CN109510985B - 视频编码方法及其装置 - Google Patents

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CN109510985B CN201811260535.7A CN201811260535A CN109510985B CN 109510985 B CN109510985 B CN 109510985B CN 201811260535 A CN201811260535 A CN 201811260535A CN 109510985 B CN109510985 B CN 109510985B
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Abstract

本发明涉及一种视频编码方法及其装置，包括根据至少两组编码方法分别对待编码宏块进行编码以获得至少两个编码流；根据所述至少两个编码流分别进行运算形成每个编码流对应的编码信息；根据所述至少两个编码流分别对应的编码信息获取所述待编码宏块最终的编码方法。与现有的方法相比，本发明通过多种编码方法对编码宏块进行编码，对于不同场景的图像编码块可以提高图像编码压缩率，进一步降低压缩的理论极限熵。

Description

视频编码方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种压缩技术领域，特别涉及一种视频编码方法及其装置。
背景技术
随着互联网科技的迅猛发展以及人们物质精神文化的日益丰富，在互联网中针对视频的应用需求尤其是针对高清视频的应用需求越来越多，而高清视频的数据量非常大，要想高清视频能在带宽有限的互联网中传输，必须首先解决的问题就是高清视频压缩编码问题。目前，国际上有两个国际组织专门进行视频编码标准的制定工作，即国际标准化组织(International Organization for Standardization，简称为“ISO”)/国际电工委员会(International Electrotechnical Commission，简称为“IEC”)下的运动图像专家组(Motion Picture Experts Group，简称为“MPEG”)和国际电信联盟电信标准化组(International Telecommunication Union-Telecommunication standardizationsector，简称为“ITU-T”)的视频编码专家组(Video Coding Experts Group，简称为“VCEG”)。成立于1986 年的MPEG专门负责制定多媒体领域内的相关标准，主要应用于存储、广播电视、因特网或无线网上的流媒体等。ITU-T则主要制定面向实时视频通信领域的视频编码标准，如视频电话、视频会议等应用。
在过去的几十年里，国际上已经成功制定了面向各种应用的视频编码标准，主要包括：用于影音光碟(Video Compact Disc，简称为“VCD”) 的MPEG-1标准，用于数字多功能光盘(Digital Video Disc，简称为“DVD”) 和数字视频广播(Digital VideoBroadcasting，简称为“DVB”)的MPEG-2 标准，用于视频会议的H.261标准以及H.263标准、H.264标准，允许对任意形状的对象编码的MPEG-4标准，以及最新的高性能视频编码(HighEfficiency Video Coding，简称为“HEVC”)标准。
原始视频信号，数据量非常巨大，而原始视频信号存在大量的冗余信息，这些冗余信息包括空间冗余信息、时间冗余信息、数据冗余信息和视觉冗余信息。压缩的目的是降低视频信号中存在的各种冗余信息。当前的编码方法中，针对每个待编码宏块采用单一的编码方法，单一的编码方法无法适用于待编码宏块的不同场景。
发明内容
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种视频编码方法及其装置。
