一种基于重要性概率平衡树的视频编码方法

摘要

本发明公开了一种基于重要性概率平衡树的视频编码方法，包括以下步骤：三维小波变换；系数加权；构造重要性概率平衡的三维小波树；初始化；在重要性概率平衡的三维小波树中搜索重要系数，确定重要系数序；重要系数幅值的细化。本发明提出的重要性概率平衡的小波树结构通过将空间方向的子结点和时间方向的子结点单独处理，将那些成为重要系数概率相近的系数置于树结构的同一层次，从而有助于将不重要系数尽可能地排列到树的末端形成零子树，并将重要系数置于码流前端。本发明同时利用了系数的尺度内和尺度间相关性，有效降低了同步信息开销。本发明能获得更低的重构均方误差以及更好的率失真性能。

主权项

一种基于重要性概率平衡树的视频编码方法，其特征在于：包括以下步骤：A、三维小波变换将输入视频划分为不重叠的图像组，每16帧为一组，对每个图像组分别进行三维小波变换；B、系数加权对三维小波变换后的每个子带按照小波各子带系数权值的计算方法进行基于能量的系数加权；所述的小波各子带系数权值的计算方法，具体计算步骤如下：假设欲计算子带A的权值，则B1、进行三维小波正变换；B2、令子带A中位于中心位置的系数为1，而将子带中其余系数的值设置为0；同时，将除子带A以外的所有子带中的系数值也设置成0；B3、进行三维小波逆变换；B4、计算所有非零系数的平方的和，从而获得子带A的单位系数的重构能量E；B5、将子带A的权值设置为E的算术平方根；C、构造重要性概率平衡的三维小波树为每一个图像组构造一棵重要性概率平衡的三维小波树；所述的重要性概率平衡的三维小波树是一种空间方向树和时间域块树的混合结构，其构造步骤如下：C1、对一个图像组进行三维小波变换；C2、对于图像组的每一帧，将其位于空间方向的结点采用与传统多级树集合分裂相同的分层结构；C3、对于图像组的每一帧，将那些空间方向上没有后代的结点沿着时间方向按照时间尺度从粗到细的顺序，连结成树；同时，将各个时间域高频帧中大小为2×2像素的块视作一个整体，作为沿时间方向的低频帧中相应位置系数的孩子，约定称该树为“时间域块树”；只有当块中系数为非零子树的树根时，才将该块分裂为1棵时间域块子树和3棵空间方向子树；D、初始化D1、对于每一个图像组，计算初始阈值T₀：其中C表示三维小波系数的集合；C_n表示C集合中的任意一个系数；D2、令i＝0，置LSP为空集；将三维小波树中位于时间方向最低频、且空间方向也是最低频的所有系数同时放入LIP和LIS，并令LIS表中的每个结点为TYPE_A型；所述的LIP表示不重要系数表；LSP表示重要系数表；LIS表示不重要子集表；LIP、LSP和LIS表中的每一个表项称为一个“结点”，每个结点存储三项信息：该结点对应的小波系数的值、该小波系数在系数集合中的坐标(x，y)以及该结点的类型；结点的类型又分为两种：TYPE_A型表示在LIS坐标集中，编码时需要检查所有子孙系数以确定是否零树；TYPE_B表示在LIS坐标集中，编码时需要检查除直接子结点外的系数以确定是否零树；E、在重要性概率平衡的三维小波树中搜索重要系数，确定重要系数序E1、将LIP中的每个系数与Ti进行比较以确定其是否重要；如重要，输出“1”和符号位，将其移入LSP；否则，输出“0”；Ti表示第i轮扫描的量化阈值；E2、对于LIS中的每个未处理过的结点(x，y)进行空间方向树和时间域块树判断，如果它是空间方向树结点，则转入E3；如果它是时间域块树结点，则转入E4；所述的结点(x，y)为小波系数集合中处于(x，y)坐标的系数所对应的表项；E3、按多级树集合分裂方法编码结点(x，y)，转入E5；E4、如果结点(x，y)的类型为TYPE_B型，转入E44；否则，判断D(x，y)是否包含重要系数；如果不包含，则输出“0”，转入E5；否则，输出“1”，并判断结点(x，y)的时间域直接子块是否包含重要系数；所述的D(x，y)表示结点(x，y)的所有子系数集合；E41、如果不包含，输出“0”，移入LIP，转入E43；E42、否则输出“1”，判断时间域直接子块中每个结点(x，y)是否重要；如果是，则输出“1”和符号位，并移入LSP；否则输出“0”，移入LIP；E43、如果L(x，y)不存在，将结点(x，y)移出LIS；否则，将结点(x，y)从当前位置移到LIS表尾，作为TYPE_B型，转入E5；所述的L(x，y)表示结点(x，y)的除直接子结点外的系数集合；E44、判断L(x，y)是否包含重要系数；如果不包含，则输出“0”，否则，输出“1”，并将系数集合L(x，y)分裂为1棵时间域块子树的根结点和3棵空间方向子树的根结点(x，y)，将4个根结点(x，y)移入LIS，作为TYPE_A型，将结点(x，y)移出LIS；E5、如果LIS中的结点均已处理过，则转入F；否则，转入E2；F、重要系数幅值的细化F1、对LSP中的每个重要系数，如果它属于区间[T_i，1.5T_i)，则输出“0”；否则，输出“1”；如果当前输出的码流已达到目标码率，则算法结束；否则，转入F2；F2、令i＝i+1，T_i＝T_i‑1/2；若Ti＝0，则算法结束；否则，转到E。