CN109547780B - 图像编码方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像编码方法及装置，包括对一帧图像的一个编码宏块进行最优编码；其中，所述最优编码包括采用多种预测方式对所述编码宏块分别进行预测，根据预测结果选取一种最优预测方式对所述编码宏块进行所述最优编码；将所述最优编码结果写入所述一帧图像的对应所述编码宏块的视频压缩码流。与现有的方法相比，本发明对于不同场景的编码宏块可以提高图像编码压缩率，进一步降低压缩的理论极限熵。

Description

图像编码方法及装置
技术领域
本发明涉及一种压缩技术领域，特别涉及一种图像编码方法及装置。
背景技术
图像的数字视频信号的自然形式是图像的序列。一帧图像通常是由若干像素组成的矩形区域，而数字视频信号就是由几十帧至成千上万帧图像组成的视频图像序列，有时也简称为视频序列或序列。对数字视频信号进行编码就是对一帧一帧图像进行编码。
最新国际视频压缩标准HEVC(HighEfficiencyVideoCoding)中，对一帧图像进行编码时，把一帧图像划分成若干块像素的子图像，称为编码宏块，以编码宏块为基本编码单位，对子图像一块一块进行编码。对一个视频图像序列进行编码就是对各个编码宏块依次进行编码。
图像编码主要由四个部分组成，包含：预测模块、量化模块、码控模块和熵编码模块。如何提高视频图像编码效率，成为亟待解决的核心问题。
发明内容
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种图像编码方法及装置。
具体地，本发明一个实施例提出的一种图像编码方法，包括：
对一帧图像的一个编码宏块进行最优编码；其中，所述最优编码包括采用多种预测方式对所述编码宏块分别进行预测，根据预测结果选取一种最优预测方式对所述编码宏块进行所述最优编码；
将所述最优编码结果写入所述一帧图像的对应所述编码宏块的视频压缩码流。
在本发明的一个实施例中，采用多种预测方式对所述编码宏块分别进行预测，包括：
采用拐点采样预测方式对所述编码宏块进行预测；
采用基于宏块分割预测方式对所述编码宏块进行预测。
在本发明的一个实施例中，采用拐点采样预测方式对所述编码宏块进行预测，包括：
确定所述编码宏块中所有像素的像素值拐点；
根据所述像素值拐点确定所述编码宏块的像素采样点；
根据所述编码宏块的像素采样点和像素非采样点获取所述编码宏块中所有像素的预测残差。
在本发明的一个实施例中，采用基于宏块分割预测方式对所述编码宏块进行预测，包括：
将所述编码宏块按照不同分割方式进行分割；
根据所述不同分割方式确定所述编码宏块中所有像素的预测残差
在本发明的另一个实施例提出的一种图像编码装置，包括：
最优编码模块，用于对一帧图像的一个编码宏块进行最优编码；其中，所述最优编码包括采用多种预测方式对所述编码宏块分别进行预测，根据预测结果选取一种最优预测方式对所述编码宏块进行所述最优编码；
码流写入模块，连接所述最优编码模块，用于将所述最优编码结果写入所述一帧图像的对应所述编码宏块的视频压缩码流。
在本发明的一个实施例中，所述最优编码模块包括：
拐点采样预测单元，用于采用拐点采样预测方式对所述编码宏块进行预测；
宏块分割预测单元，用于采用基于宏块分割预测方式对所述编码宏块进行预测。
在本发明的一个实施例中，所述拐点采样预测单元具体用于：
确定所述编码宏块中所有像素的像素值拐点；
根据所述像素值拐点确定所述编码宏块的像素采样点；
根据所述编码宏块的像素采样点和像素非采样点获取所述编码宏块中所有像素的预测残差。
在本发明的一个实施例中，所述宏块分割预测单元具体用于：
将所述编码宏块按照不同分割方式进行分割；
根据所述不同分割方式确定所述编码宏块中所有像素的预测残差。
基于此，本发明具备如下优点：
本发明通过多种预测方式对编码宏块进行编码，根据预测结果选取一种预测方法进行最优编码，对于不同场景的编码宏块可以提高图像编码压缩率，进一步降低压缩的理论极限熵。