具体地，本发明一个实施例提出的一种视频编码方法，包括：根据至少两组编码方法分别对待编码宏块进行编码以获得至少两个编码流；
根据所述至少两个编码流分别进行运算形成每个编码流对应的编码信息；
根据所述至少两个编码流分别对应的编码信息获取所述待编码宏块最终的编码方法。
在本发明的一个实施例中，所述每个编码流包括所述待编码宏块采用的编码方法以及所述待编码宏块中每个像素分量的预测残差。
在本发明的一个实施例中，根据所述至少两个编码流分别进行运算形成每个编码流对应的编码信息，包括：
根据所述每个编码流中每个像素分量的预测残差进行运算获取残差主观和以形成所述每个编码流对应的编码信息。
在本发明的一个实施例中，根据所述至少两个编码流分别对应的编码信息获取所述待编码宏块最终的编码方法，包括：
选取所述至少两个编码流分别对应的编码信息中的最小值；
将所述最小值对应的编码流中的编码方法确定为所述待编码宏块最终的编码方法
在本发明的另一个实施例提出的一种视频编码装置，包括：
编码模块，用于根据至少两组编码方法分别对待编码宏块进行编码以获得至少两个编码流；
运算模块，连接所述编码模块，用于根据所述至少两个编码流分别进行运算形成每个编码流对应的编码信息；
获取模块，连接所述运算模块，用于根据所述至少两个编码流分别对应的编码信息选取所述待编码宏块最终的编码方法。
在本发明的一个实施例中，所述每个编码流包括所述待编码宏块采用的编码方法以及所述待编码宏块中每个像素分量的预测残差。
在本发明的一个实施例中，所述运算模块具体用于：根据所述每个编码流中每个像素分量的预测残差进行运算获取残差主观和以形成所述每个编码流对应的编码信息。
在本发明的一个实施例中，所述获取模块包括：
选取单元，用于选取所述至少两个编码流分别对应的编码信息中的最小值；
确定单元，用于将所述最小值对应的编码流中的编码方法确定为所述待编码宏块最终的编码方法。
基于此，本发明具备如下优点：
本发明通过多种编码方法对编码宏块进行编码形成编码流，根据编码流选取最优的编码方法，对于不同场景的图像编码块可以提高图像编码压缩率，进一步降低压缩的理论极限熵。
通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种视频编码方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种纹理渐变编码方法的采样方式示意图；
图3为本发明实施例提供的一种纹理渐变编码方法的预测方法示意图；
图4为本发明实施例提供的一种纹理自适应编码方法的预测重建像素分量参考示意图；
图5为本发明实施例提供的另一种纹理自适应编码方法的预测重建像素分量参考示意图；
图6为本发明实施例提供的又一种纹理自适应编码方法的预测重建像素分量参考示意图；
图7为本发明实施例提供的一种视频编码装置示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种视频编码方法流程示意图；本实施例对本发明提供的一种视频编码方法进行详细描述，该方法包括如下步骤：
步骤1、根据至少两组编码方法分别对待编码宏块进行编码以获得至少两个编码流；
步骤2、根据所述至少两个编码流分别进行运算形成每个编码流对应的编码信息；
步骤3、根据所述至少两个编码流分别对应的编码信息获取所述待编码宏块最终的编码方法。
其中，步骤1中所述每个编码流包括所述待编码宏块采用的编码方法以及所述待编码宏块中每个像素分量的预测残差。
其中，步骤2可以包括：
根据所述每个编码流中每个像素分量的预测残差进行运算获取残差主观和以形成所述每个编码流对应的编码信息。
其中，步骤3可以包括：
步骤31、选取所述至少两个编码流分别对应的编码信息中的最小值；
步骤32、将所述最小值对应的编码流中的编码方法确定为所述待编码宏块最终的编码方法。
在一个具体实施例中根据所述每个编码流中每个像素分量的预测残差进行运算获取残差主观和以形成所述每个编码流对应的编码信息，包括：
