CN102098518A

CN102098518A - 一种用于无线网络的结合空域可分级的精细可分级编码方法

Info

Publication number: CN102098518A
Application number: CN 201110063552
Authority: CN
Inventors: 张勇; 金彦亮; 赵丽平; 白植树
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2011-06-15

Abstract

本发明提供一种用于无线网络的结合空域可分级的精细可分级编码方法把精细可分级编码（FGS）技术扩展到空域，实现一种精细可分级空间编码（FGSS）结构的编解码方式。根据空间编码原理把原始视频数据以相同的帧率，不同的空间分辨率压缩成基本层和低分辨率的精细可分级编码（FGS）增强层、高分辨率的精细可分级空间编码（FGSS）增强层。本发明的这种视频编码方案不但提供了高、低分辨率两种视频，而且两种视频质量具有精细粒度可分级能力，用户接收的比特流越多，视频质量越好，克服了传统空域可分级编码仅提供粗糙可分级能力及视频质量固定的缺点，同时实现了精细粒度可分级，精细的匹配了网络带宽的波动变化。

Description

一种用于无线网络的结合空域可分级的精细可分级编码方法

技术领域

本发明涉及无线网络的可分级编码方法，特别是一种用于无线网络的结合空域可分级的精细可分级编码方法。

背景技术

为了满足如计算要求、带宽及与现存设备的兼容性等要求，许多应用场合中都要求视频压缩比特流被解码后能提供不同空间分辨率的视频质量，空域可分级是此类应用中最有效的解决方案。

空域可分级性是把原始视频数据以相同的帧率，不同的空间分辨率压缩成两层。基本层以较低的空间分辨率编码。重建的基本层的图像进行超抽样以形成在增强层高分辨率图像的预测。如果基本层的空间分辨率和增强层的相同，也就是超抽样系数为1，这时空间可分级解码器被看成是一个SNR可分级解码器。但传统的空域可分级编码方案，无论是低分辨率的基本层还是高分辨率的增强层，其视频质量在编码时被预测设定，即使用户的可用带宽大于所接收的层的码率时，用户也无法获得更好的视频质量。显然，传统的空域可分级编码方案只提供了粗糙的可分级能力，它无法灵活、准确地匹配网络带宽的波动变化；而且其视频质量（无论是基本层还是增强层）在编码时被预测设定，无法为那些高速链路接入网络或具有更强计算能力的终端设备用户提供更好的视频质量。

MPEG-4提出了FGS（Fine Granularity Scalable，精细可伸缩性）视频编码算法。FGS编码实现简单，可在编码速率、显示分辨率、内容、解码复杂度等方面提供灵活的自适应和可扩展性，且具有很强的带宽自适应能力和抗误码性能。但还存在编码效率低于非可扩展编码及接收端视频质量非最优两个不足。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种用于无线网络的结合空域可分级的精细可分级编码方法，从而解决在无线信道容量以及比特流变化在较大的范围情况下无法获得较好的视频质量的问题。本发明的方法，把精细可分级编码（FGS）技术扩展到空域，实现一种精细可分级空间编码（FGSS）结构的编解码方式。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种用于无线网络的精细可分级编码改进方法，由精细可分级视频编码和空域可分级视频编码相结合，本方法的实现步骤为：

a) 根据空间编码原理把原始视频数据以相同的帧率，不同的空间分辨率压缩成基本层和低分辨率的精细可分级编码（FGS）增强层、高分辨率的精细可分级空间编码（FGSS）增强层；

b) 基本层以较低的空间分辨率编码，对FGS增强层、FGSS增强层采用基于离散余弦变换（DCT）系数的位平面编解码，以提供不同服务质量、不同分辨率的视频质量；

c) FGS增强层中的FGS帧采用基本层图像作为参考，FGSS增强层的FGSS帧采用上抽样的基本层图像作参考，基本层能单独进行解码提供较粗糙的视频质量，增强层仅能和基本层一起编码，做为补充提供更优的视频质量；

d) 服务器可以根据客户选择可以传送FGS层比特流来进行解码得到视频质量较好的低分辨率视频，或者选择传送FGSS层比特流来得到视频质量更好的高分辨率视频。

本发明与已有技术相对照，具有如下优点：本发明的这种视频编码方案不但提供了高、低分辨率两种视频，而且两种视频质量具有精细粒度可分级能力，用户接收的比特流越多，视频质量越好，克服了传统空域可分级编码仅提供粗糙可分级能力及视频质量固定的缺点，同时实现了精细粒度可分级，精细的匹配了网络带宽的波动变化。

