基于视觉感知特性的HEVC CTU层码率控制算法研究
发布时间：2021-06-03 17:30
高效视频编码（High Efficiency Video Coding,HEVC）是编码标准H.264/AVC的继承与发展,由于HEVC几乎在各个模块都添加或引进了新的编码技术,所以它可以在保持视频编码质量良好的情况下进一步地提高视频编码效率。这些具有新的编码技术的模块的效率累加使得HEVC编码性能有大幅度的提高。在相近的压缩质量的情况下,HEVC可以节省约50%的码率,然而HEVC标准压缩视频的时候主要考虑的是时间冗余和空间冗余而忽略了大量的视觉冗余。本文通过融合时域和空域显著性信息获得最终的显著度图,并将其应用在基于视觉的感知编码。本文研究的工作内容包括以下几个方面:（1）提出了一种结合空域显著性特征和时域显著性特征为最终显著度图的方案,根据显著度图中每个像素点的灰度值计算得到每个最大编码树单元的显著性权重值,然后根据显著性权重值调节CTU层的量化参数,使在显著区域的CTU的量化参数（Quantization Parameter,QP）减小,失真更小而背景等非显著区域CTU的QP相对应的增加使得整帧在比特一定的情况下主观质量有所提高。本文采用显著性加权峰值信噪比（Saliency ...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HEVC帧内角度预测模式
(a) 输入图像 (b) 空域显著度图 (c) 时域显著度图 (d) 最终的显著度图图 3.3 空域显著度图、时域显著度图与最终空时结合的显著度图基于视频显著性的 QP 调整方法在本小节，本章 3.1 小结所得的显著度模型将被用于 CTU 层 QP 的调整。在视频编码标准中，量化虽然不可避免的带来不可逆的失真，但是它可以在尽量不降低视频视觉效果的条件下降低编码所消耗的比特[54-55]，量化参数 QP 在量化以及反量化的过程中都决定着量化器的编码压缩率和图像重建的质量。在编码器中，QP 能够影响帧间编码模式的选择，当 QP 增大时，采用 Skip 模式进行编码的编码单元就会增多，运动矢量场会越来越稀疏，并且残差系数为 0 的数目也越来越多，消耗的比特也会减少。目前也有很多基于显著区域的 QP 调整的研究，Hadizadeh 等人[56]利用 IKN 显著模型把视频序列中的显著区域提取出来，然后将视频序列中当前编码帧分为两部分：视觉感兴趣区域和非视觉感兴趣区域，最后调节这些区域的QP。虽然编码性能有一定的提高，但是这种方案没有考虑到视频序列的时域信息。在 Yiming
(a) 输入图像 (b) 空时域融合显著度图图 3.4 BasketballPass 序列第 43 帧上图是 BasketballPass 序列第 43 帧的原图和结合了时域和空域信息的显著度图，该序列的分辨率为 416×240，设置 CTU 的尺寸为 64×64，可以计算出一帧中 CTU 的数目为 28 个。红色线框表示对图像进行了以 CTU 为单位的划分，即上图中每个方形代表一个 CTU。根据原图可以看出两个人是图片中的显著区域，其余非显著区域为背景区域，因此背景区域的CTU的 QP 应设置较大来节省码率，而包含人形的一些 CTU 的 QP 应设置相对较小以使得显著区域图像细节信息更好的保存。本章在全 I 帧编码模式下使用空域显著度图来指导 CTU 层的 QP 调整，而在低延时 P 帧编码模式下使用有运动信息的空时结合显著度图。两种编码模式都是在不开启码率控制的情况下进行编码的，由于 CTU 是 Z 形扫描逐个进行编码，如果开启码率控制，则会存在 CTU相互之间的影响，例如：显著性相同且都比较高的相邻 CTU，前面的 CTU 根据显著性权重值减小量化参数编码完之后会使得当前帧剩余比特减少，导致后面的 CTU 本身的 QP 值增大，
【参考文献】：
期刊论文
[1]融合视觉感知特性的HDR视频编码率失真优化算法[J]. 杨桐,郁梅,姜浩,蒋刚毅. 光电工程. 2018(01)
[2]面向HEVC的时空域感知量化[J]. 彭宗举,邹文辉,陈芬,费马燕. 西华师范大学学报(自然科学版). 2016(01)
[3]基于SSIM的HEVC帧内编码率失真优化[J]. 朱天之,郁梅,蒋刚毅,陈芬,邵枫,彭宗举. 光电子·激光. 2014(12)
