专利名称：视频图像数据压缩、解压缩方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像处理领域，具体而言，涉及一种视频图像数据 压缩、解压缩方法及装置。
背景技术：
在视频图像数据压缩中，为了获得较高的压缩比，通常采用有
损压缩；为了降低运算复杂度或硬件开销，通常需要对图像进行分 块，如8x8的分块，32x32的分块等；同时为了获得固定的压缩比， 经常要求每一个分块具有相同的压缩比，由于图像中不同分块中所 含的高、低频分量不同，其压缩的难易程度也不一样。根据率失真 理论，当要求失真固定，则压缩比不固定；反之当要求压缩比固定， 则失真不固定。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中在需要应用前一 帧图像数据信息进行视频处理时，如运动估计与运动补偿中，前一 帧的数据信息通常只能从前 一 帧固定的码流块中经解压得到重建 质量不尽相同的数据块(比如当采取低频压缩算法，对于低频背景 块可以得到较高的解压缩重建质量，高频紋理块只能得到较低的解 压缩重建质量)，而这对运动的估计精度会有较大的影响，甚至会 出现错误。
发明内容
本发明旨在提供一种视频图像数据压缩、解压缩方法及装置， 能够解决现有技术中在需要应用前一 帧图像数据信息进行视频处 理时，如运动估计与运动补偿中，前一帧的数据信息通常只能从前 一帧固定的码流块中经解压得到重建质量不尽相同的数据块，而这 对运动的估计精度会有较大的影响，甚至会出现错误的问题。
在本发明的实施例中，提供了一种视频图像数据压缩方法，包
4舌以下步骤
对视频图像数据进行分块；
采用压缩算法对视频图像数据的当前块进行压缩，得到码流
块；
采用与压缩算法对应的解码算法对码流块进行解码，得到当前 块的重建数据；
计算重建数据相对于当前块的压缩前数据的失真值，并将反映 上述失真值的失真标志位存储到码流块中。
优选地，在上述—见频图像数据压缩方法中，压缩算法为以下任 一种压缩算法BTC算法、JPEG压缩编码算法，基于小波变换的 一维或二维分块压缩算法、标量量化算法、矢量量化算法和网格编 码量化算法。
优选地，在上述^L频图像数据压缩方法中，计算重建#:据相对 于当前块的压缩前数据的失真程度具体包括计算重建数据与当前块的压缩前数据的误差或相关系数；
将误差或相关系数与设定的门限值进行比较，得到当前块的压 缩数据的失真程度，并用有限个比特位来表示上述失真程度。
优选地，在上述视频图像数据压缩方法中，误差为最大误差或 平均误差或均方误差。
在本发明的实施例中，还提供了 一种视频图像数据解压缩方 法，包4舌以下步骤
>^人码流块中获取反映码流块压缩损失的失真标志位；
如果失真标志位为差，在运动估计时，利用当前块的相邻块的 运动矢量插值估计得到当前块的运动矢量。
优选地，在上述—见频图4象凄《据解压缩方法中，还包括以下步骤
如果失真标志位为好，利用码流块恢复当前块的视频图像数 据，在运动估计时，利用当前块的当前帧数据与对应的具有较高质 量的解压块凄t据通过块匹配运动估计得到当前块的运动矢量。
在本发明的实施例中，还提供了 一种视频图像数据压缩装置， 包括
编码模块，用于对视频图像数据进行分块，并对视频图像数据 的当前块进行压缩，得到码流块；
解码模块，用于对码流块进行解码，得到当前块的重建数据；评估模块，用于计算重建数据相对于当前块的压缩前数据的失 真程度，并将反映失真程度的失真标志位存储到码流块中。
在本发明的实施例中，还提供了 一种视频图像数据解压缩装
置，包括
解析模块，用于从码流块中获取反映码流块压缩损失的失真标 志位；
重建模块，用于如果失真标志位为差，在运动估计时，利用当 前块的相邻块的运动矢量插^IL估计得到当前块的运动矢量。
优选地，在上述视频图像数据解压缩装置中，还包括
解压缩装置，用于当失真标志位为好时，利用所述码流块恢复 所述当前块的视频图像数据，在运动估计时，利用当前块的当前帧 凄t据与对应的具有较高质量的解压块凄t据通过块匹配运动估计得 到当前块的运动矢量。
