一種視頻衛(wèi)星大數(shù)據(jù)的周期性編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于視頻編解碼技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種視頻編碼方法，具體涉及一種視頻衛(wèi)星大數(shù)據(jù)的周期性編碼方法。
技術(shù)背景
[0002]視頻衛(wèi)星是最近幾年發(fā)展的一種新型對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星，能獲取觀測(cè)區(qū)域的視頻數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程的連續(xù)觀測(cè)和跟蹤，在軍事情報(bào)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、動(dòng)態(tài)事件觀測(cè)等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。視頻衛(wèi)星采樣分辨率達(dá)到億級(jí)像素，原始視頻數(shù)據(jù)量極其龐大，但星地網(wǎng)絡(luò)頻譜資源有限，必須對(duì)視頻衛(wèi)星采集的視頻大數(shù)據(jù)進(jìn)行高效壓縮才能實(shí)時(shí)傳送到地面接收站。
[0003]視頻衛(wèi)星能夠每天重訪全球任何地點(diǎn)3?4次，每次定點(diǎn)拍攝幾分鐘影像，對(duì)每個(gè)位置的重復(fù)推掃周期是6?8小時(shí)。在這個(gè)訪問(wèn)周期內(nèi)，同一位置的背景區(qū)域基本上不會(huì)發(fā)生變化。同時(shí)，由于視頻衛(wèi)星空間分辨率有限(?2m)，地面目標(biāo)活動(dòng)帶來(lái)的前景變化也不明顯。由此造成大量反復(fù)、周期攝錄的冗余信息，消除周期冗余成為提高衛(wèi)星視頻數(shù)據(jù)壓縮效率的關(guān)鍵和契機(jī)。然而，H.264等現(xiàn)有的編碼技術(shù)可消除視頻的短時(shí)幀間冗余，但不能消除衛(wèi)星多次重返同一位置時(shí)重復(fù)攝錄場(chǎng)面間的周期冗余。因此，必須針對(duì)視頻衛(wèi)星應(yīng)用場(chǎng)景提出新的編碼思路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]視頻衛(wèi)星圍繞地球作周期性的重復(fù)掃描，如果能建立與過(guò)去推掃周期中相應(yīng)位置歷史視頻的關(guān)聯(lián)，只編碼和傳輸少量的變化信息，將能顛覆性地提高衛(wèi)星視頻數(shù)據(jù)的壓縮效率?；谶@一思路，本發(fā)明提出了一種視頻衛(wèi)星大數(shù)據(jù)的周期性編碼方法，很好的解決了上述的技術(shù)問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種視頻衛(wèi)星大數(shù)據(jù)的周期性編碼方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]步驟1、靜態(tài)圖像編碼，構(gòu)造衛(wèi)星端周期預(yù)測(cè)參考的靜態(tài)圖像庫(kù):每隔T個(gè)推掃周期對(duì)所有掃描圖像進(jìn)行一次幀內(nèi)編碼，將壓縮碼流連同輔助信息存在本地存儲(chǔ)服務(wù)器，形成周期預(yù)測(cè)參考的靜態(tài)圖像庫(kù)，同時(shí)將復(fù)合碼流傳送到地面接收站；
[0007]步驟2、搜索周期預(yù)測(cè)匹配圖像:獲取與當(dāng)前視頻幀所對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星的位置信息，根據(jù)位置信息和圖像相似度搜索周期預(yù)測(cè)的最佳參考圖像，作為周期預(yù)測(cè)參考圖像；
[0008]步驟3、幀級(jí)預(yù)測(cè)模式判斷:從幀內(nèi)預(yù)測(cè)、幀間預(yù)測(cè)和周期預(yù)測(cè)三種模式中為當(dāng)前圖像選擇一個(gè)最優(yōu)的幀級(jí)編碼模式；
[0009]步驟4、動(dòng)態(tài)視頻編碼:根據(jù)選中的幀級(jí)編碼模式執(zhí)行相應(yīng)的視頻編碼，為便于解碼，需要將幀級(jí)編碼模式、周期預(yù)測(cè)參考圖像編號(hào)信息記錄到碼流中。
[0010]作為優(yōu)選，步驟I中所述的輔助信息規(guī)定如下:
[0011]①輔助信息包含衛(wèi)星的位置、圖像編號(hào)；
[0012]②輔助信息的復(fù)合格式，按位置、圖像編號(hào)、壓縮碼流的先后順序存放；
[0013]③每個(gè)推掃周期開(kāi)始時(shí)將圖像編號(hào)復(fù)位為0，隨后每幅圖像遞增I。
[0014]作為優(yōu)選，步驟2的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟:
[0015]步驟2.1:從本地存儲(chǔ)服務(wù)器保存的靜態(tài)圖像庫(kù)中選擇與當(dāng)前視頻幀位置最接近的若干幅圖像作為候選參考圖像；選擇準(zhǔn)則為:若靜態(tài)圖像庫(kù)中某幅圖像的位置與當(dāng)前視頻幀位置的歐氏距離小于預(yù)設(shè)門(mén)限，則將該幅圖像判為位置相近的圖像；
[0016]步驟2.2:逐一比較當(dāng)前幀與候選參考圖像間的相似度，選擇最相似的圖像作為周期預(yù)測(cè)參考圖像。
[0017]作為優(yōu)選，步驟3的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟:
