CN111163319B - 一种视频编码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种视频编码方法，在编码视频序列时，先将每一帧图像划分成若干阵列分布的矩形区域，每个矩形区域包含的像素行数和列数都是偶数；再将矩形区域划分成基本编码单元，每个矩形区域中都允许出现不完整的编码单元，从而实现更灵活的图像划分。编码步骤如下：首先建立视频序列头，接着规定每帧图像划分方式是否相同。如果每帧图像划分方式相同，则将划分信息记录在视频序列头中，并进一步确定每个矩形区域编码时是否只参考同位置矩形区域。如果每帧图像划分方式不一定相同，则将该帧图像的划分信息记录在该帧图像头中。然后根据编码规则依次编码每个矩形区域。最后将所述视频序列头、每帧图像头以及该帧编码数据顺次拼接形成编码比特流。
Description
技术领域
本发明涉及视频处理技术领域，尤其涉及一种视频编码方法。
背景技术
在视频编码的过程中，一帧图像往往被划分成若干基本编码单元，例如，在H.261/H.263/MPEG-1/MPEG-2/MPEG-4/H.264/AVS1中，一帧图像被划分成大小为16×16的像素块，称为‘宏块’；在H.265和AVS2中，一帧图像被划分成大小为16×16~64×64的像素块，称为‘编码树单元（coding tree units，CTU）’，在同一个编码视频序列中，基本编码单元的大小应相同。
在基本编码单元划分的基础上，一帧图像被划分为若干slice，组成slice的单位是基本编码单元（宏块或编码树单元），slice的定义是若干编码顺序连续的基本编码单元构成的部分。而基本编码单元的编码顺序通常是从上到下、从左到右的光栅扫描顺序。这就使slice的划分受到一些限制，例如无法实现把一帧图像划分成若干竖着的slice。
为了解决这一问题，H.265引入了tile的概念，tile是图像中的一些矩形区域，仍然由基本编码单元组成，同时必须横看成行、竖看成列。在编码时，编码基本编码单元的顺序是先按照光栅扫描的顺序扫描tile，在tile内部按照光栅扫描的顺序编码基本编码单元。这样tile就改变了基本编码单元的编码顺序，使图像可以被划分为若干竖着的slice。
在AVS3中，把slice和tile合并为‘片（patch）’，patch的划分方式和tile是基本一致的，同时patch也作为一层数据结构出现在编码后的数据中，这一点和slice是一致的。在H.265中tile并不是一个数据结构，图像的编码数据是按照slice组织起来的。
综上所述，无论是slice、tile，还是patch，都是在基本编码单元的基础上进一步划分的，它们的边界同时是基本编码单元的边界。由于基本编码单元的划分方式，限制了slice、tile和patch的划分方式，有时候无法实现把图像分成大小完全一致的两部分，例如，对于一个分辨率为1920×1080的高清视频序列，划分为64×64的基本编码单元后，是16.875行，每行30个基本编码单元，这时把图像分成上下相等的两部分是无法做到的，因为上面的部分只能包含8行或9行基本编码单元，无论包含几行基本编码单元，都无法使上下两部分相等。
对于一般的视频，上述的局限性不是一个问题。但是有些时候这种局限性会成为一个问题。例如在AVS1和AVS2中定义了上下拼接的双目立体视频格式，视频中的每一帧图像都由大小相同的上下两部分组成，上面部分是左视点图像，下面部分是右视点图像。在编码时把上下两部分分别作为一个slice或patch来编码的效果会更好。
再比如，在球面全景视频编码时，要先把球面全景视频映射为平面矩形视频，例如六面体映射，映射后的平面矩形视频由六个部分组成，每个部分对应六面体的一个面，无论这六个部分如何排列，总是存在排列后相邻但在球面上不相邻的两个部分。这个时候把平面矩形视频中相邻但球面上不相邻的两个部分作为不同的slice或patch编码的效果更好，但是当每个部分的尺寸不是基本编码单元的整数倍的时候，由于传统slice和patch划分方式的限制就无法实现了。
