專利名稱：一種基于殘差補償的多描述視頻編碼的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是穩(wěn)健視頻編碼與傳輸，特別是多描述視頻編碼方法。(二) 背景技術穩(wěn)健視頻編碼與傳輸的這兩種不同的技術代表了兩種不同的信源編碼的基 本思路，即漸近編碼(Successive Refinement, SR)與MDC編碼。漸近編碼是為 了使已編碼的碼流可以適應不同速率的傳輸鏈路，適應不同能力的接收端，并不 是為了對抗誤碼，只是將它與分層傳輸機制結合起來就可以在誤碼條件下實現(xiàn)更 好的傳輸效果；MDC編碼的最基本假定是傳輸中的誤碼是不可避免的，其直接 目的是用多描述中的冗余來對抗傳輸中的誤碼和丟包，使得碼流在出現(xiàn)誤碼或丟 包的情況下仍能夠較好地重建原編碼對象。目前實際的底層傳輸設備多數尚不支持服務質量機制，這使得分層編碼所要 求的不同優(yōu)先級傳輸只能通過在更高層次上使用端到端的非等重保護機制來模 擬，這就大大降低了分層傳輸所能帶來的好處。而MDC編碼并不要求任何的服 務質量保證，只要求底層對多路描述等同對待，并為它們提供近似獨立的邏輯子 信道，這樣的要求更容易得到滿足。從工程的角度看，MDC編碼更易于應用。(Kawada R, Koike A, Wada M, and Matsumoto S. An Efficient Parallel Video Transmission System Including Codecs With Functions of Failure Detection and Coding Noise Evaluation. IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol.， 2005, 15(11): 1341- 1353.)等文獻中對MDC的基本理論、基本結構分類、應用以及近年來的 研究進展進行了概述和總結，并且指出了今后可能的發(fā)展方向。(Wang Y, Reibman A R, Lin S. Multiple description coding for video delivery, Proc. of the IEEE. 2005, 93(1): 57-70)中針對電視系統(tǒng)節(jié)目現(xiàn)場與電視臺以及電視臺之間的可靠傳 輸問題，設計了一個高效的并行視頻傳輸系統(tǒng)，此系統(tǒng)屬于一種多描述視頻編碼 方案，此系統(tǒng)利用編碼之前的前處理以及解碼后的后處理來降低兩路視頻碼流編 碼時所引入的噪聲的相關性來構造兩個描述。受上述文獻的啟發(fā)，趙安邦等人研 究了基于H.264的加權平均的多描述編碼，其內容在(Zhao Anbang, WangWensheng, Cui Huijuan， Tang Kun. An Efficient Fine Grained Multi-description and Scalable Video Coding Scheme. PCS2006 2006， April 24-26); (Zhao Anbang, Wang Wensheng，Cui Huijuan，Tang Kun， Efficient multiple description, scalable video coding scheme based on weighted signal combinations. Tsinghua Science and Technology, 2007，01:86-卯)；(趙安邦，崔慧娟，唐昆.基于H.264 的多描述視頻編碼方案以及整幀丟失的誤碼掩蓋.清華大學學報.2007,10.)等文 章中已有報道。本發(fā)明就是對上述技術進行的進一步的改進。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提高多描述視頻編碼的編碼效率，降低多描 述視頻編碼的冗余度的一種基于殘差補償的多描述視頻編碼的方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的在視頻編碼過程中將每一幀的殘差補償到原始 序列上，然后再對補償后的序列進行正常編碼，在接收端，如果兩路都能夠正確 解碼，則進行合路平均。本發(fā)明涉及到穩(wěn)健視頻編碼與傳輸，特別是多描述視頻編碼方法。目前穩(wěn)健視頻編碼與傳輸的主流研究方向主要分兩類分層編碼結合不同優(yōu)先級的傳輸和 多描述編碼結合同等優(yōu)先級的傳輸。分層編碼比較符合圖像多分辨率的特點，并 且有助于進行靈活的碼率控制，但分層編碼要求傳輸層能夠提供不同優(yōu)先級的傳 輸，尤其是對于基本層傳輸要提供服務質量保證，這一點在多數的無線信道或者廣域網中是難以做到的。多描述編碼(Multiple Description Coding, MDC)對一幅圖像或視頻序列能同時生成若干不相互依賴的描述，每個描述都可以恢復出原 圖像或視頻序列的一個粗糙但質量尚可接受的近似，而隨著接收到更多的描述， 接收端的重建圖像序列質量就會逐步提高。本發(fā)明為了提高多描述視頻編碼的編碼效率，提出了一種基于殘差補償的多 描述視頻方案。在該方案中，視頻編碼過程中將每一幀的殘差補償到原始序列上， 然后再對補償后的序列進行正常編碼，在接收端，如果兩路都能夠正確解碼，則 可以合路進行平均，可以得到較好的視頻質量。對本發(fā)明提出的方案進行了實驗。實驗結果表明，雖然構造的第二路的編碼 效率較低，但是總體上來說，基于殘差補償的多描述視頻編碼具有很高的編碼效 率，效率最高可以達到90%以上，冗余度在10%~20%左右，與理論分析能夠很好的吻合。與文獻(Zhao Anbang, Wang Wensheng, Cui Huijuan, Tang Kun. An Efficient Fine Grained Multi-description and Scalable Video Coding Scheme. PCS2006 2006， April 24-26 ) ; ( Zhao Anbang， Wang Wensheng,Cui Huijuan,Tang Kun， Efficient multiple description, scalable video coding scheme based on weighted signal combinations. Tsinghua Science and Technology, 2007,01:86-卯)；(趙安邦，崔慧娟，唐昆.基于H.264的多描述視頻編碼方案以 及整幀丟失的誤碼掩蓋.清華大學學報.2007,10.)等相比性能有較大提高，同時 與基于棋盤插值的MDC視頻編碼方案[21]相比性能好、實現(xiàn)簡單。(四)


