專利名稱：一種圖像和視頻編解碼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像和視頻信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種圖像和視頻編解碼的方法。
背景技術(shù)：
視覺(jué)活動(dòng)是人類最重要的基本活動(dòng)之一，視覺(jué)信息是人類獲取外部知
識(shí)、了解世界的主要途徑和重要形式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，人類大約有80%以上的信息是通過(guò)視覺(jué)獲取的。圖像信息處理是研究人或機(jī)器對(duì)圖像信號(hào)的產(chǎn)生與采集，信息的形成、提取、分析、綜合、表達(dá)和利用的理論與方法的科學(xué)，
是一門兼具綜合性與交叉性的學(xué)科。圖像和視頻信號(hào)處理主要包括圖像和視頻數(shù)據(jù)壓縮編碼、傳輸、解碼、存儲(chǔ)、檢索等，而壓縮編碼和解碼是前提和基礎(chǔ)。
在國(guó)際多媒體技術(shù)領(lǐng)域，相繼推出了靜止圖像JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)、視頻MPEG-4和H.264等多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。其中，面向?qū)ο蠛突趦?nèi)容的視頻編解碼技術(shù)將所表現(xiàn)的內(nèi)容尤其是動(dòng)態(tài)內(nèi)容從視頻中提取出來(lái)分別編碼，節(jié)省了大量數(shù)據(jù)量，并根據(jù)對(duì)象內(nèi)容被關(guān)心的程度不同，對(duì)其加強(qiáng)或不刻意加強(qiáng)描述信息，即時(shí)間域擴(kuò)展編碼和空間域擴(kuò)展編碼。時(shí)間域擴(kuò)展編碼是在關(guān)鍵動(dòng)作時(shí)刻增加插入一些中間幀，使其動(dòng)作看起來(lái)更加連貫清晰；空間域擴(kuò)展編碼是對(duì)諸如面部表情等部位擴(kuò)展分辨率予以細(xì)致描述。這樣，基于內(nèi)容的視頻編解碼使數(shù)據(jù)壓縮效果比其他壓縮方法擴(kuò)大幾倍，即壓縮后數(shù)據(jù)率更少，但對(duì)圖像的表現(xiàn)效果卻好得多。
然而，現(xiàn)有的視頻和圖像編解碼技術(shù)存在很多問(wèn)題
(1) 視頻I幀與P幀或B幀之間的數(shù)據(jù)量差別很大，使傳輸碼率峰值和變化率劇烈波動(dòng)，影響傳輸質(zhì)量，并需占用更多的傳輸帶寬；
(2) I幀數(shù)據(jù)量很大，壓縮效果不佳，為提高壓縮比，I幀需設(shè)置得更稀疏，但這樣一來(lái)一旦I幀丟失，又會(huì)使緊隨其后的P幀或B幀無(wú)法解碼，影響視頻質(zhì)量，增加了數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)；
(3) 靜止圖像編碼壓縮率無(wú)法令人滿意，面向?qū)ο蠛突趦?nèi)容的編解碼技術(shù)能否應(yīng)用于靜止圖像編碼是一個(gè)尚待探索的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種圖像和視頻編解碼的方法，該方法適用于靜止圖像或視頻I幀圖像。本發(fā)明方法包括如下步驟
步驟(l)建立圖像對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)，具體方法為
a、 建立靜止圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)海量圖像進(jìn)行分析，對(duì)每一幀圖像根據(jù)圖像內(nèi)容分割成單一的圖像對(duì)象；
b、 將單一的圖像對(duì)象根據(jù)不同的事物類別進(jìn)行分類，比如人、汽車、動(dòng)物和建筑物；
c、 對(duì)每一類型的圖像對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型，該模型使用語(yǔ)義或數(shù)學(xué)語(yǔ)言
描述，并且該類型的圖像完全可以根據(jù)這種語(yǔ)義或數(shù)學(xué)模型進(jìn)行重建或復(fù)制；
d、 將所有類型的數(shù)學(xué)模型建立成標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)，并將相同的標(biāo)準(zhǔn)模
型數(shù)據(jù)庫(kù)分別植入圖像編碼器和圖像解碼器；
步驟(2)利用圖像編碼器對(duì)圖像進(jìn)行編碼，編碼的具體步驟是
e、 輸入一幀待編碼的圖像；
f、 圖像編碼器根據(jù)圖像內(nèi)容分割成圖像對(duì)象；
g、 根據(jù)圖像對(duì)象在標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)檢索相匹配的數(shù)學(xué)模型；
h、 根據(jù)圖像對(duì)象的客觀屬性賦予數(shù)學(xué)模型以真實(shí)的參數(shù)，得到對(duì)應(yīng)每一圖像對(duì)象的用具體參數(shù)描述的數(shù)學(xué)模型；
i、 根據(jù)具體參數(shù)重建虛擬的圖像對(duì)象并組合成虛擬圖像；
j、將虛擬圖像與真實(shí)圖像比較，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償，得到虛擬圖像相對(duì)于真實(shí)圖像的圖像殘差；
