CN104244009A - 一种分布式视频编码中码率控制方法 - Google Patents
一种分布式视频编码中码率控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104244009A CN104244009A CN201410425857.8A CN201410425857A CN104244009A CN 104244009 A CN104244009 A CN 104244009A CN 201410425857 A CN201410425857 A CN 201410425857A CN 104244009 A CN104244009 A CN 104244009A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- frame
- block
- sigma
- bit
- locations
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 3
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 3
- KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N EDTA Chemical compound OC(=O)CN(CC(O)=O)CCN(CC(O)=O)CC(O)=O KCXVZYZYPLLWCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000005574 cross-species transmission Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 229960001484 edetic acid Drugs 0.000 description 2
- 241000282461 Canis lupus Species 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
Abstract
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。
Description
技术领域
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
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。
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。
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
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。
技术方案:
一种分布式视频编码中边信息生成方法,包括如下步骤:
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T0比较,若都小于该阈值,则位置块的分类信息值为0,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(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;
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:
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。
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。本文利用前后相邻关键帧Kb和Kf的平均值来代替预测边信息,如下式所示。
预测边信息的算法十分简单,几乎不增加编码器复杂度。
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αB计算如下:将
中的参数设置为M=m,N=n,m和n分别是宏块的长和宽,即可通过σ2=E(D2)-[E(D)]2算出
同时又考虑到在一个块中计算方差时,其值趋近于0的可能性较大,为了避免计算机处理数据时发生数值溢出现象,本发明对α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H(W|S)=-Pk×log2Pk-(1-Pk)×log2(1-Pk)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N×Rk。
有益效果:本发明与现有技术相比,具有以下优点:
a)本发明方案提出了一种基于无反馈的编码端码率控制方法,在该方法中,采用宏块划分思想来提高分布式视频编码的效率。当宏块运动平缓时,没有必要执行码率估计算法,即对W帧的系数带不进行编码,在解码端用边信息的系数带直接代替;当宏块运动剧烈时,进行W帧的码率控制,并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α,使得α更加符合视频的残差分布情况,从而编码端需要传输的码率更加精确。
b)本文方法仅增加少量的编码复杂度就可以准确控制编码码率,同时避免系统使用反馈信道,有效提高了DVC系统的率失真性能。
附图说明
图1是现有的基于变换域的分布式视频编码框架图。
图2是本发明改进的视频编码框架图。
图3是本发明的无反馈码率控制改进方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
图1是现有的基于变换域的分布式视频编码框架图,本发明采用宏块划分思想来提高分布式视频编码的效率。当宏块运动平缓时,没有必要执行码率估计算法,即对W帧的系数带不进行编码,在解码端用边信息的系数带直接代替;当宏块运动剧烈时,进行W帧的码率控制,并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α,使得α更加符合视频的残差分布情况,从而编码端需要传输的码率更加精确,改进后的视频编码框架如图2所示。
下面给出本发明方法的具体实施例:
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T0比较,若都小于该阈值,则位置块的分类信息值为0,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(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;
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:
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。
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。本文利用前后相邻关键帧Kb和Kf的平均值来代替预测边信息,如下式所示。
预测边信息的算法十分简单,几乎不增加编码器复杂度。
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αB计算如下:将
中的参数设置为M=m,N=n,m和n分别是宏块的长和宽,即可通过σ2=E(D2)-[E(D)]2算出
同时又考虑到在一个块中计算方差时,其值趋近于0的可能性较大,为了避免计算机处理数据时发生数值溢出现象,本文对α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H(W|S)=-Pk×log2Pk-(1-Pk)×log2(1-Pk)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N×Rk。
Claims (3)
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T0比较,若都小于该阈值,则位置块的分类信息值为0,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,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αB计算如下:将
中的参数设置为M=m,N=n,m和n分别是宏块的长和宽,即可通过σ2=E(D2)-[E(D)]2算出
同时又考虑到在一个块中计算方差时,其值趋近于0的可能性较大,对α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H(W|S)=-Pk×log2Pk-(1-Pk)×log2(1-Pk)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N×Rk。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410425857.8A CN104244009B (zh) | 2014-08-26 | 2014-08-26 | 一种分布式视频编码中码率控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410425857.8A CN104244009B (zh) | 2014-08-26 | 2014-08-26 | 一种分布式视频编码中码率控制方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104244009A true CN104244009A (zh) | 2014-12-24 |
CN104244009B CN104244009B (zh) | 2017-07-07 |
Family
ID=52231224
