一種分布式視頻編碼中碼率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分布式視頻編碼中碼率控制方法，在編碼端分別計(jì)算出原始幀與前后相鄰關(guān)鍵幀之間相同位置塊的離散余弦系數(shù)差值，并與預(yù)定的閾值比較，得到分類信息值，從而判定該位置塊為運(yùn)動(dòng)緩慢或運(yùn)動(dòng)劇烈模式；根據(jù)宏塊的不同運(yùn)動(dòng)模式估計(jì)編碼端需要傳送的碼率，提高了分布式視頻編碼的效率；并在相關(guān)噪聲模型（CorrelationNoiseModeling，CNM）中使用塊級(jí)別和幀級(jí)別相互切換的拉普拉斯參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整碼率大小，在保證傳輸較小碼率的情況下，能最大限度地降低解碼復(fù)雜度并使得解碼器能夠正確解碼。
【專利說明】一種分布式視頻編碼中碼率控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種在分布式視頻編碼中碼率控制方法，屬于視頻壓縮領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 分布式視頻編碼（Distributed Video Coding，DVC)是基于20世紀(jì)70年代 Slepian. Wolf以及Wyner. Ziv提出的信息理論而建立的，將編碼器運(yùn)算復(fù)雜度轉(zhuǎn)移到解碼 器。其特點(diǎn)是編碼簡單、解碼較復(fù)雜、壓縮性能接近傳統(tǒng)的編碼方式、抗誤碼能力強(qiáng)，適用于 無線網(wǎng)絡(luò)中資源受限的視頻編碼設(shè)備等。
[0003] 分布式視頻編碼通過只在解碼端進(jìn)行信號(hào)統(tǒng)計(jì)特性的利用同樣可以進(jìn)行有效地 壓縮碼。在分布式視頻編碼系統(tǒng)中，系統(tǒng)總的傳輸碼率由K幀的碼率和W幀的碼率兩部分組 成。其中K幀的碼率控制可借鑒或采用傳統(tǒng)的視頻編碼方法，但是W幀的碼率控制在分布 式視頻編碼方案中則一直備受關(guān)注。在分布式視頻編碼系統(tǒng)中，如果傳輸過多的編碼比特 會(huì)造成資源浪費(fèi)，降低系統(tǒng)的率失真性能；而如果傳輸?shù)木幋a比特?cái)?shù)不夠，則解碼器無法正 確解碼W幀，因此碼率控制方法在一定程度上決定了分布式視頻編碼系統(tǒng)的編碼效率。為 了實(shí)現(xiàn)視頻編碼碼率和信道傳輸碼率之間的匹配，必須對輸出碼流進(jìn)行控制，因此需要結(jié) 合邊信息和視頻的實(shí)際運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)來更好的進(jìn)行碼率控制?，F(xiàn)有分布式視頻編碼大多采用反 饋信道在解碼端對碼率進(jìn)行控制，我們稱這種碼率控制算法為解碼端碼率控制算法。在使 用解碼端碼率控制方法的分布式視頻編碼中，解碼器通過反饋信道向編碼器請求更多校驗(yàn) 位重新解碼，直到誤碼率小于指定的誤碼門限。這種解碼端碼率控制機(jī)制，會(huì)增加解碼端復(fù) 雜度并且引入一定的傳輸時(shí)延。
[0004] 為避免使用反饋信道進(jìn)行碼率控制帶來的以上問題，本文提出一種新的基于無反 饋的碼率控制方法。該方法采用本文提出的宏塊劃分思想，根據(jù)宏塊的不同運(yùn)動(dòng)模式估計(jì) 編碼端需要傳送的碼率，提高了分布式視頻編碼的效率；并在相關(guān)噪聲模型（Correlation Noise Modeling，CNM)中使用塊級(jí)別和幀級(jí)別相互切換的拉普拉斯參數(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整碼率大 小，在保證傳輸較小碼率的情況下，能最大限度地降低解碼復(fù)雜度并使得解碼器能夠正確 解碼。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 技術(shù)問題：針對反饋信道帶來的問題，同時(shí)結(jié)合實(shí)際場景中視頻運(yùn)動(dòng)特性，提出一 種編碼端計(jì)算復(fù)雜度低的無反饋碼率控制方法。該方法采用本文提出的宏塊分類思想，同 時(shí)考慮在相關(guān)噪聲模型中使用塊級(jí)別和幀級(jí)別相互切換的拉普拉斯參數(shù)，根據(jù)宏塊的運(yùn)動(dòng) 劇烈程度，實(shí)時(shí)調(diào)整編碼端需要傳送的碼率大小。該方法既能保證傳送的碼率較小，又能最 大程度地降低解碼復(fù)雜度并使得解碼器能夠正確解碼。
[0006] 技術(shù)方案：
[0007] -種分布式視頻編碼中邊信息生成方法，包括如下步驟：
