CN106658009A - 全景视频改进双环带采样方法及装置 - Google Patents

全景视频改进双环带采样方法及装置 Download PDF

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CN106658009A CN201611248155.2A CN201611248155A CN106658009A CN 106658009 A CN106658009 A CN 106658009A CN 201611248155 A CN201611248155 A CN 201611248155A CN 106658009 A CN106658009 A CN 106658009A
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李国平
滕国伟
王国中
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Abstract

本发明提供了一种全景视频改进双环带采样方法及装置，通过用两条纬度分别为W1、W2的纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，用等间隔的6条经线沿赤道方向将“水平环”分成6个区域，在球面上标记出8个点，O6与O0、O7、O10、O11相邻；O7与O3、O6、O10、O11相邻；O8与O0、O9、O12、O13相邻；O9与O3、O8、O12、O13相邻，用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将“顶部”和“底部”的剩余部分等分，得到O6，O7，O8，O9，将球面分成了14块，根据空间清晰度要求，对包括Oi，i＝0,1,…,12,13的每个部分进行采样，采样后都是矩形减少了采样结构冗余，保持了采样点在球面上的相邻关系，使得在达到相同的空间清晰度的条件下，采用点数少，采用后的数据量小，压缩效率高。

Description

全景视频改进双环带采样方法及装置
技术领域
本发明涉及一种全景视频改进双环带采样方法及装置。
背景技术
全景视频是指空间中一个观察点四周所有的场景，由这个观察点所能接收到的所有光线构成。全景视频可以抽象成一个以观察点为中心的球面。
在用计算机处理全景视频的时候，不可避免地要对全景视频进行离散化空间采样。在对全景视频进行离散化空间采样的时候，需要保证一定的空间采样密度，以达到所需的清晰度。同时，又要考虑到计算机的存储器不适合存储球面结构的数据，需要以某种方式把采样点排列到平面上。
现有的球面采样方法，通常将球面采样过程分为三步：第一步，映射，把球面映射为平面上的一个区域；第二步，平面采样，以映射后的平面区域为基础设计采样点的分布方式；第三步，排列，把采样点排列为一个矩形。
在第一步映射的过程中，球面的不同区域在映射前后面积的比例是不同的。第二步平面采样的过程中，经常是把采样点设计成在映射后的平面区域中均匀分布。第一步和第二步结合起来，就会造成采样点在球面上的分布不均匀。有些区域采样点比较密，有些区域采样点比较稀。最终采样达到的空间清晰度，是以球面上采样点最稀疏的区域为准。因此，在给定空间清晰度的条件下，采样点在球面上的不均匀分布，会带来冗余。而在第三步中，为了排列成矩形，采样点的位置分布情况发生了改变，这就丢失了采样点在球面上的相邻关系，不利于后续的预测编码。
目前，有三种常用的球面采样方法：经纬图采样，六面体采样以及棱锥采样。
经纬图采样如图1所示，球面上任意一个点可以用所处的经度θ和纬度描述，θ∈[0,2π)，于是可以将球面映射到坐标系下一个宽高比为2:1的矩形。对这个矩形进行均匀采样。经纬图采样方法在球面的两极附近采样密度过高，会产生很大的冗余。
六面体采样如图2所示，首先将球面映射为其外切正六面体的六个面，从而得到六个平面正方形，再对六个平面正方形进行均匀采样，最终用某种方式把六个正方形拼成一个矩形。六面体采样的采样点在球面上的分布也是不均匀的，依然存在较大的冗余。
棱锥采样如图3所示，首先将球面映射为一个外切正四棱锥，再将该正四棱锥的每个侧面(等腰三角形)沿底边垂线的方向进行压缩，直到顶角变成直角。这样底面和四个经过二次映射的侧面正好可以拼成一个正方形。最后对这个正方形进行均匀采样。棱锥采样的采样点在球面上的分布也是不均匀的，其不均匀程度介于经纬图采样和六面体采样之间，冗余程度也介于经纬图采样和六面体采样之间。
综上所述，已有的全景视频采样方法的主要缺点是存在较大的采样结构冗余。采样点在球面上不均匀分布，不仅会带来采样冗余，还给视频质量评价带来不便，因为最终的采样点对应的球面面积是不同的，因此每个采样点的失真对视频质量的影响也是不同的，在计算全景视频经过某种处理，例如压缩解压缩后的质量损失时，必须考虑到每个采样点的重要性是不同的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全景视频改进双环带采样方法及装置，能够降低采样结构冗余，使得在达到相同的空间清晰度的条件下，采样点数少，采样后的数据量小，而且，便于保留相邻关系，可以有效提高后续预测编码的压缩效率。
为解决上述问题，本发明提供一种全景视频改进双环带采样方法，包括：
步骤一，用两条纬度分别为W1、W2的纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，将这些环形曲面按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”；
步骤二，用等间隔的6条经线沿赤道方向将所述“水平环”分成6个区域，依次记为Oi，i＝0,1,2,3,4,5；
步骤三，在球面上标记出8个点，依次记为Pi，i＝1,2,...,8；
步骤四，经过P1、P2、P3和P4作圆，所述P1、P2、P3和P4这四点在同一个圆上，只保留P1和P4之间的劣弧，记为NE0，P2和P3之间的劣弧，记为SE0，取纬度W1纬线上P1和P4之间的劣弧，记为NE1，纬度W2纬线上P2和P3之间的劣弧，记为SE1，NE0和NE1围成一个封闭的区域，记为O10；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O11，在西半球，得到NW0和NW1围成一个封闭的区域，记为O12；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O13；
