考虑全帧间参考依赖性的监控视频高效视频编码码率控制算法

针对高效视频编码(HEVC)标准中的码率控制算法在计算目标码率分配权重时未考虑帧间参考依赖性、编码效率低的问题,提出了一种面向监控视频考虑全帧间参考依赖性的HEVC图像级码率控制算法。调研了HEVC低时延结构中编码帧与其所有帧间参考帧之间的参考依赖关系,在此基础上构建了适用于监控视频的考虑全帧间参考依赖性的失真模型。利用构建的失真模型,基于拉格朗日率失真优化理论,建立了拉格朗日率失真代价函数。求解此代价函数,获得每幅图像对应的优化的目标码率分配权重,提出了适用于监控视频的图像级码率控制算法。实验结果表明,与HEVC测试模型HM中使用的平均比率目标码率分配权重的码率控制算法相比,所提算法可以获得更加准确的码率估计,并且所提算法的德尔塔码率(ΔR)可平均降低9.54%。     

HEVC码率控制技术的研究进展

鉴于码率控制在视频编码应用中的重要性,综述了针对新一代国际视频编码标准HEVC (high efficiency video coding)的码率控制技术研究进展。介绍了码率控制的基本工作原理,通过调节编码器参数使输出码率符合信道带宽限制或满足存储设备的容量需求,主要包含比特分配和比特控制2个部分。然后,介绍了HEVC开发过程中接收的2个重要码率控制技术提案,从码率模型和比特分配两方面阐述了提案中的URQ (unified rate-quantization) 模型码率控制算法和R-λ模型码率控制算法。依据比特控制中的码率模型选择,把近年出现的HEVC码率控制算法分为Q域或λ域方法,并分别展开论述和技术点归纳;对HEVC扩展及其相应的码率控制进行了简要阐述。最后,结合码率控制仍需解决的问题,提出一些值得进一步探索的工作。     

基于梯度的HEVC帧内码率控制算法

在很多的视频应用中,压缩视频往往被限制在一定的信道带宽中,因此需将传输的码率控制在某个限定值,新一代视频压缩编码标准HEVC(high efficiency video coding)编码器引入了一种新的基于R-λ模型的码率控制算法,旨在降低比特估计误差。然而,HEVC的R-λ模型对于I帧的处理没有考虑视频内容复杂度,导致降低了该算法的性能。针对该问题,提出了一种基于R-λ模型的HEVC帧内码率控制算法,根据每个最大编码单元LCU(largest coding unit)的梯度去分配LCU的比特,这样可以使得比特分配更加准确。实验结果显示,所提算法在峰值信噪比(PSNR)基本不变的条件下,平均比特率误差控制在了0.018 5%。     

应用多恰可感知失真等级的视频感知编码

为了对视频编码中的视觉感知冗余进行充分挖掘,提升视频的主观质量,根据人眼感知特性对视频内容进行分类,建立了一种更符合人眼感知的多恰可感知失真等级视频感知失真测度模型,并将其应用于高效视频编码(HEVC).通过改善传统编码器的比特分配方式,对帧内编码帧与帧间编码帧分别进行处理,根据重分配的比特更新量化参数(QP),实现了视频感知编码.实验结果显示:与HEVC标准测试模型(HM)中的方法相比,提出的算法能够在近似同等的码率下获得更好的视频主观质量.     

分布式视频编码中相关噪声模型优化算法

在分布式视频编码中,准确的相关噪声模型(correlaiton noise model,CNM)是影响系统的关键因素。通过研究变换域中WZ帧与相应边信息的残差系数的分布关系,发现实际的残差分布与拉普拉斯分布模型存在一定的偏差。通过分析相关噪声模型的特性,提出相关改进算法。即根据残差系数的大小与实际概率置信度的关系,采用不同的分布参数,使得改进后的拉普拉分布模型更接近实际的残差分布。实验结果表明,该优化算法有效提高了系统的率失真性能,不仅降低了系统解码的码率,同时提升了最小均方误差(minimun mean square error,MMSE)重建的质量。     

一种改进的TMN8率失真模型

在视频压缩中,码率控制是必不可少的.通常码率控制算法使用一定的率失真模型来决策量化参数从而控制码率.H.263视频编码标准使用传统的基于DCT系数一致分布假设的TMN8率失真模型,但实际上DCT系数更接近拉普拉斯分布.为此,在基于DCT系数符合拉普拉斯分布的假设下,改进了传统的TMN8模型,得到了一种新的率失真模型.实验证明,这种改进的率失真模型在码率控制的精度和编码效率上都有较好的效果.     

