專利名稱：高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法及解碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視頻信息壓縮編碼方法，還涉及解壓該壓縮編碼的解碼方法。
背景技術(shù)：
隨著高清晰度電視HDTV技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字編解碼技術(shù)的發(fā)展，以數(shù)字電視為龍頭的數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為國家的支柱產(chǎn)業(yè)之一。
在數(shù)字音視頻行業(yè)里最重要的算法就是編碼算法，尤其是高壓縮比的視頻編碼算法。一個(gè)優(yōu)秀的圖像算法將帶來整個(gè)行業(yè)的巨變，也是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的里程碑。
MPEG-1出臺(tái)于1992年，設(shè)計(jì)目標(biāo)為工業(yè)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，可對標(biāo)準(zhǔn)分辨率的圖像進(jìn)行壓縮，傳輸速率為1.5Mbps，視頻質(zhì)量基本與VHS相當(dāng)，主要應(yīng)用于VCD。分辨率為352*288。在歷史上扮演了很重要的角色，現(xiàn)在已經(jīng)不能滿足日益提升的顯示終端的要求。
MPEG-2出臺(tái)于1994年，設(shè)計(jì)目標(biāo)為高級(jí)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率在3-10Mbps之間，較廣的壓縮比范圍適應(yīng)于不同畫面質(zhì)量、存儲(chǔ)容量和帶寬的要求。主要應(yīng)用于DVD。主級(jí)分辨率NTSC制式為720*576，PAL制式為720*480，滿足普通電視機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)清晰度顯示要求。MPEG2分類里有很多級(jí)別，其中高級(jí)采用20-40Mbps碼流，可達(dá)到1920*1080的高分辨率，是DVD的5倍，可達(dá)到高端電視1000線左右的顯示要求。但對數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量要求極高，需要15-20GB左右的數(shù)據(jù)來存儲(chǔ)，相當(dāng)于4-5張普通的DVD光盤。
MPEG-4制定于1998年，傳輸速率在5-64Kbps之間，支持基于對象的壓縮編碼；采用幀重建技術(shù)以最少的傳輸數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量；主要應(yīng)用于小畫面、低碼流的網(wǎng)絡(luò)媒體。
MPEG-2的編碼技術(shù)是基于視頻圖像的時(shí)間相關(guān)性與空間相關(guān)性，采用預(yù)測編碼、變換編碼和統(tǒng)計(jì)編碼的基本編碼技術(shù)，對矩形圖像進(jìn)行壓縮編碼。
MPEG-2可以達(dá)到質(zhì)量很高的圖像效果，但基于矩形圖像的壓縮編碼使得數(shù)據(jù)量無法壓縮到更高，這直接導(dǎo)致了藍(lán)光技術(shù)的發(fā)展。使用藍(lán)光技術(shù)可以在一張同樣尺寸的光盤上存儲(chǔ)20G-25G字節(jié)的數(shù)據(jù)，是一張D5容量的5倍，(D5即紅光技術(shù)下普通的DVD光盤，容量為4.7G)。
普通的DVD壓縮技術(shù)在一張D5盤片上可以存儲(chǔ)2小時(shí)左右的標(biāo)清節(jié)目，這是因?yàn)槭褂昧藗鹘y(tǒng)的MPEG2技術(shù)，這樣的話，相對于標(biāo)準(zhǔn)清晰度分辨率(720*576)5倍的高清晰度節(jié)目(1920*1080)，藍(lán)光就在所難免了。
因此，目前急需一種壓縮方法，使用最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量，滿足低碼率應(yīng)用的需求，確保紅光高清產(chǎn)業(yè)化，解決高清視頻大數(shù)據(jù)容量存儲(chǔ)要求與紅光小存儲(chǔ)容量之間的矛盾。
小波變換在圖像壓縮方法中應(yīng)用較多，以下對其基本內(nèi)容進(jìn)行說明設(shè)小波函數(shù)為Ψ，其一般表達(dá)式為Ψj,k=|a|-1/2Ψ(1-ba),(a,b∈R,a≠0)---(1)]]>其中Ψ稱為小波母函數(shù)，對于母小波Ψ有∫-∝∝Ψ2(t)dt<∝,a]]>為尺度參數(shù)或伸縮因子，b為平移參數(shù)，系數(shù)|a|-1/2是歸一化因子，它的引入是為了使不同尺度的小波保持相等的能量。令a＝2j，b＝k2j則式(1)變?yōu)棣穓，k＝2-j/2Ψ(2-jt-k) (2)即得到常用的二進(jìn)離散小波。離散小波變換可以看作不同尺度a＝2j下信號(hào)f經(jīng)過不同帶寬的帶通濾波器所謂小波變換(WT)就是將能量受限的信號(hào)f(t)，表示為小波基函數(shù)的加權(quán)和(小波基函數(shù)在所給定的小波空間中構(gòu)成完全標(biāo)準(zhǔn)正交系；而不同尺度下的小波空間彼此正交，小波空間又稱細(xì)節(jié)空間)，即小波變換為f＝∑Cj，k(f)Ψj，k(3)在Ψj，k構(gòu)成正交基的條件下，可得Cj,k(f)≤f;Ψj,k≥∫-∝∝f(t)Ψj,k′(t)dt---(4)]]>其中<>表示內(nèi)積，Ψj，k′是Ψj，k的共軛，當(dāng)Ψj，k(t)為實(shí)數(shù)且是偶函數(shù)時(shí)，則式(4)中沒有復(fù)共軛的作用，就是2個(gè)普通原函數(shù)乘積的積分。顯然系數(shù)Cj，k(f)包含了原信號(hào)的信息，其系數(shù)不僅仍是稀疏的，且大部分為0或接近于0。而信號(hào)f(t)的逆變換即f(t)可由所有尺度下任何位置處的Cj，k(f)來精確地確定，即小波變換是信息保持的，重構(gòu)公式為f(t)=ΣjΣkCj,k(f)ψj,k(t)---(5)]]>理論上，時(shí)域窗越窄，其對信號(hào)的時(shí)間定位能力越強(qiáng)；同樣，頻域窗越窄，其對信號(hào)的頻率定位能力也越強(qiáng)。小波變換具備很好的時(shí)頻變換特性，鑒于絕大多數(shù)信號(hào)具有“低頻部分持續(xù)時(shí)間相對長，能量大；高頻部分持續(xù)時(shí)間短，能量小”之客觀情況，小波變換的顯著特點(diǎn)是
