[發明專利]基于視頻時空相關性約束的分布式視頻編碼重構方法

無效

• 申請號: 201010544979.0
• 申請日: 2010-11-16
• 公開（公告）號: CN101977323A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 熊紅凱;張永生
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/50
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種視頻信號處理技術領域的方法，具體是一種基于視頻時空相關性約束的分布式視頻編碼重構方法。

背景技術

視頻編解碼技術對于視頻的存儲和傳輸等應用至關重要。現有的視頻編碼技術(如H.264/AVC，MPEG-x系列標準)在編碼端進行運動估計和運動補償來消除視頻信號的時間冗余。該方案雖然可獲得較好的率失真性能，但要求編碼器的運算復雜度大大高于解碼器(通常為5-10倍)。分布式視頻編碼(也稱為Wyner-Ziv視頻編碼)技術是一種新的視頻編碼框架，它滿足了最近出現的一些新應用的要求，如手機攝像，無線多媒體傳感器網絡等。這些應用由于受到電池壽命和運算能力的限制，要求編碼運算復雜度較低以降低編碼功耗，同時又要求獲得較好的率失真性能以降低傳輸功耗。為了進一步提高分布式視頻編碼的率失真性能，研究者分析了分布式視頻編碼的解碼端重構技術來提高輸出視頻的主客觀質量，同時無需增加編碼碼率。

經過對現有技術的文獻檢索發現，目前主要存在兩種分布式視頻編碼的重構方案：基于最大后驗概率(MAP)的重構方法和基于最小均方誤差(MMSE)的重構方案。基于最大后驗概率的方法將重構值選擇為量化區間中后驗概率最大的值，而基于最小均方誤差的方法將重構值選擇為量化區間中能夠最小化重構值均方誤差的值。除此之外，A.Roca、J.PradesNebot和E.J.Delp在2009年的SPIE?Visual?Communication?and?Image?Processing會議上發表的“Adaptive?reconstruction?for?Wyner-Ziv?video?coders”提出了一種根據視頻幀內相關性不均勻分布的特性進行重構，但還是歸結為一種基于最小均方誤差的重構方案。這些方案都是將視頻幀的像素值(或變換系數值)建模為獨立同分布的隨機信源，并沒有考慮相鄰像素(同一子帶內變換系數)之間的相關性約束。這些不足促使本發明在此基礎上提出一種更加有效的重構方法，通過分析視頻信號本身的時間和空間相關性約束來提高重構結果的主客觀質量。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種基于視頻時空相關性約束的分布式視頻編碼重構方法，旨在提高分布式視頻編碼系統的主客觀質量而無需增加編碼碼率。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟：

第一步、編碼端將視頻幀分為關鍵幀和Wyner-Ziv幀并相應編碼后得到關鍵幀碼流以及Wyner-Ziv幀碼流并發送至解碼端；

所述的關鍵幀采用常規混合預測編碼方式進行編碼得到關鍵幀碼流并作為解碼端構造Wyner-Ziv幀邊信息的參考；

所述的Wyner-Ziv幀(或Wyner-Ziv幀變換到變換域后的變換系數)經量化后采用Slepian-Wolf編碼器進行編碼產生Wyner-Ziv幀碼流。

所述的常規混合預測編碼方式包括：H.264/AVC或MPEG-x編碼；

第二步、解碼端根據收到的關鍵幀碼流進行解碼并構造得到Wyner-Ziv幀的邊信息，然后通過Slepian-Wolf解碼器參考Wyner-Ziv幀的邊信息與所收到的Wyner-Ziv幀碼流進行比特平面的解碼，當前Wyner-Ziv幀的所有比特平面解碼完成之后，可得到量化區間[B_L，B_U]。

所述的量化區間是指：由解碼的比特平面所獲得的包含實際值的區間。因為比特平面的數目通常少于原始信號的位長，所以只能確定實際值的存在區間。例如，對于像素域分布式視頻編碼，要完全確定某像素值需要8個比特，而在有損壓縮中考慮到壓縮率的要求，比特平面的數量通常會小于8，假設共傳輸了5個比特平面，則全部比特平面解碼后只能確定大小為2^(8-5)＝8的區間，該區間即為量化區間。

所述的視頻時空相關性約束是指：將Wyner-Ziv幀建模為一個馬爾科夫隨機場(MarkovRandom?Field，MRF)并通過定義能量函數在重構過程中引入相鄰像素間(和同一子帶內相鄰變換系數間)的空間相關性約束，并通過估計當前幀初始估計值與相鄰已解碼幀之間的運動場，預測當前Wyner-Ziv幀的局部結構特征以用于施加具體的空間約束。

第三步、Slepian-Wolf解碼后，根據確定的量化區間[B_L，B_U]、邊信息以及已解碼的相鄰幀進行重構操作。

所述的重構操作針對像素域分布式編碼方案和變換域分布式編碼方案可分為：像素域分布式編碼重構方法和變換域分布式編碼重構方法，其中：