HEVC框架下监控视频编码优化算法研究

摘要

视频监控系统为公共环境的安防和人们生活提供了巨大的保障，然而，海量的监控视频数据给存储、传输和分析提出了极高的要求，对监控视频编码提出了巨大的挑战。近年来基于背景模型的监控视频编码获得了显著的编码性能增益，然而高质量的重建背景图像会造成码率突增，导致缓冲区溢出和传输延迟。同时新一代视频编码标准HEVC压缩视频时还存在着大量的视觉冗余。本文根据监控视频特点，结合已有的监控视频算法从背景更新和码率分配两个方面在HEVC框架下进行编码优化。 本文针对上述两个问题，主要研究内容如下： 1）在HEVC框架下实现了基于背景差分的监控视频编码方法，利用高质量的背景图像分离出前景，对前景部分单独编码，实现了监控视频的性能增益。针对背景帧造成的码率突增这一问题，提出一种基于亮度补偿的背景帧编码算法，利用亮度补偿算法对背景帧进行颜色校正，然后通过自适应SKIP预测算法进行预测编码，最后对预测残差编码并传输。在 PKU-SVD-A 数据库上的实验表明，该算法在更好的编码质量基础上，有效消除了编码高质量背景图像造成的码率突增问题。 2）研究分析了HEVC测试模型HM16.7所使用的码率控制算法，与本文提出的背景帧编码算法相结合，针对码率控制在CTU级比特分配不合理的问题，提出了基于前景性能增益的CTU级比特分配的改进算法。实验结果表明，所提方法实现了有效的码率控制，保持了基于背景模型的编码优势，同时在维持码率基本不变的情况下，低延时P帧编码模式，前景区域的Y-PSNR平均提高了0.36dB，背景区域和总体的Y-PSNR均有轻微下降。

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