(1)用短時(shí)尺度支持高頻分析|a|＜1(即對應(yīng)于離散狀態(tài)下的j≤0)或更窄的寬度，此時(shí)小波壓縮的頻率成分主要位于高頻區(qū)域。頻響寬度變寬，時(shí)間位移步進(jìn)減小，意味對信號(hào)細(xì)節(jié)的觀察，也即對應(yīng)時(shí)間分辨率越高，因此分析高頻宜采用窄的分析窗口；(2)用長時(shí)尺度支持低頻分析|a|＞1(j＞0)或更寬的寬度，小波擴(kuò)展，低頻成分占主導(dǎo)地位，頻響寬度變窄，時(shí)間位移步進(jìn)大，表示信號(hào)大范圍的觀察。
換言之，如果用小波進(jìn)行信號(hào)分析，其多尺度思想是將待處理的信號(hào)用小波變換的方法在不同的尺度上進(jìn)行分解，分解到粗尺度上的信號(hào)稱之為平滑信號(hào)或稱概貌信號(hào)，也即基本層信號(hào)；在細(xì)尺度上分解的信號(hào)稱之為細(xì)節(jié)信號(hào)，也即增強(qiáng)層信號(hào)?？梢姡〔ㄗ儞Q是連續(xù)不同尺度上信號(hào)的橋梁。所以說小波變換具有這種多尺度分解特性即分辨率分解特性，這是包括(窗口)傅里葉變換在內(nèi)的眾多變換方法所不及的。從小波變換式可知，每個(gè)空間的分辨率是2j。所以系數(shù)＜f；Ψj，k＞表達(dá)了f在分辨率2j-1下的近似到更粗分辨率2j下的近似之間的信息損失?；蛘哒f在兩種分辨率下的信息差。Cj，k表示信號(hào)f(x)在角頻率為2j附近的情況，j每減小1，頻率增加一倍，即分辨率在高頻時(shí)較低(j越小其空間分辨率越高)，而在低頻時(shí)可較高--這與傅氏變換中高低頻具有相同的分辨率不同?；蛘哒f小波變換系數(shù)給出了f(t)的尺度2j位置k處的逼近。
與傅里葉變換是三角函數(shù)作為基底而展開的相對應(yīng)，小波變換是局部化函數(shù)所形成的相似函數(shù)作為基底而展開的。其變換的過程可以理解為是不同尺度的正交小波基函數(shù)對圖像信號(hào)進(jìn)行抽樣，這種抽樣的過程就是一種多分辨率的分解過程?？梢缘卣f小波變換有以下一些重要性質(zhì)(1)小波變換的過程是根據(jù)信號(hào)不同頻域，采取不同的j(或a)的動(dòng)態(tài)濾波過程，而這一過程的不同帶通濾波器卻具有相同的品質(zhì)因素；(2)小波變換的冗余性事實(shí)上是自相似性的直接反映；(3)離散小波變換系數(shù)Cj，k(f)給出了信號(hào)f(t)的尺度2j位置k處的逼近；(4)小波可以在不同尺度下反映出圖像在不同分辨率下的特性；(5)分解級(jí)越高，小波系數(shù)對應(yīng)的空間分辨率就越低；(6)小波變換同時(shí)具有時(shí)間和空間的局部化(高頻)特性；(7)小波變換對突發(fā)的奇異信號(hào)有很強(qiáng)的處理能力；(8)小波變換可以在不同方向上進(jìn)行分解，匹配了人眼對于光刺激的方向選擇性。
因此只要選擇合適的小波基函數(shù)就可通過f′恢復(fù)出幾乎不失真的f。圖像壓縮中所使用的離散正交小波一般由濾波函數(shù)構(gòu)造對于給定的數(shù)字信號(hào)矩陣，利用劈方法將其分解為一個(gè)高通的和一個(gè)低通的子信號(hào)，且二者是相互正交的。在必要時(shí)可以遞歸地對每一個(gè)子信號(hào)劈下去，一直到需要的信號(hào)帶寬為止，然后再進(jìn)行分析和運(yùn)算。
小波變換采用塔形分解的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，與人眼由粗到細(xì)，由全貌到細(xì)節(jié)的觀察習(xí)慣相一致(匹配)，可以實(shí)行分級(jí)累進(jìn)傳輸實(shí)現(xiàn)漸進(jìn)顯示。小波分析來源于伸縮和平移思想，他能將時(shí)間域、空間域和頻率域有機(jī)地結(jié)合起來，具有多分辨率、方向選擇、自動(dòng)“調(diào)焦”和“顯微”的特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供了一種高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，還提供了一種解壓該壓縮編碼的解壓方法。統(tǒng)稱HD12編解碼算法。
本發(fā)明高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，包括以下步驟(1)將輸入視頻信號(hào)的每一幀影像分為多個(gè)塊，對每個(gè)塊進(jìn)行小波變換，將空間域轉(zhuǎn)換為頻率域，對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，并且從低頻數(shù)據(jù)到高頻數(shù)據(jù)進(jìn)行排序；(2)將上一步輸出的信號(hào)送入量化器，在量化器內(nèi)對視頻信號(hào)進(jìn)行量化處理；(3)量化器將量化好的數(shù)據(jù)分兩路輸出，一路進(jìn)入運(yùn)動(dòng)組織編碼器，另一路輸入反向量化器及小波逆變換，將已量化好的數(shù)據(jù)反向量化和小波逆變換，形成可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的多個(gè)宏塊；(4)將上一步的輸出信號(hào)輸入預(yù)測編碼器，在預(yù)測編碼器中利用小波變換，計(jì)算出各宏塊之間的相似度，將處理的視頻信號(hào)分離為多個(gè)對象，應(yīng)用已分離的對象對下一幀的圖像進(jìn)行預(yù)測，得到預(yù)測信號(hào)；(5)再將預(yù)測信號(hào)輸出到視頻信號(hào)輸入端，將下一幀視頻信號(hào)中與預(yù)測信號(hào)相同的地方摳去，得到一個(gè)剩余信號(hào)，將該剩余信號(hào)作為第(1)步中的視頻信號(hào)重復(fù)第(1)步的過程，其中與上面不同的是為了產(chǎn)生新的預(yù)測信號(hào)，在剩余信號(hào)進(jìn)入預(yù)測編碼器之前，應(yīng)與上一幀的預(yù)測信號(hào)輸出端進(jìn)行復(fù)合后，再進(jìn)入預(yù)測編碼器進(jìn)行下一幀的預(yù)測；(6)運(yùn)動(dòng)組織編碼器對來自量化的每一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行幀內(nèi)壓縮，然后輸出壓縮結(jié)果。