通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种图像编码方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种拐点采样预测方式示意图；
图3a～图3c为发明实施例提供的一种基于宏块分割预测方式下不同分割方式示意图；
图4为本发明实施例提供的一种图像编码装置示意图。
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，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种图像编码方法流程示意图；本实施例对本发明提供的一种图像编码方法进行详细描述，该方法包括如下步骤：
步骤1、对一帧图像的一个编码宏块进行最优编码；其中，所述最优编码包括采用多种预测方式对所述编码宏块分别进行预测，根据预测结果选取一种最优预测方式对所述编码宏块进行所述最优编码；
步骤2、将所述最优编码结果写入所述一帧图像的对应所述编码宏块的视频压缩码流。
其中，步骤1中采用多种预测方式对所述编码宏块分别进行预测可以包括：
步骤11、采用拐点采样预测方式对所述编码宏块进行预测；
步骤12、采用基于宏块分割预测方式对所述编码宏块进行预测。
其中，步骤11可以包括：
步骤111、确定所述编码宏块中所有像素的像素值拐点；
步骤112、根据所述像素值拐点确定所述编码宏块的像素采样点；
步骤113、根据所述编码宏块的像素采样点和像素非采样点获取所述编码宏块中所有像素的预测残差。
其中，步骤12可以包括：
步骤121、将所述编码宏块按照不同分割方式进行分割；
步骤122、根据所述不同分割方式确定所述编码宏块中所有像素的预测残差。
进一步地，步骤1中根据预测结果选取一种最优预测方式对所述编码宏块进行所述最优编码具体包括：
根据所述编码宏块中所有像素的第一预测残差计算拐点采样预测方式下所述编码宏块的第一残差绝对值和，根据所述编码宏块中所有像素的第二预测残差计算基于宏块分割预测方式下所述编码宏块的第二残差绝对值和。残差绝对值和(sum of absolutedifference，简称SAD)的计算公式如下式所示：
Figure BDA0001843785270000051
其中，Res为编码宏块中每个像素的预测残差，ABS为取绝对值，m*n为编码宏块中所有像素的数量。
根据所述编码宏块的第一残差绝对值和以及第二残差绝对值和，最终选取SAD最小值对应的预测方式作为编码宏块最优的预测方式对编码宏块进行最优编码。即将最优预测方式对应的编码宏块中所有像素的预测残差以及最优预测方式的标志信息进行编码。
实施例二
本实施例在上述实施例的基础上，对本发明提出的拐点采样预测方式进行详细描述。该方法包括如下步骤：
步骤1、定义编码宏块的大小；
定义编码宏块的大小为m*n，即编码宏块有m*n个像素，其中m≥1，n≥1；
优选的，可以定义编码宏块的大小为8*1个像素，16*1个像素，32*1个像素，64*1个像素；本实施例以编码宏块的大小为16*1个像素为例说明，其它不同大小的编码宏块同理。
如图2所示，图2为本发明实施例提供的一种拐点采样预测方式示意图；编码宏块中的16*1个像素的像素值按照从左至右的顺序依次设定为12、14、15、18、20、23、15、10、4、0、2、2、4、5、5、6。
步骤2、定义采样方式；
步骤201、根据编码宏块中存在的纹理相关性，检测编码宏块的纹理渐变性，确定编码宏块的纹理渐变点，将编码宏块的纹理渐变点设定为像素值拐点。
具体地，将当前编码宏块中的当前像素的像素值减去当前编码宏块中相邻像素的像素值，如图2所示，将图中当前编码宏块中的当前像素的像素值减去当前编码宏块中前一像素的像素值，求解当前编码宏块的像素残差值。当前编码宏块中对应位置的像素残差值从左至右依次为12、2、1、3、2、3、-8、-5、-6、-4、2、0、2、1、0、1。
