一種視頻壓縮方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種視頻壓縮方法，包括將原始視頻信號轉(zhuǎn)換為YUV格式的視頻信號，然后將原始視頻信號各分量進(jìn)行分塊處理，隨后隨機方式生成一個各元素符合正態(tài)分布的壓縮感知觀測矩陣，利用該矩陣的不同子集來壓縮各圖像分塊，得到壓縮后的圖像。該方法兼顧處理效率且獲得盡量小的壓縮后的數(shù)據(jù)量，解決了現(xiàn)有技術(shù)中壓縮算法復(fù)雜、不適用于像素級視頻的網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)募夹g(shù)問題，通過該方法可以獲得很好的數(shù)據(jù)視頻的壓縮效果，壓縮后的像素級高清視頻可適用于現(xiàn)有的低速網(wǎng)路。
【專利說明】一種視頻壓縮方法及系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種視頻數(shù)據(jù)處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說是適用于無線網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)囊环N視頻壓縮方法和系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)字多媒體終端的快速發(fā)展，智能手機、平板電腦等小型設(shè)備的小屏幕顯示已不能滿足人們的日常和工作需求。對于大屏幕終端(如大屏幕液晶電視、投影機等)實時共享手機、平板電腦等小型終端視頻圖像的需求已經(jīng)成為一種趨勢。然而，在像素級高清或更高分辨率的視頻信號實時傳輸處理過程中，最大的難題就在于如何解決每秒2.SGbps像素級高清視頻信息或2.SGbps以上的更高分辨率的像素級視頻信息從網(wǎng)絡(luò)的一端“搬移”到另一端的問題。對于目前常用的W1-Fi無線網(wǎng)絡(luò)帶寬而言，通用的150兆無線網(wǎng)絡(luò)無法勝任此項工作。
[0003]通過實際研究與國內(nèi)外產(chǎn)品對比發(fā)現(xiàn)，可行的解決途徑一般有兩種:一個途徑就是提高目前的網(wǎng)絡(luò)帶寬上限，改變已有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施來適應(yīng)高速的實時視頻傳輸；另一個途徑就是壓縮或降低視頻信號所需傳遞的數(shù)據(jù)量，從而滿足現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)承載能力。對于前者而言，更換網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施對原有設(shè)備的利用和其他基礎(chǔ)設(shè)施的改造提出了巨大的挑戰(zhàn)，其實際投資與費用均未必能滿足實際工程需求；對于后者而言，需要解決如何利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，在不改變網(wǎng)絡(luò)布局布線及路由交換設(shè)備等任何已有條件的情況下，實現(xiàn)視頻像素點信號的網(wǎng)絡(luò)化實時傳輸。
[0004]針對網(wǎng)絡(luò)化實時視頻傳輸與顯示技術(shù)來說，涉及到的主要算法分為兩類:一類是視頻信號的壓縮技術(shù)；另一類是以太網(wǎng)傳輸編碼技術(shù)。
[0005]在視頻信號的以太網(wǎng)傳輸方面，當(dāng)一個視頻經(jīng)過H.264/AVC編碼壓縮之后，其傳輸帶寬也隨之而確定。編碼質(zhì)量越好，其帶寬占用率就越大。實際工程應(yīng)用中，由于使用
H.264/AVC編碼需要商業(yè)化付費導(dǎo)致很多企業(yè)相繼推出自己的產(chǎn)品和專用設(shè)備來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的視頻傳輸機制。在國內(nèi)，每一家公司都可能擁有自己的獨創(chuàng)性網(wǎng)絡(luò)視頻傳輸技術(shù)，如果不與其生產(chǎn)的硬件相匹配，那么就很難單獨使用。
[0006]在視頻信號的壓縮技術(shù)方面，為保證視頻信號能夠遠(yuǎn)距離傳輸，國內(nèi)外大多數(shù)知名產(chǎn)品均采用標(biāo)準(zhǔn)的視頻壓縮編碼技術(shù)，如較常用的有H.264/AVC編碼、JPEG2000編碼等形式。究其原因主要是這些視頻編譯碼技術(shù)在計算機應(yīng)用中十分常見且易用，很多硬件制造商和芯片生產(chǎn)企業(yè)也為此做了大量的努力，其成型產(chǎn)品或芯片種類豐富，使用方便。在國內(nèi)的視頻監(jiān)控領(lǐng)域中，H.264/AVC編碼基本作為主要的手段被應(yīng)用于各類相關(guān)產(chǎn)品中。但由于其產(chǎn)品中的大部分核心技術(shù)是由少數(shù)國外企業(yè)所掌控，因而很難根據(jù)自身的實際情況來制定符合實際工程需要的特定產(chǎn)品。另一方面，這些專用視頻處理芯片和產(chǎn)品均屬于固定配置，靈活性較差。