步骤五，用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将所述“顶部”和“底部”的剩余部分等分，得到形状、大小完全一致的四个部分，分别记为O6，O7，O8，O9，至此，将球面分成了14块；
步骤六，根据空间清晰度要求，对包括Oi，i＝0,1,…,12,13的每个部分进行采样，采样后都是矩形。
进一步的，在上述方法中，所述步骤一中，从球心的角度观察，所述“顶部”、“水平环”、“底部”按照从上至下的顺序排列。
进一步的，在上述方法中，所述步骤二中，6条经线的经度分别为东经30度，东经90度，东经150度和西经30度，西经90度，西经150度，O0和O5应该是相邻的，O0和O5的分隔线为西经30度经线，从球心的角度观察，Oi在Oi+1的左边。
进一步的，在上述方法中，步骤三中，点P1是东经30度线和纬度为W1的纬线的交点；点P2是东经30度线和纬度为W2的纬线的交点；点P3是东经150度线和纬度为W1的纬线的交点；点P4是东经150度线和纬度为W2的纬线的交点；点P5是西经30度线和纬度为W1的纬线的交点；点P6是西经30度线和纬度为W2的纬线的交点；点P7是西经150度线和纬度为W2的纬线的交点；点P8是西经150度线和纬度为W1的纬线的交点。
进一步的，在上述方法中，所述步骤四中，O11与O1、O2相邻；O10与O4、O5相邻；O12与O4、O5相邻；O13与O1、O2相邻。
进一步的，在上述方法中，所述步骤五中，O6与O0、O7、O10、O11相邻；O7与O3、O6、O10、O11相邻；O8与O0、O9、O12、O13相邻；O9与O3、O8、O12、O13相邻。
进一步的，在上述方法中，所述步骤六中，处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和为M；O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和为N。
进一步的，在上述方法中，该方法还包括：根据空间清晰度要求，在存储时，首先记录N和M；M为处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和；N为O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和，然后将所得的所有采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,M0-1),(1,0),(1,1),...,(1,M1-1),...,(N-1,0),(N-1,1),...,(N-1,MN-1-1)。
进一步的，在上述方法中，该方法还包括：
该方法还包括：在平面显示器上显示时，将所得的采样点数据排列在一个N行、M列的矩形区域内，并将每一行编号为(i,0)的数据对齐，其他数据依次排列，矩形区域内没有填满的部分用任意数据填充。
根据本发明的另一面，提供一种全景视频改进双环带采样装置，包括：
球面分割单元，用于用两条纬度分别为W1、W2的纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，将这些环形曲面按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”；
水平环分割单元，用于用等间隔的6条经线沿赤道方向将所述“水平环”分成6个区域，依次记为Oi，i＝0,1,2,3,4,5；
标记单元，用于在球面上标记出8个点，依次记为Pi，i＝1,2,...,8；
其他环形曲面分割单元，用于经过P1、P2、P3和P4作圆，所述P1、P2、P3和P4这四点在同一个圆上，只保留P1和P4之间的劣弧，记为NE0，P2和P3之间的劣弧，记为SE0，取纬度W1纬线上P1和P4之间的劣弧，记为NE1，纬度W2纬线上P2和P3之间的劣弧，记为SE1，NE0和NE1围成一个封闭的区域，记为O10；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O11，类似地，在西半球，可以得到NW0和NW1围成一个封闭的区域，记为O12；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O13；在此，通过球面上的8个经线和纬线的交点作2个圆，分割“底部”和“顶部”得到O10、O11、O12、O13；
剩余部分分割单元，用于用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将所述“顶部”和“底部”的剩余部分等分，得到形状、大小完全一致的四个部分，分别记为O6，O7，O8，O9，至此，将球面分成了14块，
采样值计算单元，用于根据空间清晰度要求，对包括Oi，i＝0,1,…,12,13的每个部分进行采样，采样后都是矩形。
进一步的，在上述装置中，所述球面分割单元，用于从球心的角度观察，将所述“顶部”、“水平环”、“底部”按照从上至下的顺序排列。
进一步的，在上述装置中，所述水平环分割单元，用于将6条经线的经度分别确定为东经30度，东经90度，东经150度和西经30度，西经90度，西经150度，O0和O5应该是相邻的，O0和O5的分隔线为西经30度经线，从球心的角度观察，Oi在Oi+1的左边。
进一步的，在上述装置中，所述标记单元，用于确定点P1是东经30度线和纬度为W1的纬线的交点；点P2是东经30度线和纬度为W2的纬线的交点；点P3是东经150度线和纬度为W1的纬线的交点；点P4是东经150度线和纬度为W2的纬线的交点；点P5是西经30度线和纬度为W1的纬线的交点；点P6是西经30度线和纬度为W2的纬线的交点；点P7是西经150度线和纬度为W2的纬线的交点；点P8是西经150度线和纬度为W1的纬线的交点。
进一步的，在上述装置中，所述其他环形曲面分割单元，用于确定O11与O1、O2相邻；O10与O4、O5相邻；O12与O4、O5相邻；O13与O1、O2相邻。
进一步的，在上述装置中，所述剩余部分分割单元，用于确定O6与O0、O7、O10、O11相邻；O7与O3、O6、O10、O11相邻；O8与O0、O9、O12、O13相邻；O9与O3、O8、O12、O13相邻。
进一步的，在上述装置中，所述采样值计算单元，用于确定处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和为M；O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和为N。