圖1是MDC典型框圖； 圖2是本發(fā)明的框圖。
具體實施方式
下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述圖1給出了一個最簡單的MDC系統(tǒng)的框圖。信源(義^經過編碼器后生成兩路描述，分別送上兩個獨立的邏輯信道。而在接收端有三個解碼器，分別處理收 到一路描述和兩路同時收到的情況。采用編碼之前的前處理來降低兩路視頻碼流編碼時所引入的噪聲的相關性 來構造兩個描述，令x為原始信號，a， x分別為兩路編碼器編碼后的信號，巧，"2為編碼器編碼時引入的編碼噪聲，貝1」^=1 + ！ ， x2=;c + "2。令q, "2的方差分別為q2、 cr22，巧、 的相關系數為/9，并且令Xp x釣加權平均為xm 二a.x+(1 — ).:x;2 (1)則相應于;^引入的噪聲為 +(l_Gr).w2 (2)其方差為(Tm2 =cr2(ar.nj +(1 —a)."2)，7 7 2 /- (3)'cr/ +(1 —W .cr2 +2-a-(l_a)'p.>/cr1 '(72另夕卜，令q2:^"2.^2，不失一般性令〃》1。我們希望0^《q2且O^S^2，又因為0^2cr^，所以只需要c^2《^2，可以證明 只要取(1-P々) ("一p)2+(l-p2)(4)有下式成立(5)顯然(6)因此適當的選擇"，經過加權平均后的圖像質量就會有所提高。例如，當O"X-O"2 ，艮卩， 且/9 = 0時，貝'J ， 2 =*.CTl2 -會.k2 =|.CT2 ，所以加權平均的圖像質量可以提高3dB。而當/ = 0，且o^3-o"22，也即- = 7^時，貝Uc^，"丟，則 2=|.(722 。所以加權平均的圖像質量可以比最好的一路的圖像質量提高1.25dB，這超出了 文獻[17]中所述的范圍。兩路編碼引入的編碼噪聲為大的負相關時，兩路視頻進行合成可以取得更大的增益。如前面分析，設一個隨機變量x，對其進行標量量化，量化臺階為d，如式(7)所示jcg=/(;c) = "'d "^-^^;c〈"."^^ (7) 其中 為量化后的值，當量化臺階較小時，可以假設A^二x-、均勻的分布在/2 /2內。構造一個隨機變量& ，使得Xg = x + Ax ，也就是將x的量化殘差Ax補到X上，這時Xg =2'x — 。對Xg進行與X同樣的量化:其中^^為量化后的值，之后對 與、9進行平均，得到^^如式(9)示 ,+、)/2 可以求出、，X罰，X叫相對于X的均方差。
.of+c /212對于 的量化，存在如下的關系& =0-1)-"其均方差為《=5^/24同理，對于^叫，存在如下的關系-當x e [w.d —d/4 w.d + d/4]時， g(9)(io)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)則其均方差為<formula>formula see original document page 8</formula>由上述公式可知兩路噪聲的相關系數為= —VI^/4 = -0.79。盡管另外 構造的一路會有較大的損失，但是兩路進行平均可以得到6.02dB的增益。前面有關隨機變量的量化相關分析，啟發(fā)我們構造一種基于殘差補償的多描 述視頻編碼方案，編碼方案如圖2所示。結合圖2，本發(fā)明根據有關隨機變量的量化相關分析，構造了一種基于殘差 補償的多描述視頻編碼方案。在視頻編碼過程中將每一幀的殘差補償到原始序列 上，然后再對補償后的序列進行正常編碼。在接收端，如果兩路都能夠正確解碼， 則進行合路平均，可得到較好的視頻質量，即便有一路丟失也可以獲取可接受的 視頻質量。與前面理論分析類似，在視頻編碼過程中將每一幀的殘差補償到原始序列 上，然后再對補償后的序列進行正常編碼。在接收端，如果兩路都能夠正確解碼， 則進行合路平均，可得到較好的視頻質量，即便有一路丟失也可以獲取可接受的 視頻質量。
權利要求
1. 一種基于殘差補償的多描述視頻編碼的方法，其特征是在視頻編碼過程中將每一幀的殘差補償到原始序列上，然后再對補償后的序列進行正常編碼，在接收端，如果兩路都能夠正確解碼，則進行合路平均。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于殘差補償的多描述視頻編碼的方法。在視頻編碼過程中將每一幀的殘差補償到原始序列上，然后再對補償后的序列進行正常編碼，在接收端，如果兩路都能夠正確解碼，則進行合路平均。本發(fā)明為了提高多描述視頻編碼的編碼效率，提出了一種基于殘差補償的多描述視頻方案。在該方案中，視頻編碼過程中將每一幀的殘差補償到原始序列上，然后再對補償后的序列進行正常編碼，在接收端，如果兩路都能夠正確解碼，則可以合路進行平均，可以得到較好的視頻質量。
文檔編號H04N7/50GK101262615SQ200810064360
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月23日 優(yōu)先權日2008年4月23日
發(fā)明者娟 惠, 惠俊英, 王逸林, 平 蔡, 趙安邦 申請人:哈爾濱工程大學