步骤202、设定像素残差值中的连续正值或连续负值的最后一个值为像素值拐点，其中像素残差值为0的值不设定为像素值拐点。
步骤203、将像素值拐点所对应的当前像素所对应的位置设定为采样点，同时将当前像素中处于首位和末位的点设定为采样点。
优选地，如图2所示，所求得的像素残差值中的像素值拐点为3和-4，将像素值拐点3和像素值拐点-4所对应的当前像素23、0以及首位和末位的像素设定为像素采样点。原始点所对应的像素12、23、0、6形成4个采样点。
步骤3、将当前编码宏块中的采样点与正上方编码宏块进行预测。预测方式为135度预测、45度预测和90度预测三种角度预测方式。即将当前编码宏块中的采样点与当前编码宏块正上方相邻编码宏块中采样点对应的45度的像素点、90度的像素点和135度的像素点分别进行预测，分别求解预测残差，可以将当前编码宏块中的采样点与当前编码宏块正上方相邻编码宏块中采样点对应的45度的像素点、90度的像素点和135度的像素点分别进行相减求解预测残差。最终选取预测残差最小的一种预测方式作为当前编码宏块的采样点预测方式，获取该预测方式的预测残差。
步骤4、对于当前编码宏块中的非采样点，利用公式求解非采样点的预测残差，公式为：
Resi＝(sample1-sample0)*(i+1)/(num+1)
其中，公式中的sample0和sample1为当前编码宏块连续的采样点的像素重建值，i为非采样点索引，num为非采样点数量。
进一步地，像素重建值可以指的是已压缩编码宏块解码端重建得到的像素值。
本发明通过定义编码宏块的采样方式和像素预测的参考方式，计算当前编码宏块的预测残差。与现有方法相比，当待压缩图像的纹理较为复杂时，对处于当前图像的纹理边界处的编码宏块，根据纹理的渐变原理，不依赖于当前编码宏块的周围编码宏块，而是通过当前编码宏块自身的纹理特性获得预测残差，能够提高对复杂纹理区域求预测残差值的精度，进一步降低理论极限熵，增大带宽压缩率。
实施例三
本实施例在上述实施例的基础上，对本发明提出的基于宏块分割预测方式进行详细描述。该方法包括如下内容：
如图3a～图3c所示，图3a～图3c为发明实施例提供的一种基于宏块分割预测方式下不同分割方式示意图，将编码宏块按照不同分割方式进行分割，具体地，将所述编码宏块按照水平分割方式进行分割，分割为上宏块以及下宏块；将所述编码宏块按照垂直分割方式进行分割，分割为左宏块以及右宏块；将所述编码宏块按照不分割方式进行分割。
分别计算不同分割方式下所述编码宏块对应的不同预测残差。具体地，对于水平分割方式，将上宏块中所有的像素，减去上宏块像素的最小值，得到上宏块的所有像素的预测残差；下宏块同理计算，将下宏块中所有的像素，减去下宏块像素的最小值，得到下宏块的所有像素的预测残差，最终得到该编码宏块的所有像素的第一预测残差；对于垂直分割方式，将左宏块中所有的像素，减去左宏块像素的最小值，得到左宏块的所有像素的预测残差；右宏块同理计算，将右宏块中所有的像素，减去右宏块像素的最小值，得到右宏块的所有像素的预测残差，最终得到该编码宏块的所有像素的第二预测残差；对于不分割方式，将该编码宏块中的像素，减去该编码宏块中的像素的最小值，最终得到该编码宏块的所有像素的第三预测残差。
分别计算不同分割方式下所述编码宏块对应的不同比特数。具体地，对于水平分割方式，计算所述上宏块中像素最大值与所述上宏块中像素最小值的第一差值，得到表示所述第一差值的第一最少比特数，计算所述下宏块中像素最大值与所述下宏块中像素最小值的第二差值，得到表示所述第二差值的第二最少比特数，根据所述第一最少比特数、所述第二最少比特数以及所述编码宏块的原始数据比特深度得到所述第一比特数，所述第一比特数满足如下公式：
MBIT1＝N1*BIT_MIN1+N2*BIT_MIN2+2*BITDEPTH
其中，MBIT1为所述第一比特数，BIT_MIN1为所述第一最少比特数，N*BIT_MIN2为所述第二最少比特数，BITDEPTH为所述编码宏块的原始数据比特深度，N1为所述上宏块中像素数量，N2为所述下宏块中像素数量。