一种H.264残差系数修剪算法

针对H.264残差系数编码中位置信息占用码率较多这一问题,提出了一种H.264残差系数修剪算法.该算法首先对视频序列进行预测、变换、量化以及扫描,然后对扫描后获得的残差系数进行线性分组,并采用率失真优化准则对残差系数分组进行修减,再在给定量化步长范围内计算每一个宏块在不同量化步长下的修剪结果,最后将率失真代价最小时对应的修剪剩余残差系数编码输出.实验结果表明,与H.264残差系数编码算法相比,该算法在相同码率下的峰值信噪比最多可以提高0.9dB,在相同信噪比下最多可以节省17%的码率.该算法没有改变H.264的码流结构,与标准兼容.     

基于BWDSP的HEVC熵编码的复杂度分析与优化

为了优化BWDSP平台上高效视频编码(high efficiency video coding,HEVC)熵编码算法,文章基于BWDSP仿真平台对熵编码复杂度进行了深入分析,并结合BWDSP搭载的硬件资源,从对不同尺寸的变换系数块熵编码算法结构的优化、存储器优化和线性汇编优化3个不同层级的组合优化方案进行优化处理,提出了一种基于乒乓缓存的DMA数据传输优化方案,设计了一种基于单核DSP的多任务级并行处理的优化方案。实验结果表明,经过优化的HEVC熵编码的运行速度显著提高,平均加速比达到15倍。     

基于亮度残差的VVC帧内编码改进算法

通用视频编码(versatile video coding,VVC)标准由联合视频专家组共同制定,它遵循基于混合块的编解码器及其前身高效视频编码(high efficient video coding,HEVC)的传统架构。与HEVC相比,VVC的帧内预测功能包含大量修改,编码效率大大提高。在VVC的基础上,提出了一种改进的基于亮度残差的帧内编码算法,通过减少率失真代价的检查次数,在保证编码质量不受较大影响的前提下,降低了计算复杂性,并提高了VVC的帧内编码效率。实验结果表明,在VTM16.0的VVC软件版本下,在相同配置下,改进算法的编码时间可以减少27.03%,而Bjntegaard-Delta rate只增加了0.9%。     

高效率视频编码快速模式判决算法

为了降低高效率视频编码(HEVC)的编码复杂度,提出一种新的快速模式判决算法.考虑到视频帧的纹理特性和编码中所采用的量化参数影响最优编码单元(CU)模式的选择,首先提取前一帧的平均分割层数和其最大编码单元(LCU)的最小分割层数来预测当前帧对应位置处LCU的最小分割层数,以跳过部分大块CU的模式判决;然后计算当前CU的运动矢量差值和预测残差系数来决定CU的最大分割层数,以避免小块CU的模式判决.实验结果表明,与原始的HEVC编码方法相比,高效率视频编码快速模式判决算法可平均降低51％的编码复杂度,而编码比特率平均只上升了0.69％.     

An efficient intra-frame rate control algorithm for H.264/AVC video coding

Intra-frame plays a significant role in improving video quality for rate control of H.264/AVC.In this paper,an efficient intra-frame rate control algorithm is proposed for H.264/AVC video coding.The proposed scheme adjusts the quantization parameter (QP) of intra-frame adaptively according to intra-frame buffer fullness ratio,current buffer fullness ratio,and skipped frame ratio.Experimental results demonstrate that for a set of typical testing sequences,the proposed scheme can obtain accurate target bit rate,better peak signal-to-noise ratio (PSNR) performance and reduce the number of skipped frames significantly,when compared with existing schemes.More importantly,the proposed scheme is very flexible for different initial QPs and target bits.     

基于重建图像压缩率的量化方法

为了适应传输通道不同的带宽限制,目前各种图像编码算法通过调整量化参数QP的值来控制量化粒度,但是压缩算法的输出码率与量化参数QP值并没有显式的关系,造成QP值的选取很难与带宽约束相匹配。本文提出一种依据输出码率来控制量化粒度的方法QCR,可使压缩算法的输出码率尽可能贴近带宽约束。因为量化参数QP要映射成量化阶距Qstep,本文首先确定压缩算法的量化阶距Qstep与输出码率的关系,然后通过逆向插值确定64个给定的输出码率所对应的量化阶距Qstep,并根据这64个给定的输出码率修改相应的量化表和反量化表,从而建立了利用输出码率控制量化粒度的方法。实验部分采用AVS压缩算法,同样也适用于AVS2。由于AVS的量化表中含有整数DCT变换的小数部分,因此QCR方法用于调整H.264/H.265的量化表和反量化表时,必须与AVS的整数DCT变换有所不同。实验表明本文通过重建图像压缩率控制量化粒度的QCR解决方案是有效可行的。     

