[发明专利]一种参考帧的选取方法

权利要求书

1.一种参考帧的选取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：首先考虑端对端的收发方式，即发端通过预设多参考帧的使用，然后将短参考与长参考的优先级进行判断，通过比较重建帧的已解概率和其与当前编码帧之间畸变大小的合函数来确定目标优化率失真函数；

步骤2：对距离当前编码帧步长为x的已发送的参考帧被丢失的概率的预测，与丢帧概率相乘构成目标优化率失真函数的第一项；

步骤3：计算使用距离当前编码帧的某一帧作为参考后，两帧之间的畸变大小，与拉格朗日乘数λ相乘，构成目标优化率失真函数的第二项；

步骤4：通过找到使目标优化率失真函数最小的步长值，获得最优参考帧，

其中，所述步骤1中的目标优化率失真函数为：

d_opt＝argmin{D_d+λ·R_d}

其中，d_opt表示最优步长值；D_d表示的是如果选取距离当前帧步长为d的帧被选用为参考帧可能会产生的失真，此失真与丢包概率和实时RTT值的预测有关；R_d表示的是选用距离当前编码帧步长为d的帧为参考帧时当前编码帧所需要的编码码率；λ是拉格朗日乘数，是编码码率Rd相对于失真Dd的加权系数，

所述步骤2的具体过程为：

步骤2-1：确定距离当前帧步长为d的帧被选用为参考帧可能会产生的失真D_d表达式：D_d＝P(Y|X)×F_S，其中，X表示属性集；Y表示类变量；P(Y|X)表示在没有收到该帧NACK请求的情况下发现丢帧的概率；F_S表示丢帧后对GOP序列产生失真损伤估计，其中F_S的计算包括：根据马尔科夫状态转移图预测当前编码帧之前的帧已经被收到的同时已经解码的概率；编码端发送视频流时每一个包的传输状态是具有两种状态的马尔科夫，对于收到的帧的确认根据此马尔科夫模型计算出平均丢包率；序列的损伤程度的预估方法与当前实时发送状态以及网络状态相关，基于此模型可以计算出丢帧率对于序列的损伤程度，每次丢包所造成的受损长度只与丢包帧位置和GOP长度有关，对于GOP长度为L的视频序列，当第i帧受损时，所造成的序列受损长度为L-i+l，而该丢包模式的概率为P_F(1-P_F)^i-1/(1-(1-P_F)^L)；

步骤2-2：利用贝叶斯定理将步骤1中的P(Y|X)计算出来，贝叶斯公式表达为：

其中，P(X)表示在传输中NACK没有返回的概率；P(Y)表示传输过程中发生丢帧的概率；P(X|Y)表示在已知丢帧的情况下同时收到NACK的概率；

步骤2-3：计算选取距离当前帧步长为d的帧被选用为参考帧可能会产生的失真D_d：

其中，F_S表示的是当前帧的确定步长的帧发生丢包以后造成的错误蔓延，

其中，所述步骤2-2中，P(X)根据实时的网络环境监控，假设当前发送100个包，其中收到N个NACK返回值，那么没有收到NACK的概率为：

P(X|Y)的计算过程为：

步骤2-2-1：计算帧与帧之间的间隔P0，其表达式为：

其中，frame per second表示每秒的帧数；

步骤2-2-2：计算距离当前编码帧确定步长内在未收到NACK返回时可以确定该帧已经收到并解码的概率P_SUCCESS，其表达式为：

其中，RTT表示数据包经过传输链路到达接受端返回信息到发送端的时长，这里不仅仅包括网络传输延时，而且包括丢包检测需要的时间；P(RTT)表示随着网络变化关于RTT时长的概率密度函数；

步骤2-2-3：求解P(X|Y)，其表达式为：

P(X|Y)＝1-P_success，

其中，所述步骤2-2-2中，RTT的分布概率服从长尾概率分布函数，根据RTT的概率密度分布函数P(RTT)积分求取P_SUCCESS，此概率密度分布函数的应用条件是在当前帧之前没有影响后续帧的丢包。

2.根据权利要求1所述的参考帧的选取方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为：

步骤3-1：确定每次丢包造成序列的期望受损长度V_ELFL的表达式为：

其中，L_E表示每次丢包造成的序列受损长度；P_ES表示序列中丢帧模式的条件概率，P_F表示丢包帧的概率，根据洛必达法则，当P_F趋近于0时，V_ELFL接近于0；当P_F趋近于1时，V_ELFL接近于L；

步骤3-2：计算视频序列单位时间内的平均丢包率，其表达式为：

其中，V_{AFLF_T}是单位时间内的平均丢包帧频率，T为某一时间段，N_F为T时间内视频的总帧数，P_F为丢包帧的概率，F_R为视频的帧率，当丢包时间符合独立分布时，每个数据包丢失的概率都相同，即等于丢包率；

步骤3-3：计算平均包含数V_PpF和丢包帧概率P_F，其表达式分别为：

其中，N_P表示T时间内视频的总包数；P_size表示数据包大小；B_R表示编码比特率；

步骤3-4：计算丢帧后对GOP序列产生失真损伤估计F_S，其表达式为：

F_S＝V_{AFLF_T}V_EIFL

步骤3-5：计算参考帧与当前编码帧之间的畸变大小SAD(d)，其表达式为：

其中，d表示距离当前编码帧的步长大小；

步骤3-6：为简化计算，假设R(d)正比于SAD(d)：R(d)＝k*SAD(d)，求解出R(d)；其中k为比例系数，SAD(d)表示参考帧与当前编码帧之间的畸变大小，R(d)表示当前编码帧的编码所需的编码码率。