本發(fā)明壓縮編碼方法所壓縮的數(shù)據(jù)的解碼方法，包括以下步驟將壓縮的數(shù)據(jù)解壓出來，進(jìn)行反量化和小波逆變換，根據(jù)形狀編碼中合適的位置修正后輸出。
本發(fā)明的高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、基于對象的壓縮采用對象的概念，針對不同對象的特性采取不同的壓縮編碼方法，以得到最好的壓縮效果。其標(biāo)準(zhǔn)的基本內(nèi)容就是高效率的編碼、組織、存儲(chǔ)和傳輸對象。提高了多媒體系統(tǒng)的靈活性和交互性，更適合于交互式服務(wù)和新一代音視頻應(yīng)用系統(tǒng)。
2、高壓縮比，壓縮率可以超過200倍，但仍然保持極佳的畫質(zhì)，用最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量，確保紅光高清產(chǎn)業(yè)化的理論基礎(chǔ)。同等壓縮數(shù)據(jù)大小條件下圖像效果更好，如比MPEG4效果好。低碼流應(yīng)用(用6-10M BPS實(shí)現(xiàn)高清圖像壓縮，用500K-2M BPS實(shí)現(xiàn)標(biāo)清圖像壓縮)，適合于網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用，可以通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，滿足低帶寬需要，對傳輸錯(cuò)誤不敏感。
3、靈活性可滿足各種應(yīng)用的需求，具有廣泛的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，可進(jìn)行時(shí)域和空域的擴(kuò)展。
4、安全特性越高質(zhì)量的圖像和聲音制品帶來越重要的版權(quán)保護(hù)問題。有水印版權(quán)保護(hù)技術(shù)，配合數(shù)字內(nèi)容保護(hù)技術(shù)使得節(jié)目版權(quán)和網(wǎng)絡(luò)播放的安全性得以保障，同時(shí)提供給限制播放次數(shù)或播放時(shí)間的條件播放機(jī)構(gòu)以前無法實(shí)現(xiàn)的授權(quán)播放功能。


圖1表示本發(fā)明實(shí)施例壓縮編碼方法結(jié)構(gòu)方框圖；圖2表示本發(fā)明實(shí)施例壓縮編碼方法中對象摳除的圖像示意圖；圖3表示本發(fā)明實(shí)施例壓縮編碼方法中三級(jí)小波分解圖；圖4表示本發(fā)明實(shí)施例壓縮編碼方法中按幅度排序信息的二進(jìn)制表示。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，將詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
(壓縮編碼方法)視頻運(yùn)動(dòng)圖像由一幀一幀靜止圖像構(gòu)成，可用的幀率包括23.98幀/秒，24幀/秒，25幀/秒，29.97幀/秒，30幀/秒，50幀/秒，59.94幀/秒，60幀/秒。
本發(fā)明的高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，其壓縮過程的方框圖如圖1所示，視頻信號(hào)(一幀一幀的圖像)可以分為并行的三路進(jìn)入編碼器第一步將第一路視頻信號(hào)的每一幀影像等分為若干個(gè)塊，所述塊可以是矩形或菱形的，實(shí)踐表明，菱形的視頻對象形狀描述類型，更適于圖像分割，對每個(gè)塊進(jìn)行小波變換，將空間域轉(zhuǎn)換為頻率域，將圖像變換到小波域，產(chǎn)生各層、各子帶的圖像，對視頻/圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，提取顏色、紋理、運(yùn)動(dòng)、幀差、和語義等特征，并且從低頻數(shù)據(jù)到高頻數(shù)據(jù)進(jìn)行排序。本過程是為以下的處理提供一個(gè)基本信息表，為提高運(yùn)算速度而服務(wù)。
第二步經(jīng)小波變換的數(shù)據(jù)送入量化器，在量化器內(nèi)對視頻信號(hào)進(jìn)行量化編碼處理，形成多個(gè)宏塊，量化器將量化好的宏塊數(shù)據(jù)分兩路輸出，一路進(jìn)入運(yùn)動(dòng)組織編碼器，另一路輸入反向量化器，將已量化好的宏塊數(shù)據(jù)反向量化，再經(jīng)小波逆變換，形成可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的視頻信號(hào)。
第三步將第二步中的輸出信號(hào)輸入預(yù)測編碼器，在預(yù)測編碼器中利用小波變換，計(jì)算出各宏塊之間的相似度，即基于均勻性標(biāo)準(zhǔn)來確定分割決策，根據(jù)第一步中所提取特征將視頻數(shù)據(jù)歸類，最后進(jìn)行相關(guān)組合處理，將無組合關(guān)聯(lián)的瑣碎象素塊丟棄，以實(shí)現(xiàn)濾除噪聲及準(zhǔn)確提取邊界，從而實(shí)現(xiàn)了對輸入視頻信號(hào)中的對象分離，即相似度大的多個(gè)宏塊被認(rèn)為是一個(gè)對象。比如以紋理作為特征，通過低頻帶上的分析，把特征相近的宏塊描述出來備用；同時(shí)通過畫面的顏色匹配，把畫面分割為不同的區(qū)域，將位于這些區(qū)域及附近的宏塊的紋理特征進(jìn)行比對，分割出不相近的宏塊，組合特征相近的宏塊成為對象，并將對象的輪廓細(xì)化和濾除躁點(diǎn)。
第四步將已分離出來的對象信息經(jīng)預(yù)測變化后，記錄為預(yù)測信號(hào)，再將預(yù)測信號(hào)分兩路輸出，第一路輸出到視頻信號(hào)輸入端，使下一幀的視頻信號(hào)與該預(yù)測信號(hào)相減，得到一個(gè)剩余信號(hào)，即將下一幀信號(hào)中與預(yù)測信號(hào)相同的地方摳去，使得在下一幀內(nèi)要儲(chǔ)存的信息大大減少，剩余信號(hào)的幅度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原始信號(hào)。再將已得到的剩余信號(hào)返回第一步，進(jìn)入同上所述的下一個(gè)循環(huán)，其中與上面不同的是為了產(chǎn)生新的預(yù)測信號(hào)，在反向量化器輸出端要與上一幀的預(yù)測信號(hào)輸出端進(jìn)行復(fù)合(加運(yùn)算)后，再進(jìn)入預(yù)測編碼器進(jìn)行下一幀的預(yù)測。