[0008] 1)在編碼端，通過采用絕對誤差和準(zhǔn)則，分別計(jì)算出原始幀與前后相鄰關(guān)鍵幀之 間相同位置塊的離散余弦系數(shù)差值SAD ;
[0009] 2)將所述步驟1)中計(jì)算得到的兩個(gè)離散余弦系數(shù)差值SAD與預(yù)定的閾值?；比 較，若都小于該閾值，則位置塊的分類信息值為〇,判定該位置塊運(yùn)動(dòng)緩慢，編碼端在編碼端 該宏塊的系數(shù)帶不進(jìn)行編碼；反之，則該分類信息值為1，判定該位置塊運(yùn)動(dòng)劇烈，進(jìn)入步 驟3);
[0010] 3)原始W幀和邊信息間的誤差定義為相關(guān)噪聲，該噪聲滿足拉普拉斯分布，其 特征參數(shù)可由相關(guān)噪聲模型（Correlation Noise Modeling，CNM)計(jì)算得到，計(jì)算條件熵 H (W|S)，從而確定W幀的最佳輸出碼率；
[0011] 在所述步驟1)中，按照下式計(jì)算出原始幀和前后相鄰關(guān)鍵幀之間相同位置塊的 離散余弦系數(shù)差值：
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種分布式視頻編碼中碼率控制方法，其特征在于，該方法包含以下步驟： 1) 在編碼端，通過采用絕對誤差和準(zhǔn)則，分別計(jì)算出原始幀與前后相鄰關(guān)鍵幀之間相 同位置塊的離散余弦系數(shù)差值SAD; 2) 將所述步驟1)中計(jì)算得到的兩個(gè)離散余弦系數(shù)差值SAD與預(yù)定的閾值Ttl比較，若 都小于該閾值，則位置塊的分類信息值為〇,判定該位置塊運(yùn)動(dòng)緩慢，編碼端在編碼端該宏 塊的系數(shù)帶不進(jìn)行編碼；反之，則該分類信息值為1，判定該位置塊運(yùn)動(dòng)劇烈，進(jìn)入步驟3); 3) 原始W幀和邊信息間的誤差定義為相關(guān)噪聲，該噪聲滿足拉普拉斯分布，其特征參 數(shù)可由相關(guān)噪聲模型計(jì)算得到，計(jì)算條件熵H(W|S)，從而確定W幀的最佳輸出碼率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分布式視頻編碼中碼率控制方法，其特征在于，所述步 驟1)中，按照下式計(jì)算出原始幀和前后相鄰關(guān)鍵幀之間相同位置塊的離散余弦系數(shù)差值：
其中，M和N分別表示位置塊的長和寬，（x，y)表示位置塊內(nèi)的像素點(diǎn)坐標(biāo)，Bw(x，y)表 示原始幀位置塊B中（x，y)處像素點(diǎn)的離散余弦系數(shù)，Bk(x，y)表示與原始幀相鄰的關(guān)鍵幀 的位置塊B中（x，y)處像素點(diǎn)的離散余弦系數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種分布式視頻編碼中邊信息改進(jìn)方法，其特征在于，在 所述步驟3)中，計(jì)算條件熵H(W|S)，從而確定W幀的最佳輸出碼率的具體流程為： 首先在編碼端使用較低的計(jì)算復(fù)雜度快速預(yù)測邊信息》，利用前后相鄰關(guān)鍵幀Kb和Kf 的平均值來代替預(yù)測邊信息S，如下式所示：
接下來對W幀的每個(gè)DCT系數(shù)帶的各位平面校驗(yàn)碼率進(jìn)行估計(jì)，即確定各位平面需要 發(fā)送的校驗(yàn)位數(shù)目，該過程包括2個(gè)步驟，估計(jì)拉普拉斯參數(shù)和估計(jì)當(dāng)前位平面的錯(cuò)誤概 率： 1)估計(jì)拉普拉斯參數(shù) 根據(jù)原始W幀與預(yù)測邊信息的差值即可建立相關(guān)噪聲模型，定義如下：
塊級(jí)別的拉普拉斯參數(shù)aB計(jì)算如下：將
中的參數(shù)設(shè)置為
，111和11分別是宏塊的長和寬，即可通過

算出
同時(shí)又考慮到在一個(gè)塊中計(jì)算方差時(shí)，其值趨近于O的可能性較大，對a值進(jìn)行如下 修正：
2)估計(jì)當(dāng)前位平面的錯(cuò)誤概率Pk
根據(jù)每個(gè)比特值的交叉概率，可以得當(dāng)前比特面的錯(cuò)誤概率：
最后，通過式
可以得到當(dāng)前比特面的每個(gè) 比特值在解碼端無損重構(gòu)所需要的最小信息量即為最低碼率Rk，對于整個(gè)比特面，其無損 重構(gòu)所需傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)為NXRk。
【文檔編號(hào)】H04N19/61GK104244009SQ201410425857
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月26日
【發(fā)明者】吳媛媛, 蔡睿, 張登銀 申請人:南京郵電大學(xué)