專利名稱：基于率失真的Wyner-Ziv幀量化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及分布式視頻編碼領(lǐng)域一種基于率失真的Wyner-Ziv幀量化方法。本發(fā)明在Wyner-Ziv視頻編碼系統(tǒng)中采用基于率失真的量化方法，提高了解碼端Wyner-Ziv巾貞的重構(gòu)質(zhì)量,可用于實(shí)際Wyner-Ziv視頻編碼系統(tǒng)和終端編碼設(shè)備簡單的視頻通信系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在分布式視頻編碼系統(tǒng)中，將輸入視頻序列分為關(guān)鍵幀和非關(guān)鍵幀，兩者在編碼端進(jìn)行獨(dú)立編碼，解碼端聯(lián)合解碼。在分布式視頻編碼系統(tǒng)中的研究熱點(diǎn)是基于Wyner-Ziv的視頻編碼系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中將輸入視頻序列分為關(guān)鍵幀和Wyner-Ziv幀，其中關(guān)鍵幀采用H. 264幀內(nèi)編碼和解碼，而對于Wyner-Ziv幀，首先進(jìn)行離散余弦DCT變換并提取系數(shù)帶，然后對系數(shù)帶進(jìn)行均勻量化并提取比特面，將比特面送入低密度奇偶校驗(yàn)LDPC編碼器 進(jìn)行編碼。解碼時(shí)，首先對關(guān)鍵幀進(jìn)行H. 264幀內(nèi)解碼，利用解碼出的前后兩個(gè)關(guān)鍵幀通過運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償內(nèi)插產(chǎn)生邊信息；然后對邊信息進(jìn)行與編碼端相同的離散余弦DCT變換、掃描、量化和比特面提取，并送入低密度奇偶校驗(yàn)LDPC解碼器；相關(guān)噪聲模型CNM利用邊信息生成過程中產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償殘差幀計(jì)算相關(guān)噪聲模型參數(shù)并構(gòu)造相關(guān)噪聲模型CNM，相關(guān)噪聲模型CNM為LDPC解碼和反量化重構(gòu)提供信息；LDPC解碼器利用收到的校驗(yàn)位、對應(yīng)邊信息系數(shù)帶以及相關(guān)噪聲模型CNM，對各個(gè)系數(shù)帶從最高位平面開始依次解碼；最后，將低密度 奇偶校驗(yàn)LDPC解碼器輸出結(jié)果依次通過合并位平面、反量化和反離散余弦變換IDCT得到Wyner-Ziv巾貞的重構(gòu)圖像。目前，無反饋Wyner-Ziv視頻編碼系統(tǒng)的量化機(jī)制大多數(shù)作法一致，都是在編碼端和解碼端預(yù)置相同的8個(gè)量化矩陣，對應(yīng)8個(gè)經(jīng)驗(yàn)率失真點(diǎn)。隨著量化矩陣的確定，量化系數(shù)對應(yīng)的量化步長也隨之確定。這種方法通過計(jì)算目標(biāo)碼率選取量化矩陣進(jìn)而確定量化步長的方法并沒有充分考慮編碼碼率和失真的關(guān)系，影響了編碼的率失真性能和視頻恢復(fù)質(zhì)量。
西南交通大學(xué)申請的專利“一種分布式視頻編碼中基于視覺感知特性的量化方法”(申請?zhí)?01110279783. 8，公布號CN 102281446A)公開了一種分布式視頻編碼中基于視頻感知特性的量化方法，將分布式視頻編碼特性與視覺感知特性相結(jié)合，通過編碼前初始化感知量化矩陣和編碼過程中動(dòng)態(tài)調(diào)整量化步長的兩步感知量化策略，在不影響圖像主觀質(zhì)量的前提下降低分布式視頻的編碼碼率。該方法存在的不足是，通過直流DC系數(shù)來對交流AC系數(shù)的量化步長進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正，沒有充分考慮直流DC系數(shù)的量化步長，不能保證圖像的客觀質(zhì)量。