視頻轉(zhuǎn)碼若干技術(shù)研究.pdf

1、通信、計(jì)算和互連網(wǎng)的結(jié)合為視頻應(yīng)用帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇，但也對(duì)壓縮視頻傳輸提出了新的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性和多種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的存在，導(dǎo)致視頻設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)兼容性問(wèn)題，而視頻轉(zhuǎn)碼是有效解決這種兼容性問(wèn)題的一種技術(shù)，其不僅解決不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、帶寬及不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的兼容性問(wèn)題，而且解決互相通信的設(shè)備之間采用不同壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)、不同的碼率、不同的圖像解析度以及不同的幀率之間的兼容性問(wèn)題。本文研究工作就是圍繞視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)展開(kāi)的。 首先，本文分析

2、了目前幾種用于碼率轉(zhuǎn)碼中的碼率控制算法，針對(duì)其不能精確產(chǎn)生目標(biāo)編碼比特?cái)?shù)和沒(méi)有利用輸入壓縮碼流中壓縮參數(shù)的缺點(diǎn)，提出了一種用于碼率轉(zhuǎn)碼的精確碼率控制算法FRCAT，其利用量化后非零的DCT系數(shù)個(gè)數(shù)與最終產(chǎn)生的編碼比特?cái)?shù)之間的近似線性關(guān)系來(lái)根據(jù)目標(biāo)編碼比特?cái)?shù)選擇合適的量化值，并用輸入壓縮碼流中信息來(lái)估計(jì)FRCAT模型參數(shù)K<，i>從而能在圖像高質(zhì)量的基礎(chǔ)上，比較精確地產(chǎn)生目標(biāo)編碼比特?cái)?shù)。在碼率轉(zhuǎn)碼時(shí)，通過(guò)估計(jì)未壓縮圖像DCT系數(shù)的概率分布

3、參數(shù)可以達(dá)到減小再量化偏差的目的，有助于提高碼率轉(zhuǎn)碼后圖像的性能。但當(dāng)一幀中各個(gè)宏塊采用不同量化值時(shí)，用文獻(xiàn)<'[64]>中的方法無(wú)法從壓縮碼流中估計(jì)得到未壓縮圖像DCT系數(shù)的概率分布參數(shù)，因此本文構(gòu)造了一種最大似然概率函數(shù)，其用輸入碼流一幀中的最大量化值量化后DCT系數(shù)為零的個(gè)數(shù)和不為零的個(gè)數(shù)之間的關(guān)系來(lái)估計(jì)得到未壓縮圖像DcT系數(shù)的概率分布參數(shù)，從而能有效地減小再量化偏差。 其次，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬變化大的特點(diǎn)，本文提出了一種能在

4、較大范圍內(nèi)改變壓縮視頻碼率的聯(lián)合時(shí)域與空域碼率控制算法。在此算法中，聯(lián)合改變每秒編碼幀數(shù)和每幀的量化值，在編碼失真最小的優(yōu)化條件下，找到圖像空間顯示質(zhì)量和視頻序列的時(shí)間解析度的均衡點(diǎn)，達(dá)到更大范圍改變壓縮視頻流碼率的目的，從而能很好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬變化范圍大的特點(diǎn)，有效地防止網(wǎng)絡(luò)阻塞。在算法實(shí)現(xiàn)中，利用失真變化率隨著碼率的增大而減小的特點(diǎn)，大大加速判斷是否需要跳幀以及確定跳幀數(shù)目的計(jì)算，并在跳幀后采用性能更優(yōu)的運(yùn)動(dòng)向量重估計(jì)算法，在同等碼

5、率下提高圖像質(zhì)量。 針對(duì)網(wǎng)絡(luò)容易丟包的特點(diǎn)，本文根據(jù)建立的端到端視頻失真模型，在端到端失真最小的約束條件下，提出一種根據(jù)網(wǎng)絡(luò)丟包率的大小確定幀內(nèi)宏塊數(shù)目以及編碼比特?cái)?shù)的自適應(yīng)幀內(nèi)宏塊刷新算法。此算法應(yīng)用于碼率轉(zhuǎn)碼中時(shí)用拉格朗日乘數(shù)法將帶失真約束條件的優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束的優(yōu)化問(wèn)題，從而在不同丟包率下找到每幀幀內(nèi)宏塊數(shù)目和其編碼比特?cái)?shù)的優(yōu)化解，并根據(jù)碼率轉(zhuǎn)碼的特點(diǎn)，縮減了優(yōu)化解搜索空間的大小，大大地簡(jiǎn)化了運(yùn)算。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在不同的

6、傳輸帶寬、不同的丟包率下，此算法都能取得很好的效果，性能明顯優(yōu)于文獻(xiàn)[120]中的方法，從而在不同的丟包率下，能很有效地提高接收端的解碼圖像質(zhì)量。 最后，本文討論了如何有效地實(shí)現(xiàn)多路聯(lián)合轉(zhuǎn)碼的問(wèn)題。常用的多路聯(lián)合轉(zhuǎn)碼算法中用編碼復(fù)雜度作為碼率分配權(quán)重，無(wú)法使轉(zhuǎn)碼后多路碼流的編碼失真趨向一致。因此在本文中，改用估計(jì)得到的各路碼流的編碼失真作為準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行碼率分配。各幀在相同失真范圍下的編碼比特?cái)?shù)相加得到編碼比特?cái)?shù)直方圖，從而根據(jù)目標(biāo)