CN100377597C - 面向移动设备的视频压缩方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向移动设备的视频压缩方法。当前的视频压缩方法,如MPEG系列,H.26X系列计算复杂度较高,并不适合于移动设备上的视频应用。本发明根据移动设备可用内存小,处理器速度慢等特点,在MPEG-4压缩方法的基础上做了许多方面的改进,提出了一套适应于移动设备的视频压缩方法,其中采用了大量的优化算法,如整型DCT变换,基于起始点预测的运动矢量搜索算法,基于静止块提前退出技术的运动估计算法和全零块提前判断算法等。通过优化,大大降低了计算复杂度和内存占用,实现了移动设备上的实时视频应用。
Description
技术领域
本发明涉及便携移动设备相关的多媒体技术领域,一种面向移动设备的视频压缩方法。
背景技术
随着便携移动设备的普及,例如个人数字助手(PDA),手机等,基于便携移动设备的多媒体应用大量涌现。便携移动设备存在计算能力弱、电池寿命短、液晶显示板对图像质量不敏感等特点;而多媒体中,传统的视频压缩方法的计算复杂度相对较高,比如运动估计算法和DCT变换算法,因此将传统的方法用于便携移动设备,无法满足用户对多媒体尤其是视频技术相关应用的需求。针对便携设备固有特点,提出一套新的视频压缩方法,能更好的适用于移动设备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向移动设备的视频压缩方法。该方法需要适应移动设备可用内存小,处理器速度慢等特点。
本发明采用的技术方案如下(见附图1):
编码数据流程:
1)输入当前帧Fn,划分成16×16的宏块;
2)当前帧Fn和参考帧F’n-1比较,使用运动估计算法找出参考帧中和当前宏块最匹配的宏块,两个宏块之间的位置偏移即是运动矢量;
3)当前宏块减去参考帧中匹配的宏块,得到宏块的残差值;
4)对残差值进行DCT变换和量化;
5)对变换和量化之后的数据进行反量化和反DCT变换,进行运动补偿操作,形成参考帧,供下一帧编码使用;
6)对第四步中量化之后的数据进行编码;
7)最后,每一个宏块的系数、运动矢量和相关的头信息被熵编码形成压缩的码流;
其中,流程中复杂度高的算法有:运动估计,DCT变换和量化;针对移动设备的计算能力和内存容量,对复杂度高的算法做出相应的优化或者使用替换算法,提出了合理的编解码框架,分成下面三层:
1)基本算法层:该层实现基于DPCM/DCT的视频编解码方法中所有的底层算法,这些算法在不同的压缩方法当中具有通用性,即与具体压缩方法无关;算法包括:颜色空间转换、DCT变换、量化、运动估计、运动补偿、码流操作;
其中,在提出的方法中,DCT变换使用了IntDCT;运动估计和运动补偿中使用了基于起始点预测的运动矢量搜索算法、基于静止块提前退出技术的运动估计算法;在DCT变换和量化之前使用了全零块提前判断算法;
2)通用接口层:该层向上层提供通用接口,对DCT变换,该算法有许多实现方式,通用接口层将会组织这些不同的实现方式,并向上提供统一的接口,通过这种方式,上层只需要知道接口,而不需要知道底层的算法是如何实现的;
3)具体压缩方法相关层:该层根据下层提供的接口实现具体的视频压缩方法,包括了压缩端和解压缩端两个部分。
本发明与背景技术相比,具有的有益的效果是:
本发明提出了一套新的视频压缩方法,它适应于移动设备上的视频应用。根据移动设备可用内存小,处理器速度慢等特点,本发明在MPEG-4压缩方法的基础上做了许多方面的改进。其中采用了大量的优化算法,如整型DCT变换,基于起始点预测的运动矢量搜索算法,基于静止块提前退出技术的运动估计算法和全零块提前判断算法等。通过优化,大大降低了计算复杂度和内存占用,实现了移动设备上的实时视频应用。
附图说明
图1是本发明的系统框架图;
图2是本发明的视频压缩和解压缩流程图。
具体实施方式
本发明提出的面向移动设备的视频压缩方法实例如图1所示,本实例采用由下而上的顺序进行设计,具体说明如下:
1)基本算法层:该层实现基于DPCM/DCT的视频编解码方法中所有的底层算法,这些算法在不同的压缩方法当中具有通用性,即与具体压缩方法无关。算法主要包括:颜色空间转换、DCT变换、量化、运动估计、运动补偿、码流操作等。
其中该层采用的优化算法如下:
a采用整型离散余弦变换IntDCT:该算法的优点主要体现在运算的时间复杂度上,对于一个8×8的宏块,IntDCT的一种实现方法仅仅需要45次加法和18次移位操作,和传统的FloatDCT算法相比,速度上有明显的提高,同时PSNR值基本没有下降。
