教育行業(yè)一直是民眾關(guān)注的重點(diǎn),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高,家庭消費(fèi)中在教育投入大幅增加,教育相關(guān)的產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展。依托近年來互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的飛速發(fā)展,新興的在線教育融合信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)模式,涌現(xiàn)了多種在線教育形式,包括公開課、點(diǎn)播、直播等。這些在線教育產(chǎn)品都依托數(shù)字視頻傳輸實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播和直播,因此性能優(yōu)良的數(shù)字視頻傳輸系統(tǒng)對(duì)于在線教育產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要。數(shù)字視頻傳輸系統(tǒng)主要包括視頻編解碼、視頻傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)。視頻編碼主要完成數(shù)字視頻信號(hào)的壓縮編碼,節(jié)省網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬。HEVC是新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn),相對(duì)于前代編碼標(biāo)準(zhǔn),HEVC引入了很多新的壓縮編碼技術(shù),具有優(yōu)越的壓縮編碼性能,然而編碼流程復(fù)雜,導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜度大幅提升,對(duì)低延時(shí)直播應(yīng)用提出很大的挑戰(zhàn)。在線教育的直播需要多方的實(shí)時(shí)視頻通訊和互動(dòng),需要高效的音視頻流媒體傳輸,以及復(fù)雜的信令邏輯控制。本文針對(duì)HEVC的高復(fù)雜度和在線教育場(chǎng)景下的直播視頻傳輸進(jìn)行了研究。運(yùn)動(dòng)搜索是編碼器的關(guān)鍵模塊,其在整個(gè)編碼器復(fù)雜度中占比很高,而亞像素搜索又是運(yùn)動(dòng)搜索中占比很高的模塊。本文針對(duì)HEVC亞像素搜素進(jìn)行算法優(yōu)化研究,相對(duì)于原始的全搜索算法,本文參考一元二次方程擬合和二次曲線擬合算法,預(yù)測(cè)最優(yōu)亞像素點(diǎn),編碼率失真在一定范圍內(nèi)的前提下,有效減少亞像素插值次數(shù),提高編碼速度。此外本文研究HEVC率失真計(jì)算流程,針對(duì)亞像素運(yùn)動(dòng)搜索的率失真計(jì)算提出5種簡(jiǎn)化算法,有效減少計(jì)算復(fù)雜度。本設(shè)計(jì)參與在線教育直播系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),針對(duì)在線教育場(chǎng)景,實(shí)現(xiàn)直播系統(tǒng)的信令傳輸和視頻流傳輸,通過websocket協(xié)議實(shí)現(xiàn)信令傳輸功能,通過RTP/RTCP實(shí)現(xiàn)視頻流打包傳輸功能。為改善在線教育系統(tǒng)質(zhì)量,提出了白板信令異步緩存優(yōu)化、TURN SERVER主從集群優(yōu)化、分區(qū)域錄播緩存等多種系統(tǒng)優(yōu)化方法,有效提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、負(fù)載能力和用戶體驗(yàn)。該視頻傳輸系統(tǒng)已經(jīng)在某在線教育機(jī)構(gòu)中上線使用,有效支持眾多用戶同時(shí)上線用。本文先介紹了HEVC關(guān)鍵技術(shù),并分析HEVC亞像素搜索算法實(shí)現(xiàn),隨后具體介紹一次擬合、二次擬合和簡(jiǎn)化RDCost計(jì)算這三種優(yōu)化算法的具體實(shí)現(xiàn),通過標(biāo)準(zhǔn)序列和在線教育序列分析仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果和對(duì)比,在PSNR下降一定程度前提下,得到速率提升較快的優(yōu)化算法。然后介紹在線教育直播系統(tǒng)框架,介紹了信令傳輸和視頻流數(shù)據(jù)打包發(fā)送實(shí)現(xiàn),具體分析白板信令異步緩存優(yōu)化等系統(tǒng)優(yōu)化方法,通過這些優(yōu)化方法,解決了在線教育系統(tǒng)實(shí)際遇到的問題,在性能和用戶體驗(yàn)方面有較明顯的提升,能夠投入實(shí)際線上教育場(chǎng)景使用取得較好的效果。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN919.81
【部分圖文】：

圖 2-1 HEVC 編碼框架[1]Fig.2-1 HEVC encoding framework[1]式構(gòu)相對(duì)于前面的標(biāo)準(zhǔn)有明顯的差別，H編碼塊對(duì)高分辨率視頻的壓縮效率更高 編碼方式。具體介紹如下：TB）單色分量圖像（YUV 分量）分割為多個(gè) 64*64。 Unit, CU） 進(jìn)行視頻壓縮處理的基本單元，每個(gè)編64。在進(jìn)行編碼時(shí)，根據(jù)圖像紋理細(xì)節(jié)即：64*64、32*32、16*16、8*8。

圖 2-1 HEVC 編碼框架[1]Fig.2-1 HEVC encoding framework[1].1 HEVC 圖像表達(dá)方式HEVC 的編碼樹結(jié)構(gòu)相對(duì)于前面的標(biāo)準(zhǔn)有明顯的差別，HEVC 面向超高清視碼，采用了更大的編碼塊對(duì)高分辨率視頻的壓縮效率更高。HEVC 相對(duì) H.264了 64x64 和 32x32 編碼方式。具體介紹如下：樹塊（Tree Block, TB）HEVC 視頻編碼將單色分量圖像（YUV 分量）分割為多個(gè)樹塊，樹塊大小為N 的正方形，最大為 64*64。編碼單元（Coding Unit, CU）編碼單元是 HEVC 進(jìn)行視頻壓縮處理的基本單元，每個(gè)編碼單元是正方形，范圍從 8*8 到 64*64。在進(jìn)行編碼時(shí)，根據(jù)圖像紋理細(xì)節(jié)選擇合適分割策略，最多有四級(jí)分割，即：64*64、32*32、16*16、8*8。

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文3. 預(yù)測(cè)單元（Prediction Unit, PU）在執(zhí)行預(yù)測(cè)編碼是 CU 被分割成預(yù)測(cè)單元，HEVC 不僅支持對(duì)稱分割，還支持非對(duì)稱分割。對(duì)稱分割有四種分割模式：2Nx2N、Nx2N、NxN，如圖 2-3 所示；非對(duì)稱分割也有四種模式：2NxnU、 2NxnD、 nLx2N、nRx2N，如圖 2-4 所示。預(yù)測(cè)單元根據(jù)不同的編碼模式有不同的劃分。在 skip 模式下，只有 2Nx2N 劃分；幀內(nèi)模式下，只有 2Nx2N 和 NxN 兩種劃分方式；幀間模式下，有 2Nx2N、Nx2N、2Nx2N、NxN 幾種劃分方式。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 金惠羨;;淺談下一代編碼壓縮技術(shù)——HEVC[J];數(shù)字通信世界;2011年11期

2 劉占平,董士海;MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)及相關(guān)進(jìn)展[J];中國(guó)圖象圖形學(xué)報(bào);1999年06期

本文編號(hào)：2810872