基于人眼觀測(cè)特性的視頻編碼技術(shù)研究.pdf

1、傳統(tǒng)的混合視頻編碼框架立足于經(jīng)典的率失真理論，利用視頻流的時(shí)間冗余、空間冗余和碼字冗余壓縮信息。H.264/AVC的提出是一個(gè)里程碑，其高效的編碼效率將混合編碼框架的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮到了極致。但是，混合編碼框架并沒有深入研究人眼視覺系統(tǒng)對(duì)視頻信號(hào)的理解機(jī)理，因此不可能充分地壓縮視覺冗余。如果能夠使編碼器模擬人眼的行為首先對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行分析，再有選擇地編碼，這將極大地改變現(xiàn)有編碼器的設(shè)計(jì)思路并且有效提高編碼效率。為此，本文在混合編碼框架的基礎(chǔ)上，

2、分四個(gè)部分重點(diǎn)研究了基于人眼視覺系統(tǒng)觀測(cè)特性的新型視頻編碼框架。
　　 在第一部分中，本文深入研究了人眼視覺系統(tǒng)對(duì)視頻信號(hào)的理解機(jī)理，將人眼的主觀感知上升為了一個(gè)可計(jì)算的工程模型。一個(gè)有效的人眼感知特性計(jì)算模型可以看成是視頻編碼的前處理模塊，它使編碼器能夠智能地分析提取視頻流的內(nèi)容，依據(jù)其視覺重要性級(jí)別選擇不同的編碼策略。在時(shí)域里，由于人眼對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)域比較敏感，所以可根據(jù)運(yùn)動(dòng)特征區(qū)分不同觀測(cè)區(qū)域的重要性級(jí)別。對(duì)于運(yùn)動(dòng)區(qū)域提取，傳統(tǒng)

3、技術(shù)首先假設(shè)攝像機(jī)靜止，再對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)域進(jìn)行學(xué)習(xí)和跟蹤。但是，在許多現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，攝像機(jī)是運(yùn)動(dòng)的，因此傳統(tǒng)技術(shù)不再適用。為了解決攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)帶來的問題，首先估計(jì)攝像機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，再進(jìn)行背景建模，最后提取出運(yùn)動(dòng)前景。在空域里，對(duì)比度是影響人眼觀測(cè)結(jié)果的一個(gè)重要因素，對(duì)比度強(qiáng)烈的區(qū)域更容易引起觀測(cè)者的注意。為了反映對(duì)比度的分布狀況，提出視覺對(duì)比度由相鄰象素的亮度差和空間距離綜合決定。由于觀測(cè)結(jié)果受視頻信號(hào)時(shí)域分量和空域分量的綜合影響，因此提出了一個(gè)

4、融合運(yùn)動(dòng)區(qū)域提取和對(duì)比度圖的綜合技術(shù)方案。
　　 在第二部分中，本文提出了一種恰可觀測(cè)失真（JND）的建模方案。JND描述了可見失真的最小值，小于JND的一切失真都是可以容忍的，因此JND建模意義重大。人眼感知特性計(jì)算模型為JND建模提供了技術(shù)基礎(chǔ)。為了有效將JND和視頻編碼結(jié)合，論文考慮在象素域中進(jìn)行JND建模，因此選用背景亮度子模型和紋理掩膜子模型計(jì)算JND。對(duì)于背景亮度模型，本文結(jié)合前人成果，提出了一個(gè)低復(fù)雜度的適用于視頻

5、系統(tǒng)的背景亮度模型。對(duì)于紋理掩膜模型，設(shè)計(jì)了一個(gè)簡(jiǎn)單有效的十字交叉算子檢測(cè)圖像的紋理強(qiáng)度和分布，從而以較低的計(jì)算復(fù)雜度得到了較好的掩膜效果。
　　 在第三部分中，本文將JND和H.264/AVC編碼器結(jié)合，充分利用H.264/AVC提供的高效的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法，運(yùn)用前向量化技術(shù)和JND預(yù)測(cè)技術(shù)有效地壓縮視覺冗余。JND度量了人眼對(duì)失真的敏感程度，JND大的視頻信號(hào)抗失真的能力強(qiáng)，就允許使用粗糙量化。因此，可以使用JND控制量化的精度

6、和編碼碼率。另外，為了避免產(chǎn)生旁信息影響編碼效率，進(jìn)一步提出了基于H.264/AVC運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)腏ND預(yù)測(cè)技術(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不降低視頻主觀質(zhì)量的前提下，和H.264/AVC主檔編碼器比，基于人眼視覺特性的編碼框架可以降低5％～45％的輸出碼率。
　　 最后，本文利用人眼視覺特性對(duì)傳統(tǒng)視頻編碼的若干關(guān)鍵模塊進(jìn)行了擴(kuò)展和改進(jìn)，主要包括：1）提出一種基于宏塊平坦程度的環(huán)路濾波算法，它可以依據(jù)視頻內(nèi)容的特性自適應(yīng)地調(diào)整濾波強(qiáng)度，實(shí)驗(yàn)結(jié)