【摘要】：視頻編碼標準HEVC致力于響應對于高清視頻和超高清視頻的增長需求。同時相對于以往的標準,HEVC編碼所產生的數據量更小,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雜的算法,導致采用HEVC標準進行編碼會帶來極大的計算復雜度。因此,本文著力于研究保障一定編碼質量的前提下,降低HEVC的編碼復雜度的優(yōu)化算法。本文從HEVC的幀內預測、幀間預測兩大模塊和恰可失真編碼和并行計算兩大方向著手,針對HEVC編碼效率的優(yōu)化和加速等問題進行研究。主要研究內容列表如下:第一.針對幀內預測部分,通過對于幀內率失真代價函數的分析,得到幀內能量信息以及梯度信息與幀內劃分之間的關系。從而,提出基于灰度梯度共生矩陣和隨機森林的幀內快速優(yōu)化算法。然后,針對于幀內濾波部分,基于GBDT算法提出了參考塊內像素的平滑濾波器的權值更新模型。第二.通過對于幀間運動矢量估計和幀間率失真代價函數的分析,提出了一種基于方差特征和頭信息估計的幀間優(yōu)化算法。另外針對頭信息壓縮,本文提出基于卡爾曼濾波的最優(yōu)估計方法,獲得了頭信息比特數的估算模型和自適應模型。第三.針對人眼視覺系統(tǒng)對于不同視覺信息的不同敏感程度,基于時域和DCT域不同的JND模型,并將二者融合到改進后的聯合恰可失真模型中,同時針對JND模型中,亮度和色度的基本閾值、對比度掩蔽效應模型、對比度掩蔽效應模型等部分進行改進和優(yōu)化。然后在基于HEVC時空域的JND框架下進行對比實驗,達到了良好的實驗效果。第四.針對HEVC,基于混合編碼框架和眾核架構,提出針對幀內、幀間等HEVC模塊的并行算法。經過試驗表明,能夠有效的提高視頻編碼速度,有效提升編碼效率。
【學位授予單位】：北京郵電大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN919.81
【圖文】：

邐邐北京郵電大學博士學位論文逡逑雖然Ｈ．２６４具有優(yōu)異的性能和廣泛應用領域，但視頻壓縮研究領域不滿足于逡逑Ｈ．２６４目前的性能。經過多年的積累，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），運作逡逑和啟動了針對下一代視頻編碼技術國際標準的制定流程，訂立了新一代視頻編碼逡逑標準的名稱為ＨＥＶＣ邋（Ｈｉｇｈ邋Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ邋Ｖｉｄｅｏ邋Ｃｏｄｉｎｇ），并且建立了第一個版本的逡逑參考代碼，稱為考慮中的測試模型（ＴＭｕＣ，Ｔｅｓｔ邋Ｍｏｄｅｌ邋ｕｎｄｅｒ邋Ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ），建逡逑立ＡＤ邋ＨＯＣ小組，進行分領域搜集和審閱相關技術提案，并且初步定于２０１３年逡逑完成ＨＥＶＣ標準的最終稿，如圖１－１所示。ＨＥＶＣ主要目標是相對于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的前提下，逡逑視頻流的比特數減少一半［１５］。以上目標雖然極具挑戰(zhàn)，但是ＨＥＶＣ通過在混合逡逑編碼框架中引入一些先進的算法和技術，己于２０１３年完成了標準的制定。根據逡逑對于測試序列進行試驗和統(tǒng)計，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第一次會議第八次會議產生邐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）編碼結構較不靈活，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構的編碼樹單元逡逑（Ｃｏｄｉｎｇ邋Ｔｒｅｅ邋Ｕｎｉｔ，ＣＴＵ）的分塊結構，如圖１－３所示。ＣＴＵ與傳統(tǒng)宏塊都是基逡逑于塊狀結構，但是ＣＴＵ更靈活，使得ＨＥＶＣ在預測、編碼、變換、量化等過程逡逑中塊的尺寸具有更多選擇。一個ＣＴＵ由一個亮度ＣＴＵ和兩個對應的色度ＣＴＵ逡逑構成。另外，為了方便編碼過程中的各個部分能夠進行靈活劃分和進行算法操作，逡逑ＨＥＶＣ邋還引入了編碼單元（Ｃｏｄｉｎｇ邋Ｕｎｉｔ，ＣＵ），預測單元（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ邋Ｕｎｉｔ，邋ＰＵ）逡逑和變換單元（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ邋Ｕｎｉｔ，ＴＵ）等三種不同的塊結構單元。逡逑（１）編碼樹單元逡逑編碼樹單元（ＣＴＵ）邋［２７２８＿２９３（１３１］是ＨＥＶＣ中進行預測、變換、編碼的初始單逡逑元，類似于Ｈ．２６４／ＡＶＣ的宏塊結構，都是將圖像分為互相不重疊的塊狀結構。逡逑相較于Ｈ．２６４／ＡＶＣ中宏塊結構大小固定為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構的編碼方式逡逑令ＨＥＶＣ編碼器能夠根據視頻內容靈活劃分圖像

邐＞運動估計邐＞視頻輸出信號逡逑圖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）編碼結構較不靈活，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構的編碼樹單元逡逑（Ｃｏｄｉｎｇ邋Ｔｒｅｅ邋Ｕｎｉｔ，ＣＴＵ）的分塊結構，如圖１－３所示。ＣＴＵ與傳統(tǒng)宏塊都是基逡逑于塊狀結構，但是ＣＴＵ更靈活，使得ＨＥＶＣ在預測、編碼、變換、量化等過程逡逑中塊的尺寸具有更多選擇。一個ＣＴＵ由一個亮度ＣＴＵ和兩個對應的色度ＣＴＵ逡逑構成。另外，為了方便編碼過程中的各個部分能夠進行靈活劃分和進行算法操作，逡逑ＨＥＶＣ邋還引入了編碼單元（Ｃｏｄｉｎｇ邋Ｕｎｉｔ，ＣＵ），預測單元（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ邋Ｕｎｉｔ，邋ＰＵ）逡逑和變換單元（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ邋Ｕｎｉｔ，ＴＵ）等三種不同的塊結構單元。逡逑（１）編碼樹單元逡逑編碼樹單元（ＣＴＵ）邋［２７２８＿２９３（１３１］是ＨＥＶＣ中進行預測、變換、編碼的初始單逡逑元

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