基于HEVC的FGS视频编码算法研究

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随着网络技术、移动通信技术、视频应用等的不断发展,人们对视频编码技术提出了更高的要求,一方面要求编码技术具有更高的压缩效果,另一方面要求编码后的比特流对网络带宽具有良好的适应性。其中,网络带宽波动的问题仍是一个有待解决的根本问题。传统解决这一问题的方法有联播和码流转换,然而码率只能在预先设定的几个码率中变换,无法实现动态切换。在MPEG-4中提出的精细可分级视频编码技术(FGS),能够精细匹配网络带宽的变化,但与非可分级相比,编码效率降低了2-3dB。随着H.264/AVC的不断完善与发展,学者们又提出了基于H.264的精细可分级视频编码技术及一系列改进方法,编码效率有了一定程度的提升,但编码效率仍较低。新一代的视频编码标准——高性能视频编码标准(HEVC,High EfficiencyVideo Coding),在H.264/AVC的基础上,对视频图像的压缩效率提高了近一倍,即在保证相同视频图像质量的前提下,视频流的码率减少50%。为提高精细可分级视频编码效率,本文将HEVC与FGS相结合,提出一种基于HEVC的精细可分级视频编码方案,并在此基础上提出三种改进方案。基于HEVC的精细可分级视频编码方案是将HEVC编码器作为FGS的基本层,提升基本层的编码效率,而增强层仍采用MPEG-4FGS的增强层结构,增强层采用位平面编码技术,码流能够在任意位置被截断,因此能够精细匹配网络带宽的变化。第一种改进方案:利用HEVC编码单元的分割特点,运动剧烈的区域一般采用较小的编码单元分割尺寸,运动较平缓的区域一般采用较大的编码单元分割尺寸,在编码增强层前对基本层HEVC所采用的编码单元分割方式进行统计,自适应找到视频图像中的细节区域,作为感兴趣区域,提升该区域DCT系数的位平面数,优先编码,当增强层码流被截断时,细节区域的信息能够优先保存下来,达到改善视频主观效果的目的;第二种改进方案:利用OpenCV强大的视频图像处理功能,检测出视频图像中的运动对象,作为感兴趣区域,提升该区域DCT系数的位平面数,优先编码,改善感兴趣区域的主观效果;第三种改进方案:在增强层中引入运动补偿环路,去除原始视频在增强层的时域相关性,提升增强层的编码效率,将增强层和基本层的运动补偿环路相结合,增强层的运动补偿过程不再进行编码单元的划分,同时增强层不再进行运到矢量的搜索,直接采用基本层预测单元的运动矢量和参考帧索引,降低增强层运动补偿所占用的编码时间,并将增强层能够正确解码的信息引入到基本层,得到更高质量的参考图像,提高基本层的预测精度,从而提升基本层的编码效率,采用自适应的前端网络估计算法,确定可以正确传输的位平面个数,将能够正确传输的位平面信息引入到基本层,在提高编码效率的同时,有效避免预测漂移的产生。
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