一种分布式视频压缩感知编码技术方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于压缩感知和分布式视频编码技术领域，具体设及一种分布式视频压缩 感知编码技术方法。
【背景技术】
[0002] 在WH. 26x和MPEG系列标准为代表的传统视频编码框架中，编码端承担了变换、 量化、赌编码W及运动估计/运动补偿等大量的运算。其中，运动估计和运动补偿占据了整 个系统大部分的运算量，导致编码端的计算量和复杂度远大于解码端。因此，运些编解码方 式非常适用于一次编码多次解码的视频系统，例如广播电视、VOD和DVD等。
[0003] 然而在有些视频应用场景，例如移动视频通信、无线视频监控和无线摄像机等新 的视频应用，其视频系统通常具有编码器复杂度低，而解码器可进行高复杂度运算的特点。 对于运一类视频应用，显然不适合采用传统的视频编码方法。
[0004] 有鉴于此，有必要提供一种分布式视频压缩感知编码技术方法，W解决上述问题。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于压缩感知的 分布式视频编解码方法，将运算量巨大的运动估计和运动补偿从编码端转移到解码端，在 保证压缩效率的前提下，大大降低编码器的复杂度。
[0006] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0007] 一种分布式视频压缩感知编码技术方法，其特征在于，包括相互通信连接的编码 端和解码端，其中编码端包括自适应CS随机测量模块、码率控制模块和MPEG/H. 264帖内 编码模块，该自适应CS随机测量模块同码率控制模块相通信连接，码率控制模块同MPEG/ H. 264帖内编码模块相通信连接；所述的解码端内包括最优观测值生成模块、联合视频稀 疏模型的CS重建模块、运动估计和估算边信息模块、H. 264帖内解码模块和加法器，该最优 观测值生成模块同联合视频稀疏模型的CS重建模块相通信连接，联合视频稀疏模型的CS 重建模块与运动估计和估算边信息模块相通信连接，运动估计和估算边信息模块同H. 264 帖内解码模块相通信连接，联合视频稀疏模型的CS重建模块和H. 264帖内解码模块同加 法器相通信连接。
[0008] 如上所述的分布式视频压缩感知编码技术方法，其特征在于：解码端内的运动估 计和估算边信息模块，来自视角内的边信息采用运动补偿空间插值方式来估计产生，而来 自视角间的边信息则采用单应性矩阵补偿视角间插值得到。
[0009] 如上所述的分布式视频压缩感知编码技术方法，其特征在于：解码端内的联合视 频稀疏模型的CS重建模块，将接收到陪集索引后，通过运动捜索和单应性矩阵补偿时间插 值获取边f胃息。
[0010] 如上所述的分布式视频压缩感知编码技术方法，其特征在于：所述的解码端在联 合解码重构中引入化ber-Markov随机场的先验概率模型，对解码像素点做平滑性约束。
[0011] 如上所述的分布式视频压缩感知编码技术方法，其特征在于：输入视频流在编码 端处被分为两支，即CS-帖和关键帖两部分，一支CS-帖流入自适应CS随机测量模块，经 过自适应CS随机测量后发送到解码端内的最优观测值生成模块，将观测到的值发送给联 合视频稀疏模型的CS重建模块，同时最优观测值生成模块也将观测值反馈给编码端内的 码率控制模块，另一支关键帖流入MPEG/H. 264帖内编码模块，经过MPEG/H. 264帖内编码 后发送到解码端内的H. 264帖内解码模块进行解码；在解码端内，将MPEG/H. 264帖内编 码模块传送过来的关键帖经过H. 264帖内解码模块直接进行重建，对于传来的CS-帖在经 过最优观测值生成模块后，传入联合视频稀疏模型的CS重建模块，CS-帖流在该联合视频 稀疏模型的CS重建模块中与经过H. 264帖内解码模块再传入运动估计和估算边信息模块 后获取的准确预测边信息进行联合重建；经联合视频稀疏模型的CS重建模块输出的联合 重建CS-帖信息流一部分作为视频质量信息反馈到编码端内的码率控制模块，另一部分与 H. 264帖内解码模块输出的重建关键帖信息流相加，得到重建输出视频流，同时，编码端内 的码率控制模块，接收到编码端中最优观测值生成模块和联合视频稀疏模型的CS重建模 块的反馈信息后，在编码端中调控自适应CS随机测量模块和MPEG/H. 264帖内编码模块，W 得到更好重建视频输出。
