改进型HEVC码率控制的Two-Pass算法研究

发布时间：2017-09-13 12:01

  本文关键词：改进型HEVC码率控制的Two-Pass算法研究

  更多相关文章： HEVC 码率控制 图像编码复杂度 Two-Pass算法

【摘要】：随着视频编码技术的不断进步,主流视频向高清和超高清方向发展,随之带来了视频数据量的激增,为了达到更高的压缩性能,JCT-VC联合小组推出了H.265/HEVC视频编码标准,比以往H.264/AVC标准的压缩性能提升了一倍。在视频编码标准的实际应用中,码率控制,即在既定的目标码率下获得最优的视频质量,是视频编码中不可或缺的关键部分,也是视频编码领域研究的热点。本文对HEVC中的码率控制算法进行了深入的研究,重点是对码率控制精度和目标码率下视频压缩质量的提升。HM标准测试模型是HEVC视频压缩技术研究中被广泛采用的编码模型。本文首先对HM中采用的JCTVC-K0103经典码率控制算法进行了学习研究,经过分析发现,K0103算法中的复杂度衡量基准并不准确;同时,K0103算法中的R-λ模型采用统一的模型参数,并不能适用于内容不同的所有视频序列。这些问题都可能直接造成缓冲器上溢或下溢,还会导致压缩视频质量的下降。为了解决上述问题,本文对HEVC码率控制算法作出以下改进,并对改进后的算法进行了实现。(1)基于HM的Two-Pass码率控制算法的实现。Two-Pass算法采用二次编码的方式,将First-Pass预编码阶段得到的真实比特数作为精细复杂度衡量基准,与SATD等粗略复杂度衡量基准相比更为精确。实验结果显示,相比于当前最新的HM16.0中的标准算法,Two-Pass码率控制算法的YUV峰值信噪比PSNR有较大提升,但码率控制精准度却有所下降。(2)改进的Two-Pass快速算法实现。为了改善上述Two-Pass基本算法在码率控制精度方面的性能下降,本文又进行了两方面的改进。首先,为了解决Two-Pass基本算法中统一的模型参数不能适应不同复杂度视频序列的问题,本文提出了在线训练模型参数的改进算法,在First-Pass中进行四遍预编码,使用得到的四对码率和失真信息,进行对应视频序列模型参数的训练,得到自适应的模型参数;其次,考虑到多次预编码将直接导致整体编码时间的成倍增加,本文提出了降低First-Pass预编码计算量的快速算法,即仅对划分深度为3的CU块做预编码,并收集相应统计数据。经过大量实验测试,结果发现相比于HM16.0,本文所提改进的Two-Pass快速算法PSNR平均提高了0.42dB,码率控制精准度平均提高了4.81%;First-Pass的编码总时间相对于改进前的Two-Pass基本模型减少了47.35%。本文重点研究了HEVC中的码率控制算法,面对当前算法存在的问题,本文提出了两种改进算法,并基于HM平台进行了算法的实现。实验结果充分表明,本文采用的算法有效提升了目标码率下编码后的视频质量,同时提升了码率控制的精准度,支持在线训练参数的Two-Pass快速算法更加匹配给定的目标码率,同时大大缩短了First-Pass编码所用时间。综上所述,本文采用的HEVC码率控制算法显著地提升了在给定带宽条件下的视频编码性能和编码效率,对HEVC编码器的设计意义重大,具有广泛的应用前景。
【关键词】：HEVC 码率控制 图像编码复杂度 Two-Pass算法
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN919.81
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-16
• 第一章 绪论16-26
• 1.1 研究的背景及意义16-17
• 1.2 视频编码标准的发展17-20
• 1.2.1 国际视频编码标准的发展17-18
• 1.2.2 国内视频编码标准的发展18-19
• 1.2.3 HEVC高效视频编码标准的发展19-20
• 1.3 码率控制算法及发展20-24
• 1.3.1 率失真优化理论20-21
• 1.3.2 码率控制的基本步骤21-23
• 1.3.3 码率控制技术的发展23-24
• 1.4 论文研究内容及章节安排24-26
• 第二章 HEVC帧内预测和码率控制技术26-38
• 2.1 HEVC编码原理及特色技术26-31
• 2.1.1 HEVC编码原理及框架26-28
• 2.1.2 HEVC特色编码技术28-31
• 2.2 HEVC帧内预测技术31-33
• 2.3 HEVC码率控制算法33-37
• 2.3.1 HEVC码率控制算法的研究现状34-35
• 2.3.2 JCTVC-K0103码率控制算法35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 基于Two-Pass的码率控制算法实现38-52
• 3.1 图像复杂度衡量基准的选择38-40
• 3.1.1 简易图像复杂度衡量基准38-39
• 3.1.2 精细图像复杂度衡量基准39-40
• 3.2 Two-Pass算法原理及实现40-46
• 3.2.1 First-Pass41-43
• 3.2.2 Second-Pass43-46
• 3.3 实验结果及分析46-52
• 3.3.1 码率控制算法性能的评价标准46-47
• 3.3.2 实验条件及参数设置47-48
• 3.3.3 实验结果及数据分析48-52
• 第四章 改进的Two-Pass快速算法52-74
• 4.1 统一模型参数和自适应模型参数的选择52-53
• 4.2 改进的Two-Pass快速算法53-63
• 4.2.1 支持在线训练模型参数的Two-Pass算法53-59
• 4.2.2 支持在线训练模型参数的Two-Pass快速算法59-63
• 4.3 改进的Two-Pass快速算法流程63-65
• 4.4 实验结果及分析65-74
• 4.4.1 实验条件及参数设置65
• 4.4.2 实验结果及数据分析65-74
• 第五章 总结与展望74-76
• 5.1 研究工作总结74
• 5.2 未来工作展望74-76
• 参考文献76-80
• 致谢80-82
• 作者简介82-83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 陈立峰;李子印;;基于图像复杂度及运动信息的码率控制算法[J];电视技术;2015年01期

2 黄铁军;;AVS2标准及未来展望[J];电视技术;2014年22期

3 杨宝峰;;新一代视频编码标准HEVC的关键算法研究[J];内蒙古科技与经济;2014年07期

4 赵耀;黄晗;林春雨;白慧慧;;新一代视频编码标准HEVC的关键技术[J];数据采集与处理;2014年01期

5 黄铁军;高文;王国中;;数字音视频编解码技术标准AVS发展历程与应用前景[J];上海大学学报(自然科学版);2013年03期

6 崔河富;;H.26x视频编码标准的特点和应用前景[J];长治学院学报;2007年02期

7 徐琳;;重点项目“高效视频编码中的关键技术研究”取得重要进展[J];自然科学进展;2007年02期

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本文编号：843578