一种分布式视频编码中码率控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种分布式视频编码中码率控制方法，在编码端分别计算出原始帧与前后相邻关键帧之间相同位置块的离散余弦系数差值，并与预定的阈值比较，得到分类信息值，从而判定该位置块为运动缓慢或运动剧烈模式；根据宏块的不同运动模式估计编码端需要传送的码率，提高了分布式视频编码的效率；并在相关噪声模型（CorrelationNoiseModeling，CNM）中使用块级别和帧级别相互切换的拉普拉斯参数实时调整码率大小，在保证传输较小码率的情况下，能最大限度地降低解码复杂度并使得解码器能够正确解码。
【专利说明】一种分布式视频编码中码率控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在分布式视频编码中码率控制方法，属于视频压缩领域。
【背景技术】
[0002] 分布式视频编码（Distributed Video Coding，DVC)是基于20世纪70年代 Slepian. Wolf以及Wyner. Ziv提出的信息理论而建立的，将编码器运算复杂度转移到解码 器。其特点是编码简单、解码较复杂、压缩性能接近传统的编码方式、抗误码能力强，适用于 无线网络中资源受限的视频编码设备等。
[0003] 分布式视频编码通过只在解码端进行信号统计特性的利用同样可以进行有效地 压缩码。在分布式视频编码系统中，系统总的传输码率由K帧的码率和W帧的码率两部分组 成。其中K帧的码率控制可借鉴或采用传统的视频编码方法，但是W帧的码率控制在分布 式视频编码方案中则一直备受关注。在分布式视频编码系统中，如果传输过多的编码比特 会造成资源浪费，降低系统的率失真性能；而如果传输的编码比特数不够，则解码器无法正 确解码W帧，因此码率控制方法在一定程度上决定了分布式视频编码系统的编码效率。为 了实现视频编码码率和信道传输码率之间的匹配，必须对输出码流进行控制，因此需要结 合边信息和视频的实际运动特点来更好的进行码率控制。现有分布式视频编码大多采用反 馈信道在解码端对码率进行控制，我们称这种码率控制算法为解码端码率控制算法。在使 用解码端码率控制方法的分布式视频编码中，解码器通过反馈信道向编码器请求更多校验 位重新解码，直到误码率小于指定的误码门限。这种解码端码率控制机制，会增加解码端复 杂度并且引入一定的传输时延。
[0004] 为避免使用反馈信道进行码率控制带来的以上问题，本文提出一种新的基于无反 馈的码率控制方法。该方法采用本文提出的宏块划分思想，根据宏块的不同运动模式估计 编码端需要传送的码率，提高了分布式视频编码的效率；并在相关噪声模型（Correlation Noise Modeling，CNM)中使用块级别和帧级别相互切换的拉普拉斯参数实时调整码率大 小，在保证传输较小码率的情况下，能最大限度地降低解码复杂度并使得解码器能够正确 解码。
【发明内容】
[0005] 技术问题：针对反馈信道带来的问题，同时结合实际场景中视频运动特性，提出一 种编码端计算复杂度低的无反馈码率控制方法。该方法采用本文提出的宏块分类思想，同 时考虑在相关噪声模型中使用块级别和帧级别相互切换的拉普拉斯参数，根据宏块的运动 剧烈程度，实时调整编码端需要传送的码率大小。该方法既能保证传送的码率较小，又能最 大程度地降低解码复杂度并使得解码器能够正确解码。
[0006] 技术方案：
[0007] -种分布式视频编码中边信息生成方法，包括如下步骤：
[0008] 1)在编码端，通过采用绝对误差和准则，分别计算出原始帧与前后相邻关键帧之 间相同位置块的离散余弦系数差值SAD ;
[0009] 2)将所述步骤1)中计算得到的两个离散余弦系数差值SAD与预定的阈值?；比 较，若都小于该阈值，则位置块的分类信息值为〇,判定该位置块运动缓慢，编码端在编码端 该宏块的系数带不进行编码；反之，则该分类信息值为1，判定该位置块运动剧烈，进入步 骤3);
[0010] 3)原始W帧和边信息间的误差定义为相关噪声，该噪声满足拉普拉斯分布，其 特征参数可由相关噪声模型（Correlation Noise Modeling，CNM)计算得到，计算条件熵 H (W|S)，从而确定W帧的最佳输出码率；
[0011] 在所述步骤1)中，按照下式计算出原始帧和前后相邻关键帧之间相同位置块的 离散余弦系数差值：
[0012]
【权利要求】
1. 一种分布式视频编码中码率控制方法，其特征在于，该方法包含以下步骤： 1) 在编码端，通过采用绝对误差和准则，分别计算出原始帧与前后相邻关键帧之间相 同位置块的离散余弦系数差值SAD; 2) 将所述步骤1)中计算得到的两个离散余弦系数差值SAD与预定的阈值Ttl比较，若 都小于该阈值，则位置块的分类信息值为〇,判定该位置块运动缓慢，编码端在编码端该宏 块的系数带不进行编码；反之，则该分类信息值为1，判定该位置块运动剧烈，进入步骤3); 3) 原始W帧和边信息间的误差定义为相关噪声，该噪声满足拉普拉斯分布，其特征参 数可由相关噪声模型计算得到，计算条件熵H(W|S)，从而确定W帧的最佳输出码率。
2. 根据权利要求1所述的一种分布式视频编码中码率控制方法，其特征在于，所述步 骤1)中，按照下式计算出原始帧和前后相邻关键帧之间相同位置块的离散余弦系数差值：
其中，M和N分别表示位置块的长和宽，（x，y)表示位置块内的像素点坐标，Bw(x，y)表 示原始帧位置块B中（x，y)处像素点的离散余弦系数，Bk(x，y)表示与原始帧相邻的关键帧 的位置块B中（x，y)处像素点的离散余弦系数。
3. 根据权利要求1或2所述的一种分布式视频编码中边信息改进方法，其特征在于，在 所述步骤3)中，计算条件熵H(W|S)，从而确定W帧的最佳输出码率的具体流程为： 首先在编码端使用较低的计算复杂度快速预测边信息》，利用前后相邻关键帧Kb和Kf 的平均值来代替预测边信息S，如下式所示：
接下来对W帧的每个DCT系数带的各位平面校验码率进行估计，即确定各位平面需要 发送的校验位数目，该过程包括2个步骤，估计拉普拉斯参数和估计当前位平面的错误概 率： 1)估计拉普拉斯参数 根据原始W帧与预测边信息的差值即可建立相关噪声模型，定义如下：
块级别的拉普拉斯参数aB计算如下：将
中的参数设置为
，111和11分别是宏块的长和宽，即可通过
算出
同时又考虑到在一个块中计算方差时，其值趋近于O的可能性较大，对a值进行如下 修正：
2)估计当前位平面的错误概率Pk
根据每个比特值的交叉概率，可以得当前比特面的错误概率：
最后，通过式
可以得到当前比特面的每个 比特值在解码端无损重构所需要的最小信息量即为最低码率Rk，对于整个比特面，其无损 重构所需传输的比特数为NXRk。
【文档编号】H04N19/61GK104244009SQ201410425857
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年8月26日 优先权日:2014年8月26日
【发明者】吴媛媛, 蔡睿, 张登银 申请人:南京邮电大学