基于前缀码的视频熵编码器的研究与实现

摘要

近年来，多媒体技术随着人类进入信息时代而得到迅猛发展，与数字视频相关的应用场景也不断拓宽，如数字电视广播、远程监控、数字视频点播、无线多媒体通信等。为了满足实际应用的需求，在过去20年来ITU-T和ISO制定了一系列的视频编码标准，这些标准的制定极大地推动了视频技术的蓬勃发展，但是由于知识产权大多掌握在外国手中，导致了我国在音视频领域的发展受制于人的尴尬局面。直到2006年3月起由AVS工作组制定的《信息技术先进音视频编码》第二部分视频正式成为国家标准，才为我国相关领域开拓了一片新天地。
　　本文首先详细研究了AVS标准的核心技术，包括预测编码、变换量化、环路滤波器以及扫描和熵编码等，之后重点研究了AVS标准中使用的基于上下文的2D-VLC变长编码方法，这种方法编码的是(run,level)数对，同时根据当前编码块的类型和残差系数这两种上下文信息来切换码表，这些码表是预先根据变换系数在不同位置的分布信息设计好的，这样要比只使用一个变长码表来编码块内所有位置上的残差系数的压缩效果要好得多。
　　由于2D-VLC中使用的指数哥伦布码是一种前缀码，而使用前缀码本身就意味已经有一部分的0/1串不能被使用，从而产生冗余，所以本文研究了一种可以消除这种码字构造冗余的算法，即基于前缀码的视频熵编码算法（PCBE），对其给予了完整的数学描述，证明了这种算法应用于AVS标准中的可行性。PCBE算法通过使用递归表达式建立起映射，通过映射将前缀码自身的冗余性提取出来进行压缩。由于AVS标准中的2D-VLC算法使用了多码表切换以及escape码等技术，所以针对AVS标准的特点对算法进行了面向多码表切换以及escape码处理的修改，推导出了适用于AVS标准的递归公式并统计了修改后PCBE编码器的码表，然后在AVS标准的参考软件中实现了本算法。
　　实验结果表明，修改后的PCBE算法在高码率情况下有比较良好的特性，最好情况下可比原始的2D_VLC方法节约了4％左右的码率。

目录

基于前缀码的视频熵编码器的研究与实现

RESEARCH AND IMPLEMENTATION OF PREFIX-CODE-BASED ENTROPY ENCODER

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 视频压缩编码的基本知识

1.3 视频压缩编码的发展及现状

1.4 视频压缩编码的发展概况

1.5 本文研究内容

第2章 信息理论基础与熵编码

2.1 通信系统模型

2.2 信源模型及其信息量表示

2.3 信源编码定理及信源压缩方法

2.4 本章小结

第3章 AVS视频编码标准关键技术的研究

3.1 AVS视频编码系统框架

3.2 AVS视频编码系统中的关键技术

3.3 熵编码技术

3.4 本章小结

第4章 基于前缀码的新型熵编码算法

4.1 引言

4.2 基本设计思路

4.3 算法的处理过程

4.4 本章小结

第5章 PCBE算法在AVS系统中的设计与实现

5.1 指数哥伦布码与escape码的前缀性

5.2 针对AVS标准的递归公式

5.3 PCBE算法在AVS标准中的具体实现

5.4 实验结果

5.5 本章小结

结论

参考文献

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