HEVC流媒體編碼優(yōu)化及高效轉碼技術
發(fā)布時間：2020-08-18 10:23
【摘要】：在互聯(lián)網高速發(fā)展的今天,多媒體技術特別是網絡流媒體的普及,使得數(shù)字視頻的應用越來越廣泛。在這種情況下,每時每刻都有大量的數(shù)字視頻需要傳輸和存儲,對于存儲空間和網絡帶寬都是很大的考驗。為了能夠用盡可能少的空間來存儲視頻的同時保證視頻的質量,視頻編碼技術一直在不斷發(fā)展,已經陸續(xù)發(fā)布了一系列的視頻編碼標準,如MPEG-X系列和H.26X系列。目前,在所有的視頻編碼標準中,H.264/AVC占據(jù)了最大的市場份額。而最新的視頻編碼標準HEVC,雖然目前仍未能得到廣泛應用,但是由于其優(yōu)秀的壓縮效率,必將會成為未來主流的視頻編碼標準。HEVC相關的優(yōu)化問題也一直是近幾年研究的熱點。目前,網絡流媒體已經漸漸成為人們生活必不可少的一部分。與傳統(tǒng)的廣播等視頻傳輸系統(tǒng)不同,網絡流媒體視頻一般是按照固定長度的切片來傳輸?shù)?以實現(xiàn)其根據(jù)用戶的網絡環(huán)境自適應調整視頻分辨率和碼率的目的。在這種情形下,對視頻編碼的碼率控制也有了新的要求。它要求編碼后每個視頻切片的比特數(shù)盡可能相同且滿足目標碼率,而不在意切片內部的碼率波動。而目前流媒體視頻編碼最常使用的開源編碼器如x264或x265中的ABR碼率控制算法并不能滿足這一要求。為此,本文在x265默認的ABR算法的基礎上,引入了CBR碼率控制中的R-λ模型,并將兩者結合起來,提出了一種基于視頻切片的ABR碼率控制算法。該算法相比于x265原始的ABR算法,可以有效降低切片級的碼率波動,而編碼時間和視頻質量均沒有明顯的變化。另外,由于H.264/AVC依舊是目前應用最廣泛的視頻編碼標準,包括網絡流媒體視頻在內。在HEVC逐漸應用的過程中,有大量的需求將H.264/AVC編碼的視頻轉碼為HEVC編碼的視頻。但是由于HEVC編碼的復雜度很高,直接轉碼會花費大量的時間。為此,本文提出了一個快速轉碼算法,利用樸素貝葉斯這一機器學習的方法,通過從H.264/AVC碼流提取信息,并用對應區(qū)域的特征信息利用訓練好的預測模型對HEVC編碼過程中的CU劃分做預測,從而減少編碼復雜度,進而對轉碼起到加速作用。本文還對提出的算法的性能進行了測試和分析。
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：G206;TN919.81
【圖文】：
對于視頻中不同的圖像區(qū)域，人眼的敏感度是不一樣的。因此，通�？梢詫θ搜勖舾卸鹊偷膮^(qū)域分配較少的比特數(shù)，而人眼關注度高的區(qū)域分配較多的比特數(shù)。如果不這樣，就會產生視覺冗余。（5）其他冗余如知識冗余、結構冗余等。在通常的視頻編碼中，主要考慮的是時間冗余、空間冗余和信息熵冗余。而其他的冗余信息，也可以在一些特定的應用場景中得以重點應用，例如可以針對人眼敏感度來優(yōu)化編碼的主觀質量。2.1.2 視頻編碼器的基本結構由于視頻編碼本身是由很多不同的技術模塊所組成的，一個合理且高效的組成結構對于視頻編碼的性能、效率和可拓展性有著至關重要的影響。目前，大部分視頻編碼標準都是采用基于塊的運動補償和變換編碼的混合編碼器結構，包括H.264/AVC 和 HEVC 等�；旌暇幋a框架的基本結構如圖 2-1 所示[11]。
NxN2NxN Nx2N NxN2NxnU 2NxnD nLx2圖 2-4 HEVC 中支持的 PU 劃分類型[7]Fig. 2-4 PU partition modes in HEVC視頻圖像只利用當前幀的信息進行預測的一種預測技像在空間上的相關性。HEVC 最多支持包括 Planar 模度模式共 35 種幀內預測模式。圖 2-5 所示為 HEVC 幀。相比于 H.264/AVC 的 9 種，HEVC 的幀內預測模式