寧波大學(xué)申請的專利“一種三維立體視頻編碼的率失真模型優(yōu)化方法”(申請?zhí)?01110285331. 0，公布號CN 102355582A)公開了一種三維立體視頻編碼的率失真優(yōu)化方法，通過二次擬合方法建立編碼量化步長與失真的關(guān)系模型及編碼量化步長與碼率的關(guān)系模型，然后對率失真模型進(jìn)行優(yōu)化。該方法存在的不足是，只是簡單的用二次擬合的方法建立量化步長與失真和碼率的關(guān)系模型，不能根據(jù)視頻內(nèi)容變化程度自適應(yīng)確定量化步長，導(dǎo)致重構(gòu)的視頻質(zhì)量不夠高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出了一種無反饋Wyner-Ziv視頻編碼系統(tǒng)中基于率失真的量化方法。本發(fā)明主要是在構(gòu)建一種新型的率失真模型的基礎(chǔ)上通過使代價(jià)函數(shù)最小來確定直流DC系數(shù)的量化步長，并且該方法基于圖像內(nèi)容進(jìn)行了率失真優(yōu)化，提高了整個(gè)系統(tǒng)的率失真性能和重構(gòu)視頻質(zhì)量。本發(fā)明的具體步驟如下(I)DCT 變換對輸入視頻序列的Wyner-Ziv幀進(jìn)行基于塊的離散余弦DCT變換，獲得基于塊的 變換域視頻信號。(2)提取系數(shù)帶在基于塊的變換域視頻信號的所有圖像塊中，提取相同位置上的系數(shù)組成系數(shù)帶。(3)在直流DC系數(shù)的量化等級的范圍內(nèi)，設(shè)定直流DC系數(shù)的量化等級，完成初始化。(4)按照相關(guān)噪聲模型參數(shù)的計(jì)算公式，計(jì)算相關(guān)噪聲模型參數(shù)。(5)建立率失真模型5a)通過對離散余弦DCT變換系數(shù)量化后的比特經(jīng)過虛擬信道發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)反量化后的離散余弦DCT變換系數(shù)產(chǎn)生的誤差，進(jìn)行均方誤差計(jì)算，建立如下信道誤碼失真與量化等級和量化步長的關(guān)系模型
2K-1De(K,A) = A2[l-(2K)2e~2KaA + J；(2/+ 1>- αΔ]
=1其中，De(K，A)是K和Λ的信道誤碼失真函數(shù)；e是信道誤碼的英文首字母；K是直流DC系數(shù)的量化等級；八是直流DC系數(shù)的量化步長；α是相關(guān)噪聲模型參數(shù)；Σ是數(shù)學(xué)求和符號是求和變量里面的參數(shù)，取值范圍為I 2Κ_1的整數(shù)；5b)計(jì)算重構(gòu)變換域視頻信號與原始變換域視頻信號之間的均勻量化誤差，通過該均勻量化誤差計(jì)算Wyner-Ziv幀的量化失真，建立如下量化失真與量化等級和量化步長的關(guān)系I吳型Dq(K, A) = ^ A2 (I-e'aA)其中，Dq(K，Λ)是K和Λ的量化失真函數(shù)；q是量化的英文首字母；K是直流DC系數(shù)的量化等級；△是直流DC系數(shù)的量化步長；α是相關(guān)噪聲模型參數(shù)；5c)將信道誤碼失真函數(shù)和量化失真函數(shù)求和，獲得系統(tǒng)失真函數(shù)D (K，Δ)；5d)計(jì)算Wyner-Ziv巾貞編碼系數(shù)帶與邊信息系數(shù)帶之間的條件熵,通過該條件熵計(jì)算Wyner-Ziv幀系數(shù)帶的編碼碼率，建立如下編碼碼率與量化等級和量化步長的關(guān)系模型
權(quán)利要求
