CN113014920A - 图像编码、解码方法及装置 - Google Patents

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CN113014920A CN202110138013.5A CN202110138013A CN113014920A CN 113014920 A CN113014920 A CN 113014920A CN 202110138013 A CN202110138013 A CN 202110138013A CN 113014920 A CN113014920 A CN 113014920A
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Abstract

本公开提供一种图像编码、解码方法及装置，涉及图像压缩技术领域，能够解决现有图像编码中高梯度区域数据损失的问题。具体技术方案为：获取待编码图像，该待编码图像包括多个宏块；从多个宏块中获取包括文字和/或线条的第一类型宏块，对第一类型宏块进行无损编码；将待编码图像在YUV空间进行数据拆分，得到第一图像数据和第二图像数据，分别对第一图像数据和第二图像数据进行有损编码。本发明用于图像的编码及解码，可使编码后的图像损失较少，保证了解码后图像的画面色彩饱和度和文字、线条等细节纹理的清晰度。

Description

图像编码、解码方法及装置
技术领域
本公开涉及图像压缩技术领域，尤其涉及图像编码方法及其装置和图像解码方法及装置。
背景技术
视频是连续的图像序列，由连续的帧构成，一帧即为一幅图像。由于人眼的视觉暂留效应，当帧序列以一定的速率播放时，看到的就是动作连续的视频。由于连续的帧之间相似性极高，为便于储存传输，需要对原始的视频进行编码压缩，以去除空间、时间维度的冗余。
传统的视频编码标准如ITU制定的H.261，H.263，H.263+，H.264标准以及ISO的MPEG组织制定的MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4等都是建立在混合视频编码框架之上的。在混合视频编码中，编码器执行帧间估计支持的帧间预测，从而利用视频序列中的时间冗余。这样能够减少需要从编码器传输到解码器的信息量。具体而言，帧间估计产生的运动信息与其它信息一起从编码器传输到解码器。通常，该运动信息包括不同形式的运动矢量。编码器中的帧间预测确保了编码器和解码器处于同步状态，并且与解码器中的帧间预测相同。在解码器中，执行帧间预测以使用从编码器传输来的运动信息来重建时间冗余。
为实现高质量的视频图像编码，现有技术中，通常会使用标准编码器与高质量编码器结合的形式对视频图像进行编码。但是标准编码器编码的部分和高质量编码器编码的部分在画质上有差异，临界部分可以明显看出画质差别，部分颜色在两个不同编码区域下差异明显，最终显示效果不佳。
发明内容
本公开实施例提供一种图像编码、解码方法及装置，能够解决现有视频图像编码存在的画质不佳的问题。所述技术方案如下：
根据本公开实施例的第一方面，提供一种图像编码方法，该方法包括：
获取待编码图像，所述待编码图像包括多个宏块；
从多个宏块中获取包括文字和/或线条的第一类型宏块，对所述第一类型宏块进行无损编码；
将所述待编码图像在YUV空间进行数据拆分，得到第一图像数据和第二图像数据，使用两路编码器分别对所述第一图像数据和所述第二图像数据进行有损编码。
本实施例的图像编码方法，将待编码图像在YUV空间进行数据拆分，并对拆分后的第一图像数据和第二图像数据分别进行编码，降低了编码后图像信息的丢失率，同时，为了进一步保证编码后高梯度区域(文字或线条区域)的图像纹理清晰，本实施例还对文字或线条区域进行了无损编码。使用上述编码方法得到的编码后的图像，其图像信息损失较少，保证了解码后图像的画面色彩饱和度和文字、线条等细节纹理的清晰度。
在一个实施例中，该方法中从多个宏块中获取包括文字和/或线条的第一类型宏块包括：
获取每一个宏块的梯度值；
根据所述梯度值，判断所述宏块是否为包括文字和/或线条的宏块，如是，则将所述宏块记为第一类型宏块。
在一个实施例中，该方法中的获取每一个宏块的梯度值包括：
获取每一个宏块内的所有像素点的像素值；
计算所述宏块内每个像素点的像素值与其相邻像素点的像素值之间的像素差；
获取所述宏块内所述像素差大于或等于第一预设阈值的所述像素点的数量，将所述数量记为所述宏块的梯度值。
在一个实施例中，该方法中的根据所述梯度值，判断所述宏块是否为包括文字和/或线条的宏块包括：：
判断所述宏块的梯度值是否满足第一公式，如是，则所述宏块为包括文字和/或线条的宏块，所述第一公式具体为：
