【摘要】：幾十年來,視頻編碼技術(shù)蓬勃發(fā)展,廣泛應(yīng)用于電視信號及網(wǎng)絡(luò)視頻的傳輸、視頻信號存儲、視頻會議及安全應(yīng)用上。與上一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264/AVC相比,新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC(High Efficiency Video Coding)在相同視頻質(zhì)量級別上,碼率節(jié)省一半。盡管如此,無處不在的視頻應(yīng)用催生出海量的視頻數(shù)據(jù),特別是近年來人們強(qiáng)烈追求更清晰、流暢、逼真、生動、身臨其境的視覺體驗(yàn),使得視頻數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長,對視頻壓縮效率提出了更高的要求。率失真優(yōu)化技術(shù)在提高視頻編碼效率方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用,然而在當(dāng)前基于塊及運(yùn)動補(bǔ)償?shù)幕旌暇幋a框架中,通常以塊為單位獨(dú)立地進(jìn)行率失真優(yōu)化,遠(yuǎn)沒有達(dá)到全局最優(yōu)解,這是因?yàn)楹雎粤司幋a模塊間的關(guān)聯(lián)性,忽略了由于幀內(nèi)/幀間/視點(diǎn)間預(yù)測技術(shù)的廣泛應(yīng)用而存在于編碼單元間的空域/時域/視點(diǎn)域依賴性。目前針對全局率失真優(yōu)化這一世界性難題的研究并不多,多數(shù)算法復(fù)雜度極高,無法在一次編碼過程中實(shí)現(xiàn),不適合應(yīng)用在對實(shí)時性具有一定要求的視頻系統(tǒng)中。另一方面,目前出現(xiàn)了一些可操作的全局率失真優(yōu)化簡化算法,但是這些方法大多缺少深入細(xì)致的分析,因此仍需要從理論及應(yīng)用兩方面進(jìn)行更深入的研究。本論文針對HEVC,深入研究了一次編碼過程中,全局率失真優(yōu)化在時域?qū)用嫔系年P(guān)鍵技術(shù)及方法,并將這一思想合理擴(kuò)展到基于HEVC的真三維信源光場圖片編碼中。本文主要創(chuàng)新及貢獻(xiàn)概況如下:1.研究了HEVC中層次編碼結(jié)構(gòu)的時域依賴關(guān)系,為進(jìn)一步的研究提供了基礎(chǔ)。為了滿足不同的應(yīng)用需求,HEVC支持兩種層次編碼結(jié)構(gòu),即低延遲和隨機(jī)接入層次編碼結(jié)構(gòu),通過統(tǒng)計(jì)兩種層次編碼結(jié)構(gòu)下參考幀利用率及分析數(shù)據(jù),分別建立兩種層次編碼結(jié)構(gòu)下簡化的時域依賴關(guān)系圖,隨后建立了多參考幀單向預(yù)測、雙向預(yù)測、單向雙向混合預(yù)測下時域傳播鏈,確認(rèn)時域中具有依賴關(guān)系的編碼單元。2.研究了低延遲層次編碼結(jié)構(gòu)下時域率失真優(yōu)化算法。根據(jù)低延遲層次編碼結(jié)構(gòu)下的時域依賴關(guān)系,歸納總結(jié)了低延遲層次編碼結(jié)構(gòu)下時域率失真優(yōu)化問題。為了求解該問題,建立了多參考幀單向預(yù)測下信源失真?zhèn)鞑ツＰ?估計(jì)失真?zhèn)鞑コ潭?得到聚合傳播因子,進(jìn)而根據(jù)聚合傳播因子調(diào)整全局拉格朗日乘子,實(shí)現(xiàn)時域率失真優(yōu)化。本方法使用獨(dú)立率失真優(yōu)化的處理方式解決了時域率失真優(yōu)化問題,與HEVC相比,分別在低延遲P/B幀下取得了平均2.5%/2.3%的BD-rate編碼增益,時間復(fù)雜度可忽略不計(jì),且本方法可以與量化參數(shù)QP調(diào)整相結(jié)合進(jìn)一步提高編碼增益。3.研究了隨機(jī)接入層次編碼結(jié)構(gòu)下時域率失真優(yōu)化算法。根據(jù)隨機(jī)接入層次編碼結(jié)構(gòu)下時域依賴關(guān)系圖,分解隨機(jī)接入層次編碼結(jié)構(gòu)下時域率失真優(yōu)化問題為基于層的形式,解耦合雙向預(yù)測下具有時域依賴關(guān)系的編碼單元,建立了多參考幀雙向預(yù)測、單向雙向混合預(yù)測下信源失真?zhèn)鞑ツＰ?估計(jì)失真及失真?zhèn)鞑コ潭�。根�?jù)隨機(jī)接入層次編碼結(jié)構(gòu)下時域率失真優(yōu)化問題描述,分析性地獲得了全局拉格朗日乘子。本方法還考慮了隨機(jī)接入圖片的失真?zhèn)鞑ヌ匦约捌鋵幀的影響,與HEVC相比,取得了平均2.2%的BD-rate編碼增益。最后研究了本方法在不同圖像組尺寸下的擴(kuò)展。4.研究了真三維信源光場集成圖片二維層次編碼結(jié)構(gòu)下視點(diǎn)域率失真優(yōu)化算法。光場集成圖片可以重新組織成二維子視點(diǎn)矩陣,進(jìn)而得到子視點(diǎn)視頻序列。根據(jù)層次編碼結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分析了子視點(diǎn)序列在二維層次編碼結(jié)構(gòu)下圖像組中、圖像組間的視點(diǎn)域參考關(guān)系,并通過統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)得到了更明確的視點(diǎn)域影響關(guān)系,確認(rèn)視點(diǎn)域中具有直接影響關(guān)系的編碼單元,隨后建立了高碼率假設(shè)下,雙向預(yù)測中碼率增量模型,進(jìn)而估計(jì)待編碼單元視點(diǎn)域碼率依賴程度,最后根據(jù)碼率依賴程度調(diào)整全局拉格朗日乘子實(shí)現(xiàn)視點(diǎn)域率失真優(yōu)化。該方法避開了較復(fù)雜的視點(diǎn)間失真?zhèn)鞑シ治?簡化了視點(diǎn)域率失真優(yōu)化問題。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN919.81

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