基于变换和数据融合的多描述视频编码方法 技术领域
本发明属于视频编码技术领域，更明确地说涉及基于变换和数据融合的多描述视频编码方法的设计。
背景技术
多描述编码(multiple description code)将单个信号编码成两个(或两个以上)独立的比特流，这些独立的比特流称为描述符(multiple descriptor)。多描述编码有两个主要属性：1、可以独立地对每个描述符进行解码并重构出可用的原始信号：2、多描述符存在互补的信息，随着正确地接收到的描述符数量的增加，解码出的信号质量也逐步提高。值得注意的是，第一个属性根本不同于常规的可分级(或可分层)编码，常规的方法编码出的基本层是至关重要的，如果失去基本层，剩下地其它比特流将毫无用处。可是，多描述编码技术可以利用正确接收到的任何一个描述符重构出有用的原始信号，随着接收到的描述符数量的增加，解码出的图像质量也逐步提高。采用多描述视频编码算法，还可以利用其它描述符中未受损害的部分来修复本描述符中受损的部分。这样，即便是两个描述符都遭受了分组丢失，只要这两个描述符遭受的分组丢失不是同时发生，它们仍然可以维持有用的信号质量。多描述编码优越性还包括：多描述编码系统可以获得较高的压缩效率，同常规的单描述符(SD，single description)压缩原理相比，它压缩所得的总比特率只比后者略高；多描述编码系统可以在支持不同比特率的路径上成功运行；MPEG-4V2(具备NEWPRED功能)、H.263V2(具备RPS功能)和H.264/AVC，这些视频编码标准的增强层都支持多描述视频编码。
采用多描述编码技术，在任意时间点上只要接收到至少一个描述符，就可以有效地再生出原始信号。
发明内容
本发明的目的，就在于克服上述方法的缺点和不足，提供一种基于变换和数据融合的多描述视频编码方法。它把多描述视频编码技术和多路径技术(multiple Path Diversity)结合起来，用不同的网络路径传送不同的描述符。由于不同路径的分组丢失现象是不相关的，因此，多路径传输系统和描述符之间彼此互补的MD编码技术相结合，就大大提高了MD编码差错复原的效率。
为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：
①对要编码的信号实施变换1～n；
②分别对变换1～n后的信号进行量化和熵编码；
③分别按照各自的路径1～n对量化和熵编码后的信号1～n进行解码；
④分别对解码后的信号1～n进行逆变换；
⑤逆变换后分别得到边描述1～n，将1～n个逆变换后的数据融合成为中心描述。
基于变换和数据融合的多描述编码是多描述编码中的一种方法。它的基本思想是：对要编码的信号实施不同的变换，对变换后的信号进行量化和熵编码，得到多个码流。每一个码流都是一个独立的对原先信号的描述，从任何一个码流中都可以还原出原先的信号。当多个码流被收到时，从每一个码流中都可以还原出一个信号。对这些信号取均植时，可以还原出一个质量更高的信号。
其中每个描述均是符合MPEG视频标准的码流，并且每个边描述的I帧的位置顺序完全一样并且基于变换和数据融合的多描述编码被应用到I帧上面。
对于每个I帧的一个变换是DCT变换，其它变换是对信号的移位+DCT变换。上述每个码流均符合MPEG1标准或MPEG2标准或MPEG4标准(包括其第二和第十部分)。
视频编码有许多标准，大多数实际应用的编解码器都是按照标准制作的。对多描述编码来说，只有每个码流中产生的描述符合标准时，才有可能得到广泛的应用。MPEG是目前最为普遍的视频编码方法，在本发明中，每个码流都要符合MPEG标准。
对于每个描述，I、P、B帧的顺序完全一样。有意的量化误差可以被加到I帧的边描述上。有意的量化误差也可以被加到P、B帧的边描述上。
本发明对视频信号编码时，在每一个描述中I帧的位置顺序是完全一样的。在特例的情况下I、P、B帧的位置可以完全一样。
