一种基于压缩感知的质量可分级快速编码方法技术

本发明专利技术公开了一种基于压缩感知的质量可分级快速编码方法，属于视频编码技术领域。本发明专利技术方法利用压缩感知理论的稀疏性，在对质量可分级增强层进行编码时对残差块尺寸为8x8的子块进行稀疏表示，编码时为了满足标准编码结构提出补0操作再进行熵编码。本发明专利技术还利用了基本层和增强层之间的层间相关性来快速选择子块编码模式以进一步降低编码算法的计算复杂度。相比现有技术，本发明专利技术方法能够在保持编码后图像质量的前提下，有效地降低编码端的码率，提高编码器的编码效率。

A quality scalable fast coding method based on compressed sensing

The invention discloses a quality scalable fast coding method based on compressed sensing, which belongs to the technical field of video coding. The method utilizes the sparsity of compressed sensing theory to sparsely represent the sub-blocks with the residual block size of 8x8 when encoding the quality scalable enhancement layer. In order to satisfy the standard encoding structure, the complement 0 operation is proposed and then the entropy encoding is carried out. The invention also utilizes the interlayer correlation between the base layer and the enhancement layer to quickly select the sub-block coding mode to further reduce the computational complexity of the coding algorithm. Compared with the prior art, the method of the invention can effectively reduce the code rate of the coding end and improve the coding efficiency of the encoder on the premise of maintaining the quality of the encoded image.

