[發明專利]基于Wyner-Ziv視頻編碼系統的GOP層編碼方法

有效

• 申請號: 201110057717.6
• 申請日: 2011-03-10
• 公開（公告）號: CN102123282A
• 公開（公告）日: 2011-07-13
• 發明（設計）人: 宋彬;楊明明;彭學露;屈蓓;劉海華
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于視頻編碼技術領域，主要涉及分布式視頻編碼中基于率失真優化的無反饋編碼速率控制中GOP(Group-of-Picture，圖像組)層編碼方法，可用于實用分布式視頻編碼系統和終端編碼設備資源受限的視頻通信系統。

背景技術

隨著信息技術和互聯網的飛速發展，多媒體已成為人們獲取信息最主要的載體，多媒體業務將是未來無線寬帶網絡的關鍵業務。有數據顯示，未來寬帶網絡上數據流量的80％將是以視頻為主的多媒體數據流量。為了適應無線網絡日益發展，越來越多的移動視頻終端被用于多媒體通信中，如無線視頻探測頭、便攜式攝像機等，以及廣泛應用于傳感器網絡中的視頻傳感器。這些編碼設備的處理能力和功耗等資源都十分有限，因此要求視頻編碼器簡單易實現，且具有良好的抗誤碼性能和壓縮效率。

傳統的視頻編碼標準如MPEG、H.263和H.264等都采用非對稱編碼方式，編碼器復雜度遠大于解碼器。另外，傳統視頻編碼方法在編碼端采用預測編碼模式，網絡傳輸導致的丟包或比特錯誤會造成編碼端和解碼端重構緩存的不匹配，從而出現誤碼擴散現象，容錯能力較差，顯然無法很好的適應無線網絡下要求誤碼率高、終端設備資源受限等應用。

為了解決傳統視頻編碼在視頻通信中遇到的編碼器復雜、抗誤碼能力差等問題，國內外研究一種新的視頻壓縮技術——分布式視頻編碼方法DVC，其中Wyner-Ziv視頻編碼是目前國內外分布式視頻編碼的研究熱點。分布式視頻編碼系統采用幀內編碼-幀間解碼的結構，將編碼視頻序列分為關鍵幀和Wyner-Ziv幀，對關鍵幀進行傳統的H.263或H.264幀內編碼，而對Wyner-Ziv幀進行Wyner-Ziv視頻編碼。其中Wyner-Ziv幀的編碼碼率由它和邊信息之間的統計相關性決定，由于原始Wyner-Ziv幀和邊信息分別位于系統的編碼側和解碼側，這就使得在編碼側準確估計成功解碼Wyner-Ziv幀所需要的比特數較為困難。為了使解碼器能夠正確解碼，編碼器需要傳輸足夠多的校驗比特，而傳輸過多的校驗比特又會降低系統的壓縮性能，所以碼率控制在一定程度上決定了分布式編碼系統的編碼效率和應用環境。

現有的分布式視頻編碼系統絕大多數都采用有反饋信道的碼率控制方法，編碼得到的校驗位根據解碼側的反饋請求分多次發送，直到解碼成功，這樣可以在一定程度上提高編碼效率，但是大大增加了解碼的復雜度和時延，不利于實時視頻傳輸，同時使用反饋信道也使得分布式視頻編碼系統的應用環境受到限制；另外，現有的有反饋碼率控制方法只是在編碼側簡單設定關鍵幀的量化因子和Wyner-Ziv幀的量化矩陣，無法在帶寬受限信道下有效進行編碼速率控制。因此，無反饋的速率控制方法被廣泛研究，以克服有反饋速率控制方法的缺點?，F有的無反饋速率控制方法都是自頂向下設計，一般包括GOP層碼率控制、幀層碼率控制，系數帶級碼率控制和比特面級碼率控制。使用無反饋速率控制方法法雖然能在基本上不增加或少增加編碼端復雜度的基礎上，取消有反饋速率控制中需要的反饋信道，增強了DVC系統的實用性，但在傳統的無反饋速率控制方法中，由于其頂層GOP的碼率控制只是根據一些簡單的準則，如相鄰圖像相關性，以固定比例分配GOP內關鍵幀和WZ幀碼率，而沒有考慮這個分配比例對解碼恢復序列質量的影響，因而導致碼率分配具有盲目性，最終解碼質量也無法達到整體最優。

發明內容

本發明的目的在于克服上述無反饋速率控制方法中已有碼率分配方法的缺點，提出一種基于Wyner-Ziv視頻編碼系統的GOP層編碼方法，以充分考慮GOP內關鍵幀和WZ幀的碼率分配比例對解碼恢復視頻序列的質量影響，根據用戶需求確定GOP內碼率分配比例，避免碼率分配的盲目性，提高解碼圖像整體質量。

實現本發明目的技術思路是在編碼端通過估計GOP內關鍵幀和WZ幀的碼率分配比例對解碼恢復視頻序列的質量影響，運用率失真優化理論，計算得到每一個GOP內最佳的碼率分配比列，從而使得解碼圖像整體質量達到最優。具體實現步驟包括如下：

(1)確定關鍵幀碼率在圖像組GOP碼率中所占比例因子k的定義域：k∈[ε，1]及比例因子k的變化步長step，ε取值為[0.01，0.3]，step取值范圍為[0.02，0.4]，k的初始值k′＝ε；

(2)根據當前GOP的總碼率R_GOP和當前比例因子k，計算關鍵幀碼率R_k和WZ幀碼率R_wz；

R_k＝R_GOP·k