CN101562742A - 一种视频信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种视频信号处理方法，用于视频信号预处理和视频信号压缩，所述的视频信号处理方法包括：视频信号的预处理步骤，视频纹理特征信息提取，视频纹理特征信息校验，视频压缩步骤。该方法的特点是在进行视频信号预处理时，同时提取视频信号的纹理特征信息，并把纹理特征信息提供给视频压缩步骤，视频压缩步骤利用这些纹理特征信息进行压缩，减少视频压缩步骤的计算量，提高视频处理的图象质量。

Description

一种视频信号处理方法

技术领域

本发明涉及一种视频信号处理方法，用于对视频信号进行预处理、视频信号纹理特征信息提取，以及视频信号编码，所述的视频信号包括数字视频信号和模拟视频信号。

所述的视频预处理至少包括：

视频图象的缩放、旋转，隔行视频图象的去隔行，视频图象的帧率转换以及各种视频信号的增强处理等。本发明所述的视频预处理包括所有改变或可能改变图象数据的处理方法。

所述的视频信号纹理特征信息提取至少包括：

视频边缘信息的提取，视频运动信息的提取，视频统计特性的提取等。本发明所述的视频纹理特征信息提取包括所有提取图象特性的过程。

所述的视频编码至少包括：

各种视频空域编码方法、各种时域编码方法、各种基于变换域的编码方法以及各种基于对象、模式的视频压缩方法等，用于压缩视频信号，以减少视频存储和传输的数据量。本发明所述的视频编码包括所有用于压缩图象的处理方法。

本发明在视频信号处理系统中有许多应用。

背景技术

为了减少视频数据的存储量和减少传输视频数据所需的带宽，可以借助视频压缩技术压缩视频数据。所述的视频压缩技术指用于降低或删除数据冗余量的编码技术。视频压缩技术分有损压缩和无损压缩，有损压缩生成降低图象质量的视频压缩信号，而无损压缩生成保持图象质量不变的视频压缩信号。视频压缩需要通过视频编码器编码才能实现数据压缩。在编码时编码器根据编码指令进行编码，编码指令包括目标分辨率、帧率、帧场特性、压缩率，关键帧的刷新频率等参数。

视频信号源在压缩前，其存在形式是多种多样的，包括视频分辨率、帧率、帧场特性、图象质量、颜色空间等参数指标都具有不确定性。当视频信号源的参数指标和编码器的目标参数不相一致时，编码前必须对视频信号进行预处理。另外，为了得到较好的编码效果，获得更好的图象质量，编码前需要对图象进行增强处理，如图象平滑滤波，图象降噪，图象特征提取等。因此一个完整的视频编码系统包括视频预处理步骤和视频编码步骤。如本申请的附图1所示，视频源信号103首先进入视频预处理步骤101，生成编码前目标信号104，编码前目标信号104通过存储和传输106进入视频编码步骤102生成视频编码后目标信号105。

专利说明书CN200510079996.0说明了一种编码方法。如本申请的附图2所示，该编码系统只包含一个视频编码步骤102，输入的编码前目标信号104进入视频空域编码201和视频时域编码202，并在207选择最佳的编码模式，然后再进行变换203、量化204以及变长码编码206，生成最终的编码后目标信号105。

附图3示出了视频空域编码201，用于实现视频空域编码。首先对编码前目标信号104提取视频空域纹理特征信息301，然后根据纹理特征信息，进行视频空域编码模式选择302，最后根据空域编码模式选择302进行视频空域编码计算303。

附图4示出了视频时域编码202，用于实现视频时域编码。首先对编码前目标信号104提取视频时域纹理特征信息401，然后根据纹理特征信息，进行视频时域编码模式选择402，最后根据时域编码模式选择402进行视频时域编码计算403。

这种已知的编码方法具有许多缺点。编码步骤102和视频预处理步骤101互相独立，编码步骤102只接受编码前目标信号104，而不接受视频预处理步骤101的其他任何信息。因此编码步骤102的编码控制、编码计算等与视频预处理步骤101无关。由于一个完整的视频编码系统包括视频预处理步骤101和视频编码步骤102，编码系统采用该编码方法时，必须同时提供视频预处理101步骤和视频编码步骤102所需要的处理能力，使得编码系统的实现代价较大。

