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渐进精细可分级编码方法 钟代笛，张琦 (北京广播学院电视工程系，北京l00024) 摘要：本文介绍了一种渐进精细可分级视频编码方法。这种方法改变了传统的可分级编码的 粗糙的分级模式，可以获得从低分辨率到高分辨率的渐进的可分级码流，并且能自适应于带 宽时变的信道，能够满足不同用户的需求。 关键词：渐进精细可分级， 视频编码， 增强层， 基本层， 精细可分级 1．前言 Fine 本文探讨的是一种全新的可分级视频编码技术：渐进精细可分级编码(Progressive Granularity Scalability)。这种方法能够依据传输带宽的情况提供极高的编码效率。与以前的FGS 不同的是：当前编码帧中的一些增强层是以参考帧中的高质量的增强层作为参考对象的，这 使得预测更准确，而且编码效率更高。 2．背景知识 因为视频数据的容量很大，需要在压缩后才能在网络中传输，为了适应不同带宽的传输 通道，只能针对特定的传输速率做最佳的压缩。另一方面，编码端无法得知解码端是否能完 全解码所收到的数据，也就是不能知道解码端接收信号的能力和计算能力。若要圆满的完成 视频数据传输任务，则必需做到以下两点： a．编码端需知道传输通道容量 b．解码端需具备将所接受的数据完全解码的能力 但在实际的网络传输中，这两个条件很难满足。传输通道的传输能力和解码端的解码能力都 是多种多样的。因此，我们必需寻找一种能应付各种传输能力的编码方式，使用户在任何情 况下都能接收到可用的数据。 为了解决“传输带宽波动”和“包丢失”这两个主要的问题，前人做了许多相关的研究： 一种方法是对视频序列进行可分级的压缩编码，基本技术主要是DCT和DWT。虽然DWT因 其国有的时、空可分级特性在近几年倍受青睐，但它在复杂度和实现的难易程度上仍与DCT 有差距。 另一种颇具影响力的方法就是MPEG．4的精细可分级编码(FGS)。它的主要特性是：其 基本层使用基于分块运动补偿和DCT变换的编码方式；增强层使用位平面编码技术对DCT 残差进行编码来覆盖网络带宽的变化范围：每一帧的增强层码流可在任意一点截断；解码器 重建的视频质量与收到并解码的比特数成正比。FGS的结构如图一所示，图中上部的块代表 所有增强层的集合，图中的虚线表示传输通道带宽的变化，带宽窄时自动截断高层的增强层 数据流，降低的服务质量：频带宽时有更多的增强层数据通过。 在这种编码方法中．经过编码后的视频信号，其基本层能够适应于最小的传输带宽，保 证最低的服务质量。基本层加上不同级增强层可适应不同带宽的网络传输，服务质量能逐级 提高。FGS的所有增强层都以参考帧中的基本层为参考对象进行预测。因此出现在增强层中 的错误不会引起后续帧的错误飘移(drifting)。这种嵌入式的增强层能适应于任何传输带宽。 然而，由于FGS的预测总是基于最低质量的基本层，所以预测误差较大，编码效率不太 高。因此若提高FGS的变码效率，必须提高它用作运动估计和预测的参考图像质量。而PFGS ——486—— 则可以较好的解决这个问题。 与FGS相似，PFGS也是将视频数据编成多层服务质量(QoS)数据，包含一个低质量的 基本层和一些质量逐级递增的增强层；不同的是，PFGS不是只用基本层做参考来进行预测， 还要用到某些增强层来做参考。这样就使得运动估计更为准确，预测残差值减小，编码效率 提高。当然，何时以及如何用较高质量的增强层来代替基本层是个关键问题，既不能引起错 误飘移，又不能影响分层的质量特性，如带宽自适应性和容错能力。 图一FGS的结构 3．PFGS的基本结构 PFGS的结构有两个重要的特点： 一、尽量多的使用同层的数据来做参考，以提高编码效率。 二、保持一个从低到高的预测路径，以利于数据恢复和网络带宽自适应和错误恢复。 第一点使得预测更准确；第二点则消除了错误漂移的影响。这样一来，我们就不用再重新 传输任何的丢失的数据包，因为高层的数据在经过了一定数量的帧后能够自动恢复质量。图 二详细的说明了PFGS的结构。在这个结构中第二