带宽压缩中基于宏块分割的预测方法与流程

本发明属于图像压缩领域，具体涉及一种带宽压缩中基于宏块分割的预测方法。

背景技术：

随着人们对视频质量需求的逐渐增加，视频的图像分辨率作为视频质量的重要特性之一，已经从720p和1080p过渡到目前市场主流的4k视频分辨率，对应的视频压缩标准也从h.264过渡到h.265。对于视频处理芯片，分辨率的成倍数增加，不但会造成芯片面积成本的大幅度增加，而且也会对总线带宽和功耗带来很大的冲击。视频编码压缩的基本原理是，利用空域、时域和码字之间的相关性，尽可能去除冗余。目前流行的做法是采用基于块的混合视频编码框架，通过预测、变换、量化、熵编码等步骤来实现视频编码压缩。预测作为一个重要的模块，通寻找图像数据的相关性，减少图像空间冗余度，最终使图像数据的理论熵达到最小。

现有预测方法主要采用纹理特征分析的方式进行预测，对于复杂纹理图像，其预测效果及预测效率较差，不能很好的降低理论极限熵。

技术实现要素：

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种预测效果好、效率高的带宽压缩中基于宏块分割的预测方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种带宽压缩中基于宏块分割的预测方法，包括以下步骤：

将待预测宏块按照不同分割方式进行分割；

分别计算不同所述分割方式下所述待预测宏块对应的预测残差；

分别计算不同所述分割方式下所述待预测宏块对应的比特数；

根据所述预测残差以及所述比特数计算不同所述分割方式对应的加权值；

选取所述加权值最小时对应的所述分割方式作为预测分割方式；

输出所述预测分割方式以及对应的所述预测残差。

在本发明的一个实施例中，将待预测宏块按照不同分割方式进行分割包括：

将所述待预测宏块按照水平分割方式进行分割，分割为第一宏块以及第二宏块；

将所述待预测宏块按照垂直分割方式进行分割，分割为第三宏块以及第四宏块；

将所述待预测宏块按照不分割方式进行分割。

在本发明的一个实施例中，分别计算不同所述分割方式下所述待预测宏块对应的不同预测残差包括：

计算所述水平分割方式下所述待预测宏块的第一预测残差；

计算所述垂直分割方式下所述待预测宏块的第二预测残差；

计算所述不分割方式下所述待预测宏块的第三预测残差。

在本发明的一个实施例中，分别计算不同分割方式下所述待预测宏块对应的不同比特数包括：

计算所述水平分割方式下所述待预测宏块的第一比特数；

计算所述垂直分割方式下所述待预测宏块的第二比特数；

计算所述不分割方式下所述待预测宏块的第三比特数。

在本发明的一个实施例中，计算所述水平分割方式下所述待预测宏块的第一比特数包括：

计算所述第一宏块中像素分量最大值与所述第一宏块中像素分量最小值的第一差值；

得到表示所述第一差值的第一最少比特数；

计算所述第二宏块中像素分量最大值与所述第二宏块中像素分量最小值的第二差值；

得到表示所述第二差值的第二最少比特数；

根据所述第一最少比特数、所述第二最少比特数以及所述待预测宏块的原始数据比特深度得到所述第一比特数。

在本发明的一个实施例中，所述第一比特数满足：

mbit1＝n1*bit_min1+n2*bit_min2+2*bitdepth，

其中，mbit1为所述第一比特数，bit_min1为所述第一最少比特数，bit_min2为所述第二最少比特数，bitdepth为所述待预测宏块的原始数据比特深度，n1为所述第一宏块中像素分量数量，n2为所述第二宏块中像素分量数量。

在本发明的一个实施例中，计算所述垂直分割方式下所述待预测宏块的第二比特数包括：

计算所述第三宏块中像素分量最大值与所述第三宏块中像素分量最小值的第三差值；

得到表示所述第三差值的第三最少比特数；

计算所述第四宏块中像素分量最大值与所述第四宏块中像素分量最小值的第四差值；

得到表示所述第四差值的第四最少比特数；

根据所述第三最少比特数、第四最少比特数以及所述待预测宏块的原始数据比特深度得到所述第二比特数。

在本发明的一个实施例中，所述第二比特数满足：

mbit2＝n3*bit_min3+n4*bit_min4+2*bitdeth，

其中，mbit2为所述第二比特数，bit_min3为所述第三最少比特数，bit_min4为所述第四最少比特数，bitdepth为所述待预测宏块的原始数据比特深度，n3为所述第三宏块中像素分量数量，n4为所述第四宏块中像素分量数量。