进一步的，在上述装置中，还包括，存储模块，用于根据空间清晰度要求，在存储时，首先记录N和M；M为处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和；N为O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和，然后将所得的所有采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,M0-1),(1,0),(1,1),...,(1,M1-1),...,(N-1,0),(N-1,1),...,(N-1,MN-1-1)。
进一步的，在上述装置中，还包括显示模块，用于在平面显示器上显示时，将所得的采样点数据排列在一个N行、M列的矩形区域内，并将每一行编号为(i,0)的数据对齐，其他数据依次排列，矩形区域内没有填满的部分用任意数据填充。
与现有技术相比，本发明通过用两条纬度分别为W1、W2的纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，将这些环形曲面按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”；用等间隔的6条经线沿赤道方向将所述“水平环”分成6个区域，依次记为Oi，i＝0,1,2,3,4,5；在球面上标记出8个点，依次记为Pi，i＝1,2,...,8；经过P1、P2、P3和P4作圆，所述P1、P2、P3和P4这四点在同一个圆上，只保留P1和P4之间的劣弧，记为NE0，P2和P3之间的劣弧，记为SE0，取纬度W1纬线上P1和P4之间的劣弧，记为NE1，纬度W2纬线上P2和P3之间的劣弧，记为SE1，NE0和NE1围成一个封闭的区域，记为O10；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O11，在西半球，得到NW0和NW1围成一个封闭的区域，记为O12；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O13；用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将所述“顶部”和“底部”的剩余部分等分，得到形状、大小完全一致的四个部分，分别记为O6，O7，O8，O9，至此，将球面分成了14块；根据空间清晰度要求，对包括Oi，i＝0,1,…,12,13的每个部分进行采样，采样后都是矩形，本发明减少了采样结构冗余，保持了采样点在球面上的相邻关系，使得在达到相同的空间清晰度的条件下，采用点数少，采用后的数据量小，压缩效率高。
附图说明
图1为现有的球面采样方法中经纬图采样的示意图；
图2为现有的球面采样方法中六面体采样的示意图；
图3为现有的球面采样方法中棱锥采样的实验图；
图4为本发明一实施例的全景视频改进双环带采样方法的球面分割示意图；
图5为本发明一实施例的全景视频改进双环带采样方法的序号示意图；
图6为本发明一实施例的全景视频改进双环带采样方法的步骤流程图；
图7为本发明一实施例的全景视频改进双环带采样装置的系统架构图；
图8所示为一个用分辨率为4096×2048的经纬图表示的全景视频的其中一幅图像；
图9所示为采用本发明一实施例后所得的图像。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明提供一种全景视频改进双环带采样方法，包括：
步骤一，用两条纬度分别为W1、W2的纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，将这些环形曲面按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”；
步骤二，用等间隔的6条经线沿赤道方向将所述“水平环”分成6个区域，依次记为Oi，i＝0,1,2,3,4,5；
步骤三，在球面上标记出8个点，依次记为Pi，i＝1,2,...,8；
步骤四，经过P1、P2、P3和P4作圆，所述P1、P2、P3和P4这四点在同一个圆上，只保留P1和P4之间的劣弧，记为NE0，P2和P3之间的劣弧，记为SE0，取纬度W1纬线上P1和P4之间的劣弧，记为NE1，纬度W2纬线上P2和P3之间的劣弧，记为SE1，NE0和NE1围成一个封闭的区域，记为O10；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O11，类似地，在西半球，可以得到NW0和NW1围成一个封闭的区域，记为O12；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O13；
步骤五，用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将所述“顶部”和“底部”的剩余部分等分，得到形状、大小完全一致的四个部分，分别记为O6，O7，O8，O9，至此，将球面分成了14块，如图4、图5所示；
步骤六，根据空间清晰度要求，对包括Oi，i＝0,1,…,12,13的每个部分进行采样，采样后都是矩形。
本发明一实施例中，于所述步骤一中，从球心的角度观察，所述“顶部”、“水平环”、“底部”按照从上至下的顺序排列。
本发明一实施例中，于所述步骤二中，6条经线的经度分别为东经30度，东经90度，东经150度和西经30度，西经90度，西经150度，O0和O5应该是相邻的，O0和O5的分隔线为西经30度经线，从球心的角度观察，Oi在Oi+1的左边。
本发明一实施例中，于步骤三中，点P1是东经30度线和纬度为W1的纬线的交点；点P2是东经30度线和纬度为W2的纬线的交点；点P3是东经150度线和纬度为W1的纬线的交点；点P4是东经150度线和纬度为W2的纬线的交点；点P5是西经30度线和纬度为W1的纬线的交点；点P6是西经30度线和纬度为W2的纬线的交点；点P7是西经150度线和纬度为W2的纬线的交点；点P8是西经150度线和纬度为W1的纬线的交点。
本发明一实施例中，于步骤四中，O11与O1、O2相邻；O10与O4、O5相邻；O12与O4、O5相邻；O13与O1、O2相邻。
本发明一实施例中，于步骤五中，O6与O0、O7、O10、O11相邻；O7与O3、O6、O10、O11相邻；O8与O0、O9、O12、O13相邻；O9与O3、O8、O12、O13相邻。
本发明一实施例中，于步骤六中，处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和为M；O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和为N。
