专利名称：一种基于分形的视频压缩与解压缩方法
技术领域：
本发明属于信号处理中的视频压缩编码领域，特别针对新一代视频编码领域提出 一种新的分形视频压缩编码方法，在保证图像质量的前提下，大大加快了分形视频编码的 速度和压缩比。
背景技术：
分形理论最初由Mandelbrot于上世纪70年代提出(参见BenoitB. Mandelbrot. TheFractal Geometry of Nature[M]. New York H.Freeman and Company,1982.)。分 形编码的数学基础是迭代函数系统(IFS)理论。Barnsley首先将分形编码用于交互式图 像压缩(参见 Michael F. Barnsley, Alan D. Sloan. A better way to compressimage [J]. Byte Magazine，1988，13 (1) :215_233.)。Jacqain 提出了全自动的分形图像压缩 方法(参见 Arnaud E. Jacquin. A novel fractal blocking-coding techniquefor digital image[C]. IEEE International Conference on Acoustics，Speech andSignal Processing，1990，4 2225~2228.)，(参 见 Arnaud E. Jacquin. Fractal imagecoding a review[J]. Proceeding of the IEEE，1993，81 (10) :1451_1465.)，该方法釆用基于图 像分块的方式以局部的仿射变换代替全局的仿射变换。之后，Fisher利用四叉树改进 了这一方法(参见 Y. Fisher. Fractal Image Compression [J]. Fractals，1994，2 (3) 347-361.)，(参见 Y. Fisher，E. W. Jacobs. Image compression :A studythe iterated transform method[J]. Signal Processing，1992，29 (3)，251-263.)，(参见 Y.Fisher. Fractal Image Compression :Theory and application to digital images[M]. New York Spring-Verlag, 1995，55-77.)，大大提高了编码效率，并成为目前分形图像编码中的主流 方法。在此基础之上，一些学者和研究人员把分形图像压缩的方法应用到视频序列的 压缩上。Meiqing Wang等提出了综合基于数据立方体和基于帧的分形视频压缩方法(参 见 Meiqing Wang, Choi-Hong Lai. A hybrid fractal video compression method[J]. Computers & Mathematics with Applications，2005，50 (3-4) :611_62L)，(参见Meiqing Wang, Zhehuang Huang，Choi-Hong Lai. Matching search in fractal videocompression and its parallel implementation in distributed computingenvironments[J]. Applied Mathematical Modeling,2006,30(8) :677-687. ), ( # B Meiqing Wang, Rong Liu, Choi-Hong Lai. Adaptive partition and hybrid methodin fractal video compression[J]. Computers & Mathematics with Applications，2006，51(11) 1715-1726. ) 0 其中最为经典和影响较大的参见(C.S.Kim，R. C. Kim, S. U. Lee. Fractal coding of video sequence using circular prediction mapping andnoncontractive interframe mapping[J]. IEEE Transactions on Image Processing，1998，7(4) 601-605.)