[0007]目前，市場上出現(xiàn)了很多視頻信號實時共享的技術(shù)和解決方案，如W1-FiDisplay、DLNA和蘋果的Airplay。雖然它們實現(xiàn)了筆記本電腦、平板電腦和智能手機等多媒體智能終端之間的實時互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享，使得數(shù)字媒體和內(nèi)容服務(wù)的無限制的共享和增長成為可能。但由于三者均采用基于H.264/AVC的編碼方式，遵循奈奎斯特采樣定理，要求采樣頻率為信號帶寬的兩倍以上。隨著多媒體數(shù)據(jù)量的急劇增大，傳輸所需的帶寬也在不斷增加，基于奈奎斯特采樣定理的H.264/AVC壓縮編碼方式顯然不能滿足要求。
[0008]此外，在中國專利文獻(xiàn)CN102387365A中公開了一種基于壓縮傳感的圖像自適應(yīng)編碼方法，通過在對圖像進(jìn)行CS壓縮采樣前，判斷各圖像塊在DCT域的稀疏度，根據(jù)判斷結(jié)果對各圖像塊進(jìn)行自適應(yīng)的壓縮采樣，使得在低采樣率的情況下能夠?qū)D像進(jìn)行高質(zhì)量重構(gòu)。在該方案中，首先DCT變換并不能很好地表示圖像的紋理特征和邊緣特征，因此導(dǎo)致壓縮后的圖像邊緣模糊，紋理不清晰。其次，該方法的計算復(fù)雜度高，在數(shù)據(jù)處理時花費時間長，且對硬件設(shè)備提出了較高的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為此，本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的壓縮技術(shù)很難解決像素級視頻的網(wǎng)絡(luò)實時傳輸、壓縮后圖像效果差、壓縮算法復(fù)雜等問題，提供一種可在低速網(wǎng)絡(luò)中傳輸高清視頻信號的視頻壓縮方法及系統(tǒng)。
[0010]為解決上述存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0011]一種視頻壓縮方法，其內(nèi)容包括如下步驟:
[0012](I)獲取原始視頻圖像像素信息信號的格式，將非YUV格式的原始視頻信號轉(zhuǎn)換為YUV格式的視頻信號；
[0013](2)根據(jù)所述YUV視頻信號尺寸可以預(yù)判出壓縮后視頻數(shù)據(jù)量范圍，從而確定是否需要在壓縮編碼前對所述YUV視頻信號進(jìn)行預(yù)縮放處理，縮放尺寸則根據(jù)實際的網(wǎng)絡(luò)帶寬確定；
[0014](3)按照光柵掃描的次序，分別將Y、U、V三色分量視頻圖像幀，均勻分割成若干個Y、U、V三色分量圖像子塊，其中任意一個圖像子塊均作為待處理圖像子塊對待，所有待處理圖像子塊的行、列元素數(shù)量一致，同時，在視頻圖像幀分割中，不足一個圖像子塊的部分，補O填充，以保證全部圖像子塊的行、列均相等；
[0015](4)依照光柵掃描次序，從待處理圖像子塊中選取一個，對這個待處理圖像子塊再次依照光柵掃描的次序，逐行首尾相接，將像素點排列成一行，形成一個行向量，即得到這個圖像子塊所對應(yīng)的圖像子塊行向量；
[0016](5)通過隨機方式產(chǎn)生一個以所述任意一個經(jīng)首尾相接處理的圖像子塊行向量元素數(shù)量為行和列元素維數(shù)的壓縮感知觀測方陣，對該壓縮感知觀測方陣經(jīng)正交化處理，得到正交化壓縮感知觀測方陣，并從該正交化壓縮感知觀測方陣中按照光柵掃描順序選取若干數(shù)量的行向量，組成正交觀測子陣；
[0017](6)將所述正交觀測子陣與待處理圖像子塊行向量的轉(zhuǎn)置，進(jìn)行矩陣相乘計算，得到一個圖像子塊的觀測列向量；
[0018](7)將步驟(3)所述剩余待處理圖像子塊，分別獨立地經(jīng)過步驟(4)、(5)和(6)處理，得到全部圖像子塊的觀測列向量結(jié)果。
[0019]本發(fā)明所述視頻壓縮方法步驟(I)中，所述原始視頻信號的格式可以為RGB格式，也可以為sRGB或YUV格式。
[0020]本發(fā)明所述視頻壓縮方法步驟⑴中，所述將非YUV格式的原始視頻信號轉(zhuǎn)換為YUV格式的視頻信號，其轉(zhuǎn)換過程包括:將原始的RGB格式的視頻信號轉(zhuǎn)化為YUV格式，其中Y、U、V分量分別用8位數(shù)據(jù)表示，此時數(shù)據(jù)量減小為原來的1/2 ;所述視頻信號轉(zhuǎn)化為YUV格式，所述的YUV格式為YUV420。
[0021]本發(fā)明所述的視頻壓縮方法步驟(2)中，所述預(yù)縮放處理方法為雙線性壓縮處理算法。
[0022]本發(fā)明所述視頻壓縮方法步驟(3)中，所述按照光柵掃描次序為，從左上角至右下角，每行必須全部掃描完畢后，才開始下一行的掃描體制。
[0023]更進(jìn)一步，所述待處理圖像子塊為32X32像素大小，其余可選分割尺寸為16X 16和64X64，由于采用YUV420格式，所以當(dāng)Y分量采用32X32尺寸為待處理圖像子塊時，U和V應(yīng)采用16 X 16像素尺寸。