在連續(xù)的幀中“基本相同”的對象區(qū)域內(nèi)的像素信息將不被后一幀記錄，以節(jié)省空間并得到更高的壓縮比例。正例如上圖2中說話的男子，第2到第4幀除了正在移動(dòng)的嘴部附近畫面，其他部分并不一一復(fù)制。就可以節(jié)省超過70％存儲(chǔ)空間。有效的對象分離與預(yù)測，會(huì)使得視頻壓縮效率成倍提高。
如果在連續(xù)的幾個(gè)幀中都有相同或相似的由關(guān)鍵點(diǎn)所組成的對象，則可以在后面的幾幀中去掉相同的關(guān)鍵點(diǎn)所組成的對象，以便更快的更準(zhǔn)確的分離一幅完整的圖像。如果當(dāng)前幀中的對象和隨后的圖像幀上的對象不同，則可以將現(xiàn)有的對象作為一個(gè)宏模型保存，而后面新出現(xiàn)的對象可以作為新的宏以便和后面的圖像幀做比較。
第五步運(yùn)動(dòng)組織編碼器將來自量化器的量化數(shù)據(jù)利用常規(guī)方法進(jìn)行幀內(nèi)壓縮。之后將形狀編碼器輸出的輪廓信號(hào)以及其他如音頻，字幕等數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)復(fù)合，完成數(shù)據(jù)編碼，將壓縮數(shù)據(jù)輸出。
在上述第四步中，為了使預(yù)測編碼器所產(chǎn)生的預(yù)測信號(hào)與下一幀的圖像更加近似，即預(yù)測更加準(zhǔn)確，從而提高壓縮率，所以本發(fā)明的壓縮方法，還采取了以下措施(1)將輸入的視頻信號(hào)并行地送入運(yùn)動(dòng)估算器，并且在對象分離過程中，保留一個(gè)序列中多個(gè)幀的組合對象的特征值，為運(yùn)動(dòng)估算做參考數(shù)據(jù)。運(yùn)動(dòng)估算是指利用小波變換分析兩個(gè)或更多幀上的對象，以判斷下一幀中對象可能出現(xiàn)的位置。通過矯正對象在時(shí)間軸上的運(yùn)動(dòng)矢量，運(yùn)動(dòng)預(yù)測和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)可以去除圖像信息中的時(shí)間冗余成分，對象的運(yùn)動(dòng)信息編碼可視為從像素向任意形狀的對象的延伸。
利用小波變換具有放大、縮小和平移的數(shù)學(xué)顯微鏡的功能來預(yù)測宏塊中的關(guān)鍵點(diǎn)的之間的關(guān)系?？梢酝ㄟ^連續(xù)的圖像幀中相同關(guān)鍵點(diǎn)的變換位置或由關(guān)鍵點(diǎn)組成的基本的對象之間的變換關(guān)系，是否滿足一些現(xiàn)有的如公式、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律等，或各幀之間相近或相似，來推測出各幀之間的聯(lián)系以及之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。如果關(guān)鍵點(diǎn)在各個(gè)幀中沒有規(guī)律可以尋找，還可以用模糊預(yù)測、窮舉預(yù)測、材質(zhì)變化預(yù)測以及形體變形預(yù)測等方法來預(yù)測幀中關(guān)鍵點(diǎn)以及由關(guān)鍵點(diǎn)組成的對象的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
將運(yùn)動(dòng)估算器中所得到的關(guān)鍵點(diǎn)及對象的運(yùn)動(dòng)規(guī)律輸入至預(yù)測編碼器中，利用小波變換預(yù)測得到更加準(zhǔn)確的預(yù)測信號(hào)，從而可以從下一幀中減去更多的數(shù)據(jù)，從而得到更高的壓縮比。
(2)運(yùn)動(dòng)估算器中，在一個(gè)序列當(dāng)中，計(jì)算相鄰幀的幀差，如果圖像接近并且樣本序列在時(shí)間上相關(guān)性較強(qiáng)，那么誤差信號(hào)的幅度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原始信號(hào)，從而可以得到大數(shù)據(jù)量壓縮。這樣根據(jù)誤差信號(hào)的幅度，可以用幀差作為壓縮相近數(shù)據(jù)的方法。誤差信號(hào)相當(dāng)于小特征的整體變化，如位移增加，或小尺度上的細(xì)節(jié)對象的變化。幀差較小時(shí)優(yōu)先使用幀差代替對象預(yù)測的壓縮方法，對象預(yù)測的運(yùn)算結(jié)果仍然保留，在后續(xù)不適于用幀差描述圖象變化的幀中參考使用。
為了使經(jīng)過以上變化的圖像從整體上不失真，所以本發(fā)明還采用了以下措施第三路輸入視頻信號(hào)并行地送入形狀編碼器，同時(shí)預(yù)測編碼器將已完成分離的各個(gè)對象的信息也輸入形狀編碼器，在所述形狀編碼器中，將輸入視頻信號(hào)上的對象輪廓關(guān)鍵點(diǎn)以內(nèi)的數(shù)據(jù)及顏色均減掉，最終形成一個(gè)只有對象輪廓的數(shù)據(jù)量較小的輪廓信號(hào)(保留各個(gè)對象的形狀和位置信息)，該輪廓信號(hào)在解碼時(shí)用來修正最后的圖像，提取的形狀和位置信息也用來控制對象的運(yùn)動(dòng)和紋理編碼。
為了進(jìn)一步減小輪廓信號(hào)的量，本發(fā)明對于一些比如圓形，長方形等規(guī)則形狀或常見形狀進(jìn)行了模型定義，用較少的數(shù)據(jù)描述特定形狀對象的輪廓，形成如圖1中的素材庫，如果在所述輪廓信號(hào)內(nèi)有已在素材庫中定義過的形狀，就可以將該形狀用素材庫中的形狀的模型代替。素材庫為形狀編碼提供了良好模型，突出的，為動(dòng)畫片、FLASH等計(jì)算機(jī)生成的非自然物體提供了較大壓縮空間。
以下對上述過程中的一些具體細(xì)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步說明(1)在上述第一步中，利用小波變換，提取特征是非常重要的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的視頻對象的編碼方式是將整個(gè)視頻信號(hào)作為一個(gè)內(nèi)容單體來處理，其本身不可再分割；而這與人類對視覺信息的判別法則，也就是大腦對視神經(jīng)導(dǎo)入的視覺信號(hào)的處理方法是完全不同的。這就決定了我們不可能將一個(gè)視頻信息完整的從視頻信號(hào)中提取出來。但現(xiàn)代圖像編碼理論指出，人眼捕獲圖像信息的本質(zhì)是″輪廓—紋理″，即人眼感興趣的是視頻對象的一些表面特性，如形狀、運(yùn)動(dòng)、紋理等。視頻對象的表面往往是不規(guī)則的、千變?nèi)f化的，但可將其視為一定視角下，n個(gè)形狀規(guī)則的、具有一定紋理的剖面(視頻對象中的關(guān)鍵點(diǎn))的組合的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，這些剖面的組合定義為視頻對象平面。視頻對象平面描述了視頻對象在一定視角條件下的表面特性。
