基于改进期望最大化算法的分布式视频编码

“ 独立编码联合解码” 的方式 ， 即编码端对各个帧不
利 用 时域相关 性进 行独 立 编码 （ ＷＺ帧仅 利 用 一 对
用 ｈｓ 辅助运动估计 ， 而提高运动估计可靠性 ， ａ ｈ 从
个量化器和信道编码 ， 编码端仅传输信道编码产生
的伴 随式 ｓ ， ）而解码端利用相邻帧的时间相关性进 行解码（ 首先利用 已解码的相邻帧产生边信息 ， 然 后用边信息进行信道解码 和量化重构） 从 而将运 ，
插 （ ｔ ｐｌ ｉ ） Ｉ ｅ ｏ ｔｎ 或者外插（ ｘ ａｏ ｔｎ 产生的信 ｎ ｒ ａｏ Ｅ ｔ ｐｌｉ ） ｒ ａｏ 息 。一般而言 ， 边信息越精确 ， 则整个 Ｄ Ｃ系统的 Ｖ 性能越好。为 了提高边信息 的性 能， 现有 Ｄ Ｃ方 Ｖ 案利用解码端恢复的相邻帧进行运动估计 内插 以
收 稿 日期 ：０ １１ ． ２ １－２１ ９
并最终得到高性能的边信息。然而， 由于编码端需 要传送 ｈｓ 信息 ， ａ ｈ 会增加 系统的码率 ， 而影 响整 从
体系统性能。在上述两种边信息基础之上 ， ． ａ Ｄ Ｖｒ — ｏａａ 等提 出一种无监督学 习运动矢量Ｌ ｄｙｎ ４ 刮的边信
Ｄ Ｃ 中 ， 信 息 性 能 对 系统 性 能 影 响很 大 ， Ｖ 边 一般 而 言 ， 信 息 性 能 越 好 ， 边 则整 个 系统 压 缩 性 能 越 好 。 本 文
研 究 了一种基 于贝叶斯 准则的期望最 大化 （ ｘｅｔ ｉ ａｉ ｉ ｔ ｎ Ｅ 边信 息产生方 法， Ｅ ｐｃ ｔ ｎＭ ｘｍｚ ｉ ， Ｍ） ａｏ ａｏ 并从运 动搜 索模 板和初 始概 率模型 两方 面对 Ｅ 算法提 出了改进 。实验表 明， 几乎相 同的率失真性能 下， Ｍ 在 两种 改 进算法的学 习时间分别缩短 了 ３ ％和 １ ％。 Ｏ ６
关键词 ： 期望最 大化算法 ； 解码端边信息 ； 分布式视频编码 ； 始概 率模 型； 初 菱形搜索模 型
中 图 分 类 号 ：信 技 术 的飞 速 发 展 ， 能 耗 视 频摄 低
动估计等计算量较大 的去时域相关算法从编码端
文 章编 号 ：６ ３— ０７ ２ １ ）２—０８ ０ １７ ２５ （０ ２ ０ ０ ８－ ５
基 于改进 期 望 最大 化 算 法 的分布 式 视 频 编 码
李 志宏 ， 海 芳 王
（ 太原科 技 大 学数 字媒体 与通 信研 究所 ， 太原 ００ ２ ） ３０４
摘 要： 目前 ， 分布式视 频编码（ Ｖ 由于具有低 复杂编码特性 而成 为视 频编 码领域 的研 究热 点。 Ｄ Ｃ）
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息生 成方 法 ， 用 Ｗｙｅ—ｉ 流 来 学 习前 向运 动 利 ｎｒ ｖ码 Ｚ 矢 量 ， 之 为期 望最 大 化算 法 （ ｘｅｔｔｎＭａｉｉ 称 Ｅ ｐｃａｏ ｘｍ— ｉ ｚｔｎ Ｅ 。实 验 结 果 表 明 ， Ｍ 是 目前 性 能 最 好 ａｉ ，Ｍ） ｏ Ｅ 的边信 息生 成 方法 ， 同 时也 是 计 算 复杂 度 最 高 的 但 方 法 。对此 ， 进一 步提 高 Ｅ 为 Ｍ算 法 的实 用性 ， 需要 在 保持 其性 能 的前 提 下 ， 减低 其 算 法 的 复杂 度 。在
