[发明专利]一种星载异构H.264视频压缩编码系统及编码方法

权利要求书

1.一种星载异构H.264视频压缩编码系统，其特征在于，所述系统基于国产CPU和GPU实现，包括星载异构并行前向编码分系统和并行加速后向重建分系统；其中，

所述星载异构并行前向编码分系统，用于结合并行加速后向重建分系统输出的重构图像，对星载高分辨成像设备实时获取到的视频图像序列逐帧按照新的“Z字形”扫描顺序进行宏块级并行帧内预测和帧间预测，经宏块级并行DCT变换、宏块级并行量化及编码，得到压缩后的码流；

所述并行加速后向重建分系统，用于对宏块级并行量化后的系数数据块经宏块级并行反量化、宏块级并行反DCT变换，得到残差数据块，再通过宏块级并行环路滤波得到重构图像。

2.根据权利要求1所述的星载异构H.264视频压缩编码系统，其特征在于，所述星载异构并行前向编码分系统包括：部署在CPU的读取解析模块和熵编码模块，以及部署在GPU的宏块级并行帧内预测模块、宏块级并行帧间预测模块、宏块级并行DCT变换模块和宏块级并行量化模块；其中，

所述读取解析模块，用于读取视频图像序列，逐帧解析所有能并行处理的宏块信息保存到中间变量，并发送至宏块级并行帧内预测模块；

所述宏块级并行帧内预测模块，用于采用新的“Z字形”扫描顺序，通过所述并行加速后向重建分系统已解码的相邻像素来预测当前块的像素；

所述宏块级并行帧间预测模块，用于通过所述并行加速后向重建分系统重建的相邻参考帧中与当前块最相似的块作为预测块，根据计算得到的运动矢量进行运动补偿，得到预测图像块；

所述宏块级并行DCT变换模块，用于通过宏块级并行DCT变换使预测残差数据块在变换域重新分布以减少像素间的相关性；所述预测残差数据块由保存在中间变量的原始图像块与预测图像块相减得到；

所述宏块级并行量化模块，用于通过宏块级并行量化处理得到量化后的系数数据块，实现数据压缩；

所述熵编码模块，用于结合宏块级并行帧内预测模块的帧内预测信息以及宏块级并行帧间预测模块的运动信息对量化后的系数数据块进行熵编码，通过去除信息熵冗余以降低视频编码信息量，输出码流至网络抽象层。

3.根据权利要求2所述的星载异构H.264视频压缩编码系统，其特征在于，所述宏块级并行帧内预测模块包括亮度4×4子块，子块编号从0至15；

采用对应子块编号0-1-2-4-3-8-6-5-9-7-10-12-11-13-14-15的扫描顺序。

4.根据权利要求2所述的星载异构H.264视频压缩编码系统，其特征在于，所述宏块级并行DCT变换模块和宏块级并行量化模块的处理过程包括：将DCT变换和量化两个过程合二为一，在通过乘法和移位实现并采用整数运算的基础上，利用GPU并行处理乘法运算，提高编码压缩的实时性；通过调节量化步长QP值，对高频部分进行粗量化，对低频部分进行细量化，以减少视觉冗余和量化误差。

5.根据权利要求2所述的星载异构H.264视频压缩编码系统，其特征在于，所述并行加速后向重建分系统包括部署在GPU的宏块级并行反量化模块、宏块级并行反DCT模块和宏块级并行环路滤波模块，其中，

所述宏块级并行反量化模块，用于将量化后的系数数据块通过宏块级并行反量化得到反量化后的系数数据块；

所述宏块级并行反DCT模块，用于将反量化后的系数数据块通过宏块级并行反DCT变换得到残差数据块；

所述宏块级并行环路滤波模块，用于对重建数据块进行环路滤波处理，去除块效应，得到重建像素块，所述重建数据块通过残差数据块和预测图像块相加得到。

6.根据权利要求5所述的星载异构H.264视频压缩编码系统，其特征在于，所述宏块级并行环路滤波模块依据决定滤波强度BS的参数特点进行并行优化设计，以16×16块为计算单位，一帧图像的边数为8条，边界点数为128个，将一帧图像交给1个block，使用128个线程并行处理。

7.根据权利要求1所述的星载异构H.264视频压缩编码系统，其特征在于，所述国产CPU为龙芯CPU，国产GPU为威固GPU。

8.一种星载异构H.264视频压缩编码方法，基于权利要求5所述的系统实现，所述方法包括前向编码流程和后向重建流程：

读取解析模块读取视频图像序列，逐帧解析所有能并行处理的宏块信息保存到中间变量，并发送至宏块级并行帧内预测模块，进入前向编码流程：

宏块级并行帧内预测模块采用新的“Z字形”扫描顺序，通过并行加速后向重建分系统已解码的相邻像素来预测当前块的像素；

宏块级并行帧间预测模块通过并行加速后向重建分系统重建的相邻参考帧中与当前块最相似的块作为预测块，根据计算得到的运动矢量进行运动补偿，得到预测图像块；

宏块级并行DCT变换模块通过宏块级并行DCT变换使预测残差数据块在变换域重新分布以减少像素间的相关性；所述预测残差数据块由保存在中间变量的原始图像块与预测图像块相减得到；

宏块级并行量化模块通过宏块级并行量化处理得到量化后的系数数据块，实现数据压缩；

熵编码模块结合宏块级并行帧内预测模块的帧内预测信息以及宏块级并行帧间预测模块的运动信息对量化后的系数数据块进行熵编码，通过去除信息熵冗余以降低视频编码信息量，输出码流至网络抽象层；

所述后向重建流程包括：

宏块级并行反量化模块将量化后的系数数据块通过宏块级并行反量化得到反量化后的系数数据块；

宏块级并行反DCT模块将反量化后的系数数据块通过宏块级并行反DCT变换得到残差数据块；

宏块级并行环路滤波模块对重建数据块进行环路滤波处理，去除块效应，得到重建像素块，所述重建数据块通过残差数据块和预测图像块相加得到。