[发明专利]一种无反馈分布式视频编码的码率控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及无反馈分布式视频编码的编码端的码率控制方法，属于分布式视频编码领域。

背景技术

传统的视频编码方式均是在编码端,进行复杂的运动估计来去除相邻视频帧的时间冗余，致使编码端的运算复杂度远远高于解码端，这种编码方式不利于低功耗编码设备的实现。为了解决上述问题，基于Slapian和Wolf的无损编码理论以及Wyner和Ziv的有损编码理论，产生了分布式视频编码(DVC,Distributed Video Coding)技术。目前比较典型的分布式视频编码系统，是由Stanford大学的Bernd Girod等提出的基于变换域的Wyner-Ziv视频编码系统，以及Berkeley大学的Kannan Ramchandran等提出的基于变换域的PRISM视频编码系统。与PRISM系统相比，DISCOVER小组的基于变换域的Wyner-Ziv编码系统的编码器复杂度更低，且可充分利用视频帧的时间和空间相关性，因此大多数研究集中在Wyner-Ziv视频编码方法上。

在分布式视频编码系统中，码率的控制影响着整个系统的性能，传输过多的校验比特会造成资源浪费，降低系统的率失真性能；而传输的校验比特数不够，则解码器无法正确解码Wyner-Ziv帧。在DISCOVER编码方案中，使用一个反馈信道，解码端在解码失败时，则向编码端请求更多数目的校验比特，直至正确解码为止。这种基于反馈机制的码率控制方法能够提高编码效率，但同时也极大增加了整个系统的复杂度和时延，限制了DVC视频通信系统的应用。欧洲的DISCOVER研究小组的C Brites,F Pereira等人提出了，在编码端采用低复杂度运动估计算法生成粗糙的边信息，由该粗糙的边信息和源WZ帧对每个编码比特平面的码率进行估计。ISN国家重点实验室的宋彬、杨明明等人提出了分三层进行的码率控制，即GOP层码率分配，每个GOP内关键帧和WZ帧的码率，对于WZ帧利用系数带级的相关性计算相关噪声模型参数，并选择对应的LDPC校验矩阵，提出WZ帧的无反馈比特面速率控制方法。

本发明提出一种基于分布式视频编码的无反馈码率控制算法，其利用各帧之间的系数带级相关性，选取最优量化矩阵；然后根据产生的粗糙边信息，在位平面上实现对码率的控制，来提高整个分布式视频编码系统的率失真性能。

发明内容

技术问题：本发明公开一种无反馈Wyner-Ziv视频编码的码率控制方法，它是属于分布式视频编码技术领域，主要是解决在无反馈分布式视频编码系统中的，在编码端实现对Wyner-Ziv帧的码率控制问题。

技术方案：本发明的一种无反馈分布式视频编码的码率控制方法，该方法是在编码端增加码率控制模块，该模块包括有两部分：(1)计算源WZ帧与相邻关键帧在DCT域的各系数带的相关性，并根据相关系数选取量化矩阵；(2)进行低复杂的边信息估计，位平面的码率分配。

1.该方法包含以下步骤：

①源WZ帧X_t和相邻关键帧X_b和X_f分别进行4×4块的DCT变换，产生16个系数带。

②计算源WZ帧X_t与相邻关键帧X_b和X_f在DCT域上的各系数带上的最大相关性mse_k＝min{mse^b_k，mse^f_k}(k＝1,2…16)。其中mse^b_k和mse^f_k分别是X_t与X_b和X_t与X_f的各系数带上的均方差。

③根据关键帧的量化参数QP确定WZ帧的DC系数带的量化比特，根据相关性mse_k与设定的阀值T_k的大小确定AC系数带的量化比特，最后确定最优的量化矩阵。

④产生低复杂度的边信息，并对其进行4×4块的DCT变换和量化。然后与量化后的WZ帧，计算各比特面的条件熵H(X|Y)错误概率P_cros，进行位平面码率分配。

2.根据1所述的无反馈分布式视频编码的码率控制方法，所述步骤②中，按照如下公式和步骤计算相关性：

本发明使用均方误差mse表示帧间的相关性，则WZ帧与关键帧在DCT域的第k个系数带的相关性的计算公式如下：