1、1分布式视频编码技术研究进展摘要：目前，作者在对分布式视频编码的文献进行了分析和综合，本文就分布式视频编码的概念进行简要的叙述，对分布式视频编码技术的进展进行必要阐述，最后总结了当前分布式视频编码存在的问题和未来发展的展望。 关键词：分布式视频 视频编码 技术研究 研究进展 中图分类号：TN762 文献标识码： A 分布式视频编码（Distributed Video Coding）是基于 Slepian-Wolf 理论和 Wyner-Ziv 理论，对两个或多个独立同分布的信源进行独立编码，然后由单一解码器利用信源之间的相关性对所有编码的信源进行联合解码。 分布式视频编码技术与传统的视频编码技术
2、之间的区别是，传统的视频编码技术标准通常是用于在编码端充分挖掘视频信号的冗余信息，因此编码复杂度一般是解码复杂度的 510 倍，适合于对视频信号一次编码、多次解码的场合，例如视频点播、视频广播、视频光盘存储等，而分布式视频编码具有编码器复杂度低、编码端耗电量低、容错性好等特点，适合于一些计算能力、内存容量、耗电量都受限的无线视频终端。例如无线视频监控系统和视频传感器网络等。 2通信技术与计算机技术的飞速发展，使得大数据量的图像视频类的多媒体信号，在无线网络上的实时传输成为令人瞩目的热点，也引发大量的专家对它进行研究的热潮。尤其是高速无线网络所配备的摄像头，配备的摄像头具有视频采集、编码、传输能
3、力的无线手持设备的发展，为数据量的无线视频提供了发展的平台与必要的环境。近年来，关注较多的无线视频传感网络中，经常使用带摄像机的无线视频节点来处理和存储，及时拍摄到的视频与画面，再上传到网络的固定基站。这些应用的场合，应满足以下要求，首先电池的容量是有限的，所以无线视频编码器必须要做到低的功耗和低复杂度，进而保障电池的容量是有限的客观条件。同时受传输速率各方面的限制，所以无线视频编码器必须要具有高压缩效率，并且它采用了无线接入与传输的方式，更要求视频信号传输必须具备强的健壮性。相对而言这些应用领域比较简单，所以编码设备相对简单，解码设备拥有资源较多可进行高复杂的计算，因此传统视频编码技术已无法
4、满足日新月异的高科技发展，继续进行开发与在研究显得刻不容缓。 一、分布式视颇编码的研究现状 目前，关于分布式视频编码的研究才刚刚起步，主要的编解码算法有：Bernd Girod 等提出的 Wyner-Ziv 视频编码，Ramchandran 等提出的 PRISM ( Power-efficient Robust high-compression Syndrome-base Multimedia)视频编码， Zixiang Xiong 提出的分级 Wyner-Ziv 视频编码，基于小波编码的分布式视频编码方案，Sehgal 等提出的“state-free”分布式视频编码方案。 3以上这些分布式视
5、频编码都在编码端，以各帧图像当成“独立信源” ，各帧之间进行独立的编码，编码的方式仍然类似于传统的帧内编码，换句话来说，也就是在解码端，利用时域相邻帧的高度相关性，对已解码重建顿运动进行估计，因而进行时域内插求取边信息，最后边信息用于Slepian-Wolf 解码和当前解码帧的再次重构。 在分布式视频编码系统中的解码端，需运动估计开发时域相邻帧的信息，系统中的编码器比较简单，计算量较大的帧间预测可转移到解码端。当今的视频压缩编码技术，已广泛应用于图像视频的各个领域，取得了一定的成功。一种全新的视频编码框架分布式视频编码 DVC 实现系统备受国内外学者专家的重视与关注。 20 世纪 70 年代，
6、在理论上证明了多个相关信源独立编码联合解码同样可达到联合编码联合编码的编码效率。 2002 年，有学者进行了分布式视频编码的实现算法研究，而且取得了一定的成果并且在全世界范围内引起广泛关注。在前一段的初步研究基础之上，全新框架的视频编码有以下特点，低复杂度的编码和高复杂度的解码，对易产生误码的通信网络具有较好的健壮性，比如无线通信网络，较高的压缩效率，易形成分级编码码流，分布式视频编码适合便携式、带宽不受限制、耗电低的无线视频发送终端，对未来的无线视频信号编码和传输提供竞争力强的解决方案。研究的不断深入，分布式视频编码被用来解决更广泛的问题，例如低复杂度编码、信息安全、可伸缩编码、多描述编码、
