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1、一種新的數(shù)字視頻關(guān)鍵幀編碼技術(shù)的創(chuàng)新
中圖分類號(hào)：TN919.81
分布式視頻編碼中WZ幀編碼技術(shù)研究。分布式視頻編碼是一種新興的編碼技術(shù)，它和傳統(tǒng)編碼技術(shù)不同，傳統(tǒng)的視頻編碼技術(shù)基本都是，編碼端比較復(fù)雜，解碼端比較簡(jiǎn)單。而分布式編碼的編碼端比較簡(jiǎn)單，解碼端則比較復(fù)雜。為了達(dá)到這個(gè)目的，學(xué)術(shù)界提出了很多實(shí)現(xiàn)方案，在這些方案之中，最為著名的，是斯坦福大學(xué)研究小組提出的分布式編碼方案。整個(gè)視頻序列被劃分為關(guān)鍵幀和WZ幀，它們使用兩個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)進(jìn)行編碼。
1 視頻幀編碼
視頻圖像的各幀之間的數(shù)據(jù)存在很多冗余性和相關(guān)性，這些冗余信息我們將它分為空域冗余和時(shí)域冗余信息兩種。因此我們?cè)?/p>
2、壓縮編碼中就是將數(shù)據(jù)中的冗余信息盡量去掉，采用某種關(guān)聯(lián)的形式存儲(chǔ)包含在幀內(nèi)和幀間的圖像數(shù)據(jù)。幀間圖像數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù)一般熵編碼壓縮技術(shù)，我們以MPEG-2為例，圖像壓縮編碼和幀內(nèi)壓縮編碼方式分別見(jiàn)圖1和見(jiàn)圖2。
圖1 視頻圖像幀內(nèi)壓縮編碼原理
壓縮之前需要找到也就是識(shí)別每個(gè)視頻場(chǎng)和幀之間的時(shí)間和空間的冗余信息，通過(guò)無(wú)信號(hào)損失的雙向數(shù)學(xué)過(guò)程DCT變換可以去除視頻信號(hào)空間冗余。幀間信號(hào)空間分布的變化程度轉(zhuǎn)變?yōu)樾枰噩F(xiàn)空間分布的頻率帶寬，為了達(dá)到減少冗余數(shù)據(jù)的目的，MPEG-2格式視頻將4：2：2轉(zhuǎn)換成4：2：0，同時(shí)量化減少每一個(gè)系數(shù)的Byte數(shù)目。
圖2 幀間壓縮編碼方式
3、2 關(guān)鍵幀編碼方式改進(jìn)
關(guān)鍵幀中一幀就是視頻中的一個(gè)畫(huà)面。視頻編碼是按"組";進(jìn)行的，每一組也叫一個(gè)GOP，GOP與GOP之間是沒(méi)有聯(lián)系的，編碼關(guān)系只在GOP中間產(chǎn)生。每一個(gè)GOP組都從一個(gè)關(guān)鍵幀開(kāi)始。關(guān)鍵幀是一輻完整的畫(huà)面GOP中間的那些幀都是不完整的，需要由關(guān)鍵幀、前面的幀或者也包括后面的幀一起，運(yùn)算后得到。對(duì)于普通視頻文件，加大GOP長(zhǎng)度有利于減小體積；從原理上可知，GOP長(zhǎng)度也不能過(guò)大，太大則會(huì)導(dǎo)致GOP后部幀的畫(huà)面失真。一般建議GOP長(zhǎng)度在250幀以下為宜。由于PAL制式每秒有25幀（N制為30幀），如果是用于實(shí)時(shí)視頻，如電視、網(wǎng)上視頻等，GOP長(zhǎng)度應(yīng)在15至25之間。這樣可以
4、在一秒內(nèi)完成視頻快進(jìn)或回退。
