[发明专利]嵌套式渐进可伸缩性三维小波视频编码算法

说明书

技术领域

本发明涉及空间多媒体通信技术领域中视频压缩编码，特别是涉及一种嵌套式渐进可伸缩性三维小波视频编码算法。

背景技术

空间通信具有通信距离远、传输时延大、带宽资源有限和星载设备处理能力有限等特点，这些对大数据量、实时性要求较高的图像、视频数据通信非常不利，同时，空间通信网的异构性和终端设备的多样性给现有编码技术带来了巨大挑战，因此亟待研究低复杂度、高可伸缩性的编码算法，实现视频在空间通信中的应用。

现有国际视频编码标准H.261-H.264、MPEG1-MPE64等可以用于空间通信，然而这些标准不是针对空间通信环境设计的，因此有以下两点不足：(1)H.261-H.263、MPEG1、MPEG2等不具有可伸缩性，不适应空间网络异构和用户设备多样性特点；(2)复杂度高。如H.264的解码复杂度是H.263的2倍，编码复杂度是H.263的3倍。可见现有流媒体编码标准难以同时满足编码效率、计算复杂度和可伸缩性要求，需要研究面向空间通信的流媒体编码算法。

小波变换具有良好的时频局部性，能够有效地去除图像像素之间的冗余，取得较好的压缩效果。此外，小波变换的多分辨率特性使其能够有效地支持空间、时间、质量可伸缩性编码。因此，小波变换被广泛的应用在图像、视频编码领域。相对于二维小波视频编码，三维小波压缩编码将时间轴当作具有特定统计特征的一维信号来采用小波进行去相关，不但能够提供帧率、压缩质量等多种可伸缩性，并且由于不存在预测编码的循环结构，因此回避了预测编码中的误差漂移问题，非常适合于面向通信的可伸缩视频编码。目前三维小波编码研究是视频编码领域的一个研究热点。

针对现有编码标准在空间视频通信中的不足，需要研究低复杂度、高可伸缩性的编码算法，实现视频在空间通信中的可靠传输。为了实现这一目的，本发明提出一种嵌套渐进可伸缩性三维小波视频编码算法。

发明内容

一种嵌套渐进可伸缩性三维小波视频编码算法，以视频序列每N帧为一组(Group ofPicture，GOP)，采用一维分级运动补偿时域滤波(Hierarchical Motion CompensationTemporal Filtering，HMCTF)方法进行时域变换，再对每一帧进行二维空域小波变换，采用二维嵌套式渐进可伸缩性编码算法(Nested Progressive Scalable Coding Algorithm，NPSCA)对每一帧小波系数进行编码，构成嵌套渐进可伸缩性码流。具体技术特征如下：

1)分级运动补偿时域滤波

采用一种分级运动估计获得运动矢量，对原始图像3次降维，得到分辨率分别为原始图像1/2²、1/2⁴、1/2⁶大小的3个降维图像，使用最低分辨率图像进行空域块匹配运动估计，得到一组低分辨率下的运动矢量，然后根据低分辨图像的运动矢量估计高分辨率图像的运动矢量，按这种处理方法，获得原始分辨率图像的运动矢量，并利用运动矢量标定相邻两帧中具有运动关系的像素，利用Harr提升小波进行一维时域小波变换。

2)嵌套渐进可伸缩性编码算法

对时域变换后的每一帧使用Daubechies9/7提升小波进行二维空域小波变换，利用NPSCA算法对小波系数进行编码，首先采用同方向不同级系数相关性和同级不同子带系数相关性组织系数，构成不同的集合，并进行位平面编码，同时建立了嵌套式渐进码流组织结构，按低频子带、最粗糙级高频子带、次粗糙级高频子带、最精细级高频子带的顺序组织码流，使编码具有分辨率可伸缩性，而对于每一个子带，具有质量可伸缩性。

附图说明

图1，三维小波编码结构

在图1中：1.视频图像序列，2.视频帧分组，3.一个GOP分组(8帧)，4.分级运动补偿时域滤波，5.经过一维时域滤波的GOP，6.Daubechies9/7空域二维小波变换，7.GOP中所有帧的小波系数，8.嵌套渐进可伸缩性小波编码，9.GOP中所有帧的编码码流，10.码流组织，11.最终的编码码流。

图2，分级运动补偿时域滤波结构(图2是图1中4的详细结构)