。该方法采用类似于标准视频编码方法所采用的运动估计/补偿技术，该方法利 用了相邻帧之间的时间强相关性，对视频序列压缩取得了较好的效果。在CPM和NCIM中，子块域中的每个图像块都由来自相邻帧相同大小的父块域通过运动补偿得到。CPM和NCIM 两者间最大的不同在于CPM在解码的过程中需要具备收敛性，而NCIM不需要。但是在循 环预测编码(CPM)方法中，为了保证起始帧经过自身的循环解码能够近似收敛到原来的图 像，压缩过程需要经过复杂变换、搜索和迭代等，压缩时间和图像质量难以达到要求。目前 典型的分形图像和视频压缩方法的运算量很大，编码速度较慢，并且解码的质量有待提高， 使得分形图像和视频压缩方法还需要进一步的改进和提高。
发明内容
本发明提出了一种基于分形的视频压缩与解压缩方法，压缩方法是利用分形迭代 原理进行视频编码的一种新型视频压缩编码方法，首先对起始帧采用块DCT变换编码，对 非I帧进行块运动估计/补偿编码，首先计算与子块域和父块域相关子块的像素和与像素 平方和，然后在前一帧搜索窗中利用全搜索方法寻找最相似的匹配块，最后利用Huffman 编码方法压缩迭代函数系统系数。对应的解压缩过程为对I帧采用反DCT变换的方式解 码，对非I帧进行Huffman解码获得迭代函数系统系数，然后进行基于宏块的解码，首先计 算父块域相关子块的像素和与像素平方和，然后依次对当前帧中的每一个宏块进行解码。 本方法改进了传统分形视频压缩方法，不但大大提高了压缩比和峰值信噪比，而且提高了 编码速度，进一步提高了分形视频压缩编码的性能，使其更加具有实用性。一种基于分形的视频压缩编码方法，包括以下步骤步骤一对于I帧，首先对该帧进行互不重叠的固定大小的块划分，对每一个图像 块分别采用基于块DCT变换的I帧帧内图像压缩方法，对该帧图像进行单独编码和解码，转 到步骤四；所述I帧为视频序列起始帧或者视频序列中只进行帧内编码的图像帧；所述将 当前帧划分为固定大小的互不重叠的图像块称为宏块；所述将当前宏块进行树状划分得到 的块称为小块；所述参考帧为当前帧的已经编码并重建的前一帧；所述块DCT变换中的块 采用固定大小模式；步骤二 若当前帧为非I帧，在进行块匹配之前，首先对当前帧进行互不重叠的 宏块划分，然后计算这些宏块以及经树状划分得到的小块的像素和、像素平方和，以及前一 帧重建图像即参考帧中，按照设定步长划分的所有宏块以及经树状划分得到的小块的像素 和、像素平方和，以减少块匹配过程中的重复计算；转到步骤三；所述当前帧为正在进行压 缩的帧；所述当前帧所有块的集合称为子块域；所述前一帧的所有块的集合称为父块域；步骤三依次对当前帧的所有宏块进行编码，在父块域中的搜索窗内首先对该宏 块进行块匹配；在进行子块与父块的匹配过程中，子块的位置作为父块的起始搜索点，父块 的大小与子块的大小相同；如果匹配误差RMS小于开始设定的阈值Y，保存当前的迭代函 数系统系数即IFS系数，转入步骤三编码下一宏块；否则，依次按照树状结构对该块进行划 分，并对各个划分得到的小块分别计算匹配误差RMS，如果RMS小于设定阈值Y，停止划分 并记录该小块IFS系数，转入步骤三编码下一宏块；否则继续划分，直到将当前块划分为预 先设定的最小块，记录IFS系数；转入步骤三编码下一宏块；所述搜索窗为在参考帧中的矩 形搜索区域；所述IFS系数包括父块位置(x，y)和比例因子s、偏移因子o ；如果当前帧所 有的宏块都已编码完毕，则转到步骤四；步骤四对所有IFS系数进行Huffman编码，降低IFS系数数据的统计冗余；判断当前帧是否为最后一帧，如果是最后一帧结束编码；否则，返回步骤一继续处理下一帧图 像。所述一种基于分形的视频压缩编码方法，处理的视频序列为YUV格式，分别对3个 分量中的每个采用上述四个步骤进行处理。所述步骤四中对宏块采用树状划分，块匹配采用匹配误差准则；子块与父块的匹 配误差RMS为 其中，N为子块和父块像素的个数，r,为子块的像素值，屯为父块的像素值；计算当前宏块在参考帧中的块匹配误差RMS，其中ri是子块的像素值，屯是父块的 像素值；如果RMS小于预先设定的阈值Y，记录IFS系数，IFS系数包括匹配块的位移矢量 (x，y)和公式2，3中的s和0，处理下一宏块；否则，对当前宏块进行树状划分，计算划分后 小块的RMS，如果小于阈值Y，则停止划分，否则继续划分，直到子块达到预先设定的最小 块为止。一种基于分形的视频解压缩方法，其特征在于包含以下步骤步骤I 首先从压缩文件中读入压缩信息，包括压缩帧数，每帧图像的宽和高，I帧 压缩质量，插入I帧数量和搜索范围；步骤II 由读入压缩信息和当前待解码帧号判断该待解码帧是否为I帧，若是I 帧转入步骤III，否则转入步骤IV ；步骤III 对于I帧，从压缩文件中读入解码该帧所需码流，采用基于块DCT变换 的I帧帧内图像解压缩方法进行解码，帧数加一转入步骤V ；步骤IV 对于非I帧，首先计算参考帧中按照设定步长划分的所有宏块以及经树 状划分得到的小块的像素和、像素平方和，然后从压缩文件中读入块的划分信息和Huffman 码流，并根据块划分信息和Huffman码流得到该帧所有宏块的划分方式和每一个小块的迭 代函数系统系数，按照每一宏块进行解码；步骤V 判断此时所有帧是否都已解码，若都已解码完毕，则结束解码过程，否则 转入步骤II。对于每一个宏块进行解码时，首先判断该宏块在编码时的划分方式，对于每一个 子块，首先在父块域找到与该子块相对应的区域，然后利用下面的公式获得该子块的像素 值r,- = s*d,-+o
其中ri为待解码子块的像素值，屯为父块域中的像素值，s为比例因子，o为偏移 因子。处理的视频序列为YUV格式，分别对3个分量中的每个采用上述五个步骤进行处理。本发明所提出的分形视频压缩方法的优点在于(1)本方法中对起始帧采用帧内块DCT变换编码，相对于CPM/NCIM编码方案，不但 大幅度减少了压缩时间和块效应，而且提高了峰值信噪比。(2)本方法先将一帧图像划分为互不重叠的、由若干固定大小尺寸的宏块组成的 棋盘格式，然后根据匹配准则与设定阈值的关系，对宏块进行树状结构划分，相对于四叉树 划分准则，大大降低了计算复杂度，提高了编码速度。(3)本方法在进行子块与父块的匹配过程中，子块的位置作为父块的起始搜索点， 父块的大小与子块的大小相同，并且将搜索区域限定在一个矩形区域内，取代了传统分形 图像编码过程中对子块和父块进行分类和翻转的方法，极大提升了计算速度，且解码图像 质量无明显下降。(4)本方法在进行子块的块匹配之前，计算当前帧互不重叠的宏块及其经树状划 分之后得到的小块的像素和与像素平方和。在参考帧中，按照匹配步长分别计算各宏块以 及经树状划分以后得到的小块的像素和与像素平方和。这样就避免了在块匹配过程中出现 重复计算的弊端，大大节约了子块的匹配时间。
图la为本发明一种基于分形的视频压缩与解压缩方法的压缩流程图；图lb为本发明一种基于分形的视频压缩与解压缩方法的解压缩流程图；图2a为标准测试视频序列“mother-daughter, cif ”的第1帧；图2b为本发明一种基于分形的视频压缩与解压缩方法单独解码经本发明方法压 缩编码以后的标准测试视频序列“mother-daughter, cif”的第1帧结果图像；图3a为本发明一种基于分形的视频压缩与解压缩方法对宏块的四种划分模式 图；图3b为本发明一种基于分形的视频压缩与解压缩方法对宏块的划分模式四进一 步进行划分的四种划分模式图；图4a为本发明一种基于分形的视频压缩与解压缩方法与传统的CPM/NCIM方法对 标准测试视频序列“mother-daughter, cif”的前15帧进行压缩的峰值信噪比的对比图；图4b为本发明一种基于分形的视频压缩与解压缩方法与传统的CPM/NCIM方法对 标准测试视频序列“mother-daughter, cif”的前15帧进行压缩的压缩比的对比图；图4c为本发明一种基于分形的视频压缩与解压缩方法与传统的CPM/NCIM方法对 标准测试视频序列“mother-daughter, cif”的前15帧进行压缩的压缩时间的对比图。