編碼器輸入的是任意形狀的視頻對象平面，圖像平面的形狀和位置也可隨幀的變化而改變。不同的圖像具有不同的象素點(diǎn)的分布，利用小波變換，將圖像變換到小波域，產(chǎn)生各層、各子帶圖像。小波變換是時(shí)間和頻率的局域變換，能更加有效地提取信號(hào)和分析局部信號(hào)。
我們利用了小波變換，得到8*8像素矩形形狀或菱形形狀的圖像幀中的各種特征，取得關(guān)鍵點(diǎn)，從而為以下的處理提供了一個(gè)基本信息源。
(2)在上述第一步中，對經(jīng)小波變換得到的塊的頻率進(jìn)行排序，便于在后面的步驟中從重要的塊到非重要的塊進(jìn)行分析、搜索，從而提高了計(jì)算效率。
圖3示出三級(jí)小波分解圖，一副圖像經(jīng)過三級(jí)小波分解后形成了十個(gè)子帶(塊)，小波系數(shù)的分布特點(diǎn)是越往低頻子帶系數(shù)值越大，包含的圖像信息越多，即關(guān)鍵點(diǎn)，如圖3中的LL3子帶。而越往高頻子帶系數(shù)值越小，包含的圖像信息越少，即非關(guān)鍵點(diǎn)。就是在數(shù)值相同的情況下，由于低頻子帶反映的是圖像的低頻信息，對視覺比較重要，而高頻子帶反映的是圖像的高頻信息，對視覺來說不太重要。這樣對相同數(shù)值的系數(shù)選擇先傳較低頻的系數(shù)的重要比特，后傳輸較高頻系數(shù)的重要比特。因此，小波變換可將待編碼的比特流按重要性的不同進(jìn)行排序，根據(jù)目標(biāo)碼率或失真度大小要求隨時(shí)結(jié)束編碼；同樣，對于給定碼流解碼器也能夠隨時(shí)結(jié)束解碼，并可以得到相應(yīng)碼流截?cái)嗵幍哪繕?biāo)碼率的恢復(fù)圖像。首先傳輸?shù)氖亲钪匾男畔?，也就是幅值最大的變換系數(shù)的位信息。
圖4顯示了一個(gè)幅度值由大到小排序后的變換系數(shù)的二進(jìn)制列表。表中每一列代表一個(gè)變換系數(shù)的二進(jìn)制表示，每一行代表一層位平面，最上層為符號(hào)位，越高層的位平面的信息權(quán)重越大，對于編碼也越重要。編碼的次序是從最重要的位(最高位)到最不重要的位(最低位)逐個(gè)發(fā)送，直到達(dá)到所需碼率后停止。以上的編碼方法稱為內(nèi)嵌編碼。
這樣利用小波變換將圖像分為重要的和不重要的信息，將該圖像內(nèi)的各個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行重要性排序，再對排序后的像素點(diǎn)進(jìn)行搜索，在上述第三步中，利用分離原則對其進(jìn)行歸類及相關(guān)性處理，從而能快速地將圖像內(nèi)相關(guān)性較大的宏塊歸為一個(gè)對象，所分離出的對象也會(huì)是按重要性來排序的，利用分離出的對象再進(jìn)一步進(jìn)行對下一幀的預(yù)測，從而可以很快地將重要的對象加入到預(yù)測信號(hào)內(nèi)，從而大大提高了預(yù)測的效率。
在具體的壓縮方法中，用到以下定義集合定義LIS-不重要系數(shù)集合列表，用最低頻子帶系數(shù)初始化(如三級(jí)分解中的LL3)。
LSP-重要系數(shù)列表，存放重要系數(shù)以便進(jìn)一步量化。
集合S-放置待處理的塊，用最低頻子帶系數(shù)初始化(如三級(jí)分解中的LL3)。
集合I-放置除了S之外的剩余塊集合，I＝X-S，X是所有塊的集合。
塊相應(yīng)小波分解的每一個(gè)子帶定義一個(gè)相應(yīng)的塊。塊可以是只包含單個(gè)元素，如8*8系數(shù)陣經(jīng)過三級(jí)分解后對應(yīng)的LL3、HL3、LH3和HH3都只包含一個(gè)元素。一般一個(gè)塊中包含22N(N＝0，1，2，…，n)個(gè)元素，其中，n-1是小波分解的層數(shù)。
對于只包含一個(gè)元素的塊，若重要?jiǎng)t把它轉(zhuǎn)到LSP中，以便進(jìn)行進(jìn)一步量化。對于包含2N×2N個(gè)元素的塊，如果是不重要的，可以只用一個(gè)符號(hào)表示它。對于重要的塊，則要等分為四個(gè)子塊，然后從上到下、從左到右對各個(gè)子塊進(jìn)行重要性判斷，對重要的子塊繼續(xù)分解，如此重復(fù)直到找出塊中所有的重要系數(shù)，并把它轉(zhuǎn)到LSP表中，以便進(jìn)一步量化。
對各個(gè)塊的處理順序是從低頻塊(子帶)依次到高頻塊(子帶)。具體實(shí)現(xiàn)中，采用倍頻分裂的方法，來決定各塊掃描順序。初始化時(shí)集合X由所有塊構(gòu)成，集合S是由最低頻塊(如LL3)來初始化，而剩余集合I＝X-S。集合I依次分解出三個(gè)最低頻的塊(如HL3，LH3，HH3)和剩余集合I。然后對剩余集合I再進(jìn)行一次分裂，分解出三個(gè)次最低頻的塊(如HL2，LH2，HH2)，如此重復(fù)直到把所有的塊分裂出來，直到剩余集合I變?yōu)榭占?。這樣就可以把各個(gè)塊依次排列，重要圖掃描就是以此順序來進(jìn)行。
(3)在上述第二步的量化過程中，具體過程如下首先，每一幀影像被在每一步的小波變換中已被分割成許多8*8像素的矩形或菱形像塊，(也可以被分割成16*16像素，或者分割成16的倍數(shù)等像素大小的像塊，分割的大小可以不定，但是塊的個(gè)數(shù)不能大于65536個(gè)，)而這些二維變換系數(shù)再以8*8的量化矩陣進(jìn)行量化處理，由于原本的值在進(jìn)行量化后，無法再完整地反轉(zhuǎn)回去，因此這個(gè)量化處理過程會(huì)造成一些影像的失真。一般而言，高頻部份的變換分量系數(shù)會(huì)比低頻部份變換分量系數(shù)有較小的值，由于人的視力對影像之高頻部份較不敏感，因此在經(jīng)過量化處理的工作后，會(huì)使得變換系數(shù)的高頻部份產(chǎn)生許多的零值。變換的最大特點(diǎn)是對于一般的圖像都能夠?qū)⑾駢K的能量集中于少數(shù)低頻變換系數(shù)上，即生成8*8變換系數(shù)塊中，僅少量低頻系數(shù)數(shù)值較大，其余系數(shù)的數(shù)值很小，這樣就可能只編碼和傳輸少數(shù)系數(shù)，而不嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。