本发明一实施例中，该方法还包括：根据空间清晰度要求，在存储时，首先记录N和M；M为处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和；N为O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和，然后将所得的所有采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,M0-1),(1,0),(1,1),...,(1,M1-1),...,(N-1,0),(N-1,1),...,(N-1,MN-1-1)。
本发明一实施例中，该方法还包括：在平面显示器上显示时，将所得的采样点数据排列在一个N行、M列的矩形区域内，并将每一行编号为(i,0)的数据对齐，其他数据依次排列，矩形区域内没有填满的部分用任意数据填充。
为达到上述目的，本发明还提供一种全景视频改进双环带采样装置，包括：
球面分割单元，用于用两条纬度分别为W1、W2的纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，将这些环形曲面按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”；在此，用两条纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，将这些环形曲面依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”；
水平环分割单元，用于用等间隔的6条经线沿赤道方向将所述“水平环”分成6个区域，依次记为Oi，i＝0,1,2,3,4,5；在此，用6条等间隔的经线将“水平环”沿赤道方向均匀分成6个区域，将这些区域依次记为Oi，i＝0,1,...,5；
标记单元，用于在球面上标记出8个点，依次记为Pi，i＝1,2,...,8；
其他环形曲面分割单元，用于经过P1、P2、P3和P4作圆，所述P1、P2、P3和P4这四点在同一个圆上，只保留P1和P4之间的劣弧，记为NE0，P2和P3之间的劣弧，记为SE0，取纬度W1纬线上P1和P4之间的劣弧，记为NE1，纬度W2纬线上P2和P3之间的劣弧，记为SE1，NE0和NE1围成一个封闭的区域，记为O10；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O11，类似地，在西半球，可以得到NW0和NW1围成一个封闭的区域，记为O12；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O13；在此，通过球面上的8个经线和纬线的交点作2个圆，分割“底部”和“顶部”得到O10、O11、O12、O13；
剩余部分分割单元，用于用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将所述“顶部”和“底部”的剩余部分等分，得到形状、大小完全一致的四个部分，分别记为O6，O7，O8，O9，至此，将球面分成了14块，如图4、图5所示；
采样值计算单元，用于根据空间清晰度要求，对包括Oi，i＝0,1,…,12,13的每个部分进行采样，采样后都是矩形。在此，计算该水平环分割单元，该其他环形曲面分割单元和该剩余部分分割单元得到的球面上的每一个区域内的光线的平均值，作为该区域对应的采样点的采样值。
本发明一实施例中，球面分割单元，用于从球心的角度观察，将所述“顶部”、“水平环”、“底部”按照从上至下的顺序排列。
本发明一实施例中，水平环分割单元，用于将6条经线的经度分别确定为东经30度，东经90度，东经150度和西经30度，西经90度，西经150度，O0和O5应该是相邻的，O0和O5的分隔线为西经30度经线，从球心的角度观察，Oi在Oi+1的左边。
本发明一实施例中，标记单元，用于确定点P1是东经30度线和纬度为W1的纬线的交点；点P2是东经30度线和纬度为W2的纬线的交点；点P3是东经150度线和纬度为W1的纬线的交点；点P4是东经150度线和纬度为W2的纬线的交点；点P5是西经30度线和纬度为W1的纬线的交点；点P6是西经30度线和纬度为W2的纬线的交点；点P7是西经150度线和纬度为W2的纬线的交点；点P8是西经150度线和纬度为W1的纬线的交点。
本发明一实施例中，所述其他环形曲面分割单元，用于确定O11与O1、O2相邻；O10与O4、O5相邻；O12与O4、O5相邻；O13与O1、O2相邻。
本发明一实施例中，所述剩余部分分割单元，用于确定O6与O0、O7、O10、O11相邻；O7与O3、O6、O10、O11相邻；O8与O0、O9、O12、O13相邻；O9与O3、O8、O12、O13相邻。
本发明一实施例中，所述采样值计算单元，用于确定处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和为M；O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和为N。
本发明一实施例中，还包括，存储模块，用于根据空间清晰度要求，在存储时，首先记录N和M；M为处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和；N为O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和，然后将所得的所有采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,M0-1),(1,0),(1,1),...,(1,M1-1),...,(N-1,0),(N-1,1),...,(N-1,MN-1-1)。
本发明一实施例中，还包括显示模块，用于在平面显示器上显示时，将所得的采样点数据排列在一个N行、M列的矩形区域内，并将每一行编号为(i,0)的数据对齐，其他数据依次排列，矩形区域内没有填满的部分用任意数据填充。
与现有技术相比，本发明一种全景视频改进双环带采样方法及装置，减少了采样结构冗余，保持了采样点在球面上的相邻关系，使得在达到相同的空间清晰度的条件下，采用点数少，采用后的数据量小，压缩效率高。
图6为本发明一种全景视频改进双环带采样方法的步骤流程图。如图6所示，本发明一种全景视频改进双环带采样方法，包括如下步骤：
步骤S201，用两条纬度分别为W1、W2的纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，将这些环形曲面按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”；
