[发明专利]一种分布式视频编码中边信息生成方法

说明书

  

技术领域

本发明属于视频压缩领域，涉及一种在分布式视频编码中边信息生成方法。 

  

背景技术

分布式视频编码(Distributed Video Coding，DVC)是基于20世纪70年代Slepian. Wolf以及Wyner.Ziv提出的信息理论而建立的，将编码器运算复杂度转移到解码器。其特点是编码简单、解码较复杂、压缩性能接近传统的编码方式、抗误码能力强，适用于无线网络中资源受限的视频编码设备等。 

目前，国内外对分布式视频编码方案的研究大多侧重于边信息的研究，因为边信息的质量严重影响着视频图像恢复的性能。分布式视频编码系统通常将视频帧分为关键帧( 帧)和 Wyner-Ziv帧(帧)。解码帧时，首先利用前、后己解码的相邻关键帧生成当前帧的一个估计帧，称之为边信息(SI)，然后结合边信息和接收到的码流信息对帧进行解码。分布式视频编码性能很大程度上依赖于边信息与原始帧的相关性，生成的边信息与原始帧相似度越高，帧的恢复图像质量就越高。因此，准确生成边信息是提高分布式视频编码效率的一个关键问题。产生边信息最简单的方法就是直接调用前一解码关键帧，或者前后两个关键帧的平均值来产生边信息。然而，当视频序列运动趋势剧烈时，直接法或平均法产生的边信息很不可靠。现有的生成边信息最典型的是基于运动补偿时域内插（MCTI）方法，它主要包括3个步骤：运动估计、运动矢量（MV）修正和运动补偿插值，但是会增加解码器的复杂度，导致一定的时延，不适合用在实时性传输的场景里。另外，传统的运动补偿插值方案对所有位置块都采用相同的边信息生成算法，忽略了视频序列中各区域运动强烈程度不均的特性。 

实际场景中视频序列相邻帧之间的相似度非常高，特别是野外环境保护、地质灾害监测等应用场合，只有少量相邻帧有明显变动。本文从编码端去冗余及边信息获取两方面对其进行改进。实验结果表明，改进后的边信息方法既能消除大量的帧间冗余，又能以较小的解码代价获得更精确的边信息，从而有效提高图像解码质量。 

发明内容

技术问题：本发明针对视频序列中各区域运动强烈程度不均的特性，提供一种能够在编码端消除大量帧间冗余，在解码端充分挖掘统计信息，生成更加准确的边信息图像，从而提高了整个编码系统率失真性能的分布式视频编码中边信息生成方法。       

技术方案：本发明的分布式视频编码中边信息生成方法，包括如下步骤：

1）在编码端，通过采用绝对误差和准则，分别计算出原始帧与前后相邻关键帧之间相同位置块的离散余弦系数差值；

2）将步骤1）中计算得到的两个离散余弦系数差值与预定的阈值比较，若都小于该阈值，则位置块的分类信息值为0，判定该位置块运动缓慢，编码端直接将该位置块丢弃不传，然后将分类信息值传送到解码端后进入步骤3）；反之，则该分类信息值为1，判定该位置块运动剧烈，并将分类信息值传送到解码端后进入步骤4）；

3）解码端按照直接插值算法生成边信息，即将与原始帧相关性强的关键帧对应块复制到边信息中；

4）解码端按照精细的运动估计插值算法生成边信息，即结合绝对误差准则和边界平均绝对差准则对位置块进行运动估计，获得最佳初始运动矢量，然后对最佳初始运动矢量进行优化，最后利用优化后的最佳运动矢量内插生成边信息，优化为通过双向运动估计和加权中值滤波器对运动矢量场进行平滑修正。

本发明方法的步骤1）中，按照下式计算出原始帧和前后相邻关键帧之间相同位置块的离散余弦系数差值： 

其中，和分别表示位置块的长和宽，表示位置块内的像素点坐标，表示原始帧位置块B中处像素点的离散余弦系数，表示与原始帧相邻的关键帧的位置块B中处像素点的离散余弦系数。

本发明方法的步骤4）中，结合绝对误差和准则和边界平均绝对差准则对位置块进行运动估计的具体流程为： 

首先在后向相邻关键帧的匹配窗H范围内搜索次与前向相邻关键帧的位置块最接近的匹配块，其中和分别表示位置块的长和宽，和分别表示匹配窗的长和宽，并按照下式计算该匹配块与位置块之间的匹配误差：

，

然后将所有计算得到的匹配误差中的最小值对应的运动矢量的一半作为边信息中对应位置块的最佳初始运动矢量；

其中，α是加权系数，是像素点的横坐标，是像素点的纵坐标， 是按照绝对误差和准则计算得到的匹配误差，公式如下：       

，