根据编码流计算每种编码方法下待编码宏块的残差绝对值和(sum of absolutedifference，简称SAD)和残差标准差E，如下式所述。
Figure BDA0001843788450000061
Figure BDA0001843788450000062
Figure BDA0001843788450000063
其中Res为预测残差；i为当前待编码宏块中像素分量的序号；m*n 为当前待编码宏块中像素分量的数量；ABS为取绝对值；AVE为平均残差。
最终根据SAD和E的情况，分场景配置权重系数a1和a2，计算残差主观和(subjective difference，简称SUBD)，如下式所示。
SUBD＝a1×SAD+a2×E
若为连续多帧且具有传导效应的场景，如H246参考值压缩，a2较大， a1较小；反之，a1较大，a2较小；进一步地，可以设定a1+a2＝1。
SUBD即为待编码宏块的编码流对应的编码信息。
实施例二
本实施例在上述实施例的基础上，对本发明提出的一组编码方法进行详细描述。该编码方法为纹理渐变编码方法，包括如下步骤：
步骤1、定义待编码宏块大小
定义待编码宏块的大小为m*n个像素分量，其中m≥1，n≥1；
优选的，可以定义待编码宏块的大小为8*1个像素分量，16*1个像素分量，32*1个像素分量，64*1个像素分量；本实施例以待编码宏块的大小为16*1个像素分量为例说明，其它不同大小的待编码宏块同理。待编码宏块中的像素分量按照从0到15的序号从左至右依次排列，每一个序号位置对应一个像素分量。
步骤2、定义采样方式
根据待编码宏块中存在的纹理相关性，待编码宏块中的像素距离越近，待编码宏块的纹理渐变的一致性概论越高，反之待编码宏块中的像素距离越远，待编码宏块的纹理渐变的一致性概率越低，据此将待编码宏块中的像素分量进行非等距离采样，可以选取多种非等距离采样方式。
优选地，如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种纹理渐变编码方法的采样方式示意图。本实施例将待编码宏块中的16*1个像素进行非等距离采样，以采样1、采样2和采样3三种非等距离采样方式举例说明，其它非等距离采样方式同理，其中，
采样1是将待编码宏块中序号为0、4、15对应位置的3个像素分量进行采样；
采样2是将待编码宏块中序号为0、5、10、15对应位置的4个像素分量进行采样；
采样3是将待编码宏块中序号为0、11、15对应位置的3个像素分量进行采样。
步骤3、将步骤2中选取的多种非等距离采样方式进行处理获取预测残差。
本实施例以一种非等距离采样方式的处理过程为例进行说明，其他种类的等距离采样方式的处理过程相同。具体如下：
步骤31、如图3所示，图3为本发明实施例提供的一种纹理渐变编码方法的预测方法示意图。对于采样1，将当前待编码宏块正上方相邻待编码宏块中处于采样点45度的像素分量点、90度的像素分量点和135度的像素分量点与采样点分别进行预测，即预测方式为135度预测、45度预测和90 度预测，求解三种角度预测方式下所有采样点的预测残差，并分别计算每种预测方式下所有采样点的预测残差绝对值和具体地，可以将当前待编码宏块中的采样点与当前待编码宏块正上方相邻待编码宏块中采样点对应的 45度的像素分量点、90度的像素分量点和135度的像素分量点分别相减，获取预测残差；分别将每种预测方式下的每个采样点的预测残差取绝对值后相加，获取预测残差绝对值和，选取预测残差绝对值和最小值对应的一种预测方式作为当前待编码宏块采样点的预测方式。
优选地，预测方式可以为135度预测、45度预测和90度预测的任意中组合。
步骤32、获取步骤31中选取的预测方式下当前待编码宏块采样点的预测残差，对于非采样点，利用公式求解非采样点的预测残差，公式为：
Resi＝(sample1-sample0)*(i+1)/(num+1)
其中，公式中的sample0和sample1为当前待编码宏块中连续的采样点的像素分量重建值，i为非采样点索引，num为非采样点数量。
