[發明專利]具有魯棒性的無反饋Wyner-Ziv視頻解碼器

有效

• 申請號: 201110059093.1
• 申請日: 2011-03-11
• 公開（公告）號: CN102088612A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: 宋彬;劉海華;彭學露;楊明明;趙月
• 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;H04N7/50
• 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

本發明屬于通信技術領域，涉及視頻編解碼器，可用于實用分布式視頻編碼系統和終端設備簡單的視頻通信系統。

背景技術

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低、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：Distributed?Video?Coding)，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。

在分布式視頻編碼系統中，將輸入視頻序列分為關鍵幀和Wyner-Ziv幀，簡稱WZ幀，兩者在編碼端進行獨立編碼，解碼端聯合解碼，如圖1所示。其中關鍵幀采用H.264/AVC幀內編碼，而對于Wyner-Ziv幀，首先對每個Wyner-Ziv幀進行4×4離散余弦變換DCT，得到DC低頻系數和AC高頻系數，再提取系數帶，對系數帶進行Zigzag掃描排序，然后對系數帶進行均勻量化，對得到的量化系數提取比特面，將比特面送入LDPC編碼器進行編碼；解碼時，首先對關鍵幀進行H.264/AVC幀內解碼，利用解碼出的前后兩幀關鍵幀，通過運動補償內插產生邊信息SI；然后對邊信息幀進行與編碼端相同變換、掃描、量化和比特面提取，并送入LDPC解碼器，同時相關噪聲模型計算拉普拉斯參數，LDPC解碼器利用收到的校驗位、對應邊信息系數帶以及相關信息，對各個系數帶從最高位平面開始依次解碼；接下來，將LDPC解碼器輸出結果依次通過合并位平面、反量化重構和逆DCT變換得到Wyner-Ziv幀的解碼圖像。

Wyner-Ziv幀的重構在分布式視頻編碼中是一個非常重要的模塊，它在無反饋Wyner-Ziv解碼器里的作用就像DCT變換和量化對于圖像壓縮的作用一樣重要，量化實際上意味著限制傳輸的比特面數目，而重構是逆過程，利用解碼端解碼量化區間，邊信息和相關噪聲模型參數來提高解碼出的量化值精度。重構過程直接決定了解碼生成Wyner-Ziv幀的圖像質量，從而影響整個系統的率失真性能。

分布式視頻編碼系統有些采用有反饋的解碼重構方法，編碼得到的校驗位根據解碼端的反饋請求分多次遞增發送，直到解碼成功，這樣可以在一定程度上提高系統性能，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，也限制了DVC系統的應用范圍。因此，實現無反饋的Wyner-Ziv解碼器是目前主要研究方向之一。

現有的無反饋Wyner-Ziv幀重構大體分為兩類，一類是斯坦福大學采用的傳統重構算法，另一類是最小均方誤差-條件期望重構算法。傳統重構算法是基于解碼出的量化值和邊信息量化值，進行簡單的區間反量化；這種簡單的區間反量化沒有充分利用原始信息和邊信息之間的相關性，重構的效果較差，于是在傳統重構方法上加以改進，出現了最小均方誤差-條件重構算法，將邊信息與原始Wyner-Ziv幀圖像之間的相關噪聲模型參數考慮在內，進行條件期望重構。然而這種重構方法，缺少編碼端原始圖像的相關信息來輔助重構過程；重構過程沒有重點考慮重要的DCT系數分量，而是對所有DCT變換后的交流系數AC分量和直流系數DC分量統一對待；沒有對解碼正確和解碼失敗的量化值進行區別對待，沒有目的地進行糾錯，導致重構過程陷入局部調整。這些缺點都影響了重構的準確性，進一步影響解碼器生成Wyner-Ziv幀的圖像質量，導致整個DVC系統的率失真性能下降。

發明內容

本發明的目的在于克服上述已有技術的缺點，提出一種具有魯棒性的無反饋Wyner-Ziv視頻解碼器，以在解碼端準確定位重構區間，對重要的DC系數和不重要的AC系數區別對待，重點計算LDPC解碼失敗的量化值，最終提高解碼Wyner-Ziv幀的質量。

為實現上述目的，本發明提供的具有魯棒性的無反饋Wyner-Ziv視頻解碼器，包括：

邊信息生成單元：用于根據已解碼的前后兩個關鍵幀內插生成邊信息SI幀，對SI幀進行離散余弦DCT變換，量化和提取比特面，并將比特信息送入低密度校驗LDPC解碼單元；