新一代高效视频编码研究

发布时间：2017-09-29 18:27

  本文关键词：新一代高效视频编码研究

  更多相关文章： 预测编码 联合变换 率失真优化 深度建模模式 虚拟视合成

【摘要】：随着信息化大数据时代的来临,已经对如何传输与存储以高清/超高清、高码率视频以及高保真的3D立体视频为主的海量数据提出了更高的要求。对此,联合视频编码专家组JCT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding)颁布了新一代视频国际压缩标准-高效视频编码标准HEVC(High Efficiency Video Coding,HEVC),并进一步扩展到三维,发展了基于3D的视频编解码国际标准3D-HEVC。HEVC保留了H.264预测+变换的混合模式,同时又新颖地引入了包括灵活的四叉树块分割、精细帧内预测、DST/DCT联合变换等在内的多种新理念与新技术;3D-HEVC在HEVC的基础上进一步引入了反映物体距离相机的深度图,发展了基于多视点+深度的3D视频编解码系统。HEVC与3D-HEVC标准均引入了多种新的编码方法来提高编码效率,但是这些方法仍然有待进一步优化。本文围绕2D与3D的新一代高效视频编码展开以下研究探索工作,分别对其进行高效视频编解码优化,本文的主要学术贡献如下:1.HEVC视频编码优化(1).预测变换编码分析与优化:首先简化了HEVC中的直流DC预测,对DC的均值计算进行一定的精简,在标准编码配置下均能获得一定的编码增益,且降低了编码的复杂度。其次分析HEVC采用的核心DCT与DST变换的原理及其实现过程,然后通过实验仿真分析验证DST变换的有效性,并提出基于帧内预测模式的DST/DCT联合变换方案,实验表明联合变换方案能够获得部分增益;最后对DCT核矩阵的标准正交性进行优化,实验表明优化的变换矩阵,平均能够节省0.1%的码率,部分序列能达到0.4%。(2).率失真优化编码:为实现最大化视频编码效率,率失真优化技术贯穿于整个编码系统。通过统计分析,首次提出了基于GOP级的RA拉格朗日乘子优化算法,进一步完善了率失真优化档次与过程。实验结果表明,提出的算法在随机插入(Random Access,RA)配置下能获得平均0.7%的BD-Rate节省,提升编码性能显著。2.3D-HEVC视频深度建模模式编码优化(1).分区常数值预测以及率失真优化:深度建模模式(Depth Modeling Modes,DMMs)模式的引入,显著提升了三维视频的编码性能。为了进一步更好地利用深度建模模式预测,提出了3种方法来提升编码效率。首先提出一种结合物体真实边界信息的增强分区常数值(Constant Partition Value,CPV)预测算法;其次利用视点合成优化(View Synthesis Optimization,VSO)进一步选择最佳CPV组合;最后在率失真优化过程中引入零残差编码。实验结果表明,三种方法最终可使合成视分别在全帧内(All-Intra,AI)与RA配置下获得平均0.2%和0.1%的BD-Rate节省,提升了编码性能且减少了编码复杂度。(2).锲形分割(Wedgelet,DMM-1)模式内存优化:为了尽可能详细准确地表征锲形分割,在锲形查询表中存储了众多的锲形模板,但是这样的方式也占用了较多的缓冲内存。通过分析查询表的生成过程,首次提出下采样-旋转的查询表联合简化方法,实验结果表明,该联合简化模型在几乎不影响编码性能的情况下能够节省75.1%的编码缓冲内存。(3).轮廓分割(Contour,DMM-4)模式优化:轮廓分割利用已编码纹理信息进行深度分区推导,然其仅利用了纹理-深度间的结构相关性,而忽略了边界块间的边缘相似性,这潜在导致推导块分割不准确,进而影响编码效率。针对DMM-4模式导致的分割不准确问题,结合深度相邻块间的边缘相似信息,提出了一种轮廓分割增强优化方法。实验结果表明该方法在全帧内(All-Intra,AI)编码测试条件下,对于合成视点平均有近0.1%的BD-Rate节省。
【关键词】：预测编码 联合变换 率失真优化 深度建模模式 虚拟视合成
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.81
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 研究工作的背景与意义12-13
• 1.2 国内外研究现状和发展态势13-18
• 1.2.1 二维视频编解码标准14-17
• 1.2.2 三维视频编解码标准17-18
• 1.3 本文主要研究内容及创新点18-19
• 1.4 本文结构安排19-20
• 第二章 HEVC与3D-HEVC20-29
• 2.1 高效视频编解码标准HEVC20-25
• 2.1.1 HEVC基本框架20-21
• 2.1.2 HEVC关键技术21-23
• 2.1.3 HEVC编码结构23-25
• 2.2 3D视频编解码标准 3D-HEVC25-28
• 2.2.1 深度图编码26-27
• 2.2.2 虚拟视合成27-28
• 2.3 本章小结28-29
• 第三章 HEVC视频编码优化29-49
• 3.1. HEVC帧内预测29-34
• 3.1.1. 帧内预测概述29-31
• 3.1.2. 帧内预测中的直流优化31-34
• 3.2. HEVC联合变换编码34-41
• 3.2.1 基于块的变换编码34-37
• 3.2.2 HEVC变换优化37-41
• 3.3. HEVC率失真优化41-48
• 3.3.1. RDO过程41-43
• 3.3.2. 基于GOP级的拉格朗日乘子优化43-48
• 3.4. 本章小结48-49
• 第四章 3D-HEVC视频深度图编码优化49-80
• 4.1 深度建模模式(DMM)50-54
• 4.1.1 DMM简介50-52
• 4.1.2 DMM验证实验52-54
• 4.2 CPV预测及率失真优化54-64
• 4.2.1 增强CPV预测优化56-58
• 4.2.2 率失真优化58-60
• 4.2.3 实验分析60-64
• 4.3 锲形分割(Wedgelet，DMM1)模式内存优化64-75
• 4.3.1 下采样优化66-67
• 4.3.2 旋转优化67-71
• 4.3.3 实验分析71-75
• 4.4 轮廓分割(Contour，，DMM4)模式75-79
• 4.4.1 轮廓分割增强模式76-78
• 4.4.2 实验结果与分析78-79
• 4.5 本章小结79-80
• 第五章 总结与展望80-83
• 5.1 全文总结80-81
• 5.2 后续展望81-83
• 致谢83-84
• 参考文献84-88
• 攻读硕士学位期间取得的成果88-89

