面向新一代视频编码标准HEVC的低复杂度编码技术研究

发布时间：2017-08-09 14:17

  本文关键词：面向新一代视频编码标准HEVC的低复杂度编码技术研究

  更多相关文章： HEVC 帧内预测 帧间预测 CU/PU快速划分 模式快速决策

【摘要】：视频信息逐渐成为人们日常中接收信息、沟通交流的主要方法。视频信息的数据量十分庞大,为了降低传输数据的时间消耗、实现信息的实时传输,能够有效压缩视频信号的视频编码技术蓬勃发展起来。但在21世纪前十年内被广泛使用的H.264/AVC视频编码标准已逐渐无法满足对新一代高清、超高清视频的压缩要求,为此新一代视频编码国际标准H.265/HEVC应运而生,相较于H.264标准,HEVC标准对视频的压缩效率提高了近一倍。但因为HEVC标准中引进了诸多先进技术,导致其存在计算复杂度过高,编码耗时过长这一缺陷。本文中针对HEVC标准帧内预测编码提出两种优化算法,针对帧间预测编码提出一种优化算法,从而降低HEVC标准计算复杂度,提高编码速度,为其能够实现实时编码、解码打下基础。本文的主要内容如下:首先,提出了一种HEVC帧内预测编码单元(Coding Unit,CU)快速划分算法。本文利用交流系数能量衡量最大编码单元的纹理复杂度,排除可能性较低的CU划分方式,此外还利用编码深度在空间上的相关性,进一步缩减编码深度的范围,实现了可能性较小的CU划分方式的跳过与编码深度的提前终止。该算法相较于HEVC参考代码HM-13.0,平均能够节省23.40%的编码时间,同时对编码效率几乎不产生影响(BDBR平均增加0.42%,BDPSNR平均降低0.02dB)。然后,提出了一种HEVC帧内预测模式快速决策算法。本文利用相邻编码树形层中预测单元(Prediction Unit,PU)预测模式相关性以及PU预测模式时域相关性,为当前PU提供一个预测模式范围,构造一个初始候选模式列表,减少需进行粗略模式决策的模式个数,此外还通过对预测模式的Hadamard变换代价值进行比较分析,进一步去除部分预测模式,减少需要进入残差四叉树过程的模式个数。该算法相较于HM-13.0,平均能够节省38.98%的编码时间,同时对编码效率几乎不产生影响(BDBR平均增加1.51%,BDPSNR平均降低0.09dB)。此外,将HEVC帧内预测编码单元快速划分算法与HEVC帧内预测模式快速决策算法进行结合,构成HEVC帧内预测快速算法,平均节省57.79%的编码时间,同时对编码效率几乎不产生影响(BDBR平均增加1.81%,BDPSNR平均降低0.10dB)。最后,提出了一种HEVC帧间预测PU快速划分算法。本文利用PU划分模式在时域上的相关性,减少当前CU中需要进行率失真代价值计算的PU划分模式个数,尤其当前一帧对应CU的划分模式为2N×2N时,对当前CU的PU划分模式进行更为细致的预测,综合考虑编码视频图像的分辨率、当前CU的运动矢量以及编码深度,采取不同的处理方式,以此实现避免对大量可能性较小的PU划分模式进行率失真代价值计算。该算法相较于HM-13.0,采用Lowdelay配置文件时,平均能够节省45.55%的编码时间,同时对编码效率几乎不产生影响(BDBR平均增加1.89%,BDPSNR平均降低0.06dB);采用Randomaccess配置文件时,平均能够节省43.80%的编码时间,同时对编码效率几乎不产生影响(BDBR平均增加1.51%,BDPSNR平均降低0.05dB)。
【关键词】：HEVC 帧内预测 帧间预测 CU/PU快速划分 模式快速决策
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.81
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 视频编码标准发展历程11-12
• 1.3 课题研究目的和意义12
• 1.4 课题国内外研究现状12-14
• 1.4.1 HEVC标准帧内预测优化算法研究现状12-14
• 1.4.2 HEVC标准帧间预测优化算法研究现状14
• 1.5 本文主要研究内容及组织结构14-16
• 第2章 HEVC标准关键技术概述16-29
• 2.1 HEVC标准编码框架16-17
• 2.2 HEVC标准编码结构17-22
• 2.2.1 图像组GOP17-18
• 2.2.2 Slice与Tile18
• 2.2.3 编码单元CU18-20
• 2.2.4 预测单元PU20-21
• 2.2.5 变换单元TU21-22
• 2.3 HEVC标准关键技术22-26
• 2.3.1 帧内预测22-24
• 2.3.2 帧间预测24-26
• 2.4 编码质量评价标准26-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第3章 HEVC帧内预测CU快速划分算法29-41
• 3.1 HEVC帧内预测CU划分过程29-30
• 3.2 HEVC帧内预测CU快速划分算法30-37
• 3.2.1 最大编码单元LCU的交流能量30-31
• 3.2.2 纹理复杂度阈值的选取与更新31-33
• 3.2.3 CU划分方式的跳过与编码深度的提前终止33-36
• 3.2.4 算法具体流程36-37
• 3.3 实验结果与分析37-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 HEVC帧内预测模式快速决策算法41-54
• 4.1 HEVC帧内预测模式决策过程41-42
• 4.2 HEVC帧内预测模式快速决策算法42-49
• 4.2.1 树形编码层中PU预测模式相关性42-45
• 4.2.2 构造帧内预测模式决策初始候选列表45-47
• 4.2.3 候选模式列表优化47
• 4.2.4 算法具体流程47-49
• 4.3 实验结果与分析49-51
• 4.4 帧内预测优化算法结合51-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第5章 HEVC帧间预测PU快速划分算法54-71
• 5.1 HEVC帧间预测PU划分过程54-55
• 5.2 HEVC帧间预测PU快速划分算法55-67
• 5.2.1 PU划分模式时域相关性55-59
• 5.2.2 PU快速划分方法59-65
• 5.2.3 算法具体流程65-67
• 5.3 实验结果与分析67-70
• 5.4 本章小结70-71
• 结论71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果76-78
• 致谢78

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本文编号：645710