單-多視點(diǎn)視頻編碼的率失真優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、H.264/AVC和其擴(kuò)展方案Ⅳ----多視點(diǎn)視頻編碼(Multi-view Video Coding，MVC)是ITU-TVCEG和ISO/IEC MPEG聯(lián)合制定的最新單視點(diǎn)和多視點(diǎn)視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn)。H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)以較高的編碼效率和網(wǎng)絡(luò)友好性受到人們的廣泛關(guān)注，MVC的出現(xiàn)也吸引了很多科研人員對其進(jìn)行研究，這兩個(gè)領(lǐng)域也是目前單視點(diǎn)和多視點(diǎn)視頻編碼中最活躍的研究領(lǐng)域，受到了諸多科研機(jī)構(gòu)及多媒體工業(yè)界的高度重視，因此，對其中的關(guān)

2、鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究具有十分重要的理論與實(shí)際意義。率失真優(yōu)化技術(shù)不受編碼框架的限制，可運(yùn)用于運(yùn)動(dòng)估計(jì)、編碼模式選擇、碼率控制、差錯(cuò)控制等多個(gè)編碼環(huán)節(jié)，對提高編碼性能具有重要作用，是數(shù)字視頻編碼中廣泛采用的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文重點(diǎn)研究率失真優(yōu)化技術(shù)在單視點(diǎn)和多視點(diǎn)編碼框架下的應(yīng)用，主要內(nèi)容包括以下四個(gè)方面：
　　 ⑴研究了單視點(diǎn)視頻編碼框架下的快速率失真優(yōu)化算法。在H.264/AVC單視點(diǎn)編碼框架下，對宏塊的編碼比特率和塊編碼方案進(jìn)行

3、了深入分析，得出了宏塊的各種編碼模式和最佳編碼模式在比特率和塊編碼方案上具有一定相似性，并發(fā)現(xiàn)比特率和塊編碼方案相結(jié)合能夠?qū)Ω鞣N編碼模式進(jìn)行比較準(zhǔn)確的區(qū)分。由此提出了一種快速率失真優(yōu)化算法，算法根據(jù)編碼宏塊自身的一些內(nèi)在特征來實(shí)現(xiàn)快速編碼。首先用P16×16模式對宏塊進(jìn)行編碼，根據(jù)編碼得到的比特率、塊編碼方案和參考幀信息一起選出候選編碼模式和候選參考幀，在候選出的模式和參考幀中進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)和模式選擇的率失真優(yōu)化，選出最佳編碼模式。實(shí)驗(yàn)結(jié)

4、果表明，提出算法克服了現(xiàn)有多數(shù)算法或多或少依賴于時(shí)空相關(guān)性的缺陷，以編碼比特率平均增加1.32％、亮度PSNR平均下降0.075dB的代價(jià)，將編碼的平均時(shí)間減少了71.2％。
　　 ⑵研究了單視點(diǎn)視頻編碼框架下的傳輸失真度估計(jì)模型。詳細(xì)分析了H.264/AVC單視點(diǎn)視頻流在易錯(cuò)信道中傳輸時(shí)的信道誤差擴(kuò)散特點(diǎn)，在已有的基于信道仿真的傳輸失真度估計(jì)模型基礎(chǔ)上，提出了一種基于信道仿真的傳輸失真估算模型。模型在編碼端采用多個(gè)仿真信道模擬

5、視頻傳輸，根據(jù)特別設(shè)計(jì)的丟包模板，計(jì)算出某個(gè)特定丟包率下的信道誤差，再用信道誤差來計(jì)算傳輸失真。接下來，對丟包率與傳輸失真之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，得出了二者之間的一種經(jīng)驗(yàn)二次關(guān)系，利用此關(guān)系和特定丟包率下的傳輸失真，計(jì)算出其余丟包率下傳輸失真。本文設(shè)計(jì)的模板克服了宏塊丟失不均勻的缺點(diǎn)，丟包率與傳輸失真之間的二次關(guān)系也減少了其余丟包率下的傳輸失真估計(jì)誤差。整個(gè)估計(jì)過程中不會(huì)產(chǎn)生失真積累，也不需重建解碼圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本模型具有較高的估計(jì)

6、精度，平均估計(jì)誤差是9.4％，平均編碼時(shí)間約增加10％。
　　 ⑶研究了多視點(diǎn)視頻編碼框架下的傳輸失真度估計(jì)模型。詳細(xì)分析了HHI提出的基于H.264/AVC的MVC框架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，深入比較了采用基于遞推與基于信道仿真的傳輸失真估計(jì)模型來估計(jì)MVC視頻流傳輸失真的利與弊，結(jié)合這兩種傳輸失真估計(jì)模型的優(yōu)點(diǎn)，提出一種混合式的多視點(diǎn)視頻傳輸失真估算模型。模型對關(guān)鍵幀的傳輸失真采用基于信道仿真的失真度估計(jì)模型進(jìn)行估計(jì)，對非關(guān)鍵幀的傳輸失

7、真采用基于遞推的失真度估計(jì)模型進(jìn)行估計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，模型平均估計(jì)誤差是15.91％，平均編碼時(shí)間約增加1％，不僅克服了基于遞推的失真估計(jì)模型估計(jì)精度低的缺點(diǎn)，而且也克服了基于信道仿真的失真估計(jì)模型計(jì)算復(fù)雜度高的缺點(diǎn)。
　　 ⑷研究了多視點(diǎn)視頻編碼框架下的聯(lián)合信源信道率失真優(yōu)化編碼模式選擇算法。深入分析了MVC框架的傳輸失真擴(kuò)散的特點(diǎn)，得出關(guān)鍵幀在差錯(cuò)控制中具有十分重要的作用，在編碼端進(jìn)行差錯(cuò)控制編碼時(shí)，需要對關(guān)鍵幀和非關(guān)鍵幀采

8、用不對等的差錯(cuò)控制措施，重點(diǎn)保護(hù)關(guān)鍵幀。在此分析的基礎(chǔ)上，將本文提出的混合式傳輸失真估計(jì)模型與率失真優(yōu)化相結(jié)合，提出一種針對MVC的聯(lián)合信源信道率失真優(yōu)化的編碼模式選擇模型。并對模型編碼關(guān)鍵幀時(shí)的拉格朗日乘子進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)，得出了適合于本模型的拉格朗口乘子。在編碼過程中，針對關(guān)鍵幀和非關(guān)鍵幀采用不同的拉格朗日乘子進(jìn)行率失真優(yōu)化，既保證了解碼圖像質(zhì)量，又將比特率的增加控制在了一個(gè)合理范圍。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，亮度PSNR平均提高1.5dB，編碼