专利名称：：一种视频压缩方法
技术领域：
：本发明涉及视频处理方法，更具体地说，涉及一种视频压縮方法。
背景技术：
：消除图像序列中的时间冗余，是视频压縮算法的主要任务。时间冗余是指视频序列的不同图像之间存在的相关性。视频序列各个图像之间，一般都存在较强的相关性。因此，在视频编码和通信中，不需要将每一帧的所有像素信息都传送到解码器；多数情况下，只需传送帧间的变化信息，解码器会根据已经解码的图像和帧间的变化信息，正确地解出当前帧。可见，消除时间冗余的关键，是确定帧间哪些信息没有变化、不需传送。判断帧间信息变化与否的基本思路是相邻帧在同一位置上的像素值是否非常接近。下面举例说明设f。、^是相邻的两帧，f。帧已经编码，则在编码^帧时，先检查^相对于f。的变化情况。记^在n二(ni，n2)像素位置处的强度为fjn)，f。在n处的强度为f。(n)，二者的差定义为FD(FrameDifference:帧差)FD=f!(n)-fo(n)(1.1)如果FD"0，就认为^(n)与f。(n)没有差别，不需要再对^(n)进行编码。但是，在实际应用中，解码器端只能获得f。经过"编码解码"后的结果f。'。由于编码过程的量化步骤是有损的，使得f。'(n)和f。(n)之间存在一定的差别，记为QD(QuantizedDifference:量化差)QD=f。，(n)—f。(n)(1.2)为了防止误差积累，编、解码双方必须采用f。'作为检查&是否变化的依据。此时，称f。'为4的参考帧。可见，参考帧是指经过了"编码解码"过程的视频图像。编、解码器必须保有相同的参考帧，用以对后继的图像进行一致的预测操作。记f\与f。'在n处的强度差为DD(DecisionDifference:判决差)，有DD=fi(n)-f。，(n)(1.3)将式(1.1)、(1.2)代入式(1.3)，得到:DD=FD-QD(1.4)式(1.4)说明编码器的判断依据是如果DD"0，就不需对^(n)进行编码。但是，QD总是随着量化步长的增大而增大，导致DD在"应该"为0的时候，却没有为0。问题就在这里假设fjn)和f。(n)没有差别，即FD"O，那么理论上本不需对fjn)编码；但是由于量化的存在，使得DD=-QD并不接近O，编码器实际上还是会对fJn)进行编码。这样一来，既增加了码率开销，又对改善解码图像的质量没有任何帮助。
发明内容本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述码率开销大、对改善解码图像的质量没有帮助的缺陷，提供一种码率开销小的视频压縮方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种视频压縮方法，包括下列步骤A.将不同视频帧中变化小于或等于预定阈值的场景定义为背景，而将变化大于预定阈值的场景则定义为前景；或者，将不同视频帧中变化小于预定阈值的场景定义为背景，而将变化大于或等于预定阈值的场景定义为前景；B.利用H.264或AVS视频压縮标准的多参考帧机制，对背景和前景采用不同的参考帧进行编解码对背景用高质量参考帧进行编解码，对前景用普通参考帧进行编解码。在本发明所述的视频压縮方法中，所述步骤B中，包括下列步骤Bl.用编码器确定参考帧类型长期参考帧或短期参考帧；B2.同步解码操作将确定后的参考帧类型通知给解码器，使解码器重建参考帧列表0;B3.编码器通过针对高质量参考帧和低质量参考帧发送不同的自适应内存控制命令来同步解码器的操作；B4.结束。在本发明所述的视频压縮方法中，所述步骤B3中，所述发送不同的自适应内存控制命令如下对于I帧如果是短期参考帧，将long_term_reference_flag标志的值置为0;如果是长期参考帧，将long_term_refercnce_flag标志的值置为1;对于P帧如果是短期参考帧，将adaptive_ref_pic_marking_mode_flag标志的值置为0;如果是长期参考帧，将ackptive_ref_pic_marking_mode_flag标志的值置为1。