面向多媒体传感器网络的视频压缩新算法

视频压缩可以降低多媒体传感器网络中的数据信息量。传统分布式视频编码方案采用区域统一编码,可能导致运动剧烈区域解码估计的失真。提出一种改进的分布式视频编码算法。该算法基于图像梯度场,针对Wyner-Ziv帧不能准确编解码的区域,通过ROI判定准则提取该区域并基于熵编码压缩,图像其他区域则基于LDPC实现分布式编解码,进而实现视频的优化传输。仿真实验表明：本文算法可增强运动剧烈区域的编码效率,在降低码率的同时提高解码图像质量,最终降低传感器节点能耗。     

基于双边信息的分布式视频压缩感知模型研究

针对传统视频编码技术计算量大和复杂度高的缺点,提出一种基于双边信息的分布式视频压缩感知算法。该算法将压缩感知技术与分布式视频编码技术相结合,把视频序列分为Key帧和CS帧,Key帧运用传统的帧内编码和解码,CS帧编码端运用压缩感知编码,解码端运用视频块内与视频块间的双边信息和梯度投影算法进行优化重构。通过双边信息的运动估计和压缩编码器的设计,实现基于双边信息的分布式视频压缩感知模型的构建。仿真结果表明该模型既可以实现高效编码,又可以实现复杂度由编码端向解码端转移,在较低的采样率下,提高视频的压缩能力和传输速度。     

基于深度学习的光流插帧边信息生成算法

在分布式视频编码(DVC)中,如何在各种运动场景下生成高质量的边信息并提升解码性能是一个重点研究领域。提出一种基于深度学习的光流插帧边信息生成算法(optical flow interpolation, OFI),编码端采用区间重叠的分布式算术编码(distributed arithmetic coding, DAC)对视频进行编码,解码端生成边信息时提取已解码关键帧,输入深度学习光流插帧网络。网络采用多层光流模块产生光流,并结合光流向后弯曲关键帧产生初步的边信息估计,再由融合过程消除遮挡产生更加细化的结果,最后边信息辅助解码树完成解码。实验结果表明,与现有方法相比,该方法PSNR最大可提升2.25 dB,主要体现在线性运动场景下。同时在线性和非线性场景下SSIM指标可提升0.001 5～0.064 8,在解码视频率失真曲线上也体现出一致的结果,证明了该算法对线性运动边信息估计有较好的提升,对非线性运动边信息结构也有良好的恢复性。     

基于相关性的分布式解码检测优化算法

在分布式视频编解码系统中,由于细节变化丰富而生成的边信息与原始视频帧之间存在较大的差距,降低了解码帧质量。针对如何实现解码帧质量检测,并对低质量的解码帧进行优化以提高系统性能的问题,提出一种基于相关性的分布式解码检测优化算法。在编解码端分别计算相关性,得到置信度值并进行解码检测。对于低质量的像素块根据相关性及运动估计进行重构,最后通过滤波和双向运动补偿产生优化像素块。实验结果表明,所提算法对低质量边信息具有优化作用。     

分布式视频编码技术的研究

分布式视频编码建立在20世纪70年代提出的相关信源编码理论的基础上,即Slepian.Wolf和Wyner-Ziv分布式编码信息论原理,与传统视频编码技术相比,分布式视频编码从原理到实现方法上是全新的。它是基于解码端获得边信息（Side Information）的有损编码,这能够降低编码端的复杂度,而把大量的运算转移到解码端。     

一种支持视频检索的对象标志位编码算法

针对传统标志位编码算法的编码代价大、海量监控视频难于浏览等问题,提出一种支持视频检索的对象标志位高效编码算法。基于对象区域信息、语义信息生成标志位来存储监控视频,根据视频编码和视频分析结果,生成对象区域信息与语义信息,利用基于区域生长的帧内编码算法消除空域冗余,基于运动估计的帧间编码算法从分像素精度上消除时域冗余,将对象区域信息、语义信息同时编码到原始视频码流中,实现监控视频的快速浏览与检索。实验结果表明,与基于欧式距离的帧内编码算法相比,该帧内编码算法的编码代价降低4%~14%,帧间编码算法降低28%~48%;基于对象标志位的视频解码能生成用户感兴趣的检索视频,提高用户浏览效率。     

残差分布式视频压缩感知*

压缩感知(CS)是一种能同时进行数据采集和压缩的新理论,为简化编码算法提供了依据,同时,分布式视频编码(DVC)为低复杂度的视频编码提供了思路。因此,通过整合DVC和CS各自的特性以构建编码简单的视频编码框架,并采用残差技术来提高系统性能,最终提出了一种残差分布式视频压缩感知(RDCVS)算法:对关键帧进行传统的帧内编、解码;而对非关键帧,编码端采用一种基于残差联合稀疏模型的随机观测,解码端利用边信息和改进的梯度投影重建(GPSR)算法进行优化重构。由于将运动估计和变换编码等复杂度较高的运算转移到解码端进行,因而RDCVS保持了低复杂度的编码特性。实验结果表明,RDCVS算法比参考方案的恢复质量提高了2～3 dB。     