在本发明的一个实施例中，计算所述不分割方式下所述待预测宏块的第三比特数包括：

计算所述待预测宏块中像素分量最大值与所述待预测宏块中像素分量最小值之间的第五差值；

得到表示所述第五差值的第五最少比特数；

根据所述第五最少比特数以及所述待预测宏块的原始数据比特深度得到所述第三比特数。

在本发明的一个实施例中，根据所述预测残差以及所述比特数计算所述不同分割方式对应的加权值包括：

根据所述第一预测残差、所述第二预测残差以及所述第三预测残差分别得到所述待预测宏块的第一重建值、第二重建值以及第三重建值；

分别得到所述第一重建值与所述待预测宏块原始值的第一重建差值，所述第二重建值与所述待预测宏块原始值的第二重建差值以及所述第三重建值与所述待预测宏块原始值的第三重建差值；

将所述第一重建差值以及所述第一比特数进行加权得到水平分割方式下所述待预测宏块的第一加权值；

将所述第二重建差值以及所述第二比特数进行加权得到垂直分割方式下所述待预测宏块的第二加权值；

将所述第三重建差值以及所述第三比特数进行加权得到不分割方式下所述待预测宏块的第三加权值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的带宽压缩中基于宏块分割的预测方法通过当前宏块像素值间的相关性进行预测，利用本发明的算法对比水平划分、垂直划分、不划分三种情况的压缩数据量，选择对应最优的划分方式进行残差预测，以使初始的宏块和预测的宏块之间的差异最小而提高压缩效率并提高主观图片质量，对于复杂纹理图像处理时，预测效果好、处理效率高，且能够降低理论极限熵。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种带宽压缩中基于宏块分割的预测方法流程图；

图2a～图2c为发明实施例提供的不同分割方式示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例一

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种带宽压缩中基于宏块分割的预测方法流程图包括以下步骤：

步骤1、将待预测宏块按照不同分割方式进行分割；

步骤2、分别计算不同所述分割方式下所述待预测宏块对应的不同预测残差；

步骤3、分别计算不同所述分割方式下所述待预测宏块对应的不同比特数；

步骤4、根据所述不同预测残差以及所述不同比特数计算不同所述分割方式对应的加权值；

步骤5、选取所述加权值最小时对应的所述分割方式作为预测分割方式；

步骤6、输出所述预测分割方式以及对应的所述预测残差。

其中，对于步骤1可以包括：

步骤11、将所述待预测宏块按照水平分割方式进行分割，分割为第一宏块以及第二宏块；

步骤12、将所述待预测宏块按照垂直分割方式进行分割，分割为第三宏块以及第四宏块；

步骤13、将所述待预测宏块按照不分割方式进行分割。

其中，对于步骤2可以包括：

步骤21、计算所述水平分割方式下所述待预测宏块的第一预测残差；

步骤22、计算所述垂直分割方式下所述待预测宏块的第二预测残差；

步骤23、计算所述不分割方式下所述待预测宏块的第三预测残差。

其中，对于步骤3可以包括：

步骤31、计算所述水平分割方式下所述待预测宏块的第一比特数；

步骤32、计算所述垂直分割方式下所述待预测宏块的第二比特数；

步骤33、计算所述不分割方式下所述待预测宏块的第三比特数。

其中，对于步骤31可以包括：

步骤311、计算所述第一宏块中像素分量最大值与所述第一宏块中像素分量最小值的第一差值，得到表示所述第一差值的第一最少比特数；

步骤312、计算所述第二宏块中像素分量最大值与所述第二宏块中像素分量最小值的第二差值，得到表示所述第二差值的第二最少比特数；

步骤313、根据所述第一最少比特数、所述第二最少比特数以及所述待预测宏块的原始数据比特深度得到所述第一比特数。

其中，对于步骤31中所述第一比特数满足：

mbit1＝n1*bit_min1+n2*bit_min2+2*bitdepth，

其中，mbit1为所述第一比特数，bit_min1为所述第一最少比特数，bit_min2为所述第二最少比特数，bitdepth为所述待预测宏块的原始数据比特深度，n1为所述第一宏块中像素分量数量，n2为所述第二宏块中像素分量数量。

其中，对于步骤32可以包括：

步骤321、计算所述第三宏块中像素分量最大值与所述第三宏块中像素分量最小值的第三差值，得到表示所述第三差值的第三最少比特数；

步骤322、计算所述第四宏块中像素分量最大值与所述第四宏块中像素分量最小值的第四差值，得到表示所述第四差值的第四最少比特数；

步骤323、根据所述第三最少比特数、第四最少比特数以及所述待预测宏块的原始数据比特深度得到所述第二比特数。

其中，对于步骤32中所述第二比特数满足：

mbit2＝n3*bit_min3+n4*bit_min4+2*bitdeth，

其中，mbit2为所述第二比特数，bit_min3为所述第三最少比特数，bit_min4为所述第四最少比特数，bitdepth为所述待预测宏块的原始数据比特深度，n3为所述第三宏块中像素分量数量，n4为所述第四宏块中像素分量数量。

