CN106791840A - 一种全景视频双环带采样方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全景视频双环带采样方法及装置，该方法包括如下步骤：利用北纬W度线、南纬W度线将球面分成1个环形曲面和2个球冠；通过球面上的若干点作2个圆，与分割球面得到六部分；利用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将球面上未标记的剩余部分进行分割，得到八个部分，至此，将球面分割成了14块；计算得到的球面上的每一个区域内的光线值，通过插值方法得到该区域内各个采样点的采样值,通过本发明，可以降低采样结构冗余，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。同时，本发明便于保留相邻关系，可以有效提高后续预测编码的压缩效率。

Description

一种全景视频双环带采样方法及装置

技术领域

本发明涉及视频编码技术，特别是涉及一种全景视频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，经常不是等面积映射，而且球面的不同区域在映射前后面积的比例也是不同的。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。理论上，球面赤道附近的采样点数应该比两极附近采样点数多。第三步在排列时，往往不能做到内容的完整相邻，给视频编码压缩带来不利。

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。经纬图采样方法虽然具有完整相邻性，但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，并且矩形的内容也不具有完整相邻性。

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，矩形的内容也不具有完整相邻性。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。另一方面，已有的全景视频采样方法对全景视频内容的兼容性不够完善，棱锥采样只支持有主视点的全景视频应用，而在某些应用场景中，并不需要存储完整的球面视频，可以只保留一个360度的环带或者半个球面，已有的全景视频采样方法难以通过简单的操作实现对不完整球面的采样。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种全景视频双环带采样方法及装置，其可以降低采样结构冗余，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。同时，本发明便于保留相邻关系，可以有效提高后续预测编码的压缩效率。而且，本发明支持不完整球面视频的采样，便于对不同全景视频应用的支持。

为达上述及其它目的，本发明提出一种全景视频双环带采样方法，包括如下步骤：

步骤一，利用北纬W度线、南纬W度线将球面分成1个环形曲面和2个球冠；

步骤二，通过球面上的若干点作2个圆，与分割球面得到六部分；

步骤三，利用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将球面上未标记的剩余部分进行分割，得到八个部分，至此，将球面分割成了14块；

步骤四，计算步骤二与步骤三得到的球面上的每一个区域内的光线值，通过插值方法得到该区域内各个采样点的采样值。

进一步地，于步骤二中，将北纬W度线记为O_N，将南纬W度线记为O_S，经过球面坐标为(东经J度，北纬0度)的点且与赤道平面垂直的平面与球面相交形成一个圆，将该圆记为O_E，经过球面坐标为(西经J度，北纬0度)的点且与赤道平面垂直的平面与球面相交形成一个圆，将该圆记为O_W，O_E与O_N相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₁，靠近180度经线的交点记为P₃，O_E与O_S相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₂，靠近180度经线的交点记为P₄，O_W与O_N相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₅，靠近180度经线的交点记为P₇，O_W与O_S相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₆，靠近180度经线的交点记为P₈。

进一步地，于步骤三中，将东经90度线和西经90度线构成的圆记为O_Z，O_Z和O_E在北半球的交点记为P₉，在南半球的交点记为P_a，O_Z和O_W在北半球的交点记为P_b，在南半球的交点记为P_c，O_Z和O_N在东半球的交点记为P_d，在西半球的交点记为P_e，O_Z和O_S在东半球的交点记为P_f，在西半球的交点记为P₀。