之后進(jìn)行量化處理，量化是針對變換變換系數(shù)進(jìn)行的，量化過程就是以某個(gè)量化步長去除變換系數(shù)。量化步長的大小稱為量化精度，量化步長越小，量化精度就越細(xì)，包含的信息越多，但所需的傳輸頻帶越高。不同的變換系數(shù)對人類視覺感應(yīng)的重要性是不同的，因此編碼器根據(jù)視覺感應(yīng)準(zhǔn)則，對一個(gè)8*8的變換塊中的64個(gè)變換系數(shù)采用不同的量化精度，以保證盡可能多地包含特定的變換空間頻率信息，又使量化精度不超過需要。變換系數(shù)中，低頻系數(shù)對視覺感應(yīng)的重要性較高，因此分配的量化精度較細(xì)；高頻系數(shù)對視覺感應(yīng)的重要性較低，分配的量化精度較粗，通常情況下，一個(gè)變換塊中的大多數(shù)高頻系數(shù)量化后都會(huì)變?yōu)榱?。為了提高碼率控制的能力，量化步長的變化的幅度控制在12.5％左右，而不是以不變的增幅變化。變換系數(shù)幅度的歸一化被放在反量化過程中處理，以減少計(jì)算的復(fù)雜性。為了強(qiáng)調(diào)彩色的逼真性，對色度系數(shù)采用了較小量化步長。
具體而言，在編碼過程采用了逐次逼近的量化方法。按順序使用了一系列閾值T0、T1，---，TN-1來判決重要性，其中Ti＝Ti-1/2，初始閾值T0按如下條件選擇，|Xj|＜2T0，其中Xj表示所有變換系數(shù)。
在編碼過程中，始終保持著兩個(gè)分離的列表主表和輔表。主表對應(yīng)于編碼中的不重要的集合或系數(shù)，其輸出信息起到了恢復(fù)各重要值的空間位置結(jié)構(gòu)的作用，而輔表是編碼的有效信息，輸出為各重要系數(shù)的二進(jìn)制值。編碼分為主、輔兩個(gè)過程在主過程中，設(shè)定閾值為Ti，按上述原理對主表進(jìn)行掃描編碼，若是重要系數(shù)，則將其幅值加入輔表中，然后將該系數(shù)在數(shù)組中置為零，這樣當(dāng)閾值減小時(shí)，該系數(shù)不會(huì)影響新零樹的出現(xiàn)；在輔過程中，對輔表中的重要系數(shù)進(jìn)行細(xì)化，細(xì)化過程類似于比特平面編碼。對閾值Ti來說，重要系數(shù)的所在區(qū)間為[Ti，2Ti]，若輔表中的重要系數(shù)位于[Ti，3Ti/2]，則用符號(hào)“0”表示，否則用符號(hào)“1”表示。編碼在兩個(gè)過程中交替進(jìn)行，在每個(gè)主過程前將閾值減半。解碼時(shí)系數(shù)的重構(gòu)值可以位于不確定區(qū)間的任意處，實(shí)際中為簡單起見使用區(qū)間的中心作為重構(gòu)值。
(4)在上述第二步中，反量化過程重建了用于預(yù)測的簡化過的參考圖像，是將在壓縮過程中經(jīng)過變換后的頻率系數(shù)還原出來，使用影像中8*8的量化表和還原后的二維變換系數(shù)矩陣進(jìn)行矩陣相乘的運(yùn)算來進(jìn)行反量化。然后進(jìn)行小波逆變換。小波逆變換的輸入是8*8個(gè)分量系數(shù)，輸出則是8*8個(gè)像素點(diǎn)。此轉(zhuǎn)換把影像由頻率定義域轉(zhuǎn)換到空間定義域像素點(diǎn)的值(即宏塊)。
(5)在上述第三步中，對象運(yùn)動(dòng)的預(yù)測方法預(yù)測方法大都可以歸納到下面的三種方法中去。
對象運(yùn)動(dòng)我們通常用單幀預(yù)測編碼、幀間預(yù)測編碼和多幀預(yù)測編碼等方法來預(yù)測。
在單幀預(yù)測中，在給定幀中充分利用相鄰宏塊的空間相關(guān)性，相鄰的宏塊通常含有相似的屬性。因此，在對一給定宏塊編碼時(shí)，首先可以根據(jù)周圍的宏塊預(yù)測，然后對預(yù)測值與實(shí)際值的差值進(jìn)行編碼，這樣，相對于直接對該幀編碼而言，可以大大減小碼率。如靜止圖像或活動(dòng)很慢的圖像就可以利用單幀預(yù)測編碼對圖像對象進(jìn)行運(yùn)動(dòng)預(yù)測。
采用預(yù)測編碼的方法消除序列圖像在時(shí)間上的相關(guān)性，即不直接傳送當(dāng)前幀的像素值，而是傳送x和其前一幀或后一幀的對應(yīng)像素x’之間的差值，這稱為幀間預(yù)測。幀間預(yù)測編碼是通過小波變換計(jì)算視頻圖像幀間的相關(guān)性，即時(shí)間相關(guān)性，來達(dá)到圖像壓縮的目的。由時(shí)間上以幀周期為間隔的連續(xù)圖像幀組成的時(shí)間圖像序列為活動(dòng)圖像，它在時(shí)間上比在空間上具有更大的相關(guān)性。圖像相鄰幀間細(xì)節(jié)變化是很小的，即視頻圖像幀間具有很強(qiáng)的相關(guān)性，利用幀所具有的相關(guān)性的特點(diǎn)進(jìn)行幀間編碼，可獲得比幀內(nèi)編碼高得多的壓縮比。當(dāng)各幀之間只有相同或相近的關(guān)鍵點(diǎn)組成的宏塊在變換，其它的象素點(diǎn)沒有太大的變化，我們可以只記錄關(guān)鍵點(diǎn)的變化，而將沒有太大變化的認(rèn)為是靜止的。
利用小波變換將圖像分解成相對靜止的背景和若干運(yùn)動(dòng)的物體，各個(gè)物體可能有不同的位移，但構(gòu)成每個(gè)物體的所有像素的位移相同，通過運(yùn)動(dòng)估值得到每個(gè)物體的位移矢量；然后，利用位移矢量計(jì)算經(jīng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的預(yù)測值。在幀間預(yù)測中引入運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)哪康氖菫榱藴p少預(yù)測誤差，從而提高編碼效率。使恢復(fù)的內(nèi)插幀中的運(yùn)動(dòng)物體不致因?yàn)閮?nèi)插而引起太大的圖像質(zhì)量下降。這是由于在丟棄幀內(nèi)沒有傳送任何信息，要確定運(yùn)動(dòng)物體在丟棄幀中的位置必須知道該物體的運(yùn)動(dòng)速度。運(yùn)動(dòng)估值的不準(zhǔn)確，將導(dǎo)致內(nèi)插出來的丟棄幀圖像的失真。另外，在幀間內(nèi)插中的位移估值一般要對運(yùn)動(dòng)區(qū)的每一個(gè)像素進(jìn)行，而不是對一個(gè)子塊；否則，內(nèi)插同樣會(huì)引起運(yùn)動(dòng)物體邊界的模糊。在活動(dòng)圖像的幀間內(nèi)插編碼是在系統(tǒng)發(fā)送端每隔一段時(shí)間丟棄一幀或幾幀圖像，而在接收端再利用圖像的幀間相關(guān)性將丟棄的幀通過內(nèi)插恢復(fù)出來，以防止幀率下降引起閃爍和動(dòng)作不連續(xù)。多幀預(yù)測編碼就是前兩種的上一種結(jié)合體，根據(jù)輸入的圖像的不同采用不同的方式，將前兩種方式的互相補(bǔ)充。使得運(yùn)動(dòng)的對象預(yù)測更準(zhǔn)確。
