一種復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法及其解碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法，包括步驟01：將原始視頻序列按GOP分為K幀和W幀；步驟02：對于K幀，采用幀內(nèi)編碼方法進(jìn)行編碼；步驟03：對于W幀，采用LDPC進(jìn)行編碼；步驟04：對于每一幀W幀，同時計算出相應(yīng)的偏移量、拉普拉斯算子和信息熵。本發(fā)明同時公開了其解碼方法。本發(fā)明的復(fù)雜度均衡的視頻編解碼方法，將計算偏移量與信息熵的運算從解碼端轉(zhuǎn)移到編碼端，能夠減少解碼端的運算量，提高編碼端的運算量，從而使得編、解碼端的復(fù)雜度得以均衡。
【專利說明】一種復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法及其解碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及視頻編碼領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法及其解碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002]視頻編碼是指通過特定的壓縮技術(shù)，將某個視頻格式的文件轉(zhuǎn)換成另一種視頻格式文件的方式。分布式視頻編碼(Distributed Video Coding,DVC)是基于Slepian-Wolf理論和Wyner-Ziv理論，對兩個或多個獨立同分布的信源進(jìn)行獨立編碼，然后由單一解碼器利用信源之間的相關(guān)性對所有編碼的信源進(jìn)行聯(lián)合解碼。分布式視頻編碼的理論研究始自20世紀(jì)70年代建立的信息理論，即Skpian-Wolf建立的分布式無損編碼理論以及Wyner-Ziv建立的使用解碼端邊信息(Side Information)的有損編碼理論。根據(jù)這兩種理論建立的編解碼的應(yīng)用統(tǒng)稱為分布式編碼方法，其中Wyner-Ziv理論是分布式視頻編碼技術(shù)的主要理論依據(jù)。分布式編碼涉及的兩個相關(guān)碼源之一可以是另一個碼源經(jīng)過一個虛擬的“相關(guān)信道”傳輸后產(chǎn)生的，所以目前的分布式信源編碼源自信道編碼。Slepian-Wolf和Wyner-Ziv理論表明對兩個統(tǒng)計相關(guān)的信源，若用分布式的方式(獨立編碼、聯(lián)合解碼)進(jìn)行壓縮編碼，編碼后的速率與傳統(tǒng)視頻編碼后的速率相當(dāng)，需要說明的是，對Wyner-Ziv理論，上述結(jié)論的前提是信源X，Y為聯(lián)合高斯信源且失真度量為均方差。
[0003]在眾多的現(xiàn)有的分布式視頻編碼技術(shù)方案中，斯坦福大學(xué)的A.Aaron等提出的Wyner-Ziv編碼器得到廣泛的關(guān)注，并且很多應(yīng)用都是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計的。其中，一種是基于像素域的Wyner-Ziv視頻編解碼，如圖1所示，在編碼器端，視頻幀被分成兩種類型:關(guān)鍵幀K和Wyner-Ziv幀S。對于關(guān)鍵幀K，采用傳統(tǒng)的幀內(nèi)編碼方式對其進(jìn)行編碼處理；對于S幀，采用幀內(nèi)編碼、幀間解碼的技術(shù)對其進(jìn)行處理。在解碼端，對K幀進(jìn)行傳統(tǒng)的幀內(nèi)解碼即可得到解碼后的關(guān)鍵幀K';對于幀，解碼器利用相鄰已解碼的K'幀或者S'幀，通過運動補(bǔ)償插值(內(nèi)插或外推)，形成插值巾貞Y，Y為初步估計得到的Wyner-Ziv巾貞X,也稱其為邊信息。Turbo解碼器使用編碼端發(fā)送過來的校驗碼對邊信息Y進(jìn)行“糾錯”解碼，如果碼平面解碼成功，則經(jīng)格雷反編碼及碼平面重組得到解碼后的符號流qi ;否則向緩存器的緩沖區(qū)請求更多的校驗位進(jìn)行重新解碼，直到誤碼率在指定的誤碼門限Ρ_ ε之內(nèi)。得到qi后，解碼器中的重建模塊根據(jù)和邊信息Y重建每個像素值，從而得到重建后的 Wyner-Ziv 巾貞 S'。
[0004]另一種是基于變換域的Wyner-Ziv視頻編解碼器，結(jié)構(gòu)如圖2所示，與基于像素域的視頻編解碼器相同，編碼器端視頻幀被分成兩種類型:關(guān)鍵幀K和Wyner-Ziv幀W。關(guān)鍵幀K使用傳統(tǒng)的幀內(nèi)編解碼方式對其進(jìn)行處理；兩個關(guān)鍵幀間的w幀則采用幀內(nèi)編碼、幀間解碼的技術(shù)對其進(jìn)行處理。與基于像素域的Wyner-Ziv視頻編碼器相比，變換域的Wyner-ZiV視頻編碼器獲得了更高的壓縮比和更好的圖像質(zhì)型。
