基于率失真优化的可伸缩视频编码码率分配研究

摘要

近年来，网络和移动通讯技术的迅猛发展使视频编码的目标从传统的面向存储转变为面向网络传输。可伸缩视频编码能够使生成的码流具备空域、时域以及质量可伸缩性，从而能够在时变带宽异构网络中进行鲁棒的视频信号传输。在视频流的传输过程中，由于带宽的波动或者终端设备不同，需要采用快速而又高效的码率分配技术来截取特定条件下最优的一段码流。针对这种需求，本文对可伸缩视频编码中的码率分配进行了研究。
　　JPEG2000采用了优化截断的嵌入式块编码算法(EBCOT)，对静止图像的压缩具有很高的编码效率和良好的码流可伸缩性。JVT组织正在制定的JVT SVC是基于高压缩率标准H.264/AVC的可伸缩视频编码标准，它采用了很多先进的可伸缩编码技术。因此，本文首先对JPEG2000的EBCOT和JVT SVC进行研究，重点分析了其中基于率失真优化的码率分配技术，为本文码率分配方法的设计提供借鉴思想。
　　在此基础上，针对现有JVT SVC中以FGS NAL单元为单位计算的率失真信息不能精确表示码流的率失真特性这一缺点，提出了通过划分FGS NAL单元建立其近似的率失真特性曲线，从中选择构成凸壳的点作为率失真最优的候选截断点，并以此进行码率分配的方法。该方法更加精确地表示了码流的真实率失真特性，从而实现更加优化的码率分配。实验结果表明，相对于JVT SVC中现有率失真优化的码率分配方法，在截取相同需求条件下的码流时，新方法的解码视频质量均有进一步的提高。
　　在对JVT SVC现有码率分配方法的研究发现，计算每个FGS NAL单元对解码视频序列失真影响时需要反复解码整个视频序列，存在计算复杂度过高的问题，为此本文又提出了一种利用模型估计失真的快速码率分配方法。在假设残差系数服从拉普拉斯分布的前提下，通过计算量化误差，分析各帧之间预测关系，建立失真估计模型，并根据每一帧残差系数的概率分布动态更新模型参数。实验结果表明，这种快速的码率分配方法使解码次数降低近50％，码率分配平均运行时间降低45.3%，而解码视频质量的损失平均仅为0.04dB，说明本文提出的快速码率分配方法达到了快速而高效的码率分配。

目录

基于率失真优化的可伸缩视频编码码率分配研究

RESEARCH ON RATE-DISTORTION OPTIMIZATION BASED RATE ALLOCATION IN SCALABLE VIDEO CODING

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 经典视频编码技术

1.3 可伸缩视频编码

1.4 若干视频图像编码标准及可伸缩性

1.5 本文的研究内容及章节安排

第2章 率失真理论与码率分配的优化

2.1 率失真理论

2.2 率失真理论在码率分配中的应用

2.3 本章小结

第3章 基于率失真信息精确表示的优化码率分配

3.1 码率分配问题的描述及近似最优解

3.2 基于率失真信息精确表示的码率分配方法设计

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

第4章 基于失真估计的快速码率分配

4.1 现有SVC码率分配的复杂性分析

4.2 快速码率分配算法设计

4.3 实验结果及分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢

谷沉沉

Gu Chenchen