[发明专利]一种基于人类视觉系统的多描述视频编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字视频处理技术领域，具体涉及一种基于人类视觉系统的多描述视频编码方法。

背景技术

近年来随着因特网的爆炸式发展，视频传输应用越来越广泛。然而，网络拥塞、随机比特错误和数据包丢失将导致视频压缩数据质量严重下降，这就给视频传输带来了极大挑战。因此，需要开发一种视频编解码方案，它不仅要有高压缩效率还要保证视频传输的鲁棒性。

多描述编码作为一种能在易错信道上提高传输鲁棒性的技术，吸引了越来越多的学者研究。可以假设在信源和信宿之间存在着很多信道，不可能所有信道同时在一个视频帧出错，多描述编码是在这个假设的基础上提出来的。在编码端信源产生多个比特流（称之为描述），每个比特流具有同样的优先级，在多个相互独立的信道上进行传输。在解码端，每一个描述都能被独立解码，重建用户可接受质量的视频序列；随着接收到描述数量的增加，重建视频序列质量也随之提高。

多描述视频编码的基本思想是如何利用描述的冗余信息来提高传输的鲁棒性。因此，在多描述视频编码中需要一些必要的冗余，尽管这样会降低压缩效率。在过去几年里，设计一个多描述编解码方法的主要目标是在传输比特率和重建质量之间折衷。经典多描述编码方法是利用变换和量化。根据多描述标量量化原则，设计了不同的多描述视频编码方法。多描述相关性变换被用来设计运动补偿多描述视频编码。有文献提出了X树非平衡保护多描述编码方法。尽管上述方法取得了较好的实验结果，但是这些方法不能兼容广泛应用的标准编解码器，如H.26x和MPEG系列。为了解决这个问题，国外文献中多描述视频编码通过应用H.264/AVC标准中先进的视频编码工具来引入描述间的冗余信息。此外，很多方法都是针对于某一种确定的标准编解码器而提出的，如H.264/AVC。为了提高性能，针对H.264/AVC采用了片级和宏块级的多描述视频编码方法。根据多描述采样原则，有文献提出了基于交织抽取与分块压缩感知策略的图像多描述编码方法，但是压缩效率不是很高。有文献提出了一种适用于丢包信道的小波编码图像传输方法，利用分层多描述编码来提高信源编码的容错性能，但它依赖于信源编码的结构。还有文献提出的方法只针对特定图像。上述方法都取得很好的效果，但是都没有考虑到人类视觉系统的特性，忽略了无论图像还是视频，最终的接收者都是人类视觉系统。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术中存在的问题，提供一种基于人类视觉系统的多描述视频编码方法。为每个描述分配必要的冗余信息，避免可能产生的视觉失真，设计了不同的编码模式来生成冗余信息并用JND（Just Noticeable Distortion）调整残差信息，实现丢失视频帧的高质量恢复。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于人类视觉系统的多描述视频编码方法，其过程包括：

（1）首先读入一视频序列，对其进行奇偶帧分离，得到主信息奇数帧子序列X₁和偶数帧子序列X₂；

（2）根据JND错误预测机制分别得到重建出来的偶数帧序列和奇数帧序列

（3）经过编码模式选择模块处理后得到奇数帧一路的冗余信息Y₂和偶数帧一路的冗余信息Y₁；

（4）将主信息X₁，X₂和冗余信息Y₁，Y₂分别通过标准编码器和冗余信息编码器进行编码；

（5）编码后，X₁和Y₂形成描述1，X₂和Y₁形成描述2，通过不同信道传输到解码端进行解码。

其中，所述JND错误预测机制的重建过程为：

在编码端，对于奇数帧构成的视频子序列，首先用奇数帧视频序列通过帧内插方式重建出偶数帧视频序列，如图2所示，然后对重建出来的偶数帧进行分块，取块大小为a×b，结合真实的偶数帧和JND信息，求出每一块中变化范围超过JND值的像素所占的比例T；

对于偶数帧视频子序列，用偶数帧序列通过帧内插方式重建出奇数帧序列，然后对重建出来的奇数帧进行分块，取块大小为a×b，结合真实的奇数帧和JND信息，求出每一块中变化范围超过JND值的像素所占的比例T。