非關鍵幀的重構殘差，計算非關鍵幀的圖像重構值。

進一步地，在步驟S01中，對非關鍵幀的圖像進行初步預測，生成非關鍵幀的圖像預測值包括：

使用如下公式計算非關鍵幀的圖像預測值：

其中，為非關鍵幀的圖像預測值，H_p,q是用于圖像目標塊估計的分量塊，w_p,q是對應該分量塊的權重系數，k,p為圖像塊的幀索引，k對應于同圖像組內的非關鍵幀，p對應于同圖像組內的關鍵幀和非關鍵幀，j,q是幀內的圖像塊索引，權重系數w_p,q使用如下公式計算：