进一步地，利用C_xyz表示一段劣弧，其中x表示步骤一、步骤二和步骤三所述的圆的下标，y和z分别表示步骤一、步骤二和步骤二所述的点的下标，，将C_W56、C_S62、C_E21、C_N15，围成的球面上的封闭区域记为A₀；将C_E12、C_S2f、C_Zfd、C_Nd1，围成的球面上的封闭区域记为A₁；将C_Zdf、C_Sf4、C_E43、C_N3d，围成的球面上的封闭区域记为A₂；将C_E34、C_S48、C_W87、C_N73，围成的球面上的封闭区域记为A₃；将C_W78、C_S80、C_Z0e、C_Ne7，围成的球面上的封闭区域记为A₄；将C_Ze0、C_S06、C_W65、C_N5e，围成的球面上的封闭区域记为A₅；将C_Wb5、C_N51、C_E19、C_Z9b，围成的球面上的封闭区域记为A₆；将C_E93、C_N37、C_W7b、C_Zb9，围成的球面上的封闭区域记为A₇；将C_W6c、C_Zca、C_Ea2、C_S26，围成的球面上的封闭区域记为A₈；将C_E4a、C_Zac、C_Wc8、C_S84，围成的球面上的封闭区域记为A₉；将C_W5b、C_Wb7、C_N7e、C_Ne5，围成的球面上的封闭区域记为A₁₀；将C_E19、C_E93、C_N3d、C_Nd1，围成的球面上的封闭区域记为A₁₁；将C_W6c、C_Wc8、C_S80、C_S06，围成的球面上的封闭区域记为A₁₂；将C_E2a、C_Ea4、C_S4f、C_Sf2，围成的球面上的封闭区域记为A₁₃。

进一步地，所述纬度W的值为30°。

进一步地，所述经度J的值等于30°。

进一步地，于步骤四中，根据空间清晰度要求，选择一个块长L，对每个部分(A_i，i＝0,1,…,12,13)进行采样，采样后都为矩形，其中，A₀～A₅原本就是矩形，对其垂直采样L列，每一列的采样点数为L；A₆～A₉为矩形和半椭圆的组合，对其垂直采样L列，每一列的采样点数为L；其中A₁₀～A₁₃是半椭圆，对其垂直采样列，每一列的采样点数满足这样的关系:设该列在半椭圆长轴上的采样点为P_t,P_t到长轴中点的距离为L_t,那么该列的采样点即为

进一步地，每个部分(A_i，i＝0,1,…,12,13)采样后都是相同大小的正方形矩阵。

进一步地，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，在进行压缩编码的时候，参照在平面显示器上显示时的排列方式。

为达到上述目的，本发明还提供一种全景视频双环带采样装置，包括：

球面分割单元，利用北纬W度线、南纬W度线将球面分成1个环形曲面和2个球冠；

环形曲面及球冠分割单元，通过球面上的若干点作2个圆，与分割球面得到六部分；

剩余部分分割单元，利用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将球面上未标记的剩余部分进行分割，得到八个部分，至此，将球面分割成了14块；

采样值计算单元，计算该环形曲面及球冠分割单元与剩余部分分割单元得到的球面上的每一个区域内的光线值，通过插值方法得到该区域内各个采样点的采样值。

与现有技术相比，本发明一种全景视频双环带采样方法及装置，其可以降低采样结构冗余，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。同时，本发明便于保留相邻关系，可以有效提高后续预测编码的压缩效率。而且，本发明支持不完整球面视频的采样，便于对不同全景视频应用的支持。

附图说明

图1为现有技术球面采样方法中经纬图采样的示意图；

图2为现有技术球面采样方法中六面体采样的示意图；

图3为现有技术球面采样方法中棱锥采样的实验图；

图4为本发明一种全景视频双环带采样方法的步骤流程图；

图5为本发明一种全景视频双环带采样方法的球面分割示意图；

图6为发明一种全景视频双环带采样方法的序号示意图；

图7为本发明一种全景视频双环带采样方法较佳实施例的步骤流程图

图8为本发明一种全景视频双环带采样装置的系统架构图；

图9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10所示为采用本发明后所得的图像。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图4为本发明一种全景视频双环带采样方法的步骤流程图。如图4所示，本发明一种全景视频双环带采样方法，包括如下步骤：

步骤201，用北纬W度线、南纬W度线将球面分成1个环形曲面和2个球冠，将它们按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”。

步骤202，通过球面上的8个点作2个圆，分割球面得到A₁₀、A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₀、A₃。

步骤203，用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将球面上未标记的剩余部分等分，得到八个部分，分别记为A₁，A₂，A₄，A₅，A₆，A₇，A₈，A₉。至此，将球面分成了14块，如图5及图6所示。

