H.264视频编码中的快速失真与速率估计算法

H.264视频编码标准采用率失真优化技术追求更高的编码效率。针对每一个宏块,编码器需要遍历多种帧内和帧间模式,复杂度较大,提出了模式选择中速率和失真的快速估计算法。该算法省去了模式判决中的反变换和熵编码过程,利用频域系数来直接估计宏块的编码失真和速率,且失真的估计能适于不同的宏块类型,速率的估计能自适应于视频的内容。仿真结果表明,对于多种类型的视频序列,该算法相对于参考算法能够提供较高的估计准确度,在保持编码率失真性能下降不多的条件下,节省了约35%的模式决定时间。     

H.264视频编码中的快速失真与速率估计算法

H.264视频编码标准采用率失真优化技术追求更高的编码效率。针对每一个宏块,编码器需要遍历多种帧内和帧间模式、复杂度较大;提出了模式选择中速率和失真的快速估计算法,该算法省去了模式判决中的反变换和熵编码过程,利用频域系数来直接估计宏块的编码失真和速率,且失真的估计能适于不同的宏块类型,速率的估计能自适应于视频的内容。仿真结果表明,对于多种类型的视频序列,该算法相对于参考算法能够提供较高的估计准确度,在保持编码率失真性能下降不多的条件下,节省了约35%的模式决定时间。     

丢包网络中鲁棒的视频码率控制算法

在率失真统计分析的基础上，提出了一种丢包网络中联合控制图像级量化参数和最佳宏块编码模式选择的优化算法．该算法克服了以往码率控制方法和误码复原技术互不关联的弊病，利用Lagrange数乘理论，在给定的受限码率下求得最优的图像量化参数和帧内刷新率，使得视频信源编码和信道传输总失真最小．实验结果表明，本算法能够获得比传统算法更高的性能增益．     

基于运动估计的H.264/AVC BU层码率控制算法

为解决H.264/AVC视频编码标准中码率预测不准确的问题,基于JM80提出了一种改进的BU层码率控制算法.该算法假设编码复杂度均匀分布在图像宏块的每个点上,根据宏块运动矢量预测出下一帧的编码复杂度,进而预测出宏块的量化步长和输出比特数的关系,因而比JM80采用的模型更直接和准确.该算法同时采用基于Lagrange乘子法的率失真最优准则的比特分配策略.仿真结果显示出经该算法控制后的输出码率非常接近目标码率,且和JM80中方法相比,对所有测试序列都有明显的峰值信噪比(PSNR)增益.     

基于自适应冗余数量和参数估计的容错编码

针对视频流在通过易错信道传输时丢包和延时导致的降低接收端的视频质量问题,为了提升视频流的容错性能,提出了一种快速容错编码策略,对每个主要帧自适应地编码多个冗余帧,并且进一步提出了快速多冗余帧数量计算的方法.利用实验数据得到失真和码流消耗的函数,使用编码参数来快速估计率失真代价值,进而根据失真模型对具有不同冗余帧计数的冗余帧的编码参数进行限制.由于序列相邻帧的特征具有相似性,因此使用临近帧的编码参数及失真和码流消耗对统计模型进行更新.最终通过利用失真和码流消耗的统计模型,分析冗余帧数量对总体端对端率失真代价的影响,以此选择优化的冗余帧数目和编码参数.实验结果表明:该算法与自适应调整编码参数的冗余帧编码的算法相比,峰值信噪比平均提高约1dB,具有更好的端对端视频传输质量.     

基于像素递归失真估计的率失真优化模式选择算法

为了改善视频数据在差错信道上传输的鲁棒性,结合H.264/AVC标准的多模式划分特点,提出了一种基于像素递归失真估计的率失真优化模式选择算法。该算法针对H.264/AVC中的多种帧内和帧间预测模式,对像素的递归失真估计方法进行改进,准确估计了差错环境下的视频失真,并采用二次率失真模型预测运动补偿编码的总码率以进行运动估计,最后运用率失真优化模型进行编码模式判决。实验结果显示,相对于H.264参考软件的模式选择算法,该算法提高了视频的差错恢复性能,能有效改善视频传输的鲁棒性。     

基于快速运动估计算法UMHexagonS的研究

UMHexagonS算法已经被视频编码标准H．264正式采纳作为整像素的快速运动估计算法。该算法的运算量相对于快速全搜索算法可节约90%以上,同时能够保持较好的率失真性能。本文结合JM10．2的源代码对UMHexagonS算法进行了分析,并对该算法进行了改进。通过利用运动矢量间性,采用一种新的自适应的非对称十字形模板来代替原算法中的非对称十字形模板,并将改进的算法在JM10．2测试模型上进行了验证,,实验结果表明,本文建议的方法在保证编码性能的同时,可以有效减少运动估计所需要的时问。     

率失真理论及在H.264/AVC中的应用

率失真理论主要是研究在限定失真条件下能够恢复信源符号所需的最小信息率.本文首先分析视频图像编码中的率失真思想,接着具体分析目前最先进的视频编码标准H.264/AVC中是如何利用率失真理论来指导编码以获得较高的编码性能的,并具体分析率失真优化理论在运动估计和宏块编码模式选择中的具体应用,最后给出了H.264/AVC验证模型JM12.2中的宏块编码的率失真优化算法的实现流程.     

