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多描述编码原理及其应用 　　摘 要：对多描述编码的实现原理进行了描述，并说明了多描述编码在视频领域中的应用，对多描述编码技术的前景进行了展望。? 　　关键词：多描述编码；视频多描述编码；图像编码? 　　中图分类号：TP31文献标识码：A文章编号：1672-3198（2008）04-0275-01?? 　　 　　1 多描述编码原理? 　　 　　多描述编码假设在信源和信宿之间有多个信道，一个信源通过多描述编码器生成多个编码码流（每一个码流称为一种“描述”），这些同等重要的码流通过独立的信道传送到解码端，解码器最少接收0个描述，最多接收?n个描述，总共有n种?接收情况。显然接收到的描述数目不同，解码器能恢复的信源程度也不同，当所有描述都收到时，能最大限度地恢复信源，收到的描述越少，恢复得效果越差。? 　　有关收到描述与信源失真之间的关系一直是多描述编码的难点，在理论上它等价于多用户的信息率失真问题，但在应用中完全由理论指导实践，还要考虑算法复杂度、算法效率等实际问题。目前对于两描述（?n?=2）的情况，已经在理论上取得了一些结论。? 　　这只是简单的高斯无记忆信源时的情况，实际的信源比这要复杂得多，有关多描述编码的理论研究工作还一直在进行中。? 　　 　　2 视频多描述编码? 　　 　　2.1 多描述量化? 　　多描述量化的基本思想是对一信源使用多个不同的量化过程，产生不同的量化结果。这种方法的主要问题在于冗余度较高，因此如何设计出比较好的量化过程，既不会产生很大的冗余，又能达到理想的效果成为关键。? 　　2.2 多描述相关变换? 　　DCT变换的作用是去相关，但若信源被编码成多个描述，要从收到的描述中恢复出丢失的描述就需要这些描述之间有一定的相关性，因此需引入相关。设A、B表示输入，C、D表示输出，T是相关矩阵，则T控制着C、D之间的相关程度，也控制着多描述相关变化的冗余度，T要求是可逆的。? 　　2.3 多描述运动矢量? 　　多描述运动矢量指的是将运动矢量包含在不同的描述之中，主要 　　?C?D=TA?B?的问题是当某个描述丢失时，如何从已收到的描述中恢复出丢失的运动矢量。? 　　2.4 多描述时间预测? 　　利用时间预测进行多描述编码，最简单的方法是将奇偶帧放在不同的描述中，但这种方法会引起编码效率降低，因为帧之间的间隔变大了，相应地帧之间的冗余就减小了，而且这样做也不利于丢失帧的恢复。在实际应用中需要进行改进。? 　　前面多次提到多描述编码的一个优点是可以提高数据可靠性，它的另一优点是有利于差错掩盖和状态恢复。传统方法中若某帧丢失，只能用利用丢失帧的前一帧进行恢复，在多描述编码中，可以得到丢失帧的前后帧，利用这两帧显然可以更好地恢复出丢失帧。状态恢复的问题和运动补偿内插（MC-I）问题有类似之处，它也是利用前后帧来预测当前帧。运动补偿内插的许多算法和思想都可以用到状态恢复中来。但它们又是不相同的，MC-I是为了让观看效果更好，而状态恢复时为了产生被破坏帧的精确估计，使之作为后继帧的参考帧。因此对状态恢复来说，预测精度相比视觉效果而言是更重要的。多描述编码的优点还包括：多描述编码系统可以获得较高的压缩效率，同常规的单描述符（SD，single description）压缩原理相比，它压缩所得的总比特率只比后者略高；多描述编码系统可以在支持不同比特率的路径上成功运行，MPEG-4 V2（具备NEWPRED功能）、H.263V2（具备RPS功能）和H.264/AVC，这些视频编码标准的增强层都支持多描述编码。? 　　 　　3 多描述编码的研究展望? 　　 　　多描述编码问题虽然早在20世纪70年代就被Bell实验室提出，但是真正研究的时间还是近十年，多描述编码已经得到了很多非常有意义的结果，有了很多构造编码器的有效算法，其理论已经达到了一定的深度。由于其研究难度以及相关技术的不断发展，目前还存在一些需要进一步研究的问题。主要有以下几个方面：? 　　（1）理论上有待研究的工作。首先是率失真区域的研究，到目前为止，在多描述编码中，我们所完全知道的可达到的率失真区域仅仅是在无记忆高斯源在MSE失真下的率失真区域。其次是多描述的推广，到目前为止，人们只对两个信道的情况给出了较为充分的理论分析用于指导具体系统的设计，而对于多个信道，目前只有一些具体算法的提出，对最终系统的性能实际上并没有具体的分析。? 　　（2）基于ROI的多描述编码。假如不考虑图像中不同内容对图像的不同重要性而同等对待，必然会降低编码效率。为此，可以将感兴趣区域（ROI）与多描述编码结合起来，对ROI分配更大的冗余或使其比特率在整个描述中所占的比重加大。虽然现在已经有了一些文献在多描述编码问题中考虑了ROI的编码，