基于雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)囊曨l編碼研究.pdf

1、當(dāng)前，視頻壓縮技術(shù)已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究和工業(yè)應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。普遍使用的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)有MPEG2/4、H.264/AVC和國(guó)內(nèi)新制定的具有自主產(chǎn)權(quán)的AVS。隨著信道傳輸技術(shù)和信源編碼技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)更高的壓縮比仍然是業(yè)界的不斷追求。近年來，基于雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)囊曨l編碼成為研究的一個(gè)熱點(diǎn)，在雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償視頻編碼中，對(duì)每個(gè)幀有兩個(gè)參考幀存在，第一個(gè)參考幀是最近解碼的一幀，叫做短期參考幀；第二個(gè)參考幀是以前解碼的高質(zhì)量幀，這個(gè)參考幀在編碼一

2、定幀后周期性更新，因此叫做長(zhǎng)期參考幀。這種編碼方式能夠帶來更大的壓縮性能，同時(shí)能夠滿足信道發(fā)展帶來的需求，比如認(rèn)知無線電信道或者多通道通信。但雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)囊曨l編碼目前尚有兩個(gè)基本問題沒有解決-長(zhǎng)期參考幀的間隔和比特分配;雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)囊恍?yīng)用問題還有待進(jìn)一步研究，例如抗干擾性能，碼率控制及在多視點(diǎn)編碼中的拓展等。針對(duì)兩個(gè)沒有解決的基本問題，本文做出了理論分析和推導(dǎo)，給出了優(yōu)化的長(zhǎng)期參考幀的間隔和比特分配策略。在應(yīng)用方面，針對(duì)誤

3、碼信道傳輸，本文提出了具有抗干擾性能的雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償框架結(jié)構(gòu)。根據(jù)雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)特點(diǎn)，提出了高效的碼率控制策略。最后，將雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償編碼方案從單視點(diǎn)拓展到了多視點(diǎn)，提出了基于擴(kuò)展的雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)亩嘁朁c(diǎn)編碼方案。本文的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)包括：
　　1）雙參考幀預(yù)測(cè)時(shí)有兩個(gè)基本問題需要解決：長(zhǎng)期參考幀的間隔和比特分配。在傳統(tǒng)的視頻編碼方案中，每幀分配幾乎相同的比特?cái)?shù)，但在雙參考幀預(yù)測(cè)時(shí)，一般給長(zhǎng)期參考幀分配較多的比特。從率失

4、真角度來看，這個(gè)長(zhǎng)期參考幀的率失真性能會(huì)降低，但由于這個(gè)幀質(zhì)量比較高，后面若干幀如果參考這個(gè)長(zhǎng)期參考幀會(huì)帶來編碼性能的提升，這樣以一個(gè)幀的質(zhì)量損失得到后面若干幀的質(zhì)量增益，整體性能也會(huì)提高。但如何決定長(zhǎng)期參考幀的間隔和相應(yīng)的比特分配，這兩個(gè)問題還沒有很好地解決。本文利用信息論中的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償理論，對(duì)雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償編碼中的長(zhǎng)期參考幀的間隔和比特分配進(jìn)行了分析,在理論上解決了長(zhǎng)期參考幀的間隔選擇和優(yōu)化的比特分配問題，這一研究成果對(duì)雙參考幀預(yù)測(cè)

5、的研究具有重要的意義。
　　2)針對(duì)在無線信道或網(wǎng)絡(luò)信道中進(jìn)行視頻傳輸時(shí)，信道受干擾后容易發(fā)生丟包的問題，提出了抗干擾的雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償框架結(jié)構(gòu)。前期的雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)目垢蓴_研究只是將現(xiàn)有的一些差錯(cuò)控制方法引入進(jìn)行差錯(cuò)抑制，沒有很好地利用雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償這種編碼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。本文首先給出了魯棒的雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方案，在不同丟包率情況下，自適應(yīng)的調(diào)整長(zhǎng)期參考幀的間隔和比特分配來提高抗干擾能力。而后，進(jìn)一步給出了抑制差錯(cuò)的雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)

6、償方案，其中從三方面來增強(qiáng)差錯(cuò)抑制能力：第一，為了減少差錯(cuò)的傳遞，提出了抗干擾的預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)，當(dāng)前幀在不同丟包率情況下自適應(yīng)的選擇參考幀，使得差錯(cuò)傳遞速度大大減小。第二，將宏塊信息分為頭信息和紋理信息，提出了新的端到端失真模型。第三，作為若干幀的參考幀，長(zhǎng)期參考幀比其他幀更為重要，這種情況下，提出了幀級(jí)的率失真方案，對(duì)長(zhǎng)期參考幀進(jìn)行更多的保護(hù)。本文提出的抑制差錯(cuò)的雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方案解決了抗干擾問題，使得雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償視頻編碼在有損信道下

7、的傳輸更加魯棒。
　　3）碼率控制在視頻編碼應(yīng)用中起到控制碼流大小和提高圖像質(zhì)量的作用，這在視頻編碼中必不可少。傳統(tǒng)的碼率控制方案是基于每幀有相似的質(zhì)量，并且當(dāng)前幀和參考幀有相同的距離，因此不適于雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)木幋a結(jié)構(gòu)。本文從三個(gè)方面來解決雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)拇a率控制問題。首先，提出了新的比特分配方法，對(duì)高質(zhì)量幀分配更多的比特，對(duì)低質(zhì)量幀用線性關(guān)系分配比特實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)的圖像質(zhì)量。其次，由于當(dāng)前幀的參考幀距離和質(zhì)量的不同，提出了不同的

8、碼率-量化參數(shù)模型。最后，提出了自適應(yīng)的MAD和Overhead預(yù)測(cè)方法。本文所提出的雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)拇a率控制方案，能精確控制碼率，使得雙參考幀運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方案從理論研究走向了實(shí)際應(yīng)用。
　　4）在多視點(diǎn)視頻編碼中，同一個(gè)物體的不同鏡頭的景象同時(shí)產(chǎn)生。這個(gè)過程中產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，需要高效的壓縮編碼。在單路視角的時(shí)域上看，短時(shí)間內(nèi)的幀間相關(guān)性很強(qiáng)，編碼效率還可以提高。從不同路的視間角度看，不同鏡頭同時(shí)從不同的角度捕捉同一個(gè)物體對(duì)象，大量的