視頻編碼中率失真優(yōu)化技術相關研究.pdf

1、多媒體業(yè)務的快速發(fā)展和用戶對視頻質(zhì)量需求的不斷提升,促使了視頻編碼技術不斷地改進和更新。目前視頻編碼標準H.264/AVC憑借其高的編碼性能已廣泛滲透到各種媒體產(chǎn)品中。然而由于具有更好的用戶體驗,超高清視頻業(yè)務逐步走入人們視野,但其龐大的數(shù)據(jù)量使得存儲和傳輸面臨嚴峻的考驗。為此視頻編碼聯(lián)合小組JCTVC制定了下一代視頻編碼標準H.265/HEVC,以進一步提高視頻壓縮效率。
　　在視頻編碼中,率失真優(yōu)化技術扮演著關鍵的角色。它指導

2、著編碼器中模式判決和碼率控制這兩個重要模塊的運行,以保證編碼模式的選擇、碼率的分配和量化參數(shù)的確定更加地合理高效。因此本文重點研究了基于率失真優(yōu)化的H.264/AVC、H.265/HEVC模式判決模塊,以及H.265/HEVC碼率控制模塊。此外本文還研究了有關質(zhì)量測度的模型。主要研究成果包括:
　　1.針對 H.264/AVC中模式判決的高復雜度問題,提出一種快速碼率估計算法。本文首先分析了上下文自適應二元算法編碼(CABAC)的

3、基本原理,以及殘差塊所涉及的各個語法元素特性?；谶@種分析,提出一種有效的殘差碼率估計算法,用于代替模式判決中的實際CABAC編碼。一方面,本文所提算法可以準確地估計殘差塊的編碼碼率。另一方面,其設計適于硬件的并行運算,可以進一步節(jié)省編碼時間。實驗結果表明,H.264/AVC模式判決中的CABAC編碼復雜度可降低約57％,而視頻質(zhì)量幾乎不受影響。
　　2.針對H.265/HEVC的編碼復雜度問題,提出一種新的快速模式判決算法?？紤]

4、到視頻幀的紋理特性和其編碼中所采用的量化參數(shù)影響最優(yōu)編碼單元(CU)模式的選擇,提出在CU模式判決過程中,使用最大編碼單元初始分割深度預測算法跳過部分大塊CU的模式判決;使用提前終止CU模式算法避免小塊CU的模式判決。實驗結果表明,相比于原始的 H.265/HEVC編碼算法,本文所提算法可平均降低51%的編碼復雜度,而編碼碼率平均只上升了0.69%。
　　3.針對H.265/HEVC編碼器,提出一種考慮視頻內(nèi)容特性的幀層碼率分配算

5、法。一般的,視頻內(nèi)容特性不同,其編碼輸出的比特數(shù)就有所差異。為了保證目標碼率與編碼碼率的一致性,在進行幀層目標碼率分配時,應考慮幀內(nèi)容的復雜度。本文首先從理論推導的角度得出幀內(nèi)容特性與碼率之間的關系。然后提取出反映幀內(nèi)容特性的參數(shù),建立一種更有效的幀層碼率分配算法。實驗結果表明,本文所提算法可以使幀層目標碼率與編碼碼率保持更好的一致性,且重構視頻質(zhì)量平均提高了0.128dB。
　　4.針對H.265/HEVC的幀間殘差,提出了一種

6、考慮變換系數(shù)依賴性的碼率模型。碼率模型的建立受信源特性和具體編碼算法的影響。本文首先分析了幀間塊內(nèi)變換系數(shù)的分布情況,提出使用基于TU層的混合拉普拉斯概率模型來描述信源特性。其次考慮到變換系數(shù)之間存在依賴性,且這種依賴性被用于 CABAC中,因此提出使用互信息量來衡量 CABAC編碼后不確定性的減小量,最終利用條件熵來預測幀間殘差系數(shù)的編碼碼率。實驗結果表明,本文所提的碼率模型具有高的準確性。此外本文所提模型可以擴張到其他使用CABAC

7、編碼的視頻編碼器中,用于碼率模型的設計。
　　5.針對客觀質(zhì)量,提出了一種考慮丟包內(nèi)容特性的無參考質(zhì)量測度模型。丟包是引起網(wǎng)絡語音質(zhì)量下降的主要因素,其影響程度不僅與丟失包的個數(shù)有關,而且與丟失包的內(nèi)容特性有關。首先利用話音激活檢測技術和未丟幀的電平來判斷丟失包的內(nèi)容特性,然后統(tǒng)計語音包的丟失率,進而提出一種無參考的網(wǎng)絡語音質(zhì)量評價模型來預測網(wǎng)絡失真語音質(zhì)量。實驗結果表明,相比于國際標準G.1070中的語音質(zhì)量評價模型,本評價模型