其中，对于步骤33可以包括：

步骤331、计算所述待预测宏块中像素分量最大值与所述待预测宏块中像素分量最小值之间的第五差值，得到表示所述第五差值的第五最少比特数；

步骤332、根据所述第五最少比特数以及所述待预测宏块的原始数据比特深度得到所述第三比特数。

其中，对于步骤4可以包括：

步骤41、根据所述第一预测残差、所述第二预测残差以及所述第三预测残差分别得到所述待预测宏块的第一重建值、第二重建值以及第三重建值；

步骤42、分别得到所述第一重建值与所述待预测宏块原始值的第一重建差值，所述第二重建值与所述待预测宏块原始值的第二重建差值以及所述第三重建值与所述待预测宏块原始值的第三重建差值；

步骤43、将所述第一重建差值以及所述第一比特数进行加权得到水平分割方式下所述待预测宏块的第一加权值；

步骤44、将所述第二重建差值以及所述第二比特数进行加权得到垂直分割方式下所述待预测宏块的第二加权值；

步骤45、将所述第三重建差值以及所述第三比特数进行加权得到不分割方式下所述待预测宏块的第三加权值。

本实施例提供的带宽压缩中基于宏块分割的预测方法通过对当前待预测宏块进行水平分割、垂直分割、不分割三种分割方式，分别计算三种分割方式下的比特数以及预测残差并进行加权，选出最佳的分割方式以达到平衡压缩率以及传输比特数的效果，对于复杂纹理图像处理时，预测效果好、处理效率高，且能够降低理论极限熵。

实施例二

请参见图2a～图2c，图2a～图2c为发明实施例提供的不同分割方式示意图，本实施例在上述实施例的基础上，对带宽压缩中基于宏块分割的预测方法进行详细介绍。

视频通常可以包括一系列图片，每个图片被分成或划分成预定区域，如帧或宏块。当视频的区域被划分成宏块时，根据编码方法，划分宏块可以被分类成帧内宏块或帧间宏块。帧内宏块是指通过帧内预测编码方法编码的宏块。帧内预测编码方法通过使用其中执行当前编码的当前图片中的之前经受编码和解码的重构块的像素，预测当前块的像素，以产生预测的宏块，然后编码预测的宏块的像素和当前宏块的像素之间的差值。

在本发明实施例中，所述编码对象可以为一个64×64规格的图像宏块，也可以为一个16×16规格图像宏块，更或者是具有更小或更大尺寸规格的图像宏块。

如图2a～图2c所示，将待预测宏块按照不同分割方式进行分割，具体地，将所述待预测宏块按照水平分割方式进行分割，分割为上宏块(第一宏块)以及下宏块(第二宏块)；将所述待预测宏块按照垂直分割方式进行分割，分割为左宏块(第三宏块)以及右宏块(第四宏块)；将所述待预测宏块按照不分割方式进行分割。

分别计算不同分割方式下所述待预测宏块对应的不同预测残差。具体地，对于水平分割方式，将上宏块中所有的像素分量，减去上宏块像素分量的最小值，得到上宏块的所有像素分量的预测残差；下宏块同理计算，将下宏块中所有的像素分量，减去下宏块像素分量的最小值，得到下宏块的所有像素分量的预测残差，最终得到该待预测宏块的所有像素分量的第一预测残差；对于垂直分割方式，将左宏块中所有的像素分量，减去左宏块像素分量的最小值，得到左宏块的所有像素分量的预测残差；右宏块同理计算，将右宏块中所有的像素分量，减去右宏块像素分量的最小值，得到右宏块的所有像素分量的预测残差，最终得到该待预测宏块的所有像素分量的第二预测残差；对于不分割方式，将该待预测宏块中的像素分量，减去该待预测宏块中的像素分量的最小值，最终得到该待预测宏块的所有像素分量的第三预测残差。

分别计算不同分割方式下所述待预测宏块对应的不同比特数。具体地，对于水平分割方式，计算所述上宏块中像素分量最大值与所述上宏块中像素分量最小值的第一差值，得到表示所述第一差值的第一最少比特数，计算所述下宏块中像素分量最大值与所述下宏块中像素分量最小值的第二差值，得到表示所述第二差值的第二最少比特数，根据所述第一最少比特数、所述第二最少比特数以及所述待预测宏块的原始数据比特深度得到所述第一比特数，所述第一比特数满足如下公式：

mbit1＝n1*bit_min1+n2*bit_min2+2*bitdepth

其中，mbit1为所述第一比特数，bit_min1为所述第一最少比特数，n*bit_min2为所述第二最少比特数，bitdepth为所述待预测宏块的原始数据比特深度，n1为所述上宏块中像素分量数量，n2为所述下宏块中像素分量数量。