第３ ３卷 第 ２ 期
２１ ０ ２年 ４月
太
原
科
技 大
学
学
报
Ｖ １ ３ Ｎ ． ｏ ３ ｏ２ ．
Ａ ｒ２ １ ｐ．０ ２
Ｊ Ｕ Ｎ ＬＯ Ａ Ｙ Ａ ＮＶ Ｒ ＩＹ Ｏ Ｃ Ｅ Ｃ Ｎ Ｅ ＨＮ Ｌ Ｇ Ｏ Ｒ Ａ ＦＴ Ｉ Ｕ Ｎ Ｕ Ｉ Ｅ ＳＴ ＦＳ Ｉ Ｎ Ｅ Ａ Ｄ Ｔ Ｃ Ｏ Ｏ Ｙ
基金项 目： 国家 自然科学基金 （ １７ １２ ； ６０ ３ ４ ） 山西省国际科技合作 项 目（ ０ １８ ０５ ２ １０ １５ ）
作者简介 ： 志宏 （９０ ， ， 李 １７ 一）男 副教授 ， 主要研究方 向为数字媒体编码与加密技术 。
第３ ３卷第 ２ 期
李志宏 ， 基于改进期望最大化算法的分布式视频编码 等：
码的“ 高复杂度编码低复杂度解码” 特点形成对 比 （ Ｈ ２４ 由于其 编码端使用 了复杂 的运动估计 如 ．６ ，
算法 ， 编码算 法大致 是解 码算 法 的 ５ｌ ） 对传 其 一 ０倍 ，
统算 法 提 出了挑战 。 分 布 式 视 频 编 码 （ ｉｒ ｕｅ ｉｅ ｏ ｉｇ Ｄ ｓ ｉ ｔｄ Ｖｄ ｏ Ｃ ｄｎ ， ｔｂ
复杂 度较 高 的 解 码 算 法 。这 种 要 求 和 传 统 视 频 编
些特点使 其 非常适 用 于上 述 的低 能耗 视频 摄 取
设备。
Ｄ Ｃ中， Ｖ 边信息（ ｉ ｆｍ ｔｎ Ｓ） Ｓ ｅ ｎ ｒ ａｏ ，Ｉ是一个很 ｄ ｉｏ ｉ
重要 的 因素 ， 是 由相邻 帧 根 据 时域 相 关性 采 用 内 它
产 生边 信息 ＿ ， ｌ 然而 ， 引 因为恢 复 帧不 准 确 引起 了不
Ｄ Ｃ 是 适应 低复杂 度编 码 而 出现 的一 种 新 型视 Ｖ ） 频 编码 方法 ， 框架 如 图 １所示 。视频 帧分 为关 键 其
帧（ ｅ ａ ｅ 和 Ｗｙ ｅ－ｉ （ ｒｍ ） 对关 键 Ｋ ｙｆ ｍ ） ｒ ｎｒ ｖ帧 ＷＺ ｆ ｅ ， Ｚ ａ
准确的运动估计 ， 最终造成边信息性能的下降。为
进一步 提高 边信 息性 能 ， ａｏ Ａ ｒｎ提 出一 种 ｈｓ 信 ａｈ边 息算法 Ｊ编 码 器将 当前 ＷＺ帧 的某 些 特 征 （ 小 ， 如 波高 频系数 ） 表示 为 ｈｓ 传 到 解 码 器 ， ａｈ并 解码 端 利
帧采用 传统 的帧 内编解 码 方 法 ， ＷＺ帧 采 用 一种 对
转移 到解码 端 ， 现 了 复杂 度 较 低 的编码 算 法 （ 实 虽 然其解 码 端造成 了较 高 的计 算复 杂度 ） Ｖ 。Ｄ Ｃ的这
取设备大量涌现 ， 如移动摄像机、 无线传感器 网等。
由于 这些设 备 的电池 能 量 和 内存 非 常 有 限 ， 它们 要
求复杂度低的编码算法 ， 而其解码端由于连接强计 算能力的中心计算机（ 比如移动基站等） 可以容忍 ，