步骤S202，用等间隔的6条经线沿赤道方向将“顶部”分成6个区域，依次记为Oi，i＝0,1,2,3,4,5；
步骤S203，通过球面上的8个经线和纬线的交点作2个圆，分割“底部”和“顶部”得到O10、O11、O12、O13；
步骤S204，用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将“顶部”和“底部”的剩余部分等分，得到形状、大小完全一致的四个部分，分别记为O6，O7，O8，O9。至此，将球面分成了14块，如图4、图5所示。
步骤S205，计算步骤S202、步骤S203、步骤S204得到的球面上的每一个区域内的光线值，通过某种插值方法得到该区域内各个采样点的采样值。
根据空间清晰度要求，在存储时，首先记录N和M；M为处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和；N为O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和，然后将所得的所有采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,M0-1),(1,0),(1,1),...,(1,M1-1),...,(N-1,0),(N-1,1),...,(N-1,MN-1-1)。
在平面显示器上显示时，可以将所得的采样点数据排列在一个N行、M列的矩形区域内，并将每一行编号为(i,0)的数据对齐，其他数据依次排列。矩形区域内没有填满的部分可以用任意数据填充。在进行压缩编码的时候，也可以参照在平面显示器上显示时的排列方式。
图7为本发明一种全景视频改进双环带采样装置的系统架构图。如图7所示，本发明一种全景视频改进双环带采样装置，包括：球面分割单元501、水平环分割单元502、其他环形曲面分割单元503、剩余部分分割单元504以及采样值计算单元505。
其中，球面分割单元501用两条纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，将这些环形曲面依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”。
水平环分割单元502用6条等间隔的经线将“水平环”沿赤道方向均匀分成6个区域，将这些区域依次记为Oi，i＝0,1,...,5；从球心的角度观察，Oi在Oi+1的左边。
其他环形曲面分割单元503通过球面上的8个经线和纬线的交点作2个圆，分割“底部”和“顶部”得到O10、O11、O12、O13；其中，O11与O1、O2相邻；O10与O4、O5相邻；O12与O4、O5相邻；O13与O1、O2相邻。
剩余部分分割单元504用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将“顶部”和“底部”的剩余部分等分，得到形状、大小完全一致的四个部分，分别记为O6，O7，O8，O9。至此，将球面分成了14块；其中，O6与O0、O7、O10、O11相邻；O7与O3、O6、O10、O11相邻；O8与O0、O9、O12、O13相邻；O9与O3、O8、O12、O13相邻。
采样值计算单元505，计算水平环分割单元502、其他面积环形曲面分割单元503和剩余部分分割单元504得到的球面上的每一个区域内的光线值，通过某种插值方法得到该区域内各个采样点的采样值。
根据清晰度要求，本发明在存储时，首先记录N和M；M为处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和；N为O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和，然后将所得的所有采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,M0-1),(1,0),(1,1),...,(1,M1-1),...,(N-1,0),(N-1,1),...,(N-1,MN-1-1)。
在平面显示器上显示时，可以将所得的采样点数据排列在一个N行、M列的矩形区域内，并将每一行编号为(i,0)的数据对齐，其他数据依次排列。矩形区域内没有填满的部分可以用任意数据填充。在进行压缩编码的时候，也可以参照在平面显示器上显示时的排列方式。
以下将通过具体实施例来进一步说明本发明：
实施例一
如图8所示为一个用分辨率为4096×2048的经纬图表示的全景视频的其中一幅图像，在本发明具体实施例中，该全景视频为彩色视频，具有三个分量。假设所采用的颜色分量是RGB，采样后仍然用RGB表示每个采样点的颜色。假设空间清晰度的要求对三个分量是相同的，都是N＝1252，M＝2304，量化精度要求对每个分量也是相同的，都是量化为256级。则对每个分量，重复如下步骤一到步骤六：
步骤一，用两条纬度分别为北纬30度和南纬30度的纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，将这些环形曲面按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”。
步骤二，用等间隔的6条经线沿赤道方向将“水平环”分成6个区域，依次记为Oi，i＝0,1,2,3,4,5；这6条经线的经度分别为东经30度，东经90度，东经150度，西经30度，西经90度，西经150度。采样点的编号为(768,0),(768,1)...,(768,2303)。其中编号为(768,0)的采样点对应的区域和编号为(768,2303)的采样点对应的区域是相邻的，它们的分割线是西经160度经线。从球心的角度观察，编号为(768,k)的采样点对应的区域在编号为(768,k+1)的采样点对应的区域的左侧。
步骤三，在球面上标记出8个点，依次记为Pi，i＝1,2,...,8；其中点P1是东经30度线和北纬30度线的交点；点P2是东经30度线和南纬30度线的交点；点P3是东经150度线和纬度为南纬30度线的交点；点P4是东经150度线和北纬30度线的交点；点P5是西经30度线和北纬30度线的交点；点P6是西经30度线和南纬30度线的交点；点P7是西经150度线和南纬30度线的交点；点P8是西经150度线和北纬30度线的交点。
