高效視頻編碼的算法優(yōu)化及其擴(kuò)展研究.pdf

1、H.264是ITU-T的VCG和ISO的MPEG最近聯(lián)合開發(fā)的新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。H.264出色的編碼效率和有效的傳輸接口使得它可以廣泛應(yīng)用于IP網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)上的視頻業(yè)務(wù)。H.264存在著與早期的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相似地研究課題。 首先，編碼效率在比以前標(biāo)準(zhǔn)提高50％的同時(shí)，復(fù)雜度也增加了一個(gè)數(shù)量級(jí)。如何減少計(jì)算復(fù)雜度對(duì)H.264標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)應(yīng)用尤為重要。其次，H.264碼率控制方案假設(shè)視頻序列的幀與幀之間有一定的相關(guān)性，可以用前面的

2、編碼產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)信息指導(dǎo)當(dāng)前幀的碼率控制。然而，視頻序列幀與幀之間統(tǒng)計(jì)特性千差萬別，尤其在場(chǎng)景切換或者運(yùn)動(dòng)劇烈的情況時(shí)，前后幀之間的相關(guān)性消失或明顯減弱。這造成了序列前后編碼幀的圖像質(zhì)量有明顯的波動(dòng)。如何改進(jìn)碼率控制方案以降低前后幀解碼圖像的波動(dòng)對(duì)H.264的應(yīng)用也尤為重要。最后，H.264在提高50％編碼效率的同時(shí)，編碼復(fù)雜度也增加了十幾倍。單純從基于混合編碼框架上來提高編碼效率已越來越困難。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者逐漸加大了將人眼視覺特性應(yīng)

3、用到視頻編碼中的研究力度，以在進(jìn)一步提高編碼效率的同時(shí)，改善圖像的主觀質(zhì)量。如何將人眼視覺特性融合于編碼系統(tǒng)中，將是視頻編碼技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要問題。為此，本文將從降低編碼復(fù)雜度、碼率控制、視覺編碼這三方面進(jìn)行研究以優(yōu)化H.264的編碼算法。 第一，基于H.264實(shí)時(shí)應(yīng)用，本文對(duì)H.264編碼算法進(jìn)行優(yōu)化。針對(duì)編碼過程復(fù)雜度高的整數(shù)變換與量化、運(yùn)動(dòng)估計(jì)、預(yù)測(cè)模式選擇、參考幀選擇等模塊進(jìn)行深入的研究與分析，首先在像素域內(nèi)充分利用紋理

4、特性、相鄰塊的相關(guān)性以及已編碼塊的信息等，給出了一套快速算法，有效地減少編碼器的運(yùn)算量。接著從運(yùn)動(dòng)場(chǎng)的空域、時(shí)域分布的角度出發(fā)，基于幀內(nèi)模式選擇、幀間模式選擇，參考幀選擇與運(yùn)動(dòng)場(chǎng)空時(shí)一致的相關(guān)性，給出了一套快速算法，這套算法克服了在像素域利用紋理特性的快速編碼算法的局限性。 第二，基于幀層、GOP層碼率分配存在的局限性，本文對(duì)H.264碼率控制提出了改進(jìn)。給出了一種基于增量式PID和幀復(fù)雜度的幀層目標(biāo)比特分配方案。首先，引入增量

5、式PID對(duì)緩沖區(qū)“液面”進(jìn)行控制，減小由于緩沖區(qū)“液面”波動(dòng)帶來對(duì)幀層目標(biāo)比特分配的負(fù)面影響。接著，給出了基于幀復(fù)雜度的目標(biāo)比特分配方案，其中采用前一幀MAD、前一幀時(shí)域活動(dòng)度以及當(dāng)前幀時(shí)域活動(dòng)度來來預(yù)測(cè)當(dāng)前幀的復(fù)雜度。本方案可使視頻質(zhì)量PSNR的波動(dòng)平均降幅32％；給出了一種基于增量式PID算法GOP層目標(biāo)比特分配方案。給出的COP層目標(biāo)比特分配方案使PSNR的波動(dòng)的平均降幅達(dá)15％。 第三，本文研究了如何將人眼視覺關(guān)注度特性

6、引入到視頻編碼中，以在進(jìn)一步提高編碼效率的同時(shí)，改善圖像的主觀質(zhì)量。提出了一種基于人眼視覺關(guān)注度的視頻編碼方法。該方法首先快速分割局部運(yùn)動(dòng)宏塊、邊緣宏塊、平滑宏塊和紋理宏塊。接著，基于人眼視覺關(guān)注度高低，對(duì)不同區(qū)域宏塊的量化參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。本方法在提高視頻主觀質(zhì)量的同時(shí)，可降低10％左右的碼率；提出了一種基于人眼視覺關(guān)注度的H.264碼率控制算法。算法首先提出了基于運(yùn)動(dòng)關(guān)注度幀層目標(biāo)比特分配方案，增加運(yùn)動(dòng)劇烈?guī)峙涞谋忍財(cái)?shù)，降低運(yùn)動(dòng)平緩幀