专利名称：卡通视频的压缩编解码方法、设备及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及视频技术领域，尤其涉及卡通视频的压缩编解码方法、设备及 系统。
背景技术：
随着无线网络带宽的不断增加，视频业务已成为数据业务的重要发展方 向。除了真人原始视频之外，卡通等个性化视频以其生动、形象的艺术化特点
越来越引起人们的重视。卡通化视频可以由两种方式生成人工绘制及从原始 视频转换而成。人工绘制可借助于专业工具来创作卡通形象， 一般较为生动， 并可进行局部夸张处理。而从原始视频转换卡通则是从原始^L频自动生成对应 的卡通视频，其典型处理过程如图1所示，输入原始一见频后首先进行Salience (显著部分)提取，再经边缘检测、膨胀/腐蚀、Bilateral Filter (双边滤波器) /Mean Shift (均值漂移)、后处理、量化，输出卡通化视频。通常来说，与人工 绘制的卡通相比，从原始视频生成的卡通包含有更多的细节信息。
现有技术中对卡通视频进行压缩编码的处理方式是与真人原始视频一样， 直接进行压缩编码，例如用H.264、 H.263、 MPEG2、 MPEG4等传统视频压缩 标准等进行压缩编码。但是，发明人经过分析发现由于卡通图像的艺术特点决 定了其存在大量强边缘，强边缘所带来的大量高频分量不适合于进行-现频压缩 编码，将导致卡通视频压缩编码效率过低。
发明内容
本发明实施例提供一种卡通视频的压缩编码方法，用以提高卡通视频的压 缩编码效率，该方法包^fe:对卡通视频的原始图像进行边缘提取，将提取的边缘确定为边缘帧，将卡
通视频的原始图像与边缘帧相减，获得残差帧；
将由边缘帧从点阵格式转换为矢量格式生成的边缘帧的编码码流、由对残
差帧进行编码生成的残差帧的编码码流叠加，#r出卡通^见频的编码码流。本发明实施例还提供一种卡通视频的压缩解码方法，用以提高卡通视频的
压缩解码效率，该方法包括
接收卡通视频的编码码流，从所述编码码流中分离出边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流；
将由边缘帧的编码码流从矢量格式转换为点阵格式生成的边缘帧、由对残差帧的编码码流进行解码生成的残差帧逐帧叠加，输出卡通视频的原始图像。
本发明实施例还提供一种卡通视频压缩编码器，用以提高卡通视频的压缩编码效率，该编码器包括
边缘提取模块，用于对卡通视频的原始图像进行边缘提取，将提取的边缘确定为边缘帧，将卡通视频的原始图像与边缘帧相减，获得残差帧；
边缘帧编码模块，用于将边缘帧从点阵格式转换为矢量格式，生成边缘帧的编码码流；
残差帧编码模块，用于对残差帧进行编码，生成残差帧的编码码流；
输出处理模块，用于将边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流叠加，输出卡通^L频的编码码流。
本发明实施例还提供一种卡通视频压缩解码器，用以提高卡通视频的压缩解码效率，该解码器包括
接收模块，用于接收卡通视频的编码码流；
分离模块，用于从所述编码码流中分离出边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流；
边缘帧解码模块，用于将边缘帧的编码码流从矢量格式转换为点阵格式，生成边缘帧；
6残差帧解码一莫块，用于对残差帧的编码码流进行解码，生成残差帧；输出处理模块，用于将边缘帧和残差帧逐帧叠加，输出卡通视频的原始图像。
本发明实施例还提供一种卡通视频压缩编解码系统，用以提高卡通视频的压缩编解码效率，该系统包括
编码器，用于对卡通视频的原始图像进行边缘提取，将提取的边缘确定为边缘帧，将卡通视频的原始图像与边缘帧相减，获得残差帧；将由边缘帧从点阵格式转换为矢量格式生成的边缘帧的编码码流、由对残差帧进行编码生成的残差帧的编码码流叠加，输出卡通视频的编码码流；
解码器，用于接收卡通视频的编码码流，从所述编码码流中分离出边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流；将由边缘帧的编码码流从矢量格式转换为点阵格式生成的边缘帧、由对残差帧的编码码流进行解码生成的残差帧逐帧叠加，输出卡通视频的原始图像。
