一种基于帧差图像的低码率视频编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于视频处理技术领域，涉及一种基于帧差图像的低码率视频编码方法。
【背景技术】
[0002] 在现有视频编码标准中包含三种编码帧类型，分别为：1帧、P帧和B帧。在实际 编码中，通常选用IPPP、IBBB、IPBP等码流结构，即大多数视频帧进行P帧或者B帧预测编 码。虽然P帧和B帧编码分别通过前向预测、双向预测能够获得较高的压缩比，但P帧和B 帧编码的视频重建图像质量往往会依赖相应I帧的编码精度。因此，为了保证解码后的视 频重建图像质量，通常会以适当地插入I帧的方式，来避免P帧和B帧编码的预测错误传 播。此外，当视频场景发生变化时，插入I帧也可提高对后续视频图像的预测精度和编码质 量。与此同时，在可伸缩视频编码和视频监控编码中也会适量地加入I帧，用于提高视频编 码精度。
[0003] 因此，I帧常作为关键帧来记录整个视频序列的主要信息，是视频编码中不可或缺 的重要部分。目前，在以新一代国际视频编码标准HEVC(HighEfficiencyVideoCoding) 为代表的视频编码标准中，对于I帧通常是依据编码单元内部、编码单元之间的空间相关 性来进行压缩编码，与P帧、B帧编码相比较，I帧编码会消耗较多的比特资源。而I帧编 码的高比特占有率成为进一步整体提高视频编码压缩比、节省视频编码比特资源的主要瓶 颈。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种基于帧差图像的低码率视频编码方法，在保持视频重建 图像质量的前提下，实现低码率视频编码，提高视频压缩比，节省比特资源，缓解视频编码 的重建图像质量与编码资源占用之间的矛盾。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，一种基于帧差图像的低码率视频编码方法，按照以 下步骤进行：
[0006]第一步：输入视频序列，读取配置文件，根据编码结构GOP和I帧插入周期，判断当 前输入帧fn是否为I帧图像，若是I帧图像，则进行第二步；若不是I帧图像，则当前输入 帧fn即是P帧图像或B帧图像，进行第六步；
[0007] 第二步：判断当前帧4是否为最后一帧，若是，则进行第七步；若不是，则选取当 前帧fn的后一帧图像作为参考帧fn+1，分别从当前帧4和参考帧fn+1中读取Y，Cb，Cr三个 分量，得到当前帧fn的三个分量：Yn，Cbn，CrjP参考帧fn+1的三个分量：Yn+1，Cbn+1，Crn+1;
[0008] 其中，n表示编码视频帧在时间轴上的位置，Y表示亮度分量，Cb和Cr表示色度分 量；
[0009] 第三步：将参考帧fn+1各分量与当前帧fn各分量做差，获得帧差图像D(x，y)的亮 度分量DY(x，y)，帧差图像D(x，y)的色度分量Dcb(x，y)和DCr(x，y):
【主权项】
1. 一种基于帖差图像的低码率视频编码方法，其特征在于，按照w下步骤进行： 第一步；输入视频序列，读取配置文件，根据编码结构GOP和I帖插入周期，判断当前输 入帖f。是否为I帖图像，若是I帖图像，则进行第二步；若不是I帖图像，则当前输入帖f。 即是P帖图像或B帖图像，进行第六步； 第二步：判断当前帖f。是否为最后一帖，若是，则进行第走步；若不是，则选取当前帖f。 的后一帖图像作为参考帖fw，分别从当前帖f。和参考帖f。+1中读取Y，Cb，化S个分量，得 到当前帖f。的S个分量；Y。，Cbn，Cr。和参考帖f。+1的S个分量；Yw，〇Vi，Crw; 其中，n表示编码视频帖在时间轴上的位置，Y表示亮度分量，Cb和&表示色度分量； 第S步：将参考帖fw各分量与当前帖f。各分量做差，获得帖差图像D(x，y)的亮度分 量Dy(x，y)，帖差图像D(x，y)的色度分量Dcb(x，y)和Dcr(x，y):
其中，X和y分别表示在当前帖内像素的横坐标和纵坐标； 第四步：为了解决第S步式（1)帖差图像各分量的负值问题，对帖差图像D(x，y)的各 分量分别进行尺度变换：
其中，Ry(x，y)，Rcb(x，y)和Rcr(x，y)分别为经尺度变换后的帖差图像的亮度分量和色 度分量;max值(X，y))和min值(X，y))分别表示D (X，y)内像素值的最大值和最小值； 表示下取整运算； 第五步：将Ry，R&和R et分量顺序存储合成新的帖差图像D 第六步；将新的帖差图像恥替代原视频序列中对应位置的I帖图像，与P帖图像、B帖 图像按照编码结构GOP W及I帖插入周期组成新的视频序列； 第走步；输入肥VC视频编码器进行常规视频编码，包括预测编码、变换量化编码和滴 编码标准编码过程； 第八步：输出编码码流。
【专利摘要】本发明公开了一种基于帧差图像的低码率视频编码方法，输入视频序列，若当前输入帧fn为I帧图像且不是最后一帧图像，则分别读取当前帧fn和参考帧fn+1的Y，Cb，Cr三个分量；获得帧差图像的亮度分量DY，色度分量DCb和DCr；分别进行尺度变换；得到变换后的帧差分量RY、RCb和RCr；将RY，RCb和RCr分量顺序存储合成新的帧差图像DR；将新的帧差图像DR替代原视频序列中的I帧图像，与P帧图像和B帧图像共同组成新的视频序列，作为HEVC视频编码器的编码对象进行常规视频编码；否则，直接进入HEVC视频编码器进行常规视频编码；输出编码码流。在保持视频重建图像质量的前提下，实现低码率视频编码，提高视频编码压缩比，节省比特资源，缓解视频编码的重建图像质量与编码资源占用之间的矛盾。
【IPC分类】H04N19-105, H04N19-147, H04N19-137
【公开号】CN104602001
【申请号】CN201510023402
【发明人】刘鹏宇, 贾克斌
【申请人】北京工业大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月19日