Figure BDA0002927507610000031
式中，G为所述宏块的梯度值，N为所述宏块内所有像素点的数量，TH为第二预设阈值。
本实施例中的判断宏块的梯度值是否满足第一公式的方法简单、耗时短，从而间接提高了本实施例图像编码方法的效率。
本实施例中，使用H264编码器或者H265编码器对第一图像数据和第二图像数据进行有损编码，保证了压缩质量，使得编码后的图像色彩失真较小。
在一个实施例中，该方法中的获取待编码图像包括：
获取YUV444格式的待编码图像。
相应地，将所述待编码图像在YUV空间进行数据拆分，得到第一图像数据和第二图像数据，包括：
将所述YUV444格式的待编码图像在YUV空间进行数据拆分，得到第一图像数据和第二图像数据；
所述第一图像数据包括所述待编码图像的全部Y分量和设定数据量的U分量和/或V分量；
所述第二图像数据包括除去所述第一图像数据后，所述待编码图像中剩余的U分量和V分量。
例如，所述第一图像数据包括(Y+V/2)的数据量，所述第二图像数据包括(U+V/2)的数据量；或者所述第一图像数据包括(Y+U/2)的数据量，所述第二图像数据包括(V+U/2)的数据量；或者所述第一图像数据包括(Y+U/4+V/4)的数据量，所述第二图像数据包括(3V/4+3U/4)的数据量。
本实施例中限定待编码图像为YUV444格式的目的在于，该格式在YUV空间进行数据拆分时，拆分简单、拆分速度快，并且得到的拆分后的第一图像数据和第二图像数据的数据量与YUV420图像的数据量相同，更便于使用H264编码器或者H265编码器编码图像。
根据本公开实施例的第二方面，提供一种上述图像编码方法对应的图像编码装置，包括处理器，所述处理器包括第一编码器，所述图像编码装置还包括第二编码器和第三编码器；
所述处理器被配置为执行上述的图像编码方法，所述第一编码器被配置为对处理器识别出的第一类型宏块进行无损编码，所述第二编码器和所述第三解码器分别被配置为对处理器输出的所述第一图像数据和所述第二图像数据进行有损编码。
本实施例的图像编码装置压缩质量佳，且保证了解码后图像的画面色彩饱和度和文字、线条等细节纹理的清晰度。
根据本公开实施例的第三方面，提供一种上述图像编码方法对应的图像解码方法，该解码方法包括：
分别对有损编码后的所述第一图像数据和所述第二图像数据进行解码，将解码后的所述第一图像数据和所述第二图像数据合并，得到解码图像；
对无损编码后的所述第一类型宏块进行解码，得到解码宏块；
利用所述解码宏块替换所述解码图像上对应位置处的图像。
本实施例的解码方法，利用基于无损编码得到的解码宏块替换了解码图像上对应位置处的图像，是一种双通道编码与文字补偿相结合的编码方法，保证了解码后图像的画面色彩饱和度和文字、线条等细节纹理的清晰度。
根据本公开实施例的第四方面，提供一种上述图像解码方法对应的图像解码装置，包括处理器，所述处理器包括第一解码器、第二解码器，所述图像解码装置还包括替换器；
所述处理器被配置为执行上述的图像解码方法，所述第一解码器被配置为对处理器接收的无损编码后的第一类型宏块进行解码，得到解码宏块；所述第二解码器被配置为对处理器接收的有损编码后的所述第一图像数据和所述第二图像数据进行解码并合并，得到解码图像，所述替换器被配置为利用处理器输出的解码宏块替换解码图像上对应位置处的图像。
本实施例的解码装置，保证了解码后图像的画面色彩饱和度和文字、线条等细节纹理的清晰度。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
图1是本公开实施例提供的一种图像编码方法的流程图；
图2是本公开实施例提供的一种图像编码方法中YUV444 planar中YUV三个分量的排列图；
图3是本公开实施例提供的一种图像编码方法中YUV444 packed中YUV三个分量的排列图；
图4是本公开实施例提供的一种图像编码方法中NV24中YUV三个分量的排列图；
图5是本公开实施例提供的一种图像编码方法中NV42中YUV三个分量的排列图；
图6是本公开实施例提供的一种图像编码方法中YV24中YUV三个分量的排列图；
图7是本公开实施例提供的一种图像编码方法中4*4宏块的示意图；
图8是本公开实施例提供的一种图像编码方法中YUV444P图像在内存中的存储方式示意图；
图9是本公开实施例提供的一种图像编码方法中YUV444 Packed格式数据拆分流程示意图；
图10是本公开实施例提供的一种图像编码方法中YUV444 Packed格式拆分后的YUV三个分量的排列图；
图11是本公开实施例提供的一种图像编码方法中NV24格式格式数据拆分流程示意图；
