[发明专利]一种基于时域下采样与帧率上转换的HEVC编码优化方法

说明书

本发明提出了一种基于时域下采样与帧率上转换的HEVC编码优化算法。在视频编码前，将视频帧分为奇数帧和偶数帧，奇数帧保留并使用HEVC进行编码，偶数帧被丢弃，得到低帧率视频。得到低帧率视频后，对该低帧率视频进行HEVC编解码，将解码后的低帧率视频利用HEVC编码过程中产生的运动信息恢复为原始帧率的视频，此方法及保证了恢复视频帧的质量，也大大降低了估计丢失帧时的时间。

技术领域

本发明涉及图像通信领域中的视频编码技术问题，尤其是涉及一种基于时域下采样与重建的HEVC编码降码率方法。

背景技术

人们对于视频高清晰度和高流畅性的追求一直没有停止，已经出现的高帧率的电影保证了视频高流畅度。然而，高帧率视频技术的应用给人们带来更好的观看感受的同时，其数据量也极大的增长，给网络带宽和设备存储能力带来巨大的挑战。HEVC作为未来视频编码最主要的压缩标准，如何在HEVC标准基础上进一步提高视频压缩效率是一个至关重要的问题。

新一代高效视频压缩标准(HEVC)与以前的H.264编码标准相比，在同等重建视频质量的前提下，节省了将近50％的码率，对于节省带宽资源做出了很大贡献。但即便如此，为了适应一些特定应用网络带宽的限制，通常仍需将视频信号帧率降低，以减少编码端进行编码的视频帧数，从而使编码后的数据量减少。在实际应用中这一目的可以通过帧率上转换(FRUC)技术来实现。FRUC能够实现对前后帧的插帧，将低帧率视频变换成高帧率视频。FRUC方法作为提高压缩率的技术，与HEVC标准编码相结合，在编码端降低视频的帧率，以减少编码帧数降低传输码流数据，然后在解码端插帧恢复成原帧率的视频。通过这样的操作，能有效地提高HEVC标准对视频的压缩率，以进一步适应有限的传输带宽的限制。

目前学术界关于如何在时域提高图像及视频压缩效率的算法已有很多，且大多数取得了不错的成果。Choi等人专门提出了用于帧率上转换技术的双向运动补偿内插(BMCI),根据插帧过程中使用的运动矢量信息的来源不同，运动补偿插帧可以分为两种，一类是基于像素域，即对解码后的视频重新进行运动估计，再用获得的运动矢量信息进行插帧重建，如Suk-Juk kang等人提出将基于扩展块的运动估计算法用于帧率上转换技术，另外还提出一种多重运动估计算法,Haiping Hu等人提出的一种块大小可变的运动估计算法，Inseo Hwang等人通过一种自适应运动估计方法获取的运动矢量用于运动补偿插帧，Gao Zhiyong等人提出的则是一种结合运动分割及边缘细化的运动估计方法,Yuan-zhouhan Cao等人提出一种基于多参考帧及软决策的运动估计算法，还有一些文章中使用快速光流运动估计方法来代替基于块匹配的运动估计方法，也取得了一定的效果，另外孙琰玥等人提出了一种适用于视频超分辨率重建的基于小波变换的改进的自适应十字模式搜索算法。第二类是基于压缩域的，该种方法通过从编码后的码流中提取相邻帧的运动矢量信息，用于运动补偿插帧，如Un Seob Kim等人提出了一种低计算复杂度的帧率提升算法，其中引入了基于预测的运动矢量平滑以及基于局部平均的运动补偿方法。鲁志红等人提出一种基于加权运动估计和运动矢量分割的内插方法，其中加权运动估计可以改善运动矢量的准确度，与前者相比，第二种方法省去了对编码后视频重新运动估计以获取运动矢量的过程，大大减少了计算量，提高了时间效率。

发明内容

针对HEVC标准编码码率高的问题，本发明利用下采样方法去除视频时域的冗余，提出了一种基于时域下采样与帧率上转换的HEVC编码优化方法，在保证视频质量的前提下，尽可能降低视频压缩后的码率以适应信道带宽不足的限制。