面向高性能視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的率失真優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、隨著計算技術(shù)、通信技術(shù)和多媒體技術(shù)等的迅猛發(fā)展，多媒體應(yīng)用已深入到人們生活的方方面面。視頻是多媒體中信息量最大、最常用的媒體;然而，由于視頻數(shù)據(jù)量巨大，不經(jīng)過編碼壓縮的視頻無法在互聯(lián)網(wǎng)中傳輸。視頻編碼壓縮技術(shù)是視頻存儲、傳輸、播放等環(huán)節(jié)的前提，是數(shù)字電視、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)視頻等應(yīng)用的核心技術(shù)。視頻編碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)字音視頻產(chǎn)業(yè)的共性基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，為視頻壓縮提供了統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范和碼流格式，對整個消費類電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。其中，最新一代視頻編碼

2、標(biāo)準(zhǔn)——高性能視頻編碼(High Efficiency Video Coding，HEVC)標(biāo)準(zhǔn)，已于2013年1月正式頒布。
　　 率失真優(yōu)化技術(shù)是視頻編碼中的關(guān)鍵技術(shù)之一，其基于Shannon率失真編碼理論，通過在視頻編碼的比特消耗和編碼失真之間取得折中，以期花費盡量少的比特、獲得盡量高的視頻質(zhì)量、達到率失真性能最優(yōu)的目的。本論文重點研究率失真編碼理論在視頻編碼技術(shù)中的應(yīng)用;論文針對最新視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn)HEVC，采用率失真優(yōu)

3、化技術(shù)，從提升視頻編碼效率和精確進行碼率控制兩個方面開展了深入研究。
　　 論文主要創(chuàng)新及貢獻如下:
　　 (1)本文提出了基于率失真優(yōu)化準(zhǔn)則的參考圖片管理方法。本文經(jīng)過分析，將參考圖片管理問題建模成率失真優(yōu)化問題，并基于合理的假設(shè)和簡化，推導(dǎo)出此優(yōu)化問題的最優(yōu)解。在獲得最優(yōu)的參考圖片管理方式后，本文基于率失真優(yōu)化準(zhǔn)則推導(dǎo)出了圖片質(zhì)量調(diào)整方法，用于進一步提升編碼性能。此外，本文還開發(fā)了參考圖片管理的快速算法，適用于對編碼

4、復(fù)雜度和延時有不同要求的應(yīng)用場景。本文提出的參考圖片管理的部分方法已被最新視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn)HEVC接受，并被集成到HEVC參考軟件中。
　　 (2)本文提出了基于率失真優(yōu)化準(zhǔn)則的量化參數(shù)QP修正方法。為克服多QP優(yōu)化導(dǎo)致編碼復(fù)雜度過高的缺點，本文通過對大量實驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，得出了編碼的最優(yōu)QP值與率失真優(yōu)化過程中使用的拉格朗日乘子之間的關(guān)系，并基于此關(guān)系，提出了基于率失真優(yōu)化準(zhǔn)則的QP修正方法。所提方法可在不增加編碼復(fù)雜度的情

5、況下，達到與5QP優(yōu)化（5QP優(yōu)化會額外增加大約4倍編碼復(fù)雜度）相近的編碼性能。本文提出的基于率失真優(yōu)化準(zhǔn)則的QP修正方法已被最新視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn)HEVC接受，并被集成到HEVC參考軟件中。
　　 (3)本文提出了基于率失真優(yōu)化準(zhǔn)則的λ域碼率控制方法。本文分析了HEVC中使用傳統(tǒng)的R-Q(Rate-Quantization)模型碼率控制方法存在的問題，基于率失真編碼理論分析，建立了可以精確刻畫率失真關(guān)系的R-λ模型，并提出了基于