本发明实施例针对卡通视频存在强边缘的特点，在编码时，对卡通视频的原始图像进行边缘提取，将提取的边缘确定为边缘帧，将卡通视频的原始图像与边缘帧相减，获得残差帧；将由边缘帧从点阵格式转换为矢量格式生成的边缘帧的编码码流、由对残差帧进行编码生成的残差帧的编码码流叠加，输出卡通视频的编码码流；在解码时，从卡通视频的编码码流中分离出边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流；将由边缘帧的编码码流从矢量格式转换为点阵格式生成的边缘帧、由对残差帧的编码码流进行解码生成的残差帧逐帧叠加，输出卡通视频的原始图像，从而通过对卡通视频进行边缘提取处理，将卡通视频中的边缘信息和非边缘信息分别进行编解码，来提高整个视频的压缩编解码效率，降低对网络带宽的要求。
图1为背景技术中原始视频转换为卡通视频的示意图；200810117597.2
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图2为本发明实施例中卡通视频的压缩编码处理流程图3为本发明实施例中卡通视频的压缩编码的一个具体实例的示意图4为本发明实施例中卡通视频的压缩解码处理流程图5为本发明实施例中卡通视频的压缩解码的一个具体实例的示意图6为本发明实施例中卡通视频压缩编码器的结构示意图7为本发明实施例中卡通视频压缩解码器的结构示意图8为本发明实施例中卡通视频压缩编解码系统的结构示意图。
具体实施例方式
如前所述，现有技术不能有效地对卡通4见频进行压缩编码，特别是包含强边缘、场景复杂、保留较多细节的卡通视频，而只有对卡通等个性化视频进行了有效的压缩编码，尽量降低其编码码率，才能使其适用于卡通视频通信等应用。
发明人考虑到，与存储单位是图像上每一点的像素值的位像不同，可以利用矢量图使用直线和曲线来描述图形。这些图形的元素是一些点、线、矩形、多边形、圆和弧线等，由于它们均可以通过数学公式计算获得，因此矢量图形文件体积一般较小，进而可以将卡通视频的强边缘进行矢量化处理，有效地表示及存储边缘信息，以提高编码效率。
如图2所示，本发明实施例中，卡通视频的压缩编码处理流程如下步骤201、对卡通视频的原始图像进行边缘提取，将提取的边缘确定为边缘帧，将卡通视频的原始图像与边缘帧相减，获得残差帧；本领域技术人员熟知，所述的相减是指将两帧的对应像素值相减；
步骤202、将边缘帧从点阵格式转换为矢量格式，生成边缘帧的编码码流；步骤203、对残差帧进行编码，生成残差帧的编码码流；本步骤与步骤202的执行先后顺序并不影响本发明实施例方法的具体实施。
步骤204、将边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流叠加，输出卡通—见频的编码码流。
实施时，可用Canny算子等边缘提取算法对输入卡通视频的每一帧进行处理，提取出强边缘。可以直接将提取的边缘确定为边缘帧，将卡通视频的原始图像与边缘帧相减，获得残差帧。
对残差帧进行编码时，编码方式可以有多种，均不影响本发明的实施。此处发明人考虑到，矢量化处理适合于处理少量场景、线条比较简单的卡通图像。如果卡通视频场景较复杂、或是保留了较多细节，矢量化处理则需要较多线段表示各种轮廓，此外颜色的表示也需较多开销，因而为了进一步提高整个卡通视频的编码效率，在本发明实施例中优选将残差帧仍用压缩方式进行编码。
则对于边缘帧，将其从点阵格式转换为矢量格式，生成边缘帧的编码码流；对于残差帧，进行压缩编码，例如H.264、 H.263、 MPEG2、 MPEG4等视频压缩编码方式。
一个实施例中，考虑到由于色度分量变化较緩慢，且连续的色度信号更适合于采用压缩编码，如采用H,264等传统视频标准进行压缩，可以将边缘的色度分量留作进行压缩编码。因而将边缘部份的亮度与色度分量进行分离，将亮度部份叠加于空白帧上，形成包含原图像边缘亮度分量的帧，确定为边缘帧。将原始帧与边缘帧相减，即得到包含除边缘亮度信息以外的全部信息的帧，即为残差帧。
下面举一例说明本发明实施例中卡通视频的压缩编码方法。如图3所示，本例中，对于边缘帧，先进行矢量化处理，由点阵图像转换为矢量图像，以减少其图像大小。可以采用Winzip、 Winrar等任意一种无损压缩算法对矢量图像进行压缩，以进一步降低其编码码率。对于残差帧，采用H,264标准进行编码。因其无强边缘带来的高频信息，因而较适合于采用H.264这样的传统编码算法进行压缩。随后，将边缘帧与残差帧的编码码流进行叠加，就得到了输出的压缩码流。在卡通视频的编码码流帧头中可以设置区分边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流的标志位，作为解码的依据。如图4所示，本发明实施例中，卡通视频压缩解码处理流程如下