对于垂直分割方式，计算所述左宏块中像素最大值与所述左宏块中像素最小值的第三差值，得到表示所述第三差值的第三最少比特数，计算所述右宏块中像素最大值与所述右宏块中像素最小值的第四差值，得到表示所述第四差值的第四最少比特数，根据所述第三最少比特数、第四最少比特数以及所述编码宏块的原始数据比特深度得到所述第二比特数，所述第二比特数满足：
MBIT2＝N3*BIT_MIN3+N4*BIT_MIN4+2*BITDETH
其中，MBIT2为所述第二比特数，BIT_MIN3为所述第三最少比特数，BIT_MIN4为所述第四最少比特数，BITDEPTH为所述编码宏块的原始数据比特深度，N3为所述左宏块中像素数量，N4为所述右宏块中像素数量。
对于不分割方式，计算所述编码宏块中像素最大值与所述编码宏块中像素最小值之间的第五差值，得到表示所述第五差值的第五最少比特数，根据所述第五最少比特数以及所述编码宏块的原始数据比特深度得到所述第三比特数，所述第三比特数满足：
MBIT3＝M*BIT_MIN5+2*BITDETH
其中，MBIT3为所述第三比特数，BIT_MIN5为所述第五最少比特数，BITDEPTH为所述编码宏块的原始数据比特深度，M为所述编码宏块中像素数量。
根据所述不同预测残差以及所述不同比特数选取分割方式，具体地，对于水平分割方式，根据所述第一预测残差得到所述编码宏块的第一重建值，将所述第一重建值与所述编码宏块原始值求差的绝对值得到第一重建差值，将所述第一重建差值以及所述第一比特数进行加权得到水平分割方式下编码宏块的第一加权值，其中，所述第一加权值满足如下公式：
RDO1＝a*MBIT1+b*RES1
其中，RDO1为所述第一加权值，MBIT1为所述第一比特数，RES1为所述第一重建差值，a和b为加权系数。
a和b的取值可以是预先设定的固定值，进一步地，a+b＝1，优选地，a可以选取为0.5，b可以选取为0.5，a和b也可以灵活调整大小。
进一步地，根据预测残差可以得到重建值，即将参考值(每个编码宏块像素的最小值)加上预测残差可以得到重建值。
对于垂直分割方式，根据所述第二预测残差得到所述编码宏块的第二重建值，将所述第二重建值与所述编码宏块原始值求差的绝对值得到第二重建差值，将所述第二重建差值以及所述第二比特数进行加权得到垂直分割方式下编码宏块的第二加权值，其中，所述第二加权值满足如下公式：
RDO2＝a*MBIT2+b*RES2
其中，RDO2为所述第二加权值，MBIT2为所述第二比特数，RES2为所述第二重建差值，a和b为加权系数。a和b的取值可以是预先设定的固定值，进一步地，a+b＝1，优选地，a可以选取为0.5，b可以选取为0.5，a和b也可以灵活调整大小。
对于不分割方式，根据所述第三预测残差得到所述编码宏块的第三重建值，将所述第三重建值与所述编码宏块原始值求差的绝对值得到第三重建差值，将所述第三重建差值以及所述第三比特数进行加权得到不分割方式下编码宏块的第三加权值，其中，所述第三加权值满足如下公式；
RDO3＝a*MBIT3+b*RES3
其中，RDO3为所述第三加权值，MBIT3为所述第三比特数，RES3为所述第三重建差值，a和b为加权系数。a和b的取值可以是预先设定的固定值，进一步地，a+b＝1，优选地，a可以选取为0.5，b可以选取为0.5，a和b也可以灵活调整大小。
选取所述第一加权值、第二加权值以及第三加权值中的最小值对应的分割方式为最终的分割方式，所述最终分割方式对应的预测残差作为基于宏块分割预测方式下编码宏块的最终预测残差。
本实施例提供的基于宏块分割预测方式通过当前区域像素值间的相关性进行预测，利用本发明的算法对比水平分割、垂直分割、不分割三种情况的压缩数据量，选择对应最优的分割方式进行残差预测，以使初始的宏块和预测的宏块之间的差异最小而提高压缩效率并提高主观图片质量，对于复杂纹理图像处理时，预测效果好、处理效率高，且能够降低理论极限熵。
实施例四
