[发明专利]一种纹理自适应视频编解码系统

说明书

本申请是专利申请号为200710069093.3、发明名称为《纹理自适应视频编解码系统》、申请日为2007年6月12日的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及信号处理与通信领域，特别地，涉及一种纹理自适应视频编码系统、一种纹理自适应视频解码系统和一种纹理自适应视频编解码系统。

背景技术

当前视频编解码标准，比如ITU制定的H.261，H.263，H.26L和ISO的MPEG组织制定的MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，以及JVT制定的H.264/MPEG-AVC（简称H.264）和中国自主知识产权的视频编码标准AVS第二部分都是基于传统混合视频编解码框架。

视频编码的一个重要目的就是对视频信号进行压缩，减少视频信号的数据量，从而节约视频信号的存储空间和传输带宽。一方面，原始视频信号，数据量非常巨大，这是视频编码压缩的必要性所在；另一方面，原始视频信号存在大量的冗余信息，这是视频编码压缩的可能性所在。这些冗余信息可以分成空间冗余信息、时间冗余信息、数据冗余信息和视觉冗余信息。其中前面三种冗余信息仅仅只是考虑像素间统计概念上的冗余信息，总称统计冗余信息；视觉冗余信息更加侧重考虑人眼视觉系统的特性。视频编码要降低视频信号数据量，就需要降低视频信号中存在的各种冗余信息。传统混合视频编码框架是综合考虑预测编码、变换编码以及熵编码的视频编码框架，着力降低视频信号的统计冗余信息，传统混合视频编码框架有以下主要特点：

（1）利用预测编码降低时间冗余信息和空间冗余信息；

（2）利用变换编码进一步降低空间冗余信息；

（3）利用熵编码降低数据冗余信息；

预测编码包括帧内预测编码和帧间预测编码。用帧内预测编码技术压缩的视频帧，称为帧内编码帧（I帧）。帧内编码帧的编码过程如下：首先，将编码帧分成编码块（编码单元的一种形式）；对编码块进行帧内预测，得到帧内预测的残差数据；接着对残差数据进行二维变换编码；然后在变换域中对变换系数

进行量化；然后经过扫描将二维信号转换成一维信号；最后进行熵编码。用帧间预测编码技术压缩的视频帧，称为帧间编码帧（P帧、B帧）。帧间编码帧的编码过程如下：首先，将编码帧分成编码块；对编码块采用运动估计技术得到运动矢量和参考块（参考单元的一种形式）；然后采用运动补偿技术，得到帧间预测后的残差数据；接着对残差数据进行二维变换编码；然后在变换域中对变换系数进行量化；然后经过扫描将二维信号转换成一维信号；最后进行熵编码。残差数据，也就是残差信号，相对于原始视频信号，空间冗余信息和时间冗余信息都减小了。如果空间冗余信息和时间冗余信息用数学上相关性来表示，则残差信号的空间相关性和时间相关性都比原始视频信息量小。然后对残差信号进行二维变换编码，进一步降低空间相关性，最后对变换系数进行量化和熵编码降低数据冗余信息。可见要继续提高视频编码的压缩效率，需要更精确的预测编码技术，进一步降低预测后残差信号的空间相关性和时间相关性；同时也需要更有效的变换编码技术，进一步降低空间相关性；同时在预测编码和变换编码后，设计相适应的扫描技术、量化技术和熵编码技术。

上述基于传统混合视频编解码框架的视频编解码标准，虽然取得了很大的成功，但要进一步提高视频编码的压缩效率，传统混合视频编解码框架本身存在着瓶颈。研究结果显示，视频信号并非平稳信源，也就是说每个编码单元的特征是不尽相同的。然而，传统混合视频编解码框架中功能模块的设计却是建立在平稳视频信号的假设基础上，例如，其中预测编码模块、变换编码模块、量化模块、扫描模块等在对编码单元进行编码时，所采用的工作模式都是固定的：

（1）在帧间预测编码中预测补偿精确到亚像素时，需要采用插值技术对参考图像中的亚像素点进行构建。现行的基于传统混合视频编解码框架的视频标准都采用横向、纵向可分离的一维插值滤波器，对亚像素进行构建。插值滤波器的抽头个数和系数都是固定的，因此，采用的插值滤波器与被插值图像的内容无关。

（2）变换编码模块广泛采用离散余弦变换（DCT）技术以及其近似变换技术整数余弦变换（ICT）技术。变换编码拟在降低空间相关性，将编码单元能量向少数几个变换系数集中，在DCT、ICT中就是向低频能量集中。变换矩阵都是固定的，因此，采用的变换与被变换图像的内容无关。

（3）量化模块是对变换系数的一种有损不可逆转编码模块。目前视频标准中采用的量化技术是对各个变换系数进行相同步长的标量量化或者通过量化矩阵加权对高频系数进行粗量化（利用人眼对高频信号不敏感特性）。可见，量化过程与被量化的图像内容无关。