RU2648581C1 - Способ кодирования и декодирования видеоинформации пониженной, стандартной и высокой четкости - Google Patents
Способ кодирования и декодирования видеоинформации пониженной, стандартной и высокой четкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2648581C1 RU2648581C1 RU2016148237A RU2016148237A RU2648581C1 RU 2648581 C1 RU2648581 C1 RU 2648581C1 RU 2016148237 A RU2016148237 A RU 2016148237A RU 2016148237 A RU2016148237 A RU 2016148237A RU 2648581 C1 RU2648581 C1 RU 2648581C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- encoding
- information
- coding
- video
- decoding
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000013139 quantization Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
- H04N19/42—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals characterised by implementation details or hardware specially adapted for video compression or decompression, e.g. dedicated software implementation
- H04N19/436—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals characterised by implementation details or hardware specially adapted for video compression or decompression, e.g. dedicated software implementation using parallelised computational arrangements
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении быстродействия и точности цифрового кодирования и декодирования видеоинформации. Способ кодирования и декодирования видеоинформации пониженной, стандартной и высокой четкости заключается в поэтапной обработке поступающей информации, на первом этапе информацию принимают и преобразуют, на втором этапе преобразованную информацию разводят по разным процессорам и дальнейшую обработку осуществляют путем параллельного вычисления, на каждом процессоре используют индивидуальные функции кодирования и декодирования, разбивают информацию на блоки и затем кодируют одновременно группы элементов, причем перед кодированием осуществляют преобразование видеоинформации путем оптимального и субоптимального выбора параметров различных режимов видеокодирования в рамках стандарта H.265/HEVC, причем одновременно подвергают оптимизации параметры квантования, внутрикадрового кодирования, межкадрового кодирования, параметры анализа движения и статистического кодирования, а также при обработке видеоинформации и кодировании используют варьируемые режимы кодирования с пространственным предсказанием и режим группового кодирования. 1 табл.
Description
Изобретение относится к технологиям радиосвязи и предназначено для повышения эффективности компрессии при кодировании видеосигналов в рамках стандарта H.265/HEVC
Известны способы эффективного кодирования/декодирования видеоизображений, в рамках стандарта H.265/HEVC, позволяющие сократить объемы передаваемой информации.
Так в [пат. RU №2509435, МПК H04N 7/24, опубл. 10.01.2014] предлагается способ кодирования и декодирования видеосигналов, техническим результатом которого является повышение эффективности кодирования изображений с высоким разрешением за счет определения глубины блока кодирования и рабочего режима средства кодирования, в соответствии с характеристиками данных изображения. Указанный способ заключается в разделении видеоданных текущего видеокадра на максимальные блоки кодирования, определении кодированной глубины для каждого блока, вывод результата кодирования посредством дополнительного кодирования разделенной области максимального блока кодирования в соответствии с рабочим режимом инструментального средства кодирования, вывод битового потока, содержащего кодированные видеоданные глубины.
Недостатками данного способа являются недостаточное сокращение объема передаваемой информации, низкая эффективность взаимной корреляции между цветовыми каналами, которая предусматривает цветовое преобразование каналов и получение четырех полноразмерных расширенных матриц, что усложняет технологичность процесса.
В [пат. RU №2514091, МПК H04N 19/91, опубл. 27.04.2014] предлагается способ кодирования и декодирования видеосигналов, технический результат которого заключается в повышении эффективности кодирования и декодирования битового потока видеоинформации за счет разделения кадра на слои, к которым применяются независимые приемы энтропийного кодирования. Разделение на энтропийные слои произвольно. При декодировании энтропийные слои декодируются независимо. Недостаткам способа является неоднозначность декодированного сигнала, возникающая при различном подходе к разделению информации на слои.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, описанный в [пат. US №2014269934, МПК H04N 19/39, опубл. 18.09.2014], в котором для кодирования и декодирования видеопотока используется многоядерный процессор, рассматривающий при обработке поступающий видеопоток как макроконструкцию. На первом этапе информация принимается и преобразуется. На втором этапе преобразованная информация разводится по разным процессорам, и дальнейшая обработка осуществляется путем параллельного вычисления. Такая многослойная обработка позволяет на каждом процессоре использовать индивидуальный способ обработки и соответственно использовать индивидуальные функции кодирования и декодирования. На основе обработки ряда последовательных байтов потока данных выбирается функция кодирования и принимается макроблочная структура разбиения кадра для последующей обработки. Первый кадр видеопоследовательности кодируется с использованием только внутрикадрового предсказания. Для всех остальных кадров последовательности и между точками произвольного доступа при кодировании большинства блоков используются различные режимы межкадрового кодирования с временным предсказанием.