[0005]然而，上述兩種視頻編解碼器的弊端在于解碼端的運算復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于編碼端的復(fù)雜度，這種極端方式使得解碼端的運算量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于編碼端，并不適用于點對點的通信方式。因此有必要提供一種復(fù)雜度均衡的視頻編解碼方法來解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法和解碼方法，使編碼端與解碼端復(fù)雜度相對均衡，提高運算性能及通信性能。
[0007]因此，本發(fā)明首先提供了一種復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法，包括以下步驟:步驟
01:將原始視頻序列按GOP (Group ofPictures,畫面組)分為K巾貞和W巾貞;步驟02:對于K中貞，采用巾貞內(nèi)編碼方法進(jìn)行編碼；步驟03:對于W巾貞,采用LDPC(Low_density parity-checkcodes,低密度奇偶校驗碼)進(jìn)行編碼；步驟04:對于每一幀W幀，同時計算出相應(yīng)的偏移量、拉普拉斯算子和信息熵。
[0008]較佳地，所述步驟02的統(tǒng)巾貞內(nèi)編碼方法為JPEG(Joint Photographic ExpertsGroup,聯(lián)合圖像專家小組)編碼。
[0009]較佳地，所述步驟03之前還包括:將每一 W幀數(shù)據(jù)分割成6部分進(jìn)行處理，其中，Y分量占4份，U、V分量各占一份，對每一部分先進(jìn)行離散余弦變換，然后經(jīng)過均勻量化后再進(jìn)行LDPC編碼。
[0010]較佳地，所述步驟04之前還包括:將每一 W幀數(shù)據(jù)先進(jìn)行離散余弦變換，然后進(jìn)行均勻量化。具體地，所述步驟04進(jìn)一步包括:對于每一幀W幀，分別根據(jù)當(dāng)前幀跟前一幀的數(shù)據(jù)，先進(jìn)行運動估計算出兩者之間的對于每一像素點的X、Y偏移量，然后計算出經(jīng)過離散余弦變換和均勻量化后兩者之間每一像素點的冗余，根據(jù)所述冗余計算出相應(yīng)的拉普拉斯算子和信息熵，并將計算出來的X偏移量、Y偏移量、拉普拉斯算子和信息熵數(shù)據(jù)按每一幀一個文件保存起來。
[0011]相應(yīng)地，本發(fā)明同時提供了一種如上所述的復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法的解碼方法，包括以下步驟:步驟11:采用與編碼端相同的GOP進(jìn)行幀分類，分為已編碼K幀和已編碼W幀；步驟12:對于已編碼K幀數(shù)據(jù)，采用對應(yīng)的幀內(nèi)解碼方法進(jìn)行解碼，得到解碼后的K幀數(shù)據(jù)；步驟13:向編碼端請求偏移量數(shù)據(jù)、拉普拉斯算子數(shù)據(jù)和信息熵數(shù)據(jù)；步驟14:利用已接收的信息熵來估計請求的已編碼W幀的碼率；步驟15:利用解碼后的K幀數(shù)據(jù)計算出當(dāng)前W幀的邊信息；步驟16:按估計的已編碼W幀碼率向編碼端請求已編碼的W幀數(shù)據(jù)，聯(lián)合邊信息、拉普拉斯算子和偏移量數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC解碼得到解碼后的W幀數(shù)據(jù)。
[0012]較佳地，所述步驟12的幀內(nèi)解碼方式為JPEG解碼。
[0013]較佳地，所述步驟16中進(jìn)行LDPC解碼后，再通過反離散余弦變換和反量化進(jìn)行圖像重構(gòu)得到解碼后的W幀數(shù)據(jù)。
[0014]較佳地，所述步驟15進(jìn)一步包括:對已解碼的K幀數(shù)據(jù)進(jìn)行幀間內(nèi)插或外推，然后進(jìn)行離散余弦變換，再計算邊信息。
[0015]較佳地，所述步驟16中解碼過程中，先用偏移量數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，然后用邊信息和拉普拉斯算子通過聯(lián)合位平面解碼和信息傳遞位解碼計算出對數(shù)似然比率，再根據(jù)對數(shù)似然比率進(jìn)行軟判決解碼，如果軟判決解碼不成功，解碼端就會增大請求碼率通過反饋信道向編碼端請求更多的增量已編碼W幀數(shù)據(jù)，解碼請求過程一直重復(fù)下去，直到軟判決解碼成功。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法及解碼方法，將計算偏移量與信息熵的運算從解碼端轉(zhuǎn)移到編碼端，能夠減少解碼端的運算量，提高編碼端的運算量，從而使得編、解碼端的復(fù)雜度得以均衡。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0018]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的基于像素域的Wyner-Ziv視頻編解碼器的編解碼流程圖；
[0019]圖2是現(xiàn)有技術(shù)的基于變換域的Wyner-Ziv視頻編解碼器的編解碼流程圖；