图4d为本发明一种基于分形的视频压缩与解压缩方法与传统的CPM/NCIM方法对 标准测试视频序列“mother-daughter, cif”的前15帧进行解压缩的时间对比图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明方法作进一步的详细说明，仅以亮度分量Y为例，色差 分量U和V的压缩步骤与亮度分量相同。本发明提出了一种基于分形的视频压缩与解压缩方法，压缩方法是利用分形迭代 原理进行视频编码的一种新型视频压缩编码方法，首先对起始帧采用块DCT变换编码，对 非I帧进行块运动估计/补偿编码，首先计算与子块域和父块域相关子块的像素和与像素 平方和，然后在前一帧搜索窗中利用全搜索方法寻找最相似的匹配块，最后利用Huffman 编码方法压缩迭代函数系统系数。对应的解压缩过程为对I帧采用反DCT变换的方式 解码，对非I帧进行Huffman反编码获得迭代函数系统系数，然后进行基于宏块的解码，首 先计算父块域相关子块的像素和与像素平方和，然后依次对当前帧中的每一个宏块进行解 码。本方法改进了传统分形视频压缩方法，不但大大提高了压缩比和峰值信噪比，而且提高 了编码速度，进一步提高了分形视频压缩编码的性能，使其更加具有实用性。如附图la所示，一种基于分形的视频压缩编码方法，包括以下步骤步骤一以标准测试视频序列“mother-daughter, cif ”的前15帧为例。所述I帧 为视频序列起始帧或者视频序列中只进行帧内编码的图像帧；所述将当前帧划分为固定大 小的互不重叠的图像块称为宏块；所述将当前宏块进行树状划分得到的块称为小块；所述 当前帧为正在进行压缩的帧，所述参考帧为当前帧的已经编码并重建的前一帧；所述当前 帧所有块的集合称为子块域；所述前一帧的所有块的集合称为父块域；所述块DCT变换中 的块采用固定大小模式。对视频序列“mother-daughter, cif”起始帧采用基于块DCT变换 的I帧帧内图像压缩方法，将起始帧划分为8X8的互不重叠的子块，对每一子块分别进行 DCT变换。离散余弦变换将8X8的图像样本X，变换成8X8的系数矩阵Y。变换过程(包 括反变换)可以用变换矩阵A来表示。8X8样本块的正向DCT(FDCT)变换如下
(4)反向DCT(IDCT)如下其中A是8X8的变换矩阵。A中的各个元素如下 i，j分别为矩阵A的行和列。对变换系数进行量化和编码。附图2a为标准测试视频序列“mother-daughter, cif”的起始帧，利用本方法解压缩DCT变换编码之后的解压缩图像为附图2b。转入步骤四。步骤二 对当前非I帧图像进行互不重叠的16X 16宏块划分，分别计算当前帧互 不重叠的16X16，16X8，8X16，8X8，8X4，4X8，4X4的小块的像素和与像素的平方和。然 后分别计算参考帧也就是前一帧的解压缩图像中以1为步长的大小分别为16X16,16X8， 8X16,8X8,8X4,4X8,4X4的小块的像素和与像素的平方和，以减少块匹配过程中的重复计算。从第一个宏块开始处理，依次对当前帧的所有16X16宏块进行编码，转入步骤三；步骤三依次对当前帧的所有16X 16宏块进行编码，在父块域中的搜索窗内对整 个宏块进行块运动估计/补偿。匹配的依据是分形迭代函数系统原理，简要介绍一下分形 图像压缩的数学基础-迭代函数系统(IFS iterative Function System)理论。设D是 Rn欧氏空间的子集，《为D — D的映射，如果存在一个实数C，0 < C < 1，使得对于Rn上的 度量d，满足对任意x，y GD，有d( (x)，co (y)) < C(d(x，y))，则称《为压缩映射，实数 C称为《的压缩因子。完备的度量空间(X，d)以及n个压缩映射—X(其压缩因子 分别为(^，(2， (；) 一起，就组成一个迭代函数系统(Iterated Function System)，简称 IFS，记作{X 《2，...，《n}。C = max(C1，C2，…，Cn)称为 IFS 的压缩因子。因此{R2
