[发明专利]具有鲁棒性的无反馈Wyner-Ziv视频解码器

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及视频编解码器，可用于实用分布式视频编码系统和终端设备简单的视频通信系统。

背景技术

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低、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：Distributed Video 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。

在分布式视频编码系统中，将输入视频序列分为关键帧和Wyner-Ziv帧，简称WZ帧，两者在编码端进行独立编码，解码端联合解码，如图1所示。其中关键帧采用H.264/AVC帧内编码，而对于Wyner-Ziv帧，首先对每个Wyner-Ziv帧进行4×4离散余弦变换DCT，得到DC低频系数和AC高频系数，再提取系数带，对系数带进行Zigzag扫描排序，然后对系数带进行均匀量化，对得到的量化系数提取比特面，将比特面送入LDPC编码器进行编码；解码时，首先对关键帧进行H.264/AVC帧内解码，利用解码出的前后两帧关键帧，通过运动补偿内插产生边信息SI；然后对边信息帧进行与编码端相同变换、扫描、量化和比特面提取，并送入LDPC解码器，同时相关噪声模型计算拉普拉斯参数，LDPC解码器利用收到的校验位、对应边信息系数带以及相关信息，对各个系数带从最高位平面开始依次解码；接下来，将LDPC解码器输出结果依次通过合并位平面、反量化重构和逆DCT变换得到Wyner-Ziv帧的解码图像。

Wyner-Ziv帧的重构在分布式视频编码中是一个非常重要的模块，它在无反馈Wyner-Ziv解码器里的作用就像DCT变换和量化对于图像压缩的作用一样重要，量化实际上意味着限制传输的比特面数目，而重构是逆过程，利用解码端解码量化区间，边信息和相关噪声模型参数来提高解码出的量化值精度。重构过程直接决定了解码生成Wyner-Ziv帧的图像质量，从而影响整个系统的率失真性能。

分布式视频编码系统有些采用有反馈的解码重构方法，编码得到的校验位根据解码端的反馈请求分多次递增发送，直到解码成功，这样可以在一定程度上提高系统性能，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，也限制了DVC系统的应用范围。因此，实现无反馈的Wyner-Ziv解码器是目前主要研究方向之一。

现有的无反馈Wyner-Ziv帧重构大体分为两类，一类是斯坦福大学采用的传统重构算法，另一类是最小均方误差-条件期望重构算法。传统重构算法是基于解码出的量化值和边信息量化值，进行简单的区间反量化；这种简单的区间反量化没有充分利用原始信息和边信息之间的相关性，重构的效果较差，于是在传统重构方法上加以改进，出现了最小均方误差-条件重构算法，将边信息与原始Wyner-Ziv帧图像之间的相关噪声模型参数考虑在内，进行条件期望重构。然而这种重构方法，缺少编码端原始图像的相关信息来辅助重构过程；重构过程没有重点考虑重要的DCT系数分量，而是对所有DCT变换后的交流系数AC分量和直流系数DC分量统一对待；没有对解码正确和解码失败的量化值进行区别对待，没有目的地进行纠错，导致重构过程陷入局部调整。这些缺点都影响了重构的准确性，进一步影响解码器生成Wyner-Ziv帧的图像质量，导致整个DVC系统的率失真性能下降。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的缺点，提出一种具有鲁棒性的无反馈Wyner-Ziv视频解码器，以在解码端准确定位重构区间，对重要的DC系数和不重要的AC系数区别对待，重点计算LDPC解码失败的量化值，最终提高解码Wyner-Ziv帧的质量。

为实现上述目的，本发明提供的具有鲁棒性的无反馈Wyner-Ziv视频解码器，包括：

边信息生成单元：用于根据已解码的前后两个关键帧内插生成边信息SI帧，对SI帧进行离散余弦DCT变换，量化和提取比特面，并将比特信息送入低密度校验LDPC解码单元；