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.     

网络视频质量包层评估模型研究

为了实现对网络视频质量的实时监测,提出一种包层视频质量评估模型.该模型无需对视频载荷信息进行解码,只通过分析视频包头信息评估网络视频的质量.首先,分析包头信息获取压缩码率、帧率、每帧编码比特数、丢包数目和丢包位置等信息,利用压缩码率和Ⅰ帧的平均编码比特数预测视频内容的运动特性,在此基础上结合视频帧编码类型及视频内容运动特性预测视频流的编码失真和丢包失真并最终建立包层质量评估模型.实验结果表明,相比国际标准G.1070模型和G.1070增强模型中的视频质量评价方法,通过该模型得到的视频质量与视频主观质量的皮尔森相关系数分别平均提高了0.087和0.065,同时均方根误差降低了0.219和0.164.该模型具有良好的性能,可以准确地评价网络视频质量.     

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%。     

基于视觉感知的HEVC率失真优化算法

为了充分挖掘视频的视觉感知冗余,提高视频的主观质量,提出了基于视觉感知的HEVC率失真优化方法。首先,采用GBVS(Graph-Based Visual Saliency)算法提取视觉显著图。其次,将视频图像分为显著区域和背景区域,同时得到权重因子指导码率分配。最后,根据分配的目标码率对拉格朗日因子进行调整,修正拉格朗日因子和量化参数,从而选择最优编码模式实现率失真优化。实验结果表明,相对于传统的高效视频编码,在维持码率基本不变的情况下,在全I帧配置下显著区域的Y-PSND提高了0.53 d B而背景区域和总体的Y-PSND有轻微下降,视频主观感受质量得到有效提高。     

中文文本屏幕内容图像通用视频编码标准编码感知失真研究

为了探索最新一代通用视频编码标准(versatile video coding, VVC)对中文文本屏幕内容图像(text screen content image, TSCI)感知质量的影响,设计图像主观观测实验并基于VVC混合编码框架原理研究了中文TSCI的VVC编码感知失真。构建中文文本屏幕内容图像数据库(Chinese text screen content image dataset, CT-SCID),设计图像主观观测实验,分析VVC引起的中文TSCI感知失真类型及其发展路径;结合VVC的混合编码框架原理,理论分析并实验验证影响VVC编码的中文TSCI感知失真程度的因素;总结当前代表性的屏幕内容图像质量评价方法在中文TSCI VVC编码感知失真评测上的性能表现。实验结果表明：字体大小和对比度是影响中文TSCI VVC编码感知质量的重要因素,且中文TSCI的字体越小、对比度越低时,图像的感知质量等级越低;当前代表性的屏幕内容图像质量评价方法均无法给出完全符合人眼感知特性的质量评价结果。研究对于后续开发适用于中文TSCI的感知质量评价方法、高效编码方法等具有指导意义。     

基于H.264感兴趣区域平稳视频主观质量的码率控制

为提高低延时低码率条件下的视频质量,提出一种H.264帧层和宏块层的码率控制算法,实现平滑主观质量和平稳缓冲区波动的一种新的权衡。帧层采用比例-积分-微分算法进行帧层码率分配;在宏块层建立一种新的基于运动外推的编码复杂度传播模型,在保证感兴趣区域具有平稳质量的前提下,在感兴趣区域和非感兴趣区域之间进行比特分配;在各区域中,根据编码复杂度传播模型,基于率失真优化选择宏块量化参数。仿真结果表明:和传统JM算法相比,感兴趣区域的质量波动可减少达35.5%～57.1%。该算法在保证较低缓冲区波动的前提下,具有平滑的主观视频质量。     

基于H.264感兴趣区域平稳视频主观质量的码率控制

为提高低延时低码率条件下的视频质量,提出一种H.264帧层和宏块层的码率控制算法,实现平滑主观质量和平稳缓冲区波动的一种新的权衡。帧层采用比例-积分-微分算法进行帧层码率分配;在宏块层建立一种新的基于运动外推的编码复杂度传播模型,在保证感兴趣区域具有平稳质量的前提下,在感兴趣区域和非感兴趣区域之间进行比特分配;在各区域中,根据编码复杂度传播模型,基于率失真优化选择宏块量化参数。仿真结果表明:和传统JM算法相比,感兴趣区域的质量波动可减少达35.5%～57.1%。该算法在保证较低缓冲区波动的前提下,具有平滑的主观视频质量。     