[0024]本發(fā)明所述視頻壓縮方法步驟(4)中，所述逐行收尾相接是要求相鄰兩行圖像信息收尾直接相連，行與行之間不插入任何其他數(shù)據(jù)。
[0025]本發(fā)明所述視頻壓縮方法步驟(5)中，所述隨機方式是均值為O、方差為I的正態(tài)分布。
[0026]本發(fā)明所述視頻壓縮方法步驟(5)中，所述壓縮感知觀測方陣是一個行、列維數(shù)相等的方陣。
[0027]更進(jìn)一步，所述正交化處理為標(biāo)準(zhǔn)施密特正交化矩陣處理方法。
[0028]更進(jìn)一步，在整個編碼過程中，所述壓縮感知觀測方陣只需生成一次，其對應(yīng)的正交化壓縮感知觀測方陣同樣也只需生成一次。
[0029]本發(fā)明所述視頻壓縮方法步驟(5)中，所述正交觀測子陣^正交化壓縮感知觀測方陣，即為正交化壓縮感知觀測方陣的子集，列維數(shù)與正交化壓縮感知觀測方陣相等，行維數(shù)小于等于正交化壓縮感知觀測方陣的行數(shù)。
[0030]更進(jìn)一步，所述正交觀測子陣的行維數(shù)決定一個待處理圖像子塊的壓縮率。
[0031]更進(jìn)一步，所述正交觀測子陣的行維數(shù)等于一個待處理圖像子塊經(jīng)過壓縮后所得觀測列向量的維數(shù)，正交觀測子陣的行維數(shù)越少，壓縮率越小，但圖像恢復(fù)質(zhì)量也會變差。
[0032]本發(fā)明所述視頻壓縮方法步驟￠)中，所述矩陣相乘計算是指一般矩陣乘積計算，必須要保證正交觀測子陣的行數(shù)等于圖像子塊行向量轉(zhuǎn)置的列數(shù)。
[0033]本發(fā)明所述視頻壓縮方法步驟(6)中，圖像子塊的觀測列向量結(jié)果是按照行掃描順序依次記錄，每個觀測行向量首尾相接排列。
[0034]更進(jìn)一步，Y、U、V三色分量的圖像子塊均為獨立處理，即各色差分量間、每個分量內(nèi)部的各個圖像子塊均各自獨立處理。
[0035]本發(fā)明的另一目的是提供一種視頻壓縮系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括:
[0036]格式轉(zhuǎn)換模塊:用于獲取原始視頻信號的格式，將非YUV格式的原始視頻信號轉(zhuǎn)換為YUV格式的視頻信號；
[0037]圖像分塊模塊:用于將所述YUV視頻信號分別進(jìn)行分塊處理，得到圖像子塊，其中U和V分量圖像子塊的行、列大小為Y分量圖像子塊行、列的二分之一；
[0038]行向量化模塊:用于將所述圖像子塊，按照行掃描順序，當(dāng)前行與下一行收尾相接的形式變化，從圖像子塊矩陣形式變?yōu)樾邢蛄啃问?，得到行向量圖像子塊；
[0039]縮放判斷模塊:用于判斷所述YUV格式的視頻信號的數(shù)據(jù)量是否大于預(yù)設(shè)的閾值，如果大于或等于該閾值，則對所述YUV格式的視頻信號進(jìn)行預(yù)縮放處理，然后進(jìn)行下一步；如果小于該閾值，則直接進(jìn)入下一步；
[0040]隨機矩陣生成模塊:用于隨機生成矩陣為行列大小相等的方陣，各元素滿足均值為0，方差為I的正態(tài)分布；
[0041]正交子陣生成模塊:用于將所述隨機矩陣生成模塊輸出的方陣進(jìn)行施密特正交化處理，列向量維數(shù)不變，進(jìn)行矩陣變換，按照行掃描順序從上至下，選擇所需行向量來生成正交子陣；
[0042]矩陣相乘模塊:用于將正交子陣乘以行向量圖像子塊，獲得壓縮結(jié)果；
[0043]整數(shù)化處理模塊:為保證壓縮結(jié)果的傳輸和可重構(gòu)計算，可將矩陣相乘模塊的計算結(jié)果進(jìn)行整數(shù)化處理，得帶其浮點數(shù)最接近的整數(shù)形式，保證不損失或者輕微損失恢復(fù)精度的同時，大幅降低傳輸所需數(shù)據(jù)量。
[0044]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點，
[0045](I)本發(fā)明所述的視頻壓縮方法，通過將原始視頻信號轉(zhuǎn)換為YUV格式的顏色空間變換方式，減小了圖像處理的數(shù)據(jù)量和計算的復(fù)雜度，例如對于RGB格式的視頻信號采用壓縮感知方法進(jìn)行壓縮時，需要分別獲得R、G、B分量的觀測值進(jìn)行運算，而在對YUV格式的信號進(jìn)行壓縮時，則可以通過其中Y分量的觀測量來獲得其余值，這樣，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后，不僅數(shù)據(jù)量減小了一半，而且又簡化了下一步的壓縮運算處理的復(fù)雜度。本發(fā)明提供的視頻壓縮方案，能夠適應(yīng)當(dāng)前W1-Fi等其他無線網(wǎng)絡(luò)條件，如IEEE802.1ln帶寬的要求和利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，在不改變網(wǎng)絡(luò)布局布線及路由交換設(shè)備等任何現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的條件下、且無需復(fù)雜的編譯碼算法和設(shè)備即可實現(xiàn)，是一種可適用于平板電腦，筆記本電腦，智能手機等智能終端間實時共享視頻信號的數(shù)據(jù)壓縮方案；