采用HEVC的精细可分级编码

针对新一代的视频编码标准HEVC(high efficient video coding),提出一种改进的精细可分级编码方案.该方案的基本层采用HEVC的编码器,提高了基本层的编码效率;通过统计编码单元的分割方式,自适应找到图像中的细节区域;采用选择增强技术,提高细节区域的图像质量.实验结果表明:编码方案能够精细匹配信道带宽的变化,且基本层与增强层相互独立,不会带来误差传递;利用HEVC编码单元的分割方式,可以自适应找到视频序列图像中的细节区域,对运动区域进行提升,视频图像的主观质量有了很大的改善.     

一种高效的H.264码率控制方法

针对H．264编码方案提出了一种实时的无需二次编码的比特分配和码率控制策略．在一个可以在模式选择前预测当前帧编码复杂度的码率模型基础上给出基于宏块条的码率控制策略，包括帧、宏块条的比特分配和量化级计算方法以及求取码率模型参数的自适应算法，并对场景切换进行了检测和处理．实验结果表明，与JVT提案中部分使用二次编码的码率控制方法JVT-E069相比，所提出的方法在相同条件下码率控制得更准确，并能获得较高的PSNR和主观视觉质量，特别在有场景切换的情况下PSNR可提高0．5dB．     

基于双正交小波的快速矢量量化算法

提出了一种用于图象压缩的矢量量化算法．该算法通过构造符合图象小波变换系数特征的跨频带矢量,利用小波系数之间的相关性,提高了图象的编码效率和重构质量．同时,该算法又采用了两种新的矢量量化技术——非线性插补矢量量化（ＮＬＩＶＱ）和渐进构造聚类（ＰＣＣ）,提高了矢量量化的速度和码书质量．实验结果证明,该算法在比特率为０．１７２ｂｐｐ的条件下仍能获得ＰＳＮＲ＞３４ｄＢ的高质量重构图象．研究图象小波变换系数的固有特性是提高矢量量化性能的关键,而提高矢量量化速度是这类算法得以实用的重要前提．     

一种新的基于FPGA的HEVC帧内预测硬件结构

在保证视频编码性能的前提下,为降低硬件实现复杂度、减少硬件资源、提高硬件的处理速度,提出一种新的基于现场可编程门阵列(FPGA)的高效视频编码标准(HEVC)帧内预测硬件结构.设计的硬件结构可以支持64×64到4×4的块大小以及所有的模式预测,而且经过实验,实现一个完整的64×64大小的编码树单元(CTU)的编码过程需要3.3×10~4左右的周期数,主频能够达到160 MHz.     

Picture Quality Assessment-Based on Rate Control for Variable Bandwidth Networks

The growing popularity of Internet applications and services has rendered high subjective video quality crucial to the user experience. Increasing needs for better video resolution and faster transmission bandwidths present challenges to the goal of achieving balance between video quality and coding cost. In this paper, we propose a Perceptive Variable Bit-Rate Control(PVBRC) framework for the state-of-the-art video coding standard High-Efficiency Video Coding(HEVC)/H.265. PVBRC allocates a bit-rate to a picture while taking a Comprehensive Picture Quality Assessment(CPQA) model and perceptive target bit-rate allocation into consideration. The CPQA model calculates the objective and perceptive quality of both source and reconstructed pictures by referring to the human vision system. The coding bit-rate is then dynamically allocated by the result of the CPQA model according to differences in picture content. In PVBRC, the quantization parameter for current picture encoding is updated by an effective fuzzy logical controller to satisfy the transmission requirements of the Internet of Things. Experimental results show that the proposed PVBRC can achieve average bit savings by 11.49% when compared with constant bit-rate control under the same objective and subjective video quality.     

Macroblock-Level Rate Control Scheme for Video Encoders

Rate control plays an important role in video coding.An algorithm is proposed by Tsai et al in which maeroblock's coding order is rearranged to improve the coding quality.However,the complexityis very high due to the change of macrobiock's coding order.In this paper,a macroblocl-level rate control algorithm is proposed which recalculates the quantization parameter of each macroblock based on its significance.Simulation results show that the proposed algorithm not only achieves 0.1-0.6 dB in peak signal-to-noise ratio (PSNR) but also reduces 33%-55% total encoding time compared to Tsai's algorithm.