[发明专利]视频编码系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频图像编码技术领域，更具体地说，涉及一种视频编码系统及方法。 

背景技术

目前主流的视频编码标准有MPEG4、H.264等。在这些视频编码技术中，编码图像一般分为三种类型：内帧(I帧)、帧间帧(P帧)和双向帧(B帧)。其中，编码内帧是利用空间相关性，采用与JPEG类似的方式对静止的图像进行预测编码，编码帧间帧是利用时间相关性，使用前面的帧作为参考帧进行预测编码，而编码双向帧是同时利用前面的帧和后面的帧作为参考帧进行预测编码。预测编码之后将产生残差数据，对残差数据进行DCT变换和量化，输出编码码流即完成视频编码过程。 

在对视频图像进行压缩时，每一帧被分成若干个宏块，每一个宏块包含多个亮度块和多个色度块。在对一个宏块进行预测编码时，需从参考帧列表中选择合适的参考帧，并在该参考帧中搜索与之最匹配的宏块(即预测编码所产生的残差数据的绝对误差和最小)。两个宏块的绝对误差和描述了两个宏块之间的相似性，绝对误差和越小表示两个宏块越相似。预测编码即搜索最匹配宏块的过程，根据参考帧的不同，可分为帧内预测和帧间预测，帧间预测也被称为运动估计。目前的视频编码标准可支持多参考帧预测编码，使运动搜索范围从原来的一个参考帧扩展为多个解码后的参考帧，这样通常能找到更精确的匹配，从而有助于获得更高的编码效率。 

视频序列中的一个场景可以定义为一个连续的事件或者一组连续的动作，而视频序列通常包含多个独立的场景。在两个场景之间发生跃变的视频帧称为场景切换帧(即场景刚切换后的第一个视频帧)。通过对视频序列中相邻两帧图像相似度进行有效检测，可准确地判断场景切换帧，从而将视频分割成一系列连续的图像组。通常采用基于图像直方图的图像相似度检测来 检测场景切换帧，即根据两帧图像的直方图特性，基于均值和方差作为检测尺度来进行检测。图像直方图是图像处理中一种十分重要的图像分析工具，它描述了一副图像的灰度级内容，任何一副图像的直方图都包含丰富的信息。从数学上来说，图像直方图是图像各灰度值统计特性与图像灰度值的函数，它统计一副图像中各个灰度级出现的次数或概率；从图形上来说，它是一个二维图，横坐标表示图像中各个像素点的灰度级，纵坐标为各个灰度级上图像各个像素点出现的次数或概率。通过比较两幅图像的图像直方图可以衡量两幅图像整体的相似度，从而检测到场景切换帧。 

在大量的视频片段中，通常存在这样的情况：第一分钟视频内容在场景1中进行，第二分钟视频内容切换到场景2，下一分钟又切换回场景1，如此循环往复。一般来说，当前帧与参考帧在时间轴上相去甚远，匹配的可能性越小，因此，在预测编码时，通常会只选取当前帧的前几帧作为参考帧。对于上述情况的视频片段，场景刚切换时往往在当前帧的前几帧无法找到匹配的参考帧。在检测到场景切换帧之后通常会将场景切换帧编码为I帧(即关键帧)。然而，I帧本身所涉及的数据量很大，根据统计，每个I帧的数据量大约是P帧的3～4倍，B帧的4～6倍，且由于I帧只是利用空间相关性，其预测编码效率不如P帧和B帧高。 

发明内容

基于此，有必要提供一种能提高编码效率的视频编码系统。 

此外，还有必要提供一种能提高编码效率的视频编码方法。 

所述视频编码系统包括：参考帧管理单元，用于创建场景切换参考帧列表，将场景切换帧的前一场景中的视频帧加入场景切换参考帧列表中；编码单元，与参考帧管理单元相连，根据场景切换参考帧列表对场景切换帧进行编码；所述参考帧管理单元包括：检测模块，对当前帧进行场景切换检测，当检测到场景切换帧时，通知所述列表更新模块对场景切换参考帧列表进行更新；所述检测模块还用于对所述场景切换参考帧列表中的参考帧进行检测，当检测到场景切换参考帧列表中存在与当前的场景切换帧匹配的参考帧时，通知所述编码单元进行编码。 

该参考帧管理单元可包括：列表创建模块，用于创建场景切换帧参考列 表、前向参考帧列表和后向参考帧列表；列表更新模块，与检测模块相连，接收检测模块的更新通知，将场景切换帧的前一场景中的最后一个编码后的可用视频帧加入场景切换参考帧列表中。 

该编码单元接收检测模块的编码通知，选择场景切换参考帧列表编码场景切换帧或选择场景切换参考帧列表和后向参考帧列表编码场景切换帧。 

另外，在检测模块检测到场景切换参考帧列表中不存在与当前的场景切换帧匹配的参考帧时，编码单元选择前向参考帧列表编码场景切换帧或选择前向参考帧列表和后向参考帧列表编码场景切换帧。