结合块匹配和串匹配的图像压缩装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种图像压缩方法和装置。对编码单元进行编码时，在已重构参考像素样值集之中，按照预定的评估准则，以至少含有两个像素样值的微块为基本匹配单位，搜索得到一个或多个最优的微块匹配串，并把所述微块匹配串的相对位置和微块数记录到压缩码流中。在解码时，从码流中读出逐个读出微块匹配串的相对位置和微块数，从而复原得到当前编码单元的像素样值。

【技术实现步骤摘要】
结合块匹配和串匹配的图像压缩装置
本专利技术涉及一种数字视频压缩编码及解码系统，特别是计算机屏幕图像和视频的编码及解码的方法和装置。
技术介绍
随着以远程桌面为典型表现形式的新一代云计算与信息处理模式及平台的发展和普及，多台计算机之间、计算机主机与智能电视、智能手机、平板电脑等其他数字设备之间及各种各类数字设备之间的互联已经成为现实并日趋成为一种主流趋势。这使得服务器端(云)到用户端的实时屏幕传输成为当前的迫切需求。由于需要传输的屏幕视频数据量很大，以平板电脑2048x1536像素分辨率且60帧/秒刷新率的24位真彩色屏幕图像为例，需要传输的数据达每秒2048x1536x60x24＝4320兆比特，如此多的数据要想在现实的网络条件下实现实时传输是不可能的，因此对于计算机屏幕图像的有效的数据压缩必不可少。充分利用计算机屏幕图像的特点，对计算机屏幕图像进行超高效率的压缩，也是最新国际视频压缩标准HEVC(HighEfficiencyVideoCoding)的一个主要目标。计算机屏幕图像的一个显著特点是同一帧图像内通常会有很多相似甚至完全相同的像素图样(pixelpattern)。例如，计算机屏幕图像中常出现的中文或外文文字，都是由少数几种基本笔划所构成，同一帧图像内可以找到很多相似或相同的笔划。计算机屏幕图像中常见的菜单、图标等，也具有很多相似或相同的图样。现有的图像和视频压缩技术中采用的帧内预测(intraprediction)方式，仅参考相邻的像素样值，无法利用一帧图像中的相似性或相同性来提高压缩效率。现有技术中的帧内运动补偿(intramotioncompensation)方式也称为帧内块复制(intrablockcopy)方式，用几种固定大小(如4x4，8x8，16x16，32x32，64x64像素)的块来进行帧内块匹配(intrablockmatching)编码，也不能找到各种不同大小和形状的匹配。而另一种现有技术中的串匹配(stringmatching)方式，虽然能有效找到各种不同大小和形状的匹配，但却存在复杂度、计算量、存储器读写带宽都较大等问题。因此，必须寻求新的编码工具，既能充分发掘和利用计算机屏幕图像中存在的相似或相同图样，以大幅度提高压缩效果，又把复杂度、计算量、存储器读写带宽等都控制在较小的范围内。屏幕图像的数字视频信号的自然形式是图像的序列。一幅图像通常是由若干像素组成的矩形区域，如果一个数字视频信号每秒有50幅图像，那么一段30分钟的数字视频信号就是一个由30x60x50＝90000幅图像组成的视频图像序列，有时也简称为视频序列或序列。对数字视频信号进行编码就是对一幅一幅图像进行编码。最新国际视频压缩标准HEVC中，对一幅图像进行编码时，把一幅图像划分成若干块MxM像素的子图像，称为“编码单元(CodingUnit简称CU)”，以CU为基本编码单位，对子图像一块一块进行编码。常用的M的大小是4，8，16，32，64。因此，对一个视频图像序列进行编码就是对各个编码单元依次进行编码。同样，解码时也是对各个编码单元依次进行解码，最终重构出整个视频图像序列。为适应一幅图像内各部分图像内容与性质的不同，有针对性地进行最有效的编码，一幅图像内各CU的大小可以是不同的，有的是8x8，有的是64x64，等等。为了使不同大小的CU能够无缝拼接起来，一幅图像总是先划分成大小完全相同具有NxN像素的“最大编码单元(LargestCodingUnit简称LCU)”，然后每个LCU再进一步划分成多个大小不一定相同的CU。例如，一幅图像先划分成大小完全相同的64x64像素的LCU(N＝64)。其中某个LCU由3个32x32像素的CU和4个16x16像素的CU构成。而另一个LCU由2个32x32像素的CU、3个16x16像素的CU和20个8x8像素的CU构成。对一幅图像进行编码，就是依次对一个一个CU进行编码。一个彩色像素有3个分量(component)组成。最常用的两种像素色彩格式(pixelcolorformat)是由绿色分量、蓝色分量、红色分量组成的GBR色彩格式和由一个亮度(luma)分量及两个色度(chroma)分量组成的YUV色彩格式也称YCbCr色彩格式。因此，对一个CU进行编码时，可以把一个CU分成3个分量平面(G平面、B平面、R平面或Y平面、U平面、V平面)，对3个分量平面分别进行编码；也可以把一个像素的3个分量捆绑组合成一个3元组，对由这些3元组组成的CU整体进行编码。前一种像素及其分量的排列方式称为图像(及其CU)的平面格式(planarformat)，而后一种像素及其分量的排列方式称为图像(及其CU)的叠包格式(packedformat)。YUV色彩格式又可根据是否对色度分量进行下采样再细分成若干种子格式：1个像素由1个Y分量、1个U分量、1个V分量组成的YUV4:4:4像素色彩格式；左右相邻的2个像素由2个Y分量、1个U分量、1个V分量组成的YUV4:2:2像素色彩格式；左右上下相邻按2x2空间位置排列的4个像素由4个Y分量、1个U分量、1个V分量组成的YUV4:2:0像素色彩格式。