为了解决上述问题，本发明提供一种视频编码方法，可以实现均匀划分成slice或patch。
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视频编码方法，可以把视频图像更灵活的划分成矩形区域，使拼接视频（多视点拼接而成或球面全景视频映射而成）的多个部分实现准确分割，从而提高压缩编码的效率。
为达上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种视频编码方法，包括以下步骤：
步骤一：建立视频序列头，确定每帧图像的划分方式是否相同，在所述视频序列头中设置第一标志位（flag1）指示每帧图像的划分方式是否相同，如果每帧图像的划分方式相同，执行步骤二；否则执行步骤五；
步骤二：确定每帧图像的划分方式；将视频的每帧图像从垂直和水平方向上划分成若干矩形区域，所述矩形区域之间形成规则的行和列，即同一行所述矩形区域包含的像素行数都相等，同一列所述矩形区域包含的像素列数都相等，任一矩形区域包含的像素行数和列数均是偶数；
步骤三：将划分方式信息记录在视频序列头中；
步骤四：确定每个矩形区域在编码时是否只参考同位置矩形区域，在所述视频序列头中设置第二标志位（flag2）指示每个矩形区域在编码时是否只参考同位置矩形区域；
步骤五：依次编码每帧图像；
步骤六：将视频序列的所有图像帧的编码数据和视频序列头拼接形成视频编码比特流。
所述步骤五包括以下步骤：
步骤5.1：建立图像头；
步骤5.2：如果视频序列头中的第一标志位指示每帧图像的划分方式不同，则确定当前编码图像的划分方式；将当前图像从垂直和水平方向上划分成若干矩形区域，所述矩形区域之间形成规则的行和列，即同一行所述矩形区域包含的像素行数都相等，同一列所述矩形区域包含的像素列数都相等，任一矩形区域包含的像素行数和列数均是偶数；将划分方式信息记录在图像头中；
步骤5.3：依次编码每一个矩形区域，矩形区域之间相互独立编码；如果序列头中存在第二标志位，而且第二标志位指示每个矩形区域在编码时只参考同位置矩形区域，则在编码每个矩形区域时只参考同位置矩形区域；否则编码每个矩形区域时参考整个参考图像；
步骤5.4：将属于同一帧图像的每个矩形区域编码数据依次放在图像头之后，形成图像编码数据。
所述步骤5.3编码矩形区域包括以下步骤：
步骤5.3.1：建立矩形区域头，记录矩形区域编码的方式等信息；
步骤5.3.2：将矩形区域划分为若干基本编码单元，如果矩形区域包含的像素行数和列数不是基本编码单元尺寸的整数倍，则将最右侧一列或最下面一行不完整的基本编码单元也作为基本编码单元编码；
步骤5.3.3：按照光栅扫描顺序依次编码矩形区域内的基本编码单元；
步骤5.3.4：将每个基本编码单元的编码数据依次放在其矩形区域头之后，形成矩形区域编码数据。
进一步地，所述步骤二和步骤5.1中，所述矩形区域中包含像素的所有分量，矩形区域包含的像素行数和列数都为偶数。
进一步地，所述步骤一中，当每帧图像的划分方式相同时，flag1=1，在所述视频序列头中存储划分方式的信息；当每帧图像的划分方式不同时，flag1=0，在每帧图像的图像头中存储该帧图像的划分方式信息。
进一步地，所述步骤三和步骤5.1中，划分方式信息包括矩形区域的行数和列数，以及各行矩形区域包含的像素的行数的一半、各列矩形区域包含的像素的列数的一半。
进一步地，所述步骤四中，当每个矩形区域只参考同位置矩形区域时，flag2=1；当并非只参考同位置矩形区域时，flag2=0。
与现有技术相比，本发明具有如下的优点：
