監(jiān)控視頻編碼與超分辨率重建方法研究.pdf_第1頁(yè)
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文檔簡(jiǎn)介

1、隨著視頻監(jiān)控市場(chǎng)的迅速增長(zhǎng)、網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的日益普及,迫切需要對(duì)海量數(shù)字化監(jiān)控視頻進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)和后處理與分析。高效率的視頻編碼技術(shù)是解決這些問題的關(guān)鍵。然而在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中產(chǎn)生了許多問題,主要包括以下三個(gè)方面:第一,當(dāng)視頻序列受到各類環(huán)境引起噪聲的影響時(shí),視頻編碼的效率明顯下降;第二,雖然H.264/AVC等新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)獲得了較高的壓縮效率,但其編碼控制模型非常復(fù)雜,至今還難以在硬件編碼端上實(shí)現(xiàn)其全部特性;第三,由于新

2、一代標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜度較高,給視頻監(jiān)控系統(tǒng)的后處理和分析帶來(lái)了更高的難度。本文圍繞著實(shí)施監(jiān)控視頻編碼方案時(shí)所遇到的編碼噪聲魯棒問題、在計(jì)算資源受限系統(tǒng)上編碼器的復(fù)雜度和編碼速度問題、以及壓縮視頻后處理增強(qiáng)問題,開展了相關(guān)研究。
   本文研究了視頻編碼的基本原理和基于新一代混合編碼框架的視頻編碼技術(shù),包括我國(guó)針對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)制定的AVS-S標(biāo)準(zhǔn)中的關(guān)鍵技術(shù)。指出了目前研究的缺陷和遺漏之處,并說(shuō)明了本文研究范圍與這些技術(shù)的區(qū)別。

3、   監(jiān)控視頻序列中的噪聲對(duì)H.264編碼模型產(chǎn)生了影響,幀間預(yù)測(cè)編碼受噪聲干擾后的不準(zhǔn)確性是帶來(lái)其編碼效率下降的根本原因。提出了一種基于聯(lián)合匹配準(zhǔn)則和運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)時(shí)空濾波的宏塊預(yù)分類方法。首先利用對(duì)噪聲不敏感的匹配準(zhǔn)則初步判斷當(dāng)前宏塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。其次對(duì)已編碼幀的運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)進(jìn)行時(shí)域和空域?yàn)V波,消除噪聲運(yùn)動(dòng)矢量并獲得更能精確描述當(dāng)前運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)。最后根據(jù)當(dāng)前編碼宏塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)限定其編碼模式。通過(guò)改進(jìn)的匹配準(zhǔn)則和運(yùn)動(dòng)矢量場(chǎng)濾波兩方面

4、幫助編碼器提高其噪聲魯棒性,而且算法計(jì)算復(fù)雜度較小。對(duì)典型監(jiān)控序列的仿真實(shí)驗(yàn)表明,本文算法同H.264中的高復(fù)雜度率失真優(yōu)化算法相比較,獲得了平均超過(guò)0.08dB的性能增益,并平均節(jié)約了1.67%的碼流,與此同時(shí)還節(jié)約了平均62.86%的總編碼時(shí)間。實(shí)驗(yàn)證明本文算法具有一定的性能優(yōu)勢(shì)和較大的編碼速度優(yōu)勢(shì)。
   本文在總結(jié)當(dāng)前快速算法研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)目前快速算法的缺陷在于算法復(fù)雜度過(guò)高,從而給編碼器的硬件設(shè)計(jì)帶來(lái)了更大負(fù)擔(dān)

5、。為了降低在硬件上實(shí)現(xiàn)新一代混合編碼框架的難度,提出了一種基于統(tǒng)計(jì)判決的快速冗余預(yù)測(cè)模式消除方法。在遵循現(xiàn)有編碼流程的基礎(chǔ)上,通過(guò)提取部分已編碼模式的編碼塊模式和幀間預(yù)測(cè)開銷作為輔助判斷信息,將各模式編碼預(yù)測(cè)開銷之間的比值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)模型化,并作為是否采取當(dāng)前編碼模式的依據(jù)。利用統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律快速消除可能性較低的編碼模式。本文算法以極低的計(jì)算復(fù)雜度優(yōu)化了H.264模型的編碼流程。通過(guò)對(duì)國(guó)際通用視頻序列的實(shí)驗(yàn)表明,本文算法在平均綜合性能僅僅損

6、失了0.037dB的情況下,整體編碼時(shí)間縮減了12.3%。該方法幾乎沒有增加任何內(nèi)存開銷,為編碼器整體框架優(yōu)化提供了全新的解決思路。
   在壓縮視頻超分辨率重建方法方面,本文在總結(jié)了當(dāng)前基于壓縮視頻超分辨率重建研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,指出現(xiàn)有基于MPEG域的方法難以運(yùn)用到以H.264為代表的新一代視頻編碼技術(shù)上。另外本文研究了目前較好的一種空域變像元超分辨率重建模型,指出其更加適合于同一場(chǎng)景下視頻序列的超分辨率重建。最后提出了一種基

7、于宏塊多重描述的變像元超分辨率重建算法,通過(guò)在編碼端保存有效的宏塊多重描述信息并傳輸至解碼端,其中包括宏塊在相鄰幀之間的重要位移信息。在解碼端首先提取宏塊多重信息中的模式和運(yùn)動(dòng)矢量信息,在進(jìn)行精確匹配和定位之后將相鄰重建幀上的對(duì)應(yīng)整像素點(diǎn)投影到超分辨率重建圖像上,完成解碼端視頻圖像的增強(qiáng)。分別通過(guò)對(duì)空間分辨率、客觀重建性能和解碼端視頻序列超分辨率重建的實(shí)驗(yàn)證明了本文算法在主客觀性能上有著較好表現(xiàn)。本文算法實(shí)際上為壓縮視頻后處理和分析提供

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