CN100377597C - 面向移动设备的视频压缩方法 - Google Patents

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

面向移动设备的视频压缩方法

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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