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传统的视频编码标准如MPEG系列和H.26x系列,采用的都是不对称编码方式,编码器承担了包括变换、量化、熵编码,以及运动估计和运动补偿等大量计算,信源统计特性的利用也是在编码端完成,因此编码器的复杂度远远高于解码器。这种不对称编码方式在以往的视频广播或VOD流媒体点播等系统中非常适合,因为在这些系统应用中视频信号都只需编码一次而解码多次。
然而,随着网络技术的发展,出现了一些新的应用领域,需要低复杂度的编码器,而解码器却可以有较高的复杂度,例如无线低功率监控系统、无线移动视频通信等。对此,传统的视频编码技术不再适用,而一种新的视频编码框架--分布式视频编码(DVC)开始受到关注,因为其只在解码端利用信号的相关性,编码端简单。DVC是基于独立编码联合解码思想而形成的一种新的视频编码方式,通过在解码端消除视频帧间冗余来进行压缩,将编码端的复杂度转移到解码端。
本文阐述了DVC的理论基础及可行性,回顾了这种编码方式的研究进展及其应用前景,并对分布式信源编码与信道编码的关系进行了探讨。在此基础上,提出了一种与H.264帧内编码相结合的基于变换域的DVC编解码框架,详细分析了该编码系统中各模块的理论基础和设计方案。在该系统中,输入视频被分成关键帧(K帧)和Wyner-Ziv帧,其中K帧使用H.264帧内编码,Wyner-Ziv帧编码时采用基于信道码的Slepian-Wolf编码器,但只传送校验码以降低码率。Wyner-Ziv帧解码器则利用解码出的K帧通过运动估计、插值等方法得到的辅助信息以及传送的校验位,进行联合解码。
本文深入研究了两种高效的信道编码技术Turbo码和LDPC码的编解码原理,将其分别引入本文的DVC中。对其分别引入打孔算法得到RCPT和RC-LDPC,实现自适应可变码率,更好地与视频帧间冗余度吻合。仿真实验表明了本文分布式视频编码系统的优异性能,并且LDPC码比Turbo码更适合于DVC。