[发明专利]航拍交通视频快速帧间预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种适用于空基交通监视的视频编码方法，尤其涉及一种基于背景和运动区域分割的帧间预测快速方法，属于交通监视、视频编码领域。

背景技术

随着近年来城市交通拥挤程度的加剧，传统路基交通监视设备逐渐暴露出监视范围狭小、缺乏对宏观信息的掌控等固有缺点。

针对这些缺陷，美国以及欧洲一些发达国家(西班牙、法国等)从20世纪90年代开始探索研究道路交通态势空中监视技术。该技术利用空基平台搭载视频传感器实现地面交通态势监控，具有监视范围大、灵活机动的优点，能获取宏观的交通态势，有效弥补路基监视手段的不足，因此成为近年来国内外智能交通领域的研究热点。

交通态势空中监视技术对图像序列质量高、码率低的要求和空基平台计算能力受限之间形成了一对矛盾。这给快速高效的视频编码算法带来了巨大挑战。

视频编码标准H.264对视频信号具有很高的压缩比，在相同重建图像质量下，所需码率是H.263标准的51％，是MPEG-4标准的61％，符合交通态势空中监视技术中图像质量高、码率低的需求，缺点是编码速率较慢，主要原因是H.264的帧间预测过程采用了复杂的可变块运动估计过程。

可变块运动估计过程的含义是：对一个宏块有7种帧间分割模式(16×16，16×8，8×16，8×8，8×4，4×8，4×4)、13种帧内预测模式以及一种Skip模式。H.264编码器需要遍历所有模式，并使用率失真(Rate-Distortion)模型计算率失真代价最小的模式作为最终的编码模式。在实际应用中，13种帧内预测模式作用不大，因此经常不被考虑。在计算每种帧间分割模式率失真代价的过程中都需要进行运动估计，包括搜索起点预测以及最优匹配点搜索两个阶段。可变块运动估计过程虽然可以很好地降低编码比特率，提高压缩效率和图像质量，但同时增加了编码复杂度，给H.264在空基平台中的应用带来了难度。因此需要针对航拍交通视频的具体特点研究专用的快速帧间预测算法，简化帧间分割模式选择过程并去除一部分运动估计搜索点数。

香港理工大学电子信息工程学院研究了地基交通监视中交通视频快速压缩方法，通过帧差法分割运动和背景区域并对背景块使用SKIP模式编码，有效提高了编码速度。由于没有考虑视频传感器抖动的情况，该方法应用到航拍视频会造成图像质量的急剧下降。

美国普林斯顿视觉技术实验室(Vision Technologies Laboratory)研究了在空基平台中使用视频传感器进行监视，其视频压缩编码器使用物体基图像编码方法。通过对图像进行运动目标检测，对运动目标所在区域进行低压缩比、高质量压缩，对背景采用高压缩比的mosaic方法压缩。该压缩方法在相同压缩比下可获得比视频压缩标准更好的图像质量，但其缺点是压缩前需要进行运动目标检测，计算复杂度高。

发明内容

本发明的目：是为了克服H.264由于编码耗时较大在空基交通监视平台中存在的应用困难，通过对视频的背景和运动区域进行分割并对两种区域采用不同的帧间预测方法，降低了帧间预测耗时，同时保持恢复图像质量和码率基本不变。

本发明目的实现为：航拍交通视频快速帧间预测方法，包括以下步骤：

步骤100、采集图像帧序列，判断当前要处理的帧是否为图像帧序列的第一帧，若为第一帧，执行步骤200，否则，执行步骤300；

步骤200、不进行区域分割，对当前帧使用传统的帧内编码，完成一帧编码；

步骤300、确定全局运动估计的搜索起点，并对当前帧进行全局运动估计，得到当前帧的全局运动矢量和最佳匹配时帧差；

步骤400、通过将最佳匹配时帧差与预设阈值比较，判断当前帧是否发生场景切换，若发生场景切换，执行步骤200，否则，执行步骤500；

步骤500、将未发生场景切换的帧分割为背景区域和运动区域；

步骤600、以宏块为单位对当前帧做运动估计，并进行基于背景和运动区域分割的帧间预测编码，完成一帧编码。

本发明的原理：首先，采集图像帧序列，若当前帧是图像帧序列的第一帧，进行传统的帧内编码，完成后对下一帧操作；否则，以前一帧为参考帧，对当前帧进行全局运动估计得到全局运动矢量和最佳匹配时帧差。判断该帧差是否小于预设阈值，若是，则将该帧分割为背景区域和运动区域分别进行预测编码；否则，仍将该帧进行帧内编码，完成一帧编码。通过对背景和运动区域采用不同的帧间预测方法，降低了模式选择和运动估计的计算量，更有效地实现了对航拍交通视频的压缩。

本发明与现有技术相比的优点在于：