[发明专利]一种基于空域分解的视频帧内编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于视频帧内编码方法，尤其涉及一种在视频I帧编码过程中，将I帧在空域上分解成基本子帧和预测子帧，利用子帧内的空间相关性对基本子帧进行子帧内预测与补偿，利用子帧间存在的时间相关性对预测子帧进行子帧间预测与补偿，从而将重建子帧合成I帧重建帧的视频帧内编码方法，属于视频处理技术领域。

背景技术

视频图像具有直观生动、内容丰富等特点，是人类最重要的信息载体之一。特别是在今天的信息社会，数字化的视频图像已广泛应用于工农业生产、日常生活和军事侦察等各个方面。随着信息技术的快速发展，各种视频应用对视频图像的分辨率、清晰度和色彩等的要求越来越高，相应地，视频图像的数据量也急剧增加，远远超过了传输信道带宽和存储容量的增长速度。因此，视频编码(即视频压缩)技术已成为信息领域的重点研究课题，受到了广泛的关注。

在现有视频编码技术中，将视频编码帧分为I帧、P帧和B帧。其中I帧为帧内编码帧，只利用本帧信息进行编码，在解码时，仅用I帧的码流数据就可重构出I帧的重建图。P帧为前向预测编码帧，它是以I帧为参考帧，在I帧中找出P帧编码块的最佳预测值和运动向量，压缩比较高，时间复杂度较高。B帧是双向预测帧，它以前面的I或P帧和后面的P帧为参考帧，找出B帧参考块的最佳预测值和运动矢量，压缩比最高，复杂度也最高。I帧只利用本帧视频信息除去空间冗余进行编码，因此与预测帧相比，具有两个明显的特点：第一，I帧具有较强的独立性，能够方便地进行视频快进、快退、暂停以及切换等操作，有效地提高了恢复视频的主观质量；第二，I帧只能利用本帧的空间相关性进行视频压缩，与预测帧相比，在质量相当的情况下，I帧的码流量是P帧码流量的3倍左右或者更大，压缩比率较低。

在MPEG-2标准中，I帧编码采用了简单的空域预测算法。由于没有利用I帧本身信息进行有效的预测，而一概采用像素值128进行预测，对于大多数视频序列预测误差较大，因此I帧的压缩效率很低。在MPEG-4标准中，I帧编码块采用了基于频域的AC/DC预测算法，编码块首先进行DCT变换，像素值从空域变换到频域，利用相邻块的AC/DC系数，对当前编码块的系数进行预测，I帧压缩效率有了一定的提高。在H.264标准中，帧内预测首先利用周围邻近的像素值来预测当前的像素值，然后对预测误差进行编码。这种帧内预测基于不同尺寸的块进行，并对不同的块尺寸采用不同的预测模式。对于亮度分量，块尺寸有16×16和4×4两种，16×16块有4种预测模式，4×4块有9种预测模式；对于色度分量，预测对整个8×8块进行，有4种预测模式。

随着技术的不断发展，帧内编码的性能也逐渐提高，但是，现有的帧内编码方法仍然没有充分利用像素间存在的空间相关性，I帧的压缩效率远低于预测帧的压缩效率。因此，充分利用视频图像的空间相关性对I帧编码方法进行改进，从而在满足I帧独立性要求的前提下，有效提高I帧的压缩比率，具有重要的理论意义和实践意义。

发明内容

针对现有技术没有充分利用I帧内固有的空间相关性，存在压缩比率低的缺陷，本发明的目的在于提出一种新的基于空域分解/合成的视频帧内编码方法。

为实现上述发明目的，本发明采用下述的技术方案。

一种基于空域分解的视频帧内编码方法，其特征在于包括如下的步骤：

步骤一：对于视频图像中的I帧进行分解，形成基本子帧、水平子帧、垂直子帧和对角子帧；

步骤二：对所述基本子帧，对其中的宏块利用子帧内的空间相关性进行子帧内预测与补偿，对残差进行变换、量化，对量化系数进行反量化反变换得到重建的基本子帧；

步骤三：利用所述水平子帧与所述重建的基本子帧之间的时间相关性进行子帧间预测与补偿，对残差进行变换、量化，对量化系数进行反量化反变换得到重建的水平子帧；

步骤四：利用所述垂直子帧与所述重建的基本子帧、所述重建的水平子帧之间的时间相关性进行子帧间预测与补偿，对残差进行变换、量化，对量化系数进行反量化反变换得到重建的垂直子帧；

步骤五：利用所述对角子帧与所述重建的水平子帧、所述重建的垂直子帧之间的时间相关性进行子帧间预测与补偿，对残差进行变换、量化，对量化系数进行反量化反变换得到重建的对角子帧；

步骤六：利用步骤二～五所得到的重建的基本子帧、水平子帧、垂直子帧和对角子帧，合成重建为新的I帧。