发明内容

本发明的目的是为了提出一种视频处理方法，用于对视频信号进行预处理和视频信号压缩，所述的视频处理方法利用视频预处理步骤处理各种视频信号，生成编码前目标信号，再经过编码步骤产生编码后目标信号。

本发明的目的还在于提出了一种视频处理方法，用于降低一个完整视频编码系统的计算量和复杂度，产生质量较高的编码后目标信号。

为此目的，该视频处理方法的独特之处在于，它包括视频纹理特征信息提取步骤，用于提取视频纹理特征信息。该方法在进行视频信号预处理时，同时提取视频信号的纹理特征信息，并把纹理特征信息提供给视频压缩步骤，视频压缩利用这些纹理特征信息改善和指导压缩过程，减少视频压缩的计算量，提高视频处理的图象质量。

完整的编码系统必须包含视频预处理步骤和视频编码步骤。视频预处理步骤用于提高图象质量，生成编码步骤所需要的视频编码前目标信号。视频预处理步骤至少包括视频图象的缩放、旋转，隔行视频图象的去隔行，视频图象的帧率转换以及各种视频信号的增强处理等。在预处理过程中，预处理算法需要根据系统处理能力、图象的局部纹理特征信息选择不同的处理方法，实现最佳的处理效果。视频编码步骤至少包括各种视频空域编码方法、各种时域编码方法、各种基于变换域的编码方法以及各种基于对象、模式的视频压缩方法等，用于压缩视频信号，以减少视频信息的数据量。视频编码步骤必须根据图象的局部纹理特征信息选择合适的编码方法，实现在相同信噪比的条件下，压缩后的数据量达到最小。

视频预处理步骤和视频编码步骤都需要提取部分或全部的图象纹理特征信息，这些特征包括：运动特性、光滑特性、相关性、边缘特性，统计特性，图象噪声特性，图象的变换域特性等。视频预处理步骤和视频编码步骤提取的图象纹理特征信息具有相关性，为了使得编码步骤利用视频预处理步骤已提取的图象纹理特征信息，本发明提出了

●提取视频纹理特征信息步骤，用于提取视频信号的特征信息；

●传递视频信号，用于把视频信号预处理步骤得到的视频编码前目标信号传递给视频编码功能模块；

●传递视频信号纹理特征信息，用于把已提取的视频纹理特征信息传递给视频编码步骤。

视频编码步骤利用视频预处理步骤已提取的图象纹理特征信息，减少或避免视频编码步骤重复提取图象纹理特征信息。因此根据本发明提出的视频处理方法，可以减少视频编码系统的计算量和复杂度，因为该编码系统利用了视频预处理步骤和视频编码步骤两者之间的相关性。

在视频预处理步骤中，图象纹理特征信息用于提高图象显示质量，以及获得一些特殊处理效果。在视频编码步骤中，图象纹理特征信息用于获得更好的压缩效果。由于目的不完全一致，视频预处理步骤和视频编码步骤在提取图象纹理特征信息时存在差异性，视频预处理步骤提取的纹理特征信息不能直接用于视频编码步骤。为了使得视频编码步骤最大程度利用已提取的纹理特征信息，必须对纹理特征信息进行再处理，为此目的，本发明提出了

●视频纹理特征信息预校验步骤，用于校验视频纹理特征信息，判断已提取的纹理特征信息是否真实有效。

●视频纹理特征信息后校验步骤，用于再次校验和更新视频纹理特征信息，判断视频纹理特征信息是否可以指导和改善视频编码过程。

本发明提出的视频处理方法通过两次校验步骤，为视频编码步骤提供有效的纹理特征信息，防止无效的纹理特征信息干扰视频编码步骤，提高编码后目标信号的图象质量。

视频纹理特征信息提取需要消耗较多的系统资源，本发明的视频纹理提取步骤，其所需的计算量具有可调节性。视频纹理提取步骤根据视频预处理步骤和视频编码步骤的反馈信号选择不同的算法，控制视频纹理提取的复杂度。

