【摘要】：當(dāng)前時代,視頻無時無刻存在于世界的每一角落,電視中、網(wǎng)絡(luò)上、手機(jī)中、大街上,人們隨時都在看著各種內(nèi)容的視頻。從圖像內(nèi)容的角度來說,視頻可以被分解為一連串的圖片,其包含的信息量是巨大的。直到目前為止,還沒有一種系統(tǒng)可以大規(guī)模的儲存和播放原始視頻碼流信息。因此對視頻進(jìn)行壓縮成為了一種必然。視頻編碼的目的就是盡最大的可能性去除視頻碼流中的冗余,使得視頻內(nèi)容方便儲存,播放。HEVC(High Efficiency Video Coding)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)是由 ITU-T(ITU Telecommunication Standardization Sector)和 ISO(International Organization for Standardization)組織成立的聯(lián)合工作組 JCT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding)所推出的最新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。在ITU-T標(biāo)準(zhǔn)中,HEVC又被稱為H.265標(biāo)準(zhǔn)。HEVC的目標(biāo)是采用2到4倍于H.264/AVC的復(fù)雜度,在同樣的編碼質(zhì)量下,取得H.264/AVC碼率的一半。就目前的進(jìn)展來說,HEVC標(biāo)準(zhǔn)基本達(dá)到了其設(shè)計(jì)目標(biāo)。但是在實(shí)際應(yīng)用中,HEVC仍然面臨著復(fù)雜度過高的缺點(diǎn)。在使用HEVC的官方測試平臺HM(HEVCtestmodel)對1080p格式的視頻進(jìn)行隨機(jī)接入格式(RandomAccess)的編碼時,編碼一個幀間幀的時間經(jīng)常高達(dá)幾分鐘時間。這么長的時間在實(shí)際的應(yīng)用中是不能接受的。這也說明,HEVC編碼器在壓縮復(fù)雜度方面有著很大的研究空間。本文主要研究了 HEVC編碼標(biāo)準(zhǔn)中的若干關(guān)鍵技術(shù),針對一些耗時的編碼技術(shù),本文提出了一些節(jié)約壓縮編碼時間的方法。在實(shí)驗(yàn)中,這些方案均不同程度的減少了 HEVC編碼的復(fù)雜度。為編碼器的設(shè)計(jì)提供了新的思路。本文的主要成果分為以下幾個方面:第一,對HEVC中新加入的基于四叉樹的圖像劃分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,提出了兩種能大幅度減少編碼時間的解決方案。為了應(yīng)對高分辨率視頻編碼,HEVC編碼標(biāo)準(zhǔn)引入了基于四叉樹的畫面內(nèi)容分割技術(shù)。這一技術(shù)使得編碼器既可以適應(yīng)有著大塊平坦區(qū)域的高分辨率視頻,也可以適應(yīng)有著豐富細(xì)節(jié)的視頻內(nèi)容。但在提高編碼性能的同時,這一技術(shù)也引入了較高的編碼復(fù)雜度。本文針對圖像劃分結(jié)構(gòu)復(fù)雜度高的問題提出了兩種解決方案。兩種方案中一種基于直方圖估計(jì),需要在編碼的過程中在線學(xué)習(xí),對CU結(jié)構(gòu)給出預(yù)測;另一種方案基于Adaboost,只需要預(yù)先學(xué)習(xí),就可以在編碼的過程中對CU結(jié)構(gòu)給出預(yù)測。仿真結(jié)果說明,這兩種方案都可以在幾乎不影響編碼質(zhì)量的前提下,大幅度減少編碼時間。第二,對幀間編碼中的運(yùn)動搜索技術(shù)進(jìn)行了研究,提出了一種自適應(yīng)決定運(yùn)動向量搜索范圍的算法。運(yùn)動搜索技術(shù)是幀間編碼的核心,也是視頻編碼中最耗時的模塊之一。本文提出了一種自適應(yīng)決定運(yùn)動向量搜索范圍的算法。該方法采用K近鄰算法,綜合了如運(yùn)動預(yù)測誤差等若干種特征,可以在編碼的過程中動態(tài)的給出當(dāng)前塊運(yùn)動向量搜索范圍。該方法在HEVC的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ虷M下得到驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)表明,本方法節(jié)約了運(yùn)動搜索的時間,降低了幀間編碼的復(fù)雜度。第三,對HEVC中特有的Merge編碼模式進(jìn)行了研究,提出了一種快速M(fèi)erge模式。由于在編碼高分辨率的視頻時,即使CTU(Coding tree units)塊的大小為64x64像素,塊與塊之間的相關(guān)性還是很強(qiáng)。為了去除塊與塊之間的冗余,HEVC引入了 Merge模式,使得一個塊可以直接采用旁邊塊的編碼信息。在實(shí)際編碼中,高分辨率視頻采用Merge模式的概率比較高。利用這一特點(diǎn),本文提出了一種快速M(fèi)erge模式,該方法可以使得編碼器動態(tài)地判斷當(dāng)前塊是否可以直接采用Merge而不進(jìn)行傳統(tǒng)的運(yùn)動搜索過程。由于運(yùn)動搜索占用的搜索時間較多,跳過一定的運(yùn)動搜索也就達(dá)到了減少時間開銷的效果。實(shí)驗(yàn)表明,采用本文提出的快速M(fèi)erge算法可以在BD-rate上升0.27%的代價下減少壓縮編碼時間10.9%。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN919.81
【圖文】：