步骤204，计算步骤202、步骤203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。

图7为本发明较佳实施例之全景视频双环带采样方法的步骤流程图。如图3所示，在本发明较佳实施例中，全景视频双环带采样方法包括如下步骤：

步骤S1，将北纬W度线记为O_N，将南纬W度线记为O_S，O_N和O_S将球面分成1个环形曲面和2个球冠，将他们按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”，较佳地，纬度W的值等于30°。

步骤S2，经过球面坐标为(东经J度，北纬0度)的点且与赤道平面垂直的平面与球面相交形成一个圆，将该圆记为O_E；经过球面坐标为(西经J度，北纬0度)的点且与赤道平面垂直的平面与球面相交形成一个圆，将该圆记为O_W。O_E与O_N相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₁，靠近180度经线的交点记为P₃，O_E与O_S相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₂，靠近180度经线的交点记为P₄，O_W与O_N相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₅，靠近180度经线的交点记为P₇，O_W与O_S相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₆，靠近180度经线的交点记为P₈，如图6所示。较佳地，本步骤中经度J的值等于30°。

步骤S3，将东经90度线和西经90度线构成的圆记为O_Z，O_Z和O_E在北半球的交点记为P₉，在南半球的交点记为P_a，O_Z和O_W在北半球的交点记为P_b，在南半球的交点记为P_c，O_Z和O_N在东半球的交点记为P_d，在西半球的交点记为P_e，O_Z和O_S在东半球的交点记为P_f，在西半球的交点记为P₀，如图6所示。利用C_xyz表示一段劣弧，其中x表示如步骤S1、步骤S2和步骤S3所述的圆的下标，y和z分别表示如步骤S1、步骤S2和步骤S3所述的点的下标，例如C_E19表示在O_E上点P₁和点P₉之间的劣弧，将C_W56、C_S62、C_E21、C_N15，围成的球面上的封闭区域记为A₀；将C_E12、C_S2f、C_Zfd、C_Nd1，围成的球面上的封闭区域记为A₁；将C_Zdf、C_Sf4、C_E43、C_N3d，围成的球面上的封闭区域记为A₂；将C_E34、C_S48、C_W87、C_N73，围成的球面上的封闭区域记为A₃；将C_W78、C_S80、C_Z0e、C_Ne7，围成的球面上的封闭区域记为A₄；将C_Ze0、C_S06、C_W65、C_N5e，围成的球面上的封闭区域记为A₅；将C_Wb5、C_N51、C_E19、C_Z9b，围成的球面上的封闭区域记为A₆；将C_E93、C_N37、C_W7b、C_Zb9，围成的球面上的封闭区域记为A₇；将C_W6c、C_Zca、C_Ea2、C_S26，围成的球面上的封闭区域记为A₈；将C_E4a、C_Zac、C_Wc8、C_S84，围成的球面上的封闭区域记为A₉；将C_W5b、C_Wb7、C_N7e、C_Ne5，围成的球面上的封闭区域记为A₁₀；将C_E19、C_E93、C_N3d、C_Nd1，围成的球面上的封闭区域记为A₁₁；将C_W6c、C_Wc8、C_S80、C_S06，围成的球面上的封闭区域记为A₁₂；将C_E2a、C_Ea4、C_S4f、C_Sf2，围成的球面上的封闭区域记为A₁₃。

步骤S4，根据空间清晰度要求，选择一个块长L，对每个部分(A_i，i＝0,1,…,12,13)进行采样，采样后都是矩形。其中，A₀～A₅原本就是矩形，对其垂直采样L列，每一列的采样点数为L；A₆～A₉是矩形和半椭圆的组合，对其垂直采样L列，每一列的采样点数为L；其中A₁₀～A₁₃是半椭圆，对其垂直采样列，每一列的采样点数满足这样的关系:设该列在半椭圆长轴上的采样点为P_t,P_t到长轴中点的距离为L_t,那么该列的采样点即为较佳地，本步骤中，每个部分(A_i，i＝0,1,…,12,13)采样后都是相同大小的正方形矩阵。

