CN100502509C - 一种应用于流媒体的图像压缩编码方法 - Google Patents

Abstract

本发明的方法提供一种可以应用于流媒体的图像压缩编码，该编码方式采用了一个偏移向量，记录和前一次的偏移关系。如果偏移关系发生变化，则程序可以智能的计算新的两帧之间的偏移向量。如果经过偏移向量变换后的两帧的相似度高的话，则采用利用了偏移向量的帧间编码方式；否则对新帧进行帧内编码。本方法对于周期性运动，平移封闭运动等场景偏移的图像具有很好的压缩效果。

Description

一种应用于流媒体的图像压缩编码方法

技术领域

本发明属于网络技术领域以及多媒体技术领域，特别是涉及一种应用于流媒体的图像压缩编码方法。

技术背景

视频压缩的目标是在尽可能保证视觉效果的前提下减少视频数据率。视频压缩比一般指压缩后的数据量与压缩前的数据量之比。由于视频是连续的静态图像，因此其压缩编码算法与静态图像的压缩编码算法有某些共同之处，但是运动的视频还有其自身的特性，因此在压缩时还应考虑其运动特性才能达到高压缩的目标。

帧内(Intraframe)压缩也称为空间压缩(Spatial compression)。当压缩一帧图像时，仅考虑本帧的数据而不考虑相邻帧之间的冗余信息，这实际上与静态图像压缩类似。帧内一般采用有损压缩算法，由于帧内压缩时各个帧之间没有相互关系，所以压缩后的视频数据仍可以以帧为单位进行编辑。帧内压缩一般达不到很高的压缩。

采用帧间(Interframe)压缩是基于许多视频或动画的连续前后两帧具有很大的相关性，或者说前后两帧信息变化很小的特点。也即连续的视频其相邻帧之间具有冗余信息，根据这一特性，压缩相邻帧之间的冗余量就可以进一步提高压缩量，减小压缩比。帧间压缩也称为时间压缩(Temporal compression)，它通过比较时间轴上不同帧之间的数据进行压缩。帧间压缩一般是无损的。帧差值(Framedifferencing)算法是一种典型的时间压缩法，它通过比较本帧与相邻帧之间的差异，仅记录本帧与其相邻帧的差值，这样可以大大减少数据量。

对帧间施行的基于异或运算的无损压缩算法和基于差值量化的有损压缩算法是目前最比较常用的帧内压缩算法。但是对于周期性运动，平移封闭运动等场景偏移的图像，目前的帧间压缩的效果却并不是太好。

发明内容

本发明的目的就是为了改善对于视频帧间内出现的图像偏移的情形下的压缩比，设计一种利用偏移向量的流媒体的帧间图像压缩编码方法。

为实现上述目的，采用的技术方案如下：

通过使用偏移向量，用来记录上一帧图像信息和本帧图像信息的在坐标上的位移关系，如果上一帧图像信息即使进行了上下移动或者图像偏转后和本帧图像信息后，两帧的相似度低的话，则偏移向量为0。通过比较上一帧和本帧的图像相似度，如果相似度高的话，直接使用帧间压缩编码；否则获取上一帧的偏移向量图像，再和本帧图像比较，同时修改偏移向量，获得最佳的可以匹配本帧的上一帧的偏移向量。最后进行本帧和上一帧偏移向量图像的帧间压缩编码，同时在帧头添加偏移向量。如果比较的上一帧和本帧的偏移向量图像始终不符合图像相似度的一个阀值，则本帧的时间冗余度不高，而对本帧进行帧内压缩。

本发明的设计理念是在图像的压缩编码的基础上加以改进的。对于视频帧间内出现的图像偏移的情形下，如果直接采用时间轴上的象素点异或的方法，则一般会认为上下两帧图像的时间冗余度不高，而将本帧认定为帧内编码。但是如果使用偏移向量，使前一帧的图像发生偏移产生新的偏移图像，再和本帧图像进行对比，则时间冗余度非常的高，从而对本帧进行帧间编码，对数据的压缩起到一个很好的效果。

本发明的图像压缩编码方法包括以下步骤：

(A)获取前一帧图像和本帧图像信息；

(B)通过时间轴上的相同坐标的异或操作比较两帧信息，我们采用相似隶属度表示两帧信息的相似程度，如果相似隶属度低于某一阀值的话，进行下一步骤(C)；否则对本帧进行帧间编码，并退出本方法；

(C)判断表示两帧信息位置偏差的偏移向量的幅度循环数是否小于360/i，其中i为可设置的幅度调节步长。如果是的话，则跳到下一步骤(D)；否则设置偏移向量长度变换为真，然后到步骤(D)；

(D)判断偏移向量长度循环数是否大于j，其中j为最多循环次数，如果是则跳到步骤(H)；否则下一步骤(E)；

(E)判断上一帧的偏移向量图像和本帧的相似隶属度是否大于某一阀值，如果大于，则跳到步骤(I)；否则下一步骤(F)；

(F)判断是否为默认为假的向量长度变化是否为真，如果不是，则跳到步骤(G)；如果是则将偏移向量幅度设置为步骤(E)中相似隶属度最高的那个偏移向量的幅度值，偏移向量长度加1，并将所得向量长度的值对j值取模，进入步骤(D)；

(G)向量幅度逆时针增加i度；进入步骤(D)

