视频压缩中的信息保持编码研究

发布时间：2020-10-11 03:57

　　 信息保持编码是一种将信源产生的样本可逆地映射成码字并去除信源冗余的过程,通常也被称为无损编码。当前在视频压缩中广泛应用的信息保持编码方案是基于上下文的自适应二元算术编码。该方案首先利用上下文条件概率建模和二值化将信源近似成基于二元条件概率分布的平稳随机过程,然后根据二元条件概率分布使用算术编码引擎进行码字映射。本文对信息保持编码中的信源描述模型、上下文条件概率建模、二值化以及算术编码引擎中的核心问题展开研究。在算术编码引擎设计方面,对数域二元算术编解码算法因避免了乘法器的使用,实现较为简单,但其实现中许多变量的位宽会随着编解码样本的个数增加而无限增加。因此,本文设计了限定位宽的对数域二元算术编解码实现方法。在对数域二元算术编解码算法的基础上,本文提出在编码过程中增加“合理的区间缩放和码流提早输出操作”以及“未解决比特清空机制”,可保证编码在限定位宽寄存器中实现;相应地,本文提出在解码过程中增加“合理的区间缩放和码流分段读取操作”,并在实数域进行区间对比,可保证解码在限定位宽寄存器中实现。除此之外,本文还提出仅在编码端约束大概率符号连续出现次数的方案,亦能保证解码在限定位宽寄存器中实现;且该方案已被采纳进AVS1/IEEE1857.1标准的参考软件中,用于指导编码器的设计。上下文概率建模可以提高信源的压缩效率,但是也增加存储开销;二值化过程在理论上虽然不影响压缩效率,但其直接关系到信息保持编码的吞吐率。因此本文通过相应的分析,提出了低存储开销的高效上下文条件概率建模设计准则和高吞吐率的二值化设计准则。本文基于所提出的准则,为视频压缩中部分语法元素设计了上下文条件概率建模和二值化方法,在不影响压缩效率的情况下减小了信息保持编码环节的存储空间、提高了吞吐率。所有设计成果均被AVS2/IEEE1857.4 标准采用。在信源描述模型方面,传统信息保持编码将信源描述成平稳随机过程进行分析,而本文将视频信号描述为非平稳信号,更能反映视频信号的特性。对于非平稳信源,概率分布这种大尺度的统计特性不适合描述其局部变化的特性,因此,本文提出用“样本取值可能性分布”来描述非平稳信源,并用其取代信息保持编码码字映射过程中使用的信源概率分布。此时,码字映射过程去除的冗余为前后样本的相关性;编码速率,即平均每个样本对应的码字长度,为样本取值可能性估计的平均误差所带来的开销。进一步地,本文提出两种提高样本取值可能性估计准确度的方法,能有效地提升视频信号的压缩效率。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN919.81
【部分图文】：

博士学位论文纹理，视频压缩标准中设计了多个帧内预测模式。早期的帧内预测需像素进行变换，然后在变换域上做差分预测。后来逐渐发展成像素向的帧内预测技术［１１。在此基础上，文献［２Ｈ４１增加了方向性纹理模付各种复杂的图像方向性纹理。除了方向性纹理外，文献Ｗ１６１描述了纹理，并设计了相应的预测模式。??

存在一定的空域相关性。这种残差之间的相关性被称为残差的空域冗余。在图??Ｉ」所示的竖直纹理区域中，实际像素在竖直方向上不是完全相同的，存在一定??的渐变。此时，仅用一阶竖直预测不能完全消除纹理的相关性。图１．３为预测后??所得到的预测残差，可以看到预测残差并不是混乱的，仍有少部分的竖直相关性。??变换技术能有效地去除残差系数在二维空间上的空域冗余特性。早在上个世纪??６０年代，变换理论的研究已经证明了?Ｋａｒｈｕｎｅｎ－Ｌｏｅｖｅ变换（ＫＬＴ：Ｋａｒｈｕｎｅｎ－Ｌｏｅｖｅ??Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）的最佳去相关性。但考虑到ＫＬＴ的形式和信源统计分布特性密切相??关，实现较为复杂。因此对于大部分信号采用低复杂度的离散余弦变换［１５］来近似??ＫＬＴ变换。如今，随着计算处理能力的增强，主流压缩技术倾向于分析信源的分??布特性，从多个变换候选项中，选取更符合信源特性的ＫＬＴ变换。基于帧内预??测模式的方向性变换［１６］和基于信号特性的变换〃７１４１８１是未来变换领域发展的主??要方向。??Ｉ）??图１．３具有竖直方向相关性的预测残差??人类视觉系统对图像的对比度、色彩、时空域和频域等诸多特性的分辨率是??有限的。适当地减少一些人眼不敏感的高频信息，人眼并不会察觉。我们将这类??冗余特性称为视觉冗余。在视频压缩的过程中，人们通过对变换后的预测残差进??行量化去除视觉冗余。如图１．４所示

}不同失真带来的主观影响
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本文编号：2836026