步骤四，经过P1/P2/P3/P4作圆(显然这四点在同一个圆上)，只保留P1和P4之间的劣弧(记为NE0)、P2和P3之间的劣弧(记为SE0)。取纬度W1纬线上P1和P4之间的劣弧(记为NE1)，纬度W2纬线上P2和P3之间的劣弧(记为SE1)。那么，NE0和NE1围成一个封闭的区域，记为O10；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O11。类似地，在西半球，可以得到NW0和NW1围成一个封闭的区域，记为O12；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O13。
步骤五，用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将“顶部”和“底部”的剩余部分等分，得到形状、大小完全一致的四个部分，分别记为O6，O7，O8，O9。至此，将球面分成了14块，如图4、图5所示。
步骤六，根据空间清晰度要求，对每个部分(Oi，i＝0,1,…,12,13)进行采样，采样后都是矩形。由于N＝1152，M＝2304，令每个区域的采样点相同，即需要2304/6＝384个横向采样点，共1152/3＝384行。计算步骤二、步骤三、步骤四和步骤五得到的球面上的每一个区域内所有的光线值，并进行256级量化，得到若干个0到255之间的整数值，通过双线性插值的方法，得到384x384＝147456个采样点，作为该区域对应的采样点的采样值。
在存储时，首先记录每个分量采样的行数1152和每行最大的采样点数2304。然后将所得的所有采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,M0-1),(1,0),(1,1),...,(1,M1-1),...,(1151,0),(1151,1),...,(1151,M1151-1)。同一个采样点的三个分量按照B,G,R的顺序排列。
在平面显示器上显示时，可以将所得的采样点排列在一个1152行、2304列的矩形区域内。同时，对于原本属于O7和O9的采样点，将每一行编号为(i,0)的数据放在每一行的第384x2+1＝769个位置，编号为(i,k),k＝1...Mi的采样点的数据放在第i行第384x2+1+k个位置；对于原本属于O6、O8、O10、O11、O12和O13的采样点，将每一行编号为(i,0)的数据放在每一行的第384+1＝385个位置，编号为(i,k),k＝1...Mi的采样点的数据放在第i行第384+1+k个位置；对于原本属于O0、O1、O2、O3、O4和O5的采样点，将每一行编号为(i,0)的数据放在每一行的第1个位置。对于其它矩形区域里没有填满的部分，用255填充，所得图像如图9所示。
实施例二
如图8所示为一个用分辨率为4096×2048的经纬图表示的全景视频的其中一幅图像，在本发明具体实施例中，该全景视频为彩色视频，具有三个分量。假设所采用的颜色分量是YcbCr，采样比例是4:4:4，采样后仍然用YCbCr表示每个采样点的颜色。假设空间清晰度的要求对Y分量是N＝1152，M＝2304，对Cb和Cr分量是N＝576，M＝1152，量化精度要求对每个分量是相同的，都是量化为256级。
则对Y分量，进行如下步骤：
步骤一，用两条纬度分别为北纬30度和南纬30度的纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，将这些环形曲面按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”。
步骤二，用等间隔的6条经线沿赤道方向将“水平环”分成6个区域，依次记为Oi，i＝0,1,2,3,4,5；这6条经线的经度分别为东经30度，东经90度，东经150度，西经30度，西经90度，西经150度。采样点的编号为(768,0),(768,1)...,(768,2303)。其中编号为(768,0)的采样点对应的区域和编号为(768,2303)的采样点对应的区域是相邻的，它们的分割线是西经160度经线。从球心的角度观察，编号为(768,k)的采样点对应的区域在编号为(768,k+1)的采样点对应的区域的左侧。
步骤三，在球面上标记出8个点，依次记为Pi，i＝1,2,...,8；其中点P1是东经30度线和北纬30度线的交点；点P2是东经30度线和南纬30度线的交点；点P3是东经150度线和纬度为南纬30度线的交点；点P4是东经150度线和北纬30度线的交点；点P5是西经30度线和北纬30度线的交点；点P6是西经30度线和南纬30度线的交点；点P7是西经150度线和南纬30度线的交点；点P8是西经150度线和北纬30度线的交点。
步骤四，经过P1/P2/P3/P4作圆(显然这四点在同一个圆上)，只保留P1和P4之间的劣弧(记为NE0)、P2和P3之间的劣弧(记为SE0)。取纬度W1纬线上P1和P4之间的劣弧(记为NE1)，纬度W2纬线上P2和P3之间的劣弧(记为SE1)。那么，NE0和NE1围成一个封闭的区域，记为O10；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O11。类似地，在西半球，可以得到NW0和NW1围成一个封闭的区域，记为O12；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O13。
步骤五，用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将“顶部”和“底部”的剩余部分等分，得到形状、大小完全一致的四个部分，分别记为O6，O7，O8，O9。至此，将球面分成了14块，如图4、图5所示。
步骤六，根据空间清晰度要求，对每个部分(Oi，i＝0,1,…,12,13)进行采样，采样后都是矩形。由于N＝1152，M＝2304，令每个区域的采样点相同，即需要2304/6＝384个横向采样点，共1152/3＝384行。计算步骤二、步骤三、步骤四和步骤五得到的球面上的每一个区域内所有的光线值，并进行256级量化，得到若干个0到255之间的整数值，通过双线性插值的方法，得到384x384＝147456个采样点，作为该区域对应的采样点的采样值。
则对Cb和Cr分量，分别进行如下步骤：
步骤一，用两条纬度分别为北纬30度和南纬30度的纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，将这些环形曲面按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”。
