基于离散小波的多视角视频编码系统码率分配技术研究

摘要

随着通信及网络技术的发展，人们对视频服务和视频体验提出了更高的要求。多视角视频因为具有丰富的场景信息，多视角视频比单视角视频的应用将会越来越广泛，而多视角视频通信技术的发展是多视角视频高效传输的瓶颈。在视频通信中，为了在有限的信道带宽上传输视频，需要首先对原始视频信号进行有效的压缩。码率分配是视频压缩编码的重要组成部分之一。码率分配的目标是在压缩后视频质量和编码产生的码率之间达到适合实际应用需求的平衡点。在实际编码系统中，码率分配需要考虑解码后视频的客观质量、主观质量、实际码率及特定应用需求的因素。合理有效的码率分配能够在保证视频质量的同时提高信道的利用率，在有限的信道带宽下高效传输视频信息。
　　基于小波变换视频编码器是当前视频通信中重要的编码方式，该编码器发展成基于小波变换多视角视频编码器。编码器利用编码过程中生成的率失真信息并在子带之间优化分配码率。此分配方法造成解码视频有较大的波动，使得视频帧之间产生明显的质量差异，为观看者带来不悦。针对现有分配方法的不足，相继出现了从不同角度对其进行改进的算法。在本文中，考虑多视角视频编码器的实际情况，选择了多视角视频编码器率失真模型、码率分配方法与码率分配调整方法等三个方面，进行了深入系统的研究。
　　针对多视角视频经过小波分解后，子带系数率失真估计问题，提出了基于多维高斯分布的率失真估计算法，该算法在着重分析了小波子带系数的统计特性之后，建立了系数的相关性模型，可以高斯分布描述系数与其上下文环境概率分布。对角化该概率模型协方差矩阵，达到去相关目的，计算子带系数率失真模型，该率失真模型作为码率优化分配的技术基础。
　　基于小波变换视频编码器利用小波变换去除时间帧及视角之间的相关性，重建帧失真直接由子带失真决定。论文在分析了视频帧之间小波分解和合成方式的基础上，讨论了运动估计后奇数帧和偶数帧中像素的分类情况和各种类型像素的误差传递方式，结合各类像素所占比例，计算获得子带失真对重建帧失真权重，形成最终基于小波变换视频编码器误差传递模型。
　　针对多视角视频解码视频质量波动问题，论文根据波动产生的原因将其分为两类：GOP间波动和GOP内波动。为了降低GOP间波动，本文提出了一种由时间-空间子带率失真合成时间子带率失真，进而合成GOP率失真的估计方法。对视频编码时采用两次扫描，第一次扫描估计GOP率失真，第二次扫描根据估计率失真在GOP间分配码率使得所有GOP的失真保持一致。为了降低GOP内波动，利用前述运动补偿时域滤波误差传递模型建立时间子带与重建视频帧失真关系。在此基础，提出了一种使用二次规划寻优方法求解使得重建视频帧波动最小的子带的失真，它是减小GOP内波动算法的基础。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题的来源

1.4 课题的研究内容及论文结构

第2章 多视角视频小波分析基础

2.1 信号空间

2.2 小波分析

2.3 滤波器组

2.4 提升小波

2.5 本章小结

第3章 多视角编码系统率失真模型

3.1 基于小波多视角编码系统框架

3.2 率失真函数

3.3 时间-空间子带率失真模型

3.4 时间子带率失真模型

3.5 本章小结

第4章 多视角视频小波分解误差传递模型

4.1 基于haar小波的运动补偿时域滤波误差传递模型的研究

4.2 基于5/3小波的运动补偿时域滤波误差传递模型的研究

4.3 本章小结

第5章 多视角编码系统码率分配算法

5.1 基于率失真优化多视角视频码率分配算法

5.2 减小GOP间质量波动算法

5.3 减小GOP内质量波动算法

5.4 本章小结

结论

参考文献

附录A 缩略词表

攻读博士学位期间发表的论文及其他成果

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