視頻編碼中率失真優(yōu)化技術(shù)相關(guān)研究.pdf

1、多媒體業(yè)務(wù)的快速發(fā)展和用戶(hù)對(duì)視頻質(zhì)量需求的不斷提升,促使了視頻編碼技術(shù)不斷地改進(jìn)和更新。目前視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264/AVC憑借其高的編碼性能已廣泛滲透到各種媒體產(chǎn)品中。然而由于具有更好的用戶(hù)體驗(yàn),超高清視頻業(yè)務(wù)逐步走入人們視野,但其龐大的數(shù)據(jù)量使得存儲(chǔ)和傳輸面臨嚴(yán)峻的考驗(yàn)。為此視頻編碼聯(lián)合小組JCTVC制定了下一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.265/HEVC,以進(jìn)一步提高視頻壓縮效率。
　　在視頻編碼中,率失真優(yōu)化技術(shù)扮演著關(guān)鍵的角色。它指導(dǎo)

2、著編碼器中模式判決和碼率控制這兩個(gè)重要模塊的運(yùn)行,以保證編碼模式的選擇、碼率的分配和量化參數(shù)的確定更加地合理高效。因此本文重點(diǎn)研究了基于率失真優(yōu)化的H.264/AVC、H.265/HEVC模式判決模塊,以及H.265/HEVC碼率控制模塊。此外本文還研究了有關(guān)質(zhì)量測(cè)度的模型。主要研究成果包括:
　　1.針對(duì) H.264/AVC中模式判決的高復(fù)雜度問(wèn)題,提出一種快速碼率估計(jì)算法。本文首先分析了上下文自適應(yīng)二元算法編碼(CABAC)的

3、基本原理,以及殘差塊所涉及的各個(gè)語(yǔ)法元素特性?；谶@種分析,提出一種有效的殘差碼率估計(jì)算法,用于代替模式判決中的實(shí)際CABAC編碼。一方面,本文所提算法可以準(zhǔn)確地估計(jì)殘差塊的編碼碼率。另一方面,其設(shè)計(jì)適于硬件的并行運(yùn)算,可以進(jìn)一步節(jié)省編碼時(shí)間。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,H.264/AVC模式判決中的CABAC編碼復(fù)雜度可降低約57％,而視頻質(zhì)量幾乎不受影響。
　　2.針對(duì)H.265/HEVC的編碼復(fù)雜度問(wèn)題,提出一種新的快速模式判決算法。考慮

4、到視頻幀的紋理特性和其編碼中所采用的量化參數(shù)影響最優(yōu)編碼單元(CU)模式的選擇,提出在CU模式判決過(guò)程中,使用最大編碼單元初始分割深度預(yù)測(cè)算法跳過(guò)部分大塊CU的模式判決;使用提前終止CU模式算法避免小塊CU的模式判決。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比于原始的 H.265/HEVC編碼算法,本文所提算法可平均降低51%的編碼復(fù)雜度,而編碼碼率平均只上升了0.69%。
　　3.針對(duì)H.265/HEVC編碼器,提出一種考慮視頻內(nèi)容特性的幀層碼率分配算

5、法。一般的,視頻內(nèi)容特性不同,其編碼輸出的比特?cái)?shù)就有所差異。為了保證目標(biāo)碼率與編碼碼率的一致性,在進(jìn)行幀層目標(biāo)碼率分配時(shí),應(yīng)考慮幀內(nèi)容的復(fù)雜度。本文首先從理論推導(dǎo)的角度得出幀內(nèi)容特性與碼率之間的關(guān)系。然后提取出反映幀內(nèi)容特性的參數(shù),建立一種更有效的幀層碼率分配算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所提算法可以使幀層目標(biāo)碼率與編碼碼率保持更好的一致性,且重構(gòu)視頻質(zhì)量平均提高了0.128dB。
　　4.針對(duì)H.265/HEVC的幀間殘差,提出了一種

6、考慮變換系數(shù)依賴(lài)性的碼率模型。碼率模型的建立受信源特性和具體編碼算法的影響。本文首先分析了幀間塊內(nèi)變換系數(shù)的分布情況,提出使用基于TU層的混合拉普拉斯概率模型來(lái)描述信源特性。其次考慮到變換系數(shù)之間存在依賴(lài)性,且這種依賴(lài)性被用于 CABAC中,因此提出使用互信息量來(lái)衡量 CABAC編碼后不確定性的減小量,最終利用條件熵來(lái)預(yù)測(cè)幀間殘差系數(shù)的編碼碼率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文所提的碼率模型具有高的準(zhǔn)確性。此外本文所提模型可以擴(kuò)張到其他使用CABAC

7、編碼的視頻編碼器中,用于碼率模型的設(shè)計(jì)。
　　5.針對(duì)客觀質(zhì)量,提出了一種考慮丟包內(nèi)容特性的無(wú)參考質(zhì)量測(cè)度模型。丟包是引起網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音質(zhì)量下降的主要因素,其影響程度不僅與丟失包的個(gè)數(shù)有關(guān),而且與丟失包的內(nèi)容特性有關(guān)。首先利用話(huà)音激活檢測(cè)技術(shù)和未丟幀的電平來(lái)判斷丟失包的內(nèi)容特性,然后統(tǒng)計(jì)語(yǔ)音包的丟失率,進(jìn)而提出一種無(wú)參考的網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)價(jià)模型來(lái)預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)失真語(yǔ)音質(zhì)量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,相比于國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)G.1070中的語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)價(jià)模型,本評(píng)價(jià)模型