[发明专利]一种基于相关性优化准则的多描述视频编码方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于相关性优化准则的多描述视频编码方法及装置，属于视频编码技术领域。

背景技术

近年来，随着INTERNET和个人无线通信设备的普及和推广，在包交换网络和窄带网络中实时可靠地传输视频已成为必然需求，视频数据传输也已经广泛应用于视频电话、电话会议、远程教学、远程医疗、广告、娱乐、资料检索等领域。然而，互联网和无线通信网等网络信道并不十分可靠。具体地，互联网中存在的信道干扰、网络拥塞和路由选择延迟等问题将导致数据错误及分组丢失等现象；而无线通信网络信道的随机比特错误和连续的突发性差错等问题进一步恶化了信道状况，导致所传输的视频数据字段大量失效或彻底丢失。这两类问题对于数据压缩是致命的，因为压缩后的数据一般是由不等长码字构成的码流，如果出现错误或数据包丢失，都会引起错误扩散等一系列问题，不但会严重影响视频业务的服务质量，甚至会导致整个视频通信系统完全失效，成为限制网络实时视频技术发展的瓶颈。

传统的视频编码方法着重于提高视频压缩性能，在产生数据传输错误后主要被动依赖于后期信道编码的纠错能力。新近制定的视频编码国际标准如MPEG-4中的精细颗粒分级编码(FGS)(参见FGS verification model version4.0.ISO/IEC JTC1/SC29/WG11，April，2000，N3317)等，也开始试图采用新的编码框架，以更好地适应网络传输。在FGS编码中，基本层采用较强的错误保护措施，如较强的FEC和ARQ，以保证传输的可靠性，但是这种方法也存在如下问题，首先，基本层错误会导致解码重建质量的严重下降；其次，增强层依赖于基本层，若基本层丢失，增强层也将无用；再则，反复ARQ会导致延时过度，强FEC也会因其复杂度带来额外延时，严重影响视频的实时播放。

针对网络实时视频传输不可靠的问题提出多描述视频编码技术。多描述编码(Multiple div coding，简称MDC)假设在信源和信宿之间有多个信道，各个信道同时出错的概率非常低，通过生成多个同等重要、可独立解码的关于编码的描述，从而保证在其中一些描述丢失的时候，仍可以得到可接受的图像质量，而随着描述的增加，图像质量也随之提高。由于使用部分的信息就可以重建出一个质量可接受的图像，因此多描述编码在基于包的网络、无优先保护机制的INTERNET、分集通信系统(如多天线的无线信道)、语音编码、图像编码、视频编码、多分布的存储系统以及低延时的系统中将有着非常重要的应用。与分级编码相比，多描述编码特别适合于不提供优先权的网络视频传送。

多描述编码的历史可以追溯到20世纪70年代，当时Bell实验室为了在电话网上提供不间断的电话业务，将来自一个通话的信号进行奇偶信号分离，从而分离成两路信号，并在两个分离的信道上传输，随后进行了信息理论的研究。自Vaishampayan提出第一个实用的多描述编码方法(Multiple MescriptionScalar Quantization)(V.A.Vaishanmpayan，″Design of multiplediv scalar quantizers″，IEEE Transactions on InformationTheory，vol.39，no.3，pp.821-834，1993)后，MDC的研究开始由理论向构造实用的MDC系统转变，许多新的多描述图像编码方法出现，主要包括有基于标量量化的多描述图像编码方法，基于相关变换的多描述图像编码方法，以及基于格型矢量量化的多描述图像编码方法等。多描述视频编码的研究从1999年开始，现在主要集中于研究两类方法，即基于运动补偿循环的方法和基于前后处理的方法。由于多描述视频编码系统包含单路解码器和中心解码器这两种解码器，因此，编解码器预测时所用的参考帧有可能出现不一致，产生漂移问题(drifting problem)，从而导致解码质量严重下降。这是多描述视频编码亟需解决的重要问题。

采用基于运动补偿循环的方法，将预测误差部分或全部作为冗余信息发送到解码端，在一定程度上可以避免漂移问题的出现，但是随着解码重建质量的提高，也付出了压缩性能下降的代价。同时，其编码端的复杂度也大大提高，不易与现有视频标准兼容，从而限制了该方法的实际应用。