一种全景视频菱形采样方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种全景视频菱形采样方法及装置，该方法包括：根据空间清晰度要求，用等间隔的纬线将球面分成N＝2K个环形曲面，环形曲面依次记为Oi；用等间隔的经线将环形曲面Oi均匀地分成Ti＝2N‑2‑4M个区域；计算得到的球面上的每一个区域内的光线的平均值，作为该区域对应的采样点的采样值；将采样值排列到一个N×N的矩阵中。本发明专利技术可以使采样点在球面上满足赤道附近采样点数多，两极采样点数少的特性，该采样点数的分布特性在经纬图上具有菱形分布的性质，所以称为菱形采样。该采样方法避免了采样结构冗余，使得在达到相同的空间清晰度的条件下，采样点数降低，采样后的数据量减小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及视频编码技术，特别是涉及一种全景视频菱形采样方法及装置。
技术介绍
全景视频是指空间中一个观察点四周所有的场景，由这个观察点所能接收到的所有光线构成。全景视频可以抽象成一个以观察点为中心的球面。在用计算机处理全景视频的时候，不可避免地要对全景视频进行离散化空间采样。在对全景视频进行离散化空间采样的时候，需要保证一定的空间采样密度，以达到所需的清晰度。同时，又要考虑到计算机的存储器不适合存储球面结构的数据，需要以某种方式把采样点排列到平面上。现有的球面采样方法，通常将球面采样过程分为三步：第一步，映射，把球面映射为平面上的一个区域；第二步，平面采样，以映射后的平面区域为基础设计采样点的分布方式；第三步，排列，把采样点排列为一个矩形。在第一步映射的过程中，经常不是等面积映射，而且球面的不同区域在映射前后面积的比例也是不同的。第二步平面采样的过程中，经常是把采样点设计成在映射后的平面区域中均匀分布。第一步和第二步结合起来，就会造成采样点在球面上的分布不均匀。理论上，球面赤道附近的采样点数应该比两极附近采样点数多。第三步在排列时，往往不能做到内容的完整相邻，给视频编码压缩带来不利。目前，有三种常用的球面采样方法：经纬图采样，六面体采样以及棱锥采样。经纬图采样如图1所示，球面上任意一个点可以用所处的经度θ和纬度描述，θ∈[0,2π)，于是可以将球面映射到坐标系下一个宽高比为2:1的矩形。对这个矩形进行均匀采样。经纬图采样方法虽然具有完整相邻性，但在球面的两极附近采样密度过高，会产生很大的冗余。六面体采样如图2所示，首先将球面映射为其外切正六面体的六个面，从而得到六个平面正方形，再对六个平面正方形进行均匀采样，最终用某种方式把六个正方形拼成一个矩形。六面体采样的采样点在球面上的分布也是不均匀的，依然存在较大的冗余，并且矩形的内容也不具有完整相邻性。棱锥采样如图3所示，首先将球面映射为一个外切正四棱锥，再将该正四棱锥的每个侧面(等腰三角形)沿底边垂线的方向进行压缩，直到顶角变成直角。这样底面和四个经过二次映射的侧面正好可以拼成一个正方形。最后对这个正方形进行均匀采样。棱锥采样的采样点在球面上的分布也是不均匀的，矩形的内容也不具有完整相邻性。其不均匀程度介于经纬图采样和六面体采样之间，冗余程度也介于经纬图采样和六面体采样之间。综上所述，已有的全景视频采样方法的主要缺点是存在较大的采样结构冗余和最终形成的矩形不具有内容完整相邻性。采样点在球面上不均匀分布，不仅会带来采样冗余，还给视频质量评价带来不便，因为最终的采样点对应的球面面积是不同的，因此每个采样点的失真对视频质量的影响也是不同的，在计算全景视频经过某种处理，例如压缩解压缩后的质量损失时，必须考虑到每个采样点的重要性是不同的。矩形视频在内容上的不相邻性也不利于视频编码的压缩编码。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术之目的在于提供一种全景视频菱形采样方法及装置，其可以使采样点在球面上的分布满足赤道附近采样点数多，两极附近采样点数很少，从而避免了采样结构冗余，使得在达到相同的空间清晰度的条件下，采样点数减少，而且，拼成的矩形具有完整的内容相邻性，能提高编码压缩效率。为达上述及其它目的，本专利技术提出一种全景视频菱形采样方法，包括如下步骤：步骤一，根据空间清晰度要求，用等间隔的纬线将球面分成N＝2K个环形曲面，N为偶数，K为整数。将得到的环形曲面依次记为Oi，i＝0,1,...,N-1，从球心的角度观察，Oi按照从上到下的顺序排列；步骤二，用等间隔的经线将环形曲面Oi(i＝K+M或i＝K-1-M，M＝0,1,2,...,K-1)均匀地分成2N-2-4M个区域，其中一条经线为0°经线。