視頻編碼算法的目標(biāo)就是要找到在某一特定碼率以下，所能達(dá)到的最小失逡逑真Ｚ）。編碼器在各個工作點(diǎn)產(chǎn)生的Ｒ與Ｄ的函數(shù)關(guān)系就是信息論中的ｒ－ｄ曲線。逡逑圖１－１就是一個ｒ－ｄ曲線的例子，文獻(xiàn)［２］的作者采用了不同的編碼器以及不同的逡逑碼率配置對．／？如吵這一段視頻進(jìn)行編碼操作，然后將得到的每一個工作點(diǎn)繪制逡逑在圖中。其中，Ｙ軸為ＰＳＮＲ，度量了編碼后的失真（Ｄ），而Ｘ軸是碼率（Ｒ）。逡逑在圖中可以ｆ］？到，隨著編碼器的發(fā)展，新的編碼器往往有著比舊的編碼器有更貼逡逑近左上角的ｒ－ｄ曲線。圖中這些數(shù)據(jù)也體現(xiàn)了視頻編碼器的持續(xù)發(fā)展。逡逑Ｊｏｈｎｎｙ，邋１２８０ｘ７２０，邋６０Ｈｚ逡逑４５邋Ｉ邐二一邐邐邋二逡逑４４邐邐邐邐邐邐邐邐￣￣—Ｉ逡逑一一－－一－＊—－一邋■逡逑Ｊ邐一一逡逑Ｉ邋３９邋ｆ／邋Ｕ邋／邐：Ｈ：２Ｓ２，ＭＰＥＧ：２邋ＭＰ邋｜逡逑§邋３８邐ｉｆｆ邐ＡＳＰ逡逑＞邋ｆｌ邋ｉｆ／邐？Ｈ．２Ｓ３ＣＨＣ逡逑３７邋Ｉｔ邋ｆｌ／邐ＡＶＣ邋ＨＰ邋－逡逑３６邋Ｈ邋ｔｉｊ邐－＊－ＨＥＶＣ邋ＭＰ邐Ｉ逡逑３ｊ0邐１０００邐２０００邐３０００邐４０００邐５０００逡逑ｂｉｔ－ｒａｔ

此巨大的提升其原因是多方面的�？偟膩碚f，ＨＥＶＣ仍然采用了用時間換性能的逡逑思路。與Ｈ．２６４標(biāo)準(zhǔn)相比，ＨＥＶＣ的復(fù)雜度是其２？４倍。而在ＪＣＴ－ＶＣ組織給出逡逑的ＨＥＶＣ參考編碼軟件ＨＭ平臺上，編碼一幀１０８０ｐ的視頻往往需要幾分鐘的逡逑時間。在高清視頻的實(shí)時編碼上，由于ＨＥＶＣ的編碼復(fù)雜度，應(yīng)用ＨＥＶＣ視頻逡逑編碼標(biāo)準(zhǔn)仍然有一定的困難。同時也要看到，在２０１３年ＨＥＶＣ標(biāo)準(zhǔn)被正式提出逡逑以后，采用ＨＥＶＣ編碼標(biāo)準(zhǔn)的視頻內(nèi)容并沒有大量出現(xiàn)，這與編碼的高復(fù)雜度逡逑也不無關(guān)系。綜上所述，優(yōu)化ＨＥＶＣ的編碼復(fù)雜度仍然是一個緊迫且有現(xiàn)實(shí)意逡逑義的工作。逡逑１．２視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展逡逑圖１－２列出了國際上主流視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展歷史。世界上主流視頻編碼標(biāo)逡逑準(zhǔn)大致可以分成兩個陣營，一個是ＩＳ０／ＩＥＣ發(fā)布的ＭＰＥＧ系列標(biāo)準(zhǔn)，一個是ＩＴＵ－逡逑Ｔ組織發(fā)布的Ｈ．２６ｘ系列標(biāo)準(zhǔn)。相比之下還有一些標(biāo)準(zhǔn)，其使用的廣泛程度不如逡逑前兩個陣營發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)。如微軟公司提出的ＷＭＶ系列編碼，ＲｅａｌＮｅｔｗｏｒｋｓ公司逡逑

塊提供更好的預(yù)測效果｜４Ｕ４２１。具體來說，由于ＨＥＶＣ與之前的視頻編樣都采用了基于塊的ＤＣＴ變換，并在頻域?qū)ψ儞Q后的系數(shù)進(jìn)行量化，的失真會導(dǎo)致振鈴效應(yīng)的出現(xiàn)，如圖１－３所示。為了解決這一問題，ＳＡＯ提供了一種思路，就是使用正值對重構(gòu)信號中的波谷進(jìn)行補(bǔ)償，使用負(fù)信號中的波峰進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償后的信號更貼近原始的信號。提高了圖像量。目前已經(jīng)有部分學(xué)者針對ＳＡＯ濾波器做了一定的研宄工作，如邋Ｋｉｍ在文獻(xiàn)［４３］中提出了一種改進(jìn)方法，使得編碼器在同等的濾波效果更少的濾波條件，減少了濾波過程的復(fù)雜度。ＳｈａＳｈｅｎ設(shè)計(jì)了一種基于水線型的ＳＡＯ濾波器１４４Ｌ邋ＳａｎｇｓｏｏＡｈｎ利用了邋ＳＡＯ產(chǎn)生的信息設(shè)計(jì)了四叉樹結(jié)構(gòu)判斷的算法，加速了編碼的時間［４５］。還有一些研究關(guān)注了邋Ｓ在解碼器上的應(yīng)用１４＆５１１。逡逑６）去塊濾波逡逑ＨＥＶＣ標(biāo)準(zhǔn)中最小的去塊濾波網(wǎng)格大小為８ｘ８的塊。而這一大小在Ｈ．２６為４ｘ４。采用更大的濾波邊緣主要出于兩個考慮。一個是在這－擴(kuò)大了

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本文編號：2774133