[0012] 本发明的有益效果是：本发明提供的基于压缩感知的分布式视频编解码方法，通 过将联合视频稀疏模型的CS重建模块和运动估计和估算边信息模块融合进分布式视频编 解码系统，采用运动捜索和单应性矩阵补偿时间插值获得边信息，解码端接收到陪集索引 后即可融合边信息进行解码。在联合解码重构时引入化ber-Markov随机场先验概率模型 对解码像素点进行平滑性约束，获得更佳重建质量。解码后的视频质量客观评价信息反馈 至编码端，W调整视频流采样率和帖率，实现速率自适应控制。该基于压缩感知的分布式视 频编解码技术方法采用"独立编码，联合解码"的方法，将复杂度从编码端转移到解码端，使 得编码运算复杂度低，适合无线网络中资源受限的视频编码设备。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明的分布式视频压缩感知编码技术方法的结构示意图。
[0014] 图2是本发明的分布式视频压缩感知编码技术方法的原理结构图。
[0015] 图3是数据矩阵Xp的构造示意图（P帖情形）。
[0016] 附图中的符号说明：101-编码端，102-解码端，1-自适应CS随机测量模块，2-码 率控制模块，3-MPEG/H. 264帖内编码模块，4-最优观测值生成模块，5-联合视频稀疏模型 的CS重建模块，6-运动估计和估算边信息模块，7-H. 264帖内解码模块，8-加法器。
【具体实施方式】
[0017] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的 内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可W对本发明作各种改动或修改，运些 等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
[0018] 如图1所示，基于压缩感知的分布式视频编解码技术方法，包括相互通信连接的 编码端101和解码端102,其中编码端101包括自适应CS随机测量模块1，码率控制模块2 和MPEG/H. 264帖内编码模块3。
[0019] 在分布式压缩感知视频编码结构中，在编码端将视频序列分成关键帖化帖）和非 关键帖（CS帖）。对关键帖用H. 264或高采样的CS进行编码；对非关键帖用CS随机测量， 经量化和赌编码后传到解码端。
[0020] 自适应CS随机测量模块1中将非关键帖中N=IcXIr个像素的视频帖X汾成L 个尺寸为BXB的块，第n个块的列向量形式记为Xt。，然后使用相同的高斯随机测量矩阵 对Xt进行测量，得到相应的长度为MB的观测值向量yt。，上述过程可记为： 阳02Uytn=巫B?Xtn'n= 1，2,…，L
[0022] 且定义测量率S=Me/B2。由于对非关键帖进行联合CS重构时，前后参考帖的重 构质量将对联合重构算法性能产生较大影响，因此关键帖的测量率Sw应远高于非关键帖 的测量率。关键帖的高测量率也使得其仅利用静止图像CS重建算法进行独立帖内重构 就可获得较好的复原质量，故关键帖也称作为I帖。
[0023] 对于非关键帖，低测量率导致其只有充分利用相邻参考帖的帖间相关性和自身的 空间相关性进行联合CS重构，才能获得与关键帖相近的重构质量。若仅参考前一重构帖， 则称之为P帖；若参考前后两重构帖，则称之为B帖。利用PCA稀疏基底和非局部相似性正 则化项，构造出CS联合重构模型并求解之，可得到当前非关键帖的预测帖（即Sl)xsi。为 了进一步地提高非关键帖的重构质量，最后再进行残差重构，其步骤如下：
[0024] Stepl:初始化：Xt(°)=XsI;设定初始迭代k= 0，最大迭代次数maxiter= 5。
[00巧]Step2 :计算预测帖与原始非关键帖之间残差的CS观测值，如下：
[0026]
[0027]St巧3 :利用BCS-S化-DCT重构出残差rt"(k)，并按下式得到第k+1次迭代解 Xt化")：
[0028]
[0029]Step4:k=k+1，若k《maxiter且MrJk) 10 4 ?N，返回步骤。继续进行 迭代，否则停止迭代。
[0030] 码率控制模块2将视频信号本身的局部稀疏度和远程联合稀疏度结合起来，确定 CS帖的采样率。从压缩感知理论可知，视频信号置的重建质量与采样数密切相关，而采样数 M必须满足1>cKlog(N/K)，其中，K为信号Xt的稀疏程度，N为信号的长度，C为一常数。 因此，在随机投影前先必须确定每个块的测量数，定义采样率：SR=M/N。局部稀疏度是指 信号在某一组基（或字典）下非零系数的个数K。远程联合稀疏度是指视频序列中相邻帖 之间具有较高的相似度。我们定义远程联合稀疏度。，根据CS帖中每个块的局部稀疏度K。 和联合K帖中的相对空间块的远程稀疏度。，确定CS帖中每个块的采样率，通过反馈信道 回传给编码端。
[0031] 由于在解码端没有CS帖的原始数据，