【摘要】：視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC致力于響應(yīng)對(duì)于高清視頻和超高清視頻的增長(zhǎng)需求。同時(shí)相對(duì)于以往的標(biāo)準(zhǔn),HEVC編碼所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量更小,卻能帶來同等甚至更為賞心悅目的視覺觀感,具有極為廣闊的應(yīng)用前景。然而伴隨著編碼性能提升,由于HEVC編碼框架也引入了過多復(fù)雜的算法,導(dǎo)致采用HEVC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼會(huì)帶來極大的計(jì)算復(fù)雜度。因此,本文著力于研究保障一定編碼質(zhì)量的前提下,降低HEVC的編碼復(fù)雜度的優(yōu)化算法。本文從HEVC的幀內(nèi)預(yù)測(cè)、幀間預(yù)測(cè)兩大模塊和恰可失真編碼和并行計(jì)算兩大方向著手,針對(duì)HEVC編碼效率的優(yōu)化和加速等問題進(jìn)行研究。主要研究?jī)?nèi)容列表如下:第一.針對(duì)幀內(nèi)預(yù)測(cè)部分,通過對(duì)于幀內(nèi)率失真代價(jià)函數(shù)的分析,得到幀內(nèi)能量信息以及梯度信息與幀內(nèi)劃分之間的關(guān)系。從而,提出基于灰度梯度共生矩陣和隨機(jī)森林的幀內(nèi)快速優(yōu)化算法。然后,針對(duì)于幀內(nèi)濾波部分,基于GBDT算法提出了參考?jí)K內(nèi)像素的平滑濾波器的權(quán)值更新模型。第二.通過對(duì)于幀間運(yùn)動(dòng)矢量估計(jì)和幀間率失真代價(jià)函數(shù)的分析,提出了一種基于方差特征和頭信息估計(jì)的幀間優(yōu)化算法。另外針對(duì)頭信息壓縮,本文提出基于卡爾曼濾波的最優(yōu)估計(jì)方法,獲得了頭信息比特?cái)?shù)的估算模型和自適應(yīng)模型。第三.針對(duì)人眼視覺系統(tǒng)對(duì)于不同視覺信息的不同敏感程度,基于時(shí)域和DCT域不同的JND模型,并將二者融合到改進(jìn)后的聯(lián)合恰可失真模型中,同時(shí)針對(duì)JND模型中,亮度和色度的基本閾值、對(duì)比度掩蔽效應(yīng)模型、對(duì)比度掩蔽效應(yīng)模型等部分進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。然后在基于HEVC時(shí)空域的JND框架下進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),達(dá)到了良好的實(shí)驗(yàn)效果。第四.針對(duì)HEVC,基于混合編碼框架和眾核架構(gòu),提出針對(duì)幀內(nèi)、幀間等HEVC模塊的并行算法。經(jīng)過試驗(yàn)表明,能夠有效的提高視頻編碼速度,有效提升編碼效率。
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN919.81
【圖文】：

邐邐北京郵電大學(xué)博士學(xué)位論文逡逑雖然Ｈ．２６４具有優(yōu)異的性能和廣泛應(yīng)用領(lǐng)域，但視頻壓縮研究領(lǐng)域不滿足于逡逑Ｈ．２６４目前的性能。經(jīng)過多年的積累，由ＩＳＯ／ＩＥＣ的ＭＰＥＧ小組和ＩＴＵ－Ｔ的逡逑ＶＣＥＧ邋小組共同組建邋ＪＣＴ－ＶＣ邋（Ｊｏｉｎｔ邋Ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅ邋Ｔｅａｍ邋ｏｎ邋Ｖｉｄｅｏ邋Ｃｏｄｉｎｇ邋），運(yùn)作逡逑和啟動(dòng)了針對(duì)下一代視頻編碼技術(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定流程，訂立了新一代視頻編碼逡逑標(biāo)準(zhǔn)的名稱為ＨＥＶＣ邋（Ｈｉｇｈ邋Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ邋Ｖｉｄｅｏ邋Ｃｏｄｉｎｇ），并且建立了第一個(gè)版本的逡逑參考代碼，稱為考慮中的測(cè)試模型（ＴＭｕＣ，Ｔｅｓｔ邋Ｍｏｄｅｌ邋ｕｎｄｅｒ邋Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ），建逡逑立ＡＤ邋ＨＯＣ小組，進(jìn)行分領(lǐng)域搜集和審閱相關(guān)技術(shù)提案，并且初步定于２０１３年逡逑完成ＨＥＶＣ標(biāo)準(zhǔn)的最終稿，如圖１－１所示。ＨＥＶＣ主要目標(biāo)是相對(duì)于Ｈ．２６４／ＡＶＣ逡逑Ｈｉｇｈ類，將視頻編碼壓縮效率提高一倍，也就是在保證相同視頻畫質(zhì)的前提下，逡逑視頻流的比特?cái)?shù)減少一半［１５］。以上目標(biāo)雖然極具挑戰(zhàn)，但是ＨＥＶＣ通過在混合逡逑編碼框架中引入一些先進(jìn)的算法和技術(shù)，己于２０１３年完成了標(biāo)準(zhǔn)的制定。根據(jù)逡逑對(duì)于測(cè)試序列進(jìn)行試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)，ＨＥＶＣ的壓縮效率比Ｈ．２６４／ＡＶＣ約提高了三成逡逑至四成左右［１６］。逡逑ＪＣＴ－ＶＣ第一次會(huì)議第八次會(huì)議產(chǎn)生邐ＨＥＶＣ被ＩＴＵ－Ｔ正式邐ＩＳ０／ＩＥＣ正式發(fā)布逡逑