面向无线信道的H.26L编码模式判决策略

在对H．26L视频编码中帧内帧间宏块编码失真和传输误码失真及扩散的理论分析基础上，提出了一种面向无线信道的H．26L编码模式率失真优化判决策略。考虑在编码模式选择时结合信道误码扩散模型，通过简化的率失真判决策略，使编码视频流具有很好的自适应误码恢复能力，且计算复杂度较低。典型无线信道环境中的测试结果表明，在增加不多计算量的情况下，该算法比传统方法具有更强的抗误码鲁棒性。     

自适应采样率分配的分布式压缩感知视频编码

提出了一种基于压缩感知理论的分布式视频编码方案,它是建立在压缩感知理论的基础上全新的具有动态测量率分配的分布式视频编码框架,具有编码端简单、抗误码能力强、编码效率较高的特点.在编码端,关键帧和非关键帧独立编码,关键帧采用高采样率的压缩感知测量,非关键帧采用自适应的压缩感知测量.在解码端,利用非局部稀疏模型和字典训练更新算法,关键帧和非关键帧联合进行压缩感知重建.实验结果表明,本文的编码算法能获得较好的率失真性能和主观图像质量.     

A Novel Algorithm of Solving the Optimal Slope on Rate-distortion Curve for the Given Rate Budget

Rate-distortion optimization greatly improves the performance of compression coding system so that it pervades all of the source coding from an information-theoretic standpoint and for the design of practical coding systems. For the case of rate-distortion optimization,Lagrange multiplier method provides the efficient and nearly optimal solution. In this paper,a fast and efficient algorithm is proposed to solve the optimal slope λ of the rate-distortion curve at the given bit budget. Based on Lagrange multi...     

MPEG-4码率控制方案的改进研究

针对低码率、低时延视频通信中MPEG-4 Q2码率控制方案导致的图像质量波动问题,利用拉格朗日乘子法,提出了一个率失真优化的目标比特估计算法(LAG-BA),根据前一帧图像的编码信息和虚拟缓存器状态预测当前帧的目标比特数.LAG-BA不但降低了连续图像质量变化的幅度,而且保证了算法与输入图像内容的自适应性.针对LAG-BA的误差累积效应,根据最小二乘支持向量机的原理,进一步提出了一个考虑到多个相关图像编码信息的目标比特估计算法(LSSVM-BA),并用LAG-BA和LSSVM-BA取代MPEG-4 Q2方案中的比特分配算法设计了两个改进的MPEG-4 Q2方案.实验结果表明,与原始的MPEG-4 Q2方案相比,两种改进的MPEG-4 Q2方案不但取得了更加平稳的图像质量,而且分别使编码的峰值信噪比提高了0.12 dB和0.44 dB.     

一种基于变换系数拉普拉斯分布的HEVC码率控制算法

基于变换后残差信号的拉普拉斯分布特性, 提出了一种面向高效视频编码(high efficiency video coding, HEVC) 的编码树单元(coding tree unit, CTU) 级码率控制算法. 首先, 研究了量化参数、拉普拉斯分布参数以及拉格朗日乘数之间的关系, 并建立了模型. 然后, 根据每个CTU 的变换残差的拉普拉斯分布特性动态调整其量化参数, 以获取高效的编码性能. 此外, 通过与帧级码率控制算法相结合, 获得了更加精确的码率控制效果以及良好的编码性能. 实验结果表明, 所提出的码率控制算法可以获得比HEVC标准提案JCTVC-H0213和JCTVC-K0103中所述码率控制算法更优的编码性能.     

基于相对编辑相似度的近似重复视频检索和定位

为有效对近似重复视频进行检索和定位,提出了一种基于相对编辑相似度的检索和定位算法.算法包括基于局部特征的视频编码和基于相对编辑相似度的在线检索和定位两部分.基于局部特征的视频编码首先提取数据库视频的关键帧,然后在关键帧中提取Root-SIFT特征描述符并应用层次K-Means聚类算法构建词典,之后将关键帧量化至词袋模型的单词并编码.基于相对编辑相似度的在线检索和定位首先对查询视频进行编码,然后应用相对编辑相似度算法,筛选近似重复视频并对近似重复片段进行定位.实验结果表明,LD算法比Yeh等提出的算法在平均F₁评价准则上效果要高8.55%,并且NDCR降低为原来的29%,效果提升明显.      

