降低码率的编码方法以及对应的解码方法技术

本发明专利技术公开了一种降低码率的编码方法以及对应的解码方法，其中降低码率的编码方法，包括以下步骤：在视频编码启动时，先设定GOP大小为N，同时设定普通I帧周期数为M，每连续M个GOP中，第一个GOP的第一帧为普通I帧，其余GOP的第一帧为增强SI帧，每个SI帧包括基础I帧和补充帧两部分，补充帧为对基础I帧与原始帧进行编码，使用帧间预测得到；当输入第n帧(n＝1,2,3...)时,先判断得到此帧编码的帧类型，当n为N的整数倍，则此帧编码为普通I帧或SI帧；当编码普通I帧时，使用正常编码方法；当编码SI帧时，采用SI帧编码方法。采用SI帧编码方法。

【技术实现步骤摘要】
降低码率的编码方法以及对应的解码方法


[0001]本专利技术属于视频编码
，具体涉及一种降低码率的编解码方法。

技术介绍

[0002]目前流行的视频编码标准，如国际视频标准H.264、H265，以及国内视频标准AVS2、AVS3等，其视频压缩原理上都是类似的，都是基于去除帧内、帧间冗余信息后再进行变换、量化处理，最后进行熵编码。压缩率是否高，一定程度上取决于去除冗余信息是否彻底。
[0003]视频是由若干连续的图像构成，每个图像编码压缩为一帧。编码器将多张连续图像进行编码后生产成一段一段的画面组(Group ofPictures，GOP)。一个GOP由一张I帧和数张B/P帧组成，是视频图像可以独立解码的帧集。I帧是内部编码帧(也称为关键帧)，只做了帧内预测，没有去除时间域的帧间冗余信息，编码压缩效率较低，但是可以独立解码，解码不依赖之前的编码帧。P帧是前向预测帧(前向参考帧)，B帧是双向内插帧(双向参考帧)，P、B帧都去除了时间域的冗余信息，编码器只需要对P/B帧与前序参考帧预测后的残差值进行编码，压缩效率较高，但是P、B帧的解码需要依赖之前已经解码的帧信息，不能独立解码。
[0004]目前的视频压缩只有在电视台内制作域一般采用纯I帧编码压缩，不使用P、B帧压缩，即一个GOP只包含一个I帧。其他的视频领域都采用I、P、B帧编码，以提升压缩效率。由于P、B帧去除了时间域冗余信息，P、B帧压缩效率比I帧大很多，通常电视、电影视频，相同编码画质下，每个I帧的字节数为P或者B帧的5倍以上。
[0005]但是对于安防监控视频，由于帧间冗余信息非常多，I帧的字节数可能是P、B帧的数百倍甚至上千倍。此外，对于I帧，如果要提升压缩效率，必须加大量化因子，但是带来的效应是解码还原的画质变差。典型的，对于H264/H265视频压缩标准，量化因子增加6，压缩效率大约提升一倍。一般而言，安防监控视频需要做到定时间点回放，故每个GOP的帧数不宜太大，典型的为一秒一个GOP。如此，整个压缩视频码流的绝大多数字节被I帧占有。由于相同画质下，I帧的压缩效率低，且I帧的间隔，即GOP帧数，不能太大，这会严重阻碍编码压缩效率。