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵珊;张玲;郑建彬;杨杰;;H．264视频编码标准[J];有线电视技术;2007年11期

2 蒋刚毅;朱亚培;郁梅;张云;;基于感知的视频编码方法综述[J];电子与信息学报;2013年02期

3 林庆帆;;视频编码的新趋势(英文)[J];西安邮电大学学报;2013年03期

4 ;我国科学家主导的视频编码标准成国际标准[J];中国标准导报;2013年07期

5 李卫平;;是否使用可伸缩视频编码(英文)[J];中国科学技术大学学报;2013年11期

6 沈兰荪,魏海,黄祥林;基于子带/小波分解的视频编码可分级性研究[J];电子学报;2000年07期

7 韦强,李晓辉,翟宗起;一种自适应快速视频编码的新方法[J];微机发展;2000年06期

8 张勇东,李桂苓;立体视频编码中视差估值算法的研究[J];电子测量与仪器学报;2002年01期

9 张勇东,李桂苓;高性能三维小波视频编码方法[J];通信技术;2002年01期

10 王相海,张跃平;基于小波的图像及视频编码研究进展[J];计算机工程与应用;2004年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 杨任尔;陈恳;叶庆卫;;基于帧的多描述视频编码冗余插入研究[A];2009中国控制与决策会议论文集（2）[C];2009年

2 袁子立;胡世安;孟一鸣;王璀璨;;视频编码新技术新标准研究[A];全国第三届信号和智能信息处理与应用学术交流会专刊[C];2009年

3 巫戈明;孙立峰;钟玉琢;;联合零向量预测的分布式视频编码框架[A];第三届和谐人机环境联合学术会议（HHME2007）论文集[C];2007年

4 石春莺;陈伟建;;分布式视频编码的近况和未来研究方向[A];2008年中国西部青年通信学术会议论文集[C];2008年

5 杨任尔;金炜;陈恳;;基于下抽样多描述视频编码及解码后处理研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

