[发明专利]利用合成参考帧的视频编解码方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于数字视频压缩编解码技术领域，涉及一种运动补偿帧间预测视频编解码的方法，以及采用该方法的视频编码装置和视频解码装置，尤其是使用一种新的合成参考帧作为帧间预测编解码的参考帧，取代或部分取代传统的参考帧。

背景技术

视频监控是安全防范行业中的一个核心组成部分，由于安防行业对系统间互联互通需求有较低的码率，并对视频信息有大量存储的迫切需求，随着视频监控规模的扩大，大量的视频信息传输和存贮需要大容量的网络通信和磁盘，成本很高。而在视频监控中，采集视频图像的摄像机有固定安装，也有带云台和镜头控制，即可以改变监控的场景，但大多被摄场景长时间不变。所以在视频监控中大多视频信号场景区会长时间不变，但在摄像机正被控制时场景将会改变。当天气变化时，如有云飘过，阳光改变使阴影变化等情况时，视频图像场景也会受到影响。用于视频监控的摄像机，通常有较大的噪声，尤其是当光照条件不好时，如室内、夜间，噪声更大，这就大大影响了视频的压缩效率，导致视频编码码率很高。随着可视电话的广泛应用，应用在可视电话中的视频编解码技术也越来越关键。图像的清晰度和连续性和时延是衡量可视电话质量的主要方面。在可视电话中视频图像往往也存在较大的噪声，影响了图像质量，对视频编码效率带来了影响。

视频信息一般来说占有的频带较宽，尤其是活动图像，存储和传输所需的数据量大，在不压缩的条件下，标准清晰度电视(SDTV)的传输速率在140Mbit/s左右，高清晰度电视(HDTV)则高达1000Mbit/s。HDTV经过压缩后的速率只有20Mbit/s，而可视电话在PSTN上传输时，可压缩为20Kbit/s左右。并且视频监控中有多用户同时监控，随着摄像机数目的增多，导致视频监控中传输和录像的数据量非常庞大。

为了节约带宽，更有效地利用现有窄带网络，降低数字设备的存储量和复杂度，必须对视频信息进行高效的压缩。一系列视频压缩编码标准(H.261，H.263，MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，H.264，AVS等)的出现，反映了视频应用向高压缩率和网络化的发展趋势。基于运动补偿的预测的主要功能是消除视频序列在时间上的冗余，视频编码的大部分编码效率来自于预测模块。视频编码过程就是对视频序列的每一帧图像进行编码的过程。因此，参考帧在运动补偿的预测过程中占据着非常重要的作用。

本发明人申请的专利申请号为200710071114.5的《利用动态背景帧的视频编码方法》公开了一种利用动态背景帧作为参考帧的视频编码方法，该方法对于有噪声的背景图像区有较好的性能，但因只针对有噪声的背景图像区，必须与传统的参考帧一起使用才能获得较好的总体编码性能。而本发明给出一种不依赖于噪声估计的预测性能更好的参考帧合成和使用方法，不仅考虑了背景区图像编码，也考虑了活动区图像编码，因而本发明方法使用上更灵活。

发明内容

针对视频监控中的应用，视频序列图像中的噪声往往较大，这些噪声带来的干扰，将使得编码过程中帧间预测变得不准确，匹配块之间的误差变大，使得视频数据不能得到有效压缩。本发明提出了一种利用合成参考帧的视频编码方法和装置以及视频解码方法和装置，它可以提高视频监控中的视频序列运动估计的准确性，降低预测误差，提高编码效率，并且复杂度不增加。

在对帧间预测帧进行编解码时，传统算法用以前的I帧(帧内预测帧)或P帧(前向预测帧)的重建帧作为参考帧，对当前图像帧进行预测编解码，即在参考帧上搜索与当前编码宏块或其子块最匹配的参考块作为对当前宏块的预测。本发明用已编码的I帧和P帧动态合成参考帧，合成参考帧与传统视频编解码算法用作参考帧的I帧和P帧的重建帧对应，即每个I帧和P帧的重建帧都可以有对应的合成参考帧，因此可用一个合成参考帧取代原I帧或P帧的重建帧作为参考帧，对当前帧进行预测编解码。传统的视频编解码方法也可用多个参考帧进行预测，本发明用一个或多个合成参考帧取代或部分取代原I帧或P帧的重建帧作为参考帧，也用在原参考帧基础上增加合成参考帧为附加的参考帧，从而提高了预测精度。

特别地，在双向预测编解码时，传统的视频编解码算法是用前后二个参考帧对当前编解码图像帧进行预测的。由于合成参考帧是利用I帧重建生成的，或是利用P帧的重建宏块与已有合成参考帧或对应预测块合成(更新)的，即合成参考帧与对它更新的I帧或P帧对应。因此，合成参考帧可以替代原用于双向预测的参考帧(I帧或P帧的重建帧)，对当前编解码宏块进行预测。