(6)在上述第四步中，如果無法從如幀差等方法進(jìn)行對下一幀的有效預(yù)測，則需要對預(yù)測信號(hào)與輸入視頻信號(hào)進(jìn)行匹配，從而從輸入視頻信號(hào)中摳除已有的對象。在上述匹配的過程中，可以采用以下步驟(a)用小波基函數(shù)對目標(biāo)論域中的預(yù)測信號(hào)的變換值提取不同尺度下圖像的特征信息。(b)采用與步驟(a)相同的方法對輸入信號(hào)進(jìn)行處理，得出相應(yīng)小波變換的圖像特征信息。(c)獲取輸入信號(hào)的旋轉(zhuǎn)校正角，并對輸入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)。(d)定義輸入信號(hào)相對的隸屬函數(shù)，并分別設(shè)置比較輪廓(和比較不同細(xì)節(jié))時(shí)的閾值。(e)若有必要，進(jìn)一步比較輸入信號(hào)與候選目標(biāo)在水平、垂直、對角不同方向的細(xì)節(jié)分量。(f)確定圖像輪廓和圖像細(xì)節(jié)在最終識(shí)別結(jié)果中的加權(quán)因子。(g)計(jì)算識(shí)辨結(jié)果，根據(jù)最大值原理確定最后識(shí)別結(jié)果。
(7)水印版權(quán)保護(hù)，本發(fā)明在用小波變換處理各幀的圖像時(shí)可以內(nèi)嵌入水印，以保護(hù)版權(quán)。
水印的嵌入1)確定水印的嵌入位置。根據(jù)小波系數(shù)絕對值對高頻子帶的小波系數(shù)進(jìn)行排序(降序)，選擇前X×Y個(gè)小波系數(shù)Q(i)(i＝1，2，…，X×Y)，形成嵌入水印序列W′(i)的小波系數(shù)序列。同時(shí)，得到序列K(K(i)＝(xi，yi)，其中xi，yi代表Q(i)所在的位置)。
2)對X×Y的灰度水印圖像W置亂，得到新的水印圖像W′，即序列W′(i)，i＝1，2，…，X×Y。
3)調(diào)整嵌入強(qiáng)度α(用于調(diào)整水印的強(qiáng)度)，并根據(jù)α自適應(yīng)地嵌入水印圖像W′。其中，嵌入公式為Q′(i)＝Q(i)+αW′(i)水印的提取首先，將水印化的彩色圖像進(jìn)行色彩空間的轉(zhuǎn)化，提取它們的Y分量，并作自適應(yīng)離散小波變換，得到各自的子帶。然后根據(jù)之前的序列K和嵌入水印的公式，提取出水印的相應(yīng)信號(hào)。若提取的數(shù)值大部分都大于某個(gè)閾值時(shí)(如0.5)，則可推出水印不存在；若存在，對提取的水印圖像做反置亂變換就可以得到恢復(fù)的水印圖像。
通常定義ρ為相似度，來衡量提取的水印P′和原始水印P之間的相似程度ρ為P·P′P′·P′]]>本方法分利用了自適應(yīng)小波的優(yōu)點(diǎn)和人眼的視覺特性，同時(shí)，利用混合置亂算法對水印進(jìn)行處理，使得算法有很強(qiáng)的隱蔽性，而且嵌入的水印具有很好的魯棒性，實(shí)驗(yàn)證明該算法具有很好的抗噪聲干擾、裁減、旋轉(zhuǎn)壓縮等優(yōu)良性能。而且算法安全、易于實(shí)現(xiàn)。以上水印以象素點(diǎn)形式存儲(chǔ)于圖像中，使得圖像變換對水印影響不大，改變了以往水印只能以非圖像數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)于碼流中，一經(jīng)變換即消失的情況。
(解碼方法及解碼器)對以上編碼完成的數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，解碼復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于編碼，只要把壓縮的數(shù)據(jù)解壓出來(此處針對運(yùn)動(dòng)組織編碼器的幀內(nèi)壓縮進(jìn)行解壓)，進(jìn)行反量化和小波逆變換，根據(jù)形狀編碼中合適的位置修正后輸出就可以了。
通?；谒俣鹊囊螅獯a器都以硬件化的形式出現(xiàn)，視頻解碼器可以是芯片，也可以是軟件。
權(quán)利要求
1.一種高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，包括以下步驟(1)將輸入視頻信號(hào)的每一幀影像分為多個(gè)塊，對每個(gè)塊進(jìn)行小波變換，將空間域轉(zhuǎn)換為頻率域，對視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，并且從低頻數(shù)據(jù)到高頻數(shù)據(jù)進(jìn)行排序；(2)將上一步輸出的信號(hào)送入量化器，在量化器內(nèi)對視頻信號(hào)進(jìn)行量化處理；(3)量化器將量化好的數(shù)據(jù)分兩路輸出，一路進(jìn)入運(yùn)動(dòng)組織編碼器，另一路輸入反向量化器及小波逆變換，將已量化好的數(shù)據(jù)反向量化和小波逆變換，形成可進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的多個(gè)宏塊；(4)將上一步的輸出信號(hào)輸入預(yù)測編碼器，在預(yù)測編碼器中利用小波變換，計(jì)算出各宏塊之間的相似度，將處理的視頻信號(hào)分離為多個(gè)對象，應(yīng)用已分離的對象對下一幀的圖像進(jìn)行預(yù)測，得到預(yù)測信號(hào)；(5)再將預(yù)測信號(hào)輸出到視頻信號(hào)輸入端，將下一幀視頻信號(hào)中與預(yù)測信號(hào)相同的地方摳去，得到一個(gè)剩余信號(hào)，將該剩余信號(hào)作為第(1)步中的視頻信號(hào)重復(fù)第(1)步的過程，其中與上面不同的是為了產(chǎn)生新的預(yù)測信號(hào)，在剩余信號(hào)進(jìn)入預(yù)測編碼器之前，應(yīng)與上一幀的預(yù)測信號(hào)輸出端進(jìn)行復(fù)合后，再進(jìn)入預(yù)測編碼器進(jìn)行下一幀的預(yù)測；(6)運(yùn)動(dòng)組織編碼器對來自量化的每一