就是一个 IFS。分形图像压缩中，一般的匹配准则是RMS，即RMS =去[玄々 + sisf^ 劣-2 坌 r^ +2ofjd^) + o{N-o-lj^r,)]其中s，o分别为 其中，N为子块和父块像素的个数，r,为子块的像素值，屯为父块的像素值。首先设定子块的匹配误差阈值、=t0lXt0lXn0，其中tol根据不同的子块大小 而改变，大的子块tol就越大，小的子块tol就小。在本例中，我们取16X16宏块的tol为 10. 0，8X8子块的tol为8. 0，4X4子块的tol为6. 0,no为当前子块属于该视频对象区域 的像素个数。首先设定16X16宏块的匹配误差阈值Y16= 10. 0X10.0Xno，在参考帧的父块域 中以当前子块的位置开始在15X15的搜索窗内对整个宏块进行块匹配，如果匹配误差RMS 小于开始设定的阈值Y16，保存当前的IFS系数包括比例因子s，偏移0，父块相对于当前子 块的坐标偏移x，1，返回步骤三，继续下一宏块的匹配。否则，按照树状结构对该宏块进行划分，对宏块的划分有四种模式，如附图3a，模 式一为一个16X 16小块，模式二为两个8 X 16的小块，模式三为两个16X8的小块，模式四 为四个8X8的小块。1、首先按模式二的划分计算，若模式二中两个小块都满足RMS < Y16，保存当前的 IFS系数包括比例因子s，偏移0，以及父块相对于当前子块的坐标偏移x，y，并停止块的划 分，转到5;2、否则按模式三划分，若模式三中两个小块都满足RMS < Y 16，保存当前的IFS系 数包括比例因子S，偏移0，以及父块相对于当前子块的坐标偏移X，y，并停止块的划分，转 到5;3、否则按照模式四对当前宏块进行划分，此时匹配误差阈值设置为Y8 =8. 0X8. OXno，如果模式四中的4个小块都满足RMS < 保存当前的IFS系数包括比例 因子s，偏移0，以及父块相对于当前子块的坐标偏移x，y，并停止块的划分，转到5 ；4、否则对模式四中的每一个小块按照附图3b中的模式划分顺序进行划分，可依 次划分为1个8 X 8的小块，2个4X 8的小块，2个8 X 4的小块，4个4X 4的小块。这里只 对第一个8 X 8小块的匹配过程进行阐述，其它3个8 X 8小块的匹配过程与第一个相同，不 再赘述。首先按照2个4X8的小块划分，进行块匹配，如果两个子块的匹配误差RMS全部 小于、8时，保存当前的IFS系数包括比例因子s，偏移0，以及父块相对于当前子块的坐标 偏移x，y，并停止块的划分。否则，按照2个8X4的划分方式进行块的划分，对这两个子块 进行块匹配，如果两个子块的匹配误差RMS全部小于、8时，保存当前的IFS系数包括比例 因子s，偏移0，以及父块相对于当前子块的坐标偏移x，y，并停止块的划分。否则，对该子 块划分为4个4X4的小块，同时匹配误差阈值设为= 6. 0X6. OXno，对四个小块分别 进行块匹配，并分别记录每个子块的IFS系数包括比例因子s，偏移0，以及父块相对于当前 子块的坐标偏移x，y，并停止块的划分，转到5 ；5、返回步骤三，继续下一宏块的编码。如果所有的宏块都已编码完毕，则转到步骤四；步骤四对所有IFS系数进行huffman编码，huffman编码是根据出现的概率将每 个符号映射到一个变长码字的集合(VLC)上，降低IFS系数数据的统计冗余。判断当前帧 是否为最后一帧，如果是最后一帧结束编码，否则，转入步骤一继续处理下一帧图像。如附图lb所示，一种基于分形的视频解压缩方法，包括以下步骤步骤I 首先从压缩文件中读入压缩信息，包括压缩帧数，每帧图像的宽和高，I帧 压缩质量，插入I帧数量和搜索范围；步骤II 由读入压缩信息和当前待解码帧号判断该待解码帧是否为I帧，若是I 帧转入步骤III，否则转入步骤IV ；步骤III 对于I帧，从压缩文件中读入解码该帧所需码流，采用基于块DCT变换 的I帧帧内图像解压缩方法进行解码，进行反DCT变换，得到每一个8X8的块的像素值，帧 数加一转入步骤V;步骤IV 对于非I帧，首先计算参考帧中按照设定步长划分的所有宏块以及经树 状划分得到的小块的像素和、像素平方和，然后从压缩文件中读入块的划分信息和Huffman 码流，并根据块划分信息和Huffman码流得到该帧所有宏块的划分方式和每一个小块的迭 代函数系统系数，按照每一宏块进行解码。对于每一个宏块进行解压缩时，首先判断该宏块 在编码时的划分方式，对于每一个子块，首先在父块域找到与该子块相对应的区域，然后利 用下面的公式获得该子块的像素值，= s*di+o其中ri为待解码子块的像素值，屯为父块域中的像素值，s为比例因子，o为偏移 因子。步骤V 判断此时所有帧是否都已解码，若都已解码完毕，则结束解码过程，否则 转入步骤II。处理的视频序列为YUV格式，分别对3个分量中的每个采用上述五个步骤进行处理。
