一種基于均方誤差門限的質(zhì)量可分級(jí)視頻編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及視頻編碼領(lǐng)域，具體一種基于均方誤差門限的質(zhì)量可分級(jí)視頻編碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002]互聯(lián)網(wǎng)、智能終端和無線寬帶通信技術(shù)的發(fā)展，大大促進(jìn)了各種視頻應(yīng)用的飛速增長。由于不同智能終端具有不同的分辨率和解碼能力，不同網(wǎng)絡(luò)的傳輸帶寬也不相同。為了適應(yīng)不同的視頻應(yīng)用需求需要采用可分級(jí)視頻編碼技術(shù)。目前，較為成熟的可分級(jí)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)是H.264/SVC?？煞旨?jí)視頻編碼技術(shù)主要包括時(shí)間可分級(jí)、空間可分級(jí)和質(zhì)量可分級(jí)。其中，質(zhì)量可分級(jí)編碼主要分為粗粒度質(zhì)量可分級(jí)、中間粒度質(zhì)量可分級(jí)和精細(xì)粒度質(zhì)量可分級(jí)。粗粒度質(zhì)量可分級(jí)的實(shí)現(xiàn)方式是在基本層使用較大的量化系數(shù)，在增強(qiáng)層使用較小的量化系數(shù)；中間粒度質(zhì)量可分級(jí)則是在粗粒度質(zhì)量可分級(jí)的基礎(chǔ)上，增加了對(duì)量化后系數(shù)的分片編碼，從而實(shí)現(xiàn)更加精細(xì)的可分級(jí)編碼；精細(xì)粒度質(zhì)量可分級(jí)是采用位平面編碼技術(shù)來實(shí)現(xiàn)最為精細(xì)的質(zhì)量可分級(jí)。
[0003]但是上述質(zhì)量可分級(jí)視頻編碼技術(shù)需要采用繁瑣精細(xì)的幀內(nèi)預(yù)測(cè)、幀間預(yù)測(cè)和層間預(yù)測(cè)算法才能實(shí)現(xiàn)，復(fù)雜度非常高。隨著視頻分辨率越來越高，視頻編碼的計(jì)算量將會(huì)越來越巨大，對(duì)處理速度提出了非常越來越高的要求。同時(shí)存儲(chǔ)視頻所需要的空間也越來越巨大，上述質(zhì)量可分級(jí)視頻編碼算法的壓縮性能難以滿足視頻應(yīng)用的新需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的現(xiàn)有質(zhì)量可分級(jí)視頻編碼算法復(fù)雜度高的不足，提供一種基于均方誤差門限的質(zhì)量可分級(jí)視頻編碼方法。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]—種基于均方誤差門限的質(zhì)量可分級(jí)視頻編碼方法，包括如下步驟:
[0007]步驟1、基本層特征模式庫的生成；將所要編碼的視頻的每一幀圖像都采用預(yù)定的基本層尺寸進(jìn)行分塊，將所得的基本層圖像塊作為基本層訓(xùn)練矢量集并采用自組織映射方法訓(xùn)練，得到基本層特征模式庫；
[0008]步驟2、基本層編碼的產(chǎn)生；對(duì)于所要編碼的視頻的每一幀圖像的每一個(gè)基本層尺寸圖像塊，分別在基本層特征模式庫中搜索匹配，從基本層特征模式庫中找出均方誤差最小的模式矢量，并將該模式矢量在基本層特征模式庫中的索引序號(hào)作為該基本尺寸圖像塊的基本層編碼，同時(shí)在每一個(gè)索引前設(shè)置一個(gè)標(biāo)志位標(biāo)示該圖像塊是否需要進(jìn)行增強(qiáng)層編碼；將所要編碼的視頻的每一幀采用基本層編碼進(jìn)行編碼。
[0009]上述方案中，步驟1具體為:
[0010]步驟1.1、將所要編碼的視頻分解為一幀一幀的圖像，然后將所有圖像分割為aXa的基本層尺寸圖像塊組成基本層訓(xùn)練矢量集X(η)，η = 1，2，…，L，其中L為X(η)中訓(xùn)練矢量個(gè)數(shù)；
[0011]步驟1.2、計(jì)算基本層訓(xùn)練矢量集X(n)中各訓(xùn)練矢量的均方差，將X(n)中各訓(xùn)練矢量根據(jù)其均方差的大小進(jìn)行順序排列；
[0012]步驟1.3、從重新排序后的基本層訓(xùn)練矢量集中隨機(jī)或以固定間隔抽取一定數(shù)量的模式矢量形成層初始模式庫；
[0013]步驟1.4、利用基本層訓(xùn)練矢量集X(n)訓(xùn)練基本層初始模式庫，得到基本層特征模式庫。
[0014]上述方案中，步驟2具體為:
[0015]步驟2.1，將分解后的視頻圖像分割為aXa的基本層尺寸圖像塊，在基本層，在基本層特征模式庫中搜索匹配得到均方誤差最小的模式矢量，并得到與該模式矢量對(duì)應(yīng)得索弓I ;
[0016]步驟2.2，求出原圖像塊與對(duì)應(yīng)的模式矢量的均方誤差；
[0017]步驟2.3，在基本層每個(gè)圖像塊對(duì)應(yīng)的索引前插入一個(gè)標(biāo)志位Flag;若均方誤差值小于等于預(yù)設(shè)閥值，則跳過該圖像塊并將Flag置為0 ;若均方誤差值大于等于預(yù)設(shè)閥值，則Flag置為1 ;最后將Flag的值和該圖像塊對(duì)應(yīng)的索引一起編碼作為基本層。
[0018]上述方案中，步驟1.3進(jìn)一步為:
[0019]首先，將重新排序后的基本層訓(xùn)練矢量集均分為p個(gè)部分，得到均方差依次增加的P個(gè)部分，即xjn)、x2(n)、…、Xp(n)，其中η = 1，2，…，L/p，p為大于等于1的正整數(shù)；
[0020]然后，分別隨機(jī)或以固定的間隔從Xjn)?Xp(n)中分別抽取&?NP個(gè)模式矢量，合在一起組成含有N個(gè)模式矢量的基本初始模式庫；其中K+N2+…+NP= N，N為設(shè)定值，且N < L。
[0021]上述一種基于均方誤差門限的質(zhì)量可分級(jí)視頻編碼方法，還進(jìn)一步包括如下步驟:
[0022]步驟3、增強(qiáng)層特征模式庫的生成；將所要編碼的視頻的每一幀圖像都采用預(yù)定的增強(qiáng)層尺寸進(jìn)行分塊，將所得的增強(qiáng)層圖像塊作為增強(qiáng)層訓(xùn)練矢量集并采用自組織映射方法訓(xùn)練，得到增強(qiáng)層特征模式庫；
[0023]步驟4、增強(qiáng)層編碼的產(chǎn)生；對(duì)于增強(qiáng)層標(biāo)志位的值為1的對(duì)應(yīng)的基本層圖像塊采用預(yù)定的增強(qiáng)層尺寸進(jìn)行分塊，分為4個(gè)等大的圖像塊，對(duì)于每個(gè)細(xì)分后的圖像塊，分別在增強(qiáng)層特征模式庫中搜索匹配，在增強(qiáng)層特征模式庫中找出均方誤差最小的模式矢量，并將該最佳匹配的模式矢量在增強(qiáng)層特征模式庫中的索引序號(hào)編碼作為增強(qiáng)層。
[0024]上述方案中，步驟3具體為:
[0025]步驟3.1、將所要編碼的視頻分解為一幀一幀的圖像，然后將所有圖像分割為bXb的增強(qiáng)層尺寸的圖像塊組成增強(qiáng)層訓(xùn)練矢量集Y(m)，m = 1，2，…，K，其中K為Y(m)中訓(xùn)練矢量個(gè)數(shù)；
[0026]步驟3.2、計(jì)算增強(qiáng)層訓(xùn)練矢量集Y(m)中各矢量的均方差，將增強(qiáng)層訓(xùn)練矢量根據(jù)其均方差的大小進(jìn)行順序排列；
[0027]步驟3.3、從重新排序后的增強(qiáng)層訓(xùn)練矢量集中隨機(jī)或以固定間隔抽取一定數(shù)量的模式矢量形成增強(qiáng)層初始模式庫；
[0028]步驟3.4、利用增強(qiáng)層訓(xùn)練矢量集Y(m)訓(xùn)練增強(qiáng)層初始模式庫，得到增強(qiáng)層特征模式庫。
