AVS2宽度优先四叉树CU划分与编码效率提升算法的研究

摘要

AVS2(Audio Video StandardⅡ)是我国具备自主知识产权的信源编码技术，它是继AVS1之后制定的新一代视频编解码标准，同AVS1以及国际标准H.264、HEVC(HighEfficiency Audio and Video Coding)一样，这项技术要解决的重点问题是数字音视频海量数据的压缩问题，习惯上也称之为称数字音视频编解码技术。2016年5月，AVS2正式颁布为广播电视行业标准。AVS2极大的推动了我国高清、超高清数字电视技术以及相关一系列电子信息产业的发展。虽然AVS2编码标准相比之前的AVS1编码效率提升了一倍，但是它仍然具有比较高的复杂度，尚不能满足实时编码的需求，因此进一步深入研究AVS2视频编码优化算法有很大的意义。
　　本文首先介绍了AVS2视频编码标准帧内预测部分的关键技术以及参考软件RD14.0在帧内预测这部分的基本流程。研究发现，四叉树递归划分CU(Coding Unit)具有很高的时间复杂度。本文通过对CU划分算法这个过程做了重点研究之后，提出了一种基于宽度优先的CU快速划分算法，该算法放弃AVS2标准中的“深度优先”的递归划分模式，采用“宽度优先”的策略，然后利用大尺寸CU与划分之后的小尺寸CU的编码代价的大小去提前终止大尺寸CU向小尺寸CU的划分，因为提前终止了CU的划分过程，节省了编码时间，提高了编码效率。试验表明，在PSNR平均损失不到0.1dB的情况下，该算法在RD14.0中能够节省大约35％的的编码时间。
　　接下来对三种优化算法进行了深入研究。第一个是本文第三章提出的宽度优先CU快速划分算法（算法Ⅰ），第二个是一种基于模式分组的帧内预测快速算法（算法Ⅱ），第三个是一种基于空间相关性的CU快速划分算法（算法Ⅲ）。分析发现，这些独立的算法处于AVS2视频编码过程中的不同环节，它们具备联合应用的可能性。本文在对三种算法进行分析之后，在理论和实验两方面证明它们具备联合性并且最终成功完成了算法的联合应用。相对于AVS2标准算法，算法Ⅰ和算法Ⅱ联合之后能在PSNR损失可以接受的范围内节约60％左右的编码时间。算法Ⅱ和联算法Ⅲ联合之后能节约45％左右的编码时间，并且PSNR平均损失不到0.1dB。
　　论文一共四章。第一章简单介绍了AVS2视频编码标准的发展历史和研究现状。第二章介绍了AVS2标准中CU划分算法和帧内预测技术。第三章介绍了基于宽度优先的四叉树CU快速划分算法的原理和实现过程。第四章介绍了多种效率提升算法的联合应用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 视频编码技术的发展

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 AVS2视频编码CU划分及帧内预测关键技术

2．1 AVS2编码框架

2．2 图像基本分割单元

2．2．1 条带slice

2．2．2 编码单元CU

2．2．3 预测单元PU

2．2．4 变换单元TU

2．3 AVS2标准算法中深度优先CU划分过程

2．4 帧内预测关键技术

2．4．1 帧内预测基本原理

2．4．2 变换／量化过程

2．4．3 率失真优化过程

2．5 视频编码质量评价

2．6 本章小结

第3章 宽度优先CU快速划分算法的设计与实现

3．1 宽度优先CU划分过程

3．2 缩减的CU划分模式集合

3．3 CU快速划分算法的实现

3．4 实验结果

3．4．1 实验条件

3．4．2 实验结果

3．5 本章小结

第4章 多种效率提升算法的联合应用

4．1 文献[50]算法介绍

4．2 宽度优先CU快速划分算法文献[50]算法的联合

4．3 实验结果

4．3．1 实验条件

4．3．2 性能及结果

4．4 文献[50]算法文献[51]算法的联合

4．5 实验结果

4．5．1 实验条件

4．5．2 性能及结果

4．6 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献