在本发明较佳实施例中，根据空间清晰度要求，在存储时，首先记录N和M，；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,M_N-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8为本发明一种全景视频菱形采样装置的系统架构图。如图8所示，本发明一种全景视频双环带采样装置，包括：球面分割单元801、环形曲面及球冠分割单元802、剩余部分分割单元803以及采样值计算单元804。

其中，球面分割单元801用两条纬线将球面分成1个环形曲面和2个球冠，将它们依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”。

环形曲面及球冠分割单元802，通过球面上的8个点作2个圆，分割球面得到A₁₀、A₁₁、A₁₂、A₁₃、A₀、A₃。

剩余部分分割单元803，利用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将球面的剩余部分等分，得到八个部分，分别记为A₁，A₂，A₄，A₅，A₆，A₇，A₈，A₉。至此，将球面分成了14块；其中，A₆与A₀、A₇、A₁₀、A₁₁相邻；A₇与A₃、A₆、A₁₀、A₁₁相邻；A₈与A₀、A₉、A₁₂、A₁₃相邻；A₉与A₃、A₈、A₁₂、A₁₃相邻。

采样值计算单元804，计算环形曲面及球冠分割单元802和剩余部分分割单元803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；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,M_N-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9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，将北纬30度线记为O_N，将南纬30度线记为O_S，O_N和O_S将球面分成1个环形曲面和2个球冠，将他们按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”。

步骤二，经过球面坐标为(东经30度，北纬0度)的点且与赤道平面垂直的平面与球面相交形成一个圆，将该圆记为O_E；经过球面坐标为(西经30度，北纬0度)的点且与赤道平面垂直的平面与球面相交形成一个圆，将该圆记为O_W。O_E与O_N相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₁，靠近180度经线的交点记为P₃，O_E与O_S相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₂，靠近180度经线的交点记为P₄，O_W与O_N相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₅，靠近180度经线的交点记为P₇，O_W与O_S相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₆，靠近180度经线的交点记为P₈，可参照图6所示。

步骤三，将东经90度线和西经90度线构成的圆记为O_Z，O_Z和O_E在北半球的交点记为P₉，在南半球的交点记为P_a，O_Z和O_W在北半球的交点记为P_b，在南半球的交点记为P_c，O_Z和O_N在东半球的交点记为P_d，在西半球的交点记为P_e，O_Z和O_S在东半球的交点记为P_f，在西半球的交点记为P₀。可参照图6所示。

步骤四，用C_xyz表示一段劣弧，其中x表示如步骤一、步骤二和步骤三所述的圆的下标，y和z分别表示如步骤一、步骤二和步骤二所述的点的下标，例如C_E19表示在O_E上点P₁和点P₉之间的劣弧。

步骤五，将C_W56、C_S62、C_E21、C_N15，围成的球面上的封闭区域记为A₀；将C_E12、C_S2f、C_Zfd、C_Nd1，围成的球面上的封闭区域记为A₁；将C_Zdf、C_Sf4、C_E43、C_N3d，围成的球面上的封闭区域记为A₂；将C_E34、C_S48、C_W87、C_N73，围成的球面上的封闭区域记为A₃；将C_W78、C_S80、C_Z0e、C_Ne7，围成的球面上的封闭区域记为A₄；将C_Ze0、C_S06、C_W65、C_N5e，围成的球面上的封闭区域记为A₅；将C_Wb5、C_N51、C_E19、C_Z9b，围成的球面上的封闭区域记为A₆；将C_E93、C_N37、C_W7b、C_Zb9，围成的球面上的封闭区域记为A₇；将C_W6c、C_Zca、C_Ea2、C_S26，围成的球面上的封闭区域记为A₈；将C_E4a、C_Zac、C_Wc8、C_S84，围成的球面上的封闭区域记为A₉；将C_W5b、C_Wb7、C_N7e、C_Ne5，围成的球面上的封闭区域记为A₁₀；将C_E19、C_E93、C_N3d、C_Nd1，围成的球面上的封闭区域记为A₁₁；将C_W6c、C_Wc8、C_S80、C_S06，围成的球面上的封闭区域记为A₁₂；将C_E2a、C_Ea4、C_S4f、C_Sf2，围成的球面上的封闭区域记为A₁₃；