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410425857.8A Expired - Fee Related CN104244009B (zh) | 2014-08-26 | 2014-08-26 | 一种分布式视频编码中码率控制方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104244009B (zh) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105227954A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-06 | 南京邮电大学 | 分布式视频编码中量化阶数自适应调整方法 |
CN107343202A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-11-10 | 西安电子科技大学 | 基于附加码率的无反馈分布式视频编解码方法及移动终端 |
CN107690070A (zh) * | 2017-08-23 | 2018-02-13 | 南通河海大学海洋与近海工程研究院 | 基于无反馈码率控制的分布式视频压缩感知系统及方法 |
CN108737862A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-11-02 | 浙江大华技术股份有限公司 | 一种生成视频码流片段的方法和装置 |
CN110769263A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-02-07 | 合肥图鸭信息科技有限公司 | 一种图像压缩方法、装置及终端设备 |
CN114125451A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-01 | 锐宸微(上海)科技有限公司 | 视频编码方法、视频编码装置及影像处理装置 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2202985A1 (en) * | 2007-10-15 | 2010-06-30 | Huawei Technologies Co., Ltd. | An interframe prediction encoding/decoding method and apparatus |
JP2010161818A (ja) * | 2010-04-16 | 2010-07-22 | Kddi Corp | ビデオ情報変換装置及びプログラム |
CN102647598A (zh) * | 2012-05-10 | 2012-08-22 | 重庆大学 | 基于极大极小mv差值的h.264帧间模式优化方法 |
CN101742327B (zh) * | 2008-11-12 | 2012-11-28 | 北京中星微电子有限公司 | 视频编解码方法和系统及区域描述方法和装置 |
CN102970540A (zh) * | 2012-11-21 | 2013-03-13 | 宁波大学 | 基于关键帧码率-量化模型的多视点视频码率控制方法 |
-
2014
- 2014-08-26 CN CN201410425857.8A patent/CN104244009B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2202985A1 (en) * | 2007-10-15 | 2010-06-30 | Huawei Technologies Co., Ltd. | An interframe prediction encoding/decoding method and apparatus |
CN101742327B (zh) * | 2008-11-12 | 2012-11-28 | 北京中星微电子有限公司 | 视频编解码方法和系统及区域描述方法和装置 |
JP2010161818A (ja) * | 2010-04-16 | 2010-07-22 | Kddi Corp | ビデオ情報変換装置及びプログラム |
CN102647598A (zh) * | 2012-05-10 | 2012-08-22 | 重庆大学 | 基于极大极小mv差值的h.264帧间模式优化方法 |
CN102970540A (zh) * | 2012-11-21 | 2013-03-13 | 宁波大学 | 基于关键帧码率-量化模型的多视点视频码率控制方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
SKORUPA J., SLOWACK J., MYS S., ET AL.: ""Efficient low-delay distributed video coding"", 《 IEEE TRANSACTIONS ON》 * |
宋彬等: ""Wyner-Ziv视频编码中无反馈速率控制算法研究"", 《通信学报》 * |
干宗良等: ""分布式视频编码技术的研究现状及其展望"", 《信号处理》 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105227954A (zh) * | 2015-09-30 | 2016-01-06 | 南京邮电大学 | 分布式视频编码中量化阶数自适应调整方法 |
CN107343202A (zh) * | 2017-06-01 | 2017-11-10 | 西安电子科技大学 | 基于附加码率的无反馈分布式视频编解码方法及移动终端 |
CN107343202B (zh) * | 2017-06-01 | 2019-12-10 | 西安电子科技大学 | 基于附加码率的无反馈分布式视频编解码方法 |
CN107690070A (zh) * | 2017-08-23 | 2018-02-13 | 南通河海大学海洋与近海工程研究院 | 基于无反馈码率控制的分布式视频压缩感知系统及方法 |
CN107690070B (zh) * | 2017-08-23 | 2019-11-26 | 南通河海大学海洋与近海工程研究院 | 基于无反馈码率控制的分布式视频压缩感知系统及方法 |
CN108737862A (zh) * | 2018-05-23 | 2018-11-02 | 浙江大华技术股份有限公司 | 一种生成视频码流片段的方法和装置 |
CN110769263A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-02-07 | 合肥图鸭信息科技有限公司 | 一种图像压缩方法、装置及终端设备 |
CN114125451A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-03-01 | 锐宸微(上海)科技有限公司 | 视频编码方法、视频编码装置及影像处理装置 |
CN114125451B (zh) * | 2021-12-01 | 2022-12-06 | 锐宸微(上海)科技有限公司 | 视频编码方法、视频编码装置及影像处理装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104244009B (zh) | 2017-07-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104244009A (zh) | 一种分布式视频编码中码率控制方法 | |
CN102026000B (zh) | 像素域-变换域联合的分布式视频编码系统 | |
CN103873861B (zh) | 一种用于hevc的编码模式选择方法 | |
CN102137263B (zh) | 基于cnm关键帧分类的分布式视频编码及解码方法 | |
US20170223351A1 (en) | Video processing method, encoding device, and decoding device | |
CN100574441C (zh) | 一种感兴趣区域的率失真优化帧内刷新与码率分配方法 | |
CN103475879B (zh) | 一种分布式视频编码中边信息生成方法 | |
CN102256133B (zh) | 一种基于边信息精化的分布式视频编码及解码方法 | |
CN101835042A (zh) | 基于无反馈速率控制的Wyner-Ziv视频编码系统及方法 | |
CN103533359A (zh) | 一种h.264码率控制方法 | |
CN103024392B (zh) | 基于二维哈达玛变换的帧内模式预测方法及装置 | |
CN107846593A (zh) | 一种率失真优化方法及装置 | |
CN105681793A (zh) | 基于视频内容复杂度自适应的极低延迟高性能视频编码帧内码率控制方法 | |
CN101340593B (zh) | 一种容错性视频转码中的率失真优化方法 | |
CN102572428B (zh) | 面向多媒体传感网分布式编解码的边信息估计方法 | |
CN102857760B (zh) | 一种无反馈的优化码率的分布式视频编解码方法及其系统 | |
CN101102494A (zh) | 一种视频转码中宏块级码率控制方法 | |
CN107343202B (zh) | 基于附加码率的无反馈分布式视频编解码方法 | |
CN100588262C (zh) | 信源信道联合编码中的信道码码率分配方法 | |
CN108200440B (zh) | 一种基于时间相关性的分布式视频压缩感知重构方法 | |
CN103391439A (zh) | 一种基于主动宏块隐藏的h.264/avc码率控制方法 | |
WO2018076827A1 (zh) | 视频编码中帧内编码的码率估计方法 | |
CN102790881B (zh) | 基于帧级编码端速率控制的变换域分布式视频编解码器 | |
CN102158703B (zh) | 基于分布式视频编码自适应相关噪声模型构造系统及方法 | |
CN104301729B (zh) | 一种无反馈分布式视频编码的码率控制方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170707 |
|
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |