[发明专利]基于预测模式拷贝的HEVC多描述编码

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及信号编码技术，具体是指一种基于预测模式拷贝的HEVC多描述编码方法。

背景技术

大数据时代的到来，伴随着互联网和无线通信网络的高速发展，视频传输错误包括数据错误、丢失和过度时延等导致视频重建质量严重下降，成为制约网络多媒体服务发展的关键因素。多描述编码(Multiple Description Coding，MDC)针对不可靠信道传输问题进行信源差错复原编码，抗干扰能力强且使用范围广，为解决视频经过不可靠网络传输后质量严重下降提供了一种有效的解决方案。

传统视频多描述编码方法多是基于单帧图像的多描述编码，如基于量化的多描述视频编码和基于变换的多描述视频编码等，其特点是算法复杂度相对较低、编解码速度较快。然而这些基于单帧处理的多描述编码方法有较大的局限性，例如由于网络带宽窄或者网络性能不稳定造成编码信息传输失败从而导致编解码两端的参考帧不同(也叫失配现象)、视频帧间的冗余没有采用相应办法来去除等等。若单纯对各描述进行运动预测和运动补偿等复杂计算处理，会增加算法复杂度，同时影响编解码效率。因此，多描述视频编码研究的重中之重就是减小失配产生的影响。

一些采用H.264关键技术或者H.264编码框架的多描述视频编码方案不断涌现。如在2004年的图像处理国际会议上，Bernadini，Durigon等人提出的基于H.264的多相空间亚采样多描述视频编码(Polyphase Spatial Subsampling Multiple Description Coding，PSS-MDC)，其首先对原始图像进行空间亚采样，得到四个子图像序列；然后采用H.264编码器分别对子图像序列编码，从而产生四路码流。虽然此方法抗误码能力强，但存在大量冗余。针对此方法所存在的问题，也出现了一系列的改进算法，但都是采用H.264的关键方法尽可能地减少视频帧间帧内冗余，并提高纠正失配引起的错误方面的性能，并不适用于低码率传输的应用场景。

发明内容

本发明是针对多相空间亚采样多描述视频编码方法产生冗余过多，尤其在中高比特率编码压缩时编码效率不高这一问题，结合已有各种编码方案，采用类似于PSS-MDC的描述创建方式来创建描述。提出了一种基于HEVC和预测模式拷贝的多描述视频编码方法(HEVC-MDC)。在编码时，对各描述采用了不同方案。其中编码器采用HEVC，只对单个描述的其中一个子序列预测编码，而对于另一子序列的预测模式和运动矢量的选择则直接拷贝已编码子序列的对应块，同时计算预测残差并编码。此方法充分利用各子序列间的时空相关性，在降低冗余性的基础上，减少了编码计算。本发明具体的编码框架如图1所示。

本发明提供的技术方案如下：

一种基于预测模式拷贝的HEVC多描述编码方法，包括以下几个步骤：

(1)对输入的原始YUV视频以帧为单位进行梅花下采样得到四个子序列，如图2所示，下采样方式分别从水平和竖直方向开展；对和和两两组合成两个描述子，分别为描述子1和描述子2；其中和是对原始待编码的YUV视频的第k帧进行水平方向采集的子序列，和是垂直方向采集的子序列；

(2)按照如图3描述方法，使用HEVC编码器分别编码子序列和并保存各自预测单元的最佳预测模式和运动矢量；

(3)对于和中的每一预测单元，分别读取和对应位置(空间位置相同)预测单元的最佳预测模式和运动矢量；计算出对应的预测残差和表示和对应空间位置计算出的预测残差，表示和对应空间位置计算出的预测残差；

(4)确定当前的预测单元类型，若是帧内预测(I帧，帧内编码帧)跳至步骤(5)，若是帧间预测则跳至步骤(6)；

(5)如果对应位置的预测单元是帧内预测，那么选用该预测单元的最佳帧内预测模式直接对的当前预测单元进行帧内预测；同理，对的帧内预测要参照进行处理；跳至(7)；

(6)如果的对应位置预测单元是帧间预测(P帧，前向预测的帧间编码)，那么选用该预测单元的最佳预测模式和运动矢量对的当前预测单元进行帧间预测；同理，对的帧间预测参照进行处理；

(7)对和当前预测单元的预测误差和进行DCT、量化和熵编码；

(8)将和的熵编码结果、和的熵编码结果分别打包成两个描述通过不同信道进行传输。

本发明提出的基于预测模式拷贝的HEVC多描述编码具体算法流程如图4所示，其中描述子2所经历的算法流程同描述子1，因此图中没有画出。在解码端，当同时接收到两个描述时，采用中央解码方案；当只接收到一个描述时，采用边缘解码方案进行处理。