步骤六，根据空间清晰度要求，对每个部分(O_i，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，通过双三次插值的方法，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A₇和A₉的采样点，将每一行编号为(i,0)的数据放在每一行的第384×2+1＝769个位置，编号为(i,k),k＝1...M_i的采样点的数据放在第i行第384×2+1+k个位置；对于原本属于A₆、A₈、A₁₀、A₁₁、A₁₂和A₁₃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...M_i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A₀、A₁、A₂、A₃、A₄和A₅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10所示。

实施例二

如图9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，将北纬30度线记为O_N，将南纬30度线记为O_S，O_N和O_S将球面分成1个环形曲面和2个球冠，将他们按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”。

步骤二，经过球面坐标为(东经30度，北纬0度)的点且与赤道平面垂直的平面与球面相交形成一个圆，将该圆记为O_E；经过球面坐标为(西经30度，北纬0度)的点且与赤道平面垂直的平面与球面相交形成一个圆，将该圆记为O_W。O_E与O_N相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₁，靠近180度经线的交点记为P₃，O_E与O_S相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₂，靠近180度经线的交点记为P₄，O_W与O_N相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₅，靠近180度经线的交点记为P₇，O_W与O_S相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₆，靠近180度经线的交点记为P₈。可参照图6所示。

步骤三，将东经90度线和西经90度线构成的圆记为O_Z，O_Z和O_E在北半球的交点记为P₉，在南半球的交点记为P_a，O_Z和O_W在北半球的交点记为P_b，在南半球的交点记为P_c，O_Z和O_N在东半球的交点记为P_d，在西半球的交点记为P_e，O_Z和O_S在东半球的交点记为P_f，在西半球的交点记为P₀。可参照图6所示。

步骤四，用C_xyz表示一段劣弧，其中x表示如步骤一、步骤二和步骤三所述的圆的下标，y和z分别表示如步骤一、步骤二和步骤二所述的点的下标，例如C_E19表示在O_E上点P₁和点P₉之间的劣弧。

步骤五，将C_W56、C_S62、C_E21、C_N15，围成的球面上的封闭区域记为A₀；将C_E12、C_S2f、C_Zfd、C_Nd1，围成的球面上的封闭区域记为A₁；将C_Zdf、C_Sf4、C_E43、C_N3d，围成的球面上的封闭区域记为A₂；将C_E34、C_S48、C_W87、C_N73，围成的球面上的封闭区域记为A₃；将C_W78、C_S80、C_Z0e、C_Ne7，围成的球面上的封闭区域记为A₄；将C_Ze0、C_S06、C_W65、C_N5e，围成的球面上的封闭区域记为A₅；将C_Wb5、C_N51、C_E19、C_Z9b，围成的球面上的封闭区域记为A₆；将C_E93、C_N37、C_W7b、C_Zb9，围成的球面上的封闭区域记为A₇；将C_W6c、C_Zca、C_Ea2、C_S26，围成的球面上的封闭区域记为A₈；将C_E4a、C_Zac、C_Wc8、C_S84，围成的球面上的封闭区域记为A₉；将C_W5b、C_Wb7、C_N7e、C_Ne5，围成的球面上的封闭区域记为A₁₀；将C_E19、C_E93、C_N3d、C_Nd1，围成的球面上的封闭区域记为A₁₁；将C_W6c、C_Wc8、C_S80、C_S06，围成的球面上的封闭区域记为A₁₂；将C_E2a、C_Ea4、C_S4f、C_Sf2，围成的球面上的封闭区域记为A₁₃；

步骤六，根据空间清晰度要求，对每个部分(O_i，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，通过双三次插值的方法，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，将北纬30度线记为O_N，将南纬30度线记为O_S，O_N和O_S将球面分成1个环形曲面和2个球冠，将他们按由北至南的方向依次记为“顶部”、“水平环”、“底部”。

