一種無反饋分布式視頻編碼的碼率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無反饋分布式視頻編碼的碼率控制方法，主要是解決在無反饋分布式視頻編碼系統(tǒng)中的，在編碼端實(shí)現(xiàn)對(duì)Wyner-Ziv幀的碼率控制問題。該方法是在編碼端增加碼率控制模塊，該模塊包括有兩部分：（1）計(jì)算源WZ幀與相鄰關(guān)鍵幀在DCT域的各系數(shù)帶的相關(guān)性，并根據(jù)相關(guān)系數(shù)選取量化矩陣；（2）進(jìn)行低復(fù)雜的邊信息估計(jì)，位平面的碼率分配。本發(fā)明方法在保證編碼端的低運(yùn)算復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)碼率的控制，減小了解碼端的復(fù)雜度和解碼時(shí)延。
【專利說明】一種無反饋分布式視頻編碼的碼率控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無反饋分布式視頻編碼的編碼端的碼率控制方法，屬于分布式視頻編 碼領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的視頻編碼方式均是在編碼端，進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)估計(jì)來去除相鄰視頻幀的 時(shí)間冗余，致使編碼端的運(yùn)算復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于解碼端，這種編碼方式不利于低功耗編碼設(shè) 備的實(shí)現(xiàn)。為了解決上述問題，基于Slapian和Wolf的無損編碼理論以及Wyner和Ziv的 有損編碼理論，產(chǎn)生了分布式視頻編碼（DVC, Distributed Video Coding)技術(shù)。目前比較 典型的分布式視頻編碼系統(tǒng)，是由Stanford大學(xué)的Bernd Girod等提出的基于變換域的 Wyner-Ziv視頻編碼系統(tǒng)，以及Berkeley大學(xué)的Kannan Ramchandran等提出的基于變換域 的PRISM視頻編碼系統(tǒng)。與PRISM系統(tǒng)相比，DISCOVER小組的基于變換域的Wyner-Ziv編 碼系統(tǒng)的編碼器復(fù)雜度更低，且可充分利用視頻幀的時(shí)間和空間相關(guān)性，因此大多數(shù)研究 集中在Wyner-Ziv視頻編碼方法上。
[0003] 在分布式視頻編碼系統(tǒng)中，碼率的控制影響著整個(gè)系統(tǒng)的性能，傳輸過多的校驗(yàn) 比特會(huì)造成資源浪費(fèi)，降低系統(tǒng)的率失真性能；而傳輸?shù)男ｒ?yàn)比特?cái)?shù)不夠，則解碼器無法正 確解碼Wyner-Ziv幀。在DISCOVER編碼方案中，使用一個(gè)反饋信道，解碼端在解碼失敗時(shí)， 則向編碼端請(qǐng)求更多數(shù)目的校驗(yàn)比特，直至正確解碼為止。這種基于反饋機(jī)制的碼率控制 方法能夠提高編碼效率，但同時(shí)也極大增加了整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度和時(shí)延，限制了 DVC視頻 通信系統(tǒng)的應(yīng)用。歐洲的DISCOVER研究小組的C Brites，F(xiàn) Pereira等人提出了，在編碼 端采用低復(fù)雜度運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法生成粗糙的邊信息，由該粗糙的邊信息和源WZ幀對(duì)每個(gè)編 碼比特平面的碼率進(jìn)行估計(jì)。ISN國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的宋彬、楊明明等人提出了分三層進(jìn)行的 碼率控制，即G0P層碼率分配，每個(gè)G0P內(nèi)關(guān)鍵幀和WZ幀的碼率，對(duì)于WZ幀利用系數(shù)帶級(jí) 的相關(guān)性計(jì)算相關(guān)噪聲模型參數(shù)，并選擇對(duì)應(yīng)的LDPC校驗(yàn)矩陣，提出WZ幀的無反饋比特面 速率控制方法。
[0004] 本發(fā)明提出一種基于分布式視頻編碼的無反饋碼率控制算法，其利用各幀之間的 系數(shù)帶級(jí)相關(guān)性，選取最優(yōu)量化矩陣；然后根據(jù)產(chǎn)生的粗糙邊信息，在位平面上實(shí)現(xiàn)對(duì)碼率 的控制，來提高整個(gè)分布式視頻編碼系統(tǒng)的率失真性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題：本發(fā)明公開一種無反饋Wyner-Ziv視頻編碼的碼率控制方法，它是屬 于分布式視頻編碼【技術(shù)領(lǐng)域】，主要是解決在無反饋分布式視頻編碼系統(tǒng)中的，在編碼端實(shí) 現(xiàn)對(duì)Wyner-Ziv巾貞的碼率控制問題。
[0006] 技術(shù)方案：本發(fā)明的一種無反饋分布式視頻編碼的碼率控制方法，該方法是在編 碼端增加碼率控制模塊，該模塊包括有兩部分：（1)計(jì)算源WZ幀與相鄰關(guān)鍵幀在DCT域的 各系數(shù)帶的相關(guān)性，并根據(jù)相關(guān)系數(shù)選取量化矩陣；（2)進(jìn)行低復(fù)雜的邊信息估計(jì)，位平面 的碼率分配。