在上述实施例中，通过在对视频图像数据进行压缩后，即对压 缩后的码流块进行解码，计算解码后的重建数据相对于压缩前数据 的失真程度，并将反映失真程度的失真标志位存储在码流块中，使 得在解压缩端进行视频图像数据处理时，可以根据存储在码流块中 的失真值对码流块的压缩质量做出判断，从而调整后续的视频处理 算法例如在运动估计与运动补偿中，当前块的压缩质量标志位为差 时，可以才艮据其邻近块的运动矢量通过插值估计得到，乂人而可以得 到当前块较为准确的运动矢量，克服了现有技术中在需要应用前一 帧图像数据信息的进行—见频处理时，如运动估计与运动补偿中，前 一帧的数据信息通常只能从前一帧固定的码流块中经解压得到重建质量不尽相同的数据块，而这对运动的估计精度会有较大的影 响，甚至会出现错误的问题。
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申 请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并
不构成对本发明的不当限定。在附图中
图1示出了根据本发明一个实施例的^L频图傳4史据压缩方法流 程图2示出了根据本发明一个实施例的视频图像数据解压缩方法 流程图
图3示出了根据本发明一个实施例的视频图像数据压缩装置模 块图4示出了根据本发明一个实施例的视频图像数据解压缩装置 模块图5示出了根据本发明一个实施例的利用前后两帧数据运用块 匹配算法进4亍运动矢量估计的^更件示意图。
具体实施例方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细i兌明本发明。
图1示出了根据本发明一个实施例的视频图像数据压缩方法流 禾呈图，包4舌以下步骤S102，对视频图像数据进行分块；
S104,采用压缩算法对视频图像数据的当前块进行压缩，得到 码流块；
S106,采用与压缩算法对应的解码算法对码流块进行解码，得 到当前块的重建数据；
S108,计算重建数据相对于当前块的压缩前数据的失真程度， 并将反映失真程度的失真标志位存储到码流块中。
在本实施例中，通过在对:枧频图傳_数据进4亍压缩后，立即对压 缩后的码流块进4于解码，计算解码后的重建数据相对于压缩前数据 的失真程度，并将反映失真程度的失真标志位存储在码流块中，使 得在解压缩端进行-现频图像^:据处理时，可以才艮据存储在码流块中 的失真标志位对后续的视频处理算法进行调整，例如在运动估计与 运动补偿中，当前块的压缩质量标志位为差时，可以根据其邻近块 的运动矢量通过插值估计得到，从而可以得到当前块较为准确的运 动矢量，克服了现有技术中在运动估计与运动补偿时，前一帧的数 据信息通常只能从前 一 帧固定的码流块中经解压得到重建质量不 尽相同的数据块，而对运动的估计精度会有较大的影响，甚至会出 现4普误问题。
优选地，在上述^见频图傳4t据压缩方法中，压缩算法是BTC 算法、JPEG压缩编码算法，基于小波变换的一维或二维分块压缩 算法、标量量化算法、矢量量化算法和网格编码量化算法。
优选地，在上述4见频图像数据压缩方法中，计算重建凄t据相对 于当前块的压缩前数据的失真值具体包括计算重建数据与当前块的压缩前数据的误差或相关系数；
将误差或相关系数与设定的门限值进行比较，得到当前块的压 缩数据的失真值。
优选地，在上述视频图像数据压缩方法中，误差为最大误差或 平均误差或均方误差。
最大误差的公式为M^^ = Mdc{|Z,-Z,'|};
平均误差的公式为 8
兀—兀
均方误差的7>式为
其中X,为压缩前图像数据，《'为压缩后重建的图像数据。
通过判定最大误差Max&'as或平均误差或均方误差 MS^是否大于门限值，来判断块内数据压缩的质量，如果用lbit来 表示，就只能表示好与坏
采用最大误差的压缩质量评估公式
f 1' 61 Max历as < r/^eWoW—max 6z'os
Ll'60z/MaxB/oy 2 7Tzmy/ o/t/ — max Z>/as.
