基于块搜索和正交匹配追踪的视频变换编码方法技术

本发明专利技术公开了一种基于块搜索和正交匹配追踪的视频变换编码方法，包括：对当前编码块进行运动估计以获得时间预测值，并基于所述时间预测值获得当前编码块的残差；基于当前编码块的空间邻域和时间预测，搜索当前编码块的最佳匹配块，并利用聚类算法获得正交匹配追踪OMP变换的词典；以当前编码块的残差在OMP变换的词典上进行OMP变换，获得变得系数，完成视频变换编码。该方法可以达到更好的能量聚集度，从而提升压缩效率，同时，该变换的计算复杂度比信号依赖的变换要低，便于解码。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及视频编码
，尤其涉及一种基于块搜索和正交匹配追踪的视频变换编码方法。
技术介绍
近年来，随着高清、超高清视频的普及，视频原始数据量急剧增加，给存储和传输带来巨大压力。如何进一步提高视频编码的压缩效率是一个至关重要的问题。目前广泛采用的视频编码标准，如H.264和HEVC(High Efficiency VideoCoding，高性能视频编码)，都基于混合视频编码框架，一般由以下几部分组成，预测(Prediction)、变换(Transform)、量化(Quantization)和熵编码(Entropy Coding)。其中，变换技术用于处理当前编码块的预测残差，使其能量集中在少数几个系数上(而其他系数为零)，从而去除残差中的空间冗余。在HEVC标准中，规定主要采用离散余弦变换(DCT)，部分采用离散正弦变换(DST)。这些变换的基函数都是固定的，并不会随着当前编码块的残差而改变。因此，在处理具有不同特性的残差时，DCT/DST并不总是能够得到很好的能量聚集，使得编码效率低下。针对固定变换基函数存在的问题，Lan等提出了信号依赖的变换(SDT)[C.Lan,J.Xu,G.Shi,F.Wu,“Exploiting non-local correlation via signal-dependenttransform(SDT),”IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing,vol.5,no.7,pp.1298–1308,2011]，该方法的主要思路是通过块搜索找出与当前编码块可能相似的图像块，利用这些相似块采用Karhunen–Loève变换(KLT)求得一组正交基函数，再对当前块的残差进行变换。因此，每个编码块的基函数都可能各不相同，较好地适应了残差的不同特性。然而该方法存在的问题是KLT的计算复杂度非常高，可能造成视频解码计算速度慢而无法满足实际应用的需求。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于块搜索和正交匹配追踪的视频变换编码方法，可以提升压缩效率且尽量减少变换的计算复杂度。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于块搜索和正交匹配追踪的视频变换编码方法，包括：对当前编码块进行运动估计以获得时间预测值，并基于所述时间预测值获得当前编码块的残差；基于当前编码块的空间邻域和时间预测，搜索当前编码块的匹配块，并利用聚类算法获得正交匹配追踪OMP变换的词典；以当前编码块的残差在OMP变换的词典上进行OMP变换，获得变得系数，完成视频变换编码。所述基于所述时间预测值获得当前编码块的残差包括：将当前编码块的原始值减去时间预测值获得当前编码块的残差。所述基于当前编码块的空间邻域和时间预测，搜索当前编码块的匹配块包括：构建搜索基准Target Patch：将当前编码块的上边与左边呈倒L型的重建区域作为模版Template，并在当前编码块的位置上加入时间预测的像素值，其大小等于当前编码块的大小；其中，当前编码块的大小为N×N，Template中左边的宽度和上边的高度均为T；利用MSE的准则在参考帧中搜索相似的块：MSE=Σi=0N+T-1Σj=0N+T-1(pcandi(i,j)-ppatch(i,j));]]>其中，pcandi为参考帧中重建区域的一个块，ppatch为构建的Target Patch，二者的大小均为(N+T-1)×(N+T-1)；pcandi(i,j)表示位置(i,j)处的像素值，类比于ppatch(i,j)；选取具有最小MSE的前M个块l＝0,1,2,...,M-1作为匹配块参与词典的构建。所述利用聚类算法获得OMP变换的词典包括：获取OMP变换所需的基其中，表示第l个匹配块去除倒L型Template后的像素值，pmcp为运动补偿预测的像素值；将进行能量归一化：其中，|xl|是的模；将能量归一化后的向量作为OMP变换的词典，词典大小为M；或者，获取OMP变换所需的基后，利用聚类算法将l＝0,1,2,...,M-1进行聚类，取K个聚类中心Q：Q＝[u1,u2,...,uK]；再对聚类中心Q中的各个元素进行相应的能量归一化，将能量归一化后的聚类中心Q作为OMP变换的词典，词典大小为K。所述以当前编码块的残差在OMP变换的词典上进行OMP变换，获得变得系数包括：当前编码块的残差为r，OMP变换的词典为D，词典D的大小为M或者为K，则OMP变换即为求解下述方程：r＝Dy；其中，y为变换系数；求解时的输入参数为r、D以及给定非零变换系数的个数m；假设词典D的大小为K，则求解包含位置信息Pm的变换系数y∈RK×1的过程如下：a、初始化：令r0＝r,y(w)＝0,w＝0,1,...,K-1，被选择词典D中的元素集合t＝1；其中，y(w)＝0表示初始化时将所有变换系数都设为0；b、按下述公式找到当前状态下最优词典D中的元素的下标λ：c、利用找到的下标λ更新第t次迭代后的位置集合Pt＝Pt-1∪{λ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于块搜索和正交匹配追踪的视频变换编码方法，其特征在于，包括：对当前编码块进行运动估计以获得时间预测值，并基于所述时间预测值获得当前编码块的残差；基于当前编码块的空间邻域和时间预测，搜索当前编码块的匹配块，并利用聚类算法获得正交匹配追踪OMP变换的词典；以当前编码块的残差在OMP变换的词典上进行OMP变换，获得变得系数，完成视频变换编码。

【技术特征摘要】
1.一种基于块搜索和正交匹配追踪的视频变换编码方法，其特征在于，包括：对当前编码块进行运动估计以获得时间预测值，并基于所述时间预测值获得当前编码块的残差；基于当前编码块的空间邻域和时间预测，搜索当前编码块的匹配块，并利用聚类算法获得正交匹配追踪OMP变换的词典；以当前编码块的残差在OMP变换的词典上进行OMP变换，获得变得系数，完成视频变换编码。2.根据权利要求1所述的一种基于块搜索和正交匹配追踪的视频变换编码方法，其特征在于，所述基于所述时间预测值获得当前编码块的残差包括：将当前编码块的原始值减去时间预测值获得当前编码块的残差。3.根据权利要求1所述的一种基于块搜索和正交匹配追踪的视频变换编码方法，其特征在于，所述基于当前编码块的空间邻域和时间预测，搜索当前编码块的匹配块包括：构建搜索基准Target Patch：将当前编码块的上边与左边呈倒L型的重建区域作为模版Template，并在当前编码块的位置上加入时间预测的像素值，其大小等于当前编码块的大小；其中，当前编码块的大小为N×N，Template中左边的宽度和上边的高度均为T；利用MSE的准则在参考帧中搜索相似的块：MSE=Σi=0N+T-1Σj=0N+T-1(pcandi(i,j)-ppatch(i,j));]]>其中，pcandi为参考帧中重建区域的一个块，ppatch为构建的Target Patch，二者的大小均为(N+T-1)×(N+T-1)；pcandi(i,j)表示位置(i,j)处的像素值，类比于ppatch...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴枫，宋锐，李厚强，刘东，兰翠玲，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34