【技术实现步骤摘要】
一种基于压缩感知的质量可分级快速编码方法
本专利技术涉及一种基于压缩感知的质量可分级快速编码方法，属于视频编码

技术介绍
在许多实际的视频压缩传输应用中，由于网络的异构、用户要求不同、终端能力不同、信道所能提供的Qos(QualityofService)不同等因素的存在，需要为用户提供不同质量、不同速率的视频图像信号。而解决此类问题的最好方法之一便是采用可分级视频编码，让单个编码器产生多个层次的压缩码流，对于不同层次的码流进行解码，便可以获得不同质量的视频图像信号。然而，可分级视频编码中由于一个甚至多个增强层的精细量化而导致的编码复杂度以及码率急剧增加的问题始终未能很好地解决。压缩感知理论的研究为这一问题的解决提供了可能。压缩感知理论的优点在于信号的投影测量数据量远远小于传统采样方法所获的数据量，突破了香农采样定理的瓶颈，使得高分辨率信号的采集成为了可能。近年来，已有一些利用压缩感知来改进可分级视频编码的方法。例如，SiyuanXiang和LinCai于2011年提出一种应用于无线网络环境下的基于压缩感知的可分级视频编码框架，该编码框架在主要通过不使用运动估计、运动补偿以及帧间预测时只将部分I帧的变换系数进行重构后作为参考帧来降低编码的计算复杂度，但其编码方法总体效果并不理想。此外，S.N.Karishma等人也在2016年提出一种适用于空间应用的压缩感知可分级编码框架。以上两种方法虽然利用了压缩感知达到了降低编码复杂度的目的，但是并没有很好地解决由于多层编码以及压缩感知重构所带来的时延问题，因此总体编码时间有再次被减少的空间。
技术实现思路
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种基于压缩感知的质量可分级快速编码方法，首先利用基本层和增强层之间的相关性快速选择增强层子块候选模式，之后根据实验选择适合的子块经过量化，稀疏编码后传输。本专利技术面向H.264和HEVC视频编码标准，在质量可分级视频编码的基本层保持不变的情况下，对精细量化后的增强层加入压缩感知理论，结合压缩感知的稀疏性有选择地对待编码子块进行编码传输，降低原有可分级视频编码增强层编码复杂度，从而提高整体编码框架的编码效率。由于压缩感知中所用到的稀疏矩阵和测量矩阵需要满足有限等距性(RestrictedIsometryProperty,RIP)原则，实际实验中常用DCT或DWT作为稀疏矩阵而采用高斯随机矩阵或贝努利矩阵作为测量矩阵，而在JVT(JointVideoTeam)开发的标准视频编码参考软件JSVM中已使用到整数DCT变换，因而本专利技术采用整数DCT作为稀疏矩阵，高斯随机矩阵为测量矩阵。且通过实验总结分析，当增强层残差块的大小为8x8时，对其进行压缩感知获得的实验效果明显优于对其他尺寸残差块进行稀疏处理的结果，故本专利技术只对增强层8x8尺寸大小的子块进行稀疏表示。技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于压缩感知的质量可分级快速编码方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：初始化参数：1.1：利用高斯随机函数生成大小为64x64高斯随机矩阵Φ；1.2：设置可分级视频编码层数为2；步骤2：判断当前编码帧是否是增强层编码，若不是，表示当前编码帧是基本层编码，对其按照原先方式进行编码；步骤3：用快速模式选择得到增强层待编码子块的模式；根据子块之间的层间相关性和空间相关性，快速得到当前编码单元的最佳子块划分模式；步骤4：判断增强层的残差子块transform_size_8x8_flag标志位是否为1，若不是进行步骤5，否则进行步骤6；步骤5：对残差子块进行原有的细量化和熵编码过程；步骤6：对8x8大小的残差子块进行细量化，之后利用压缩感知技术对其进行稀疏编码；步骤7：在解码端判断待解码块是否含有标志位Fm，若没有，进行正常的解码步骤；步骤8：利用传输得到的Φ以及m计算出Y以及φ，再根据正交匹配追踪算法重构得到原信号。作为优选方案：步骤3.1：若基本层编码块的最优编码模式为INTRA4x4，则增强层对应位置编码块采用INTRA_BL模式进行编码；步骤3.2：若基本层编码块的最优编码模式为INTRA16x16，则增强层编码块的候选模式为INTRA_BL、MODE_16x16、MODE_SKIP、INTRA16x16、INTRA4x4其中一种，之后通过率失真优化函数选择其中最优的一种作为增强层对应位置的最优编码模式；步骤3.3：当基本层的最优编码模式为MODE_SKIP时，3.3.1：若增强层中对应编码位置的左面、上面、左上面已编码的宏块的最优编码模式均为MODE_SKIP，则此增强层对应编码位置采用MODE_SKIP模式进行编码；3.3.2：若增强层中对应编码位置的左面、上面、左上面已编码的宏块的最优编码模式包含MODE_SKIP和MODE_16x16的组合，则增强层对应编码位置的候选模式为MODE_SKIP、MODE_16x16、BL_SKIP其中一种；3.3.3若增强层中对应编码位置的左面、上面、左上面已编码的宏块的最优编码模式包含MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16的组合，则增强层对应编码位置的候选模式为BL_SKIP、MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16其中一种；步骤3.4：当基本层编码块的最优编码模式为MODE_16x16时；3.4.1：若增强层中对应编码位置的左面、上面、左上面已编码的宏块的最优编码模包含MODE_SKIP和MODE_16x16的组合，则增强层对应编码位置的候选模式为MODE_SKIP、MODE_16x16、BL_SKIP其中一种；3.4.2：若增强层中对应编码位置的左面、上面、左上面已编码的宏块的最优编码模式包含MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16的组合，则增强层对应编码位置的候选模式为BL_SKIP、MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16其中一种；3.4.3：否则，增强层对应位置编码候选模式为BL_SKIP、MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16、MODE_8x8其中一种；步骤3.5：当基本层编码块的最优编码模式为MODE_16x8或MODE_8x16时；3.5.1：若增强层中对应编码位置的左面、上面、左上面已编码的宏块的最优编码模式包含MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