进一步地，像素分量重建值可以指的是已压缩编码宏块解码端重建得到的像素分量值。
最终获取步骤31中选取的预测方式下的当前待编码宏块所有像素分量点的预测残差，并计算当前待编码宏块所有像素分量的预测残差绝对值和。
步骤33、重复步骤31～32，获取采样2以及采样3下的当前待编码宏块所有像素分量点的预测残差，并计算当前待编码宏块所有像素分量的预测残差绝对值和，选取预测残差绝对值和最小值对应的一种采样方式作为当前待编码宏块的采样方式，并采用该采样方式中确定的预测方式作为当前待编码宏块的预测方式。
步骤4、将当前待编码宏块中的采样方式、预测残差、采样点的预测方式写入码流形成当前待编码宏块的编码流。
本实施例通过定义待编码宏块的采样方式和像素分量预测的参考方式，计算待编码宏块的预测残差和预测残差绝对值和。与现有方法相比，当待编码图像的纹理较为复杂时，对处于当前图像的纹理边界处的待编码宏块，根据纹理的渐变原理，不依赖于当前待编码宏块的周围待编码宏块，而是通过当前待编码宏块自身的纹理特性获得预测残差，能够提高对复杂纹理区域求预测残差值的精度，进一步降低压缩的理论极限熵，增大视频压缩率。
实施例三
本实施例在上述实施例的基础上，对本发明提出的另一组编码方法进行详细描述。该编码方法为纹理自适应编码方法，包括如下步骤：
步骤1、定义待编码宏块的重建像素分量；
如图4所示，图4为本发明实施例提供的一种纹理自适应编码方法的预测重建像素分量参考示意图。定义待编码宏块的当前像素分量为Cij，选取当前像素分量周围已编码的K个重建像素分量，将已编码的K个重建像素分量进行编号，编号顺序可指定，其中K≥1。
优选地，设定当前像素分量的序号为Cij，当前像素分量Cij左侧的重建像素分量的序号，编号i从右至左依次递减进行排序，编号j从下到上依次递减进行排序；当前像素分量Cij正上方的重建像素分量的序号，编号j 从下到上依次递减进行排序，编号i不变；当前像素分量Cij右侧的重建像素分量的序号，编号i从左至右依次递减进行排序，编号j从下到上依次递减进行排序。
步骤2、计算第一权重；
步骤201、分别计算当前像素分量与已编码的K个重建像素分量的差异度，计算得到K个差异度权重DIFij；
步骤202、已编码的K个重建像素分量位于当前像素分量的周围，根据已编码的K个重建像素分量位置的不同，分别设置不同的权重值，共得到K个位置权重POSij；
步骤203、根据第一权重计算公式分别计算每个重建像素分量权重，即第一权重，第一权重计算公式为:
Wij＝a*DIFij+b*POSij
其中，a和b为加权值，且满足a+b＝1，标准情况为a＝0.5，b＝0.5，也可灵活调整；DIF为所述差异度权重，即当前像素分量和周围重建像素分量的差值；POS为所述位置权重，即当前像素分量和周围重建像素分量的空间距离；ij为K个重建像素分量的索引，ij的取值为1～K的自然数，W为第一权重。
步骤3、计算第二权重；
设定每个像素含有N个像素分量，可以得到K*N个权重。利用公式计算最终每个重建像素分量的权重，即第二权重，计算公式为：
Mijn＝p1*Wij1+p2*Wij2+p3*Wij3+...+pN*WijN
其中，p为分量加权值，n的取值为N，M为第二权重。进一步地，对于pN的选取，满足p1+p2+…+pN＝1，具体可平均分配，也可根据经验值任意配置，根据经验值可以认定与当前重建像素分量越近的重建像素分量权重越接近，pN的值可以根据重建像素分量与当前重建像素分量的距离远近分配大小，距离越近pN的值越大，反之，pN的越小。
步骤4、计算预测残差；
步骤401、根据计算得到的第二权重Mijn，选取Mijn的最优值所对应的重建像素分量为当前像素分量的参考像素；
优选地，最优值可以为Mijn中的最小值。
步骤402、将当前像素分量的像素值与参考像素的像素值求差，求解预测残差。
步骤5、信息编码；
具体地，将待预测宏块的编码方法、参考像素的位置信息和当前像素分量的预测残差写入码流形成编码流。
