[发明专利]通过边界检测作为运动估计参考的视频前景对象编码方法

说明书

技术领域

本发明属于视频编码技术领域，更具体的讲，涉及一种通过边界检测作为运动估计参考的视频前景对象编码方法。

背景技术

视频压缩是视频图像实时处理技术的关键问题，在网络传输时该问题更为突出。用户通过图像设备采集本地视频，由于视频数据量大，经过数字化处理后其数据量是非常大的，如果不进行视频压缩处理，计算机系统就无法对它进行存储和传输。视频编码的实现方法中，为了获得较高的压缩比，采用运动估计的方法实现视频的压缩，然而运动估计过程通常会耗费大量时间，影响系统的实时性。

运动估计的方法是将视频分为参考帧和预测帧，并将参考帧和预测帧分成若干固定大小的宏块，根据不同的搜索算法和匹配原则在参考帧内搜索与预测帧中待编码宏块最相似的匹配块。它可以消除视频的帧间冗余，进一步提高压缩比。目前的运动估计算法主要有以下几种：全搜索算法(Full Search，FS)精度最高，它把待编码宏块和参考帧待搜索范围内的宏块进行逐一比对得到最优的结果。但是，全搜索算法的时间复杂度高。因此，在此基础之上又提出了许多改进算法，如三步搜索(Three Step Search，TSS)算法，十字搜索(Cross Search，CS)算法、四步搜索(Four Step Search，FSS)算法，以及1999年10月被列入MPEG-4验证模型(Verification Model)的菱形搜索(DiamondSearch，DS)算法，还有六边形搜索(Hexagon Search，HS)算法等，其中HS算法分为两类LHSP(Large Hexagon-based Search Pattern，大六边形模式)和SHSP(SmallHexagon-based Search Pattern，小六边形模式)。TSS算法和CS算法第一步搜索步长较大，而进一步的搜索是在第一步确定的方向上进行的，因而很容易陷入局部最优。FSS算法、DS算法和HS算法利用视频序列运动矢量在空间分布上的中心偏置特性，减小了搜索步长，加强了对中心区域的搜索。HS算法能比DS算法用更少的搜索点找到一个相同的运动矢量。但是，这些算法对图像帧所有的像素都进行了编码，没有考虑到编码实时性和网络传输的带宽，导致压缩比和编码效率较低。

本发明前，中国发明专利“视频编码器的运动估计方法及系统”，申请号为01806741.7，公开号为CN1418437，该专利公开了一种用于视频编码器运动估计方法和系统。该方法主要是针对普通视频采用一个层次系列的具有各不相同的复杂性的运动估计器，但没有考虑用户兴趣区域，没有对图像帧进行前景提取，从而编码了多余的数据信息，降低了编码效率。中国发明专利“视频运动估计方法”，申请号03115133.7，公开号为CN1444406，该发明公开了一种利用基于搜索模式的运动矢量场的时空相关性来进行运动估计的方法。该方法采用一种更新机制来确定一组候选矢量，再从中选取最优值，在块匹配搜索过程中平等的对待所有宏块，并没有考虑图像边界等信息，从而不能有效地对经过前景提取的视频进行运动估计。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种通过边界检测作为运动估计参考的视频前景对象编码方法，在保证视频编码实时性的同时，减少需要在网络上传输的数据量。所述方法具有高的压缩比，并且能满足实时性的要求。

为了取得上述技术效果，本发明采取的技术方案是：对所采集视频的图像帧进行前景提取，对于参考帧采用静态图像编码算法进行压缩，对于预测帧通过边界检测作为运动估计参考计算边界宏块和前景宏块的运动向量，最后对轮廓信息和运动向量及残差进行编码。

具体实现步骤如下：

(1)将连续采集的视频分成参考帧和预测帧，并将参考帧和预测帧分成若干固定大小的宏块；

(2)对参考帧和预测帧分别进行前景提取，并分为背景宏块(一帧图像中背景宏块集合为Φback)、边界宏块(Φbound)和前景宏块(Φfront)，其中，仅对边界宏块和前景宏块进行编码；

(3)对于参考帧，采用静态图像压缩算法，并编码图像帧的轮廓信息；

(4)对于预测帧，首先通过边界检测确定搜索起点，然后从搜索起点进行预搜索并适时停止搜索，得到相应宏块的运动向量，对图像帧的轮廓信息和运动向量及残差进行编码。