在現(xiàn)有的變換域Wyner-Ziv視頻編解碼框架中，對(duì)于關(guān)鍵幀采用幀內(nèi)編碼和幀內(nèi)解碼的形式，同時(shí)通過(guò)DCT變換消除幀間的空間相關(guān)性，但這種去除冗余信息的方法，并沒(méi)有利用關(guān)鍵幀間的時(shí)間相關(guān)性。在分布式視頻編碼中，幀邊信息可視作WZ幀的一個(gè)估計(jì)，通過(guò)估計(jì)可以在解碼端重構(gòu)WZ幀。以為內(nèi)所生成的邊信息的精確程度決定重構(gòu)幀與真實(shí)WZ幀的逼真度。時(shí)空聯(lián)合的視頻對(duì)象分割，時(shí)域采用多幀幀差，形態(tài)學(xué)處理和高斯聚類，空域采用小波變換和分水嶺變換。時(shí)域分割的模板與空域分水嶺變換的結(jié)果融合得到最終的分割結(jié)果。采用編碼模式選擇模塊在解碼前端完成編碼模式的選擇。有效避免過(guò)多冗余信息存在，
5、在解碼端，計(jì)算當(dāng)前幀的低頻部分與其對(duì)應(yīng)的邊信息的失真去決定采用Wyner-Ziv編碼還是幀內(nèi)編碼。解碼端判斷完成后，解碼端通過(guò)已有的反饋信道向編碼端發(fā)送一個(gè)比特位的判斷信息。本文將Wyner-Ziv編碼思想應(yīng)用到關(guān)鍵幀編碼中，提出的基于頻帶劃分的關(guān)鍵幀編碼模式選擇方法的系統(tǒng)框圖如圖3所示。
圖3 關(guān)鍵幀編碼方式框圖
運(yùn)動(dòng)估計(jì)是視頻編碼的關(guān)鍵技術(shù)，其最基本的原理是利用相鄰幀間的時(shí)間 相關(guān)性，通過(guò)預(yù)測(cè)來(lái)減少時(shí)間冗余度。在實(shí)際編碼中，為了節(jié)省碼率，并不傳 輸每一幀的全部數(shù)據(jù)，而是利用運(yùn)動(dòng)估計(jì)求出每一幀與其預(yù)測(cè)參考幀之間的差 值。運(yùn)動(dòng)估計(jì)越準(zhǔn)確，差值的分布越趨近與零，差值塊的能量越小，經(jīng)過(guò)
6、變換、 量化和熵編碼后所產(chǎn)生的碼流的比特位率也越少。已解碼的低頻帶和已解碼前一關(guān)鍵幀的高頻帶部分進(jìn)一步細(xì)化邊信息，將得到的邊信息用于高頻帶的解碼，不同的相鄰分組數(shù)目v實(shí)現(xiàn)的pts抑制ofdm峰均比的算法，可以仿真出v越大，papr的性能越好本文采用的匹配準(zhǔn)則為均方誤差函數(shù)準(zhǔn)則（MSE），計(jì)算公式如下：
其中，N1xN2為運(yùn)動(dòng)估計(jì)中塊的大小，（mvx，mvy）為運(yùn)動(dòng)矢量，f1（x，y）和fi-1（x+d1，y+d2）分別表示當(dāng)前幀和參考幀的像素點(diǎn)。用matlab編的關(guān)鍵幀提取的代碼，參考了光流法的代碼。實(shí)現(xiàn)幀差法求背景的matlab程序，編寫(xiě)的幀差法濾波程序，對(duì)于視頻監(jiān)控的背景建模有用，是
7、基于幀差的歐式距離，均值，方差，差異系數(shù)下的關(guān)鍵幀提取。
3 結(jié)束語(yǔ)
基于DCT的WZ幀編碼方案在解碼質(zhì)量上大致相當(dāng)于H.263+幀內(nèi)編碼的水平。而基于小波的WZ幀編碼方案，在解碼質(zhì)量上基本可以達(dá)到H.264幀內(nèi)編碼的水平。本文編碼冗余信息上提出的這種數(shù)字視頻關(guān)鍵幀編碼技術(shù)有一定研究意義和價(jià)值。
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一種新的數(shù)字視頻關(guān)鍵幀編碼技術(shù)的創(chuàng)新