[0046](2)本發(fā)明所述的視頻壓縮方法適用于多種格式的原始視頻信號，原始視頻信號的格式可以為RGB格式，或者為sRGB格式，或者為其他格式，具有普遍的適用性；
[0047](3)本發(fā)明所述的視頻壓縮方法，將原始的RGB格式的視頻信號轉(zhuǎn)化為YUV420格式，其中Y、U、V分量分別用8位數(shù)據(jù)表示，此時數(shù)據(jù)量減小為原來的1/2，且對YUV420格式的視頻信號進(jìn)行壓縮感知壓縮時，只需要獲得對Y分量的觀測值進(jìn)行運算，U、V分量參照Y分量的觀測值進(jìn)行運算即可，該轉(zhuǎn)換方式不僅將數(shù)據(jù)量減少一半，而且簡化了壓縮的數(shù)據(jù)運算量；
[0048](4)本發(fā)明所述的視頻壓縮方法，采用壓縮感知方法對所述YUV格式的視頻信號進(jìn)行壓縮時，通過正交化壓縮感知觀測方陣中按照光柵掃描順序選取若干數(shù)量的行向量來確定最終的壓縮率，壓縮率一般為10/256-50/256，優(yōu)選30/256，能夠使得原始視頻信息在保持其清晰度及完整性的前提下，獲得較好的壓縮效果，即壓縮后的數(shù)據(jù)量在適合傳輸?shù)姆秶鷥?nèi)；
[0049](5)本發(fā)明所述的視頻壓縮方法，觀測列向量結(jié)果均為帶符號小數(shù)，為方便傳輸，每個帶符號小數(shù)均用一個16位二進(jìn)制數(shù)來表示，通過該方式可以達(dá)到在損失微小圖像恢復(fù)質(zhì)量的的前提下，保證被壓縮視頻信號完整性的目的；
[0050](6)本發(fā)明所述的視頻壓縮方法，正交化壓縮感知觀測方陣一旦生成可以適用于不同視頻，在編碼、譯碼中均使用同一個觀測方陣即可，無需在編碼端和譯碼端重復(fù)傳輸此方陣數(shù)據(jù)。這樣不僅有效降低編碼所需計算復(fù)雜度，更能減少傳輸數(shù)據(jù)量；
[0051](7)本發(fā)明提供的一種視頻壓縮系統(tǒng)，通過格式轉(zhuǎn)換模塊對原始視頻圖像的顏色空間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后對圖像進(jìn)行分塊化處理，同時生成一個正態(tài)分布的正交隨機壓縮感知觀測子陣，經(jīng)正交觀測子陣與各個圖像子塊相乘計算，得到壓縮后的圖像。通過該系統(tǒng)進(jìn)行壓縮得到的視頻信號，可根據(jù)調(diào)整正交觀測子陣的行向量數(shù)量來適用于不同的無線網(wǎng)絡(luò)帶寬需求，實現(xiàn)了視頻的實時網(wǎng)絡(luò)傳輸。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0052]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中
[0053]圖1是本發(fā)明的視頻壓縮方法的一個實施例的流程圖；
[0054]圖2是本發(fā)明的視頻壓縮方法的另外一個實施例的框圖；
[0055]圖3是本發(fā)明的視頻壓縮方法的另外一個實施例的流程框圖；
[0056]圖4是本發(fā)明的視頻壓縮方法的一個實施例的分割示意圖；
[0057]圖5是本發(fā)明的視頻壓縮方法的另外一個實施例的流程圖

【具體實施方式】
[0058]實施例1:
[0059]本實施例提供一種適用于W1-Fi無線網(wǎng)絡(luò)實時共享的視頻壓縮處理方法，以低復(fù)雜度實時視頻信號壓縮為重點，其視頻信號的信號源可采用智能手機或平板電腦等小型終端設(shè)備的視頻信號。在像素級視頻信號的傳輸處理過程中，最大的難題就在于如何解決每秒2.8Gbps像素級高清視頻信息或2.8Gbps以上的更高分辨率的像素級視頻信息從網(wǎng)絡(luò)的一端“搬移”到另一端的問題。對于目前常用的網(wǎng)絡(luò)帶寬而言，通用的150兆無線網(wǎng)絡(luò)無法勝任此項工作。
[0060]本實施例中的視頻壓縮方法的目的就是將獲得的這些高清的視頻信號進(jìn)行壓縮處理，使其壓縮后能夠適應(yīng)當(dāng)前W1-Fi無線網(wǎng)絡(luò)條件，如IEEE802.1ln帶寬的要求和利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，在不改變網(wǎng)絡(luò)布局布線及路由交換設(shè)備等任何現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)的條件下，進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)的局域網(wǎng)內(nèi)傳輸。通過該視頻壓縮方法，實現(xiàn)了智能手機，平板電腦，筆記本電腦，大屏幕液晶電視等終端之間視頻信號的共享。
[0061]本實施例所述的視頻壓縮方法，如圖1所示，包括如下步驟:
[0062](I)獲取原始視頻的格式信息，將非YUV格式的原始視頻信號轉(zhuǎn)換為YUV格式的視頻信號。此處的原始視頻信號可以為RGB格式或其他格式，如sRGB、YUV等格式。對于原始視頻信息為YUV格式的，不需要此步驟的處理，對于原始視頻信息為其他格式的，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，將其格式轉(zhuǎn)換為YUV格式。本實施例中，選擇原始的視頻信號為RGB格式，將其視頻信號轉(zhuǎn)化為YUV格式，其中Y、U、V分量分別用8位數(shù)據(jù)表示，此時數(shù)據(jù)量減小為原來的1/2。此處采用的YUV格式為YUV420，作為其他可以實現(xiàn)的實施方式，也可以將原始的RGB格式其轉(zhuǎn)換為其他的YUV格式，如YUV444或YUV422。
[0063](2)判斷所述YUV格式視頻信號的壓縮后數(shù)據(jù)量是否大于網(wǎng)絡(luò)帶寬上限，如果大于，則對所述YUV格式的視頻信號進(jìn)行預(yù)壓縮處理，然后進(jìn)行下一步；反之，如果小于該閾值，則直接進(jìn)入下一步。此處所述壓縮數(shù)據(jù)量的估算辦法為:原始YUV視頻像素位數(shù)X縮放比例系數(shù)￡網(wǎng)絡(luò)帶寬的75%。其中，YUV視頻像素位數(shù)=(Y的寬度)X (Y的高度)X (U的寬度)X (U的高度)X (V的寬度)X (V的高度)X 24位；縮放比例系數(shù)通常選取30/256 ；網(wǎng)絡(luò)帶寬假如是100M，則網(wǎng)絡(luò)帶寬的75 %等于0.75 X 100 X 1024 X 1024 X 8位，這里需要注意一點的是，由于本方案中YUV的色彩空間格式選取為YUV420，故此，U、V分量的寬度與高度分別都只有Y分量的一半，即二分之一。本實施例中的預(yù)壓縮處理方法為雙線性壓縮處理，作為其他可以替換的實施方式，還可以采用其他的壓縮處理方式來進(jìn)行預(yù)壓縮，如雙三次壓縮處理、最近鄰壓縮處理或分形壓縮處理等方式。
[0064](3)采用壓縮感知方法對所述YUV格式的視頻信號進(jìn)行壓縮，得到壓縮后的視頻信號。將YUV格式的視頻信號分割成若干個小塊圖像，根據(jù)壓縮率確定觀測矩陣，并進(jìn)行壓縮，所述壓縮率為10/256-50/256，此處的壓縮率根據(jù)實際情況和需要來確定，優(yōu)選30/256。
[0065]本實施例中的視頻壓縮方法，通過將原始視頻信號轉(zhuǎn)換為YUV格式的方式，減小了圖像處理的數(shù)據(jù)量和計算的復(fù)雜度，例如對于RGB格式的視頻信號采用壓縮感知方法進(jìn)行壓縮時，需要分別獲得R、G、B分量的觀測值進(jìn)行運算，而在對YUV格式的信號進(jìn)行壓縮時，則可以通過其中Y分量的觀測量來獲得其余值，這樣，進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換后，不僅數(shù)據(jù)量減小了一半，而且又簡化了下一步的壓縮運算處理的復(fù)雜度。此外，通過設(shè)置閾值來對數(shù)據(jù)量有一個預(yù)先判斷，對于較大的數(shù)據(jù)預(yù)先進(jìn)行一次處理，對于不大的數(shù)據(jù)量則可直接進(jìn)行后續(xù)的壓縮處理，通過對數(shù)據(jù)區(qū)別處理，來同時兼顧處理效率且獲得盡量小的壓縮后的數(shù)據(jù)量，解決了現(xiàn)有技術(shù)中壓縮算法復(fù)雜、不適用于視頻的網(wǎng)絡(luò)實時傳輸?shù)募夹g(shù)問題，通過該方法可以獲得很好的數(shù)據(jù)視頻的壓縮效果，壓縮后的像素級高清視頻可適用于現(xiàn)有的低速網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時傳輸。
[0066]作為進(jìn)一步的實施方式，在上述步驟后，還包括進(jìn)一步的優(yōu)化處理，即將壓縮后的視頻結(jié)果用8位二進(jìn)制數(shù)表示。通過該方式可以達(dá)到在重構(gòu)質(zhì)量損失不大的前提下，保證被壓縮視頻信號完整性的目的。
[0067]實施例2:
[0068]本實施例中提供一種實現(xiàn)上述視頻壓縮方法的視頻壓縮系統(tǒng)，包括:
[0069]格式轉(zhuǎn)換模塊:獲取原始視頻信號的格式，將非YUV格式的原始視頻信號轉(zhuǎn)換為YUV格式的視頻信號；圖像分塊模塊:將所述YUV視頻信號分別進(jìn)行分塊處理，得到圖像子塊，其中U和V分量圖像子塊的行、列大小為Y分量圖像子塊行、列的二分之一。
[0070]行向量化模塊:將所述圖像子塊，按照行掃描順序，當(dāng)前行與下一行收尾相接的形式變化，從圖像子塊矩陣形式變?yōu)樾邢蛄啃问剑玫叫邢蛄繄D像子塊。
[0071]縮放判斷模塊:判斷所述YUV格式的視頻信號的數(shù)據(jù)量是否大于預(yù)設(shè)的閾值，如果大于或等于該閾值，則對所述YUV格式的視頻信號進(jìn)行預(yù)縮放處理，然后進(jìn)行下一步；如果小于該閾值，則直接進(jìn)入下一步；隨機矩陣生成模塊:隨機生成矩陣為行列大小相等的方陣，各元素滿足均值為O,方差為I的正態(tài)分布。
[0072]正交子陣生成模塊:將所述隨機矩陣生成模塊輸出的方陣進(jìn)行施密特正交化處理，列向量維數(shù)不變，進(jìn)行矩陣變換，按照行掃描順序從上至下，選擇所需行向量來生成正交子陣。
[0073]矩陣相乘模塊:將正交子陣乘以行向量圖像子塊，獲得壓縮結(jié)果。