在本发明所述的视频压縮方法中，对于P帧，将ackptive_ref_pic_marking_mode—flag标志的值置为1后，还包括进行以下步骤①发送memory—management—control—operation标志的值6;②发送long_term_frame_idx的值0;③发送0，通知角牟码器memory—management—control—operation结束。在本发明所述的视频压縮方法中，所述短期参考帧预测其后面的5帧视频帧，所述长期参考帧预测后继的5帧以上的多帧视频帧。实施本发明的视频压縮方法，具有以下有益效果本方法特别适合于摄像机位置不变的视频应用，在摄像机位置不变的视频应用，图像内容的大部分属于背景，只有很小一部分属于前景。虽然背景帧是高质量帧，码流比普通帧大，但由于它主要被用作静止场景的参考帧，在一个较长的周期内只要编码一个背景帧，就可以令多个被预测帧的背景残差码率减少。因此，从总体上看，前景背景分离的压縮方法，非但不会因为背景帧的高质量导致整个视频流的码率增大，反而可以通过合理的调节，达到减小码率，或者在同等目标码率情况下，用本方法得到的图像质量更高；而且，由于只需对现有的编码器作相应的调整，对现有的解码器不需做任何修改，就可正确地解码用本方法压縮的视频流，因此本方法还具有易于实现的优点。下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是本发明的视频压縮方法的一个优选实施例的编码过程中参考帧列表O的变化示意图；图2是本发明的视频压縮方法的流程图。具体实施例方式本发明的视频压縮方法的要点是将视频中没有变化的场景定义为背景，而变化的场景则定义为前景，利用H.264或AVS视频压縮标准的多参考帧机制，对背景和前景采用不同的参考帧进行编解码——背景用高质量参考帧，前景用普通参考帧。此处的"质量"一词，是指压縮后的视频图像的保真度。保真度越高，压縮后的图像与原始图像越接近，通俗地讲就是图像具有高质量。举例如下设f。、f7、f8为同一视频流中具有相同背景的三帧图像，f7、f8两帧相邻，f。、f7经过"编码解码"后的结果分别为f。'和f/，其中，f。'量化步长较小，是高质量帧，f/量化步长较大，是普通质量帧。记f8在n=(ni，n2)像素位置处的强度为f8(n)，f。'在n处的强度为f。'(n)，f7，在n处的强度为f/(n)。由式(1.4)可知:f8(n)与f。'(n)的判决差DD8。，与f7，(n)的判决差DD87分别为:DD80=FD80-QD0(2.1)DD87=FD87_QD7(2.2)其中，QD。、QD7分别为f。'和f/的量化差。FD8。、FD87分别为f8(n)与f。'(n)、f7，(n)的帧差。假设n处的图像内容属于三帧的背景，则FD8。二FD87"0，代人式(2.1)、(2.2)，得DD80=-QD0(2.3)DD87=_QD7(2.4)如前所述，f/是普通质量帧，量化步长较大。QD7也较大，因此编码器如果根据式(2.4)来判决的话，仍然会对背景f8(n)进行编码。但是，由于f。'是高质量帧，可以适当地选择其量化步长，使得QD。足够小；此时，由式(2.3)有DD8。"0。编码器据此断定f8(n)为背景，可以不编码。解码器在需要f8(n)的地方，直接以高质量的f。'(n)代替。对于摄像机位置不变的视频应用，在多数情况下，各帧的大部分属于背景，只有很小一部分属于前景。虽然背景是高质量帧，码流比普通帧大，但由于它主要被用作静止场景的参考帧，在一个较长的周期内只要编码一个背景帧，就可以令多个被预测帧的背景残差码率减小。5因此，从总体上看，前景背景分离的压縮方法，非但不会因为背景帧的高质量导致整个视频流的码率增大，反而可以通过合理的调节，达到减小码率、或者在相同的码率下提高图像质量的效果。实现本发明视频压縮方法的关键在于H.264和AVS标准支持多参考帧机制。下面以H.264为例，介绍本方法的具体实施步骤。H.264的参考帧分为2类短期参考帧和长期参考帧。短期参考帧最多只能对其后面的5帧视频帧进行预测，长期参考帧则可以预测后继的5帧以上的多帧视频帧。参考帧的类型由编码器设定，并通过一组自适应内存控制命令(Ad即tivememorycontrolcommands)来同步解码器的参考帧操作。