步骤二，经过球面坐标为(东经30度，北纬0度)的点且与赤道平面垂直的平面与球面相交形成一个圆，将该圆记为O_E；经过球面坐标为(西经30度，北纬0度)的点且与赤道平面垂直的平面与球面相交形成一个圆，将该圆记为O_W。O_E与O_N相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₁，靠近180度经线的交点记为P₃，O_E与O_S相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₂，靠近180度经线的交点记为P₄，O_W与O_N相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₅，靠近180度经线的交点记为P₇，O_W与O_S相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₆，靠近180度经线的交点记为P₈。参照图6所示。

步骤三，将东经90度线和西经90度线构成的圆记为O_Z，O_Z和O_E在北半球的交点记为P₉，在南半球的交点记为P_a，O_Z和O_W在北半球的交点记为P_b，在南半球的交点记为P_c，O_Z和O_N在东半球的交点记为P_d，在西半球的交点记为P_e，O_Z和O_S在东半球的交点记为P_f，在西半球的交点记为P₀。参照图6所示。

步骤四，用C_xyz表示一段劣弧，其中x表示如步骤一、步骤二和步骤三所述的圆的下标，y和z分别表示如步骤一、步骤二和步骤二所述的点的下标，例如C_E19表示在O_E上点P₁和点P₉之间的劣弧。

步骤五，将C_W56、C_S62、C_E21、C_N15，围成的球面上的封闭区域记为A₀；将C_E12、C_S2f、C_Zfd、C_Nd1，围成的球面上的封闭区域记为A₁；将C_Zdf、C_Sf4、C_E43、C_N3d，围成的球面上的封闭区域记为A₂；将C_E34、C_S48、C_W87、C_N73，围成的球面上的封闭区域记为A₃；将C_W78、C_S80、C_Z0e、C_Ne7，围成的球面上的封闭区域记为A₄；将C_Ze0、C_S06、C_W65、C_N5e，围成的球面上的封闭区域记为A₅；将C_Wb5、C_N51、C_E19、C_Z9b，围成的球面上的封闭区域记为A₆；将C_E93、C_N37、C_W7b、C_Zb9，围成的球面上的封闭区域记为A₇；将C_W6c、C_Zca、C_Ea2、C_S26，围成的球面上的封闭区域记为A₈；将C_E4a、C_Zac、C_Wc8、C_S84，围成的球面上的封闭区域记为A₉；将C_W5b、C_Wb7、C_N7e、C_Ne5，围成的球面上的封闭区域记为A₁₀；将C_E19、C_E93、C_N3d、C_Nd1，围成的球面上的封闭区域记为A₁₁；将C_W6c、C_Wc8、C_S80、C_S06，围成的球面上的封闭区域记为A₁₂；将C_E2a、C_Ea4、C_S4f、C_Sf2，围成的球面上的封闭区域记为A₁₃；

步骤六，根据空间清晰度要求，对每个部分(O_i，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，通过双三次插值的方法，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，同时支持不完整的球面视频，增加了对全景视频应用的兼容性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种全景视频双环带采样方法，包括如下步骤：

步骤一，利用北纬W度线、南纬W度线将球面分成1个环形曲面和2个球冠；

步骤二，通过球面上的若干点作2个圆，与分割球面得到六部分；

步骤三，利用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将球面上未标记的剩余部分进行分割，得到八个部分，至此，将球面分割成了14块；

步骤四，计算步骤二与步骤三得到的球面上的每一个区域内的光线值，通过插值方法得到该区域内各个采样点的采样值。

2.如权利要求1所述的一种全景视频双环带采样方法，其特征在于：于步骤二中，将北纬W度线记为O_N，将南纬W度线记为O_S，经过球面坐标为(东经J度，北纬0度)的点且与赤道平面垂直的平面与球面相交形成一个圆，将该圆记为O_E，经过球面坐标为(西经J度，北纬0度)的点且与赤道平面垂直的平面与球面相交形成一个圆，将该圆记为O_W，O_E与O_N相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₁，靠近180度经线的交点记为P₃，O_E与O_S相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₂，靠近180度经线的交点记为P₄，O_W与O_N相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₅，靠近180度经线的交点记为P₇，O_W与O_S相交于两点，靠近0度经线的交点记为P₆，靠近180度经线的交点记为P₈。