步骤401、接收卡通视频的编码码流，从所述编码码流中分离出边缘帧的 编码码流和残差帧的编码码流；
步骤402、将边缘帧的编码码流从矢量格式转换为点阵格式，生成边缘帧；
步骤403、对残差帧的编码码流进行解码，生成残差帧；本步骤与步骤402 的执行先后顺序并不影响本发明实施例方法的具体实施。
步骤404、将边缘帧和残差帧逐帧叠加，输出卡通视频的原始图像。本领 域技术人员熟知，所述的逐帧叠加是指将两帧的对应像素值相加。
下面举一例说明本发明实施例中卡通视频的压缩解码方法。
如图5所示，本例中，在解码端对码流进行逐段拆分、分别解码。实施中， 可以根据卡通视频的编码码流帧头中设置的区分边缘帧的编码码流和残差帧 的编码码流的标志位，先从所述编码码流中分离出边缘帧的编码码流和残差帧 的编码码流。实施中，在将边缘帧的编码码流从矢量格式转换为点阵格式之前， 可以进行无损压缩解码，生成边缘帧。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种卡通视频压缩编码器，其结 构如图6所示，可以包括
边缘提取模块601,用于对卡通视频的原始图像进行边缘提取，将提取的 边缘确定为边缘帧，将卡通视频的原始图像与边缘帧相减，获得残差帧；
边缘帧编码模块602，用于将边缘帧从点阵格式转换为矢量格式，生成边 ^^帧的编码码流；
残差帧编码模块603,用于对残差帧进行编码，生成残差帧的编码码流；
输出处理^^块604,用于将边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流叠加， 输出卡通视频的编码码流。
一个实施例中，边缘帧编码模块602还可以用于在将边缘帧从点阵格式转 换为矢量格式之后，进行无损压缩编码，生成边缘帧的编码码流。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种卡通视频压缩解码器，其结
10构如图7所示，可以包括
接收模块701，用于接收卡通视频的编码码流；
分离模块702,用于从所述编码码流中分离出边缘帧的编码码流和残差帧 的编码码流；
边缘帧解码模块703，用于将边缘帧的编码码流从矢量格式转换为点阵格 式，生成边缘帧；
残差帧解码冲莫块704,用于对残差帧的编码码流进行解码，生成残差帧； 输出处理模块705，用于将边缘帧和残差帧逐帧叠加，输出卡通视频的原 始图像。
一个实施例中，解码模块703还可以用于在将边缘帧的编码码流从矢量格 式转换为点阵格式之前，进行无损压缩解码，生成边缘帧。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种卡通—见频压缩编解码系统， 其结构如图8所示，可以包括
编码器801,用于对卡通视频的原始图像进行边缘提取，将提取的边缘确 定为边缘帧，将卡通视频的原始图像与边缘帧相减，获得残差帧；将由边缘帧 从点阵格式转换为矢量格式生成的边缘帧的编码码流、由对残差帧进行编码生 成的残差帧的编码码流叠加，输出卡通视频的编码码流；
解码器802，用于接收卡通视频的编码码流，从所述编码码流中分离出边 缘帧的编码码流和残差帧的编码码流；将由边缘帧的编码码流从矢量格式转换 为点阵格式生成的边缘帧、由对残差帧的编码码流进行解码生成的残差帧逐帧 叠加，输出卡通视频的原始图像。
综上，本发明实施例提供一套完整的适合于卡通视频特点的编解码算法。 该算法充分利用了视频压缩算法和矢量图的性能，将卡通图像中的边缘与非边 缘部份进行独立压缩，最大程度上降低了编码码率，有利于基于卡通视频的视 频通信业务的开展。
ii明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求 及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1、一种卡通视频的压缩编码方法，其特征在于，该方法包括对卡通视频的原始图像进行边缘提取，将提取的边缘确定为边缘帧，将卡通视频的原始图像与边缘帧相减，获得残差帧；将由边缘帧从点阵格式转换为矢量格式生成的边缘帧的编码码流、与对残差帧进行编码生成的残差帧的编码码流叠加，输出卡通视频的编码码流。
2、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将提取的边缘确定为边缘帧进一步包括对提取的边缘进行亮色分离处理；将边缘的亮度分量确定为边缘帧。