11.264的多参考帧管理机制，使本发明的方法得以非常便利地实现。本方法包括下列步骤A.将不同视频帧中变化小于或等于预定阈值的场景定义为背景，而将变化大于预定阈值的场景定义为前景；或者，将不同视频帧中变化小于预定阈值的场景定义为背景，而将变化大于或等于预定阈值的场景定义为前景；B.利用H.264或AVS视频压縮标准的多参考帧机制，对背景和前景采用不同才参考帧进行编解码对背景用高质量参考帧进行编解码，对前景用普通参考帧进行编解码。下面结合一个单向帧间预测的实例，更详细地说明在H.264编码器中如何实现本方法。参考图1，单向预测的视频流中只包含I帧和P帧，且只使用参考帧列表0(简称list0)。假设使用2个参考帧进行预测编码，视频流为I、Pl、P2、P3.....P120，其中I、P10、P60需要成为长期参考帧，其余图像均为短期参考帧。则编码过程中，含有2个参考帧的list0的变化情况如图1所示。图1中，符号(L)表示对应帧被设定为长期参考帧，(S)表示对应帧为短期参考帧。编完I后，参考帧列表0即list0的index0和indexl分别被置为I(L)和NULL，编完P1后，index0和indexl分别被置为Pl(S)和I(L);编完P2至P9，indexO分别被依次置为P2(S)至P9(S)，indexl均被置为I(L);编完P10，indexO和indexl分别被置为P9(S)和PIO(L);编完Pll至P59，indexO分别被依次置为Pll(S)至P59(S)，indexl均被置为P10(L);编完P60，indexO和indexl分别被置为P59(S)和P60(L)。参考图2，上述步骤B中，包括下列步骤S101:开始。S102:用编码器确定参考帧类型长期参考帧或短期参考帧；S103:同步解码操作将确定后的参考帧类型通知给解码器，使编码器重建参考帧列表O。S104:编码器通过发送不同的自适应内存控制命令来同步解码器的操作，具体如下(l)对于I帧1)如果是短期参考帧，将long_term_reference_flag标志的值置为0;2)如果是长期参考帧，将long_term_reference_flag标志的值置为1。(2)对于P帧:1)如果是短期参考帧，将adaptive_ref_pic_marking_mode_flag标志的值置为0;2)如果是长期参考帧，则将ackptive_ref_pic_marking_mode_flag置1，这意味着后面还有相应的内存管理控制操作(memory_management_control_operation)，因此编码器还须执行以下3个步骤①发送memory—management—control—operation标志的值6;②发送long_term_frame_idx的值0;③发送0，通知角牟码器memory—management—control—operation结束。S105:结束。限于篇幅，此处只能描述实现本发明视频压縮方法的具体步骤，上述各标志都属于自适应内存控制命令，其具体含义在H.264官方标准《RecommendationH.264:Advancedvideocodingforgenericaudiovisimlservices》的8.2.5小节，《已角牟码参考图像标记过禾呈(Decodedreferencepicturemarkingprocess)》一文中有详细的描述，实现者可以自行参考。综上所述，通过将背景设定为长期参考帧，前景设定为短期参考帧，就可以在H.264标准的框架之内实现本发明的视频压縮方法。显然，本领域技术人员应当理解，利用AVS标准所支持的多参考帧机制，采用上述方法也可以实现本发明的视频压縮方法。本发明所述的视频压縮方法特别适合于摄像机位置不变的视频应用，在这类应用中，与其他一遍编码的方案相比较，在同等目标码率情况下，本方法的图像质量更高。在对比实验中，选择业界的主流H.264标准编码器X264来代表传统方法，而本发明所述的视频压縮方法则命名为SWATAW。