[发明专利]一种基于几何分割的视频图像解编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频图像的编解码方法，尤其是一种基于几何分割的视频图像编解码方法。

背景技术

现有的视频编码标准均采用规则块分割方法进行帧间运动估计和运动补偿，规则块分割结构简单，易于实现。特别是最新的视频标准H.264，采用更小的块尺寸（4x4）描述运动物体边界，极大提高了运动估计的准确性。但是，规则块分割模型的块边界均是基于水平和垂直方向，无法描述自然图像中运动物体复杂多变的边界。

MPEG1、MPEG4等传统视频编码采用8x8的二维离散余弦变换（2-D DCT），利用图像像素亮度间的高相关性以及DCT接近于最佳KL变换的性质，消除图像信号的空间冗余。视频标准H.264为了降低运算复杂度及消除DCT和IDCT的失配，采用了4x4的二维整数变换（2-D ICT），相比于二维离散余弦变换，其编码效率有所下降。由于二维离散余弦变换的变换基的正交性，当待编码图像块中包含有非垂直/非水平方向的边界信息时，DCT变换会产生较多的非零高频系数，限制了DCT变换的压缩效率。

由于自然视频图像中的运动物体边界是不规则的，存在着各种斜率的边界和具有曲率的曲线边界，因此，不规则的几何分割更能准确描述其物体边界。几何分割块经过运动补偿后，残差更多地集中在分割边界，经过传统二维正交变换后，将产生较多高频非零系数，限制了压缩效率的提高。

发明内容

本发明提出一种基于几何分割的视频图像编解码方法，将几何分割运动补偿和像素重排相结合，利用编码块不规则的分割信息表达残差块像素的重排方向，将不规则块分割所得到的边界残差旋转到水平/垂直方向，从而减少二维正交变换系数的高频成分，提高压缩效率。

本发明一种基于几何分割的视频图像编解码的方法，其中编码包括以下步骤：

步骤1、将输入视频图像分割成若干矩形编码块；

步骤2、分别对分割后每一个矩形编码块执行步骤3到步骤8的操作；

步骤3、对选定的矩形编码块设定一组候选分割模式集合S,                                                ；

步骤4、选取候选分割模式集合S中的一种分割模式S_i对所述矩形编码块进行分割，将矩形编码块分割成两个不规则块，并对这两个不规则块分别进行运动估计，获得两个不规则残差块，将这两个不规则残差块合并成矩形残差块，并计算该分割模式S_i的率失真代价；

步骤5、选取分割模式集合S中所有的分割模式S_i对当前矩形编码块进行分割，并计算各种分割模式S_i所对应的率失真代价，并选取其中率失真代价最小的分割模式S_i 作为当前矩形编码块的最佳分割模式；

步骤6、设当前矩形编码块大小为MxN，对采用最佳分割模式完成分割的该当前矩形编码块所对应的当前矩形残差块进行正交变换，得到由MxN个变换系数组成的非重排变换系数矩阵，并计算该非重排变换系数矩阵的率失真代价；

步骤7、设当前矩形编码块大小为MxN，对采用最佳分割模式完成分割的该当前矩形编码块所对应的当前矩形残差块，根据其最佳分割模式对当前矩形残差块进行像素重排，得到重排矩形残差块，对重排矩形残差块进行正交变换，得到由MxN个变换系数组成的重排变换系数矩阵，并计算重排变换系数矩阵的率失真代价；

步骤8、比较上述非重排变换系数矩阵和重排变换系数矩阵的率失真代价值，选取其中代价值最小的为当前矩形编码块的最终变换系数矩阵，对最终变换系数矩阵的系数进行量化、熵编码后写入码流，同时将最佳分割模式信息和最终变换系数矩阵信息编入码流；

解码为前述编码的逆过程。

所述的候选分割模式包括不分割和几何分割。

所述的几何分割是指采用一条曲线或直线将矩形编码块分割成两个区域，分割线与矩形编码块边界交叉于两点。

所述的像素重排是根据几何分割的分割边界方向，对当前大小为M×N的矩形残差块中的像素点进行重排，将沿分割边界方向的像素进行坐标置换后移至水平方向或垂直方向，其中，像素点坐标（i,j）的坐标变换公式为：R(i, j) = (k, l)，其中0≤i＜M, 0≤j＜N, 0≤k＜M, 0≤l＜N, R(·)为可逆变换的重排变换函数，若R(i, j) = (i, j)，则为一致变换。