基于HEVC的低复杂度帧内帧间压缩算法研究

摘要

当今信息化的时代，随着计算机及互联网技术的发展，视频应用越来越广泛而频繁。无线视频传输是无线射频收发和视频信息处理技术的结合，适用于许多难以靠有线传输视频的场合。当今各领域各应用场合对无线视频传输提出了更高的需求，视频分辨率和帧率的增大直接导致压缩后的视频码率骤然上升。为实现视频的及时传送，在提升无线收发能力的同时，采用新一代视频压缩标准HEVC能够节约一半的码率。为在无线视频传输系统中应用HEVC，需要解决其计算复杂度高的问题。目前的基于HEVC的低复杂度帧内帧间算法，一般针对的环节有限，虽然保证了率失真性能几乎不变，但编码时间的降低也比较有限。考虑到无线视频传输的应用实际，本文在略微牺牲率失真性能的情况下，节约了更多的编码时间。
　　基于对帧内帧间视频压缩原理的理解和对最优率失真算法流程的研究，本文对帧内帧间的 CU划分环节和模式预测环节都进行了低复杂度改进。本文首先提出了基于图像空间相关性的 CU快速划分算法，利用相邻 CU的深度信息为当前CU设定深度范围，该算法可以同时应用于帧内预测与帧间预测的情形。对于帧内预测，本文首先根据参考像素方差和帧内模式之间的统计规律，提出了可以跳过RMD过程并排除角度模式的快速算法。在RMD与RDO模式选择过程中，本文利用图像纹理特征以及 MPM统计特征实现了帧内模式的快速优选。接着利用帧内最终预测模式的 RD代价实现了 CU划分的提前终止，最后结合上述各改进点设计了低复杂度帧内预测综合算法。对于帧间预测，本文基于对率失真代价与预测残差及量化参数的理解，认为当满足 Skip条件或 CBF为零的条件时，为实现更高的编码时间节约比率，可以不加约束地跳过后续其他模式。另外，考虑到非对称分割模式（AMP）起到的作用较小，本文禁用了非对称模式。最后结合上述帧间预测策略及 CU快速划分算法，设计了低复杂度帧间预测综合算法。实验表明，相对于现有低复杂度算法，本文提出的帧内帧间综合算法，在率失真性能损失略微提升的前提下，可以降低更多的编码时间。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题来源及研究目的和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 本文的研究内容及结构安排

第2章 HEVC视频压缩技术概述

2.1 HEVC标准框架

2.2 HEVC帧类型与帧结构

2.3 HEVC编码结构

2.4 HEVC参考帧管理

2.5 量化参数与代价函数

2.6 视频压缩编码质量评价标准

2.7 HEVC实验平台及配置

2.8 本章小结

第3章 HEVC低复杂度CU划分算法设计

3.1 最优率失真CU划分算法

3.2 最优率失真算法复杂度降低切入点

3.3 基于图像空间相关性的CU划分加速算法

3.4 低复杂度CU划分算法实验结果及分析

3.5 本章小结

第4章 HEVC低复杂度帧内预测算法设计

4.1 帧内预测及其最优率失真算法

4.2 基于参考像素特征的帧内预测加速算法

4.3 RMD与RDO过程中模式选择加速算法

4.4 基于RD代价的CU分割提前终止算法

4.5 综合算法及其实验结果及率失真性能分析

4.6 本章小结

第5章 HEVC低复杂度帧间预测算法设计

5.1 帧间预测及其最优率失真算法

5.2 基于Skip模式的加速算法

5.3 基于CBF信息的帧间模式加速算法

5.4 综合算法及其实验结果及率失真性能分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

声明

致谢