[发明专利]基于背景失真传播的监控视频率失真优化编码方法

说明书

本发明公开了一种基于背景失真传播的监控视频率失真优化编码方法，首先将编码块分为背景块和前景块，构建背景块失真传播模型，基于背景块失真传播模型进行全局率失真优化，获得全局率失真优化的参数，利用掩膜标记背景块，对掩膜进行无损编码，基于非对称量化参数对背景块编码，在解码端对背景块掩膜和非对称量化参数偏移值进行解码，实现对背景块的重构。本发明实现监控视频压缩性能和编码效率的提高，解决背景和前景在编码中互相影响导致编码效率低的技术问题。

技术领域

本发明属于分辨率失真优化领域，具体涉及一种基于背景失真传播的监控视频率失真优化编码方法。

背景技术

随着多媒体技术的迅猛发展和视频监控设备的日益普及，视频监控以其直观、准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于安全生产、智慧交通、平安城市等场合，监控视频数据量呈现出爆炸性的增长。目前，我国大型城市的视频监控摄像头数量通常都在数十万个以上，全国城市已安装的摄像头已经超过两千万个。视频监控已经成为继数字电视、视频会议之后的又一个重大视频应用，而且日益成为“体量”最大的一个视频应用系统。面对大量摄像头采集的海量监控视频和高昂的存储成本，如何对其进行有效地编码压缩已成为当前视频监控领域面临的重大挑战。监控视频压缩编码技术是其存储、传输、分析和识别等环节的前提，是视频监控应用的核心技术。

目前的视频压缩技术有HEVC、H.264/AVC，这些技术均采用了大量的编码模式和编码参数。如何选取最优的编码模式和参数，以达到最佳压缩性能的技术被称为率失真优化。该技术基于香农率失真编码理论，以期花费尽量少的比特、获得尽量高的视频质量、达到率失真性能最优的目的。在实际应用中，率失真优化技术是视频编码中最基础、最核心的技术，几乎所有的视频编码优化均以率失真优化为基础准则。鉴于监控视频压缩技术的重要性、以及率失真优化技术在视频压缩中的关键性，面向监控视频编码的率失真优化技术研究成为视频多媒体应用的关键。

视频编码率失真优化的核心问题是，在比特消耗的限制下，如何最小化视频编码的失真，表示为min D，s.t.R＜R_c，其中D表示失真，R表示比特消耗，R_c表示最大比特消耗，s.t.表示“在以下条件”，该公式意思为在不超过某最大比特消耗的情况下，使得失真达到最小。

Sullivan等人提出了利用拉格朗日乘数法，从根本上来说，该方法是利用拉格朗日乘子将比特消耗映射成失真，进而将有约束的优化问题转换成无约束的优化问题。该方法在现有编码技术中被广泛地应用。然而，一方面，拉格朗日乘数法是基于香农定理在高码率条件下的近似，在低码率编码应用中显现出性能的不足，而监控视频中大量的背景区域采用极低的比特数进行编码，因此该方法并不适用于监控视频的背景区域；另一方面，拉格朗日乘数是根据实验统计被设定为关于量化步长的函数，其取值与输入视频信号无关。不同的参数将导致不同的编码结果，针对实际应用中多样化的视频内容，该方法获得的压缩性能不足。

目前存在的问题：

问题1：缺乏针对监控视频背景区域和前景区域率失真特性差异化的研究，现有方法致力于构建基于拉格朗日乘数法的自适应模型，而忽略了该模型并不适用于监控视频背景区域低码率编码，缺乏分类优化思路的引入。

问题2：缺乏对背景块在自适应率失真模型估计中的干扰因素研究，现有方法通常把背景块的编码信息用于前景块自适应模型的估计，忽略了背景块编码信息的干扰影响，无法保证前景块自适应率失真模型的准确性。

问题3：缺乏对背景块失真传播特性建立的全局失真优化模型，现有的方法忽略了监控视频背景块具有的极强的传播特性，缺乏全局率失真优化的思维。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提出一种基于背景失真传播的监控视频率失真优化编码方法，实现监控视频压缩性能和编码效率的提高，解决背景和前景在编码中互相影响导致编码效率低的技术问题。

本发明采用如下技术方案，一种基于背景失真传播的监控视频率失真优化编码方法，具体步骤如下：