[0074]整數(shù)化處理模塊:為保證壓縮結(jié)果的傳輸和可重構(gòu)計算，可將矩陣相乘模塊的計算結(jié)果進(jìn)行整數(shù)化處理，得帶其浮點數(shù)最接近的整數(shù)形式，保證不損失或者輕微損失恢復(fù)精度的同時，大幅降低傳輸所需數(shù)據(jù)量。
[0075]本實施例所述的視頻壓縮系統(tǒng)，通過轉(zhuǎn)換模塊對原始視頻進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后通過縮放判斷模塊對轉(zhuǎn)換后的視頻進(jìn)行數(shù)據(jù)量大小的判斷，對于大數(shù)據(jù)量的視頻信號先進(jìn)行預(yù)縮放處理，再進(jìn)行壓縮；對于其他的視頻直接進(jìn)行壓縮，得到壓縮后視頻圖像。通過該系統(tǒng)進(jìn)行壓縮得到的視頻信號，可適用于現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬的需求，實現(xiàn)了高清視頻的實時網(wǎng)絡(luò)傳輸。
[0076]實施例3:
[0077]本實施例中提供一個具體的縮放實例，針對分辨率為320χ240@60Ηζ的視頻信號，實時傳輸所需的數(shù)據(jù)量I為320x240x60x24bit/s即110592000bit/s，雖然能滿足在當(dāng)前IEEE802.1ln無線網(wǎng)絡(luò)條件下實現(xiàn)單路視頻圖像信號實時傳輸?shù)囊?，但對于多路視頻圖像信號并行傳輸提出了挑戰(zhàn)。
[0078]本實施例中的視頻縮放方法的具體實現(xiàn)步驟如下:
[0079]第一步:RGB格式轉(zhuǎn)換為YUV格式。經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換之后，原始視頻數(shù)據(jù)的信息量I
減少為I〗使得視頻信息減小為原來的一半。為了減小圖像處理的數(shù)據(jù)量和計算的復(fù)雜度，在壓縮前將RGB格式視頻信號轉(zhuǎn)換成YUV420格式。每4個Y共用一組UV分量。在對于RGB格式的視頻信號進(jìn)行壓縮時需要分別獲得R、G、B分量的觀測值進(jìn)行運算。而在對YUV420格式的視頻信號進(jìn)行壓縮時，只需獲得對Y分量的觀測值進(jìn)行運算，UV分量參照Y分量的觀測值進(jìn)行運算即可。這樣一來，RGB格式的視頻信號轉(zhuǎn)換成YUV420格式，在將數(shù)據(jù)量減小一半的同時，又可簡化下一步的壓縮運算。
[0080]第二步:采用壓縮感知技術(shù)進(jìn)行壓縮。壓縮感知技術(shù)邏輯框圖如圖2所示，即首先將格式轉(zhuǎn)換后的圖像分割成若干個16x16的小塊圖像，分割示意圖如圖4所示。將代表小塊圖像的方陣列向量化為256x1的列向量，然后采用30x256的觀測矩陣與之相乘得到30x1
的列向量，即壓縮后的小塊圖像尺寸。的數(shù)據(jù)量再次壓縮I,即。

22 5 6 2 5 6
[0081]第三步:為了保證壓縮處理后信號的傳輸與可重構(gòu)特性，計算結(jié)果采用8位二進(jìn)制數(shù)來表示，其壓縮后結(jié)果為6480000bit/s。
[0082]如上所述，對像素級高清視頻信號進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、壓縮感知技術(shù)處理后所得到的信息數(shù)據(jù)量為原始信號信息量的^，即為6480000bit/s。具體的流程如圖3所示。


25 6 1 5 6
達(dá)到了數(shù)據(jù)壓縮的目的，完全可以適應(yīng)當(dāng)前IEEE802.1ln無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊蟆?br> [0083]實施例4:
[0084]本實施例中提供另外一個具體的視頻信號壓縮的應(yīng)用實例。針對分辨率為1024χ768@60Ηζ的視頻信號，實時傳輸所需的數(shù)據(jù)量I為1024x768x60x24bit/s即1132462080bit/s，顯然在當(dāng)前IEEE802.1ln無線網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求條件下不能實現(xiàn)實時的數(shù)據(jù)傳輸。
[0085]采用本實施例所述的視頻壓縮方法的具體實現(xiàn)步驟如下，流程圖如圖5所示:
[0086]第一步:將RGB格式的原始視頻信號轉(zhuǎn)換為YUV格式。經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換之后，視頻數(shù)據(jù)的信息量為，使得視頻信息傳輸所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬減小一半。
[0087]第二步:大小判斷，由于P的數(shù)據(jù)量仍然無法在現(xiàn)有的IEEE802.1ln無線網(wǎng)絡(luò)中傳輸。首先利用雙線性縮放進(jìn)行4倍縮小，將視頻圖像的行數(shù)和列數(shù)各縮小為原來的一半，使得圖像分辨率縮小為原視頻圖像的二分之一，視頻圖像數(shù)據(jù)量為。針對高分辨率的視







