MPEG--2到H.264空间SVC层间运动预测研究

摘要

随着视频应用的深入，具有更好压缩能力和更多特性的视频编码标准不断出现。但是由于旧的播放设备无法及时更新，会造成为了兼容现有设备而继续使用早期编码标准，造成新的视频编码技术无法迅速普及应用。这个问题在有线电视领域特别严重，目前仍主要使用MPEG-2标准广播以兼容少数早期机顶盒，过低的编码效率导致频道无法全面高清化，大量支持H.264/AVC的高清机顶盒无法发挥作用。 可伸缩编视频码/SVC技术通过分层编码实现了对终端在分辨率、接入带宽等差异的适应能力，但是其各层编码采用相同标准使其缺乏对终端解码标准差异性的支持。为此本文开展了对空间SVC进行层间异构编码标准的扩展，来解决有线电视等领域所面临的问题。其中基本层将高分辨率视频下采样为低分辨率的视频并用MPEG-2标准进行编码，基于基本层编码结果的上采样预测，继承SVC思想在增强层采用H.264算法对高分辨率视频编码。早期机顶盒接收基本层码流，进行MPEG-2解码实现低分辨率视频回放;现有H.264高清机顶盒利用其兼容MPEG-2标准的能力，以及将增强层编码限定于H.264算法特性，可以同时接收基本层和增强层码流，进行基于基本层预测的增强层解码，实现高分辨率视频回放。 论文对MPEG-2和H.264的编码器结构和编码算法进行了对比分析，利用其相似的混合编码结构，参照常规空间SVC编码器设计了MPEG-2和H.264间空间SVC编码器框架，其中利用层间运动预测和层间残差预测来消除层间相关性，以降低增强层编码码率。作为最重要的视频压缩工具，层间运动预测存在层间精度差异和上采样误差放大问题，造成H.264增强层运动预测精度低的问题，影响压缩效果。为此在增强层编码中在基本层预测基础上增加了对运动矢量的精细化处理环节，使其精度从整像素提升到1/4像素。 为了分析层间运动矢量的相关性，分别对典型测试视频及其下采样视频采用H.264JM8.6和MPEG-2 TM5进行编码，提取P帧宏块划分和运动矢量，验证了异构编码标准层间运动矢量预测的有效性。然后采用TM5和JM8.6构建了基本的MPEG-2和H.264间空间SVC编码器，其中用MPEG-2运动矢量上采样代替对应区域的H.264的平均运动矢量，再进行精细化搜索。对编码结果进行解码，验证了异构标准间空间SVC的层间运动预测可行性。通过对搜索范围和预测信噪比的关系分析，发现增强层运动矢量预测的搜索范围可以限定在特定的像素内。 本文研究的标准间SVC提供了MPEG-2向H.264兼容过渡方案，加快新标准的应用普及进度。其思想和算法还可为研究H.264向HEVC过渡方案提供借鉴。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 数字视频国内外现状

1．2 研究背景及意义

1．3 本文研究的主要内容

1．4 本文的组织结构

第2章 视频编码技术的理论介绍

2．1 视频编码的发展过程

2．2 MPEG-2标准介绍

2．2．1 MPEG-2档次

2．2．2 MPEG-2的视频结构

2．2．3 MPEG-2视频标准关键技术剖析

2．3 H．264理论概述

2．3．1 H．264档次、类别划分

2．3．2 H．264使用的关键技术

2．4 SVC标准介绍

2．4．1 可伸缩编码的论述

2．4．2 空间可伸缩编码

2．5 本章小结

第3章 标准间SVC的可行性论证

3．1 标准之间的需求分析

3．2 标准可行性的分析

3．2．1 压缩思想

3．2．2 分块方式

3．2．3 编码方式

3．2．4 带宽比较

3．3 本章内容的总结

第4章 标准间SVC框架的设计

4．1 标准编解码器的框架分析

4．1．1 空间SVC编解码架构

4．1．2 MPEG-2编解码框架

4．1．3 H．264编解码框架

4．2 MPEG-2到H．264的空间SVC编解码器的框架设计

4．2．1 层间预测分析

4．2．2 异构编码器构建

4．2．3 异构解码器结构设计

4．3 本章内容总结

第5章 层间运动预测研究

5．1 运动矢量相似性分析

5．2 异构编码层之间精度的解析

5．3 层间预测的加速策略

5．4 异构编码层之间预测的精细化分析

5．5 解析运动矢量

5．6 预测运动矢量的解析

5．7 本章小结

第6章 编码的实验和分析

6．1 文件的配置

6．2 视频序列图像

6．3 宏块分块模式的研究

6．4 运动矢量的大小及差值分析

6．5 运动矢量的应用

6．6 运动矢量应用后的解码图像

6．7 本章小结

第7章 总结和展望

7．1 工作总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况