步骤二，用等间隔的6条经线沿赤道方向将“水平环”分成6个区域，依次记为Oi，i＝0,1,2,3,4,5；这6条经线的经度分别为东经30度，东经90度，东经150度，西经30度，西经90度，西经150度。采样点的编号为(384,0),(384,1)...,(384,1151)。其中编号为(384,0)的采样点对应的区域和编号为(384,1151)的采样点对应的区域是相邻的，它们的分割线是西经160度经线。从球心的角度观察，编号为(384,k)的采样点对应的区域在编号为(384,k+1)的采样点对应的区域的左侧。
步骤三，在球面上标记出8个点，依次记为Pi，i＝1,2,...,8；其中点P1是东经30度线和北纬30度线的交点；点P2是东经30度线和南纬30度线的交点；点P3是东经150度线和纬度为南纬30度线的交点；点P4是东经150度线和北纬30度线的交点；点P5是西经30度线和北纬30度线的交点；点P6是西经30度线和南纬30度线的交点；点P7是西经150度线和南纬30度线的交点；点P8是西经150度线和北纬30度线的交点。
步骤四，经过P1/P2/P3/P4作圆(显然这四点在同一个圆上)，只保留P1和P4之间的劣弧(记为NE0)、P2和P3之间的劣弧(记为SE0)。取纬度W1纬线上P1和P4之间的劣弧(记为NE1)，纬度W2纬线上P2和P3之间的劣弧(记为SE1)。那么，NE0
和NE1围成一个封闭的区域，记为O10；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O11。类似地，在西半球，可以得到NW0和NW1围成一个封闭的区域，记为O12；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O13。
步骤五，用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将“顶部”和“底部”的剩余部分等分，得到形状、大小完全一致的四个部分，分别记为O6，O7，O8，O9。至此，将球面分成了14块，如图4、图5所示。
步骤六，根据空间清晰度要求，对每个部分(Oi，i＝0,1,…,12,13)进行采样，采样后都是矩形。由于N＝576，M＝1152，令每个区域的采样点相同，即需要1152/6＝192个横向采样点，共576/3＝192行。计算步骤二、步骤三、步骤四和步骤五得到的球面上的每一个区域内所有的光线值，并进行256级量化，得到若干个0到255之间的整数值，通过双线性插值的方法，得到192x192＝36864个采样点，作为该区域对应的采样点的采样值。
在存储时，首先记录Y分量采样的行数1152和每行最大的采样点数2304，Cb分量采样的行数576和每行最大的采样点数1152。Cr分量采样的行数576和每行最大的采样点数1152。然后将所得的Y分量采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,M0-1),(1,0),(1,1),...,(1,M1-1),...,(1151,0),(1151,1),...,(1151,M1151-1)。在Y分量采样点的数据后面将所得的Cb分量采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,M0-1),(1,0),(1,1),...,(1,M1-1),...,(575,0),(575,1),...,(575,M575-1)。在Cb分量采样点的数据后面将所得的Cr分量采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,M0-1),(1,0),(1,1),...,(1,M1-1),...,(575,0),(575,1),...,(575,M575-1)。
综上所述，本发明一种全景视频等密度采样方法及装置减少了采样结构冗余，保持了采样点在球面上的相邻关系，使得在达到相同的空间清晰度的条件下，采用点数少，采用后的数据量小，压缩效率高。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (18)

1.一种全景视频改进双环带采样方法，其特征在于，包括：
步骤一，用两条纬度分别为W1、W2的纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，将这些环形曲面按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”；
步骤二，用等间隔的6条经线沿赤道方向将所述“水平环”分成6个区域，依次记为Oi，i＝0,1,2,3,4,5；
步骤三，在球面上标记出8个点，依次记为Pi，i＝1,2,...,8；
步骤四，经过P1、P2、P3和P4作圆，所述P1、P2、P3和P4这四点在同一个圆上，只保留P1和P4之间的劣弧，记为NE0，P2和P3之间的劣弧，记为SE0，取纬度W1纬线上P1和P4之间的劣弧，记为NE1，纬度W2纬线上P2和P3之间的劣弧，记为SE1，NE0和NE1围成一个封闭的区域，记为O10；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O11，在西半球，得到NW0和NW1围成一个封闭的区域，记为O12；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O13；
步骤五，用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将所述“顶部”和“底部”的剩余部分等分，得到形状、大小完全一致的四个部分，分别记为O6，O7，O8，O9，至此，将球面分成了14块；
步骤六，根据空间清晰度要求，对包括Oi，i＝0,1,…,12,13的每个部分进行采样，采样后都是矩形。
2.如权利要求1所述的全景视频改进双环带采样方法，其特征在于，所述步骤一中，从球心的角度观察，所述“顶部”、“水平环”、“底部”按照从上至下的顺序排列。
3.如权利要求2所述的全景视频改进双环带采样方法，其特征在于，所述步骤二中，6条经线的经度分别为东经30度，东经90度，东经150度和西经30度，西经90度，西经150度，O0和O5是相邻的，O0和O5的分隔线为西经30度经线，从球心的角度观察，Oi在Oi+1的左边。
4.如权利要求3所述的全景视频改进双环带采样方法，其特征在于，所述步骤三中，点P1是东经30度线和纬度为W1的纬线的交点；点P2是东经30度线和纬度为W2的纬线的交点；点P3是东经150度线和纬度为W1的纬线的交点；点P4是东经150度线和纬度为W2的纬线的交点；点P5是西经30度线和纬度为W1的纬线的交点；点P6是西经30度线和纬度为W2的纬线的交点；点P7是西经150度线和纬度为W2的纬线的交点；点P8是西经150度线和纬度为W1的纬线的交点。
