分 布在〇附近取值很集中，而&和R'q是对视频残差采用"围绕〇的中心死区"量化方法后的 结果，经过分析可知它们在0附近取值更集中，取值范围更小当量化级分别为2n(n= 2, 3) 时，1^1?'(1大多数取值为0，±1，±2，^的取值大多数也为0，±1，±2。如图2所示1? (1近似 Nq〇
[0044] 在此例中，码率估计模块的具体实施过程如下：
[0045] 步骤1:计算RjPR' 5进行格雷编码后，两格雷码之间的差错率（即汉明距离）Pe" 与Nq之间的关系，经过推导将其公式表示为：
[0046]
[0047] 步骤2 :收发两端的相关性用虚拟信道的错误转移概率P来表示，将步骤1得出 的1\"代入得出P的计算公式为：
[0048]
[0049] 步骤3 :将P代入求j：商的公式H(p)= -p log2p -(1-p ) log2(l_p)，并求出发送 码率V)、1.
[0050]
[0051] 步骤4:整帧数据的所有编码分组我们都按照步骤3估计的码率v进行发送。
[0052] 收端通过运动补偿的办法（MCFI)得到X2k的预测信息Y2k，收端残差帧为R' = Y2k_XM，同样对R'进行置乱、量化、格雷编码后送入LDPCA译码器，译码的结果经过格雷译 码、反置乱、重建后得到左，最后l2i +及。当存在有像素没有成功解码时，要通过边信 息改善模块来提高解码成功率，如图3,其具体实施步骤为：
[0053] 步骤1:对译码后的残差帧进行反置乱，未解码成功的点PMtde。将会分散在一帧之 中，对所有Pn(rtde。进行2-5步处理。
[00M] 步骤2 :读取P-在边信息中对应点P' nQtdec〇
[0055] 步骤3 :在Pn(rtde。邻域内（指上下左右四个相邻的点）找出所有成功解码的邻点。
[0056] 步骤4:计算邻点与P'Mtde。之差的绝对值。
[0057] 步骤5:将步骤4中绝对值最小的那个相邻点的值替换P'Mtde。的值。
[0058] 步骤6:用步骤5中得到的改进后的边信息再进行一次解码。
[0059] 步骤7 :若还存在Pn(rtde。且PMtde。的个数有减少，就重复步骤1-6,否则跳出循环。
[0060] 最终，在重建模块中对仍然没有成功解码的点用边信息直接来代替。
[0061] 实施例采用了QCIF格式且帧率为15帧/秒的HallMonitor,Coast Guard,Foreman,Soccer四个运动性逐渐增强的测试视频。其中HallMonitor有165帧， Foreman有 149 帧，CoastGuard有 149 帧，Soccer有 149 帧。编码采用码长为 6336 的LDPCA 码。试验中，所有视频的KEY帧采用H. 264/AVCIntra编码，Intra编码中主要的参数是QP， 视频残差帧中主要的参数是量化级数2n。根据恢复的KEY帧和WZ帧质量近似相等的原则 设计了（QP，n)的 6 种组合，分别是（20, 3)、（24, 3)、（27, 2)、（34, 2)、（37, 2)、（41，2)。四 个视频都在这6种参数设置下进行测试。
[0062] (1)如图2所示，当量化级别分别为2n(n= 2, 3)时，&、％的分布可以看出它们之 间有近似的关系。表1到表4统计了相关数据。因此，在发端我们无需产生额外的边信息 用来估计收发两端的相关性，直接用Rq中的概率分布代替Nq*的概率分布。
[0063]表 1:Forman的Rq和Nq频率（QP= 37,n= 2)
[0064]
[0069]表 4:Soccer的Rq和Nq频率（QP= 24,n= 3)
[0070]
[0071] (2)如图4所示，当量化级分别为2n(n = 2, 3)时，一帧图像数据分成多个编码分 组，信源编码分组和边信息编码分组之间差错率P
[0072]
[0073] (3)如图5所示，给出Soccer视频序列中WZ帧的估计码率v与最优码率V'的比 较，最优码率是指收端通过反馈信道不断"请求并解码"过程而得到的码率（即DRC方案中 的码率）。由于在DRC方案中一帧对应有多个位平面码率，取所有位平面码率的平均值作为 该帧的最优码率。从图中可以看出：大部分情况下v接近V'并且高出一些，少部分情况下 v低于V'，两者之间的差别不会超过0. 1 ;而且n越小，v和V'之间就越接近。这样的结论 同样也适合其它三个视频序列，它们变化没有Soccer剧烈，v和V'近似的程度更好，这说 明码率估计模块能很好的工作。
[0074] (4)如图6所示，给出了Foreman和Soccer按照发端码率v进行首次解码的成功 率与采用边信息改善模块后的解码成功率，解码成功率是指测试视频中所有成功解码的分 组数占总解码分组数的比例。横坐标代表上述6种情况，纵坐标表示解码成功率。从图中 可以看出采用边信息改善模块后能有效得提高解码成功率。特别是在Soccer视频中，能将 解码成功率由55. 3%提高到91. 8%。两个视频序列中，前面第1、2序号代表量化级数较大 的情况，这时解码成功率都比较低，原因是n越大，视频序列中包含的数据量就越大，差别 也就大。估计的码率能首次解码成功的概率变小。但是通过边信息改善模块后，成功率都 能达到90%以上，具体数据见表5、表6。。之所以能提高解码成功率原因主要有两个，一是 经过收端反置乱后，未解码的点不是集中在一起的，而是分散在已解码点之中，因此可以用 已解码点进行预测。二是Rq中量化符号的取值范围很小，并且大部分取值都集中在〇附近， 因此用相邻已成功解码点能得到比较准确的预测值。
[0075] 表5 :Soccer视频的解码成功率
[0076]