图12是本公开实施例提供的一种图像编码装置的结构示意图；
图13是本公开实施例提供的一种图像解码方法的流程图；
图14是本公开实施例提供的一种图像解码方法中解码过程图；
图15是本公开实施例提供的一种图像解码装置的结构示意图；
图16是本公开实施例提供的一种图像编码及图像解码的整体流程图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本公开实施例提供一种图像编码方法，如图1所示，该图像编码方法包括以下步骤：
步骤1、获取待编码图像，该待编码图像包括多个宏块。
本步骤中待编码图像可以为RGB格式或者YUV格式，优选为YUV格式。YUV是编译true-color颜色空间(color space)的种类，Y'UV，YUV，YCbCr，YPbPr等专有名词都可以称为YUV，彼此有重叠。“Y”表示明亮度(Luminance或Luma)，也就是灰阶值，“U”和“V”表示的则是色度(Chrominance或Chroma)，作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。YUV常使用在各个视频处理组件中。YUV在对照片或视频编码时，考虑到人类的感知能力，允许降低色度的带宽。
本实施例中的YUV格式的待编码图像优选为YUV444格式的待编码图像。YUV444格式包括YUV444 planar、YUV444packed、NV24、NV42、YV24等，上述格式的本质就是YUV三个分量使用不同的排列方式，数据量没有变化，所以统称为YUV444格式。其中YUV444 planar中YUV三个分量的排列方式如图2；YUV444packed中YUV三个分量的排列方式如图3；NV24中YUV三个分量的排列方式如图4；NV42中YUV三个分量的排列方式如图5；YV24中YUV三个分量的排列方式如图6。其中，YUV444 planar是基于YUV4:4:4采样，每一个Y对应一组UV分量，一个YUV占8+8+8＝24bits 3个字节。
步骤2、从多个宏块中获取包括文字和/或线条的第一类型宏块，对第一类型宏块进行无损编码，包括：
步骤2.1、获取每一个宏块的梯度值，包括：
获取每一个宏块内的所有像素点的像素值；
计算所述宏块内每个像素点的像素值与其相邻像素点的像素值之间的像素差；
获取所述宏块内所述像素差大于或等于第一预设阈值的所述像素点的数量，将所述数量记为所述宏块的梯度值。
步骤2.2、根据梯度值，判断宏块是否为包括文字和/或线条的宏块，如是，则将宏块记为第一类型宏块，包括：
判断所述宏块的梯度值是否满足第一公式，如是，则所述宏块为包括文字和/或线条的宏块，所述第一公式为：
Figure BDA0002927507610000071
式中，G为所述宏块的梯度值，N为所述宏块内所有像素点的数量，TH为第二预设阈值。
步骤2.3、对第一类型宏块进行无损编码。
步骤2的主要目的为进行图像识别，找出待编码图像中的高梯度区域，高梯度区域一般为像素变化较大的地方，比如文字或线条区域。识别以宏块为单位进行，宏块是为了便于并行编码，将图像分为更小的矩形区域，常用的宏块大小一般有4*4，8*8，16*16，32*32等。本实施例中以4*4宏块举例，该4*4宏块的示意图见图7。
如图7所示，将宏块内每个像素点的像素值与宏块内相邻像素点的像素值进行比较，得到两者之间的像素差；获取宏块内像素差大于或等于第一预设阈值的像素点的数量，将像素差大于或等于第一预设阈值的像素点的数量记为宏块的梯度值。梯度值代表高梯度像素点的个数，当该值在总像素点个数内占比达到第二预设阈值时，比如50％，则认为该宏块是高梯度宏块(第一类型宏块)，即为文字块或者线条块。以图7为例，假定第一预设阈值为5，第二预设阈值为50％，经过计算可得该宏块的梯度值为12，总像素点数为16，梯度值满足第一公式，则该宏块为高梯度宏块(第一类型宏块)，表征的为文字块或者线条块。
确定了高梯度宏块后，对该高梯度宏块进行无损编码，无损编码方法可以为霍夫曼编码和PNG编码等，优选为PNG编码。编码完成后，将宏块的编码结果与该宏块的序号进行一一对应，以便解码后根据序号将高梯度宏块恢复到相应位置。其中，序号来自宏块划分。将待编码图像按照宏块大小进行切分，从左到右，从上到下进行排序即可生成序号。上述获得序号的排序方式也可以为从右到左，从下到上，本公开对此不作限定，仅需保证每个序号唯一对应一个位置即可。
步骤3、将待编码图像在YUV空间进行数据拆分，得到第一图像数据和第二图像数据，使用两路编码器分别对第一图像数据和第二图像数据进行有损编码。
本公开中步骤2和步骤3并无先后顺序，可依据需要调整。