附图说明

图1是用于无线网络的结合空域可分级的精细可分级编码方法的FGSS编码方案的结构示意图。

图2是用于无线网络的结合空域可分级的精细可分级编码方法的FGSS结构的编码器框图。

图3是用于无线网络的结合空域可分级的精细可分级编码方法的FGSS结构的解码器框图。

图4是用于无线网络的结合空域可分级的精细可分级编码方法的流程图。

具体实施方式

如图1所示FGSS的编码方案的结构，是由精细可分级视频编码和空域可分级视频编码相结合，其步骤如图4所示：

如图2所示FGSS的编码方法的编码器结构，其中Q为量化，VLC为变长编码，IDCT为离散余弦反变换，Q^-1为量化逆过程，得到低分辨率下的基本层比特流的步骤是：

（1）对低分辨下的原始视频比特流与其进行运动补偿后的视频比特流的残差，得到空间预测残差帧；

（2）对空间预测残差帧进行离散余弦变换；

（3）进行量化以及变长编码，得到基本层比特流

得到低分辨率下的FGS比特流步骤是：

（1）对低分辨下的原始视频比特流与其进行运动估计和运动补偿后的视频比特流的残差，得到空间预测残差帧；

（2）对空间预测残差帧进行离散余弦变换；

（3）进行FGS位平面扫描得到低分辨率的FGS比特流

由于FGSS帧的残差无法像FGS帧的信号噪声比（SNR）FGS残差一样能在DCT域中计算得到，因为FGSS帧的运动补偿发生在图像域中。因此，FGSS的残差图像必须先进行DCT变换，然后再对变换后的DCT残差系数使用位平面技术进行编码。运动估计器输出两组运动矢量信息：一组是FGS的运动矢量；另外一组是FGSS帧的运动矢量。运动补偿器也输出两组预测图像：一组是低分辨率FGS帧的预测图像；另一组是高分辨率FGSS帧的预测图像。

如图3所示FGSS的编码方案的解码器结构，与编码器结构类似，FGSS帧的解码器也可以通过让FGSS帧与FGS帧共同运动补偿及FGS位平面解码器来实现FGSS结构解码器的最简化，降低解码器应用复杂度。FGSS增强层比特流被分解成运动运动矢量信息和位平面DCT参差系数。运动矢量信息被运动补偿器用来计算得到FGSS帧的预测图像，位平面DCT参差系数被位平面解码器解码并经过DCT逆变换后得到FGS帧残差图像量化前后的差值，该差值用于FGS帧残差图像的SNR增强。基本层解码器解码后得到两个值：一是基本层的预测图像：二是基本层残差图像，该残差图像与基本层的预测图像相加后得到SNR增强的残差图像，该残差图像与基本层的预测图像相加后最中得到SNR增强的FGS帧图像，FGS帧的图像也被直接输出到显示设备。

本发明可用于为无线网络提供一种适合无线信道容量以及比特流变化在较大的范围情况分级编码的方法，解决在此情况下无法获得较好的视频质量的问题从而为无线信道传输视频信息提供技术支持，该发明可以应用在手机、无线上网本、PDA等无线终端间传输视频提供可靠的分级编码技术。

Claims

1.一种用于无线网络的精细可分级编码改进方法，其特征在于，由精细可分级视频编码和空域可分级视频编码相结合，本方法的实现步骤为：

a、根据空间编码原理把原始视频数据以相同的帧率，不同的空间分辨率压缩成基本层和低分辨率的精细可分级编码（FGS）增强层、高分辨率的精细可分级空间编码（FGSS）增强层；

b、基本层以较低的空间分辨率编码，对FGS增强层、FGSS增强层采用基于离散余弦变换（DCT）系数的位平面编解码，以提供不同服务质量、不同分辨率的视频质量；

c、FGS增强层中的FGS帧采用基本层图像作为参考，FGSS增强层的FGSS帧采用上抽样的基本层图像作参考，基本层能单独进行解码提供较粗糙的视频质量，增强层仅能和基本层一起编码，做为补充提供更优的视频质量；

d、服务器根据客户选择传送FGS层比特流来进行解码得到视频质量较好的低分辨率视频，或者选择传送FGSS层比特流来得到视频质量更好的高分辨率视频。