[0077] 表6:Forman视频的解码成功率
[0078]
[0079] (5)如图7所示，给出了四个视频序列只取灰度分量按照RERC、变换域ERC方案 (I'D-ERC)、DISCOVER方案、H. 264/AVC方案得到的RD特性曲线。DISCOVER方案是目前最 好的DRC方案；H.264/AVC是常用的帧内编码方案（但它在编码端要进行帧内预测，其编码 复杂度和编码时间是要远远超过RERC，不适合编码端资源受限的场合）。通过将RERC与 其它方案的RD性能相比较可知：在运动变化小的视频序列中，RERC能很好的工作，性能高 于TD-ERC方案，甚至和DISCOVER方案相当。在运动变化大的视频序列中，性能和TD- ERC方案相当。但无论和什么方案比，RERC结构最简单的，系统延迟最小，不需要反馈信道。 因为RERC能在帧级别而不是在位平面级别上进行码率估计，减少了发端码率估计的次数； 并且在发端我们不用额外地产生边信息用于计算收发两端的相关性，因此发端的复杂度最 小，RERC中发端增加的伪随机码置乱模块只是一个产生伪随机序列和排序的模块，它对于 发端的复杂度而言可以忽略不计。
[0080] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的 限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化， 均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种分布式视频残差编码端码率控制方法，其特征在于，包含以下顺序的步骤：51. 视频序列按照GOP = 2划分为传统的WZ帧和KEY帧，假设视频帧^为WZ帧，视 频帧X2k+1S KEY帧，KEY帧采用传统的H. 264/AVC Intra编译码；52. 利用与X2k相邻的两个KEY帧译码的结果X' 2k_JPX' 2k+1，在发端本地译码器、收端 译码器中分别得到一个参考帧XM= (X' 2k_1+X'2k+1)/2;53. 在发端用原始的WZ帧X2jP参考帧X M相减得到残差R，将残差经过置乱、量化和格 雷编码然后送入LDPCA编码器，通过码率估计模块得到发送所需的码率；经过信道传输后 送入收端的LDPCA译码器；54. 在收端通过运动补偿的方法得到X2k的预测信息Y 2k，用它减去参考帧)^得到收端 残差帧的边信息R'，同样经过置乱、量化和格雷编码然后送入LDPCA译码器辅助解码视频；55. 在译码端，将LDPCA译码器输出的结果通过格雷译码，反置乱和图像重建得到残差 信息I将左与参考帧相加，最后得到译码出来的帧图像。2. 根据权利要求1所述的分布式视频残差编码端码率控制方法，其特征在于，所述的 分布式视频残差编码端码率控制方法，还包括以下步骤：当出现码率低估时，部分编码分组 会解码失败，对应在一帧当中会有部分像素不能恢复，这时通过边信息改善模块进行进一 步解码。3. 根据权利要求2所述的分布式视频残差编码端码率控制方法，其特征在于，所述的 边信息改善模块，用已成功解码的相邻点去预测解码失败的点，最终解码失败的点，则用边 f目息彳目息去替代。4. 根据权利要求1所述的分布式视频残差编码端码率控制方法，其特征在于，步骤S3、 S4中，所述的置乱是通过伪随机码置乱模块对残差帧中的像素用伪随机码进行置乱处理， 具体为：将边信息Y看成是X通过一个虚拟信道的输出的结果；两者的关系是N = Y-X，N是 虚拟信道中的噪声，表示X和Y之间的差错；将差错均匀的分布在一帧中，在帧级别上进行 码率估计。5. 根据权利要求1所述的分布式视频残差编码端码率控制方法，其特征在于，步骤S3 中，所述的码率估计模块在帧级别上进行码率估计，首先要估计&和R' 5之间的相关性， SNq=Rq-R' q，得出Nq的分布情况；其次，对RjPR' q进行n位格雷码编码后，推导出两 格雷码之间误码率1\"与N q之间的关系；用R q中的概率分布代替N q中的概率分布：P (N q= i) ~ P(Rq= i) = (i出现的次数V(LXM)，LXM是一帧的大小；同时，根据格雷码的编码 特点，推导1\"与Nqi间的关系用公式表示：最终收端、发端的相关性用虚拟信道的错误转移概率P来表示，则P的计算公式为：将P代入求摘公式H(p ) = - p log2p -(1-p ) log2(l-p )，求出发送码率v为：整帧数据的所有编码分组我们都按照这个估计的码率进行发送； 其中Rq为残差R置乱量化后得到的结果，R' 5为残差帧边信息R'置乱量化后得到的 结果。
【专利摘要】本发明公开的一种分布式视频残差编码端码率控制方法，一是利用伪随机码对残差帧中的像素进行置乱，目的是在一帧内发端编码分组与其对应边信息编码分组之间的差错均匀化，这样发端就能在帧级别上进行码率估计，然后按照这个码率发送整帧数据；二是发端不需要产生额外的边信息，发端的视频残差帧能近似的表示收发两端信号之间的相关性；三是当发端码率低估时，利用提出的边信息改善算法能显著提高解码成功率。本发明的控制方法，发端不需要产生额外边信息，能在帧级别上而不是在位平面级别上进行码率估计的RERC方案，该方法结构最简单，系统延迟最小，不需要反馈信道，且具有很高实用性。
【IPC分类】H04N19/30, H04N19/147
【公开号】CN104954794
【申请号】CN201510363056
【发明人】胡春筠, 王一歌, 李首贤
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月26日