[4]新一代视频编码标准——HEVC[J]. 朱秀昌,李欣,陈杰. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2013(03)
[5]基于H.264感兴趣区域平稳视频主观质量的码率控制[J]. 路羊,李航,张阳,崔慧娟. 清华大学学报(自然科学版). 2009(01)
硕士论文
[1]基于视觉显著性的HEVC编码优化技术研究[D]. 夏倩.南京邮电大学 2018
[2]HEVC框架下基于视觉显著性的编码优化算法研究[D]. 李昌彬.西南交通大学 2016
本文编号：3210939
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
HEVC帧内角度预测模式
(a) 输入图像 (b) 空域显著度图 (c) 时域显著度图 (d) 最终的显著度图图 3.3 空域显著度图、时域显著度图与最终空时结合的显著度图基于视频显著性的 QP 调整方法在本小节，本章 3.1 小结所得的显著度模型将被用于 CTU 层 QP 的调整。在视频编码标准中，量化虽然不可避免的带来不可逆的失真，但是它可以在尽量不降低视频视觉效果的条件下降低编码所消耗的比特[54-55]，量化参数 QP 在量化以及反量化的过程中都决定着量化器的编码压缩率和图像重建的质量。在编码器中，QP 能够影响帧间编码模式的选择，当 QP 增大时，采用 Skip 模式进行编码的编码单元就会增多，运动矢量场会越来越稀疏，并且残差系数为 0 的数目也越来越多，消耗的比特也会减少。目前也有很多基于显著区域的 QP 调整的研究，Hadizadeh 等人[56]利用 IKN 显著模型把视频序列中的显著区域提取出来，然后将视频序列中当前编码帧分为两部分：视觉感兴趣区域和非视觉感兴趣区域，最后调节这些区域的QP。虽然编码性能有一定的提高，但是这种方案没有考虑到视频序列的时域信息。在 Yiming
(a) 输入图像 (b) 空时域融合显著度图图 3.4 BasketballPass 序列第 43 帧上图是 BasketballPass 序列第 43 帧的原图和结合了时域和空域信息的显著度图，该序列的分辨率为 416×240，设置 CTU 的尺寸为 64×64，可以计算出一帧中 CTU 的数目为 28 个。红色线框表示对图像进行了以 CTU 为单位的划分，即上图中每个方形代表一个 CTU。根据原图可以看出两个人是图片中的显著区域，其余非显著区域为背景区域，因此背景区域的CTU的 QP 应设置较大来节省码率，而包含人形的一些 CTU 的 QP 应设置相对较小以使得显著区域图像细节信息更好的保存。本章在全 I 帧编码模式下使用空域显著度图来指导 CTU 层的 QP 调整，而在低延时 P 帧编码模式下使用有运动信息的空时结合显著度图。两种编码模式都是在不开启码率控制的情况下进行编码的，由于 CTU 是 Z 形扫描逐个进行编码，如果开启码率控制，则会存在 CTU相互之间的影响，例如：显著性相同且都比较高的相邻 CTU，前面的 CTU 根据显著性权重值减小量化参数编码完之后会使得当前帧剩余比特减少，导致后面的 CTU 本身的 QP 值增大，
【参考文献】：
期刊论文
[1]融合视觉感知特性的HDR视频编码率失真优化算法[J]. 杨桐,郁梅,姜浩,蒋刚毅. 光电工程. 2018(01)
[2]面向HEVC的时空域感知量化[J]. 彭宗举,邹文辉,陈芬,费马燕. 西华师范大学学报(自然科学版). 2016(01)
[3]基于SSIM的HEVC帧内编码率失真优化[J]. 朱天之,郁梅,蒋刚毅,陈芬,邵枫,彭宗举. 光电子·激光. 2014(12)
[4]新一代视频编码标准——HEVC[J]. 朱秀昌,李欣,陈杰. 南京邮电大学学报(自然科学版). 2013(03)
[5]基于H.264感兴趣区域平稳视频主观质量的码率控制[J]. 路羊,李航,张阳,崔慧娟. 清华大学学报(自然科学版). 2009(01)
硕士论文
[1]基于视觉显著性的HEVC编码优化技术研究[D]. 夏倩.南京邮电大学 2018
[2]HEVC框架下基于视觉显著性的编码优化算法研究[D]. 李昌彬.西南交通大学 2016
本文编号：3210939
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