[发明专利]基于无反馈速率控制的Wyner-Ziv视频编码系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于视频编码技术领域，涉及分布式视频编码系统以及无反馈编码速率控制方法，可用于实用分布式视频编码系统和终端编码设备简单的视频通信系统。

背景技术

随着信息技术和互联网的飞速发展，多媒体已成为人们获取信息最主要的载体，多媒体业务将是未来无线宽带网络的关键业务。有数据显示，未来宽带网络上数据流量的80％将是以视频为主的多媒体数据流量。为了适应无线网络日益发展，越来越多的移动视频终端被用于多媒体通信中，如无线视频探测头、便携式摄像机等，以及广泛应用于传感器网络中的视频传感器。这些编码设备的处理能力和功耗等资源都十分有限，因此要求视频编码器简单易实现，且具有良好的抗误码性能和压缩效率。

传统的视频编码标准如MPEG、H.263和H.264等都采用非对称编码方式，编码器复杂度远大于解码器。另外，传统视频编码方法在编码端采用预测编码模式，网络传输导致的丢包或比特错误会造成编码端和解码端重构缓存的不匹配，从而出现误码扩散现象，容错能力较差。显然无法很好的适应无线网络下要求误码率高、终端设备资源受限等应用。

为了解决传统视频编码在视频通信中遇到的编码器复杂、抗误码能力差等问题，国内外研究一种新的视频压缩技术——分布式视频编码方法(DVC：DistributedVideo Coding)，其中Wyner-Ziv视频编码是目前国内外分布式视频编码的研究热点。分布式视频编码系统采用帧内编码-帧间解码的结构，将编码视频序列分为关键帧和Wyner-Ziv帧，对关键帧进行传统的H.263或H.264帧内编码，而对Wyner-Ziv帧进行Wyner-Ziv视频编码。其中Wyner-Ziv帧的编码码率由它和边信息之间的统计相关性决定，由于原始Wyner-Zi帧和边信息分别位于系统的编码侧和解码侧，这就使得在编码侧估计成功解码Wyner-Zi帧所需要的比特率较为困难。为了使解码器能够正确解码，编码器需要传输足够多的校验比特，而传输过多的校验比特又会降低系统的压缩性能，所以码率控制在一定程度上决定了分布式系统的编码效率。

现有的分布式视频编码系统绝大多数都采用有反馈信道的码率控制方法，编码得到的校验位根据解码侧的反馈请求分多次发送，直到解码成功，这样可以在一定程度上提高编码效率，但是大大增加了解码的复杂度和时延，不利于实时视频传输，同时使用反馈信道也使得分布式视频编码系统的应用环境受到限制；另外，现有的有反馈的码率控制方法只是在编码侧简单设定关键帧的量化因子和Wyner-Ziv帧的量化矩阵，无法在带宽受限信道下有效进行速率控制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点，提出一种基于无反馈速率控制的Wyner-Ziv视频编码系统，通过通过帧间的相关性以及目标比特率进行帧层码率分配，并在编码时Wyner-Ziv帧进行无反馈的比特面编码码率控制，避免使用反馈信道，降低了解码器复杂度和解码时延，且满足带宽受限信道下的应用。

为实现上述目的，本发明提供的基于无反馈速率控制的Wyner-Ziv视频编码系统包括：编码器、无反馈速率控制器和解码器，其中，无反馈速率控制器包括：

图像组码率分配单元：用于根据目标码率和实际编码比特量对每个图像组进行编码速率分配；

帧层码率控制单元：用于根据编码图像帧间相关性和分配到的图像组码率分配关键帧和Wyner-Ziv帧的编码码率，并按照码率选择关键帧的量化因子和Wyner-Ziv帧的量化矩阵，同时编码关键帧和Wyner-Ziv帧；

Wyner-Ziv帧无反馈码率控制单元：用于根据Wyner-Ziv帧离散余弦变换系数带内各比特平面与对应边信息比特面之间的相关性计算条件熵，按照条件熵确定的比特数编码每个比特平面，得到既定目标码率的Wyner-Ziv码流。

为实现上述目的，本发明提供的基于无反馈速率控制的Wyner-Ziv视频编码方法，包括如下步骤：

(1)将输入的视频帧等间隔的分成关键帧和Wyner-Ziv帧，每个关键帧和其后的Wyner-Ziv帧组成图像组；

(2)对于给定目标码率下，图像组大小为2的情况，按照下式计算初始图像组的码率