步骤3中对第一图像数据和第二图像数据进行编码所使用的编码器可以为H264编码器或者H265编码器，其可以保证压缩质量，使得编码后的图像色彩失真较小。
当待编码图像为YUV444 planar(YUV444P)格式的图像时，将该图像直接拆分成为两部分，送入两个H264的编码器进行编码。该编码过程相当于编码背景层。一帧YUV444P图像在内存中的存储方式如图8所示，将待编码图像从中间直接切分，分成两份图像(第一图像数据和第二图像数据)，此时每份图像中所含的数据量与一个YUV420P图像的数据量相同，相当于一幅YUV420P的图像，此时这两份图像各自都不再是一个完整图像。将这两份图像使用两个H264编码器或者H264编码器编码，生成两份编码结果。
当待编码图像为YUV444 Packed格式的图像时，YUV分量交织存放，Packed格式数据的拆分流程稍复杂，最终拆分后得到的结果为(Y+U/2)+(V+U/2)或(Y+V/2)+(U+V/2)；上述拆分形成的两组YUV420P数据使用H264/H265编码效果最好。拆分过程图9所示。最终排列方式如图10所示，分别为两个yuv420p格式的数据。
当待编码图像为NV24格式的图像时，拆分也比较简单，直接将原始数据对半拆分即可，最终形成的效果如图11所示。其中第二份YUV420P数据相当于把一部分UV数据当作Y分量数据送至编码器进行编码。
本公开实施例提供的图像编码方法，将待编码图像在YUV空间进行数据拆分，并对拆分后的第一图像数据和第二图像数据分别进行有损编码，降低了编码后图像信息的丢失率，同时，为了进一步保证编码后高梯度区域(文字或线条区域)的图像纹理清晰，本实施例还对文字或线条区域进行了无损编码。本公开是一种双通道编码与文字补偿相结合的编码方法，使用上述编码方法得到的编码后的图像，其图像信息损失较少，保证了解码后图像的画面色彩饱和度和文字、线条等细节纹理的清晰度。
基于上述图1至图11对应的实施例中所描述的图像编码方法，下述为本公开装置实施例，可以用于执行本公开图像编码方法实施例。
本公开实施例提供一种图像编码装置，如图12所示，该图像编码装置包括处理器，处理器包括第一编码器101，图像编码装置还包括第二编码器102和第三编码器103；处理器被配置为执行上述的图像编码方法，第一编码器101被配置为对处理器识别出的第一类型宏块进行无损编码，第二编码器102和第三解码器103分别被配置为对处理器输出的第一图像数据和第二图像数据进行有损编码。
基于上述图1至图11对应的实施例提供的图像编码方法，本公开另一实施例提供一种图像解码方法，该方法可以应用于对本公开的图像编码方法编码后的图像进行解码。本实施例提供的图像解码方法如图13所示，包括以下步骤：
步骤S1、分别对有损编码后的第一图像数据和第二图像数据进行解码，将解码后的第一图像数据和第二图像数据合并，得到解码图像；
步骤S2、对无损编码后的第一类型宏块进行解码，得到解码宏块；
步骤S3、利用解码宏块替换解码图像上对应位置处的图像。
以对YUV444P图像编码为例详述解码过程：解码器分别解码两个H264的数据块(第一图像数据和第二图像数据)，将两个H264解码的结果进行合并，再拼接回一个YUV444P图像。因为H264编码方式是有损的，所以两幅YUV420P最终合成的YUV444P图像也是有损的，但是，U和V分量的数量相比原有YUV444P没有减少，所以图像偏色问题不会存在，从而保证了图像的色彩。然后解码高梯度宏块(第一类型宏块)，生成序号与数据二元组，如图14所示，图14中x，y，z为序号，根据序号计算高梯度宏块的位置，将高梯度宏块解码后的解码宏块替换到合成后的YUV444P图像对应位置，形成最终图像。此时高梯度区域达到无损，图像质量有较大提升。
基于上述图12至图13对应的实施例，本公开另一实施例提供一种图像解码装置，该装置可以应用于对本公开的图像编码方法编码后的图像进行解码，本实施例提供的图像解码装置如图15所示，包括包括处理器，处理器包括第一解码器201、第二解码器201，图像解码装置还包括替换器203；处理器被配置为执行上述的图像解码方法，第一解码器201被配置为对处理器接收的无损编码后的第一类型宏块进行解码，得到解码宏块；第二解码器202被配置为对处理器接收的有损编码后的第一图像数据和第二图像数据分别进行解码并合并，得到解码图像，替换器203被配置为利用处理器输出的解码宏块替换解码图像上对应位置处的图像。
本实施例的解码装置，保证了解码后图像的画面色彩饱和度和文字、线条等细节纹理的清晰度。