将得到的区域依次记为Ai,j，j＝0,1,...,2N-3-4M，从球心的角度观察，Ai,j按照东经度数增加或西经度数减少的顺序排列，其中Ai,0和Ai,2N-3-4M相邻且分割线为0°经线；步骤三，计算步骤二得到的球面上的每一个区域Ai,j内的光线的平均值，作为该区域对应的采样点的采样值Si,j。步骤四，将采样值排列到一个N×N的矩阵中，Bx,y表示矩阵第x行第y列的元素，Ti表示Oi的区域个数，则Bx,y＝Si,j。当y+x<K-1时，j＝x，i＝K-1-y；Bx,y＝Si,j。当y-x>K时，j＝x-Ti+1，i＝y-K-1；Bx,y＝Si,j。当x-y>K时，j＝Ti+k-x，i＝k+x；Bx,y＝Si,j。当x+y>3K-1时，j＝Ti+x-2K，i＝3k-1-y；Bx,y＝Si,j。当x，y不属于上面四种情况时，j＝y-Ti/2，i＝x；进一步地，于步骤一中，N为偶数，为计算机处理的方便，N可以取16的倍数；进一步地，于步骤二中，当i的值从0到K-1增加时，Oi被分割得到的区域数为2,6,10,...,2N-2，成一等差数列，公差为4；当i的值从K到2K-1增加时，Oi被分割得到的区域数为2N-2,2N-6,...,6,2，成一等差数列，公差为-4，采样点的总数为N2。进一步地，于步骤三中，采样点的编号为(i,0),(i,1)...,(i,Ti-1)，Ti＝2N-4*|i-(N-1)/2|。进一步地，于步骤三中，编号为(i,0)的采样点对应的区域和编号为(i,Mi-1)的采样点对应的区域是相邻的，它们的分割线是0度经线，从球心的角度观察，编号为(i,k)的采样点对应的区域在编号为(i,k+1)的采样点对应的区域的左侧。进一步地，该方法还包括：在存储时，首先记录N；然后将所得的所有采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,M0-1),(1,0),(1,1),...,(1,M1-1),...,(N-1,0),(N-1,1),...,(N-1,MN-1-1)。进一步地，该方法还包括：在平面显示器上显示时，将所得的采样点数据排列在一个N行、M列的矩形区域内，并将每一行编号为(i,0)的数据对齐，其他数据依次排列，矩形区域内没有填满的部分用任意数据填充。进一步地，该方法还包括：需要将每一帧的采样点数拆拼成一个N行、N列的矩形，具体拆拼方法是：先将所得的采样点数据排列成一个N行、2N列的矩形，然后以0°经线两边各K列，共N列数据作为前半球，其余N-2列数据作为后半球，将前后半球数据分别排列成一个N行、N列，N行N-2列的矩形中，再将后半球的菱形数据区域等分成4份，按边与边之间的相邻关系分别拼接到前半球矩形中的无数据区域，使前半球矩形内全部有视频数据，并且数据之间具有完整的相邻关系，具体排列算法可按照步骤4来实现。为达到上述目的，本专利技术还提供一种全景视频菱形采样装置，包括：球面分割单元，根据空间清晰度要求，用等间隔的纬线将球面分成N＝2K个环形曲面，N为偶数，K为整数。将得到的环形曲面依次记为Oi，i＝0,1,...,N-1，从球心的角度观察，Oi按照从上到下的顺序排列；环形曲面分割单元，用等间隔的经线将环形曲面Oi(i＝K+M或i＝K-1-M，M＝0,1,2,...,K-1)均匀地分成2N-2-4M个区域，其中一条经线为0°经线。将得到的区域依次记为Ai,j，j＝0,1,...,2N-3-4M，从球心本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全景视频菱形采样方法，包括如下步骤：步骤一，根据空间清晰度要求，用等间隔的纬线将球面分成N＝2K个环形曲面，N为偶数，K为整数，将得到的环形曲面依次记为Oi，i＝0,1,...,N‑1，从球心的角度观察，Oi按照从上到下的顺序排列；步骤二，用等间隔的经线将环形曲面Oi(i＝K+M或i＝K‑1‑M，M＝0,1,2,...,K‑1)均匀地分成2N‑2‑4M个区域，其中一条经线为0°经线，将得到的区域依次记为Ai,j，j＝0,1,...,2N‑3‑4M，从球心的角度观察，Ai,j按照东经度数增加或西经度数减少的顺序排列，其中Ai,0和Ai,2N‑3‑4M相邻且分割线为0°经线；步骤三，计算步骤二得到的球面上的每一个区域Ai,j内的光线的平均值，作为该区域对应的采样点的采样值Si,j，步骤四，将采样值排列到一个N×N的矩阵中，Bx,y表示矩阵第x行第y列的元素，Ti表示Oi的区域个数，则Bx,y＝Si,j，当y+x<K‑1时，j＝x，i＝K‑1‑y；Bx,y＝Si,j，当y‑x>K时，j＝x‑Ti+1，i＝y‑K‑1；Bx,y＝Si,j，当x‑y>K时，j＝Ti+k‑x，i＝k+x；Bx,y＝Si,j,，当x+y>3K‑1时，j＝Ti+x‑2K，i＝3k‑1‑y；Bx,y＝Si,j，当x，y不属于上面四种情况时，j＝y‑Ti/2，i＝x。...