采用平均误差的压缩质量评估公式采用均方误差的压缩质量评估公式:
最大误差M^说'^，平均误差M^"A'oy，均方误差MM不能全 面反映压缩解压缩对图像块信息量的损失程度。如对紋理细节图 像，在平均亮度上虽有损失，用MSE评价很差，但有时视觉上却 又是看不出差异，相反有时MSE很高，但图像块的紋理细节被模 糊，；现觉上却能发觉4交大的偏差。所以用Mox所os, MS^ 衡量压缩失真不是十分的全面。这时可以采用相关系数7来4軒量 压缩解压缩图像块数据与原始图像块数据的相关系数^可定义为
、i(义,—？)2i:w—》)2
如果，解压缩图像块数据与原始图像块数据越相关，则相关系 数越接近于i。对于无损压缩，则对应压缩解压缩图像数据块完全
相同，才目关系凌t为i.o。
用相关系数来衡量压缩失真，压缩性能的好坏就用相关系数与
门限值比较，即
1' Z 0 ;k ^ 772r励o W — co/r总体而言，MaxBz'as， Mm"^'w, M化反映的是图傳^t据块经
压缩解压后低频分量的损失，而相关系数^反映的是图像数据块经 压缩解压后高频分量的损失，应用中可以根据具体要求或选择反映 低频损失的^^w， M續Aos， M犯，或反映高频损失的相关系 数7，或者二者全部，并用l-2bit来表示当前数据块的压缩解压缩 的失真情况，并加入石马流块中。
图2示出了根据本发明一个实施例的视频图像数据解压缩方法 流禾呈图，包4舌以下步骤
S202,从码流块中获取反映码流块压缩损失的失真标志位；
S204，如果失真标志^f立为差，在运动估计时，利用当前块的相 邻块的运动矢量插值估计得到当前块的运动矢量。
在本实施例中，首先从码流块中得到反映当前块压缩损失的失 真标志位，并将此标志位作为当前数据块压缩失真的整体判定，进 而决定对该块解压缩数据的利用，如果失真标志位为差，在运动估 计时，利用当前块的相邻块的运动矢量插值估计出当前块的运动矢量。
仿H口，在运用块匹配算法(Block Matching Algorithm, BMA ) 进行运动矢量提取时，若压缩分块与块匹配算法的采用相同的分 块，且前一巾贞某解压块的压缩失真标志位为差时，则在通过计算 SAD (Sum of Absolute difference)选取具有最小SAD的运动矢量 是不可信的，可以干脆根据运动的连续性用附近块可靠的运动矢量 来插值估计出当前块的运动矢量；这才羊就可以避免压缩失真从而造 成4晉误的运动矢量匹配。才艮据块匹配算法原理，通过计算SAD来
寻找具有最小SAD的运动矢量[&，~]、口下式所示Ax， A力=丄3 /(x, 乂 A:) - /(x+Axj + ,A; +1) |
[Ax, A;/f = arg min5^iX&,Av)
这里，/"M)为前帧图像数据，/("Ax，"4M+i)为产生运动偏
移[Ax，后的当前帧图像数据，其中分块『的尺寸为m^"。
以上失真判定指标只是以2*4分块的BTC压缩为例iJt明压缩 反馈，对于其他分块尺寸，以及其它的压缩算法如基于去相关的压 缩，如DCT域，小波域的压缩稍加修改也同样适用。
优选地，在上述一见频图像数据解压缩方法中，还包括以下步骤
当失真标志位为好时，利用码流块恢复当前块的视频图像数 据，在运动估计时，利用当前块的当前帧数据与对应的具有较高质 量的解压块数据通过块匹配运动估计得到当前块的运动矢量。
图3示出了根据本发明一个实施例的视频图像数据压缩装置模 块图，包括
编码模块110，用于对-f见频图像数据进行分块，并对视频图像 数据的当前块进行压缩，得到码流块；
解码模块120，用于对码流块进行解码，得到当前块的重建数
据；
评估才莫块130,用于计算重建数据相对于当前块的压缩前数据 的失真程度，并将反映失真程度的失真标志位存储到码流块中。图4示出了根据本发明 一个实施例的视频图像数据解压缩装置 模块图，包括
解析模块210，用于从码流块中获取反映码流块压缩失真程度 的失真标志位；
重建模块220，用于如果失真标志位为差，在运动估计时，利 用当前块的相邻块的运动矢量插值估计得到当前块的运动矢量。
在本实施例中，通过获取码流块中的失真标志位，得到前一帧 中每一块数据的压缩质量信息，在应用中就可以^^艮据其实时地调整 其后续的视频处理算法，比如在运动估计时，如果失真较小可以直 4妻利用该解压块数据进4于运动估计，否则利用邻近块的运动矢量通 过插值估计得到当前块的运动矢量。
图5示出了才艮据本发明一个实施例的利用前后两帧凄i:据运用块 匹配算法进行运动矢量估计的硬件示意图，其中前一帧图像数据采 用带反馈压缩，且压缩分块大小与块匹配算法分块大小相同。如果 前一帧对应块压缩失真标志位为差，则选择附近块可靠的运动运动 矢量通过插值估计得到当前块的运动矢量，反之采用块匹配的运动 矢量。
优选地，在上述视频图像数据解压缩装置中，还包括
解压缩装置，用于当失真标志位为好时，利用码流块恢复当前 块的^L频图像数据，在运动估计时，利用当前块的当前帧凄t据与对 应的具有较高质量的解压块^t据通过块匹配运动估计得到当前块 的运动矢量。在本发明的上述实施例中，考虑到压缩算法对同 一 图像内不同 数据块的压缩质量不同，在编码压缩过程中采用了反馈环节。其具 体思路就是在编码端，当对某一块数据完成编码压缩后，然后接着