对于垂直分割方式，计算所述左宏块中像素分量最大值与所述左宏块中像素分量最小值的第三差值，得到表示所述第三差值的第三最少比特数，计算所述右宏块中像素分量最大值与所述右宏块中像素分量最小值的第四差值，得到表示所述第四差值的第四最少比特数，根据所述第三最少比特数、第四最少比特数以及所述待预测宏块的原始数据比特深度得到所述第二比特数，所述第二比特数满足：

mbit2＝n3*bit_min3+n4*bit_min4+2*bitdeth

其中，mbit2为所述第二比特数，bit_min3为所述第三最少比特数，bit_min4为所述第四最少比特数，bitdepth为所述待预测宏块的原始数据比特深度，n3为所述左宏块中像素分量数量，n4为所述右宏块中像素分量数量。

对于不分割方式，计算所述待预测宏块中像素分量最大值与所述待预测宏块中像素分量最小值之间的第五差值，得到表示所述第五差值的第五最少比特数，根据所述第五最少比特数以及所述待预测宏块的原始数据比特深度得到所述第三比特数，所述第三比特数满足：

mbit3＝m*bit_min5+2*bitdeth

其中，mbit3为所述第三比特数，bit_min5为所述第五最少比特数，bitdepth为所述待预测宏块的原始数据比特深度，m为所述待预测宏块中像素分量数量。

根据所述不同预测残差以及所述不同比特数选取分割方式，具体地，对于水平分割方式，根据所述第一预测残差得到所述待预测宏块的第一重建值，将所述第一重建值与所述待预测宏块原始值求差的绝对值得到第一重建差值，将所述第一重建差值以

及所述第一比特数进行加权得到水平分割方式下待预测宏块的第一加权值，其中，所述第一加权值满足如下公式：

rdo1＝a*mbit1+b*res1

其中，rdo1为所述第一加权值，mbit1为所述第一比特数，res1为所述第一重建差值，a和b为加权系数。

a和b的取值可以是预先设定的固定值，进一步地，a+b＝1，优选地，a可以选取为0.5，b可以选取为0.5，a和b也可以灵活调整大小。

其中，重建像素分量指已压缩图像解压重建得到的像素分量，重建像素分量的像素值通常称为重建值。进一步地，根据预测残差可以得到重建像素分量，即将参考值(每个宏块像素分量的最小值)加上预测残差可以得到重建值。

对于垂直分割方式，根据所述第二预测残差得到所述待预测宏块的第二重建值，将所述第二重建值与所述待预测宏块原始值求差的绝对值得到第二重建差值，将所述第二重建差值以及所述第二比特数进行加权得到垂直分割方式下待预测宏块的第二加权值，其中，所述第二加权值满足如下公式：

rdo2＝a*mbit2+b*res2

其中，rdo2为所述第二加权值，mbit2为所述第二比特数，res2为所述第二重建差值，a和b为加权系数。

a和b的取值可以是预先设定的固定值，进一步地，a+b＝1，优选地，a可以选取为0.5，b可以选取为0.5，a和b也可以灵活调整大小。

对于不分割方式，根据所述第三预测残差得到所述待预测宏块的第三重建值，将所述第三重建值与所述待预测宏块原始值求差的绝对值得到第三重建差值，将所述第三重建差值以及所述第三比特数进行加权得到不分割方式下待预测宏块的第三加权值，其中，所述第三加权值满足如下公式；

rdo3＝a*mbit3+b*res3

其中，rdo3为所述第三加权值，mbit3为所述第三比特数，res3为所述第三重建差值，a和b为加权系数。

a和b的取值可以是预先设定的固定值，进一步地，a+b＝1，优选地，a可以选取为0.5，b可以选取为0.5，a和b也可以灵活调整大小。

选取所述第一加权值、第二加权值以及第三加权值中的最小值对应的分割方式为最终的分割方式。

输出所述待预测宏块的分割方式、该分割方式下所有的预测残差以及该分割方式下所有像素分量最小值对应的原始像素值。

本实施例提供的带宽压缩中基于宏块分割的预测方法通过当前区域像素值间的相关性进行预测，利用本发明的算法对比水平分割、垂直分割、不分割三种情况的压缩数据量，选择对应最优的分割方式进行残差预测，以使初始的宏块块和预测的宏块之间的差异最小而提高压缩效率并提高主观图片质量，对于复杂纹理图像处理时，预测效果好、处理效率高，且能够降低理论极限熵。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。