6 许鹏飞;罗建书;;率控制自组织矢量量化及在视频编码中的应用[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年

7 江涛;陈伟建;;可伸缩视频编码中运动模型的改进[A];2008年中国西部青年通信学术会议论文集[C];2008年

8 姜俊;胡骏;;新媒体视频编码方案比较研究[A];中国新闻技术工作者联合会2008年学术年会论文集（下）[C];2008年

9 刘孝波;;基于联合采样的多描述视频编码[A];计算机技术与应用进展·2007——全国第18届计算机技术与应用（CACIS）学术会议论文集[C];2007年

10 卿粼波;吕瑞;郑敏;滕奇志;何小海;;基于迭代译码算法的分级分布式视频编码[A];第十五届全国图象图形学学术会议论文集[C];2010年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 记者 谢宏;我国主导的视频编码标准将颁为国际标准[N];科技日报;2013年

2 记者 徐建华;我国科学家主导的视频编码标准成国际标准[N];中国质量报;2013年

3 中国工程院院士 高文;智慧城市中的视频编码、分析与评测[N];中国信息化周报;2013年

4 记者 徐建华;我国新一代视频编码标准公开征求意见[N];中国质量报;2014年

5 湖北 褚达;视频编码一网打尽[N];电脑报;2003年

6 国际;第二代AVS开启国际化征程[N];中国电子报;2009年

7 周汝波 贺学金;碟机常用视频D/A转换、视频编码集成电路维修资料[N];电子报;2007年

8 中国科学院计算技术研究所，中国科学院研究生院$$ $$信息产业部“数字音视频编解码技术标准工作组”秘书长、组长 黄铁军 高文;视频编码有绝招[N];计算机世界;2003年

9 ;视频编码标准的发展[N];计算机世界;2005年

10 周汝波 贺学金;碟机常用视频D/A转换、视频编码集成电路维修资料[N];电子报;2007年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 王苫社;基于率失真优化的高效视频编码技术研究[D];哈尔滨工业大学;2014年

2 岑跃峰;基于HEVC的视频编码与视频无线传输机制研究[D];浙江工业大学;2015年

3 胡金晖;基于深度信息的多视点视频编码及图像增强技术研究[D];武汉大学;2014年

4 张江山;基于变换的视频编码与率失真分析[D];华中科技大学;2003年

5 赵安邦;稳健视频编码与传输技术研究[D];清华大学;2007年

6 杨志杰;可伸缩视频编码中的基础算法研究[D];中国科学院研究生院（软件研究所）;2004年

7 张克新;可伸缩视频编码及传输理论与应用研究[D];华南理工大学;2012年

8 孟丽丽;多视点视频编码的研究[D];北京交通大学;2013年

9 王鹏;分布式视频编码率失真特性研究[D];上海交通大学;2008年

10 钱大兴;基于视频内容的可伸缩视频编码的研究[D];大连理工大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张正勇;基于高效视频编码标准中编码单元分割的样点自适应补偿算法研究[D];华东师范大学;2015年

2 卢晓亮;面向4K的HEVC视频编码及其在高清网络摄像机上应用的研究[D];浙江大学;2016年

3 郭健生;多视角多描述视频编码[D];北京交通大学;2016年

4 孙法江;多屏互动中无线传屏低延迟算法的研究[D];中国海洋大学;2015年

5 陈帅;SHVC基本层的MPEG-2扩展[D];山东建筑大学;2016年

6 黄学辉;面向DASH的三维和可伸缩视频编码技术研究[D];中国科学技术大学;2016年

7 徐梦莹;AVS2视频编码的语法元素分析及率失真技术中的码率估计算法[D];西南交通大学;2016年

8 郭花;基于all-intra配置的AVS2视频编码算法研究[D];西南交通大学;2016年

9 孙金庆;火场环境下视频编码与视频传输系统设计[D];山东大学;2016年

10 陈超杰;基于时空相关性的HEVC复杂度优化算法[D];郑州大学;2016年

本文编号：943585