H.264残差编码算法改进与应用研究

摘要

随着多媒体技术与网络技术的融合,视频、图像类的应用已对人们生活的各个方面产生影响。对视频、图像类业务的研究开发已经成为当前计算机学科的热门课题。视频、图像编码技术的发展扩大了人们的应用需求,并在各个领域不断深化。这些需求对视频传输控制、错误处理以及预测有更高了要求。H.264是最新的视频编码标准,因其较高的编码压缩效率、良好的网络适应性,被广泛应用于许多多媒体应用领域。H.264视频编解码标准的编码效率虽然很高,但是算法的复杂度提高了许多,使得编解码的计算量急剧增加,要达到实时编码的要求,就必须降低编码运算的复杂度,缩短编码运算时间。
　　残差编码是指在视频编码过程中通过各种预测方法得到当前视频数据的残差信息,并对残差进行变换处理以及压缩编码的环节。因为残差编码算法生成的码流是视频编码过程的重要组成部分,所以对残差编码算法进行改进优化就是本文研究的主要工作。围绕上述内容,本文主要完成了以下工作:
　　1、通过对H.264错误隐藏算法的特点进行研究,改进了一种用于帧间编码的基于残差恢复的错误隐藏算法。在改进的算法中,首先通过运动补偿时域隐藏方法对错误宏块的主要部分进行修复,然后使用宏块周边相邻的正确宏块的信息来恢复之前预测的残差数据信息,最后将这两部分信息相加,通过这样的方式恢复出错的宏块。通过实验分析,使用残差恢复算法恢复的图像,恢复了当前出错的宏块,使宏块错误得到隐藏,进而阻止了错误宏块的进一步扩散,从整体上提高了图像的质量。
　　2、经过对残差系数相关性的研究,在原有的多宏块多参考帧搜索算法的基础上,将相关函数在水平和垂直方向上进行分离,然后通过具有可分离协方差特性的零拉普拉斯分布来描述残差系数。经过残差分离变换之后,系数仍然符合拉普拉斯分布,且搜索速度得到了有效提高。从实验数据中可以得到,改进了的多宏块多参考帧快速搜索算法由于考虑了多宏块、多参考帧的特性,而且通过水平和垂直方向上对相关函数进行分离,使运算复杂度得到降低,从而有效地提高运动搜索速度。
　　3、通过对原有的自适应量化矩阵选择算法进行分析研究,在保留原有的宏块级进行自适应量化矩阵选择的基础上,取消帧级的不必要的矩阵参数反复计算的过程,使得在同样的编码增益的情况下,计算复杂度大幅降低。通过实验对比分析,改进了的快速自适应量化矩阵选择算法,可以减少平均5.1％的码率,带来17%的编码时间的降低。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 论文内容与结构

第2章 H.264视频编码标准简介

2.1 H.264标准及其应用和发展

2.2 H.264国内外相关研究进展

2.3 H.264残差编码相关技术

第3章 H.264标准参考软件JM和实验环境的构建

3.1 H.264标准参考软件JM

3.2 JM18配置参数详解

3.3 搭建JM实验环境

3.4 使用Elecard tools分析视频文件

3.5 使用H264visa分析H.264文件

3.6 JM18 trace文件分析码流

3.7 本章小结

第4章 基于残差恢复的错误隐藏算法

4.1 错误隐藏算法

4.2 基于残差恢复的错误隐藏算法

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第5章 多宏块多参考帧快速搜索算法

5.1 运动补偿技术分析

5.2 多宏块多参考帧快速搜索算法

5.3 实验结果与分析

5.4 本章小结

第6章 快速自适应量化矩阵选择算法

6.1算法简介

6.2 自适应量化矩阵算法

6.3 自适应量化矩阵复杂度与性能分析

6.4 快速量化矩阵选择算法

6.5实验结果与分析

6.6 本章小结

第7章 总结与展望

参考文献

致谢

个人简介以及研究成果