并在此基礎上盡可能提高視頻質量。一個典型的碼率控制流程如圖3-1 所示。圖 3-1 碼率控制示意圖Fig. 3-1 Schematic diagram of rate control碼率控制的內容主要包括兩個方面：目標比特的分配以及根據(jù)目標比特對編碼參數(shù)進行計算。目標比特的分配是在總比特數(shù)一定的情況下，對不同級別的編碼單元，如幀或 CTU，通過一定的策略分配一個大致合理的比特數(shù)。例如，對于內容復雜、變化劇烈的部分，分配較多的比特數(shù)；而對于內容簡單、變化平緩的部分，則可以適當分配較少的比特數(shù)，從而保證整體視頻質量的提升。在確定了分配的比特數(shù)后，便可以進一步計算編碼的具體參數(shù)，如量化參數(shù) QP，使得輸出碼率盡可能與目標碼率接近，從而達到碼率調節(jié)的作用。
本文編號：2796106
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：G206;TN919.81
【圖文】：
對于視頻中不同的圖像區(qū)域，人眼的敏感度是不一樣的。因此，通�？梢詫θ搜勖舾卸鹊偷膮^(qū)域分配較少的比特數(shù)，而人眼關注度高的區(qū)域分配較多的比特數(shù)。如果不這樣，就會產生視覺冗余。（5）其他冗余如知識冗余、結構冗余等。在通常的視頻編碼中，主要考慮的是時間冗余、空間冗余和信息熵冗余。而其他的冗余信息，也可以在一些特定的應用場景中得以重點應用，例如可以針對人眼敏感度來優(yōu)化編碼的主觀質量。2.1.2 視頻編碼器的基本結構由于視頻編碼本身是由很多不同的技術模塊所組成的，一個合理且高效的組成結構對于視頻編碼的性能、效率和可拓展性有著至關重要的影響。目前，大部分視頻編碼標準都是采用基于塊的運動補償和變換編碼的混合編碼器結構，包括H.264/AVC 和 HEVC 等�；旌暇幋a框架的基本結構如圖 2-1 所示[11]。
NxN2NxN Nx2N NxN2NxnU 2NxnD nLx2圖 2-4 HEVC 中支持的 PU 劃分類型[7]Fig. 2-4 PU partition modes in HEVC視頻圖像只利用當前幀的信息進行預測的一種預測技像在空間上的相關性。HEVC 最多支持包括 Planar 模度模式共 35 種幀內預測模式。圖 2-5 所示為 HEVC 幀。相比于 H.264/AVC 的 9 種，HEVC 的幀內預測模式
并在此基礎上盡可能提高視頻質量。一個典型的碼率控制流程如圖3-1 所示。圖 3-1 碼率控制示意圖Fig. 3-1 Schematic diagram of rate control碼率控制的內容主要包括兩個方面：目標比特的分配以及根據(jù)目標比特對編碼參數(shù)進行計算。目標比特的分配是在總比特數(shù)一定的情況下，對不同級別的編碼單元，如幀或 CTU，通過一定的策略分配一個大致合理的比特數(shù)。例如，對于內容復雜、變化劇烈的部分，分配較多的比特數(shù)；而對于內容簡單、變化平緩的部分，則可以適當分配較少的比特數(shù)，從而保證整體視頻質量的提升。在確定了分配的比特數(shù)后，便可以進一步計算編碼的具體參數(shù)，如量化參數(shù) QP，使得輸出碼率盡可能與目標碼率接近，從而達到碼率調節(jié)的作用。
【參考文獻】
相關博士學位論文 前1條
1 蔣煒;H.264到HEVC視頻轉碼技術研究[D];浙江大學;2013年
相關碩士學位論文 前3條
1 沐方順;HEVC幀間模式快速選擇算法的研究[D];上海交通大學;2015年
2 張帆;基于時變帶寬條件的視頻傳輸監(jiān)控系統(tǒng)的碼率控制研究[D];上海交通大學;2008年
3 李恒友;視頻編碼碼率控制算法研究[D];大連理工大學;2006年
本文編號：2796106
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