[发明专利]基于H.264实时精细粒度可伸缩编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种视频编解码的方法，特别是一种基于H.264实时精细粒度可伸缩编码(FGS)方法。

背景技术

自从ITU-T颁布了H.261、H.263、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等国际标准后极大推动了多媒体技术的应用。然而，随着新服务的大量增加和高清电视的即将普及，以及现有传输网络如Cable Modem、Xdsl、UMTS较低的传输带宽，迫切需要提高视频编码效率；同时还要求视频编码标准能够适应现有或未来的网络。这些问题为新视频编码标准H.264的产生提供了切实的依据。

随着网络多媒体应用的增加，基于网络的视频编解码技术也相应显得非常重要。位平面编码是精细可伸缩性(FGS)编码中的关键技术，它使得增强层码流可以在任何位置点截断，从而具有可伸缩性。在服务器向客户端发送视频流的应用中，FGS的伸缩性可以根据网络带宽的变化调整码率，当网络状况差时，只发送基本层，当网络带宽比较充裕时，传输增强层的码流，提高视频质量。这种可伸缩性技术适合用在Internet或无线通信的环境下传输视频信息的流媒体服务。但是由于增强层采用的低分辨率的运动信息预测，所以FGS的编码效率较低。对此通常有两种不同的解决方案，一是结构上的调整，例如采用多次量化或单环、多环结构；二是对增强层的变换方法作改进，例如微软亚洲研究院Jungong Han提出的基于MPFG-4的8×8DCT和4×4DCT模式选择方法。

基于H.264实时精细可伸缩编码面临两个问题：编码效率和编码复杂度。虽然H.264编码效率很高，但扩展为FGS后其增强层的编码带来了编码效率不高的新问题，传统的8×8DCT模式，没有考虑比特平面编码中层与层之间的相关性，减低了效率。Jungong Han等人提出8×8DCT与4×4DCT变换模式选择的方法考虑了比特平面层间的相关性，编码效率有较明显地提高，但是它的复杂度较高，所以不适合用于快速编码。多次量化编码方法目前采用的比较多，但是同样也是以增加复杂度为代价。此外，Kenji Matsuo等提出一种新的位比特编码方案，以避免增强层在低比特平面编码效率下降的情况，主要是把每一位数据划分为显著比特位和精细比特位，它可以根据重要性不同对这两组采用不同的保护措施，再分别传输。但这属于后端处理，并没有对全局分布特性进行分析，而且未考虑变换等耗时模块。

基于MPEG-4精细粒度可伸缩编码方法。如附图1所示，由原始图像和基本层重构信息相减获得的残差信息经过变换量化和比特移位后找最大值，最后采用比特平面编码。这种方法可以获得较好的编码效果，但是它没有考虑在增强层编码的变换/量化之前作前端预处理，编码复杂度较大，不能达到实时编码。本发明针对于此，提出一种基于H.264实时精细粒度可伸缩编码方法，如图2所示，在增强层的编码中，通过前端预处理，做全局性分布统计分析和提前做全零块判决，可有效减少编码时间并达到实时编码。并在增强层中采用4×4整数变换以使增强层的变换模式与基本层中H.264的变换模式匹配，加入预处理虽然会引入些额外比特但可大幅减少其后续的编码比特，从而总体上可明显提高编码效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于H.264实时精细粒度可伸缩编码方法，相比于基于MPEG-4的FGS编解码方法，它可以在考虑额外的开销比特的同时，提高视频质量，大大降低编解码时间。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于H.264实时精细粒度可伸缩编码方法，其特征在于根据当前残差帧的全局性与当前残差块的局部性分布来进行分析，编码器中的增强层变换部分采用4×4整数变换；在全局分析中找出奇异点，并通过对奇异值进行下移位使得比特平面数全局均衡，在解码端作相应的上移位；在局部分析中做全零块的判决。

实现步骤如下：

(1)对当前残差帧进行全局性分布统计，在基于H.264的基本层的重构值与原始值的差值中统计奇异点的分布情况，对全局奇异值进行下移位，在头信息中对记录奇异点的位置和下移值信息进行编码；

(2)对当前残差块进行局部性分布统计，在完成(1)后得到最大比特位数为L，设截取比特平面数为N，使用条件值T＝2^L-N-1来判决当前残差块是否为全零子块，因为全零子块不需要做后面的变换量化，所以对全零子块的处理可以大大节省编码时间和码率；对全零子块不做变换量化，仅对非全零子块进行变换，量化和编码；