HEVC框架下基于3D-SSIM的主观质量优化编码研究

摘要

由于人们对视频服务的质量要求越来越高，ITU-T和ISO联合制定了新一代视频编码标准HEVC（High Efficiency Video Coding）。相比于H.264，新一代的视频编码标准具有更高的压缩性能和主观质量。现有的视频编码框架，在进行模式选择时采用的失真度量均为客观质量计算方法:SSE(Sum of Squared Error)或SAD(Sum of AbsoluteDifference)。现有的研究结果表明SSE和SAD并不能很好地反映人眼对视频质量的主观感受。因此提高视频编码的主观质量具有较高的实际应用价值。本文针对HEVC框架下优化主观质量的编码方法进行了研究，并提出了提高HEVC编码器主观性能的算法。
　　本文的研究内容包括:
　　1)本文首先对计算复杂度低且能较好反映视频主观特性的视频质量评价算法:3D-SSIM(3D Structural Similarity)，进行了分析并在时域相关性和纹理特性两个方面进行了改进，提出了用于视频编码率失真优化的3D-SSIM视频质量评价改进方法，分别为3DSSIMpzc和3DSSIMpdc，以及他们的融合算法3DSSIMp。实验表明，改进后的质量评价算法3DSSIMp和3 DSSIMpzc得出的视频质量评价分数与主观分数的相关性比3D-SSIM算法更高。同一场景下不同失真程度的视频质量进行比较时，算法效果比3D-SSIM好，比较适合用于指导视频编码。
　　2)分析了基于3DSSIMpdc率失真优化方法的不足，并提出了基于1/(3D-SSIM)块级λ自适应调整的率失真优化方法。在研究了3D-SSIM视频质量评价算法与SSE的关系的基础上，推导出了λ调整因子的计算公式。从而实现了通过调整现有的基于SSE率失真优化编码框架下每个编码块的λ，提高视频3D-SSIM分数的目标。实验结果表明，帧内编码模式下，改进算法相比于HEVC测试模型模型，编码性能提高了1％（Subjective Comparison of ENcoders based on fItted Curves，SCENIC）;帧间编码编码模式下，编码性能提高了8.73％(SCENIC)。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题的研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究内容和论文结构

第2章 高性能视频编码标准简介

2．1 视频编码基础

2．1．1 率失真优化技术

2．1．2 视频质量评价

2．2 HEVC简介

2．3 HEVC基本概念和编码框架

2．3．1 HEVC灵活块划分结构

2．3．2 HEVC的编码框架及流程

2．4 HEVC中的预测编码技术

2．4．1 HEVC帧内预测技术

2．4．2 HEVC帧间预测技术

2．4．3 HEVC中的率失真优化技术

第3章 3D-SSIM算法的改进

3．1 3D-SSIM算法及改进

3．2 实验结果与分析

3．3 本章小结

第4章 基于3D-SSIM的率失真优化技术

4．1 基于3D-SSIM的率失真优化算法

4．1．1 基于3DSSIMpdc的率失真优化方法

4．1．2 基于1／SSIM的率失真优化方法

4．1．3 基于1／3D-SSIM的率失真优化方法

4．2 HM代码框架分析及算法实现

4．3 帧内模式选择算法的实现

4．3．1 帧内编码原理

4．3．2 帧内改进算法的实现

4．3．3 实验结果

4．4 帧间模式选择算法的实现

4．4．1 帧间编码原理

4．4．2 帧间改进算法的实现

4．4．3 实验结果

4．5 本章小结

总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果