16的组合，则增强层对应编码位置的候选模式为BL_SKIP、MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16其中一种；3.5.2：否则，增强层对应位置编码候选模式为BL_SKIP、MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16、MODE_8x8其中一种；步骤3.6：若基本层编码块的最优编码模式为MODE_8x8时；3.6.1：若增强层中对应编码位置的左面、上面、左上面已编码的宏块的最优编码模式均为MODE_8x8模式，则增强层对应位置候选模式为BL_SKIP模式、MODE_8x8模式其中一种；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于压缩感知的质量可分级快速编码方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：初始化参数：1.1：利用高斯随机函数生成大小为64x64高斯随机矩阵Φ；1.2：设置可分级视频编码层数为2；步骤2：判断当前编码帧是否是增强层编码，若不是，表示当前编码帧是基本层编码，对其按照原先方式进行编码；步骤3：用快速模式选择得到增强层待编码子块的模式；根据子块之间的层间相关性和空间相关性，快速得到当前编码单元的最佳子块划分模式；步骤4：判断增强层的残差子块transform_size_8x8_flag标志位是否为1，若不是进行步骤5，否则进行步骤6；步骤5：对残差子块进行原有的细量化和熵编码过程；步骤6：对8x8大小的残差子块进行细量化，之后利用压缩感知技术对其进行稀疏编码；步骤7：在解码端判断待解码块是否含有标志位Fm，若没有，进行正常的解码步骤；步骤8：利用传输得到的Φ以及m计算出Y以及φ，再根据正交匹配追踪算法重构得到原信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于压缩感知的质量可分级快速编码方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：初始化参数：1.1：利用高斯随机函数生成大小为64x64高斯随机矩阵Φ；1.2：设置可分级视频编码层数为2；步骤2：判断当前编码帧是否是增强层编码，若不是，表示当前编码帧是基本层编码，对其按照原先方式进行编码；步骤3：用快速模式选择得到增强层待编码子块的模式；根据子块之间的层间相关性和空间相关性，快速得到当前编码单元的最佳子块划分模式；步骤4：判断增强层的残差子块transform_size_8x8_flag标志位是否为1，若不是进行步骤5，否则进行步骤6；步骤5：对残差子块进行原有的细量化和熵编码过程；步骤6：对8x8大小的残差子块进行细量化，之后利用压缩感知技术对其进行稀疏编码；步骤7：在解码端判断待解码块是否含有标志位Fm，若没有，进行正常的解码步骤；步骤8：利用传输得到的Φ以及m计算出Y以及φ，再根据正交匹配追踪算法重构得到原信号。2.根据权利要求1所述的一种基于压缩感知的质量可分级快速编码方法，其特征在于：所述步骤3中快速模式选择得到增强层待编码子块的模式，具体步骤如下：步骤3.1：若基本层编码块的最优编码模式为INTRA4x4，则增强层对应位置编码块采用INTRA_BL模式进行编码；步骤3.2：若基本层编码块的最优编码模式为INTRA16x16，则增强层编码块的候选模式为INTRA_BL、MODE_16x16、MODE_SKIP、INTRA16x16、INTRA4x4其中一种，之后通过率失真优化函数选择其中最优的一种作为增强层对应位置的最优编码模式；步骤3.3：当基本层的最优编码模式为MODE_SKIP时，3.3.1：若增强层中对应编码位置的左面、上面、左上面已编码的宏块的最优编码模式均为MODE_SKIP，则此增强层对应编码位置采用MODE_SKIP模式进行编码；3.3.2：若增强层中对应编码位置的左面、上面、左上面已编码的宏块的最优编码模式包含MODE_SKIP和MODE_16x16的组合，则增强层对应编码位置的候选模式为MODE_SKIP、MODE_16x16、BL_SKIP其中一种；3.3.3若增强层中对应编码位置的左面、上面、左上面已编码的宏块的最优编码模式包含MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16的组合，则增强层对应编码位置的候选模式为BL_SKIP、MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16其中一种；步骤3.4：当基本层编码块的最优编码模式为MODE_16x16时；3.4.1：若增强层中对应编码位置的左面、上面、左上面已编码的宏块的最优编码模包含MODE_SKIP和MODE_16x16的组合，则增强层对应编码位置的候选模式为MODE_SKIP、MODE_16x16、BL_SKIP其中一种；3.4.2：若增强层中对应编码位置的左面、上面、左上面已编码的宏块的最优编码模式包含MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16的组合，则增强层对应编码位置的候选模式为BL_SKIP、MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16其中一种；3.4.3：否则，增强层对应位置编码候选模式为BL_SKIP、MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16、MODE_8x8其中一种；步骤3.5：当基本层编码块的最优编码模式为MODE_16x8或MODE_8x16时；3.5.1：若增强层中对应编码位置的左面、上面、左上面已编码的宏块的最优编码模式包含MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16的组合，则增强层对应编码位置的候选模式为BL_SKIP、MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16其中一种；3.5.2：否则，增强层对应位置编码候选模式为BL_SKIP、MODE_SKIP、MODE_16x16、MODE_16x8、MODE_8x16、MODE_8x8其中一种；步骤3.6：若基本层编码块的最优编码模式为MODE...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡栋，丁健宇，何永洋，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32