本發(fā)明屬于視頻處理領(lǐng)域，將壓縮感知理論用于視頻壓縮處理，使信號(hào)采樣與壓縮合并進(jìn)行，有效地解決奈奎斯特采樣定理對(duì)數(shù)據(jù)采集數(shù)量的限制，以及常規(guī)視頻壓縮時(shí)“先采樣后壓縮”帶來(lái)的數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)等問(wèn)題。

背景技術(shù)：

視頻序列的每幀圖像內(nèi)相鄰像素之間、幀間圖像的相對(duì)應(yīng)像素之間都具有較高的冗余度，視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)采用對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行高速采樣，將其通過(guò)預(yù)測(cè)、變換、編碼等處理，舍棄多數(shù)冗余數(shù)據(jù)，以達(dá)到壓縮的目的。壓縮感知處理方法將采樣與壓縮合并進(jìn)行，并使測(cè)量數(shù)量突破奈奎斯特采樣定理的限制，只要信號(hào)在某個(gè)變換域是稀疏的，用一個(gè)與該稀疏基不相關(guān)的測(cè)量矩陣對(duì)信號(hào)進(jìn)行投影，就可以從投影得到的少量測(cè)量值中，通過(guò)優(yōu)化求解算法重構(gòu)原信號(hào)。因此，采用壓縮感知理論對(duì)視頻進(jìn)行壓縮處理，可以克服常規(guī)視頻壓縮時(shí)先大規(guī)模采樣后高比例壓縮所造成的數(shù)據(jù)資源浪費(fèi)等問(wèn)題。

對(duì)視頻基于壓縮感知的方法進(jìn)行整幀處理時(shí)，需要較大的存儲(chǔ)空間和較復(fù)雜的重構(gòu)運(yùn)算，為此，2007年lugan提出分塊壓縮感知的處理方法。在通常的分塊壓縮感知處理中，視頻的每幀圖像被分成許多大小相同的不重疊小塊，測(cè)量和重構(gòu)時(shí)單獨(dú)對(duì)每個(gè)圖像塊進(jìn)行操作。但均勻分塊無(wú)法體現(xiàn)不同視頻內(nèi)容的特點(diǎn)，存在平坦區(qū)域分塊過(guò)小，而細(xì)節(jié)、邊緣區(qū)域分塊過(guò)大的問(wèn)題，從而影響視頻重構(gòu)質(zhì)量和重構(gòu)所需時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，提供一種基于自適應(yīng)分塊壓縮感知的視頻壓縮方法。

本發(fā)明提出根據(jù)視頻圖像相鄰像素的灰度差值，自適應(yīng)地對(duì)視頻幀進(jìn)行塊大小劃分；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)視頻幀間相關(guān)性對(duì)不同圖像塊進(jìn)行自適應(yīng)分類(lèi)并分配不同的采樣率。

基于自適應(yīng)分塊壓縮感知的視頻壓縮方法，包括以下步驟：

步驟1.所述視頻圖像自適應(yīng)分塊；

(1.1)對(duì)視頻序列進(jìn)行分組，每組取第一幀作為參考幀，視頻組中其余幀按照參考幀的自適應(yīng)分塊情況進(jìn)行相同分塊；

(1.2)以圖像幀相鄰像素間的灰度差值作為塊大小分割的依據(jù)，設(shè)定分塊閾值t；分塊閾值的計(jì)算包含以下步驟：

(1.2.1)對(duì)于大小為n×m個(gè)像素的視頻圖像x，(i,j)位置的像素灰度表示為gi,j，則第i行和第j列相鄰像素之間灰度差的平均值通過(guò)公式和進(jìn)行求解；

(1.2.2)分塊閾值t取決于整幀圖像相鄰像素灰度的行差、列差平均值，即通過(guò)公式進(jìn)行計(jì)算；

(1.3)將參考幀分成大小相等且不重疊的4個(gè)子區(qū)域塊，對(duì)于每一個(gè)區(qū)域塊，當(dāng)區(qū)域塊相鄰像素灰度平均差值大于t時(shí)，按四叉樹(shù)算法進(jìn)行進(jìn)一步分塊；當(dāng)區(qū)域塊相鄰像素灰度平均差值小于t時(shí)，停止繼續(xù)分塊；當(dāng)圖像塊大小分割至4×4時(shí)，即停止進(jìn)一步分塊；

步驟2.對(duì)視頻圖像塊進(jìn)行分類(lèi)，包括：

(2.1)求解每一組視頻中所有塊的像素dct(discretecosinetransform，dct)系數(shù)幀間殘差平均值設(shè)定分類(lèi)閾值

(2.2)計(jì)算視頻組中空間同一位置對(duì)應(yīng)塊的dct系數(shù)幀間殘差平均值

(2.3)如果此類(lèi)塊定義為緩慢變化塊，分配較高的采樣率r1；如果此類(lèi)塊定義為快速變化塊，分配較低的采樣率r3；如果此類(lèi)塊定義為過(guò)渡塊，采樣率r2的選取介于前面兩者之間；

步驟3.對(duì)各類(lèi)圖像塊分配合適的采樣率，包括：

(3.1)對(duì)快速變化塊、過(guò)渡塊和緩慢變化塊3種類(lèi)型圖像塊進(jìn)行采樣率分配時(shí)，可以設(shè)定采樣率r1＝r，

(3.2)上述r是視頻參考幀自適應(yīng)分塊時(shí)的預(yù)采樣率，其大小的選取可根據(jù)實(shí)際需求決定，如果對(duì)視頻圖像重構(gòu)質(zhì)量要求較高，可選取較大的r值；若要重構(gòu)時(shí)間少，則選取較小的r值。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：基于壓縮感知的視頻分塊處理方法中，對(duì)于均勻分塊，分塊越小，重構(gòu)速度越快，但由于圖像塊邊緣的塊效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致重構(gòu)質(zhì)量變差。本發(fā)明提出的基于自適應(yīng)分塊壓縮感知的視頻壓縮方法，視頻重構(gòu)質(zhì)量好，重構(gòu)時(shí)間短，兩者在相同條件下均優(yōu)于視頻均勻分塊處理的方法。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的視頻自適應(yīng)分塊的方法流程圖