表1给出了实验结果在不同的码率控制条件下，对典型的背景不变的视频流paris(1065帧)分别用X264和SWATAW进行压縮，从压縮后文件的大小和峰值信噪比(PSNR)两方面的情况不难看出，在图像质量相近时，SWATAW的压縮比更高，例如，码率为20kbps时，用X264和SWATAW压縮得到的文件大小分别为84.9和84.1;码率为80kbps时，用X264和SWATAW压縮得到的文件大小分别为411KB和405KB，可见，SWATAW方法得到的压縮比更高。而在相同的码率下，SWATAW的图像质量更高；并且，这种优势随着目标码率的降低而越发明显。表1X264/SWATAW算法对比实验数据表<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>本发明所述的视频压縮方法的另一个优点是易于实现，因为编码器只需根据前文所述作相应的调整，而解码器则完全不需做任何修改，就可以正确解码用本发明方法压縮出来的视频流。以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。权利要求一种视频压缩方法，其特征在于，包括下列步骤A.将不同视频帧中变化小于或等于预定阈值的场景定义为背景，而将变化大于预定阈值的场景定义为前景；或者，将不同视频帧中变化小于预定阈值的场景定义为背景，而将变化大于或等于预定阈值的场景定义为前景；B.利用H.264或AVS视频压缩标准的多参考帧机制，对背景和前景采用不同的参考帧进行编解码对背景用高质量参考帧进行编解码，对前景用普通参考帧进行编解码。2.根据权利要求1所述的视频压縮方法，其特征在于，所述步骤B中，包括下列步骤Bl.用编码器确定参考帧类型长期参考帧或短期参考帧；B2.同步解码操作将确定后的参考帧类型通知给解码器，使解码器重建参考帧列表0;B3.编码器通过针对高质量参考帧和低质量参考帧发送不同的自适应内存控制命令来同步解码器的操作；B4.结束。3.根据权利要求2所述的视频压縮方法，其特征在于，所述步骤B3中，所述发送不同的自适应内存控制命令如下对于I帧如果是短期参考帧，将1ong—term—reference—flag标志的值置为0;如果是长期参考帧，将1ong—term—reference—flag标志的值置为1;对于P帧如果是短期参考帧，将ad即tive—ref—picjnarkingjiiode—flag标志的值置为0;如果是长期参考帧，将ad即tive—ref—picjnarkingjiiode—flag标志的值置为1。4.根据权利要求3所述的视频压縮方法，其特征在于，对于P帧，将adaptiVe_ref_picjnarkingjiiode—flag标志的值置为1后，还包括进行以下步骤①发送memory—management—control—operation标志的值6;②发送long_term_frame_idx的值0;③发送O，通知角牟石马器memory—management—control—operation结束。5.根据权利要求2所述的视频压縮方法，其特征在于，所述短期参考帧预测其后面的5帧视频帧，所述长期参考帧预测后继的5帧以上的多帧视频帧。全文摘要本发明涉及一种视频压缩方法，包括下列步骤A.将不同视频帧中变化小于或等于预定阈值的场景定义为背景，而将变化大于预定阈值的场景则定义为前景；或者，将不同视频帧中变化小于预定阈值的场景定义为背景，而将变化大于或等于预定阈值的场景定义为前景；B.利用H.264或AVS视频压缩标准的多参考帧机制，对背景和前景采用不同的参考帧进行编解码对背景用高质量参考帧进行编解码，对前景用普通参考帧进行编解码。本发明的视频压缩方法，特别适合于摄像机位置不变的视频应用，在同等目标码率情况下，用本方法得到的图像质量更高；只需对现有的编码器作相应的调整，对现有的解码器不需做任何修改，因此还具有易于实现的优点。文档编号H04N7/32GK101729902SQ20081021685公开日2010年6月9日申请日期2008年10月15日优先权日2008年10月15日发明者曾嘉亮,钟似玢申请人:深圳市融创天下科技发展有限公司