3.如权利要求2所述的一种全景视频双环带采样方法，其特征在于：于步骤三中，将东经90度线和西经90度线构成的圆记为O_Z，O_Z和O_E在北半球的交点记为P₉，在南半球的交点记为P_a，O_Z和O_W在北半球的交点记为P_b，在南半球的交点记为P_c，O_Z和O_N在东半球的交点记为P_d，在西半球的交点记为P_e，O_Z和O_S在东半球的交点记为P_f，在西半球的交点记为P₀。

4.如权利要求3所述的一种全景视频双环带采样方法，其特征在于：利用C_xyz表示一段劣弧，其中x表示步骤一、步骤二和步骤三所述的圆的下标，y和z分别表示步骤一、步骤二和步骤二所述的点的下标，，将C_W56、C_S62、C_E21、C_N15，围成的球面上的封闭区域记为A₀；将C_E12、C_S2f、C_Zfd、C_Nd1，围成的球面上的封闭区域记为A₁；将C_Zdf、C_Sf4、C_E43、C_N3d，围成的球面上的封闭区域记为A₂；将C_E34、C_S48、C_W87、C_N73，围成的球面上的封闭区域记为A₃；将C_W78、C_S80、C_Z0e、C_Ne7，围成的球面上的封闭区域记为A₄；将C_Ze0、C_S06、C_W65、C_N5e，围成的球面上的封闭区域记为A₅；将C_Wb5、C_N51、C_E19、C_Z9b，围成的球面上的封闭区域记为A₆；将C_E93、C_N37、C_W7b、C_Zb9，围成的球面上的封闭区域记为A₇；将C_W6c、C_Zca、C_Ea2、C_S26，围成的球面上的封闭区域记为A₈；将C_E4a、C_Zac、C_Wc8、C_S84，围成的球面上的封闭区域记为A₉；将C_W5b、C_Wb7、C_N7e、C_Ne5，围成的球面上的封闭区域记为A₁₀；将C_E19、C_E93、C_N3d、C_Nd1，围成的球面上的封闭区域记为A₁₁；将C_W6c、C_Wc8、C_S80、C_S06，围成的球面上的封闭区域记为A₁₂；将C_E2a、C_Ea4、C_S4f、C_Sf2，围成的球面上的封闭区域记为A₁₃。

5.如权利要求4所述的一种全景视频双环带采样方法，其特征在于：所述纬度W的值为30°。

6.如权利要求4所述的一种全景视频双环带采样方法，其特征在于：所述经度J的值等于30°。

7.如权利要求4所述的一种全景视频双环带采样方法，其特征在于：于步骤四中，根据空间清晰度要求，选择一个块长L，对每个部分(A_i，i＝0,1,…,12,13)进行采样，采样后都为矩形，其中，A₀～A₅原本就是矩形，对其垂直采样L列，每一列的采样点数为L；A₆～A₉为矩形和半椭圆的组合，对其垂直采样L列，每一列的采样点数为L；其中A₁₀～A₁₃是半椭圆，对其垂直采样列，每一列的采样点数满足这样的关系:设该列在半椭圆长轴上的采样点为P_t,P_t到长轴中点的距离为L_t,那么该列的采样点即为

8.如权利要求7所述的一种全景视频双环带采样方法，其特征在于：每个部分(A_i，i＝0,1,…,12,13)采样后都是相同大小的正方形矩阵。

9.如权利要求7所述的一种全景视频双环带采样方法，其特征在于：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，在进行压缩编码的时候，参照在平面显示器上显示时的排列方式。

10.一种全景视频双环带采样装置，包括：

球面分割单元，利用北纬W度线、南纬W度线将球面分成1个环形曲面和2个球冠；

环形曲面及球冠分割单元，通过球面上的若干点作2个圆，与分割球面得到六部分；

剩余部分分割单元，利用东经90度经线和西经90度经线构成的圆，将球面上未标记的剩余部分进行分割，得到八个部分，至此，将球面分割成了14块；

采样值计算单元，计算该环形曲面及球冠分割单元与剩余部分分割单元得到的球面上的每一个区域内的光线值，通过插值方法得到该区域内各个采样点的采样值。