O
頻圖像信號，共享過程中需要傳輸大量的數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)帶寬受限的情況下就必須通過增大壓縮率以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求，從而達(dá)到實時共享的目的，而壓縮率的大幅增加將嚴(yán)重影響圖像的重構(gòu)質(zhì)量。對此，本實施例中在壓縮之前，對所要傳輸視頻信號的數(shù)據(jù)量I進(jìn)行判斷估計。當(dāng)數(shù)據(jù)量I大于等于閾值TH(此處選取TH = 100Mbps)時，首先對視頻圖像進(jìn)行雙線性壓縮處理，將數(shù)據(jù)量減小4倍，然后再進(jìn)行壓縮感知處理；當(dāng)數(shù)據(jù)量小于閾值TH時，直接進(jìn)行壓縮感知處理，此處的流程圖見圖5。
[0088]第三步:采用壓縮感知技術(shù)進(jìn)行視頻壓縮，壓縮感知技術(shù)邏輯框圖如圖2所示，即首先將預(yù)處理后的圖像分割成若干個16x16的小塊圖像，將代表小塊圖像的方陣列向量化為256x1的列向量，然后采用30x256的觀測矩陣與之相乘得到30x1的列向量，即壓縮后的小塊圖像尺寸。P的數(shù)據(jù)量再次壓縮為即。
S25 6 10 2 4
[0089]第四步:為了保證壓縮處理后信號的傳輸與可重構(gòu)性，壓縮處理結(jié)果用8位二進(jìn)制數(shù)表示，數(shù)據(jù)量增大為，即16588800bit/s。
[0090]采用上述視頻壓縮方法，對像素級高清視頻信號進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、壓縮感知技術(shù)處理后所得到的信息數(shù)據(jù)量為原始信號信息量的即16588800bit/s。達(dá)到了數(shù)據(jù)壓縮的目的，完全可以適應(yīng)當(dāng)前IEEE802.1ln無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)囊蟆?br> [0091]顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種視頻壓縮方法，其特征在于:該方法內(nèi)容包括如下步驟: (1)獲取原始視頻圖像像素信息信號的格式，將非YUV格式的原始視頻信號轉(zhuǎn)換為YUV格式的視頻信號； (2)根據(jù)所述YUV視頻信號尺寸可以預(yù)判出壓縮后視頻數(shù)據(jù)量范圍，從而確定是否需要在壓縮編碼前對所述YUV視頻信號進(jìn)行預(yù)縮放處理，縮放尺寸則根據(jù)實際的網(wǎng)絡(luò)帶寬確定; (3)按照光柵掃描的次序，分別將Y、U、V三色分量視頻圖像幀，均勻分割成若干個Y、U、V三色分量圖像子塊，其中任意一個圖像子塊均作為待處理圖像子塊對待，所有待處理圖像子塊的行、列元素數(shù)量一致，同時，在視頻圖像幀分割中，不足一個圖像子塊的部分，補O填充，以保證全部圖像子塊的行、列均相等； (4)依照光柵掃描次序，從待處理圖像子塊中選取一個，對這個待處理圖像子塊再次依照光柵掃描的次序，逐行首尾相接，將像素點排列成一行，形成一個行向量，即得到這個圖像子塊所對應(yīng)的圖像子塊行向量； (5)通過隨機方式產(chǎn)生一個以所述任意一個經(jīng)首尾相接處理的圖像子塊行向量元素數(shù)量為行和列元素維數(shù)的壓縮感知觀測方陣，對該壓縮感知觀測方陣經(jīng)正交化處理，得到正交化壓縮感知觀測方陣，并從該正交化壓縮感知觀測方陣中按照光柵掃描順序選取若干數(shù)量的行向量，組成正交觀測子陣； (6)將所述正交觀測子陣與待處理圖像子塊行向量的轉(zhuǎn)置，進(jìn)行矩陣相乘計算，得到一個圖像子塊的觀測列向量； (7)將步驟(3)所述剩余待處理圖像子塊，分別獨立地經(jīng)過步驟⑷、(5)和(6)處理，得到全部圖像子塊的觀測列向量結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:在步驟(I)中，所述原始視頻信號的格式可以為RGB格式，也可以為sRGB或YUV格式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:在步驟(I)中，所述將非YUV格式的原始視頻信號轉(zhuǎn)換為YUV格式的視頻信號，其轉(zhuǎn)換過程包括:將原始的RGB格式的視頻信號轉(zhuǎn)化為YUV格式，其中Y、U、V分量分別用8位數(shù)據(jù)表示，此時數(shù)據(jù)量減小為原來的1/2 ;所述視頻信號轉(zhuǎn)化為YUV格式，所述的YUV格式為YUV420。