[发明专利]一种基于分形和H.264的视频压缩与解压缩方法

摘要

本发明提出了一种基于分形和H.264的视频压缩与解压缩方法。对I帧采用基于H.264的帧内预测编码得到预测帧。对P帧进行基于分形的块运动估计/补偿编码得到预测帧。原始帧与预测帧之差为残差帧。残差帧经过DCT变换，量化后，一方面写入码流，另一方面经过反量化，反DCT变换后与预测帧相加得到重建帧（可以作为参考帧）。P帧在进行预测编码时产生分形参数，最后利用熵编码CALCV压缩I帧和P帧的残差帧和利用有符号指数哥伦布编码压缩分形参数。对应的解压缩过程为：对I帧经过帧内预测得到预测帧，对于P帧经过前一帧的预测得到预测帧。由码流中的残差信息经过反量化、反DCT变换分别得到I帧和P帧的残差帧。

主权项

一种基于分形和H.264的视频压缩与解压缩方法，其特征在于：I帧采用H.264的帧内预测编码；P帧采用分形的帧间运动估计/补偿预测方法；P帧的残差经过DCT变换、量化之后使用熵编码CALVC写入码流；P帧形成的分形参数使用有符号指数哥伦布编码写入码流。具体步骤如下：步骤一：如果是P帧，转到步骤二；如果是I帧（第一帧必须为I帧，其它帧可以设置是否为I帧），采用H.264帧内编码方式，对于每个当前块在各种可能的预测方式中选择具有最小代价的预测模式存储，完成所有块的预测后可以得到I帧的预测帧。通过原始帧和预测帧之差得到编码端残差帧。转入步骤四编码残差。步骤二：如果是P帧。在进行块匹配之前，首先对当前帧进行互不重叠的宏块划分，然后计算这些宏块以及经树状划分得到的小块的像素和、像素平方和，以及前一帧重建图像即参考帧中，按照设定步长划分的所有宏块以及经树状划分得到的小块的像素和、像素平方和，以减少块匹配过程中的重复计算。转到步骤三。步骤三：依次对当前帧的所有宏块进行编码。在参考帧中的搜索窗内对当前宏块进行块匹配；在进行子块与父块的匹配过程中，子块的位置作为父块的起始搜索点，父块的大小与子块的大小相同；如果匹配误差RMS小于开始设定的阈值γ，保存当前的迭代函数系统系数即IFS系数，转入步骤五得到本块的重建块；否则，依次按照树状结构对该块进行划分，并对各个划分得到的小块分别计算匹配误差RMS，如果RMS小于设定阈值γ，停止划分并记录该小块IFS系数，转入步骤五得到本块的重建块；否则继续划分，直到将当前块划分为预先设定的最小块，记录IFS系数；转入步骤五得到本块的重建块。注：搜索窗为在参考帧中的矩形搜索区域；IFS系数包括父块位置(x,y)和比例因子s、偏移因子o；如果当前帧所有的宏块都已编码完毕，所有的重建块组成重建图像（即下一帧的参考帧）。转到步骤四。步骤四：残差图像的数据经过DCT、量化之后的系数一方面进行Zig‑Zag扫描，然后用熵编码CALVC进行编码写入码流；另一方面经过反量化、反变换后得到解码端残差帧。由预测帧和解码端残差帧之和得到重建帧（即下一帧的参考帧）。如果是P帧则还要对所有IFS系数进行有符号指数哥伦布编码。判断当前帧是否为最后一帧，如果是最后一帧结束编码；否则，返回步骤一继续处理下一帧图像。步骤五：通过保存的迭代函数系统系数代入解码方程计算得到预测值，由原始块和预测块之差得到编码端残差块，再由预测块和解码端残差块之和得到重建块。注：解码端残差块是由编码端残差块经过DCT变换、量化、反量化和反DCT变换得到的。转入步骤三编码下一宏块。