本发明方法可以实现把图像分成任意大小的若干矩形区域，比以基本编码单元为单位划分视频图像更灵活。对于那些由多个部分（多视点视频中的多个视点或者全景视频映射后形成的多个区域）拼接而成的视频图像可以实现准确分割，即不会出现一个矩形区域跨越两个不同部分的情况，从而避免了不同部分的交界处出现较大失真，提高编码效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的视频的编码方法的流程图。
图2为本发明实施例提供的视频的编码方法中编码矩形区域的步骤。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。
如图1所示，本实施例提供了一种视频编码方法，包括如下步骤：
步骤S1：首先建立视频序列头。接着规定每帧图像的分矩形区域方式是否相同，然后在所述视频序列头中设置第一标志位（flag1）指示每帧图像的分矩形区域方式是否相同，例如，当每帧图像的分矩形区域方式相同时，flag1=1，执行步骤S12；当每帧图像的分矩形区域方式不同时，flag1=0，执行步骤S15。
可以理解的是，每个视频中包含多帧图像，对于每帧图像，其分矩形区域方式可以相同，也可以不同。
步骤S2：规定每帧图像的划分方式，将一视频的每帧图像划分成若干阵列分布的矩形区域，使得一帧图像的每一个像素都属于某个所述矩形区域且只属于一个所述矩形区域，所述矩形区域之间形成规则的行和列，即同一行所述矩形区域中的像素行数都相等，同一列所述矩形区域中的像素列数都相等。其中，所述矩形区域中包含像素存在的所有分量信息，每个矩形区域包含的像素行数和列数都为偶数。其中，所述矩形区域中包含像素存在的所有分量信息，例如彩色视频序列中，如果每个像素包含一个亮度分量和两个色差分量，则矩形区域中也包含其中像素的一个亮度分量和两个色差分量；如果视频序列只每个像素只包含亮度分量，则所述矩形区域也只包含其中每个像素的亮度分量。
可理解的是，由于亮度分量和色差分量的采样比例存在4:4:4、4:2:2、4:2:0等各种情况，所以矩形区域包含的像素行数和列数都为偶数，以保证矩形区域可以包含其中像素的所有分量。
步骤S3：将其划分方式记录在视频序列头中。
步骤S4：在序列头中设置第二标志位（flag2）。规定编码时是否只参考同位置矩形区域。在所述视频序列头中存储分区域信息即可，并且在所述视频序列头中设置第二标志位（flag2）指示编码时是否只参考同位置矩形区域，例如，若编码时只参考同位置矩形区域，flag2=1；若编码时并非只参考同位置矩形区域，flag2=0。所述分区域信息包括每一行矩形区域包含的像素行数，每一列矩形区域包含的像素列数。
步骤S5：依次编码每帧图像，具体包括：
步骤S51：建立图像头。
步骤S52：若第一标志位不同，即flag1=0，确定当前编码图像的划分方式。将一视频的每帧图像划分成若干阵列分布的矩形区域，使得一帧图像的每一个像素都属于某个所述矩形区域且只属于一个所述矩形区域，所述矩形区域之间形成规则的行和列，即同一行所述矩形区域中的像素行数都相等，同一列所述矩形区域中的像素列数都相等。其中，所述矩形区域中包含像素存在的所有分量信息，每个矩形区域包含的像素行数和列数都为偶数。其中，所述矩形区域中包含像素存在的所有分量信息，例如彩色视频序列中，如果每个像素包含一个亮度分量和两个色差分量，则矩形区域中也包含其中像素的一个亮度分量和两个色差分量；如果视频序列只每个像素只包含亮度分量，则所述矩形区域也只包含其中每个像素的亮度分量。将划分信息记录在图像头中。
步骤S53：依次编码每一个矩形区域。每个区域之间相互独立。若存在第二标志位且flag2=1，则编码每个区域时只参考同位置矩形区域。如图2所示。编码矩形区域的步骤为：
（1）建立矩形区域头，记录矩形区域编码方式
（2）将矩形区域划分为若干基本编码单元，如果矩形区域包含的像素行数和列数不是基本编码单元尺寸的整倍数，则将最右侧一列或最下面一行不完整的基本编码单元视为基本编码单元进行编码。
（3）按照光栅扫描顺序依次编码矩形内的基本编码单元。
（4）将属于同一帧图像的每个矩形区域编码数据依次放在图像头之后，形成图像编码数据。