由于傳統(tǒng)混合編碼框架中所采用的宏塊（Ｍａｃｒｏ邋Ｂｌｏｃｋ）編碼結(jié)構(gòu)較不靈活，逡逑具有局限性，因此在ＨＥＶＣ中引入了更靈活的基于四叉樹結(jié)構(gòu)的編碼樹單元逡逑（Ｃｏｄｉｎｇ邋Ｔｒｅｅ邋Ｕｎｉｔ，ＣＴＵ）的分塊結(jié)構(gòu)，如圖１－３所示。ＣＴＵ與傳統(tǒng)宏塊都是基逡逑于塊狀結(jié)構(gòu)，但是ＣＴＵ更靈活，使得ＨＥＶＣ在預(yù)測(cè)、編碼、變換、量化等過程逡逑中塊的尺寸具有更多選擇。一個(gè)ＣＴＵ由一個(gè)亮度ＣＴＵ和兩個(gè)對(duì)應(yīng)的色度ＣＴＵ逡逑構(gòu)成。另外，為了方便編碼過程中的各個(gè)部分能夠進(jìn)行靈活劃分和進(jìn)行算法操作，逡逑ＨＥＶＣ邋還引入了編碼單元（Ｃｏｄｉｎｇ邋Ｕｎｉｔ，ＣＵ），預(yù)測(cè)單元（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ邋Ｕｎｉｔ，邋ＰＵ）逡逑和變換單元（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ邋Ｕｎｉｔ，ＴＵ）等三種不同的塊結(jié)構(gòu)單元。逡逑（１）編碼樹單元逡逑編碼樹單元（ＣＴＵ）邋［２７２８＿２９３（１３１］是ＨＥＶＣ中進(jìn)行預(yù)測(cè)、變換、編碼的初始單逡逑元，類似于Ｈ．２６４／ＡＶＣ的宏塊結(jié)構(gòu)，都是將圖像分為互相不重疊的塊狀結(jié)構(gòu)。逡逑相較于Ｈ．２６４／ＡＶＣ中宏塊結(jié)構(gòu)大小固定為１６ｘ１６大小，ＨＥＶＣ編碼樹單元的尺逡逑寸不固定，其最大尺寸為６４ｘ６４，最小尺寸為８ｘ８�；谒牟鏄浣Y(jié)構(gòu)的編碼方式逡逑令ＨＥＶＣ編碼器能夠根據(jù)視頻內(nèi)容靈活劃分圖像

邐＞運(yùn)動(dòng)估計(jì)邐＞視頻輸出信號(hào)逡逑圖１－２ＨＥＶＣ視頻編碼框架逡逑由于傳統(tǒng)混合編碼框架中所采用的宏塊（Ｍａｃｒｏ邋Ｂｌｏｃｋ）編碼結(jié)構(gòu)較不靈活，逡逑具有局限性，因此在ＨＥＶＣ中引入了更靈活的基于四叉樹結(jié)構(gòu)的編碼樹單元逡逑（Ｃｏｄｉｎｇ邋Ｔｒｅｅ邋Ｕｎｉｔ，ＣＴＵ）的分塊結(jié)構(gòu)，如圖１－３所示。ＣＴＵ與傳統(tǒng)宏塊都是基逡逑于塊狀結(jié)構(gòu)，但是ＣＴＵ更靈活，使得ＨＥＶＣ在預(yù)測(cè)、編碼、變換、量化等過程逡逑中塊的尺寸具有更多選擇。一個(gè)ＣＴＵ由一個(gè)亮度ＣＴＵ和兩個(gè)對(duì)應(yīng)的色度ＣＴＵ逡逑構(gòu)成。另外，為了方便編碼過程中的各個(gè)部分能夠進(jìn)行靈活劃分和進(jìn)行算法操作，逡逑ＨＥＶＣ邋還引入了編碼單元（Ｃｏｄｉｎｇ邋Ｕｎｉｔ，ＣＵ），預(yù)測(cè)單元（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ邋Ｕｎｉｔ，邋ＰＵ）逡逑和變換單元（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ邋Ｕｎｉｔ，ＴＵ）等三種不同的塊結(jié)構(gòu)單元。逡逑（１）編碼樹單元逡逑編碼樹單元（ＣＴＵ）邋［２７２８＿２９３（１３１］是ＨＥＶＣ中進(jìn)行預(yù)測(cè)、變換、編碼的初始單逡逑元

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本文編號(hào)：2774862