通过下面详细描述并且参考附图，本发明的这些和其他方面特征将变得明显，并借助以下附图对实施方法进行说明，所有这些实施方案都是非限定性的举例。

附图说明

图1是视频编码系统框图

图2是已知专利CN200510079996.0的编码方法

图3是视频空域编码的实现框图

图4是视频时域编码的实现框图

图5是根据本发明的用于实现视频编码系统的框图

图6是根据本发明的用于视频预处理步骤

图7是根据本发明的用于视频编码步骤

图8是根据本发明的用于选择视频编码模式的框图

具体实施方式

图5示出了本发明的视频处理方法，所述方法用于对视频源信号103预处理和编码压缩。

该视频处理方法包括视频源信号103的视频预处理步骤501。视频预处理步骤501生成视频编码器目标信号104和视频预校验纹理特征信息503。视频编码器目标信号104和视频预校验纹理特征信息503经过存储介质或者传输信道进行存储和传输106，并且被视频编码步骤502接受。

视频编码步骤502根据视频预校验纹理特征信息503对视频编码前目标信号104进行编码，并生成编码后目标信号105。

视频编码步骤502向视频预处理步骤501发送视频编码反馈信息504，用于指导视频预处理步骤501。

图6示出了本发明的视频预处理步骤501，所述步骤用于对视频信号源103进行预处理，生成编码前目标信号104和视频预校验纹理特征信息503。

视频预处理步骤501包括视频纹理提取601、视频纹理预校验602和视频预处理计算603。视频纹理提取601接受视频源信号103，提取视频初步纹理特征信息604。视频纹理预校验602对视频初步纹理特征信息604进行校验，判断该纹理特征信息是否真实有效，获得视频预校验纹理特征信息503。

视频预处理计算603根据视频预校验纹理特征信息503选择合理的算法，对图象进行计算处理。根据视频预校验纹理特征信息503选择合理处理算法，其目的在于降低视频预处理计算603的计算量、提高视频预处理计算603输出的编码前目标信号104的图象质量。例如在图象放大时，对于纹理简单的图象区域，采用简单的算法就能满足放大效果，而对于纹理复杂的图象区域，采用复杂的放大算法防止图象出现模糊、锯齿等现象，这样既可以降低简单图象区域的计算量，又可以保证纹理复杂图象区域的图象质量。

视频预处理步骤501接受视频编码反馈信息504，用于指导和改善视频预处理步骤501。当视频编码反馈信息504表明视频编码步骤502在进行高有损的压缩或者压缩后的数据信噪比超过期望信噪比时，允许视频预处理步骤501降低视频纹理提取601、视频纹理预校验602、视频预处理计算603采用简单的处理算法，这样有利于降低视频预处理步骤501的计算量和复杂度。

图7示出了本发明的视频编码步骤502，所述步骤用于对视频编码前目标信号104进行编码压缩，生成编码后目标信号105，并向视频预处理步骤501提供视频编码反馈信息504。

视频编码步骤502包括视频编码模式选择701，视频纹理后校验703，视频编码计算702，视频编码状态705。视频纹理后校验703接受视频前校验纹理特征信息503，用于再次校验和更新视频纹理特征信息，判断视频纹理特征信息是否可以指导和改善视频编码过程，生成视频后校验纹理特征信息707。视频编码模式选择701根据视频后校验纹理特征信息707和编码前目标信号104选择合理的编码模式706。视频编码计算702根据选定的编码模式706进行视频编码计算，例如运动补偿，滤波等，生成编码后目标信号105。视频编码状态705根据编码状态提供编码控制信号704，调节视频纹理后校验703。例如当视频编码步骤502在进行高有损的压缩或者压缩后的数据信噪比超过期望信噪比时，放宽视频纹理后校验703的校验条件。视频编码状态705根据编码状态向视频预处理步骤501生成视频编码反馈信息504，用于调控视频预处理步骤501。

图8示出了本发明的视频编码模式选择701，用于获得视频编码模式706。视频编码模式预选801直接根据编码前目标信号104和视频后校验纹理特征信息707，初步选定编码模式，并经过802判断是否可以选择该编码模式。如果该编码模式符合编码要求，则获得编码模式706，如果该编码模式不符合编码要求，则在视频编码步骤502再次提取视频纹理特征信息803，然后根据提取的纹理特征信息进行视频编码模式后选804，确定编码模式706。提取视频纹理特征信息803是基于视频后校验纹理特征信息707的，提取视频纹理特征信息803避免重复提取已有的或对编码无意义的视频纹理特征信息。