本方法选择Visual C++6. 0作为所述方法的实现语言，CPU为Intel Core 2 DuoT8300，2. 4GHz主频，内存大小为2G，对标准测试视频序列“mother-daughter, cif”进行 了基于分形的视频编码实验。表1为在同等条件下，利用本发明方法与CPM/NCIM方法对标准测试视频序列 "mother-daughter, cif”的起始帧的对比实验结果。 表1CPM/NCIM方法和本发明方法的起始帧压缩结果对比分别采用传统的CPM/NCIM方法和本发明方法对“mother-daughter, cif”的前15 帧进行压缩编码的峰值信噪比的对比图如附图4a所示；分别采用传统的CPM/NCIM方法和 本发明方法对“mother-daughter, cif”的前15帧进行压缩编码的压缩比的对比图如附图 4b所示；分别采用传统的CPM/NCIM方法和本发明方法对“mother-daughter, cif”的前15 帧进行压缩编码的压缩时间的对比图如附图4c所示；分别采用传统的CPM/NCIM方法和本 发明方法对“mother-daughter, cif”的前15帧进行解压缩时间的对比图如附图4d所示； 从附图4可以看出，本发明方法与传统的CPM/NCIM方法相比，不但增加了峰值信噪比和压 缩比，而且减少了压缩时间。对5 个典型的视频序列"highway, cif"flower, cif，，，“foreman, cif"paris. cif","bus. cif”(图像尺寸为352 X 288像素的CIF格式，取15帧图像)，宏块尺寸为16 X 16 像素，最小分块尺寸为4X4像素。采用的对比方法如下，CPM/NCIM方法中CPM帧数取为2。 压缩和解压缩性能对比结果如表2所示，各项指标均为15帧的均值。本发明提出的方法明 显好于传统的CPM/NCIM方法，如PSNR值提高了 3-5dB，压缩比提高了近4倍，压缩时间却减 少为原来的1/10。这是因为本发明方法利用了编码帧和参考帧之间的强互相似性，能够准 确快速地找到最佳匹配块，结果表现为解压缩图像质量高、压缩比高以及压缩所用时间少等。本方法可以根据应用目的的不同来选择匹配误差阈值，在低比特率的条件下，可 以选择大的匹配阈值，使分块的数目减少，从而增加压缩比。在对解压缩视频图像要求较高 的情况下，可以减小匹配误差阈值，增加分块的数目，使块的匹配更加准确，从而保证视频 质量。
表2CPM/NCM方法和本发明方法对5个视频序列压缩和解压缩性能均值对比。
权利要求
一种基于分形的视频压缩编码方法，其特征在于用宏块的树状划分规则替代传统的四叉树划分规则；采用相同大小的子块和父块进行匹配，取代传统分形图像压缩中对子块和父块进行分类和翻转的方法，简化了块的搜索策略和范围，并将搜索范围限定在固定个数像素之间，极大的提高了计算速度；使用了H.264标准中的I帧方法；减少重复计算；该基于分形的视频压缩编码方法的具体步骤如下步骤一对于I帧，首先对该帧进行互不重叠的固定大小的块划分，对每一个图像块分别采用基于块DCT变换的I帧帧内图像压缩方法，对该帧图像进行单独编码和解码，转到步骤四；所述I帧为视频序列起始帧或者视频序列中只进行帧内编码的图像帧；所述将当前帧划分为固定大小的互不重叠的图像块称为宏块；所述将当前宏块进行树状划分得到的块称为小块；所述块DCT变换中的块采用固定大小模式；步骤二若当前帧为非I帧，在进行块匹配之前，首先对当前帧进行互不重叠的宏块划分，然后计算这些宏块以及经树状划分得到的小块的像素和、像素平方和，以及前一帧重建图像即参考帧中，按照设定步长划分的所有宏块以及经树状划分得到的小块的像素和、像素平方和，以减少块匹配过程中的重复计算；转到步骤三；所述当前帧为正在进行压缩的帧；所述参考帧为当前帧的已经编码并重建的前一帧；所述当前帧所有块的集合称为子块域；所述前一帧的所有块的集合称为父块域；步骤三依次对当前帧的所有宏块进行编码，在父块域中的搜索窗内首先对该宏块进行块匹配；在进行子块与父块的匹配过程中，子块的位置作为父块的起始搜索点