k、將數(shù)學(xué)模型的具體參數(shù)、圖像對(duì)象組合成虛擬圖像所生成的組合參數(shù)和圖像殘差構(gòu)成壓縮編碼數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫诺溃?br> 歩驟(3)對(duì)信道上傳輸?shù)綀D像解碼器的圖像壓縮編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，解碼的具體步驟是
1、解碼器根據(jù)數(shù)學(xué)模型的具體參數(shù)，檢索標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)重建圖像對(duì)
象；
m、解碼器根據(jù)組合參數(shù)將重建的圖像對(duì)象組合成虛擬圖像；n、解碼器根據(jù)圖像殘差，結(jié)合虛擬圖像得到真實(shí)圖像。
4本發(fā)明以增加圖像壓縮編解碼復(fù)雜性為代價(jià)，極大降低用于信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，這種技術(shù)思路符合這樣的客觀現(xiàn)實(shí)即信源和信宿兩端的計(jì)算和存儲(chǔ)資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)比信道的帶寬資源更為充裕。通過(guò)降低視頻I幀的數(shù)據(jù)量使其與P幀和B幀相當(dāng)，進(jìn)一歩提高數(shù)據(jù)壓縮比，使傳輸碼率峰值和變化率平緩波動(dòng)，占用傳輸帶寬資源大為減小。對(duì)靜止圖像也能采用基于內(nèi)容的壓縮編解碼算法，當(dāng)需要處理的圖像數(shù)量巨大時(shí)效果更為優(yōu)越，也更便于圖像存儲(chǔ)和檢索。


圖l為本發(fā)明流程圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明方法的具體步驟是
步驟(l)建立圖像對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)，具體方法為
a、 建立靜止圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)海量圖像進(jìn)行分析，對(duì)每一幀圖像根據(jù)圖像內(nèi)容分割成單一 的圖像對(duì)象；
b、 將單一的圖像對(duì)象根據(jù)不同的事物類別進(jìn)行分類，比如人、小汽車、狗和房子；
c、 對(duì)每一類型的圖像對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型，該模型使用語(yǔ)義或數(shù)學(xué)語(yǔ)言
描述，并且該類型的圖像完全可以根據(jù)這種語(yǔ)義或數(shù)學(xué)模型進(jìn)行重建或復(fù)
制；
d、 將所有類型的數(shù)學(xué)模型建立成標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)，并將相同的標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)分別植入圖像編碼器和圖像解碼器；
步驟a 步驟d描述了建立圖像對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)的方法，是圖像數(shù)據(jù)壓縮編解碼算法的前期準(zhǔn)備工作和基礎(chǔ)；
步驟(2)利用圖像編碼器對(duì)圖像進(jìn)行編碼，編碼的具體步驟是
e、 輸入一幀待編碼的圖像；
f、 圖像編碼器根據(jù)圖像內(nèi)容分割成圖像對(duì)象；
g、 根據(jù)圖像對(duì)象在標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)檢索相匹配的數(shù)學(xué)模型；
h、 根據(jù)圖像對(duì)象的客觀屬性賦予數(shù)學(xué)模型以真實(shí)的參數(shù)，得到對(duì)應(yīng)每一圖像對(duì)象的用具體參數(shù)描述的數(shù)學(xué)模型；
i、 根據(jù)具體參數(shù)重建虛擬的圖像對(duì)象并組合成虛擬圖像；
j、將虛擬圖像與真實(shí)圖像比較，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償，得到虛擬圖像
5相對(duì)于真實(shí)圖像的圖像殘差；
k、將數(shù)學(xué)模型的具體參數(shù)、圖像對(duì)象組合成虛擬圖像所生成的組合參數(shù)和圖像殘差構(gòu)成壓縮編碼數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫诺溃?br> 步驟e 步驟k描述了一幀圖像的編碼過(guò)程。
步驟(3)對(duì)信道上傳輸?shù)綀D像解碼器的圖像壓縮編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，解碼的具體步驟是
1、解碼器根據(jù)數(shù)學(xué)模型的具體參數(shù)，檢索標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)重建圖像對(duì)
象；
m、解碼器根據(jù)組合參數(shù)將重建的圖像對(duì)象組合成虛擬圖像；n、解碼器根據(jù)圖像殘差，結(jié)合虛擬圖像得到真實(shí)圖像。步驟1 步驟n描述一幀圖像的解碼過(guò)程。