b基于起始点预测的运动矢量搜索算法;该算法首先以当前块的左、上和右上相邻块作为参考,算出当前块运动矢量的空间预测值;然后分别计算出用上述得出的预测值和用(0,0)当作起始搜索点时的SAD值,选出SAD值小的那个点作为最终的起始搜索点。这种算法的优点在于它充分利用了空间相关性,可大大减少搜索次数,降低了算法复杂度,适合于移动设备。
c基于静止块提前退出技术的运动估计算法;实验表明,静止块在运动矢量为(0,0)点位置时的SAD值大大小于非静止块在该点的SAD值,因而根据统计结果设定了一个阀值T(16×16块的T=450;8×8块的T=150),如果当前块在(0,0)点的SAD值小于T的时候,就认为该块是静止块,提前退出运动估计过程。这种算法的好处在于它抓住了移动视频应用中编码块的特点(大部分为静止块),降低了视频压缩中的瓶颈——运动估计的计算量,使得压缩速度大大提高。
d全零块提前判断算法;考虑一个8×8块,通过对离散余弦变换和量化公式的推断,得出当SAD值小于8倍的量化级数时,经离散余弦变换和量化后的结果为全零,故可根据这个方法进行全零块的提前判断,从而避免对这些块做离散余弦变换和量化(这两部分在视频压缩过程中也是很耗时的模块),压缩效率也得到了相应的提高。其中,在提出的方法中,DCT变换使用了“IntDCT”;运动估计和运动补偿中使用了“基于起始点预测的运动矢量搜索算法”和“基于静止块提前退出技术的运动估计算法”;在DCT变换和量化之前使用了“全零块提前判断算法”。
2)通用接口层(Common Interface Layer):该层主要向上层提供通用接口。以DCT变换为例,该算法有许多实现方式,通用接口层将会组织这些不同的实现方式,并向上提供统一的接口。通过这种方式,上层只需要知道接口,而不需要知道底层的算法是如何实现的。
3)具体压缩方法相关层(Standard Related Layer):该层根据下层提供的接口实现具体的视频压缩方法,图1中的MVCodec(Mobile Video Codec)即为本发明的一个实例,包括了压缩端和解压缩端两个部分。
图2为该实例的视频压缩和解压缩流程图,具体说明如下:
1)压缩端:原始未压缩的数据(Video Sequence)作为压缩端的输入,经压缩输出二进制码流,可打包后进行网络传输。
2)解压缩端:二进制码流(可从网络传输而来)作为解压缩端的输入,经解压缩输出最终播放的视频。
图2中的用户在此过程中负责接受信息,并根据这些信息静态或者动态地调整压缩或解压缩的过程,以使之适应不同的应用场合。
最后,利用HP Pocket PC作为移动设备,根据本发明实现了一个实例,视频实时压缩和解压缩运行情况良好。
Claims (1)
1.一种面向移动设备的视频压缩方法,其特征在于编码数据流程如下:
1)输入当前帧Fn,划分成16×16的宏块;
2)当前帧Fn和参考帧F’n-1比较,使用运动估计算法找出参考帧中和当前宏块最匹配的宏块,两个宏块之间的位置偏移即是运动矢量;
3)当前宏块减去参考帧中匹配的宏块,得到宏块的残差值;
4)对残差值进行DCT变换和量化;
5)对变换和量化之后的数据进行反量化和反DCT变换,进行运动补偿操作,形成参考帧,供下一帧编码使用;
6)对第四步中量化之后的数据进行编码;
7)最后,每一个宏块的系数、运动矢量和相关的头信息被熵编码形成压缩的码流;
针对移动设备的计算能力和内存容量,对复杂度高的算法做出相应的优化或者使用替换算法,提出了合理的编解码框架,分成下面三层:
1)基本算法层:该层实现基于DPCM/DCT的视频编解码方法中所有的底层算法,这些算法在不同的压缩方法当中具有通用性,即与具体压缩方法无关;算法包括:颜色空间转换、DCT变换、量化、运动估计、运动补偿、码流操作;
其中,在提出的方法中,DCT变换使用了IntDCT;运动估计和运动补偿中使用了基于起始点预测的运动矢量搜索算法、基于静止块提前退出技术的运动估计算法;在DCT变换和量化之前使用了全零块提前判断算法;
2)通用接口层:该层向上层提供通用接口,对DCT变换,该算法有许多实现方式,通用接口层将会组织这些不同的实现方式,并向上提供统一的接口,通过这种方式,上层只需要知道接口,而不需要知道底层的算法是如何实现的;
3)具体压缩方法相关层:该层根据下层提供的接口实现具体的视频压缩方法,包括了压缩端和解压缩端两个部分。
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