圖2是本發(fā)明的視頻測(cè)試序列自適應(yīng)分塊的結(jié)果圖

圖3自適應(yīng)分塊與均勻分塊視頻重構(gòu)質(zhì)量psnr(db)和重構(gòu)時(shí)間(s)的對(duì)比圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

圖1是基于自適應(yīng)分塊壓縮感知的視頻壓縮方法流程圖，具體包括：

步驟1.所述視頻圖像自適應(yīng)分塊；

(1.1)對(duì)視頻序列進(jìn)行分組，每組取第一幀作為參考幀，視頻組中其余幀按照參考幀的自適應(yīng)分塊情況進(jìn)行相同分塊；

(1.2)以圖像幀相鄰像素間的灰度差值作為塊大小分割的依據(jù)，設(shè)定分塊閾值t；分塊閾值的計(jì)算包含以下步驟：

(1.2.1)對(duì)于大小為n×m個(gè)像素的視頻圖像x，(i,j)位置的像素灰度表示為gi,j，則第i行和第j列相鄰像素之間灰度差的平均值通過(guò)公式和進(jìn)行求解；

(1.2.2)分塊閾值t取決于整幀圖像相鄰像素灰度的行差、列差平均值，即通過(guò)公式進(jìn)行計(jì)算；

(1.3)將參考幀分成大小相等且不重疊的4個(gè)子區(qū)域塊，對(duì)于每一個(gè)區(qū)域塊，當(dāng)區(qū)域塊相鄰像素灰度平均差值大于t時(shí)，按四叉樹(shù)算法進(jìn)行進(jìn)一步分塊；當(dāng)區(qū)域塊相鄰像素灰度平均差值小于t時(shí)，停止繼續(xù)分塊；當(dāng)圖像塊大小分割至4×4時(shí)，即停止進(jìn)一步分塊；

步驟2.對(duì)視頻圖像塊進(jìn)行分類(lèi)，包括：

(2.1)求解每一組視頻中所有塊的像素dct(discretecosinetransform，dct)系數(shù)幀間殘差平均值設(shè)定分類(lèi)閾值

(2.2)計(jì)算視頻組中空間同一位置對(duì)應(yīng)塊的dct系數(shù)幀間殘差平均值

(2.3)如果此類(lèi)塊定義為緩慢變化塊，分配較高的采樣率r1；如果此類(lèi)塊定義為快速變化塊，分配較低的采樣率r3；如果此類(lèi)塊定義為過(guò)渡塊，采樣率r2的選取介于前面兩者之間；

步驟3.對(duì)各類(lèi)圖像塊分配合適的采樣率，包括：

(3.1)對(duì)快速變化塊、過(guò)渡塊和緩慢變化塊3種類(lèi)型圖像塊進(jìn)行采樣率分配時(shí)，可以設(shè)定采樣率r1＝r，

(3.2)r是視頻參考幀自適應(yīng)分塊時(shí)的預(yù)采樣率，其大小的選取可根據(jù)實(shí)際需求決定，如果對(duì)視頻圖像重構(gòu)質(zhì)量要求較高，可選取較大的r值；若要重構(gòu)時(shí)間少，則選取較小的r值。

選取50幀測(cè)試視頻序列flower,其分辨率為352×288，視頻具有圖像細(xì)節(jié)豐富、場(chǎng)景切換較快等特點(diǎn)，基于matlab軟件平臺(tái)，按照?qǐng)D1所述自適應(yīng)分塊方法，測(cè)試視頻序列10幀為一組，得到仿真結(jié)果如圖2所示。可以看到，圖像的右下部位細(xì)節(jié)較多，塊較小，左上部位細(xì)節(jié)少、較平坦，塊較大，說(shuō)明本發(fā)明所提的方法可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)視頻內(nèi)容有效進(jìn)行自適應(yīng)塊大小的劃分。

選取8個(gè)視頻測(cè)試序列，根據(jù)本發(fā)明所述視頻圖像自適應(yīng)分塊方法和各種圖像塊分類(lèi)并分配采樣率方法，選擇采樣率r＝10％，即自適應(yīng)塊分類(lèi)所得到的緩慢變化塊、過(guò)渡塊和快速變化塊3種類(lèi)型的采樣率分別為r1＝40％、r2＝20％、r3＝10％；均勻分塊處理方法的塊大小分別取8×8、16×16、32×32，采樣率與快速變化塊一致，即取40％，采用dct作為稀疏基，測(cè)量矩陣選擇服從(0,1/n)的高斯隨機(jī)矩陣，重構(gòu)算法采用全變差tv(totalvariation)算法，視頻重構(gòu)質(zhì)量利用峰值信噪比psnr(peaksignaltonoiseratio)表征，基于matlab軟件平臺(tái)，仿真對(duì)比兩種方法的圖像重構(gòu)質(zhì)量和重構(gòu)時(shí)間，得到圖3所示的結(jié)果。由圖中可知，盡管均勻分塊方法的采樣率較高，但自適應(yīng)分塊方法的視頻重構(gòu)質(zhì)量和重構(gòu)時(shí)間均優(yōu)于任何一種塊大小的均勻分塊方法。

本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。