一种基于h.264的视频编码方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于H.264的视频编码方法，包括以下步骤:1)帧内预测编码;2)帧间预测编码;3)整数变换;4)量化;5)熵编码。与现有技术相比，本发明具有码率小、编码效率高等优点。
【专利说明】—种基于H.264的视频编码方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种视频编码方法，尤其是涉及一种基于H.264的视频编码方法。
背影技术
[0002]视频监控系统是安全防范系统的组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。近几年来，视频监控以其直观、方便、信息内容丰富而广泛应用于航空航天、安全应急以及医疗卫生等多种领域。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的飞速发展，视频监控制技术也有长足的发展。现今在国内外广泛应用的有两种数字视频监控系统类型，一种是数字控制的模拟视频监控系统；另一种是数字视频监控系统。
[0003]数字控制的模拟视频监控系统分为基于微处理器的视频切换控制加PC机的多媒体管理和基于PC机实现对矩阵主机的切换控制及对系统的多媒体管理两种类型。技术发展已经非常成熟、性能稳定，并在实际工程应用中得到广泛应用，特别是在大、中型视频监控工程中的应用尤为广泛。在项目《高压线路铁塔高空作业中安全防范应用》中就是采用的这种方式，该系统可以很好的对高空的作业情况实现监控、指挥、分屏显示、语音通话、录像及回放等功能。但由于视频监控系统中信息流的形态没有变，仍为模拟的视频信号，系统的网络结构主要是一种单功能、单向、集总方式的信息采集网络，介质专用的特点，因此系统尽管已发展到很高的水平，已无太多潜力可挖，其局限性依然存在，要满足更高的要求，数字化是必由之路。例如在上述已经完成的项目中，模拟信号在无线传输过程中就会受到高压线路的电磁干扰，导致视频画面出现噪声而不清晰。
[0004]最普遍的数字监控录像系统是基于PC机组合的计算机多媒体工作方式，虽然具有系统结构大大简化、远程网络监控不受距离限制、实现系统多媒体信息查询等优点，但其主要以不稳定的WindOws2000系统为操作平台，难以支持多任务并发处理功能，一路一卡的视频采集方式易形成硬件冲突而影响稳定性，仍在计算机总线上进行传输、处理的采集方式不可能会有质的飞跃，影响数字监控录像系统性能的主要是对视频编码，目前，数字监控录像系统的图像压缩编码标准主要有MPEG4、M-JPEG等。MPEG标准就是指由ISO的活动图像专家组制定的一系列关于音视频信号以及多媒体信号的压缩与解压缩技术的标准，1999年批准执行的标准是MPEG4和MP4; M-JPEG技术即运动静止图像压缩技术，它把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理，这种压缩技术方式单独完整地压缩每一帧，在编辑过程中可随机存储每一帧，可进行精确到帧地编辑，但M-JPEG只对帧内地空间冗余进行压缩，不对帧间的时间冗余进行压缩，故压缩效率不高。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种码率小、编码效率高的基于H.264的视频编码方法。
[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
[0007]一种基于H.264的视频编码方法，其特征在于，包括以下步骤:[0008]I)帧内预测编码；
[0009]2)帧间预测编码；
[0010]3)整数变换；
[0011]4)量化;
[0012]5)熵编码。
[0013]所述的帧内预测编码具体为:
[0014]在对一给定宏块编码时，首先根据相邻宏块预测，然后对预测值与实际值的差值进行编码。
[0015]所述的相邻宏块预测采用4X4像素宏块预测，包括I种直流预测和8种方向预测。
[0016]所述的帧间预测编码具体为:
[0017]利用连续帧中的时间冗余来进行运动估计和补偿。
[0018]所述的整数变换具体为:采用了基于4X4像素块的整数DCT变换。
[0019]所述的量化采用52种不同的量化步长，步长是以12.5%的复合率递进。
[0020]所述的熵编码采用通用可变长编码UVLC或基于文本的自适应二进制算术编码CABAC。
[0021]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0022]在相同的重建图像质量下，能够比普通编码方式节约50%左右的码率，比目前根据MPEG4实现的视频格式在性能方面提高33%左右，具有码率小、编码效率高。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的流程图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0025]实施例