外推结构无反馈DVC码率控制算法研究

针对现有内插结构无反馈分布式视频压缩（DVC）在大图像组条件下存在严重解码延时问题,研究了外推结构的无反馈DVC系统。在编码端,提出一种不等保护码率控制算法,该算法在编码端利用快速运动估计外推产生较高质量的边信息估计,根据比特平面误码率和比特平面重要性,实现比特平面级的码率控制;在解码端提出基于外推内插边信息更新的迭代解码优化,利用更新的边信息对每一分布式帧进行二次解码,在不增加传输码率的条件下进一步提升解码视频质量。实验结果表明,与现有无反馈码率分配算法相比,该算法能够更精确地分配码率,率失真性能提升0.6~1.8 dB,且解码视频图像的主观质量得到明显改善。     

基于视频序列运动特性的边信息生成算法研究

在分布式视频编码系统中,针对非线性运动区域边信息生成误差大的问题,提出了基于视频序列运动特性的边信息改进方法。解码端利用双向运动补偿时域内插技术生成初始边信息,再根据前后运动矢量的和值将边信息划分为线性与非线性区域,并对非线性区域用矢量滤波器进行去伪非线性区域处理,对真正做非线性运动的块进行分层运动估计以得到更精确的运动信息。将得到的边信息与初始边信息相比,改进后的边信息平均PSNR值提高了1dB。     

频率域Wyner-Ziv视频编码算法的改进

为提高分布式视频编码压缩率,依据无线传感网络终端设备及Wyner-Ziv视频编码特点,针对Bernd Girod的频域Wyner-Ziv视频编码方案提出改进算法。该算法在编码端通过简单DCT运算提出将图像块分为Skip模式、低频模式和全频模式三种可选模式,在解码端根据相应的编码模式分别选择平均插值、自适应搜索运动估计插值和自适应搜索精细运动估计插值的边信息估算方法联合解码。该算法既能通过消除大量的帧间预测与熵编码实现低码率传输,又能以最小的解码代价获得更精确的边信息,从而有效地避免图像解码质量下降。实验结果表明,在相同峰值信噪比情况下,该算法的码率比Bernd Girod提出的频域Wyner-Ziv算法平均下降40%。     

基于双边信息的残差分布式压缩视频感知

压缩感知(CS)是在低于奈奎斯特率条件下获取和重构稀疏信号的新兴技术,在图像和视频获取和处理中有巨大的发展潜力.为了有效提高被测信号的稀疏性和重构效率,本文提出一种基于双边信息的残差分布式压缩视频感知(RDCVS-DSI)编解码模型.该模型利用了图像自身的频域特性和邻近帧之间的相关性,以低质量的视频帧作为编解码的第一边信息,解码端利用关键帧运动估计和运动补偿技术生成非关键帧的第二边信息.通过性能分析和仿真测试表明,该RDCVS-DSI模型能够在较低复杂度条件下,高保真地重建视频序列.与以前的压缩视频感知工作对比,重构帧的平均峰值性噪比达到1-5dB的增益,重构速度接近于复杂度最低的DCVS.     

基于无线噪声信道的编码端码率控制算法研究

针对分布式视频编码系统的关键帧在无线信道中传输受到噪声污染的情况,提出一种基于无线噪声信道的编码端码率控制算法。首先对解码端边信息携带的无线信道噪声进行了理论和实验分析,建立了边信息中无线信道噪声的分布模型;然后结合相关噪声模型推导出编码端的噪声联合模型,并根据分布式视频编码的率失真理论,提出了在无线信道下WZ帧不同系数带的码率控制算法,同时将新的码率控制算法引入基于无线噪声信道的Wyner-Ziv编码器中。实验表明,与现有的编码端码率控制算法相比,所提出的算法在不同无线信道噪声下可使解码重构视频的PSNR值平均提高约0.1～1.8 dB,且未增加复杂度。     

Distributed video coding based on part intracoding and soft side information estimation

Recently, distributed source coding (DSC) has been proposed to implement source compression by exploiting source statistics at the decoder only, which enables low-complexity video coding. However, to date, the video codecs based on DSC have been unable to compress as efficiently as traditional predictive video codecs, such as H.264. So, new techniques have to be investigated to improve the performance of the distributed video coding scheme for practical applications. In this paper, I propose a novel distributed video coding scheme based on part intracoding and soft side information estimation. Firstly, at the encoder side, to improve the compression performance of distributed video coding system, we divide the video data into strongly correlative data encoded by Slepian–Wolf codec and weakly correlative data encoded by Intracoding codec. Secondly, at the decoder side, to improve the accuracy of side information estimation, a soft side information estimation method is proposed, which is more suitable for video coding due to the non-stationary feature of video data. Our experimental results show that the performance of our coding system is better than that of the traditional distributed video coding system while keeping the simple encoding property. Also the concept of soft side information is a new idea in distributed video coding and will significantly influence the side information estimation method.