3、 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述由边缘帧从点阵格式转换为矢量格式生成边缘帧的编码码流包括由边缘帧从点阵格式转换为矢量格式之后，进一步进行无损压缩编码，生成边缘帧的编码码流。
4、 如权利要求l所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括在卡通4见频的编码码流帧头中设置区分边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流的标志位，作为解码的依据。
5、 一种卡通视频的压缩解码方法，其特征在于，该方法包括接收卡通视频的编码码流，从所述编码码流中分离出边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流；将由边缘帧的编码码流从矢量格式转换为点阵格式生成的边缘帧、由对残差帧的编码码流进行解码生成的残差帧逐帧叠加，输出卡通视频的原始图像。
6、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据卡通视频的编码码流帧头中设置的区分边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流的标志位，从所述编码码流中分离出边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流。
7、 如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述由边缘帧的编码码流从矢量格式转换为点阵格式生成边缘帧进一步包括先将边缘帧的编码码流进行无损压缩解码，再乂人矢量格式转换为点阵格式，生成边缘帧。
8、 一种卡通视频压缩编码器，其特征在于，包括边缘提取模块，用于对卡通视频的原始图像进行边缘提取，将提取的边缘确定为边缘帧，将卡通视频的原始图像与边缘帧相减，获得残差帧；边缘帧编码模块，用于将边缘帧从点阵格式转换为矢量格式，生成边缘帧的编码码流；残差帧编码^^莫块，用于对残差帧进4于编码，生成残差帧的编码码流；输出处理模块，用于将边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流叠加，输出卡通纟见频的编码码流。
9、 如权利要求8所述的卡通视频压缩编码器，其特征在于，所述边缘帧编码模块进一步用于在将边缘帧从点阵格式转换为矢量才各式之后，进行无损压缩编码，生成边缘帧的编码码流。
10、 一种卡通视频压缩解码器，其特征在于，包括接收模块，用于接收卡通视频的编码码流；分离模块，用于从所述编码码流中分离出边缘帧的编码码流和残差帧的编码码流；边缘帧解码模块，用于将边缘帧的编码码流从矢量格式转换为点阵格式，生成边缘帧；残差帧解码模块，用于对残差帧的编码码流进行解码，生成残差帧；输出处理模块，用于将边缘帧和残差帧逐帧叠加，输出卡通视频的原始图像。
11、 如权利要求10所述的卡通视频压缩解码器，其特征在于，所述边缘帧解码模块进一步用于在将边缘帧的编码码流从矢量格式转换为点阵格式之前，进行无损压缩解码，生成边缘帧。
12、 一种卡通视频压缩编解码系统，其特征在于，包括 编码器，用于对卡通视频的原始图像进行边缘提取，将提取的边缘确定为 边缘帧，将卡通视频的原始图像与边缘帧相减，获得残差帧；将由边缘帧从点 阵格式转换为矢量格式生成的边缘帧的编码码流、由对残差帧进行编码生成的残差帧的编码码流叠加，输出卡通视频的编码码流；解码器，用于接收卡通视频的编码码流，从所述编码码流中分离出边缘帧 的编码码流和残差帧的编码码流；将由边缘帧的编码码流从矢量格式转换为点 阵格式生成的边缘帧、由对残差帧的编码码流进行解码生成的残差帧逐帧叠 加，输出卡通视频的原始图像。
全文摘要
本发明公开了一种卡通视频的压缩编码方法，该方法包括对卡通视频的原始图像进行边缘提取，将提取的边缘确定为边缘帧，将卡通视频的原始图像与边缘帧相减，获得残差帧；将由边缘帧从点阵格式转换为矢量格式生成的边缘帧的编码码流、由对残差帧进行编码生成的残差帧的编码码流叠加，输出卡通视频的编码码流。本发明同时公开一种卡通视频的压缩解码方法、卡通视频压缩编码器、解码器及编解码系统。采用本发明可以提高整个视频的压缩编码效率，降低对网络带宽的要求。
文档编号H04N7/26GK101640792SQ20081011759
公开日2010年2月3日 申请日期2008年8月1日 优先权日2008年8月1日
发明者杨黎波 申请人:中国移动通信集团公司