技术实现思路

[0006]鉴于以上存在的问题，本专利技术提供一种降低码率的编码方法以及对应的解码方法，用于对I帧进行进一步压缩。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：
[0008]本专利技术实施例的第一方面提供一种降低码率的编码方法，包括以下步骤：
[0009]在视频编码启动时，先设定GOP大小为N，同时设定普通I帧周期数为M，每连续M个GOP中，第一个GOP的第一帧为普通I帧，其余GOP的第一帧为增强SI帧，每个SI帧包括基础I帧和补充帧两部分，补充帧为对基础I帧与原始帧进行编码，使用帧间预测得到；
[0010]当输入第n帧(n＝1,2,3....)时,先判断得到此帧编码的帧类型，当n为N的整数倍，则此帧编码为普通I帧或SI帧；
[0011]当编码普通I帧时，使用正常编码方法；当编码SI帧时，采用SI帧编码方法。
[0012]第一方面的一种可能设计中，如果n不是N的整数倍，则此帧为正常的P或者B帧。
[0013]第一方面的一种可能设计中，SI帧编码方法包括：
[0014]编码基础I帧时，使用较大的量化因子，使得基础I帧的字节数远远小于普通编码的I帧；编码补充帧时，采用帧间预测；再将基础I帧编码数据与补充帧编码数据叠加，获得整个SI帧编码数据。
[0015]第一方面的一种可能设计中，编码基础I帧时，使用较大的量化因子，使得基础I帧的字节数远远小于普通编码的I帧具体包括：
[0016]先以较大的量化因子编码SI帧的基础I帧，如果此帧为普通I帧，使用的量化因子为Qp，则编码此基础I帧使用的量化因子为Qp+delta，delta为正整数,同时保证Qp+delta在编码规范所允许的范围内，设基础I帧编码后得到的压缩码流数据为D_basicI，数据字节数为Len_basicI，设原始的输入帧为Org,基础I帧的解码重建帧为Rec1。
[0017]第一方面的一种可能设计中，编码补充帧时，采用帧间预测具体包括：
[0018]设基础I帧的原始帧与解码重建帧的残差帧为Res1，即Org与Rec1逐像素相减得到残差帧Res1，将残差帧的每个像素增加2
Bitdepth
‑1，并通过饱和方式将像素值限制在[0,2
Bitdepth
‑
1]范围之内，其中Bitdepth为原始视频数据的位深，设视频帧的像素个数为L，
[0019]Res1[i]＝Clip(Org[i]‑
Rec1[i]+2
Bitdepth
‑1,0,2
Bitdepth
‑
1)
[0020]其中，Org[i]表示原始帧第i个像素的值,i＝1～L；Rec1[i],Res1[i]分别表示Rec1以及Res1的第i个像素值，其中，Clip(x,a,b)函数表示，如果x小于a，则Clip(x,a,b)的值为a，如果x大于b，则Clip(x,a,b)的值为b，否则等于x；
[0021]选取当前I帧时间阈之前的一个编码帧，设其解码重建帧为Rec0,Rec0与Rec1逐像素相减得到残差帧Res0，将残差帧的每个像素增加2Bitdepth
‑
1，并通过饱和方式将像素值限制在[0,2Bitdepth
‑
1]范围之内，即：
[0022]Res0[i]＝Clip(Rec0[i]‑
Rec1[i]+2
Bitdepth
‑1,0,2
Bitdepth
‑
1)
[0023]创建一个新的编码器，以Res0帧为参考帧，以Res1为输入帧，进行P帧编码，得到编码的补充帧，设补充帧的编码压缩数据为D_supp，编码数据长度为Len_supp。
[0024]第一方面的一种可能设计中，N的大小为帧率。
[0025]本专利技术实施例的第二方面提供一种解码方法，用于对按照如上任一所述降低码率的编码方法得到的编码帧进行解码，包括：在解码端，如果是正常的I、P、B帧，则使用正常方式进行解码；如果是SI帧，则以SI帧对应的编码方式进行解码还原。
[0026]第二方面的一种可能设计中，以SI帧对应的编码方式进行解码还原具体包括：
[0027]先从整帧分离出基础I帧与补充帧，解码基础I帧使用标准的I帧解码方式，获得解码帧Dec1；然后判断补充帧对应的参考帧是否存在，如果不存在，补充帧丢弃，Dec1即为最终的解码帧，如果补充帧的参考帧存在，则设该参考帧的解码帧为Dec0，然后计算参考帧Ref0为：
[0028]Ref[i]＝Clip(Dec0[i]‑
Dec1[i]+2
Bitdepth
‑1,0,2
Bitdepth
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种降低码率的编码方法，其特征在于，包括以下步骤：在视频编码启动时，先设定GOP大小为N，同时设定普通I帧周期数为M，每连续M个GOP中，第一个GOP的第一帧为普通I帧，其余GOP的第一帧为增强SI帧，每个SI帧包括基础I帧和补充帧两部分，补充帧为对基础I帧与原始帧进行编码，使用帧间预测得到；当输入第n帧(n＝1,2,3....)时,先判断得到此帧编码的帧类型，当n为N的整数倍，则此帧编码为普通I帧或SI帧；当编码普通I帧时，使用正常编码方法；当编码SI帧时，采用SI帧编码方法。2.如权利要求1所述的降低码率的编码方法，其特征在于，如果n不是N的整数倍，则此帧为正常的P或者B帧。3.如权利要求1所述的降低码率的编码方法，其特征在于，SI帧编码方法包括：编码基础I帧时，使用较大的量化因子，使得基础I帧的字节数远远小于普通编码的I帧；编码补充帧时，采用帧间预测；再将基础I帧编码数据与补充帧编码数据叠加，获得整个SI帧编码数据。4.如权利要求3所述的降低码率的编码方法，其特征在于，编码基础I帧时，使用较大的量化因子，使得基础I帧的字节数远远小于普通编码的I帧具体包括：先以较大的量化因子编码SI帧的基础I帧，如果此帧为普通I帧，使用的量化因子为Qp，则编码此基础I帧使用的量化因子为Qp+delta，delta为正整数,同时保证Qp+delta在编码规范所允许的范围内，设基础I帧编码后得到的压缩码流数据为D_basicI，数据字节数为Len_basicI，设原始的输入帧为Org,基础I帧的解码重建帧为Rec1。5.如权利要求4所述的降低码率的编码方法，其特征在于，编码补充帧时，采用帧间预测具体包括：设基础I帧的原始帧与解码重建帧的残差帧为Res1，即Org与Rec1逐像素相减得到残差帧Res1，将残差帧的每个像素增加2
Bitdepth
‑1，并通过饱和方式将像素值限制在[0,2
Bitdepth
‑
1]范围之内，其中Bitdepth为原始视频数据的位深，设视频帧的像素个数为L，Res1[i]＝Clip(Org[i]
‑
Rec1[i]+2
Bitdepth
‑1,0,2
Bitdepth
‑
1)其中，Org[i]表示原始帧第i个像素的值,i＝1～L；Rec1[i],Res1[i]分别表示Rec1以及Res1的第i个像素值...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢亚光，廖义，李日，周瑜锋，朱建国，
申请(专利权)人：杭州当虹科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：