新一代高效視頻編碼研究.pdf

1、隨著信息化大數(shù)據(jù)時代的來臨，已經(jīng)對如何傳輸與存儲以高清/超高清、高碼率視頻以及高保真的3D立體視頻為主的海量數(shù)據(jù)提出了更高的要求。對此，聯(lián)合視頻編碼專家組JCT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding)頒布了新一代視頻國際壓縮標(biāo)準(zhǔn)-高效視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC(High Efficiency Video Coding，HEVC)，并進一步擴展到三維，發(fā)展了基于3D的視頻編解碼國際標(biāo)準(zhǔn)3D-HE

2、VC。HEVC保留了H.264預(yù)測+變換的混合模式，同時又新穎地引入了包括靈活的四叉樹塊分割、精細(xì)幀內(nèi)預(yù)測、DST/DCT聯(lián)合變換等在內(nèi)的多種新理念與新技術(shù)；3D-HEVC在HEVC的基礎(chǔ)上進一步引入了反映物體距離相機的深度圖，發(fā)展了基于多視點+深度的3D視頻編解碼系統(tǒng)。
　　HEVC與3D-HEVC標(biāo)準(zhǔn)均引入了多種新的編碼方法來提高編碼效率，但是這些方法仍然有待進一步優(yōu)化。本文圍繞2D與3D的新一代高效視頻編碼展開以下研究探索工

3、作，分別對其進行高效視頻編解碼優(yōu)化，本文的主要學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)如下：
　　1. HEVC視頻編碼優(yōu)化
　　(1).預(yù)測變換編碼分析與優(yōu)化：
　　首先簡化了HEVC中的直流DC預(yù)測，對DC的均值計算進行一定的精簡，在標(biāo)準(zhǔn)編碼配置下均能獲得一定的編碼增益，且降低了編碼的復(fù)雜度。其次分析HEVC采用的核心DCT與DST變換的原理及其實現(xiàn)過程，然后通過實驗仿真分析驗證DST變換的有效性，并提出基于幀內(nèi)預(yù)測模式的DST/DCT聯(lián)合變換方

4、案，實驗表明聯(lián)合變換方案能夠獲得部分增益；最后對DCT核矩陣的標(biāo)準(zhǔn)正交性進行優(yōu)化，實驗表明優(yōu)化的變換矩陣，平均能夠節(jié)省0.1％的碼率，部分序列能達(dá)到0.4%。
　　(2).率失真優(yōu)化編碼：
　　為實現(xiàn)最大化視頻編碼效率，率失真優(yōu)化技術(shù)貫穿于整個編碼系統(tǒng)。通過統(tǒng)計分析，首次提出了基于GOP級的RA拉格朗日乘子優(yōu)化算法，進一步完善了率失真優(yōu)化檔次與過程。實驗結(jié)果表明，提出的算法在隨機插入(Random Access，RA)配置下

5、能獲得平均0.7%的BD-Rate節(jié)省，提升編碼性能顯著。
　　2.3D-HEVC視頻深度建模模式編碼優(yōu)化
　　(1).分區(qū)常數(shù)值預(yù)測以及率失真優(yōu)化：
　　深度建模模式(Depth Modeling Modes，DMMs)模式的引入，顯著提升了三維視頻的編碼性能。為了進一步更好地利用深度建模模式預(yù)測，提出了3種方法來提升編碼效率。首先提出一種結(jié)合物體真實邊界信息的增強分區(qū)常數(shù)值(Constant Partition V

6、alue，CPV)預(yù)測算法；其次利用視點合成優(yōu)化(View Synthesis Optimization，VSO)進一步選擇最佳CPV組合；最后在率失真優(yōu)化過程中引入零殘差編碼。實驗結(jié)果表明，三種方法最終可使合成視分別在全幀內(nèi)(All-Intra，AI)與RA配置下獲得平均0.2%和0.1%的BD-Rate節(jié)省，提升了編碼性能且減少了編碼復(fù)雜度。
　　(2).鍥形分割(Wedgelet，DMM-1)模式內(nèi)存優(yōu)化：
　　為了盡

7、可能詳細(xì)準(zhǔn)確地表征鍥形分割，在鍥形查詢表中存儲了眾多的鍥形模板，但是這樣的方式也占用了較多的緩沖內(nèi)存。通過分析查詢表的生成過程，首次提
　　出下采樣-旋轉(zhuǎn)的查詢表聯(lián)合簡化方法，實驗結(jié)果表明，該聯(lián)合簡化模型在幾乎不影響編碼性能的情況下能夠節(jié)省75.1%的編碼緩沖內(nèi)存。
　　(3).輪廓分割(Contour，DMM-4)模式優(yōu)化：
　　輪廓分割利用已編碼紋理信息進行深度分區(qū)推導(dǎo)，然其僅利用了紋理-深度間的結(jié)構(gòu)相關(guān)性，而忽略