基于3D-HEVC的低复杂度编码方法研究

摘要

传统的视频编码标准H.264已经难以满足用户对视频清晰度的要求。2010年初，ITU-T和ISO/IEC联合成立的视频编码联合协作组(Joint Collaborative Team on Video Coding，JCT-VC)制定了新一代视频编码标准H.265，制定的目标是相比于H.264,视频压缩效率提高一倍。由于高效视频编码(High Efficiency Video Coding，HEVC)采用更大尺寸块等一系列新的编码技术，导致复杂度成倍的增加。此后，3D视频联合协作组在HEVC的基础上，进行了3D扩展，除了运用单视点HEVC的编码技术外，还增加了视点间的估计。因此，去除HEVC和3D-HEVC的时空域冗余、视点间冗余以及感知冗余成为研究的热点。
　　(1)针对HEVC帧内编码复杂度高的特点，本文提出了一种基于绝对变换误差和(Sum of Absolute Transformed Difference,SATD)和最有可能模式(Most Probable Mode，MPM)的HEVC快速帧内模式选择算法来去除空间冗余。本文在HM9.0算法模式粗选决策(Rough Mode Decision,RMD)过程后采用自适应阈值进行筛选，同时根据MPM的SATD和MPM中是否含有DC、Planar模式来决定率失真优化(Rate Distortion Optimization，RDO)过程的候选预测模式列表，通过减少RDO的预测模式个数来提高编码速度。实验结果表明，本文算法较HM9.0算法，帧内编码时间节省34.73％，同等码率下的峰值信噪比(Bj-ntegaard Delta Peak Signal-to-Noise Rate，BDPSNR)仅降低0.045dB,同等客观质量下的码率(Bj-ntegaard Delta Bit Rate，BDBR)仅仅增加0.90%。
　　(2)针对HEVC帧间预测高复杂度的特点，本文首先通过建立时空域人眼恰可察觉失真(Just Noticeable Difference，JND)和最佳预测模式的统计关系来指导帧间预测模式的快速选择。然后，利用时空域的相关性来预测当前最大编码单元(Largest CU，LCU)的遍历深度范围(Depth Range，DR)；最后，融合这两种算法以进一步降低视频编码的计算复杂度。研究结果表明，所提出方法在低延时和随机访问两种编码结构下，降低了40%以上的计算复杂度，BDPSNR仅分别降低0.058dB和0.037dB，BDBR仅分别增加1.71%和1.06%；
　　(3)为降低多视点视频编码的计算复杂度，去除视频的感知冗余。本文提出一种基于人眼双目恰可察觉失真(Binocular Just Noticeable Difference,BJND)模型和3D-Sobel的多视点视频快速编码方法。首先，利用3D-Sobel算子将右视点图像分成显著区域和非显著区域；然后，根据视频编码中的失真量化(Distortion Quantization,D～Q)模型估计显著区域的误差平方和，利用时空域以及视点间的相关性线性加权估计非显著区域的误差平方和；同时，计算由BJND值求取的误差平方和；最后，结合BJND值得到的误差平方和以及相应区域估计得到的误差平方和作为当前编码单元的决策阈值，根据决策阈值提前终止右视点帧间预测模式的选择，从而降低右视点的编码复杂度。实验结果表明，所提出方法在分层B帧(Hierarchical B Pictures,HBP)编码结构下，较HTM10.0算法降低了右视点53%的计算复杂度，在相同主观质量梯度幅度相似度偏差(Gradient Magnitude Similarity Deviation,GMSD)下的码率降低0.4%，在相同PSNR下的码率仅增加0.9%。

目录

声明

引言

1 绪论

1.1 论文背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的研究内容和创新点

1.4 本文的结构安排

2 . 1 HEVC编码框架

2 . 2 HEVC数据单元表示

2 . 3 HEVC帧内关键技术研究

2 . 4 HEVC帧间关键技术研究

2 . 5 3D-HEVC编码框架

2 . 6 3D-HEVC关键技术

2.7 本章小结

3 基于SATD和MPM的HEVC帧内快速模式选择算法

3 . 1 基于SATD的HEVC帧内快速模式选择

3 . 2 基于MPM的HEVC快速帧内模式选择

3.3 整体算法描述

3.4 实验结果及分析

3.5 本章小节

4 基于 JND的帧间预测模式选择和 HEVC自适应 CU深度范围决策

4 . 1 基于时空域JND的HEVC快速帧间预测模式选择算法

4 . 2 HEVC自适应CU深度范围决策算法

4.3 实验结果及分析

4.4 本章小结

5 一种感知的多视点视频快速编码方法

5 . 1 基于BJND和3D-Sobel的多视点彩色视频快速编码方法

5.2 实验结果及分析

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 本文工作小结

6.2 未来研究展望

参考文献

附录A

在 学 研 究 成 果

致谢