对该码流块进行解码，计算压缩失真，用l-2bit来量化所采用的压 缩算法对当前数据块的失真程度，并将其加到对应的码流块中。在 解码端，在对码流块进行解压缩的同时，也得到该数据块有损压缩 的失真程度，然后根据其调整后续的视频处理算法。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或 各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算 装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们 可以用计算装置可扭j亍的程序代码来实现，从而，可以将它们存储
在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成 电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模 块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述 <又为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发 明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何4奮改、等同替换、改进 等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种视频图像数据压缩方法，其特征在于，包括以下步骤对所述视频图像数据进行分块；采用压缩算法对所述视频图像数据的当前块进行压缩，得到码流块；采用与所述压缩算法对应的解码算法对所述码流块进行解码，得到所述当前块的重建数据；计算所述重建数据相对于压缩前所述当前块的数据的失真程度，并将反映所述失真程度的失真标志位存储到所述码流块中。
2. 根据权利要求1所述的视频图像数据压缩方法，其特征在于， 所述压缩算法为以下4壬一种压缩算法BTC算法、JPEG压缩 编码算法，基于小波变换的一维或二维分块压缩算法、标量量 化算法、矢量量化算法和网格编码量化算法。
3. 根据权利要求1所述的视频图像数据压缩方法，其特征在于， 计算所述重建数据相对于所述当前块的压缩前数据的失真程 度具体包括计算所述重建数据与所述当前块的压缩前数据的误差或 相关系凄t;将所述误差或所述相关系数与设定的门限值进行比较， 得到所述当前块的压缩数据的失真程度，并用有限个比特位来 表示所述失真程度。
4. 根据权利要求3所述的视频图像数据压缩方法，其特征在于， 所述误差为最大误差或平均误差或均方误差。
5. —种^L频图^f象数据解压缩方法，其特征在于，包括以下步骤从码流块中获取反映所述码流块压缩损失的失真标志位；如果所述失真标志位为差，在运动估计时，利用当前块 的相邻块的运动矢量插值估计得到所述当前块的运动矢量。
6. 根据权利要求5所述的视频图像数据解压缩方法，其特征在 于，还包4舌以下步艰《如果所述失真标志位为好，利用所述码流块恢复所述当 前块的—见频图^象凄t据，在运动估计时，利用所述当前块的当前 帧凄欠据与对应的具有4交高质量的解压块#:据通过块匹配运动 估计得到所述当前块的运动矢量。
7. —种视频图像数据压缩装置，其特征在于，包括编码模块，用于对所述视频图像数据进行分块，并对所 述视频图像数据的当前块进行压缩，得到码流块；解码模块，用于对所述码流块进行解码，得到所述当前 块的重建^t据；评估模块，用于计算所述重建数据相对于所述当前块的 压缩前数据的失真程度，并将反映所述失真程度的失真标志位 存储到所述码流块中。
8. —种视频图像数据解压缩装置，其特征在于，包括解析才莫块，用于从码流块中获取反映所述码流块压缩失 真程度的失真标志位；重建模块，用于如果所述失真标志位为差，在运动估计 时，利用当前块的相邻块的运动矢量插值估计得到所述当前块 的运动矢量。
9. 根据权利要求8所述的视频图像数据解压缩装置，其特征在 于，还包括解压缩才莫块，用于当所述失真标志位为好时，利用所述 码流块恢复所述当前块的一见频图^象数据，在运动估计时，利用 所述当前块的当前帧数据与对应的具有较高质量的解压块数 据通过块匹配运动估计得到所述当前块的运动矢量。
全文摘要
本发明提供了一种视频图像数据压缩方法，包括以下步骤对视频图像数据进行分块；采用压缩算法对视频图像数据的当前块进行压缩，得到码流块；采用与压缩算法对应的解码算法对码流块进行解码，得到当前块的重建数据；计算重建数据相对于压缩前当前块数据的失真程度，并将将反映失真程度的失真标志位存储到码流块中。本发明克服了现有技术中在需要应用前一帧图像数据信息进行视频处理时，如运动估计与运动补偿中，前一帧的数据信息通常只能从前一帧固定的码流块中经解压得到重建质量不尽相同的数据块，而这对运动的估计精度会有较大的影响，甚至会出现错误的问题。
文档编号H04N7/30GK101588498SQ200910087539
公开日2009年11月25日 申请日期2009年6月23日 优先权日2009年6月23日
发明者张文超 申请人:硅谷数模半导体(北京)有限公司