[發明專利]一種基于漸進式生成背景幀的監控視頻編碼方法

在審

• 申請號: 202210484443.7
• 申請日: 2022-05-06
• 公開（公告）號: CN115037938A
• 公開（公告）日: 2022-09-09
• 發明（設計）人: 雷為民;張偉;王宇;孟歡
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: H04N19/149
• 分類號: H04N19/149;H04N19/154;H04N19/176;H04N19/52;H04N7/18
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李在川

本發明提供一種基于漸進式生成背景幀的監控視頻編碼方法，首先設計了背景塊檢測算法，通過對圖像塊間的相似度比較將序列中處于同一位置的背景塊與前景塊進行有效區分，同時通過對圖像塊進行紋理復雜度比較對背景塊的真實性做進一步有效判斷，提高背景塊檢測精度，然后利用背景塊檢測算法對編碼幀中存在的真實的背景塊進行檢測并將檢測到的背景塊進行高質量編碼，最后通過將不同幀中高質量編碼的背景塊進行合成從而漸進式的生成背景幀，并將其作為長期參考幀提供編碼參考。本發明方法提高了背景幀的生成質量，避免一次性傳輸背景幀導致的碼率突增，大大提高了監控視頻編碼的壓縮效率。

技術領域

本發明涉及視頻編解碼領域，尤其涉及一種基于漸進式生成背景幀的監控視頻編碼方法。

背景技術

由于視頻技術的發展，包括監控視頻在內視頻業務整體已經向高清邁進，1秒未經壓縮 的高清視頻(30幀)的數據量大約為1.5G(1920*1080*3*8*30)比特，而監控攝像頭需要每 天7*24小時工作，所產生的數據量將呈現爆炸式增長，相比之下視頻壓縮率的提升卻是十分 緩慢的，呈現出每十年翻一倍的“摩爾定律”，并且是以極大的計算代價換來的壓縮增益。顯 然目前的視頻壓縮技術已經逐漸無法滿足龐大的監控視頻編碼需求，如何改進視頻壓縮技術， 提高監控視頻壓縮率是一個亟待解決的問題。

目前視頻監控業務在編碼壓縮時一般采用H.264/AVC(Advanced Video Coding)、H.265/HEVC(High Efficiency Video Coding)等傳統編碼器進行壓縮。而這些編碼器是通用 的視頻編碼標準，沒有考慮監控業務本身的特性而提出針對性的解決方案，他們通過去除視 頻幀序列的空間冗余、時間冗余、和視覺冗余信息來達到視頻壓縮的目的，忽略了監控視頻 中存在的一種特殊冗余信息：背景冗余。考慮到監控視頻背景的穩定性，基于背景參考幀的 監控視頻壓縮方法是去除其背景冗余信息提升監控視頻壓縮率的有效手段，但目前基于背景 參考幀的監控視頻編碼研究仍存在諸多問題：

背景參考幀技術對生成背景幀的質量要求較高，而傳統的背景建模算法通常生成的背景 圖像質量較差，嚴重影響監控視頻壓縮性能的提升。

多數方法在生成完整的背景參考圖像后需要將高質量的背景幀一次性的編碼傳輸會發生 碼率突增，導致網絡擁塞等問題。

基于背景幀技術的相關研究中，現有技術中提供了一種壓縮背景冗余信息的方法，其基 于混合高斯模型的背景建模技術得到背景幀，然后通過把視頻幀分割為前景區域和背景區域， 通過將背景幀的對應區域替換到視頻幀的背景區域中來省略背景區域的編碼過程，達到背景 冗余信息的目的。雖然通過混合高斯背景建模技術得到了背景幀，但是包括混合高斯背景建 模技術在內的傳統背景建模方法生成的背景幀其質量無法滿足需求，生成的背景幀中普遍存 在前景誤判為背景、前景拖影等問題，背景幀受前景污染嚴重無法最大限度提高監控視頻壓 縮率，此外其生成的背景幀需要一次性高質量的編碼傳輸到解碼端，傳輸過程中會發生碼率 突增從而導致網絡擁塞等問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種基于漸進式生成背景幀的監控視頻編碼方法。

一種基于漸進式生成背景幀的監控視頻編碼方法，具體包括以下步驟：

步驟1：將編碼器編碼的第一個I幀初始化為背景幀，并將其插入編碼器的參考幀列表中 作為長期背景參考幀；

步驟2：將當前待編碼的圖像幀分割成圖像塊，分割方式與編碼器劃分CTU即Coding Tree Unit的方式一致；

步驟3：對分割后圖像幀的圖像塊進行運動度量，運動度量值計算方法如式(1)和式(2) 所示：