Недостатком указанного способа является низкое быстродействие, так как возникает необходимость многократной обработки данных, что не позволяет его использовать в режиме реального времени.
Технической задачей способа является повышение эффективности компрессии при сохранении повышенной устойчивости к потерям данных, получение удобной интеграции в транспортные сети и системы.
Технический результат способа заключается в повышении быстродействия и точности цифрового кодирования и декодирования видеоинформации по стандарту H.265/HEVC, использующего оптимальный и субоптимальный выбор параметров различных режимов кодирования.
Это достигается тем, что известный способ кодирования и декодирования видеоинформации пониженной, стандартной и высокой четкости заключается в поэтапной обработке поступающей информации, на первом этапе информацию принимают и преобразуют, на втором этапе преобразованную информацию разводят по разным процессорам и дальнейшую обработку осуществляют путем параллельного вычисления, на каждом процессоре используют индивидуальные функции кодирования и декодирования, разбивают информацию на блоки и затем кодируют одновременно группы элементов, перед кодированием осуществляют преобразование видеоинформации путем оптимального и субоптимального выбора параметров различных режимов видеокодирования в рамках стандарта H.265/HEVC, причем одновременно подвергают оптимизации параметры квантования, внутрикадрового кодирования, межкадрового кодирования, параметры анализа движения и статистического кодирования, а также при обработке видеоинформации и кодировании используют варьируемые режимы кодирования с пространственным предсказанием и режим группового кодирования, при этом выбор параметров межкадрового кодирования устанавливают динамично, разбиение на блоки проводят, используя динамичные контекстные структуры, выбранные из набора доступных моделей, зависящих от статистики ранее закодированных символов, в видеопотоке проводят сжатие значений параметров по разности информации между соседними кадрами, используя динамические окна оценки движения и параметр компенсации движения, позволяющий проводить кодирование с дробным шагом.
Результатом способа также является возможность дополнительного снижения кадровой скорости и/или разрешения кадров на время быстрого изменения содержания сцены, что позволяет реализовывать дополнительную предварительную фильтрацию при декодировании в зависимости от уровня шумов в изображении.
Способ кодирования и декодирования видеоинформации пониженной, стандартной и высокой четкости реализуется следующим образом.
На первом этапе проводят покадровый прием видеоинформации в виде последовательного цифрового потока, определяют параметры потока и выбирают режимы видеокодирования в рамках стандарта H.265/HEVC, при этом проводят оптимизацию и субоптимальный выбор параметров видеокодирования, что достигается динамическим варьированием параметров:
1) квантования,
2) внутрикадрового кодирования,
3) межкадрового кодирования,
4) анализа межкадрового движения,
5) статистического кодирования.
Далее последовательный цифровой поток преобразуют в соответствии с оптимизированными параметрами.
На втором этапе проводят кодирование видеоинформации с оптимизированными параметрами:
- используют режимы кодирования с пространственным предсказанием и групповым кодированием;
- при групповом кодировании видеоизображения используют методики разбиения информации на блоки с последующим кодированием одновременно группы элементов, для ограничения снижения качества восстанавливаемого изображения. Рассматривают различные комбинации макроблочной структуры - 16×16, 32×32;
- дополнительно вводят параметр кодера длины группы кадров (GOP), значение которого при выборе параметров межкадрового кодирования устанавливают динамично, что позволяет проводить анализ и компенсацию движения в видеопотоке;
- кодирование проводят методами адаптивного двоичного арифметического кодирования с применением контекстных моделей, обеспечивающих высокую эффективность кодирования разных синтаксических элементов с различными статистическими свойствами. Контекстную модель выбирают из набора доступных моделей, зависящих от статистики недавно закодированных (предыдущих) символов.