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行幀內(nèi)壓縮，然后輸出壓縮結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，其特征在于，還包括以下步驟輸入視頻信號(hào)并行地送入形狀編碼器，同時(shí)預(yù)測編碼器將已完成分離的各個(gè)對象的信息也輸入形狀編碼器，在所述形狀編碼器中，將輸入視頻信號(hào)上的對象輪廓關(guān)鍵點(diǎn)以內(nèi)的數(shù)據(jù)及顏色均減掉，最終形成一個(gè)只有對象輪廓的數(shù)據(jù)量較小的輪廓信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，其特征在于，在第(1)步中，首先每一幀影像被等分成許多矩形或菱形像塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，其特征在于，在第(2)步中的量化處理指二維變換系數(shù)以所述像塊大小的量化矩陣進(jìn)行量化處理，量化過程就是以量化步長去除變換系數(shù)，量化步長的大小稱為量化精度，對每個(gè)像塊的變換塊中的多個(gè)變換系數(shù)采用不同的量化精度，低頻系數(shù)分配的量化精度較細(xì)；高頻系數(shù)量化精度較粗，對色度系數(shù)采用了較小量化步長。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，其特征在于，所述量化步長的變化的幅度控制在12.5％左右。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，其特征在于，還包括以下步驟將第(1)步中的輸入視頻信號(hào)并行地送入運(yùn)動(dòng)估算器，并且在第(5)步中的對象分離過程中，保留一個(gè)序列中多個(gè)幀的組合對象的特征值，在運(yùn)動(dòng)估算器中，利用小波變換分析兩個(gè)或更多幀上的對象，通過矯正對象在時(shí)間軸上的運(yùn)動(dòng)矢量，推測出各幀之間的聯(lián)系以及之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，將該運(yùn)動(dòng)關(guān)系輸入預(yù)測編碼器中，利用小波變換預(yù)測得到更加準(zhǔn)確的預(yù)測信號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，其特征在于，運(yùn)動(dòng)估算器中，在一個(gè)序列當(dāng)中，計(jì)算相鄰幀的幀差，如果圖像接近并且樣本序列在時(shí)間上相關(guān)性較強(qiáng)，根據(jù)誤差信號(hào)的幅度，可以用幀差作為壓縮相近數(shù)據(jù)的方法。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，其特征在于，在本方法中建立了一個(gè)素材庫，在所述素材庫中存有形狀模型，如果在所述輪廓信號(hào)內(nèi)有已在素材庫中定義過的形狀，就可以將該形狀用素材庫中的形狀模型代替。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8任一所述的高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，其特征在于，在用小波變換處理各幀的圖像時(shí)，內(nèi)嵌入水印的方法為1)確定水印的嵌入位置。根據(jù)小波系數(shù)絕對值對高頻子帶的小波系數(shù)進(jìn)行排序，選擇最高的前X×Y個(gè)小波系數(shù)Q(i)，其中i＝1，2，…，X×Y，形成嵌入水印序列W′(i)的小波系數(shù)序列。同時(shí)，得到序列KK(i)＝(xi，yi)，其中xi，yi代表Q(i)所在的位置。2)對X×Y的灰度水印圖像W置亂，得到新的水印圖像W′，即序列W′(i)，i＝1，2，…，X×Y。3)調(diào)整嵌入強(qiáng)度α(用于調(diào)整水印的強(qiáng)度)，并根據(jù)α自適應(yīng)地嵌入水印圖像W′。其中，嵌入公式為Q′(i)＝Q(i)+αW′(i)
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法，其特征在于，將上述水印的提取的方法為首先，將水印化的彩色圖像進(jìn)行色彩空間的轉(zhuǎn)化，提取它們的Y分量，并作自適應(yīng)離散小波變換，得到各自的子帶；然后根據(jù)上述的序列K和嵌入水印的公式，提取出水印的相應(yīng)信號(hào)；若提取的數(shù)值大部分都大于某個(gè)閾值時(shí)，則可推出水印不存在；若存在，對提取的水印圖像做反置亂變換就可以得到恢復(fù)的水印圖像。
11.如權(quán)利要求2至10任一所述的壓縮編碼方法所壓縮的數(shù)據(jù)的解碼方法，包括以下步驟將壓縮的數(shù)據(jù)解壓出來，進(jìn)行反量化和小波逆變換，根據(jù)形狀編碼中合適的位置修正后輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高清晰視頻超強(qiáng)壓縮編碼方法及解碼方法，所述壓縮編碼方法主要包括對每一個(gè)輸入視頻作分解后，利用小波變換提取特征，排序，量化，量化的結(jié)果一路經(jīng)幀內(nèi)壓縮輸出，另一路經(jīng)反量化和小波逆變換后對圖像進(jìn)行對象分離，利用對象進(jìn)行下一幀的預(yù)測，再將預(yù)測結(jié)果與下一幀的輸入視頻相比較，從下一幀內(nèi)摳除相同的對象，得到剩余信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)較高的壓縮比，所述剩余信號(hào)作為輸入視頻進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)，只是在預(yù)測前要與已摳除的對象進(jìn)行復(fù)合后再進(jìn)行預(yù)測。本發(fā)明的解碼方法對將壓縮的數(shù)據(jù)解壓出來，進(jìn)行反量化和小波逆變換，修正后輸出。本發(fā)明的壓縮方法，基于對象，壓縮比高，碼流低，靈活性強(qiáng)，圖象水印安全性較高。
文檔編號(hào)H04N7/32GK1784008SQ20041009671
公開日2006年6月7日 申請日期2004年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月2日
發(fā)明者許豐 申請人:北京凱誠高清電子技術(shù)有限公司