计算复杂度受限的视频编码率失真优化研究

摘要

率失真优化作为权衡编码码率与编码失真的有效方法，被广泛应用于视频编码中。通常，视频编码中的率失真优化并没有考虑编码复杂度。然而，视频应用具有多样性，不同应用场景对视频编码有着不同的计算复杂度要求或限制。同时，在计算复杂度受限的应用场景下，时间复杂度是类似于编码码率的另一种重要编码资源。因此，计算复杂度受限的率失真优化必须兼顾编码码率、编码失真以及编码复杂度。另外，由于视频内容的多样性，不同编码单元在相同的复杂度增量下往往有着不同的率失真性能增益。好的优化算法应能够结合视频内容自身特性将有限的编码复杂度合理地分配给各个编码单元，从而提升整体编码的率失真性能。因此本文针对新一代H.265/HEVC标准，给出计算复杂度受限下的新型率失真优化方案。
　　为有效降低编码复杂度，满足复杂度受限场景对快速编码的需求，本文以编码单元（Coding Unit, CU）划分为对象，提出了基于率失真代价估计的快速CU划分模式预测算法。该算法分为两个步骤：首先是基于预搜索实现率失真代价的快速估计；然后是利用率失真代价的估计值实现CU划分模式的快速预测。实验结果表明，本文预测得到的CU划分模式与真实率失真优化过程所得划分模式具有极高的一致性。相比于x265原算法，本文提出算法在相近编码速度下，能使BD-rate下降12.7％。同时，在相同的编码配置下，能够使BD-rate下降10.9%。
　　为充分利用有限的编码复杂度，提高整体编码性能。本文从率失真理论的角度出发，分析了编码码率、编码失真以及编码复杂度三者之间的关系，并定义了编码树单元（Coding Tree Unit, CTU）的RD-C特性。视频内容的多样性使得不同CTU有着不同的 RD-C特性。为此，本文利用率失真代价估计值以及 CU划分候选对不同 CTU的RD-C特性进行分析，并提出了基于RD-C特性的CTU级复杂度分配算法。该算法能够结合视频的内容特性对不同CTU的编码复杂度实现差异化分配。实验结果表明：在达到相近编码速度的前提下，基于RD-C特性的复杂度差异化分配相比均匀分配能够使BD-rate下降4.44%。在给定编码复杂度下，本文算法相比于与x265原算法能够在实现更为准确编码复杂度控制的同时有效提升编码性能。

目录

声明

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2论文研究内容

1.3论文结构安排

第二章 H.265/HEVC帧间预测及CU划分率失真优化

2.1引言

2.2 H.265/HEVC编码框架与编码结构

2.3帧间预测

2.4 CU划分模式率失真优化

2.5 x265编码器

2.6本章小结

第三章 复杂度受限的视频编码率失真优化分析

3.1引言

3.2率、失真、复杂度

3.3率失真代价与复杂度

3.4复杂度受限的率失真优化算法

3.5本章小结

第四章 基于率失真代价估计的快速CU划分模式预测

4.1引言

4.2率失真代价影响因素分析

4.3基于预搜索的快速率失真代价估计

4.4基于预测代价的CU划分模式预测

4.5算法实验结果与分析

4.6本章小结

第五章 基于RD-C特性的复杂度分配算法

5.1引言

5.2 RD-C特性预测

5.3基于RD-C特性的复杂度分配

5.4算法实验结果与分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

作者简介