1，其中1彡i彡m，m为正整数，m是一个 图片组GOP的大小，Y 1是第i个视频帧的观测值； (5) 将非参考帧的观测值减去参考帧的观测值，得到残差观测值，如公式（2):其中，2彡k彡m，是非参考帧的残差观测值； (6) 计算参考帧的观测值1的协方差IL并计算非参考帧的残差观测 值的协方差丨:；: 第二步：以图片组GOP为单位进行数据打包： (1) 从每个图片组GOP每帧每个块中取一个观测值，参考帧取其初始观测值，非参考帧 取其残差观测值，然后放入一个数据包中，据此，一个图片组GOP可以生成N = B X B个数目 的数据包； (2) 将数据包中每个观测值进行四舍五入取整，并给每个数据包分配一个索引值 、d; (1.又…iV}, N为正整数； (3) 为了更好的保护参考帧，我们需要对每个包内的参考帧观测值和非参考帧的残差 观测值进行能量分配，假设Y1, k是第1包中第k帧的全部观测值，则g I k为其对应的能量 分配的伸缩因子，如下公式所示：其中，2 < k < m，I < I < N，和^ILf分别为参考帧和非参考帧能量分配后的观测 值，其中伸缩因子gl,k是由能量失真优化得到的， 首先，推导得出一个包内总能量失真函数：而最优化能量分配的目标是最小化总失真D1，因此可以用如下公式表示：其约束条件为：其中，Ahni是第m帧观测值矩阵第1行的方差； 对公式（7)和⑶描述的优化问题，运用Matlab编程语言里面自带的fmincon函数来 求解这个优化函数； 第三步：0FDM传输信道，包括如下步骤： (1) 以数据包为单位，将每一数据包内的每一对相邻整数值映射为一个符号，形成一个 长度为队的符号串，并将此符号串经过"串并转化"，转为大小为谈C 4沿/版丨的矩阵β， I i表示向上取整，队表示子信道的个数，如果Ns/队不是整数，将矩阵β的最后一列进行 补零填充； (2) 对β进行反傅里叶变换IFFT，对IFFT之后的矩阵前端插入大小为16 * Iif 的保护间隔得到ξ，最后再将ξ进行"并串转换"得到长度为（Me+ )* _§/贩：|丨的 OFDM传输符号symbol ; (3) 将symbol发送进入高斯白噪声信道AWGN ; 第四步：接收端的去噪重构 ⑴接收端的每个用户接受到不同数目的有噪声数据包，即带噪声的OFDM符号，将每 个包内数据经过"串并转换"，傅里叶变换FFT，去除保护间隔，"并串转换"， 每个用户得到不同数目的观测值，此时观测值具有一定程度的噪声，假设η为信道噪 声，那么接收到的符号可以用以下公式表示：其中，2 < k < m，I < I < Ν，：:分别为参考帧和非参考帧接收到的观测值， 变换公式（9)和公式（10)得出每个包的带噪声观测值：(2) 对接收包进行解包得到每帧的带噪声观测值歹，然后运用线性最小均方误差LLSE 来估计每帧的去噪观测值得到YaSE，LLSE估计的观测值可以用如下公式表示：其中Λ#Ρ Σ分别是观测值和噪声的协方差矩阵； 对于丢包情况，YaSE可以用如下公式去噪：其中，彳丢掉第8 包后的观测值，同理，IUs是η丢掉第s包后的噪声值，(3) LLSE之后，假设参考帧的估计值为YasEU)，非参考帧的估计值为进而利 用下列公式（15-16)得到每帧观测值的去噪重构值：第五步：CS解码，每个用户对其收到的所有去噪观测值进行CS解码恢复，包括独立解 码和帧间解码，以下简单介绍解码算法的步骤： 1、求取不同用户的观测值： (1) 设P为用户对应的丢包率，则其接收到的数据包个数为M = PXN ; (2) 在解码端，用一个与编码端相同的随机种子来生成观测阵该随机 种子是用压缩感知通用的方法来生成，由接收数据包的索引值抽取ΦΒ中对应的行数，如公 式（17)，这样，不同的用户得到各自对应的观测矩阵Φ# Rmxn: Φ〇= (Φ b)*s (17) 其中（?B)*S表示Φ B去掉第s行后的观测矩阵； (3) 