A frame-level encoder rate control scheme for transform domain Wyner-Ziv video coding

Available distributed video coding codecs are mostly based on decoder rate control scheme where the parity bits for decoding can be achieved over a feedback channel. Meanwhile, the frequent requests over feedback channel increase the transmission delay. The feedback-free distributed video coding, relying on encoder rate control in literatures, has overcome the aforementioned shortcoming. However, when performing parity bitrate estimation and other operations, the feedback-free distributed video coding systems based on bit-plane usually require high precision of bitrate estimation and high quality of side information at the encoder. In this paper, we propose a frame-level distributed video coding system based on encoder rate control. The innovations include three parts: 1) an adaptive coding mode selection algorithm is proposed, which utilizes both temporal and spatial correlation and reduces the complexity of encoder; 2) a bit-plane rearrangement method is adopted, which makes the coding rate on each bit-plane homogeneous and effectively reduces the accuracy requirement of the parity bitrate prediction and improves the efficiency of rate estimation; 3) a frame-level parity bitrate estimation scheme is presented to enhance the efficiency of rate estimation on the basis of a look-up table. Numerical results verify that the proposed scheme remarkably improves the rate distortion performance of distributed video coding at low bitrate.     

结合帧率变换与HEVC标准的新型视频压缩编码算法

相比于之前主流的H.264视频压缩编码标准,HEVC在保证重建视频质量相同的前提下,可以将码率降低近50%,节省了传输所需的带宽.即便如此,由于一些特定的网络带宽限制,为继续改善HEVC视频编码性能,进一步提升对视频的压缩效率仍然是当前研究的热点.本文提出一种HEVC标准编码与帧率变换方法相结合的新型的视频压缩编码算法,首先在编码端,提出一种自适应抽帧方法,降低原视频帧率,减少所需传输数据量,对低帧率视频进行编解码;在解码端,结合从HEVC传输码流中提取的运动信息以及针对HEVC编码特定的视频帧的分块模式信息等,对丢失帧运动信息进行估计;最后,通过本文提出的改进基于块覆盖双向运动补偿插帧方法对视频进行恢复重建.实验结果证实了本文所提算法的有效性.     

Distributed video coding with adaptive two-step side information generation for smart and interactive media

Conventional video coding standards, such as MPEGx and H.26x, use a hybrid architecture of block-based motion compensation and discrete cosine transform (DCT) within the structure of a complex encoder and a simple decoder. Contrary to conventional video codecs, Wyner-Ziv (WZ) video coding, which is a practical application of distributed video coding (DVC) based on the Slepian-Wolf and WZ theorems, exploits the source correlation at the decoder, thereby allowing for the development of simpler encoders. However, the current WZ video coding algorithms cannot match the coding performance of conventional video coding. In order to improve the coding performance of transform-domain WZ video coding, an adaptive two-step side-information generation method is thus proposed for evaluation and analysis in this study. The proposed method uses decoded WZ frames in the down-sampled spatial resolution along with already decoded coefficients to successively improve rate-distortion (RD) performance as the decoding progresses. The experimental results show that the proposed method, compared to previous WZ video coding method, shows improved coding performance, particularly under critical conditions, such as cases with high motion content.     

分布式视频编码中关键帧丢失错误保护

目的 分布式视频编码较其传统视频编码具有编码简单、误码鲁棒性高等特点,可以很好地满足如无人机航拍、无线监控等新型视频业务的需求。在分布式视频编码中,视频图像被交替分为关键帧和Wyner-Ziv帧,由于受到信道衰落和干扰等因素的影响,采用传统帧内编码方式的关键帧的误码鲁棒性远不如基于信道编码的Wyner-Ziv帧。关键帧能否正确传输和解码对于Wyner-Ziv帧能否正确解码起着决定性的作用,进而影响着整个系统的压缩效率和率失真性能。为此针对关键帧在异构网络中的鲁棒性传输问题,提出一种基于小波域的关键帧质量可分级保护传输方案。方法 在编码端对关键帧同时进行传统的帧内视频编码和基于小波域的Wyner-Ziv编码,解码端将经过错误隐藏后的误码关键帧作为基本层,Wyner-Ziv编码产生的校验信息码流作为增强层。为了提高系统的分层特性以便使系统的码率适应不同的网络条件,进一步将小波分解后图像的各个不同层的低频带和高频带组合成不同的增强层,根据不同信道环境,传输不同层的Wyner-Ziv校验数据。同时对误码情况下关键帧的虚拟噪声模型进行了改进,利用第1个增强层已解码重建的频带与其对应边信息来获得第2个和第3个增强层对应频带的更加符合实际的虚拟信道模型的估计。结果 针对不同的视频序列在关键帧误码率为1%20%时,相比较于传统的帧内错误隐藏算法,所提方案可以提高视频重建图像的主观质量和整体系统的率失真性能。例如在关键帧误码率为5%时,通过传输第1个增强层,不同的视频序列峰值信噪比（PSNR）提升可达25 dB左右;如果继续传输第2个增强层的校验信息,视频图像的PSNR也可以提升0.51.6 dB左右;如果3个增强层的校验信息都传输的话,基本上可以达到无误码情况下关键帧的PSNR。结论 本文所提方案可以很好地解决分布式视频编码系统中的关键帧在实际信道传输过程中可能出现的误码问题,同时采用的分层传输方案可以适应不同网络的信道情况。