1.基于率失真的Wyner-Ziv巾貞量化方法,包括以下步驟 (1)DCT變換 對輸入視頻序列的Wyner-Ziv幀進(jìn)行基于塊的離散余弦DCT變換，獲得基于塊的變換域視頻信號； (2)提取系數(shù)帶 在基于塊的變換域視頻信號的所有圖像塊中，提取相同位置上的系數(shù)組成系數(shù)帶； (3)在直流DC系數(shù)的量化等級的范圍內(nèi)，設(shè)定直流DC系數(shù)的量化等級，完成初始化； (4)按照相關(guān)噪聲模型參數(shù)的計(jì)算公式，計(jì)算相關(guān)噪聲模型參數(shù)； (5)建立率失真模型 5a)通過對離散余弦DCT變換系數(shù)量化后的比特經(jīng)過虛擬信道發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)反量化后的離散余弦DCT變換系數(shù)產(chǎn)生的誤差，進(jìn)行均方誤差計(jì)算，建立如下信道誤碼失真與量化等級和量化步長的關(guān)系模型
2.權(quán)利要求I所述的基于率失真的Wyner-Ziv巾貞量化方法,其特征在于步驟(3)所述直流DC系數(shù)的量化等級的取值范圍為4 7的整數(shù)。
3.權(quán)利要求I所述的基于率失真的Wyner-Ziv巾貞量化方法,其特征在于步驟(4)所述的相關(guān)噪聲模型參數(shù)的計(jì)算公式為
4.權(quán)利要求I所述的基于率失真的Wyner-Ziv巾貞量化方法,其特征在于步驟5e)所述先驗(yàn)量化步長△ λ的計(jì)算公式如下A λ = Vmax/2Κ 其中，Λ λ是先驗(yàn)量化步長；λ是拉格朗日乘積因子；Vmax是直流DC系數(shù)中的最大值；K是直流DC系數(shù)的量化等級。
5.權(quán)利要求I所述的基于率失真的Wyner-Ziv巾貞量化方法,其特征在于步驟6a)所述獲取直流DC系數(shù)量化步長方法的具體步驟如下 第I步，選擇使代價(jià)函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)小于零的點(diǎn)當(dāng)中的任意一個(gè)點(diǎn)Aa，選擇使代價(jià)函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)大于零的點(diǎn)當(dāng)中的任意一個(gè)Ab ; 第2步，選取\和八，兩點(diǎn)區(qū)間的中點(diǎn)Am，并計(jì)算該點(diǎn)處的代價(jià)函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)的值； 第3步，如果I Aa-AbI <!■，其中r是誤差精度，則執(zhí)行第5步，否則，執(zhí)行第4步； 第4步，如果第2步求得的代價(jià)函數(shù)的一階導(dǎo)數(shù)的值小于零，則令A(yù)a= Am，否則令A(yù)b=Ani，并執(zhí)行第2步； 第5步，將Am的值作為直流DC系數(shù)的量化步長輸出。
6.權(quán)利要求I所述的基于率失真的Wyner-Ziv巾貞量化方法,其特征在于步驟6b)所述的交流AC系數(shù)的量化步長公式如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分布式視頻編碼系統(tǒng)中基于率失真的Wyner-Ziv幀量化方法，主要解決Wyner-Ziv視頻編碼系統(tǒng)中通過簡單選取備用量化矩陣進(jìn)行量化而造成的重構(gòu)質(zhì)量差的問題。其步驟為(1)DCT變換；(2)提取系數(shù)帶；(3)設(shè)置量化等級；(4)計(jì)算相關(guān)噪聲模型參數(shù)；(5)建立率失真模型；(6)求量化步長；(7)量化；(8)檢驗(yàn)量化結(jié)果。本發(fā)明通過建立一種新型的率失真模型優(yōu)化了DC系數(shù)的量化，提高了整個(gè)系統(tǒng)的率失真性能，使得重構(gòu)的Wyner-Ziv幀更接近原始Wyner-Ziv幀。
文檔編號H04N7/30GK102724495SQ201210138398
公開日2012年10月10日 申請日期2012年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月4日
發(fā)明者劉晶, 劉海嘯, 宋彬, 尹東芹, 秦浩 申請人:西安電子科技大學(xué)