编解码复杂度均衡分配的视频编码理论及应用研究

The Rate-Distortion performance between Predictive Video Coding(PVC) and Distributed Video Coding(DVC) is still an enormous gap.In order to narrow this gap,the motion eastimation must be added in encoder,this is not consistent with the lighter encoder of distributed video coding.This dilemma is caused by the current complexity distribution scheme,the complexity difference between encoder and decoder is very striking.To provide more flexibility for energy constrained video application of mobile device,a balanced video coding methods was presented, which combined the technology of predictive video coding and distributed video coding. The dynamic complexity distribution was implemented by shareing the complexity between the encoder and decoder. The encoder and decoder complexity model and complexity distribution model of PVC,DVC,BVC was focused on to construct. The model of data transfer caused by the pixel reading and writing of motion eastimation, the complexity of encoder and decoder model and complexity distribution model was constructed respectively.Base on this,the balanced video coding system and the correspond belief propogation deocding algorithm was designed.The whole balanced video coding system was implemented in practical communication envirement using mobile devices,It is significant to promote the use of energy constrained application such as mobile video call.

目前分布式视频编码（DVC）得到的率失真性能与预测视频编码（PVC）相比还有着较大差距。为了弥补这种差距，必须在编码端采用运动估计，而这与DVC轻量级编码器的出发点相违背。这一困境是因目前视频编解码复杂度的分配过于对立而导致的。为了给能量受限移动终端视频应用提供更多的灵活性，提出一种融合了PVC和DVC技术的均衡式视频编码（BVC），通过在编码和解码端分享运动估计计算复杂度，来实现复杂度的动态分配。重点研究PVC,DVC及均衡式视频编解码复杂度建模及编解码复杂度优化机制问题，对编码系统的运动估计中像素的读和写操作引起的数据传输进行建模，建立编解码复杂度及其优化分配的模型，在此基础上设计均衡式视频编码系统及相应置信传播译码算法，并将均衡式视频编码系统通过移动终端在实际无线通信环境实现，对进一步推广移动终端中的视频通话等能量受限应用具有重要实际意义。

研究背景.视频编码如果从复杂度的角度来划分的话，那么现在流行的MPEG系列和H.26x系列编码都属于编码复杂度较高，而译码复杂度较小。而分布式视频编码的一个显著特征是编码复杂低，而译码复杂度较高。目前分布式视频编码的一个研究困境是分布式视频编码无法达到MPEG和H.26x系列的编解码性能，迟迟未能出现典型的应用。针对这一现状，我们提出将编解码复杂度进行均衡分布，而不是集中在一端，或者换句话说：能否平等对待编码端和译码端？从而使得视频系统的编解码复杂度可以较为均衡分配。如能解决好这个问题，使得移动终端上的视频通话功耗显著降低，抗误码能力有大的进步，必将促进视频通话在移动终端上得到广泛应用。.研究内容.首先建立编码和解码的复杂度评估体系。由于PVC现有的都是编码端的率失真复杂度模型（RDC）。分布式视频编码中尚未建立相应的RDC模型。而我们在均衡视频编码中研究编解码端的率失真复杂度模型（RDC）。.针对视目前频编码中复杂度分配过于对立化的情况，将编解码的复杂度统一进行分配。从而使得编解码的复杂度具有一定的可比性，实现了编解码复杂度的均衡分配。这种视频编码方式我们将其定义为均衡式视频编码。.重要结果.这样做使得译码的率失真性能和预测式视频编码译码具有可比性，同时编码复杂度较预测式视频编码要低，能适应移动终端视频通话等实际应用。可以认为均衡式视频编码是预测式视频编码和分布式视频编码的一个继续和发展。研究成果的创新性在于：.1) 提出了一种编解码复杂度可分配的均衡式视频编码机制。该编码机制相比较PVC和DVC更适合于能量受限的手持设备应用场合。.2) 实现一套可在实际无线通信环境中应用的均衡式视频编码系统。本项目将均衡式视频编码系统的编码和解码分别在终端实现，在真实的无线通信环境中来测试其性能，促进均衡式视频编码的实际应用。..关键数据及其科学意义.均衡编码方案中的所有运动估计、计算拉普拉斯模型和信息熵等计算转移到编码端后，对于测试序列，相比传统的DVC方案解码时间远远长于编码时间，我们所提出的这种方案中编码时间与解码时间是具有可比性的。这就达到了我们前面提出的编码器解码器复杂度具有可比性的目的，也就是复杂度均衡的目标。