[发明专利]基于Wyner-Ziv理论的两描述视频编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种视频编码方法，尤其是涉及一种基于Wyner-Ziv理论的两描述视频编码方法。 

背景技术

多描述视频编码(Multiple Description Video Coding)是应码流鲁棒传输而产生的一种新的编码思想，它将一个视频信源分为多个码流(即多个描述)，不同的描述被发送到不同的信道，当有信道丢失时，丢失的描述可用接收到的描述来估计得到，从而取得可以接受的恢复质量。当没有信道丢失时，用所有接收到的描述来恢复得到较高质量的视频。 

两描述编码是一种最基本的多描述编码方式，仅考虑将信源分为两个描述发送到两个信道的情况，基本原理如图1(a)，1(b)所示。两边信道的解码器1和解码器2被称为边解码器(side decoder)，中间信道的解码器0被称为中心解码器(central decoder)。若只有一个信道工作，利用边解码器进行解码，重建信号的失真值大于最小限度失真值；若两个信道的信号都收到，则用中心解码器来恢复以获得更高质量的重建值。 

一般而言，多描述或两描述视频编码的实现有两种方式：基于运动补偿循环和基于前后处理的方法。基于运动补偿循环的方法，首先在编码端进行运动估计和运动补偿，然后将运动矢量和预测误差通过多个信道发送到解码端。由于该方法不易与现有视频标准兼容，从而限制了其实际应用。而基于前后处理的多描述视频编码方法，首先将原始视频序列进行预处理，引入冗余，然后将预处理后的序列分割成多个视频子序列，对各个子序列独立进行编解码。解码端用收到的子序列来估计丢失的子序列，后处理阶段将所有子序列进行融合以生成最后的重建视频。该方法易于兼容现有视频编码标准，实现容易。时域插帧 和空域填补零是基于前后处理多描述视频编码的两种常用方法。前者根据视频的运动情况，自适应地加入冗余帧，然后将视频抽取为多个描述，每个描述分别用标准编码器进行压缩后传送到解码端；解码端在后处理阶段又去掉冗余帧。而后者对输入视频序列的每一帧分别进行DCT(Discrete Consine Transform)变换，并向DCT系数中添加零系数引入冗余，然后进行逆DCT变换产生过采样帧，接着将过采样帧按空域亚采样分解为多个描述，例如奇行奇列和偶行偶列像素组成一个描述，其余像素组成另一个描述。两个描述分别由带运动估计的标准编码器编码。若两个描述同时收到，可按上述过程的逆过程恢复视频信号，如果只收到一个描述，则丢失像素由其相邻像素进行内插重构得到。 

上述传统的多描述视频编码方法中，都在不同阶段利用了复杂度较高的运动估计，因此方案的一个最大缺陷是编码的复杂度高，而它们的解码端，由于没有运动估计，相对来说比较简单，因此这种多描述编码方法适合于一次编码多次解码的广播式视频传输。 

随着网络通信的发展和3G通信的兴起，一些新兴的低能耗视频设备大量涌现，如3G手机、无线传感器网络、网络视频监控等等，这些设备都有视频的摄取能力，但是由于其自身的能量和内存有限，它们要求低复杂度的编码方法，而他们的解码端，一般连接到网络的基站，基站具有较高的运算能力，可以适应一些高复杂度的解码算法。这和上述传统方法的适应场合恰恰相反。因此，采用现有的方法来生成多描述视频码流是不能满足低能耗设备的视频传输要求的。 

上世纪70年代信息论中出现的Wyner-Ziv理论是针对多个相关信源编码的理论，近几年，Wyenr-Ziv理论随着通信中低复杂度编码要求而得到很高的关注。对两个相关信源X和Y，如果在编码端不利用信源的相关性而仅仅在解码端利用信源的相关性进行解码，则Wyner-Ziv编码的码率范围可以表示为： 

R_X≥H(X|Y) 

R_Y≥H(Y|X) 

R_X+R_Y≥H(X，Y)    (1) 

Wyner-Ziv理论表明，对相关信源X和Y，如果在编码端不利用信源的相关性而仅仅在解码端利用信源的相关性进行解码，则总码率也可以得到和编、解码端都利用相关性基本类似的性能。Wyner-Ziv理论提出了一种简化编码端的新思路，可以将一些计算量巨大的去相关方法从编码端移动到解码端进行，从而可以实现低复杂度编码。