- далее решают задачу уменьшения избыточности информации в видеопотоке, для этого используют оригинальный подход, учитывающий проведение операций сжатия значений по разности между соседними кадрами и динамические окна оценки движения;
- при этом используют два размера для окон оценки движения - 64×64 и 128×128 и для компенсации движения вводят дополнительный параметр межкадрового кодирования, позволяющий проводить кодирование с дробным шагом.
В таблице приведен перечень настраиваемых параметров внутрикадрового и межкадрового кодирования, анализа движения, квантования и статистического кодирования.
Особенности способа кодирования/декодирования состоят в том, что:
- выбор режимов кодирования и кодирование видеоинформации предваряется оптимизацией и субоптимальным выбором параметров видеокодирования, что предполагает динамическое варьирование параметров;
- кодирование преобразованной и оптимизированной видеоинформации проводят с использованием адаптивных методов и режимов кодирования с пространственным предсказанием и групповым кодированием;
- выбор параметров межкадрового кодирования устанавливают динамично, что позволяет проводить анализ и компенсацию движения в видеопотоке;
- при групповом кодировании видеоизображения проводят разбиение информации на блоки и кодирование блоков осуществляют с применением контекстных моделей, обеспечивающих высокую эффективность кодирования разных синтаксических элементов с различными статистическими свойствами;
- кодирование и преобразования проводят с использованием архитектуры параллельной обработки;
- уменьшение избыточности информации в видеопотоке проводят, используя операции сжатия значений по разности информации между соседними кадрами, использующей динамические окна оценки движения и параметр компенсации движения с возможностью дробного кодирования шага - в половину и в четверть пикселя;
- декодированные изображения подвергают дополнительной постобработке
с использованием адаптивной фильтрации и нелинейного преобразования, предназначенного для частичной компенсации потерь, обусловленных квантованием спектральных коэффициентов;
Сущность изобретения поясняется характеристиками макетов кодера и декодера, созданных на основе разработанного способа кодирования видеоинформации пониженной, стандартной и высокой четкости по стандарту H.265/HEVC.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели макетов кодера и декодера:
- диапазон битовых скоростей - от 256 до 8192 кбит/с;
- кадровая скорость - 25 кадров/с;
- пиковое отношение сигнал/шум (PSNR) восстановленных изображений - не ниже 38 дБ при скорости выходного битового потока для видеоформата 352×288 - не более 0,5 Мбит/с, для видеоформата 704×576 - не более 1,5 Мбит/с, для видеоформата 1280×720 - не более 3 Мбит/с, для видеоформата 1920×1080 - не более 5,5 Мбит/с.
Макет кодера видеоинформации пониженной, стандартной и высокой четкости по стандарту H.265/HEVC предназначен для сжатия цифрового потока видеоинформации и обеспечивает следующие технические характеристики:
- стандарт кодирования - ITU-T Recommendation H.265/ISO/IEC 23008-2 MPEG-H HEVC;
- диапазон битовых скоростей - от 256 до 8192 кбит/с;
- разрешение видео - от 352x288 до 1920×1080 пикселов;
- кадровая скорость - 25 кадров/с;
- скорость выходного битового потока кодированных тестовых видеопоследовательностей при пиковом отношении сигнал/шум (PSNR) восстановленных изображений не ниже 38 дБ должна быть:
- для видеоформата 352×288 - не более 0,5 Мбит/с;
- для видеоформата 704×576 - не более 1,5 Мбит/с;
- для видеоформата 1280×720 - не более 3 Мбит/с;
- для видеоформата 1920×1080 - не более 5,5 Мбит/с;
- кодирование в реальном времени;
- выходной интерфейс - Ethernet.