本發(fā)明實(shí)施例描述一幀靜止圖像或一幀視頻圖像(特別指I幀)的壓縮編解碼方法，對(duì)于視頻圖像的P幀或B幀，則延續(xù)以前的運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)方案，這樣，I幀與P幀或B幀之間的數(shù)據(jù)量大小相當(dāng)，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)壓縮比，使傳輸碼率峰值和變化率平緩波動(dòng)，占用傳輸帶寬資源大為減小。同時(shí)，I幀可以設(shè)置得很緊密，減小數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)。
權(quán)利要求
1.一種圖像和視頻編解碼的方法，其特征在于該方法包括如下步驟步驟(1).建立圖像對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)，具體方法為a.建立靜止圖像數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)海量圖像進(jìn)行分析，對(duì)每一幀圖像根據(jù)圖像內(nèi)容分割成單一的圖像對(duì)象；b.將單一的圖像對(duì)象根據(jù)不同的事物類別進(jìn)行分類；c.對(duì)每一類型的圖像對(duì)象建立數(shù)學(xué)模型，該模型使用語(yǔ)義或數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述，并且該類型的圖像完全可以根據(jù)這種語(yǔ)義或數(shù)學(xué)模型進(jìn)行重建或復(fù)制；d.將所有類型的數(shù)學(xué)模型建立成標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)，并將相同的標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)分別植入圖像編碼器和圖像解碼器；步驟(2).利用圖像編碼器對(duì)圖像進(jìn)行編碼，具體步驟是e.輸入一幀待編碼的圖像；f.圖像編碼器根據(jù)圖像內(nèi)容分割成圖像對(duì)象；g.根據(jù)圖像對(duì)象在標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)檢索相匹配的數(shù)學(xué)模型；h.根據(jù)圖像對(duì)象的客觀屬性賦予數(shù)學(xué)模型以真實(shí)的參數(shù)，得到對(duì)應(yīng)每一圖像對(duì)象的用具體參數(shù)描述的數(shù)學(xué)模型；i.根據(jù)具體參數(shù)重建虛擬的圖像對(duì)象并組合成虛擬圖像；j.將虛擬圖像與真實(shí)圖像比較，進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償，得到虛擬圖像相對(duì)于真實(shí)圖像的圖像殘差；k.將數(shù)學(xué)模型的具體參數(shù)、圖像對(duì)象組合成虛擬圖像所生成的組合參數(shù)和圖像殘差構(gòu)成壓縮編碼數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫诺?；步驟(3).對(duì)信道上傳輸?shù)綀D像解碼器的圖像壓縮編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，具體步驟是l.圖像解碼器根據(jù)數(shù)學(xué)模型的具體參數(shù)，檢索標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)重建圖像對(duì)象；m.圖像解碼器根據(jù)組合參數(shù)將重建的圖像對(duì)象組合成虛擬圖像；n.圖像解碼器根據(jù)圖像殘差，結(jié)合虛擬圖像得到真實(shí)圖像。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像和視頻編解碼的方法。現(xiàn)有的方法影響視頻質(zhì)量、同時(shí)增加了數(shù)據(jù)丟失的風(fēng)險(xiǎn)，并且編碼壓縮率不好。本發(fā)明方法首先將單一的圖像對(duì)象進(jìn)行分類，建立圖像對(duì)象標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)，并將相同的標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)分別植入圖像編碼器和圖像解碼器；然后利用圖像編碼器對(duì)圖像進(jìn)行編碼，圖像解碼器檢索標(biāo)準(zhǔn)模型數(shù)據(jù)庫(kù)重建圖像對(duì)象，將重建的圖像對(duì)象組合成虛擬圖像，再根據(jù)圖像殘差，結(jié)合虛擬圖像得到真實(shí)圖像。本發(fā)明方法極大降低用于信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，當(dāng)需要處理的圖像數(shù)量巨大時(shí)效果更為優(yōu)越，也更便于圖像存儲(chǔ)和檢索。
文檔編號(hào)H04N7/26GK101668211SQ20091015290
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月18日
發(fā)明者姜顯揚(yáng) 申請(qǐng)人:杭州電子科技大學(xué)