本发明对每一个I帧进行多种变换，并进行量化和熵编码以产生多种描述。可是，为了使每个描述可以被标准的MPEG解码器解码，只能使用DCT变换。为了解决这个问题，在第一个描述中对信号使用标准的DCT变换；在第二个描述中，可以在水平方向上对信号顺时针循环移动一位。这样做的理由是，移位+DCT变换可以看作是一种新的变换。在解码端经解码后，只要在水平方向上对信号逆时针循环移动一位即可。当然，移位的方向和位数也可以采用其它值。经过变换后，信号被量化和熵编码。
在P、B帧中，仍然按照标准中规定的方法进行运动补偿、量化和编码。因为不同描述的I帧是不一样的，因而在不同的描述中，运动补偿的误差也是不一样的。在量化的过程中，可以有意地加入量化误差，以调整中心描述(central description)和边描述(side description)的失真度。
本发明提供了一种基于变换和数据融合的多描述视频编码方法。它把多描述视频编码技术和多路径技术(multiple Path Diversity)结合起来，用不同的网络路径传送不同的描述符。由于不同路径的分组丢失现象是不相关的，因此，多路径传输系统和描述符之间彼此互补的MD编码技术相结合，就大大提高了MD编码差错复原的效率。
本发明提供了一种有效的可以在互联网上实时地视频传输编码方法。互联网是一种基于包交换的网络。同电路交换的网络不同，包交换的网络可以充分利用带宽，但是它很难保证实时性。本发明将视频信号压缩成多路码流，不同的码流可以从不同的路径传输。在大多数情况下，至少有一路码流会被及时收到，从而保证可以得到基本质量的信号。当多路码流被收到时，更高质量的信号可以被还原出来。
附图说明
图1为多描述编码和多路径结合的结构示意图。
图2是基于变换和数据融合的多描述编码的结构示意图。
图3是没有加入量化误差时x[n]、和的分布结构示意图。
图4是有意加入量化误差时x[n]、和的分布结构示意图。
具体实施方式
实施例1。一种基于变换和数据融合的多描述视频编码方法，如图2所示。它包括以下步骤：
①对要编码的信号(1)实施变换1～变换n(2)；
②分别对变换1～n(2)后的信号进行量化和熵编码(3)；
③分别按照各自的路径1～n(4)对量化和熵编码(3)后的信号1～n进行解码(5)；
④分别对解码后的信号1～n进行逆变换(6)；
⑤逆变换后分别得到边描述1～n，将1～n个逆变换(6)后的数据融合(7)成为中心描述。
其中每个描述均是符合MPEG视频标准的码流，并且每个边描述的I帧的位置顺序完全一样并且基于变换和数据融合的多描述编码被应用到I帧上面。对于每个I帧的一个变换是DCT变换，其它变换是对信号的移位+DCT变换。上述每个码流均符合MPEG1标准或MPEG2标准或MPEG4标准(包括其第二和第十部分)。MPEG是国际标准化组织(ISO)通过的图像编码压缩标准，分为MPEG1、MPEG2、MPEG4等多种。其中MPEG1是1992年通过的；MPEG2是对MPEG1的扩展和改进；MPEG4按对象组织图像内容，并增加了7个新的功能。
对于每个描述，I、P、B帧的顺序完全一样。有意的量化误差可以被加到I帧的边描述上。有意的量化误差也可以被加到P、B帧的边描述上。
图1示出了多描述编码和多路径结合的结构。图中信号(1)被编码步骤(3)编码，然后按不同的路径(4)被解码步骤(5)解码成边描述和中心描述。
图3和图4所示，x[n]是信号在位置n上的值，是描述一在位置n上的值，是描述二在位置n上的值。按照前面提到的方法，在中心描述中，位置n上的值由和均匀而得。图3是没有加入虽化误差时x[n]、和的分布。如果有意加入量化误差，则如图4所示，那么中心描述的误差将减少。当然，这样作会加大描述二的误差，是否加入这个量化误差要视中心描述和描述一的重要性而定。
实施例1能将基于变换和数据融合的多描述编码和视频编码结合起来，对一组视频序列，这种编码方法能产生多个MPEG码流，从每一个码流中都可以还原出一个失真较大的视频序列。当多个码流被收到时，一个失真较小的视频序列将被还原出来。它可广泛应用于数字电视信号的网络传输中。