[0007] 1.該方法包含以下步驟：
[0008] ①源WZ幀Xt和相鄰關(guān)鍵幀Xb和Xf分別進(jìn)行4 X 4塊的DCT變換，產(chǎn)生16個(gè)系數(shù) 帶。
[0009] ②計(jì)算源WZ幀Xt與相鄰關(guān)鍵幀Xb和Xf在DCT域上的各系數(shù)帶上的最大相關(guān)性 msek = min{msebk，msefJ (k = 1，2…16)。其中 msebk 和 msefk 分別是 Xt 與 Xb 和 Xt 與 Xf 的 各系數(shù)帶上的均方差。
[0010] ③根據(jù)關(guān)鍵幀的量化參數(shù)QP確定WZ幀的DC系數(shù)帶的量化比特，根據(jù)相關(guān)性msek 與設(shè)定的閥值Tk的大小確定AC系數(shù)帶的量化比特，最后確定最優(yōu)的量化矩陣。
[0011] ④產(chǎn)生低復(fù)雜度的邊信息，并對(duì)其進(jìn)行4X4塊的DCT變換和量化。然后與量化后 的WZ幀，計(jì)算各比特面的條件熵H(X| Y)錯(cuò)誤概率P_s，進(jìn)行位平面碼率分配。
[0012] 2.根據(jù)1所述的無反饋分布式視頻編碼的碼率控制方法，所述步驟②中，按照如 下公式和步驟計(jì)算相關(guān)性：
[0013] 本發(fā)明使用均方誤差mse表示幀間的相關(guān)性，則WZ幀與關(guān)鍵幀在DCT域的第k個(gè) 系數(shù)帶的相關(guān)性的計(jì)算公式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種無反饋分布式視頻編碼的碼率控制方法，該方法包含以下步驟： ① 源WZ幀Xt和相鄰關(guān)鍵幀Xb和Xf分別進(jìn)行4 X 4塊的DCT變換，產(chǎn)生16個(gè)系數(shù)帶； ② 計(jì)算源WZ幀Xt與相鄰關(guān)鍵幀Xb和Xf在DCT域上的各系數(shù)帶上的最大相關(guān)性mse k =min{msebk，msefk} (k = 1，2... 16);其中 msebk 和 msefk 分別是 Xt 與 Xb 和 Xt 與 Xf 的各系數(shù) 帶上的均方差； ③ 根據(jù)關(guān)鍵幀的量化參數(shù)QP確定WZ幀的DC系數(shù)帶的量化比特，根據(jù)相關(guān)性msek與 設(shè)定的閥值Tk的大小確定AC系數(shù)帶的量化比特，最后確定最優(yōu)的量化矩陣； ④ 產(chǎn)生低復(fù)雜度的邊信息，并對(duì)其進(jìn)行4X4塊的DCT變換和量化；然后與量化后的WZ 幀，計(jì)算各比特面的條件熵Η (X | Y)錯(cuò)誤概率P_s，進(jìn)行位平面碼率分配。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無反饋分布式視頻編碼的碼率控制方法，其特征在于，所述 步驟②中，按照如下公式和步驟計(jì)算相關(guān)性： 使用均方誤差mse表示幀間的相關(guān)性，則WZ幀與關(guān)鍵幀在DCT域的第k個(gè)系數(shù)帶的相 關(guān)性的計(jì)算公式如下：
(1) 其中，和分別表示DCT域的第k個(gè)系數(shù)帶的相應(yīng)的WZ幀和關(guān)鍵幀 上的值；Μ和N分別表示幀的長(zhǎng)和寬；B為DCT變換的塊的大小，B = 4 ; 最大相關(guān)性計(jì)算步驟： ① 根據(jù)式（1)計(jì)算源WZ幀Xt和相鄰關(guān)鍵幀Xb在此16個(gè)系數(shù)帶上的相關(guān)性msebk (k = 1，2... 16); ② 根據(jù)式（1)計(jì)算源WZ幀Xt和相鄰關(guān)鍵幀Xf在此16個(gè)系數(shù)帶上的相關(guān)性msefk (k = 1，2... 16); ③ 計(jì)算源WZ幀Xt與相鄰關(guān)鍵幀Xb和Xf在DCT域上的各系數(shù)帶上的最大相關(guān)性mse k =min {msebk, msefk} (k = 1，2..· 16)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無反饋分布式視頻編碼的碼率控制方法，其特征在于，所述 步驟③中，按照如下方法選擇量化矩陣： 根據(jù)關(guān)鍵幀的參數(shù)QP決定WZ幀的DC系數(shù)帶的量化步長(zhǎng)，以減少重構(gòu)后的關(guān)鍵幀與WZ 幀之間的圖像質(zhì)量抖動(dòng)；對(duì)于AC系數(shù)帶，根據(jù)其最大相關(guān)系數(shù)msek(k = 2, 3··· 16)與設(shè)定 的各系數(shù)帶的閥值Tk之間的大小關(guān)系，決定此系數(shù)帶選取的量化比特Mk，然后使用各個(gè)系 數(shù)帶的量化比特構(gòu)成本發(fā)明中所使用的量化矩陣Q。
【文檔編號(hào)】H04N19/625GK104301729SQ201410453588
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月7日
【發(fā)明者】馬騰, 張登銀, 王雪梅 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)