Макет декодера предназначен для декодирования цифрового потока видеоинформации, закодированной по стандарту H.265/HEVC, и обеспечивает следующие технические характеристики:
- стандарт входного потока - ITU-T Recommendation
H.265/IS(MEC 23008-2 MPEG-H HEVC;
- диапазон битовых скоростей входного потока - от 256 до 8192 кбит/с;
- разрешение декодированного видео - от 352×288 до 1920×1080 пикселов;
- кадровая скорость декодированного видео - 25 кадров/с;
- декодирование двух битовых потоков одновременно в реальном времени;
- входной интерфейс - Ethernet.
Способ кодирования/декодирования видеоинформации пониженной, стандартной и высокой четкости апробирован на разработанных макетах кодера и декодера, которые прошли успешные испытания, подтвердившие на практике технико-эксплуатационные показатели.
Разработанный способ и испытанные в составе макетов кодера и декодера алгоритмы оптимального и субоптимального выбора параметров различных режимов видеокодирования в рамках стандарта H.265/HEVC предназначен для использования при разработке и изготовлении экспериментальных образцов устройств кодирования видеоинформации для систем передачи мультимедийной информации реального времени при сохранении приемлемого качества воспроизведения информации.
Claims (1)
- Способ кодирования и декодирования видеоинформации пониженной, стандартной и высокой четкости, заключающийся в поэтапной обработке поступающей информации, на первом этапе информацию принимают и преобразуют, на втором этапе преобразованную информацию разводят по разным процессорам и дальнейшую обработку осуществляют путем параллельного вычисления, на каждом процессоре используют индивидуальные функции кодирования и декодирования, разбивают информацию на блоки и затем кодируют одновременно группы элементов, отличающийся тем, что перед кодированием осуществляют преобразование видеоинформации путем оптимального и субоптимального выбора параметров различных режимов видеокодирования в рамках стандарта H.265/HEVC, причем одновременно подвергают оптимизации параметры квантования, внутрикадрового кодирования, межкадрового кодирования, параметры анализа движения и статистического кодирования, а также при обработке видеоинформации и кодировании используют варьируемые режимы кодирования с пространственным предсказанием и режим группового кодирования, при этом выбор параметров межкадрового кодирования устанавливают динамично, разбиение на блоки проводят, используя динамичные контекстные структуры, выбранные из набора доступных моделей, зависящих от статистики ранее закодированных символов, в видеопотоке проводят сжатие значений параметров по разности информации между соседними кадрами, используя динамические окна оценки движения и параметр компенсации движения, позволяющий проводить кодирование с дробным шагом.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148237A RU2648581C1 (ru) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Способ кодирования и декодирования видеоинформации пониженной, стандартной и высокой четкости |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016148237A RU2648581C1 (ru) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Способ кодирования и декодирования видеоинформации пониженной, стандартной и высокой четкости |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2648581C1 true RU2648581C1 (ru) | 2018-03-26 |
Family
ID=61707913
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016148237A RU2648581C1 (ru) | 2016-12-08 | 2016-12-08 | Способ кодирования и декодирования видеоинформации пониженной, стандартной и высокой четкости |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2648581C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113473131A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-10-01 | 成都国科微电子有限公司 | 视频编码码率动态调节方法、装置、电子设备及存储介质 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140269934A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Sony Corporation | Video coding system with multiple scalability and method of operation thereof |
