[发明专利]基于Wyner-Ziv视频编码系统的GOP层编码方法

说明书

技术领域

本发明属于视频编码技术领域，主要涉及分布式视频编码中基于率失真优化的无反馈编码速率控制中GOP(Group-of-Picture，图像组)层编码方法，可用于实用分布式视频编码系统和终端编码设备资源受限的视频通信系统。

背景技术

随着信息技术和互联网的飞速发展，多媒体已成为人们获取信息最主要的载体，多媒体业务将是未来无线宽带网络的关键业务。有数据显示，未来宽带网络上数据流量的80％将是以视频为主的多媒体数据流量。为了适应无线网络日益发展，越来越多的移动视频终端被用于多媒体通信中，如无线视频探测头、便携式摄像机等，以及广泛应用于传感器网络中的视频传感器。这些编码设备的处理能力和功耗等资源都十分有限，因此要求视频编码器简单易实现，且具有良好的抗误码性能和压缩效率。

传统的视频编码标准如MPEG、H.263和H.264等都采用非对称编码方式，编码器复杂度远大于解码器。另外，传统视频编码方法在编码端采用预测编码模式，网络传输导致的丢包或比特错误会造成编码端和解码端重构缓存的不匹配，从而出现误码扩散现象，容错能力较差，显然无法很好的适应无线网络下要求误码率高、终端设备资源受限等应用。

为了解决传统视频编码在视频通信中遇到的编码器复杂、抗误码能力差等问题，国内外研究一种新的视频压缩技术——分布式视频编码方法DVC，其中Wyner-Ziv视频编码是目前国内外分布式视频编码的研究热点。分布式视频编码系统采用帧内编码-帧间解码的结构，将编码视频序列分为关键帧和Wyner-Ziv帧，对关键帧进行传统的H.263或H.264帧内编码，而对Wyner-Ziv帧进行Wyner-Ziv视频编码。其中Wyner-Ziv帧的编码码率由它和边信息之间的统计相关性决定，由于原始Wyner-Ziv帧和边信息分别位于系统的编码侧和解码侧，这就使得在编码侧准确估计成功解码Wyner-Ziv帧所需要的比特数较为困难。为了使解码器能够正确解码，编码器需要传输足够多的校验比特，而传输过多的校验比特又会降低系统的压缩性能，所以码率控制在一定程度上决定了分布式编码系统的编码效率和应用环境。

现有的分布式视频编码系统绝大多数都采用有反馈信道的码率控制方法，编码得到的校验位根据解码侧的反馈请求分多次发送，直到解码成功，这样可以在一定程度上提高编码效率，但是大大增加了解码的复杂度和时延，不利于实时视频传输，同时使用反馈信道也使得分布式视频编码系统的应用环境受到限制；另外，现有的有反馈码率控制方法只是在编码侧简单设定关键帧的量化因子和Wyner-Ziv帧的量化矩阵，无法在带宽受限信道下有效进行编码速率控制。因此，无反馈的速率控制方法被广泛研究，以克服有反馈速率控制方法的缺点。现有的无反馈速率控制方法都是自顶向下设计，一般包括GOP层码率控制、帧层码率控制，系数带级码率控制和比特面级码率控制。使用无反馈速率控制方法法虽然能在基本上不增加或少增加编码端复杂度的基础上，取消有反馈速率控制中需要的反馈信道，增强了DVC系统的实用性，但在传统的无反馈速率控制方法中，由于其顶层GOP的码率控制只是根据一些简单的准则，如相邻图像相关性，以固定比例分配GOP内关键帧和WZ帧码率，而没有考虑这个分配比例对解码恢复序列质量的影响，因而导致码率分配具有盲目性，最终解码质量也无法达到整体最优。

发明内容

本发明的目的在于克服上述无反馈速率控制方法中已有码率分配方法的缺点，提出一种基于Wyner-Ziv视频编码系统的GOP层编码方法，以充分考虑GOP内关键帧和WZ帧的码率分配比例对解码恢复视频序列的质量影响，根据用户需求确定GOP内码率分配比例，避免码率分配的盲目性，提高解码图像整体质量。

实现本发明目的技术思路是在编码端通过估计GOP内关键帧和WZ帧的码率分配比例对解码恢复视频序列的质量影响，运用率失真优化理论，计算得到每一个GOP内最佳的码率分配比列，从而使得解码图像整体质量达到最优。具体实现步骤包括如下：

(1)确定关键帧码率在图像组GOP码率中所占比例因子k的定义域：k∈[ε，1]及比例因子k的变化步长step，ε取值为[0.01，0.3]，step取值范围为[0.02，0.4]，k的初始值k′＝ε；

(2)根据当前GOP的总码率R_GOP和当前比例因子k，计算关键帧码率R_k和WZ帧码率R_wz；

R_k＝R_GOP·k