(H)对本帧进行帧内编码，并退出本方法；

(I)将前一帧的偏移向量图像和本帧进行帧间编码，将是否进行向量长度变化置为假，退出本方法。

其中，相似隶属度越高，表示两帧图像的相似性就越高。

本发明的有益效果在于：

对于周期性运动，平移封闭运动等场景偏移的图像，使用偏移向量的帧间压缩方式具有比较好的压缩效果。

运动补偿、帧间预测是利用先前已编码帧的图像作为参考图像对当前图像进行预测的方式，他们属于有损压缩，与运动补偿、帧间预测不一样的是，使用偏移向量的帧间编码是基于已编码帧的偏移图像和本帧的象素比较，从而使一些帧内编码块变成帧间编码块，提高了视频帧的压缩比，属于无损压缩。

附图说明

图1为应用于流媒体的图像压缩编码的示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的说明。

一种应用于流媒体的图像压缩编码方式是使用偏移向量的帧间编码方式，本发明的结构示意图如图1所示。

首先程序获取前一帧图像和本帧图像信息，然后通过时间轴上的相同坐标比较两帧信息，比较可以采用相同坐标的象素点异或(XOR)比较，所得的值趋向于零值，则认为上下帧相似，两帧的相似隶属度高。

本发明中的相似隶属度定义为：

$s=\frac{\mathrm{\Σ}(~\mathrm{xor}(a,b))}{m\×n}$

其中a，b同一时间轴上的上下两帧图像信息的二值矩阵表达式；m，n是上下两帧图像的长，宽的象素数。

如果两帧的相似隶属度高于某一阀值的话，则本帧为帧间编码，可以采用小波变换和压缩编码等对本帧进行帧间编码，并退出本方法；否则将程序将使用偏移变量对本帧进行计算，看本帧是否可以使用偏移向量进行帧间编码。

偏移向量由向量的幅度和长度构成。图像无偏移时偏移向量为零向量。确定了偏移向量的幅度和长度，也就确定了上下帧图像的偏移关系。设向量幅度为β，长度为L。则下一帧的图像原始坐标(X1，Y1)与前一帧图像信息原始坐标(X0，Y0)关系为：

X1＝XO+L*cosβ   Y1＝YO-L*sinβ

程序判断偏移向量幅度循环数是否小于360/i，如果不是的话，则设置偏移向量长度变换为真(程序默认的向量长度变换为假)。然后继续判断偏移向量长度循环数是否大于j，如果是，则程序的偏移变换结束，前一帧和本帧不存在明显的图像偏移关系，本帧将认为是一个与上一帧无关的图像帧，对本帧进行帧内编码，并退出本方法。其中i是可以设置的偏移向量幅度增加的一个常值，j是允许偏移向量的长度变换的一个最大值。

将前一帧已编码的图像帧的图像信息进行了对于偏移变量的偏移，然后比较新的图像信息和本帧图像信息，如果两帧的相似隶属度低的话，则判断是进行偏移向量的幅度变换还是长度变换。幅度变换将是对偏移向量在逆时针加上i度；长度变换是将偏移向量的长度加1，并对最大值进行取余操作。同时，进行长度变换的偏移向量的是在幅度变换中相似隶属度最高的那个偏移向量的幅度值。

否则如果采用了偏移向量的前一帧图像信息和本帧图像信息相似隶属度高于某一阀值，则认为本帧可以和前一帧进行帧间编码，利用小波变换进行本帧和前一帧偏移向量的图像信息的帧间编码，并在压缩编码后添加偏移向量的信息。

Claims (1)

1、一种应用于流媒体的图像压缩编码方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(A)获取前一帧图像和本帧图像信息；

(B)通过时间轴上的相同坐标的异或操作比较两帧信息，采用相似隶属度表示两帧信息的相似程度，如果相似隶属度低于某一阀值的话，进行下一步骤(C)；否则对本帧进行帧间编码，并退出本方法；其中，相似隶属度定义为：

$s=\frac{\mathrm{\Σ}(~\mathrm{xor}(a,b))}{m\×n}$

其中a，b同一时间轴上的上下两帧图像信息的二值矩阵表达式；m，n是上下两帧图像的长，宽的象素数；

(C)判断表示两帧信息位置偏差的偏移向量的幅度循环数是否小于360/i，其中i为可设置的幅度调节步长，如果是的话，则跳到下一步骤(D)；否则设置偏移向量长度变换为真，然后到步骤(D)；

(D)判断偏移向量长度循环数是否大于j，其中j为最多循环次数，如果是则跳到步骤(H)；否则下一步骤(E)；

(E)判断上一帧的偏移向量图像和本帧的相似隶属度是否大于某一阀值，如果大于，则跳到步骤(I)；否则下一步骤(F)；

(F)判断是否默认为假的向量长度变化是否为真，如果不是，则跳到步骤(G)；如果是则将偏移向量幅度设置为步骤(E)中相似隶属度最高的那个偏移向量的幅度值，偏移向量长度加1，并将所得向量长度的值对j值取模，进入步骤(D)；

(G)向量幅度逆时针增加i度；进入步骤(D)

(H)对本帧进行帧内编码，并退出本方法；

(I)将前一帧的偏移向量图像和本帧进行帧间编码，将是否进行向量长度变化置为假，退出本方法。

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