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:在步驟(2)中，所述預(yù)縮放處理方法為雙線性壓縮處理算法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:在步驟(3)中，所述按光柵掃描次序為，從左上角至右下角，每行必須全部掃描完畢后，才開始下一行的掃描體制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:所述待處理圖像子塊為32X32像素大小，其余可選分割尺寸為16X 16和64X64，由于采用YUV420格式，所以當(dāng)Y分量采用32X32尺寸為待處理圖像子塊時，U和V應(yīng)采用16X16像素尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:在步驟(4)中，所述逐行收尾相接是要求相鄰兩行圖像信息收尾直接相連，行與行之間不插入任何其他數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:在步驟(5)中，所述隨機方式是均值為O、方差為I的正態(tài)分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:在步驟(5)中，所述壓縮感知觀測方陣是一個行、列維數(shù)相等的方陣。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:在步驟(5)中，所述正交化處理為標(biāo)準(zhǔn)施密特正交化矩陣處理方法。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:在步驟(5)中，在整個編碼過程中，所述壓縮感知觀測方陣只需生成一次，其對應(yīng)的正交化壓縮感知觀測方陣同樣也只需生成一次。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:在步驟(5)中，所述正交觀測子陣^正交化壓縮感知觀測方陣，即為正交化壓縮感知觀測方陣的子集，列維數(shù)與正交化壓縮感知觀測方陣相等，行維數(shù)小于等于正交化壓縮感知觀測方陣的行數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:所述正交觀測子陣的行維數(shù)決定一個待處理圖像子塊的壓縮率。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:所述正交觀測子陣的行維數(shù)等于一個待處理圖像子塊經(jīng)過壓縮后所得觀測列向量的維數(shù)，正交觀測子陣的行維數(shù)越少，壓縮率越小，但圖像恢復(fù)質(zhì)量也會變差。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:在步驟￠)中，所述矩陣相乘計算是指一般矩陣乘積計算，必須要保證正交觀測子陣的行數(shù)等于圖像子塊行向量轉(zhuǎn)置的列數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:在步驟￠)中，任意一個圖像子塊的觀測列向量結(jié)果是按照行掃描順序依次記錄，每個觀測行向量首尾相接排列。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種視頻壓縮方法，其特征在于:Y、U、V三色分量的圖像子塊均為獨立處理，即各色差分量間、每個分量內(nèi)部的各個圖像子塊均各自獨立處理。
18.—種視頻壓縮系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括: 格式轉(zhuǎn)換模塊:用于獲取原始視頻信號的格式，將非YUV格式的原始視頻信號轉(zhuǎn)換為YUV格式的視頻信號； 圖像分塊模塊:用于將所述YUV視頻信號分別進(jìn)行分塊處理，得到圖像子塊，其中U和V分量圖像子塊的行、列大小為Y分量圖像子塊行、列的二分之一； 行向量化模塊:用于將所述圖像子塊，按照行掃描順序，當(dāng)前行與下一行收尾相接的形式變化，從圖像子塊矩陣形式變?yōu)樾邢蛄啃问?，得到行向量圖像子塊； 縮放判斷模塊:用于判斷所述YUV格式的視頻信號的數(shù)據(jù)量是否大于預(yù)設(shè)的閾值，如果大于或等于該閾值，則對所述YUV格式的視頻信號進(jìn)行預(yù)縮放處理，然后進(jìn)行下一步；如果小于該閾值，則直接進(jìn)入下一步； 隨機矩陣生成模塊:用于隨機生成矩陣為行列大小相等的方陣，各元素滿足均值為0，方差為I的正態(tài)分布； 正交子陣生成模塊:用于將所述隨機矩陣生成模塊輸出的方陣進(jìn)行施密特正交化處理，列向量維數(shù)不變，進(jìn)行矩陣變換，按照行掃描順序從上至下，選擇所需行向量來生成正交子陣； 矩陣相乘模塊:用于將正交子陣乘以行向量圖像子塊，獲得壓縮結(jié)果； 整數(shù)化處理模塊:為保證壓縮結(jié)果的傳輸和可重構(gòu)計算，可將矩陣相乘模塊的計算結(jié)果進(jìn)行整數(shù)化處理，得帶其浮點數(shù)最接近的整數(shù)形式，保證不損失或者輕微損失恢復(fù)精度的同時，大幅降低傳輸所需數(shù)據(jù)量。
【文檔編號】H04N19/40GK104168483SQ201410324532
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】楊大偉, 張汝波, 劉冠群, 毛琳, 吳俊偉 申請人:大連民族學(xué)院