[0020]圖3是本發(fā)明復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法的流程圖；
[0021]圖4是圖3所示的復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法的解碼方法的流程圖；
[0022]圖5是本發(fā)明實施例的復(fù)雜度均衡的視頻編解碼方法的流程圖；
[0023]圖6是本發(fā)明實施例的基于置信傳播的聯(lián)合位平面的LDPC解碼流程圖。
【具體實施方式】
[0024]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0025]參考圖3，本發(fā)明提供了一種復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法，包括以下步驟:
[0026]步驟SOl:將原始視頻序列按GOP分為K幀和W幀；
[0027]步驟S02:對于K幀，采用幀內(nèi)編碼方法進(jìn)行編碼；
[0028]步驟S03:對于W幀，采用LDPC進(jìn)行編碼；
[0029]步驟S04:對于每一幀W巾貞，同時計算出相應(yīng)的偏移量、拉普拉斯算子和信息熵。
[0030]較佳地，所述步驟S02的統(tǒng)幀內(nèi)編碼方法為JPEG編碼。
[0031]參考圖4，相應(yīng)地，本發(fā)明同時提供了一種上述復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法的解碼方法，包括以下步驟:
[0032]步驟Sll:采用與編碼端相同的GOP進(jìn)行幀分類，分為已編碼K幀和已編碼W幀；
[0033]步驟S12:對于已編碼K幀數(shù)據(jù)，采用對應(yīng)的幀內(nèi)解碼方法進(jìn)行解碼，得到解碼后的K幀數(shù)據(jù)；
[0034]步驟S13:向編碼端請求偏移量數(shù)據(jù)、拉普拉斯算子數(shù)據(jù)和信息熵數(shù)據(jù)；
[0035]步驟S14:利用已接收的信息熵來估計請求的已編碼W幀的碼率；
[0036]步驟S15:利用解碼后的K幀數(shù)據(jù)計算出當(dāng)前W幀的邊信息；
[0037]步驟S16:按估計的已編碼W幀碼率向編碼端請求已編碼的W幀數(shù)據(jù)，聯(lián)合邊信息、拉普拉斯算子和偏移量數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC解碼得到解碼后的W幀數(shù)據(jù)。
[0038]較佳地，所述步驟S12的幀內(nèi)解碼方式為JPEG解碼。
[0039]較佳地，所述步驟S16中進(jìn)行LDPC解碼后，再通過反離散余弦變換和反量化進(jìn)行圖像重構(gòu)得到解碼后的W幀數(shù)據(jù)。[0040]較佳地，所述步驟S15進(jìn)一步包括:對已解碼的K幀數(shù)據(jù)進(jìn)行幀間內(nèi)插或外推，然后進(jìn)行離散余弦變換，再計算邊信息。
[0041]較佳地，解碼端與編碼端采用可靠地面向連接的TCP通信方式。
[0042]配合參考圖5，作為本發(fā)明的實施例，具體編碼時，首先對于原始視頻序列的每一幀，按GOP來劃分成K幀和W幀，例如當(dāng)G0P=n時，在一個GOP周期內(nèi)，就有I幀K幀和η-1中貞W幀。對于K幀,米用傳統(tǒng)的幀內(nèi)編碼方法進(jìn)行JPEG編碼；對于W幀,本發(fā)明實施例的原始視頻序列格式為176*144的QCIF格式，其中采樣格式為YCbCr4:2:0，所以在進(jìn)行數(shù)據(jù)處理時，本發(fā)明實施例將一幀數(shù)據(jù)分割成6部分進(jìn)行處理，即將Y分量劃分成4份，U、V分量各1份的88*72大小的數(shù)據(jù),對每一部分先進(jìn)行離散余弦變換(Discrete Cosine Transform,DCT)，然后經(jīng)過量化后再進(jìn)行LDPC編碼，這種編碼方式是基于變換域的編碼方式，編碼完成后的數(shù)據(jù)按每一幀一個文件在緩沖區(qū)保存起來；對于每一幀W幀，需要根據(jù)當(dāng)前幀跟前一幀的數(shù)據(jù)，先通過三步法進(jìn)行運動估計算出兩者之間的對于每一像素點的X、Y偏移量，然后計算算出經(jīng)過離散余弦變換和量化后兩者之間每一像素點的冗余，利用這個冗余計算出相應(yīng)得拉普拉斯算子和信息熵，然后再將計算出來X偏移量、Y偏移量、拉普拉斯算子和信息熵數(shù)據(jù)按每一幀一個文件保存起來。
[0043]其中，LDPC編碼器由LDPC校正子連接生成一個累加器構(gòu)成。信源比特位(X1,...，X8)根據(jù)LDPC的因子圖在校驗節(jié)點端進(jìn)行模2和，生成校驗位(S1,...，S8)，校驗位依次模2和產(chǎn)生累積校驗位(a1;...，a8)。編碼器將所述累積校驗位存儲緩在沖器中，逐次遞增地傳遞給解碼端。最初只傳遞符合最小理論速率的一小部分校正子，如果解碼失敗，則接著增加所需傳遞的校正子。
[0044]在W幀的解碼過程中，運用到的拉普拉斯的計算公式為:
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟Ol:將原始視頻序列按GOP分為K幀和W幀； 步驟02:對于K幀，采用幀內(nèi)編碼方法進(jìn)行編碼； 步驟03:對于W幀，采用LDPC進(jìn)行編碼； 步驟04:對于每一幀W幀，同時計算出相應(yīng)的偏移量、拉普拉斯算子和信息熵。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法，其特征在于，所述步驟02的統(tǒng)幀內(nèi)編碼方法為JPEG編碼。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法，其特征在于，所述步驟03之前還包括:將每一 W幀數(shù)據(jù)分割成6部分進(jìn)行處理，其中，Y分量占4份，U、V分量各占一份，對每一部分先進(jìn)行離散余弦變換，然后經(jīng)過均勻量化后再進(jìn)行LDPC編碼。
4.如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法，其特征在于，所述步驟04之前還包括:將每一 W幀數(shù)據(jù)先進(jìn)行離散余弦變換，然后進(jìn)行均勻量化。
5.如權(quán)利要求4所述的復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法，其特征在于，所述步驟04進(jìn)一步包括:對于每一幀W幀，分別根據(jù)當(dāng)前幀跟前一幀的數(shù)據(jù)，先進(jìn)行運動估計算出兩者之間的對于每一像素點的X、Y偏移量，然后計算出經(jīng)過離散余弦變換和均勻量化后兩者之間每一像素點的冗余，根據(jù)所述冗余計算出相應(yīng)的拉普拉斯算子和信息熵，并將計算出來的X偏移量、Y偏移量、拉普拉斯算子和信息熵數(shù)據(jù)按每一幀一個文件保存起來。
6.—種如權(quán)利要求1所述的復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法的解碼方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟11:采用與編碼端相同的GOP進(jìn)行幀分類，分為已編碼K幀和已編碼W幀；` 步驟12:對于已編碼K幀數(shù)據(jù)，采用對應(yīng)的幀內(nèi)解碼方法進(jìn)行解碼，得到解碼后的K幀數(shù)據(jù)； 步驟13:向編碼端請求偏移量數(shù)據(jù)、拉普拉斯算子數(shù)據(jù)和信息熵數(shù)據(jù)； 步驟14:利用已接收的信息熵來估計請求的已編碼W幀的碼率； 步驟15:利用解碼后的K幀數(shù)據(jù)計算出當(dāng)前W幀的邊信息； 步驟16:按估計的已編碼W幀碼率向編碼端請求已編碼的W幀數(shù)據(jù)，聯(lián)合邊信息、拉普拉斯算子和偏移量數(shù)據(jù)進(jìn)行LDPC解碼得到解碼后的W幀數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求6所述的復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法的解碼方法，其特征在于，所述步驟12的幀內(nèi)解碼方式為JPEG解碼。
8.如權(quán)利要求6所述的復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法的解碼方法，其特征在于，所述步驟16中進(jìn)行LDPC解碼后，再通過反離散余弦變換和反量化進(jìn)行圖像重構(gòu)得到解碼后的W幀數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求6所述的復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法的解碼方法，其特征在于，所述步驟15進(jìn)一步包括:對已解碼的K幀數(shù)據(jù)進(jìn)行幀間內(nèi)插或外推，然后進(jìn)行離散余弦變換，再計算邊信息。
10.如權(quán)利要求6所述的復(fù)雜度均衡的視頻編碼方法的解碼方法，其特征在于，所述步驟16中解碼過程中，先用偏移量數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化，然后用邊信息和拉普拉斯算子通過聯(lián)合位平面解碼和信息傳遞位解碼計算出對數(shù)似然比率，再根據(jù)對數(shù)似然比率進(jìn)行軟判決解碼，如果軟判決解碼不成功，解碼端就會增大請求碼率通過反饋信道向編碼端請求更多的增量已編碼W幀數(shù)據(jù)，解碼請·求過程一直重復(fù)下去，直到軟判決解碼成功。
【文檔編號】H04N19/177GK103826122SQ201310524894
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月25日
【發(fā)明者】蔡述庭, 林卓勝, 尹明, 王欽若 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)