优选地，预测残差可以进行选择性编码。
实施例四
在上述实施例的基础上，本发明对纹理自适应编码方法举例说明，该方法包括如下步骤：
步骤1、定义待编码宏块的重建像素分量；
定义待编码宏块的当前像素分量为Cij，选取当前像素分量Cij周围已编码的K个重建像素分量，将已编码的K个重建像素分量进行编号，编号顺序可指定，其中K≥1。
优选地，将已编码的K个重建像素分量进行编号，编号按顺序从上到下，从左到右进行排序，序号从0到K-1进行排列。
本实施例选取当前像素分量Cij周围的17个重建像素分量为例说明，其它不同数量的重建像素分量同理，17个重建像素分量，按顺序从上到下，从左到右进行排序，序号从0到16进行排列，如图5所示，图5为本发明实施例提供的另一种纹理自适应编码方法的预测重建像素分量参考示意图。
步骤2、计算重建像素分量差异度权重的绝对值；
分别计算当前像素分量与已编码的K个重建像素分量的差异度，计算得到K个差异度权重的绝对值ABS(DIFij)，ABS为绝对值运算；
优选地，分别计算当前像素分量与已编码的17个重建像素分量的差异度，计算得到17个差异度权重的绝对值ABS(DIFij)；
步骤3、计算预测残差；
步骤301、根据计算得到的重建像素分量的差异度权重的绝对值 ABS(DIFij)，选取差异度权重的绝对值ABS(DIFij)中的最小值，最小值所对应的重建像素分量设定为当前像素分量的参考像素。
优选地，选取17个差异度权重的绝对值ABS(DIFij)中的最小值，最小值所对应的重建像素分量即为当前像素分量的参考像素。
步骤302、将当前像素分量的像素值与参考像素的像素值求差，求解预测残差。
步骤4、信息编码；
编码编号和当前像素分量的预测残差，将待预测宏块的编码方法、编号和当前像素分量的预测残差写入码流形成编码流。
实施例五
在上述实施例的基础上，本实施例对纹理自适应编码方法举例说明，该方法包括如下步骤：
步骤1、定义待编码宏块的重建像素分量；
如图6所示，图6为本发明实施例提供的又一种纹理自适应编码方法的预测重建像素分量参考示意图。定义待编码宏块的当前像素分量为Cij，选取当前像素分量Cij周围已编码的K个重建像素分量，将已编码的K个重建像素分量进行编号，编号顺序可指定，其中K≥1。
优选地，将已编码的K个重建像素分量进行编号，编号按顺序从上到下，从左到右进行排序，序号从0到K-1进行排列。
本实施例选取当前像素分量Cij周围的17个重建像素分量为例说明，其它不同数量的重建像素分量同理，17个重建像素分量，按顺序从上到下，从左到右进行排序，序号从0到16进行排列。
步骤2、计算重建像素分量差异度权重的绝对值；
分别计算当前像素分量与已编码的17个重建像素分量的差异度，计算得到17个差异度权重的绝对值ABS(DIFij)；
优选地，分别求解当前像素分量与已编码的17个重建像素分量的差异度，最终共计算得到17个差异度权重的绝对值ABS(DIFij)；
步骤3、计算重建像素分量的权重；
步骤301、已编码的K个重建像素分量位于当前像素分量的周围，根据已编码的K个重建像素分量位置的不同，分别设置不同的权重值，最终共得到K个位置权重POSij；
步骤302、根据权重计算公式分别计算每个重建像素分量的权重，权重计算公式为ABS(DIFij)+POSij；
优选地，17个重建像素分量中每个重建像素分量的权重分别为 ABS(DIFij)+POSij；
步骤4、确定参考像素；
选取K个重建像素分量中权重的最小值，权重最小值所对应的重建像素分量设定为当前像素分量的参考像素。
优选地，选取17个重建像素分量中权重最小值所对应的重建像素分量为当前像素分量的参考像素。
步骤4、信息编码；
具体地，编码编号和当前像素分量的预测残差，将待预测宏块的编码方法、编号和当前像素分量的预测残差写入码流形成编码流。
实施例六
本实施例在上述实施例的基础上，对本发明提出的视频编码装置进行详细描述，如图7所示，图7为本发明实施例提供的一种视频编码装置示意图，该装置包括：