基于信噪杂比最大能量分配认知雷达波形设计

针对认知雷达信号处理中基于信噪杂比（SINR：Signal to Interference plus Noise Ratio）最优波形设计中因对拉格朗日乘子进行搜索而导致计算量大的问题, 提出一种基于信噪杂比最大能量分配方法。该方法通过离散化的能量进行合理分配, 获取回波的最大SINR, 从而得到认知雷达的最优发射波形。仿真实验表明, 基于信噪杂比最大能量分配方法与拉格朗日乘子算法获取的认知雷达最优波形相近, 但该方法因不需对乘子进行搜索而减少了计算量, 提高了计算速度。     

Joint mode selection and rate control for video transmission over packet loss network

In this paper, we first present a statistics analysis of the picture distortion caused by quantization, channel errors and subsequent error propagation, and propose rate-distortion (R-D) estimation models which are functions of two parameters, i.e. quantization step and intra refreshing ratio. Second, based on our proposed R-D models, a joint optimal quantization step and intra refreshing ratio selection algorithm is developed by using Lagrange multiplier theory. Next, a novel rate control algorithm, combined with macroblock (MB) coding mode selection, is proposed. The algorithm focuses on bit allocation at group of pictures (GOP) level and picture level to improve the encoding quality, and the MB mode selection addresses improving the local subjective quality within a picture. Finally, extensive simulation resultsshow that our algorithm can make the encoder adapting itself in time to the variation of the channel band-width and significantly improve the end-to-end video quality over packet loss network.     

无线多跳网络中SVC视频流传输的分布式优化方法

针对无线多跳网络承载多媒体服务所面临的可扩展性、能量有效性和服务质量保证的挑战,研究了多个可伸缩编码（scalable video coding,SVC）视频流在无线多跳网络中传输的分布式跨层优化问题.在分析网络资源分配约束和SVC视频内容自适应模型的基础上,把SVC视频的传输问题表达为一个视频质量和网络功率消耗的跨层权衡优化问题.基于对偶问题的可分解性和次梯度求解方法,提出了一个可分布式实现的SVC视频优化传输算法.该分布式算法避免了控制开销的全网传播,通过节点的局部信息交换和独立解决相应子问题,达到底层资源分配和上层SVC视频传输内容选择的最优匹配.仿真结果表明该算法可以快速收敛到最优解,并能实现SVC视频的平均传输质量和网络总功率消耗的最优权衡.     

基于边界约束的样品视频非对称运动估计方法

针对常规运动估计方法应用到样品视频编码时存在无效搜索点冗余搜索、有效搜索点遗漏的问题,提出基于边界约束的非对称运动估计方法。首先,在原有预定搜索范围的基础上,采用定点统计运动参量的方法对科学仪器的样品视频运动性能进行测试统计,根据统计结果,对视频运动范围设定边界,减少运动搜索点数;然后提出了基于边界约束的非对称搜索模型,依据样品视频的运动特征,优化搜索算法。来自电子探针和电子显微镜的不同样品视频编码实验表明,与多方向搜索算法(MDS)比较,所提方法的运动估计时间缩短了约33%,编码性能保持甚至超过了多方向搜索算法。     

约束优化问题的一种投影梯度Lagrange乘子法

运用Lagrange乘子法,将一般约束优化转化为仅含等式约束的优化问题,然后就线性与非线性两种情况进行讨论,通过投影梯度法来求解优化子问题。对于线性的情况得到一种可以不用计算初始点的最优化算法,最后的数值算例说明了算法的可行性与有效性。     

面向H.264 SVC空域-时域可伸缩编码的码率分配算法

提出一种面向H.264 SVC空域?时域可伸缩编码的码率分配算法。通过对SVC编码过程的分析, 设计了一个两阶段基于模型的码率分配算法框架。在每一阶段中沿空域或时域可伸缩性方向上, 码率分配问题都被描述为一个优化问题进行求解。在充分挖掘层次间相关性的基础上, 提出空域、时域视频层的失真和码率模型。利用所得到的率失真模型, 使用拉格朗日乘数法, 求取该分配问题的最优数值解。实验结果表明, 新的率失真模型所提供的高效码率分配算法, 大幅度提高了现有参考代码JSVM的性能, 其编码效率平均增益达1.22 dB。