根据接收数据包的索引值，将得到的M个数据包解包成对应位置上的观测值得到不同用户带噪声的观测值，如公式（18)其中，η表示噪声，Ymxn表示不同用户对应编码端传输的观测值； (4)接收到的观测值先利用公式（14)的LLSE方法降低信道噪声的影响，估计 出观测值f^ 2、独立解码 在一个图片组GOP中，设定图片组GOP的第一帧和最后一帧作为关键帧，其余的为非关 键帧，首先对关键帧进行独立解码，步骤如下： (1) 通过公式（19)得到图像的初始解：其中，是由Φ u组成的块对角矩阵； (2) 设第一次迭代时为f 对第i次迭代的进行维纳滤波，以消除图像的块效 应； (3) 对于滤波后fP) !中的每一个块通过PL算法进行更新，如公式（20)所示：其中，表示经过LLSE后的第j个块的观测值；；表示更新后的第j个图像块； (4) 通过公式（21)对'f C今进行离散余弦变换DCT，得到f奶的稀疏表示，其中，f吵表示更新后的图像解，Θ (1)为置·在DCT基下的系数，Ψ为DCT变换基； (5) 对Θ w进行阈值处理，得到更加稀疏的系数，如公式（22)所示：其中4rows和cols表示素以.）的行数和列数，λ是一个 收敛控制常数，：是Θ (1)的中位数估计值； (6) 通过公式（23)对f齡进行反DCT变换IDCT，得到本次迭代的近似解：(7) 对于中的每一个块^;>，通过公式（24)进行更新：(8)重复进行步骤（2) -（7)，直到得到的解哭满足精度要求； 对图片组GOP中的关键帧帧进行上述的独立解码，并加128最后得到关键帧独立恢复 的重构帧：3、帧间解码： 以关键帧独立恢复的重构帧为初始值，只对非关键帧进行如下的帧间解码； (1)对于I < t < m/2帧，第t帧以第t-Ι帧作为参考帧，进行前向运动估计；而m/2+l < t < m帧以第t+Ι帧作为参考帧，进行后向运动估计；中间帧t = m/2+l以t-Ι帧和t+1 帧作为参考帧，进行双向运动估计，如公式（26)所示，⑵当前解码帧以参考帧:i_/:进行运动估计和运动补偿得到补偿帧貨^,对补偿帧 基于块观测得到观测值，如公式（27)(3) 求出观测值的残差f ^如公式（28)(4) 通过公式（29)得到残差图像的初始解：其中，是由Φ u组成的块对角矩阵； (5) 重复进行上述独立解码的步骤（2) -（7)，直到得到的解戈/;满足精度要求， 对图片组GOP的每个非关键帧进行上述的帧间解码，最后得到重建的残差视频[I_ (6) 求取非关键帧的最后重建值为：
【专利摘要】一种基于残差分布式压缩感知的视频软组播的方法，属于视频编解码和无线传输技术领域。包括发送端编码，传输信道，接收端解码。发送端：读入视频序列并分块，对视频块观测，得到每帧的观测值,然后在一个图像组里面,把非参考帧的观测值分别减去参考帧的观测值得到残差观测值,然后将其残差观测值和参考帧的观测值平均分配到多个数据包中,同时,对每个包里面的观测值进行能量分配,使其能量失真最小。传输信道：数据包经过简单的星座映射，进入OFDM信道传输到解码端。解码端：用户根据自身的接受能力得到不同数目的观测值。由观测值和观测矩阵得到初始解，进行维纳滤波，并利用视频间的相关性进行多方向的运动估计和运动补偿，用SPL算法更新，反复迭代到解码结束；不同的用户根据实际接受的数据包解码恢复出不同的视频质量。
【IPC分类】H04N19/36, H04N19/51, H04N19/625, H04N19/147, H04N19/124, H04N19/114, H04N19/176
【公开号】CN105357536
【申请号】CN201510660508
【发明人】王安红, 刘珊珊, 王海东, 李素月, 卓东风
【申请人】太原科技大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月14日