【技术特征摘要】
1.一种全景视频菱形采样方法，包括如下步骤：步骤一，根据空间清晰度要求，用等间隔的纬线将球面分成N＝2K个环形曲面，N为偶数，K为整数，将得到的环形曲面依次记为Oi，i＝0,1,...,N-1，从球心的角度观察，Oi按照从上到下的顺序排列；步骤二，用等间隔的经线将环形曲面Oi(i＝K+M或i＝K-1-M，M＝0,1,2,...,K-1)均匀地分成2N-2-4M个区域，其中一条经线为0°经线，将得到的区域依次记为Ai,j，j＝0,1,...,2N-3-4M，从球心的角度观察，Ai,j按照东经度数增加或西经度数减少的顺序排列，其中Ai,0和Ai,2N-3-4M相邻且分割线为0°经线；步骤三，计算步骤二得到的球面上的每一个区域Ai,j内的光线的平均值，作为该区域对应的采样点的采样值Si,j，步骤四，将采样值排列到一个N×N的矩阵中，Bx,y表示矩阵第x行第y列的元素，Ti表示Oi的区域个数，则Bx,y＝Si,j，当y+x<K-1时，j＝x，i＝K-1-y；Bx,y＝Si,j，当y-x>K时，j＝x-Ti+1，i＝y-K-1；Bx,y＝Si,j，当x-y>K时，j＝Ti+k-x，i＝k+x；Bx,y＝Si,j,，当x+y>3K-1时，j＝Ti+x-2K，i＝3k-1-y；Bx,y＝Si,j，当x，y不属于上面四种情况时，j＝y-Ti/2，i＝x。2.如权利要求1所述的一种全景视频菱形采样方法，其特征在于：于步骤一中，N为偶数，为计算机处理的方便，N取16的倍数。3.如权利要求2所述的一种全景视频菱形采样方法，其特征在于：于步骤二中，当i的值从0到K-1增加时，Oi被分割得到的区域数为2,6,10,...,2N-2，成一等差数列，公差为4；当i的值从K到2K-1增加时，Oi被分割得到的区域数为2N-2,2N-6,...,6,2，成一等差数列，公差为-4，采样点的总数为N2。4.如权利要求3所述的一种全景视频菱形采样方法，其特征在于：于步骤三中，采样点的编号为(i,0),(i,1)...,(i,Ti-1)，Ti＝2N-4*|i-(N-1)/2|。5.如权利要求4所述的一种全景视频菱形采样方法，其特征在于：于步骤三中，编号为(i,0)的采样点对应的区域和编号为(i,Ti-1)的采样点对应的区域是相邻的，它们的分割线是0度经线，从球心的角度观察，编号为(i,k)的采样点对应的区域在编号为(i,k+1)的采样点对应的区域的左侧。6.如权利要求5所述的一种全景视频菱形采样方法，其特征在于，该方法还包括：在存储时，首先记录N；然后将所得的所有采样点的数据按照以下顺序排成一列：(0,0),(0,1),...,(0,T0-1),(1,0),(1,1),...,(1,T1-1),...,(N-1,0),(N-1,1),...,(N-1,TN-1-1)。7.如权利要求6所述的一种全景视频菱形采样方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴成家，顾晓，林畅，赵海武，李国平，滕国伟，王国中，
申请(专利权)人：上海国茂数字技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31