基于视觉关注特性的HEVC码率控制算法研究

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随着高清视频应用的飞速发展,人们对于视频压缩的性能要求也越来越高。相较于H.264/AVC压缩标准,新一代视频压缩标准HEVC具有更高的压缩效率和更好的压缩质量。HEVC采用混合编码框架,通过多种技术相结合实现了视频压缩的最终目的,而码率控制是其中的一项重要技术。如何在保证最终压缩码流满足信道带宽的前提下,将目标码率有效合理的分配到各级编码单元上是码率控制算法所要解决的主要问题。  通过对人眼观测特性的研究发现,人眼在观看视频图像的时候有一定的偏向性,它往往更关注运动的物体和纹理复杂的区域,但基于混合编码框架的 HEVC视频压缩标准中没有有效的考虑这一特性。本文以 HEVC视频压缩编码标准为背景,以码率控制算法为主要研究对象。针对现行码率控制算法中存在的不足与问题,考虑人眼主观关注特性,对码率控制算法进行了相应的修改。同时,针对当前质量评价标准于主观观测评价的差异,对视频压缩质量评价标准进行了相应的修改。本文的主要工作可以总结为以下两点:  1.提出了一种基于主观关注区域和时空域相结合的码率控制改进算法。在不改变现行 HEVC码率控制算法结构的前提下,以时空域相结合的关注区域检测结果作为CTU层分配权重,对目标比特分配进行了修改。在时间域,提出了一种基于光流和全局运动估计的运动检测算法。在空间域,提出了一种基于纹理复杂度的码率分配权重计算方法。结合时间域和空间域,对CTU层目标比特分配权重进行修改,并且对分配权重进行了中心增强操作。形成了一种更符合主观观测的码率分配策略。  2.提出了一种结合人眼主观关注特性的压缩质量评价方法。以人眼主观观测实验为依据,对视频压缩质量评价标准进行相应的调整,在PSNR客观质量评价标准的基础上增加像素点的权重分配。根据眼动仪实验得出的图像显著图,对一帧图像中不同关注程度的像素点设定不同的权重值,将带有权重的像素失真和作为最终的评价参数。  考虑人眼的主观关注特性,本文在码率控制和质量评价标准两个方面进行了改进。相较于 HEVC官方提供的压缩模型,本文提出的码率控制改进算法在不影响编码目标比特实现的情况下,提升了主观压缩质量。并且本文提出的质量评价改进算法能更加直观有效的衡量码率控制改进算法的性能。
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