5.如权利要求4所述的全景视频改进双环带采样方法，其特征在于，所述步骤四中，O11与O1、O2相邻；O10与O4、O5相邻；O12与O4、O5相邻；O13与O1、O2相邻。
6.如权利要求5所述的全景视频改进双环带采样方法，其特征在于，所述步骤五中，O6与O0、O7、O10、O11相邻；O7与O3、O6、O10、O11相邻；O8与O0、O9、O12、O13相邻；O9与O3、O8、O12、O13相邻。
7.如权利要求6所述的全景视频改进双环带采样方法，其特征在于，所述步骤六中，处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和为M；O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和为N。
8.如权利要求7所述的全景视频改进双环带采样方法，其特征在于，该方法还包括：
根据空间清晰度要求，在存储时，首先记录N和M；M为处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和；N为O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和，然后将所得的所有采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,M0-1),(1,0),(1,1),...,(1,M1-1),...,(N-1,0),(N-1,1),...,(N-1,MN-1-1)。
9.如权利要求8所述的全景视频改进双环带采样方法，其特征在于，该方法还包括：
在平面显示器上显示时，将所得的采样点数据排列在一个N行、M列的矩形区域内，并将每一行编号为(i,0)的数据对齐，其他数据依次排列，矩形区域内没有填满的部分用任意数据填充。
10.一种全景视频改进双环带采样装置，其特征在于，包括：
球面分割单元，用于用两条纬度分别为W1、W2的纬线以及赤道将球面分成3个环形曲面，将这些环形曲面按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”；
水平环分割单元，用于用等间隔的6条经线沿赤道方向将所述“水平环”分成6个区域，依次记为Oi，i＝0,1,2,3,4,5；
标记单元，用于在球面上标记出8个点，依次记为Pi，i＝1,2,...,8；
其他环形曲面分割单元，用于经过P1、P2、P3和P4作圆，所述P1、P2、P3和P4这四点在同一个圆上，只保留P1和P4之间的劣弧，记为NE0，P2和P3之间的劣弧，记为SE0，取纬度W1纬线上P1和P4之间的劣弧，记为NE1，纬度W2纬线上P2和P3之间的劣弧，记为SE1，NE0和NE1围成一个封闭的区域，记为O10；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O11，类似地，在西半球，可以得到NW0和NW1围成一个封闭的区域，记为O12；SE0和SE1围成一个封闭的区域，记为O13；在此，通过球面上的8个经线和纬线的交点作2个圆，分割“底部”和“顶部”得到O10、O11、O12、O13；
剩余部分分割单元，用于用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将所述“顶部”和“底部”的剩余部分等分，得到形状、大小完全一致的四个部分，分别记为O6，O7，O8，O9，至此，将球面分成了14块，
采样值计算单元，用于根据空间清晰度要求，对包括Oi，i＝0,1,…,12,13的每个部分进行采样，采样后都是矩形。
11.如权利要求10所述的全景视频改进双环带采样装置，其特征在于，所述球面分割单元，用于从球心的角度观察，将所述“顶部”、“水平环”、“底部”按照从上至下的顺序排列。
12.如权利要求11所述的全景视频改进双环带采样装置，其特征在于，所述水平环分割单元，用于将6条经线的经度分别确定为东经30度，东经90度，东经150度和西经30度，西经90度，西经150度，O0和O5是相邻的，O0和O5的分隔线为西经30度经线，从球心的角度观察，Oi在Oi+1的左边。
13.如权利要求12所述的全景视频改进双环带采样装置，其特征在于，所述标记单元，用于确定点P1是东经30度线和纬度为W1的纬线的交点；点P2是东经30度线和纬度为W2的纬线的交点；点P3是东经150度线和纬度为W1的纬线的交点；点P4是东经150度线和纬度为W2的纬线的交点；点P5是西经30度线和纬度为W1的纬线的交点；点P6是西经30度线和纬度为W2的纬线的交点；点P7是西经150度线和纬度为W2的纬线的交点；点P8是西经150度线和纬度为W1的纬线的交点。
14.如权利要求13所述的全景视频改进双环带采样装置，其特征在于，所述其他环形曲面分割单元，用于确定O11与O1、O2相邻；O10与O4、O5相邻；O12与O4、O5相邻；O13与O1、O2相邻。
15.如权利要求14所述的全景视频改进双环带采样装置，其特征在于，所述剩余部分分割单元，用于确定O6与O0、O7、O10、O11相邻；O7与O3、O6、O10、O11相邻；O8与O0、O9、O12、O13相邻；O9与O3、O8、O12、O13相邻。
16.如权利要求15所述的全景视频改进双环带采样装置，其特征在于，所述采样值计算单元，用于确定处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和为M；O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和为N。
17.如权利要求16所述的全景视频改进双环带采样装置，其特征在于，还包括，存储模块，用于根据空间清晰度要求，在存储时，首先记录N和M；M为处于水平环的6个区域Oi，i＝0,1,2,3,4,5横向采样点之和；N为O0与O6、O7、O8、O9共5个区域纵向采样点之和，然后将所得的所有采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,M0-1),(1,0),(1,1),...,(1,M1-1),...,(N-1,0),(N-1,1),...,(N-1,MN-1-1)。
18.如权利要求16所述的全景视频改进双环带采样装置，其特征在于，还包括显示模块，用于在平面显示器上显示时，将所得的采样点数据排列在一个N行、M列的矩形区域内，并将每一行编号为(i,0)的数据对齐，其他数据依次排列，矩形区域内没有填满的部分用任意数据填充。
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