本实施例在上述实施例的基础上，对本发明提出的基于多核处理器的图像编码设备进行详细介绍，如图4所示，图4为本发明实施例提供的一种图像编码装置示意图，该装置包括：
最优编码模块10，用于对一帧图像的一个编码宏块进行最优编码；其中，所述最优编码包括采用多种预测方式对所述编码宏块分别进行预测，根据预测结果选取一种最优预测方式对所述编码宏块进行所述最优编码；
码流写入模块20，连接所述最优编码模块10，用于将所述最优编码结果写入所述一帧图像的对应所述编码宏块的视频压缩码流。
其中，所述最优编码模块10包括：
拐点采样预测单元101，用于采用拐点采样预测方式对所述编码宏块进行预测；
宏块分割预测单元102，用于采用基于宏块分割预测方式对所述编码宏块进行预测。
其中，所述拐点采样预测单元101具体用于：
确定所述编码宏块中所有像素的像素值拐点；
根据所述像素值拐点确定所述编码宏块的像素采样点；
根据所述编码宏块的像素采样点和像素非采样点获取所述编码宏块中所有像素的预测残差。
其中，所述宏块分割预测单元102具体用于：
将所述编码宏块按照不同分割方式进行分割；
根据所述不同分割方式确定所述编码宏块中所有像素的预测残差。
综上所述，本文中应用了具体个例对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。

Claims (6)

1.一种图像编码方法，其特征在于，包括：
对一帧图像的一个编码宏块进行最优编码；其中，所述最优编码包括采用多种预测方式对所述编码宏块分别进行预测，根据预测结果选取一种最优预测方式对所述编码宏块进行所述最优编码；
将所述最优编码结果写入所述一帧图像的对应所述编码宏块的视频压缩码流；
其中，所述采用多种预测方式对所述编码宏块分别进行预测，包括：采用拐点采样预测方式对所述编码宏块进行预测；
其中，所述采用拐点采样预测方式对所述编码宏块进行预测，包括：
确定所述编码宏块中所有像素的像素值拐点；
根据所述像素值拐点确定所述编码宏块的像素采样点；
根据所述编码宏块的像素采样点和像素非采样点获取所述编码宏块中所有像素的预测残差。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用多种预测方式对所述编码宏块分别进行预测，还包括：
采用基于宏块分割预测方式对所述编码宏块进行预测。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，采用基于宏块分割预测方式对所述编码宏块进行预测，包括：
将所述编码宏块按照不同分割方式进行分割；
根据所述不同分割方式确定所述编码宏块中所有像素的预测残差。
4.一种图像编码装置，其特征在于，包括：
最优编码模块，用于对一帧图像的一个编码宏块进行最优编码；其中，所述最优编码包括采用多种预测方式对所述编码宏块分别进行预测，根据预测结果选取一种最优预测方式对所述编码宏块进行所述最优编码；
码流写入模块，连接所述最优编码模块，用于将所述最优编码结果写入所述一帧图像的对应所述编码宏块的视频压缩码流；
其中，所述最优编码模块包括：拐点采样预测单元，用于采用拐点采样预测方式对所述编码宏块进行预测；
其中，所述采用拐点采样预测单元具体用于：
确定所述编码宏块中所有像素的像素值拐点；
根据所述像素值拐点确定所述编码宏块的像素采样点；
根据所述编码宏块的像素采样点和像素非采样点获取所述编码宏块中所有像素的预测残差。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述最优编码模块还包括：
宏块分割预测单元，用于采用基于宏块分割预测方式对所述编码宏块进行预测。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述宏块分割预测单元具体用于：
将所述编码宏块按照不同分割方式进行分割；
根据所述不同分割方式确定所述编码宏块中所有像素的预测残差。
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