[发明专利]基于滚动哈希和块级别帧内预测的帧内编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种图像压缩处理技术领域的方法，具体是一种基于滚动哈希和块级别帧内预测的帧内编码方法。

背景技术

帧内编码是指对一帧图像的某一区域进行编码时无需依赖其它帧中的信息的一类编码方法。帧内编码方法在各种视频编码和静态图像编码中具有重要的作用。

视频编码技术处理的图像序列根据其信号来源可以分为自然场景视频(Natural Scene)和屏幕视频(Screen Content)。前者是指从物理世界中采集的图像序列；后者是指从屏幕上显示的由计算机生成的图像序列。在屏幕视频的编码中，由于屏幕视频在帧间的运动较少，其整体的压缩率主要取决于帧内编码的效率。因此针对屏幕视频的特点的新的帧内编码方法已经成为近年来视频研究领域的一个热点。

H.264是目前为止已经实用的视频压缩标准中压缩率最高的一种。其帧内编码方法主要分为两个环节：1.帧内预测环节。该环节利用当前被编码块的左边一列和上边一行的已编码区域的像素值按照可选的多种方向进行外插(Extrapolation)获得对当前被编码块的一个预测块；2.残差编码环节。将预测块与实际待编码块相减获得一个残差。由于图像往往存在局部相似性，这个的残差的能量往往会比实际待编码块要小。最后对此残差做DCT变化，对得到的系数进行量化后再进行熵编码。

经对现有技术的文献检索发现，Cuiling Lan等在下一代视频编码标准H.265的草案制定过程中提出的编号为JCTVC-B084的提案中提出了一种称为Base Colors and Index Map(BCIM)的新的帧内压缩方法，(http://phenix.int-evry.fr/jct/doc_end_user/current_document.php？id＝5230)。该方法先用聚类方法找出一个块中的若干主颜色作为调色板，然后把这个块中每个像素的颜色值量化到最相近的一种主颜色，并用在调色板中的索引作为其编码值。该方法利用了计算机生成的图像一般具有颜色数相对较少的特点，可以比H.264的帧内编码方法在输入内容为屏幕图像时达到更大的压缩率。

Zhou Minhua等人在下一代视频编码标准H.265的草案制定过程中提出的编号为JCTVC-G093(http://phenix.int-evry.fr/jct/doc_end_user/current_document.php？id＝3343)的提案中提出了一种称为Sample-based angular prediction(SAP)帧内无损压缩方法。该方法对H.264的帧内预测进行了扩展，预测块内的像素的预测值改为由其紧邻的左、左上、上方像素的值的外插来决定，而不是由这个块的左、左上、上方像素的值的外插决定。由于这种预测方式中基准像素离待预测像素更近，所以预测效果也更好，从而使残差更小。

但上述方法都没能充分的利用到屏幕图像中大量存在的图像块重复的特点-即在已经编码的部分图像区域内往往可以找到一个与待编码的图像块一模一样的块。这是因为屏幕图像本身就是由计算机生成的，其生成过程中往往就存在很多把同一个位图渲染在不同的位置的操作。比如通过实验可以发现，当以4x4作为编码块大小，一个“植物大战僵尸”游戏的一个典型场景的屏幕截图中，27.2％的待编码块是已经编码区域的某个块的重复；而一个在Visual Stuido2008里进行代码编辑的场景的屏幕截图中，更是有高达89.8％的待编码块是已经编码区域的某个块的重复。在编码过程中，当能在已编码区域中找到一个与当前编码块一某一样的块(称为预测块)，那么对这个当前块的编码就只需一个表示当前块采用了这种编码方式的码字和相应的预测块所在的位置，其编码开销比已有的帧内编码方式要小。为了区别于H.264中的只是利用编码块坐标左边一列和上边一行的已编码区域的像素值来预测当前块的帧内预测方式，把这里提出的帧内预测方式成为块级别帧内预测。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于滚动哈希和块级别帧内预测的帧内编码方法，可以充分的利用屏幕图像中大量存在重复图像块来进一步提高帧内压缩率，即在保证最坏情况的计算开销的前提下，用较小的计算开销来确定在已经编码的图像区域内是否存在与当前待编码块相同的预测块，当屏幕图像中存在大量的重复的图像块时，本发明可以获得比已有方法更高的压缩率。