[0026]如图1所示，一种基于H.264的视频编码方法，包括以下步骤:
[0027]I)帧内预测编码；
[0028]2)帧间预测编码；
[0029]3)整数变换；
[0030]4)量化；
[0031]5)熵编码。
[0032]所述的帧内预测编码具体为:
[0033]帧内编码用来缩减图像的空间冗余。为了提高H.264帧内编码的效率，在给定帧中充分利用相邻宏块的空间相关性，相邻的宏块通常含有相似的属性，因此在对一给定宏块编码时，首先根据相邻宏块预测，然后对预测值与实际值的差值进行编码，这样，相对于直接对该帧编码而言，可以大大减小码率。
[0034]所述的相邻宏块预测采用4X4像素宏块预测，包括I种直流预测和8种方向预测。相邻块的A到I共9个像素均已经被编码，可以被用以预测，如果选择模式4，那么，a、b、c、d4个像素被预测为与e相等的值，e、f、g、h4个像素被预测为与f相等的值，对于图像中含有很少空间信息的平坦区，本发明也支持16X16的帧内编码。
[0035]所述的帧间预测编码具体为:利用连续帧中的时间冗余来进行运动估计和补偿。本发明的运动估计和补偿支持以往的视频编码标准中的大部分关键特性，而且灵活地添加了更多的功能，除了支持P帧、B帧外，还支持一种新的流间传送巾贞一SP帧。码流中包含SP帧后，能在有类似内容但有不同码率的码流之间快速切换，同时支持随机接入和快速回放模式。SP-帧的运动估计有不同大小和形状的宏块分割、高精度的亚像素运动补偿、多帧预测、去块滤波器等4个特性。
[0036]所述的整数变换具体为:采用了基于4X4像素块的整数DCT变换。与浮点运算相比，整数DCT变换会引起一些额外的误差，但因为DCT变换后的量化也存在量化误差，与之相比，整数DCT变换引起的量化误差影响并不大。此外，整数DCT变换还具有减少运算量和复杂度，有利于向定点DSP移植的优点。
[0037]所述的量化采用52种不同的量化步长，步长是以12.5%的复合率递进，而不是一个固定常数。在H.264中，变换系数的读出方式也有两种，之字形(Zigzag)扫描和双扫描。大多数情况下使用简单的之字形扫描；双扫描仅用于使用较小量化级的块内，有助于提高编码效率。
[0038]所述的熵编码采用通用可变长编码UVLC或基于文本的自适应二进制算术编码CABAC0 UVLC码表提供了一个简单的方法，不管符号表述什么类型的数据，都使用统一变字长编码表，其优点是简单；缺点是单一的码表是从概率统计分布模型得出的，没有考虑编码符号间的相关性，在中高码率时效果不是很好。本发明中还提供了可选的CABAC，CABAC使编码和解码两边都能使用所有句法元素(变换系数、运动矢量)的概率模型。为了提高算术编码的效率，通过内容建模的过程，使基本概率模型能适应随视频帧而改变的统计特性。内容建模提供了编码符号的条件概率估计，利用合适的内容模型，存在于符号间的相关性可以通过选择目前要编码符号邻近的已编码符号的相应概率模型来去除，不同的句法元素通常保持不同的模型。
【权利要求】
1.一种基于H.264的视频编码方法，其特征在于，包括以下步骤:1)帧内预测编码；2)帧间预测编码；3)整数变换；4)量化;5)熵编码。
2.根据权利要求1所述的一种基于H.264的视频编码方法，其特征在于，所述的帧内预测编码具体为:在对一给定宏块编码时，首先根据相邻宏块预测，然后对预测值与实际值的差值进行编码。
3.根据权利要求2所述的一种基于H.264的视频编码方法，其特征在于，所述的相邻宏块预测采用4X4像素宏块预测，包括I种直流预测和8种方向预测。
4.根据权利要求1所述的一种基于H.264的视频编码方法，其特征在于，所述的帧间预测编码具体为:利用连续帧中的时间冗余来进行运动估计和补偿。
5.根据权利要求1所述的一种基于H.264的视频编码方法，其特征在于，所述的整数变换具体为:采用了基于4X4像素块的整数DCT变换。
6.根据权利要求1所述的一种基于H.264的视频编码方法，其特征在于，所述的量化采用52种不同的量化步长，步长是以12.5%的复合率递进。
7.根据权利要求1所述的一种基于H.264的视频编码方法，其特征在于，所述的熵编码采用通用可变长编码UVLC或基于文本的自适应二进制算术编码CABAC。
【文档编号】H04N7/18GK103442237SQ201310365027
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】郑思国, 刘刚, 何真珍 申请人:国家电网公司, 国网上海市电力公司, 上海市区供电设计有限公司