因此本发明利用视频预处理步骤和视频编码步骤两者之间的相关性，利用已提取的视频纹理特征信息，以及通过视频编码步骤的反馈信息，降低了视频编码系统的负荷，同时本发明利用视频预处理步骤和视频编码步骤两者之间的差异性，对视频纹理特征信息多步校验，保证了图象的处理质量和编码效率。

应当认为本发明不局限于在这里公开的作为适用实现本发明的特定实施例。除了所附的权利要求书中限定的内容之外，本发明不限于特定的实施例。

Claims (10)

1.一种视频信号处理方法，用于视频信号预处理、视频纹理特征信息提取和视频信号压缩，所述处理方法包括：

●视频预处理步骤，用于对视频信号进行预处理；

●视频纹理特征信息提取步骤，用于提取各种视频特征信息；

●视频纹理特征信息预校验步骤，用于校验提取的视频纹理特征信息是否真实；

●传递视频信号步骤，用于传递视频预处理步骤得到的视频信号；

●传递视频纹理特征信息步骤，用于传递已提取的视频纹理特征信息；

●视频纹理特征信息后校验步骤用于校验提取的视频纹理特征信息是否可以用于视频编码；

●视频压缩步骤，用于对视频信号进行压缩。

其特征在于所述的视频处理方法包括视频预处理步骤从视频信号中提取有效的视频纹理特征信息，并经过视频纹理特征信息预校验，连同视频信号一起传递给视频压缩步骤，视频压缩步骤对已有的纹理特征信息进行视频纹理特征信息后校验，并利用已提取的、有效的视频纹理特征信息改善视频压缩计算过程。

2.如权利1要求的视频信号预处理步骤，用于对视频信号进行预处理，向视频压缩步骤提供视频数据和视频纹理特征信息，其特征在于，该步骤包括

●视频纹理特征信息提取步骤，用于提取视频信号的特征纹理信息；

●视频信号预处理计算，用于获得视频编码前目标信号。

●视频纹理特征信息预校验步骤，用于判断视频纹理特征信息提取步骤提取的纹理特征信息是否真实有效。

3.如权利1要求的视频处理方法，其特征在于，该方法包括：

●传递视频信号步骤，用于把视频预处理步骤得到的编码前目标信号传递给视频编码步骤；

●传递视频纹理特征信息步骤，用于把视频信号预处理步骤提取的视频纹理特征信息传递给视频编码步骤。

4.如权利1要求视频编码步骤，其特征在于该步骤包括：

●视频编码模式选择步骤，用于选择合适的编码模式

●视频纹理特征信息后校验步骤，用于再次校验和更新视频纹理特征信息

●视频编码计算，用于在已确定编码模式的基础上，进行对编码计算，获得编码后目标信号。

5.如权利1要求的视频处理方法，该方法包括视频编码反馈信号，用于视频编码步骤反馈和调节视频预处理步骤，包括调节视频纹理特征纹理提取步骤、视频纹理特征信息预校验步骤、视频预处理计算步骤。

6.如权利1要求的视频纹理特征信息提取步骤，其特征在于视频纹理特征信息提取步骤所需的计算量具有可控性，视频纹理特征信息提取步骤根据视频预处理步骤和视频编码步骤选择不同的算法，控制视频纹理提取的复杂度。

7.如权利4要求的视频纹理特征信息后校验步骤，其特征在于再次校验和更新视频纹理特征信息，判断视频纹理特征信息是否可以指导和改善视频编码过程，防止无效的纹理特征信息干扰视频编码步骤。

8.如权利4要求的编码模式选择步骤，用于选择最佳的视频编码模式，其特征在于所述的编码模式选择步骤优先利用视频后校验纹理特征信息选择编码模式。

9.如权利4要求的编码模式选择步骤，其特征还在于当视频后校验纹理特征信息无法提供有效编码模式时，编码模式选择步骤在视频后校验纹理特征信息基础上再次提取视频纹理特征信息，并确定编码模式。

10.如权利4要求的编码模式选择步骤，其特征还在于编码模式选择步骤不重复提取已有的或对编码无意义的视频纹理特征信息。

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