本公开实施例的编码及解码方法的整体流程图如图16所示，示意性的，源YUV444P代表待编码图像，识别代表获取高梯度区域，合成可以理解为替换部分宏块图像。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种图像编码方法，其特征在于，所述方法包括：
获取待编码图像，所述待编码图像包括多个宏块；
从多个宏块中获取包括文字和/或线条的第一类型宏块，对所述第一类型宏块进行无损编码；
将所述待编码图像在YUV空间进行数据拆分，得到第一图像数据和第二图像数据，使用两路编码器分别对所述第一图像数据和所述第二图像数据进行有损编码。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从多个宏块中获取包括文字和/或线条的第一类型宏块包括：
获取每一个宏块的梯度值；
根据所述梯度值，判断所述宏块是否为包括文字和/或线条的宏块，如是，则将所述宏块记为第一类型宏块。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取每一个宏块的梯度值包括：
获取每一个宏块内的所有像素点的像素值；
计算所述宏块内每个像素点的像素值与其相邻像素点的像素值之间的像素差；
获取所述宏块内所述像素差大于或等于第一预设阈值的所述像素点的数量，将所述数量记为所述宏块的梯度值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述梯度值，判断所述宏块是否为包括文字和/或线条的宏块包括：
判断所述宏块的梯度值是否满足第一公式，如是，则所述宏块为包括文字和/或线条的宏块，所述第一公式为：
Figure FDA0002927507600000021
式中，G为所述宏块的梯度值，N为所述宏块内所有像素点的数量，TH为第二预设阈值。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述获取待编码图像包括：
获取YUV444格式的待编码图像。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述待编码图像在YUV空间进行数据拆分，得到第一图像数据和第二图像数据，包括：
将所述YUV444格式的待编码图像在YUV空间进行数据拆分，得到第一图像数据和第二图像数据；
所述第一图像数据包括所述待编码图像的全部Y分量和设定数据量的U分量和/或V分量；
所述第二图像数据包括除去所述第一图像数据后，所述待编码图像中剩余的U分量和V分量。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一图像数据包括(Y+V/2)的数据量，所述第二图像数据包括(U+V/2)的数据量；
或者所述第一图像数据包括(Y+U/2)的数据量，所述第二图像数据包括(V+U/2)的数据量；
或者所述第一图像数据包括(Y+U/4+V/4)的数据量，所述第二图像数据包括(3V/4+3U/4)的数据量。
8.一种图像编码装置，其特征在于，包括处理器，所述处理器包括第一编码器，所述图像编码装置还包括第二编码器和第三编码器；
所述处理器被配置为执行权利要求1-7任一项所述的图像编码方法，所述第一编码器被配置为对处理器识别出的第一类型宏块进行无损编码，所述第二编码器和所述第三解码器分别被配置为对处理器输出的所述第一图像数据和所述第二图像数据进行有损编码。
9.一种如权利要求1～7任一项所述的图像编码方法对应的图像解码方法，其特征在于，所述图像解码方法包括：
分别对有损编码后的所述第一图像数据和所述第二图像数据进行解码，将解码后的所述第一图像数据和所述第二图像数据合并，得到解码图像；
对无损编码后的所述第一类型宏块进行解码，得到解码宏块；
利用所述解码宏块替换所述解码图像上对应位置处的图像。
10.一种图像解码装置，其特征在于，包括处理器，所述处理器包括第一解码器、第二解码器，所述图像解码装置还包括替换器；
所述处理器被配置为执行权利要求9所述的图像解码方法，所述第一解码器被配置为对处理器接收的无损编码后的第一类型宏块进行解码，得到解码宏块；所述第二解码器被配置为对处理器接收的有损编码后的所述第一图像数据和所述第二图像数据进行解码并合并，得到解码图像，所述替换器被配置为利用处理器输出的解码宏块替换解码图像上对应位置处的图像。
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CN114827620A (zh) * 2022-07-01 2022-07-29 深圳市东微智能科技股份有限公司 图像处理方法、装置、设备与介质

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