编码模块11，用于根据至少两组编码方法分别对待编码宏块进行编码以获得至少两个编码流；
运算模块12，连接所述编码模块11，用于根据所述至少两个编码流分别进行运算形成每个编码流对应的编码信息；
获取模块13，连接所述运算模块12，用于根据所述至少两个编码流分别对应的编码信息选取所述待编码宏块最终的编码方法。
其中，所述每个编码流包括所述待编码宏块采用的编码方法以及所述待编码宏块中每个像素分量的预测残差。
其中，所述运算模块12具体用于：根据所述每个编码流中每个像素分量的预测残差进行运算获取残差主观和以形成所述每个编码流对应的编码信息。
其中，所述获取模块13包括：
选取单元131，用于选取所述至少两个编码流分别对应的编码信息中的最小值；
确定单元132，用于将所述最小值对应的编码流中的编码方法确定为所述待编码宏块最终的编码方法。
本实施例通过计算重建像素的权重获得参考像素的方式，计算当前预测像素的预测残差，获取待编码宏块的编码流，与现有方法相比，当待压缩图像的人造纹理较为复杂时，通过定义不同的参考像素获得预测残差，所定义的参考像素为图像中的原始像素，此种方式更容易提高当前预测像素的准确率，能够进一步提高复杂纹理区域预测残差的精度，进一步降低压缩的理论极限熵，提高视频压缩率。
综上所述，本文中应用了具体个例对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。

Claims (2)

1.一种视频编码方法，其特征在于，包括：
根据至少两组编码方法分别对待编码宏块进行编码以获得至少两个编码流；至少两组编码方法包括纹理渐变编码方法和纹理自适应编码方法；所述每个编码流包括所述待编码宏块采用的编码方法以及所述待编码宏块中每个像素分量的预测残差；
根据编码流计算每种编码方法下待编码宏块的残差绝对值和SAD，以及，残差标准差E：
Figure FDA0002661004010000011
Figure FDA0002661004010000012
Figure FDA0002661004010000013
其中，Res为预测残差；i为当前待编码宏块中像素分量的序号；m*n为当前待编码宏块中像素分量的数量，m≥1，n≥1；ABS为取绝对值；AVE为平均残差；
分场景配置权重系数a1和a2，其中a1+a2＝1；
计算残差主观和SUBD，SUBD＝a1×SAD+a2×E，将SUBD作为待编码宏块的编码流对应的编码信息；
选取所述至少两个编码流分别对应的残差主观和SUBD中的最小值；将所述最小值对应的编码流中的编码方法确定为所述待编码宏块最终的编码方法。
2.一种视频编码装置，其特征在于，包括：
编码模块，用于根据至少两组编码方法分别对待编码宏块进行编码以获得至少两个编码流；至少两组编码方法包括纹理渐变编码方法和纹理自适应编码方法；所述每个编码流包括所述待编码宏块采用的编码方法以及所述待编码宏块中每个像素分量的预测残差；
运算模块，连接所述编码模块，用于根据编码流计算每种编码方法下待编码宏块的残差绝对值和SAD，以及，残差标准差E：
Figure FDA0002661004010000021
Figure FDA0002661004010000022
Figure FDA0002661004010000023
其中，Res为预测残差；i为当前待编码宏块中像素分量的序号；m*n为当前待编码宏块中像素分量的数量，m≥1，n≥1；ABS为取绝对值；AVE为平均残差；
分场景配置权重系数a1和a2，其中a1+a2＝1；
计算残差主观和SUBD，SUBD＝a1×SAD+a2×E，将SUBD作为待编码宏块的编码流对应的编码信息；
获取模块，连接所述运算模块，具体包括选取单元，用于选取所述至少两个编码流分别对应的残差主观和SUBD中的最小值；确定单元，用于将所述最小值对应的编码流中的编码方法确定为所述待编码宏块最终的编码方法。
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