7、多视角编码、抗误码传输及光场编码等等问题。 一般而言，WZ 编码器被认为是由一个量化器和一个 SF 编码器组成，4量化器是关键的一个环节，因为图像的失真与否是由量化器直接决定的。分布式编码中的解码器是整个编码系统结构的关键。最简单的分布式视频编码一般是在像素域进行的，直接对帧的像素数据进行 WZ 编码，然而这种方法没有办法利用图像的空间统计相关性。分布式视频解码器由 SF解码器、边信息生成模块以及重建模块组成。 二、分布式视频编码技术的研究展望 分布式视频编码的理论的可行性是 20 世纪 70 年代进一步论证的，其实际编码系统的研究是近些年才起步。分布式视频编码与无线视频通信发展背景密切相关。
8、分布式视频编码的思想与传统视频编码明显不同，分布式视频编码技术是一种新的视频编码框架，分布式视频编码的可选方案有很大的竞争力。 当下对分布式视频编码的研究，已获得到了较多的成果，但是距离真的的用于实践还有很大的差距，现在还存在一些仍需再研究的问题，主要有以下几个方面 边信息估值和解码重建问题，分布式视频编码的突出难点是怎样准确的估计边信息。考虑到编码复杂度和压缩效率的特性，编码端不可能提供过于多的比特负载，在解码端通过对已解码的重建帧做运动估计，用先验数学概率模型进行边信息的估值。并且在解码重建函数中，需要考虑边信息估值错误或者说当前的帧传输出错，应该如何实现解码的最佳重建。采用何种方式的运动
9、估计算法才能得出更为精确的边信息，怎样构建更佳的解码重建函数，现今只有一些改进的算法被提出来，但这些算法仍然缺乏详细的实验数据和理论分析。 5当前解码帧和边信息的概率统计模型主要是基于 turbo, LDPC和 syndrome 的分布式编码是比较典型的信道编码。分布式视频编码把每帧图像看成彼此相关的信源，分布式信道编码概念就这样被引人视频编码领域。曾经有文献对这种概率模型做了初步的探索，目前仍然在等待待进一步的深人研究。 分布式视频编码由无线视频通信的需求被提出，并引起广泛关注。应用于无线环境下的分布式视频编码系统对编码器的要求苛刻，编码复杂程度和编码压缩效率是紧切相连的。如何去平衡这两者的
10、关系，（编码复杂度和编码的压缩性能）成为当下分布式视频编码的一个重要课题。有相关的文献分析和研究了这个问题，指出目前我们仍需要研究更精确的数学模型，从而更好地解决这个问题。 分布式编码的抗误码特性和可分级性，在无线信道误码易发环境下，要进行可靠视频通信，需要对编码端进行抗误码控制，视频编码的可分级性是指编码器提供的一种码流表示，这种码流能解决视频传输网络或者终端出现的异质问题，分级编码的码流不仅包括提供基本视频质量的基本层，还包括基本视频质量的一个或多个增强层。对于这两种的性质，也有文献对其做了阐述和说明，但仍需跟着时代的进步，进一步进行完善与发展。 在 Affine 或 Huber-Mark
11、ov 随机场或者光流的运动模型的基础上，进行行之有效的边信息生成，对于采用何种方式的运动估计算法才能计算出更为精确的边信息，如何进一步构建更佳的解码重建函数，目前我们只有一些具体的改进方法提出，就目前的情况来看，这些算法仍缺乏6详细的实验数据和理论研究分析。 视频压缩，DVC 都是一种全新的框架，这种框架包括传统信源信道编码中常用的环节，如纠错编码、运动估计、码率控制、变换、量化等环节，但是目前的这些还远远不足以达到目标，仍需在新的框架下重新设计和进一步的优化，除此之外，DVC 中还有些特有的环节，如联合解码算法、边信息的产生、虚拟信道统计相关性的估算等环节，还需要广大的学者专家一起共同进行探讨，进一步深入研究相关的理论，使分布式视频编码技术研究有更好的发展。 参考文献： 1 邸金红.分布式视频编码关键技术研究D.北京邮电大学,2012. 2张翾. 分布式视频编码的关键技术研究D.西安电子科技大学,2009. 3王尊亮,李学俊.分布式视频编码技术研究进展J.计算机工程与设计,2010,03:550-554. 4房胜,钟玉琢.分布式视频编解码技术的研究进展J. 计算机工程与应用,2005,21:45-48.
