可伸縮視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)SHVC 的低復(fù)雜度編碼技術(shù)研究

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1、碩士學(xué)位論文可伸縮視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)SHVC的低復(fù)雜度編碼技術(shù)研究RESEARCHONLOW-COMPLEXITYENCODINGTECHNIQUESFORTHESCALABLEVIDEOCODINGSTANDARDSHVC余唱哈爾濱工業(yè)大學(xué)2018年6月國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào)：TP391.4學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類號(hào)：681.39密級(jí)：公開(kāi)工程碩士學(xué)位論文可伸縮視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)SHVC的低復(fù)雜度編碼技術(shù)研究碩士研究生：余唱導(dǎo)師：盧鑫講師申請(qǐng)學(xué)位：工程碩士學(xué)科：電子與通信工程所在單位：電子與信息工程學(xué)院答辯日

2、期：2018年6月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TP391.4U.D.C:681.39DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONLOW-COMPLEXITYENCODINGTECHNIQUESFORTHESCALABLEVIDEOCODINGSTANDARDSHVCCandidate：YuChangSupervisor：Dr.LuXinAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEng

3、ineeringSpeciality：ElectronicsandCommunicationEngineeringAffiliation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要視頻已經(jīng)成為人們?nèi)粘９ぷ?、生活中獲取信息、傳遞信息的主要途徑。視頻信息龐大的數(shù)據(jù)量導(dǎo)致傳輸數(shù)據(jù)過(guò)多地消耗了時(shí)間

4、，而且網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)、終端的差異等因素也使得前幾代面向存儲(chǔ)和電路交換的可伸縮視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)很難滿足現(xiàn)代IP網(wǎng)絡(luò)，特別是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)傳輸需求。為此，高效可伸縮視頻編碼H.265/SHVC標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。SHVC標(biāo)準(zhǔn)是高效視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)（HighEfficiencyVideoCoding，HEVC）的可伸縮擴(kuò)展，在繼承了HEVC編碼的高效性的同時(shí)，先進(jìn)技術(shù)的引用極大地增加了SHVC標(biāo)準(zhǔn)的編碼復(fù)雜度。針對(duì)SHVC標(biāo)準(zhǔn)的幀內(nèi)預(yù)測(cè)和幀間預(yù)測(cè)編碼計(jì)算量大，速度慢的缺點(diǎn)，本文提出兩種幀內(nèi)預(yù)測(cè)快速算法以及一種幀間預(yù)測(cè)快

5、速算法，從而大幅降低SHVC標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算復(fù)雜度，節(jié)省了編碼時(shí)間，為SHVC標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)編碼提供了可能性。本文的主要內(nèi)容為：首先，本文為空間可伸縮SHVC標(biāo)準(zhǔn)提出了一種適用于增強(qiáng)層幀內(nèi)預(yù)測(cè)的編碼單元（CodingUnit，CU）編碼深度決策快速算法。本算法首先利用編碼樹(shù)單元（CodingTreeUnit，CTU）的交流系數(shù)能量對(duì)圖像的紋理復(fù)雜度進(jìn)行分類，為紋理復(fù)雜度簡(jiǎn)單和復(fù)雜的CTU分別初步去除采納可能性較低的編碼深度。對(duì)于紋理復(fù)雜度介于簡(jiǎn)單與復(fù)雜之間的CTU，利用基本層與增強(qiáng)層之間在編碼深度上的相關(guān)性

6、為其預(yù)測(cè)一個(gè)縮小的編碼深度范圍。其次，利用編碼深度在同一增強(qiáng)層的空間相鄰CU之間的相關(guān)性，對(duì)初步縮小的編碼深度范圍作進(jìn)一步的限制，以提前終止CU劃分處理過(guò)程。相比于SHM原始算法，本算法最多可節(jié)省約52%的編碼時(shí)間，同時(shí)僅引起極低的碼率增加（0.89%），峰值信噪比的平均下降也可忽略不計(jì)（0.03dB）。其次，本文針對(duì)空間可伸縮SHVC標(biāo)準(zhǔn)提出了一種適用于增強(qiáng)層幀內(nèi)預(yù)測(cè)的編碼模式?jīng)Q策快速算法。本算法充分利用先驗(yàn)知識(shí)，有選擇性地對(duì)幀內(nèi)編碼模式在時(shí)間、空間和層間存在的相關(guān)性進(jìn)行結(jié)合，為不同尺寸的預(yù)測(cè)單元

7、（PredictionUnit，PU）分別構(gòu)造初始候選編碼模式列表，減少需要執(zhí)行粗略模式?jīng)Q策（RoughModeDecision，RMD）的編碼模式數(shù)量。另外，本算法還對(duì)RMD之后的編碼過(guò)程進(jìn)行了優(yōu)化。通過(guò)比較RMD過(guò)程篩選出的編碼模式的哈達(dá)瑪（Hadamard）變換代價(jià)值，去除代價(jià)值較大的編碼模式，從而進(jìn)一步減少了候選編碼模式的個(gè)數(shù)，降低了編碼計(jì)算量。相比于SHM原始算法，本算法可將編碼時(shí)間縮短為原來(lái)的80%，同時(shí)帶來(lái)的碼率增加僅為0.98%，峰值信噪比的下降也僅為0.06dB。此外，本文還將空間

8、可伸縮SHVC標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)層幀內(nèi)預(yù)測(cè)CU編碼深度決策算法與幀內(nèi)編碼模式?jīng)Q策算法整合成為SHVCI摘要增強(qiáng)層幀內(nèi)預(yù)測(cè)快速算法。實(shí)驗(yàn)證明，對(duì)于所有類型的測(cè)試視頻，整合后的快速算法可以實(shí)現(xiàn)平均40%的時(shí)間節(jié)省，而損失的PSNR值僅為0.08dB，平均增加的碼率不超過(guò)1.6%。最后，本文針對(duì)空間可伸縮SHVC標(biāo)準(zhǔn)提出了一種適用于增強(qiáng)層幀間預(yù)測(cè)的PU劃分模式?jīng)Q策快速算法。本算法利用PU劃分模式在基本層與增強(qiáng)層之間的相關(guān)性，為增強(qiáng)層當(dāng)前PU預(yù)測(cè)出最有可能的幾種PU劃分模式，減少編碼