步骤S54：将每个矩形区域编码数据依次放入在其图像头之后，形成图像编码数据。
步骤S6：将视频序列的所有图像帧的编码数据和视频序列头拼接形成视频编码比特流。
Claims (5)
1.一种视频编码方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：建立视频序列头，确定每帧图像的划分方式是否相同，在所述视频序列头中设置第一标志位flag1指示每帧图像的划分方式是否相同，如果每帧图像的划分方式相同，执行步骤二；否则执行步骤五；
步骤二：确定每帧图像的划分方式；将视频的每帧图像从垂直和水平方向上划分成若干矩形区域，所述矩形区域之间形成规则的行和列，即同一行所述矩形区域包含的像素行数都相等，同一列所述矩形区域包含的像素列数都相等，任一矩形区域包含的像素行数和列数均是偶数；
步骤三：将划分方式信息记录在视频序列头中；
步骤四：确定每个矩形区域在编码时是否只参考同位置矩形区域，在所述视频序列头中设置第二标志位flag2指示每个矩形区域在编码时是否只参考同位置矩形区域；
步骤五：依次编码每帧图像；
步骤六：将视频序列的所有图像帧的编码数据和视频序列头拼接形成视频编码比特流；
所述步骤五包括以下步骤：
步骤5.1：建立图像头；
步骤5.2：如果视频序列头中的第一标志位指示每帧图像的划分方式不同，则确定当前编码图像的划分方式；将当前图像从垂直和水平方向上划分成若干矩形区域，所述矩形区域之间形成规则的行和列，即同一行所述矩形区域包含的像素行数都相等，同一列所述矩形区域包含的像素列数都相等，任一矩形区域包含的像素行数和列数均是偶数；将划分方式信息记录在图像头中；
步骤5.3：依次编码每一个矩形区域，矩形区域之间相互独立编码；如果序列头中存在第二标志位，而且第二标志位指示每个矩形区域在编码时只参考同位置矩形区域，则在编码每个矩形区域时只参考同位置矩形区域；否则编码每个矩形区域时参考整个参考图像；
步骤5.4：将属于同一帧图像的每个矩形区域编码数据依次放在图像头之后，形成图像编码数据；
所述步骤5.3编码矩形区域包括以下步骤：
步骤5.3.1：建立矩形区域头，记录矩形区域编码的方式等信息；
步骤5.3.2：将矩形区域划分为若干基本编码单元，如果矩形区域包含的像素行数和列数不是基本编码单元尺寸的整数倍，则将最右侧一列或最下面一行不完整的基本编码单元也作为基本编码单元编码；
步骤5.3.3：按照光栅扫描顺序依次编码矩形区域内的基本编码单元；
步骤5.3.4：将每个基本编码单元的编码数据依次放在矩形区域头之后，形成矩形区域编码数据。
2.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，所述步骤二和步骤5.1中，所述矩形区域中包含像素的所有分量，矩形区域包含的像素行数和列数都为偶数。
3.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，所述步骤一中，当每帧图像的划分方式相同时，flag1=1，在所述视频序列头中存储划分方式的信息；当每帧图像的划分方式不同时，flag1=0，在每帧图像的图像头中存储该帧图像的划分方式信息。
4.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，所述步骤三和步骤5.1中，划分方式信息包括矩形区域的行数和列数，以及各行矩形区域包含的像素的行数的一半、各列矩形区域包含的像素的列数的一半。
5.根据权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，所述步骤四中，当每个矩形区域只参考同位置矩形区域时，flag2=1；当并非只参考同位置矩形区域时，flag2=0。
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