| US20140321528A1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-10-30 | Intellectual Discovery Co., Ltd. | Video encoding and/or decoding method and video encoding and/or decoding apparatus |
| US9076240B2 (en) * | 2009-09-25 | 2015-07-07 | Farzad Khalvati | System, method and computer program for automated window memoization |
| US20160205400A1 (en) * | 2011-03-09 | 2016-07-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Image coding apparatus, method for coding image, program therefor, image decoding apparatus, method for decoding image, and program therefor |
| RU2597523C2 (ru) * | 2011-06-30 | 2016-09-10 | Шарп Кабусики Кайся | Инициализация контекста на основе буфера картинок декодера |
-
2016
- 2016-12-08 RU RU2016148237A patent/RU2648581C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9076240B2 (en) * | 2009-09-25 | 2015-07-07 | Farzad Khalvati | System, method and computer program for automated window memoization |
| US20160205400A1 (en) * | 2011-03-09 | 2016-07-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Image coding apparatus, method for coding image, program therefor, image decoding apparatus, method for decoding image, and program therefor |
| RU2597523C2 (ru) * | 2011-06-30 | 2016-09-10 | Шарп Кабусики Кайся | Инициализация контекста на основе буфера картинок декодера |
| US20140269934A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Sony Corporation | Video coding system with multiple scalability and method of operation thereof |
| US20140321528A1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-10-30 | Intellectual Discovery Co., Ltd. | Video encoding and/or decoding method and video encoding and/or decoding apparatus |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113473131A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-10-01 | 成都国科微电子有限公司 | 视频编码码率动态调节方法、装置、电子设备及存储介质 |
| CN113473131B (zh) * | 2021-07-01 | 2023-12-29 | 成都国科微电子有限公司 | 视频编码码率动态调节方法、装置、电子设备及存储介质 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9071841B2 (en) | Video transcoding with dynamically modifiable spatial resolution | |
| KR101138392B1 (ko) | 색차 성분의 상관관계를 이용한 컬러 영상의 부호화,복호화 방법 및 그 장치 | |
| CN101232618B (zh) | 用于在视频编码***中指示量化器参数的方法与设备 | |
| KR100781525B1 (ko) | 가중 평균합을 이용하여 ｆｇｓ 계층을 인코딩 및디코딩하는 방법 및 장치 | |
| JP4991699B2 (ja) | ビデオ信号のスケーラブルなエンコーディング方法およびデコーディング方法 | |
| CN100581232C (zh) | 用于在视频序列中对运动进行编码的方法 | |
| JP3888597B2 (ja) | 動き補償符号化装置、及び動き補償符号化復号化方法 | |
| KR100913088B1 (ko) | 베이스 레이어의 내부모드 블록의 예측정보를 이용하여영상신호를 엔코딩/디코딩하는 방법 및 장치 | |
| KR20110113720A (ko) | 비디오 인코딩 방법 및 비디오 인코딩 시스템 | |
| CN103782598A (zh) | 用于无损编码的快速编码方法 | |
| KR101993966B1 (ko) | 디스플레이 스트림 압축 (ｄｓｃ) 을 위한 평탄도 검출을 위한 시스템 및 방법 | |
| CN100555332C (zh) | 使用包括多个宏块的预测和非预测画面对画面序列编码的方法和装置 | |
| KR100878809B1 (ko) | 비디오 신호의 디코딩 방법 및 이의 장치 | |
| JP5768180B2 (ja) | 画像復号方法及び画像復号装置 | |
| Schroeder et al. | Block structure reuse for multi-rate high efficiency video coding | |
| JPH07312756A (ja) | 圧縮動画像符号信号の情報量変換回路、装置、及び方法 | |
| KR20060070400A (ko) | 영상 신호의 인코딩 및 디코딩 방법 | |
| KR20060043118A (ko) | 영상 신호의 인코딩 및 디코딩 방법 | |
| RU2648581C1 (ru) | Способ кодирования и декодирования видеоинформации пониженной, стандартной и высокой четкости | |
| KR100883591B1 (ko) | 베이스 레이어의 내부모드 블록의 예측정보를 이용하여영상신호를 엔코딩/디코딩하는 방법 및 장치 | |
| CN104135662B (zh) | 用于在有限带宽和发射速率条件下对视频文件的改进型h.264压缩编码方法 | |
| JP2023104953A (ja) | ビデオコーディングのための変換ユニット区分方法 | |
| WO2011148887A1 (ja) | 動画像配信システム、動画像送信装置、動画像配信方法および動画像配信プログラム | |
| KR20060043050A (ko) | 영상 신호의 인코딩 및 디코딩 방법 | |
| KR102020953B1 (ko) | 카메라 영상의 복호화 정보 기반 영상 재 부호화 방법 및 이를 이용한 영상 재부호화 시스템 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20200713 Effective date: 20200713 |