数字视频的HEVC编码快速算法的研究

发布时间：2018-04-15 01:11

本文选题：HEVC + 帧内预测　；参考：《中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)》2016年博士论文

【摘要】：随着多媒体技术的不断发展,视频通信在人们的日常交流方式中所占比重逐年增加,逐渐成为信息时代不可或缺的沟通利器。近几年来,日益增长的视频应用需求促使视频压缩编码技术不断更新换代。为应对高清晰度、高帧率的视频编码格式,国际标准组织ISO/IEC与ITU-T合作成立了JCT-VC,并发布了新一代视频编码标准HEVC。相比于上一代的H.264/AVC标准,同等条件下HEVC标准的编码效率提高近一倍以上,同时提高了视频数据的并行化处理能力。然而,对于HEVC标准来说,先进编码技术的首次应用导致编码器的计算复杂度急剧增加,严重阻碍了新标准的推广与普及。因此,对于HEVC编码器的优化和相关快速算法的研究成为目前亟待解决的问题。本文针对上述问题,从HEVC编码器的帧内预测编码和帧间预测编码两个关键技术入手,有针对性地对编码器进行算法优化,以期提高视频数据的并行化处理能力。数字视频的HEVC编码快速算法的主要研究工作如下:1.HEVC帧内预测单元尺寸判定快速算法研究帧内预测是利用单幅图像内邻近像素之间的相关性,使用周围已编码的像素对当前待编码块其进行预测,从而消除原始视频信号中的空间冗余的过程。由于编码器需要对编码单元(CU)进行递归划分,其帧内预测模式的选择过程十分复杂。为了降低帧内预测编码过程的复杂度,本文首先对视频帧的每个CTU单元进行预先处理,即通过建立CTU的显著性图像以减少其纹理复杂度;再利用图像的信息熵作为当前CTU显著性图像中PU分割处理判据,获取最佳PU尺寸;最后将显著性图像的分割结果应用在原有CTU单元中,得到最终的分割结果,实现HEVC帧内预测单元尺寸判定算法研究。2.基于运动特征的HEVC快速帧间预测算法研究帧间预测是利用视频中邻近帧之间的时间相关性,使用已编码的参考帧中像素块,通过运动估计和运动补偿技术来预测当前帧中像素块的过程。为提高帧间预测编码速度,首先利用HEVC相邻帧之间的差异,提出了基于帧差离散度的编码单元深度选择算法,通过基于非零值率检测的LCU层决策和基于帧差离散度的非LCU层决策,将CTU中包含的各个CU的深度进行合理分配;其次,利用帧间预测模式与区域运动特征的关系,提出了基于区域运动特征的帧间预测模式判定算法,依据之前已获得的最佳深度d下CU的区域运动特征RMFd,将待编码块划分为3类运动区域,缩小了该CU的候选帧间预测模式遍历的范围,减少了不必要的帧间预测模式的遍历过程,达到降低HEVC编码器计算复杂度的目的。为验证算法性能,本文搭建了基于HEVC帧内预测单元尺寸判定快速算法与基于运动特征的HEVC快速帧间预测算法的实验平台,通过对本文提出的算法与HEVC标准进行对比测试,并将前人提出快速算法与本文算法的编码性能进行对比,得出:本文在保证编码质量的前提下,提出了面向HEVC标准的帧内预测与帧间预测优化算法,提高了HEVC编码器的效率,极大节省了编码时间,有效降低了HEVC编码的计算复杂度。实现了数字视频的HEVC编码快速算法的研究。实验结果表明,本文提出的帧内快速算法可在损失0.62%码率的前提下减少了37.9%的编码时间;帧间快速算法可在低延时和随机接入两种编码结构下,分别节省了51.6%和48.5%的编码时间,而仅损失了0.89%和0.83%的码率。理论与实验结果均验证了本文算法的有效性与实用性。
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【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.81

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