，父块的大小与子块的大小相同；如果匹配误差RMS小于开始设定的阈值γ，保存当前的迭代函数系统系数即IFS系数，转入步骤三编码下一宏块；否则，依次按照树状结构对该块进行划分，并对各个划分得到的小块分别计算匹配误差RMS，如果RMS小于设定阈值γ，停止划分并记录该小块IFS系数，转入步骤三编码下一宏块；否则继续划分，直到将当前块划分为预先设定的最小块，记录IFS系数；转入步骤三编码下一宏块；所述搜索窗为在参考帧中的矩形搜索区域；所述IFS系数包括父块位置(x，y)和比例因子s、偏移因子o；如果当前帧所有的宏块都已编码完毕，则转到步骤四；步骤四对所有IFS系数进行Huffman编码，降低IFS系数数据的统计冗余；判断当前帧是否为最后一帧，如果是最后一帧结束编码；否则，返回步骤一继续处理下一帧图像。
2.根据权利要求1所述一种基于分形的视频压缩编码方法，其特征在于处理的视频 序列为YUV格式，分别对3个分量中的每个采用上述四个步骤进行处理。
3.根据权利要求1所述一种基于分形的视频压缩编码方法，其特征在于所述步骤四 中对宏块采用树状划分，块匹配采用匹配误差准则；子块与父块的匹配误差RMS为 (1)其中参数8和0分别为 其中，N为子块和父块像素的个数，r,为子块的像素值，屯为父块的像素值；计算当前宏块在参考帧中的块匹配误差RMS，其中ri是子块的像素值，屯是父块的像素 值；如果RMS小于预先设定的阈值、，记录IFS系数，IFS系数包括匹配块的位移矢量(x，y) 和公式2，3中的s和0，处理下一宏块；否则，对当前宏块进行树状划分，计算划分后小块的 RMS，如果小于阈值Y，则停止划分，否则继续划分，直到子块达到预先设定的最小块为止。
4.一种基于分形的视频解压缩方法，其特征在于包含以下步骤步骤I 首先从压缩文件中读入压缩信息，包括压缩帧数，每帧图像的宽和高，I帧压缩 质量，插入I帧数量和搜索范围；步骤II 由读入压缩信息和当前待解码帧号判断该待解码帧是否为I帧，若是I帧转 入步骤III，否则转入步骤IV;步骤III 对于I帧，从压缩文件中读入解码该帧所需码流，采用基于块DCT变换的I帧 帧内图像解压缩方法进行解码，帧数加一转入步骤V ；步骤IV 对于非I帧，首先计算参考帧中按照设定步长划分的所有宏块以及经树状划 分得到的小块的像素和、像素平方和，然后从压缩文件中读入块的划分信息和Huffman码 流，并根据块划分信息和Huffman码流得到该帧所有宏块的划分方式和每一个小块的迭代 函数系统系数，按照每一宏块进行解码；步骤V 判断此时所有帧是否都已解码，若都已解码完毕，则结束解码过程，否则转入 步骤II。
5.根据权利要求4所述一种基于分形的视频解压缩方法，其特征在于对于每一个宏 块进行解码时，首先判断该宏块在编码时的划分方式，对于每一个子块，首先在父块域找到 与该子块相对应的区域，然后利用下面的公式获得该子块的像素值，A =其中巧为待解码子块的像素值，di为父块域中的像素值，S为比例因子，0为偏移因子。
6.根据权利要求4所述一种基于分形的视频解压缩方法，其特征在于处理的视频序 列为YUV格式，分别对3个分量中的每个采用上述五个步骤进行处理。
全文摘要
本发明提出了一种基于分形的视频压缩与解压缩方法，压缩方法是利用分形迭代原理进行视频编码的一种新型视频压缩编码方法，首先对起始帧采用块DCT变换编码，对非I帧进行块运动估计/补偿编码，首先计算与子块域和父块域相关子块的像素和与像素平方和，然后在前一帧搜索窗中利用全搜索方法寻找最相似的匹配块，最后利用Huffman编码方法压缩迭代函数系统系数。对应的解压缩过程为对I帧采用反DCT变换的方式解码，对非I帧进行Huffman解码获得迭代函数系统系数，然后进行基于宏块的解码，首先计算父块域相关子块的像素和与像素平方和，然后依次对当前帧中的每一个宏块进行解码。本方法改进了传统分形视频压缩方法，不但大大提高了压缩比和峰值信噪比，而且提高了编码速度，进一步提高了分形视频压缩编码的性能，使其更加具有实用性。
文档编号H04N7/30GK101860753SQ20101016724
公开日2010年10月13日 申请日期2010年4月30日 优先权日2010年4月30日
发明者候仰拴, 王再阔, 祝世平 申请人:北京航空航天大学