[发明专利]基于率失真的Wyner-Ziv帧量化方法

摘要

本发明公开了一种分布式视频编码系统中基于率失真的Wyner-Ziv帧量化方法，主要解决Wyner-Ziv视频编码系统中通过简单选取备用量化矩阵进行量化而造成的重构质量差的问题。其步骤为：(1)DCT变换；(2)提取系数带；(3)设置量化等级；(4)计算相关噪声模型参数；(5)建立率失真模型；(6)求量化步长；(7)量化；(8)检验量化结果。本发明通过建立一种新型的率失真模型优化了DC系数的量化，提高了整个系统的率失真性能，使得重构的Wyner-Ziv帧更接近原始Wyner-Ziv帧。

主权项

1.基于率失真的Wyner-Ziv帧量化方法，包括以下步骤：(1)DCT变换对输入视频序列的Wyner-Ziv帧进行基于块的离散余弦DCT变换，获得基于块的变换域视频信号；(2)提取系数带在基于块的变换域视频信号的所有图像块中，提取相同位置上的系数组成系数带；(3)在直流DC系数的量化等级的范围内，设定直流DC系数的量化等级，完成初始化；(4)按照相关噪声模型参数的计算公式，计算相关噪声模型参数；(5)建立率失真模型5a)通过对离散余弦DCT变换系数量化后的比特经过虚拟信道发生转移时反量化后的离散余弦DCT变换系数产生的误差，进行均方误差计算，建立如下信道误码失真与量化等级和量化步长的关系模型：De(k,Δ)=Δ2[1-(2K)2e-2KαΔ+Σi=12K-1(2i+1)e-iαΔ]]]>其中，D_e(K，Δ)是K和Δ的信道误码失真函数；e是信道误码的英文首字母；K是直流DC系数的量化等级；Δ是直流DC系数的量化步长；α是相关噪声模型参数；∑是数学求和符号；i是求和变量里面的参数，取值范围为1～2^K-1的整数；5b)计算重构变换域视频信号与原始变换域视频信号之间的均匀量化误差，通过该均匀量化误差计算Wyner-Ziv帧的量化失真，建立如下量化失真与量化等级和量化步长的关系模型：Dq(k,Δ)=112Δ2(1-e-αΔ)]]>其中，D_q(K，Δ)是K和Δ的量化失真函数；q是量化的英文首字母；K是直流DC系数的量化等级；Δ是直流DC系数的量化步长；α是相关噪声模型参数；5c)将信道误码失真函数和量化失真函数求和，获得系统失真函数D(K，Δ)；5d)计算Wyner-Ziv帧编码系数带与边信息系数带之间的条件熵，通过该条件熵计算Wyner-Ziv帧系数带的编码码率，建立如下编码码率与量化等级和量化步长的关系模型：R(K,Δ)=-N*Σi=1K[e-αΔ2K-i*log2(e-αΔ2K-i)+(1+e-αΔ2K-i)*log2(1-e-αΔ2K-i)]]]>其中，R(K，Δ)是K和Δ的编码码率函数；K是直流DC系数的量化等级；Δ是直流DC系数的量化步长；N是比特面的比特数；∑是数学求和符号；i是求和变量里面的参数，取值范围为1～K的整数；α是相关噪声模型参数；5e)用DISCOVER系统中的量化步长计算公式，计算先验量化步长Δ_λ，按照下式计算拉格朗日乘积因子：λ=-dD(K,Δ)dΔ*[dR(K,Δ)dΔ]-1|Δ=Δλ]]>其中，λ是拉格朗日乘积因子；是数学求导符号；D(K，Δ)是K和Δ的系统失真函数；K是直流DC系数的量化等级；Δ是直流DC系数的量化步长；R(K，Δ)是K和Δ的编码码率函数；表示将Δ赋值为Δ_λ；Δ_λ是先验量化步长；5f)根据在编码码率小于信道容量的条件下使系统失真最小的要求，建立如下率失真模型：C(K，Δ)＝D(K，Δ)+λ*R(K，Δ)其中，C(K，Δ)是K和Δ的代价函数；K是直流DC系数的量化等级；Δ是直流DC系数的量化步长；D(K，Δ)为K和Δ的系统失真函数；λ是拉格朗日乘积因子；R(K，Δ)是K和Δ的编码码率函数；(6)求量化步长6a)通过工程优化的二分法求得代价函数的极值点，将极值点设置为直流DC系数的量化步长；6b)根据交流AC系数的量化步长公式，获取交流AC系数的量化步长；(7)量化7a)按照直流DC系数的量化步长对直流DC系数进行等间隔分割，获得量化区间，取各个量化区间的中点作为量化电平，用量化电平值代替量化区间内的系数得到新的系数带；，转化系数带的表达形式，得到由二进制形式表达的量化系数带；7b)将交流AC系数按照交流AC系数的量化步长进行等间隔分割，取各个量化区间的中点作为量化电平，用量化电平值代替量化区间内的系数得到新的系数带；将系数带转化成二进制表达形式，得到由二进制形式表达的量化系数带；(8)检验量化结果提取量化系数带相同位置的比特得到比特面，对各个比特面进行低密度奇偶校验LDPC编码，获得编码信号；传送编码信号至Wyner-Ziv视频编码系统的解码端进行解码得到重构的Wyner-Ziv帧，用Wyner-Ziv帧的编码码率以及重构的Wyner-Ziv帧的质量检验量化结果。