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分布式视频编码是一种全新的视频编码方式,它主要基于在20世纪70年代建立的两大信息论相关编码理论,即Slepian和Wolf建立的分布式无损编码理论以及Wyner和Ziv建立的解码端辅助信息的有损编码理论。这种新的视频编码方式几乎只在解码端利用信号的相关性。也就是说,分布式视频编码方式将复杂度从编码端转移到解码端。因此,该视频编码方式的特点是在编码器端计算简单,而在解码器端计算复杂。
虽然分布式编码算法的信息理论建立在上个世纪70年代,但对分布式视频编码的应用性研究却是在上世纪九十年代末开始的。自此一些实用的分布式编码方案开始出现,编解码性能也逐渐提高。传统的视频编码技术如MPEG系列和H.26x系列,都是利用相邻视频帧之间的相关性进行编码,编码端要承担运动估计和运动补偿等大量的计算,复杂度高。新出现的应用领域,如无线低功率监控系统、无线移动视频通信等,这些应用领域的特点是编码设备比较简单,而解码设备拥有较多的资源可以进行复杂的计算,这与传统的视频编码标准恰恰相反。由于分布式视频编码在解码端全部或者大部分利用信号的相关性,编码端简单,这个特性使得分布式编码更适用于新出现的应用领域。当今分布式视频编码系统在编码端都要对整张图片进行编码,然后用RCPT技术来决定是否要发和发多少位某一像素块的编码数据,这样的工作量变得很大,而且有些工作是没必要做的。本文提出了在解码端利用相邻帧之间的相关性和异或技术,大致估算出每个像素的差错位数,进而对差错位数进行分类,对具有不同差错等级像素块采取不同的处理方法,从而达到降低码率和编解码端工作量的目的。
本文从分布式视频编码理论、典型的分布式编码系统的研究设计、基于异或的差错检测与分散分布式视频编码研究与实现、预测模式的探究等四方面对分布式视频编码技术进行了研究工作,具体内容包括有:
(1)对分布式视频编码技术的理论进行了研究,阐述了分布式视频编码的基本信息论基础,回顾了分布式视频编码技术最新研究进展以及其应用前景。
(2)着重分析设计了一种基于像素域的使用帧内编码、帧间解码技术的Wyner-Ziv编码器系统。非常详细地给出了该系统中每一个模块的具体设计方案和相关的理论基础。在该系统中,输入的帧被分为Key帧和Wyner-Ziv帧两类,其中Key帧使用传统的帧间编码进行压缩,而Key帧之间的Wyner-Ziv帧使用Turbo码进行编码,并且在解码端通过对相邻的Key帧进行运动补偿插值,而得到用于解码Wyner-Ziv帧的辅助信息,最终将辅助信息与Wyner-Ziv帧结合,联合解码得到解码帧。
(3)对基于像素域的Wyner-Ziv编码系统采用异或技术对相关像素块进行差错统计分类、划分差错等级,然后对不同等级的差错像素块进行差错分散。同时在辅助帧的预测方面也在以前的基础上进行了改进,进一步利用了帧与帧之间的相关性。最后给出了相应的实验结果,验证了该法在减少编解码数据量,提高运行速度上的有效性和可行性。
(4)在对预测模式进行研究时,本文得出影响预测精度的两个因素,并根据以上的研究提出了两种预测模式。