[0018]步驟3.1:在當(dāng)前幀內(nèi)，逐宏塊幀內(nèi)空間預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)模式遍歷到H.264幀內(nèi)預(yù)測(cè)所允許的所有模式，選擇預(yù)測(cè)誤差最小的模式作為宏塊的最優(yōu)幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，記錄選擇的最佳幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式；對(duì)最優(yōu)預(yù)測(cè)模式下的預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行累加，作為總體幀內(nèi)預(yù)測(cè)失真；
[0019]步驟3.2:參照時(shí)域前一幀，逐個(gè)宏塊進(jìn)行幀間運(yùn)動(dòng)估計(jì)，預(yù)測(cè)模式遍歷到H.264幀間預(yù)測(cè)所允許的所有模式，選擇預(yù)測(cè)誤差最小的模式作為宏塊的最優(yōu)幀間預(yù)測(cè)模式，記錄選擇的最佳幀間預(yù)測(cè)模式及其運(yùn)動(dòng)矢量；對(duì)最優(yōu)預(yù)測(cè)模式下的預(yù)測(cè)誤差進(jìn)行累加，作為總體幀間預(yù)測(cè)失真；
[0020]步驟3.3:參照步驟2中確定的周期預(yù)測(cè)參考圖像，逐個(gè)宏塊進(jìn)行周期運(yùn)動(dòng)估計(jì)，記錄選擇的最佳幀間預(yù)測(cè)模式及其運(yùn)動(dòng)矢量，統(tǒng)計(jì)總體周期預(yù)測(cè)失真；
[0021]步驟3.4:在步驟3.1、步驟3.2和步驟3.3的結(jié)果中，選擇總體預(yù)測(cè)失真最小的模式作為選中的幀級(jí)編碼模式。
[0022]作為優(yōu)選，步驟4的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟:
[0023]步驟4.1:根據(jù)步驟3得到的幀級(jí)編碼模式，按常規(guī)的H.264視頻編碼流程依次編碼每個(gè)宏塊，即使幀級(jí)編碼模式為幀間或周期預(yù)測(cè)，其宏塊依然允許選擇幀內(nèi)編碼；選擇幀內(nèi)編碼的原則是宏塊的空域預(yù)測(cè)誤差小于其時(shí)域或周期預(yù)測(cè)誤差；
[0024]步驟4.2:幀級(jí)編碼模式信息、周期預(yù)測(cè)參考圖像編號(hào)與碼流復(fù)用后傳送到地面接收站。
[0025]與H.264等現(xiàn)有的視頻編碼方法相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:
[0026](I)本發(fā)明從視頻衛(wèi)星的周期性推掃規(guī)律出發(fā)，將周期預(yù)測(cè)引入現(xiàn)有的視頻編碼框架，由于衛(wèi)星推掃周期快，地表圖像基本上不產(chǎn)生明顯改變，只需要編碼少量的殘差信息，顯著提高了編碼效率；
[0027](2)本發(fā)明通過(guò)衛(wèi)星位置信息建立與同一位置已經(jīng)編碼的歷史視頻的關(guān)聯(lián)，顯著提尚了關(guān)聯(lián)效率和精度；
[0028](3)本發(fā)明對(duì)用作周期參考的圖像選擇靜態(tài)圖像編碼方式，在相對(duì)圖像庫(kù)作周期預(yù)測(cè)時(shí)不涉及復(fù)雜的視頻解碼，提高了周期匹配的搜索效率。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1:本發(fā)明實(shí)施例的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0031]請(qǐng)見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供的一種視頻衛(wèi)星大數(shù)據(jù)的周期性編碼方法，包括以下步驟:
[0032]步驟1、靜態(tài)圖像編碼，構(gòu)造衛(wèi)星端周期預(yù)測(cè)參考的靜態(tài)圖像庫(kù):每隔T個(gè)推掃周期對(duì)所有掃描圖像進(jìn)行一次H.264幀內(nèi)編碼，將壓縮碼流連同輔助信息存在本地存儲(chǔ)服務(wù)器，形成周期預(yù)測(cè)參考的靜態(tài)圖像庫(kù)，同時(shí)將復(fù)合碼流傳送到地面接收站；
[0033]其具體實(shí)施要點(diǎn)進(jìn)一步說(shuō)明如下:
[0034]①靜態(tài)圖像編碼的推掃周期間隔T設(shè)置為100 ;
[0035]②輔助信息包含衛(wèi)星的位置，圖像編號(hào)；
[0036]③輔助信息的復(fù)合格式，按位置、圖像編號(hào)、壓縮碼流的先后順序存放；
[0037]④每個(gè)推掃周期開(kāi)始時(shí)將圖像編號(hào)復(fù)位為0，隨后每幅圖像遞增I。
[0038]步驟2、搜索周期預(yù)測(cè)匹配圖像:獲取與當(dāng)前視頻幀所對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星的位置信息，根據(jù)位置信息和圖像相似度搜索周期預(yù)測(cè)的最佳參考圖像，作為周期預(yù)測(cè)參考圖像；具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟:
[0039]步驟2.1:從本地存儲(chǔ)服務(wù)器保存的靜態(tài)圖像庫(kù)中選擇與當(dāng)前視頻幀位置最接近的若干幅圖像作為候選參考圖像；