一个分量一般用1个8～16比特的数字来表示。YUV4:2:2像素色彩格式和YUV4:2:0像素色彩格式都是对YUV4:4:4像素色彩格式施行色度分量的下采样得到。一个像素分量也称为一个像素样值(pixelsample)或简单地称为一个样值(sample)。帧内块匹配(intrablockmatching，也称帧内运动补偿intramotioncompensation或称帧内块复制intrablockcopy)编码就是在对一个CU进行编码时，在同一帧内的已重构参考像素样值集之中的某个预定的搜索范围(searchrange)内搜索与所述CU(即被匹配块)之间匹配误差最小的一个匹配块(称为最优匹配块)，然后把被匹配块与最优匹配块之间的相对位置(称为移动矢量即motionvector简称MV)写入视频压缩码流中。帧内块匹配解码就是在对一个CU进行解码时，根据从视频压缩码流中解析出来的一个MV，来确定同一帧内的已重构参考像素样值集之中的匹配块的位置，然后把所述匹配块复制和粘贴到所述CU(即被匹配块)的位置。帧内串匹配(intrastringmatching)编码就是在对一个CU进行编码时，在同一帧内的已重构参考像素样值集之中的某个预定的搜索范围(searchrange)内搜索得到一个或多个最优的可变长度的像素样值匹配串，每个匹配串用一个匹配相对位置(称为移动矢量即motionvector简称MV)和一个匹配长度，即一对(移动矢量，匹配长度)来表征。然后把一对或多对(移动矢量，匹配长度)写入视频压缩码流中。帧内串匹配解码就是在对一个CU进行解码时，根据从视频压缩码流中解析出来的一对或多对(移动矢量，匹配长度)，来确定同一帧内的已重构参考像素样值集之中的一个或多个像素样值匹配串的位置，然后把一个或多个所述匹配串复制和粘贴到所述CU的相对位置(即被匹配串的位置)。每个复制和粘贴的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合块匹配和串匹配的图像压缩装置，其特征在于包括以下模块：/n模块1)微块串匹配搜索编码模块：对输入的像素分辨率为M×M，其中M的取值包括4、8、16、32、64，的编码单元的视频图像像素样值施行以像素分辨率为m×n，其中m和n的取值限制条件包括：m和n的取值各自分别是包括1或2或4的整数，m和n不能同时取值1，的微块为基本匹配单位的微块串匹配编码，在每一个输入的编码单元中，从一个起始微块开始，在已重构参考像素样值暂存模块中的一个预定的搜索范围内，按照预定的评估准则和微块串的排列规则，搜索得到一个或多个最优的匹配微块串；搜索得到的所述匹配微块串与所述编码单元中的相应的被匹配微块串有相同的微块数；所述匹配微块串的位置坐标与所述被匹配微块串的位置坐标之差称为移动矢量；所述移动矢量的单位是像素样值的最小坐标单位而非微块；所述微块数的单位则是微块而非像素样值的坐标单位；本模块的输出是所述移动矢量、所述微块数以及匹配残差；所述匹配残差就是所述匹配微块串的像素样值的数值与所述被匹配微块串的像素样值的数值之差；/n模块2)其余的各种常用技术编码和重构模块：施行包括帧内预测、帧间预测、变换、量化、逆变换、反量化、去块效应滤波、样值自适应补偿(Sample Adaptive Offset)在内的各种常用技术的编码和重构运算；本模块的输入由两部分组成：第一部分是上述模块1)的输出，第二部分是上述模块1)中所述视频图像像素样值；本模块的输出是重构像素和其余编码结果；所述重构像素放入已重构参考像素样值暂存模块中，用作后续微块串匹配编码、其余的各种常用技术编码和重构所需要的参考像素；/n模块3)已重构参考像素样值暂存模块：暂存已重构像素样值，用作当前编码中被匹配微块串的参考像素样值，也用作施行各种常用技术的编码和重构运算时所需要的参考像素样值；/n模块4)熵编码模块：对包括移动矢量、微块数、其余编码结果在内的所有需要输出到压缩码流中的编码结果施行熵编码运算；熵编码的结果也是本编码装置的最后输出；所述微块是平面格式的微块。/n...

【技术特征摘要】
1.一种结合块匹配和串匹配的图像压缩装置，其特征在于包括以下模块：
模块1)微块串匹配搜索编码模块：对输入的像素分辨率为M×M，其中M的取值包括4、8、16、32、64，的编码单元的视频图像像素样值施行以像素分辨率为m×n，其中m和n的取值限制条件包括：m和n的取值各自分别是包括1或2或4的整数，m和n不能同时取值1，的微块为基本匹配单位的微块串匹配编码，在每一个输入的编码单元中，从一个起始微块开始，在已重构参考像素样值暂存模块中的一个预定的搜索范围内，按照预定的评估准则和微块串的排列规则，搜索得到一个或多个最优的匹配微块串；搜索得到的所述匹配微块串与所述编码单元中的相应的被匹配微块串有相同的微块数；所述匹配微块串的位置坐标与所述被匹配微块串的位置坐标之差称为移动矢量；所述移动矢量的单位是像素样值的最小坐标单位而非微块；所述微块数的单位则是微块而非像素样值的坐标单位；本模块的输出是所述移动矢量、所述微块数以及匹配残差；所述匹配残差就是所述匹配微块串的像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：林涛，
申请(专利权)人：洪学文，
类型：发明
国别省市：湖北;42