[0029]上述方案中，步驟3.3進(jìn)一步為:
[0030]首先，將重新排序后的增強(qiáng)層訓(xùn)練矢量集均分為q個(gè)部分，得到均方差依次增加的q個(gè)部分，即Y: (m)、Y2 (m)、…、Yq(m)，其中m = 1，2，...，K/q，q為大于等于1的正整數(shù)；
[0031]然后，分別隨機(jī)或以固定的間隔從1011)?Yq(m)中分別抽取吣?Mq個(gè)模式矢量，合在一起組成含有Μ個(gè)模式矢量的增強(qiáng)初始模式庫，其中MAM#...+Mq= M，Μ為設(shè)定值，且Μ < Κο
[0032]上述方案中，基本層圖像塊和增強(qiáng)層圖像塊均為正方形的圖像塊，且基本層圖像塊的面積為增強(qiáng)層圖像塊面積的4倍。
[0033]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用基于模式識(shí)別的方法對(duì)視頻進(jìn)行編碼，即將自組織映射方法用于質(zhì)量可分級(jí)視頻編碼，只需要對(duì)圖像塊進(jìn)行搜索匹配最佳模式矢量，并對(duì)索弓丨進(jìn)行編碼，摒棄了現(xiàn)有非常復(fù)雜的幀內(nèi)預(yù)測(cè)、幀間預(yù)測(cè)和層間預(yù)測(cè)，大大降低了復(fù)雜度。同時(shí)，由于自組織映射方法優(yōu)秀的聚類性能，利用模式矢量索引編碼代替現(xiàn)有DCT編碼，提高了視頻編碼算法壓縮性能。
【附圖說明】
[0034]圖1為一種基于均方誤差門限的質(zhì)量可分級(jí)視頻編碼的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]—種基于均方誤差門限的質(zhì)量可分級(jí)視頻編碼方法，其采用兩層編碼方法，首先，對(duì)視頻圖像進(jìn)行分塊，對(duì)于基本層采用具有較大尺寸模式矢量的特征模式庫進(jìn)行編碼；然后對(duì)于均方誤差較大的圖像塊進(jìn)一步分割，采用具有較小尺寸模式矢量的特征模式庫對(duì)這些分割后的圖像塊進(jìn)行編碼形成增強(qiáng)層。如圖1所示，具體步驟如下:
[0036]步驟1、基本層特征模式庫產(chǎn)生。將所要編碼的視頻的每一幀圖像都采用規(guī)定的大尺寸進(jìn)行分塊，將所得的圖像塊作為訓(xùn)練矢量集并采用自組織映射方法訓(xùn)練，得到基本層特征模式庫。
[0037]步驟1.1、將所要編碼的視頻分解為一幀一幀的圖像，然后將所有圖像分割為16X16的圖像塊組成基本層訓(xùn)練矢量集X(η)，η = 1，2，…，L，其中L為X(n)中訓(xùn)練矢量個(gè)數(shù)。
[0038]步驟1.2、計(jì)算基本層訓(xùn)練矢量集X(n)中各訓(xùn)練矢量的均方差，將X(η)中各訓(xùn)練矢量根據(jù)其均方差的大小按從小到大的順序排列。
[0039]步驟1.3、將重新排序后的基本層訓(xùn)練矢量集均分為兩部分，得到均方差依次增加的兩部分，即低頻部分和高頻部分X: (η)和Χ2(η)，其中η= 1, 2,..., L/20分別以固定的間隔從X: (η)和Χ2 (η)抽取&和N 2個(gè)模式矢量(N:+Ν2= N)，合在一起組成含有N個(gè)模式矢量的基本層初始模式庫。此處可不對(duì)基本層訓(xùn)練矢量集進(jìn)行分割，也可劃分為兩個(gè)以上的部分，可以以固定間隔抽取模式矢量，也可以隨機(jī)抽取模式矢量，但是要保證抽取N個(gè)模式矢量組成初始模式庫。
[0040]步驟1.4、利用基本層訓(xùn)練矢量集X(n)訓(xùn)練基本層初始模式庫，得到基本層特征模式庫。
[0041]步驟2、增強(qiáng)層特征模式庫的產(chǎn)生。將所要編碼的視頻的每一幀圖像都采用規(guī)定的小尺寸進(jìn)行分塊，將所得的圖像塊作為訓(xùn)練矢量集并采用自組織映射方法訓(xùn)練，得到增強(qiáng)