使用前景/背景区域率失真特性的码率控制方法

为提高视频编码器码率控制的性能,根据视频内容将视频帧划分成包含主要运动物体的前景区域和相对静止背景的背景区域,分析各区域的率失真特性,提出一种适用于H.264/AVC编码器的基于区域的宏块层码率控制方法. 比特分配中,根据宏块的区域信息确定加权因子,自适应地为重要宏块分配较大的目标比特预算. 不同区域使用对应参数的二次模型确定宏块量化参数(quantization parameter,QP),并以已编码宏块的QP为参考调整计算所得QP,以降低前景与背景区域间、相邻宏块间的编码质量波动. 宏块编码结束后,根据实际编码信息更新各区域的码率控制参数. 实验测试表明,提出方法能够有效降低实际码率与目标码率之间的相对偏差,提高编码效率和解码恢复视频的主观质量。     

高效视频编码中帧内码率控制改进算法

针对失真漂移现象造成码率拉格朗日因子(R-λ)模型编码效率低的问题,提出一种考虑区域间失真关联性的高效视频编码(HEVC)帧内码率控制改进算法。首先根据帧内预测编码原理,对编码区域间的失真关联性进行分析,得到漂移的失真、当前失真与总失真之间的关系;然后利用编码像素值、参考像素值和参考像素重构值,准确地预测出漂移的失真值;最后结合传统的R-λ模型,获取基于失真漂移的拉格朗日因子λ,继而建立更准确的R-λ模型。实验结果表明,与原始的帧内码率控制算法相比,在相同的码率下所提算法可将编码码率平均降低1.7%,重构视频的峰值信噪比平均提高0.1 dB,证明所提算法的编码效率得到提升,且编码时间增幅非常小。     

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。     

一种HEVC帧内编码快速算法

为了降低新一代高效视频编码(high efficiency video coding,HEVC)标准的计算复杂度,提出了一种基于亮度分量直方图分析的HEVC帧内编码快速算法。统计编码单元中4个子块的亮度分量直方图,并计算子块亮度直方图的自相关函数;根据自相关函数判断每个子块的纹理类型;根据子块的纹理类型进行编码单元划分的自适应选择,从而减少不必要的编码尺寸,降低HEVC帧内编码的计算复杂度,提高编码速度。实验结果显示,相对于HEVC标准模型,本算法可将编码速度提高22%,而平均比特流增加0.9%左右,同时视频的PSNR基本维持不变。     

分布式视频压缩感知中基于边信息及其支撑集的稀疏重构

文中提出了一种基于边信息及其支撑集的分布式视频压缩感知重构方案,它是建立在压缩感知和分布式视频编码理论的基础上,具有终端简单、采样/编码复杂度极低的特点.在该重构方案中,首先利用边信息构造当前（非关键）帧的冗余字典,为压缩感知重构提供稀疏表示方法;然后利用边信息估计的信号像素值和支撑集,辅助当前帧稀疏重构,提出了一种基于交替方向乘子的迭代算法以实现该重构优化问题的求解.实验结果表明,该重构方案能够获得较好的采样率和失真性能,主观图像质量也有所提高.     

视频编码损伤对低分辨率图像质量的影响

研究了CIF分辨率的视频序列分别经过AVS-P2与H.264-baseline profile编码后,各种视频编码损伤的感知程度.通过3组主观实验得出了结论:就主观感知的模糊程度、色彩失真程度和块效应程度而言,H.264与AVS在CIF视频上没有显著性差异.并且进一步利用主成分分析和线性回归的方法,得出了各种编码损伤对主观图像质量影响的数学模型,模型具有良好的线性,同时给出结论:在低分辨率条件下,模糊程度和色彩失真程度对主观图像质量的影响相近,而块效应程度对主观图像质量的影响低于模糊程度和色彩失真程度对主观图像质量的影响.     

基于二项式比特率计算模型的时变信道

针对H.264无线视频通信中的编码比特率问题,在一般的二项式计算模型理论的基础上,分析了比特率计算模型和均方差失真模型,并建立了编码比特率量化参数和宏块帧内刷新率的关系,提出了码率控制的新思想.该方法不仅能够在给定的网络带宽下,自适应地调整比特分配和量化参数,防止缓冲区的上溢和下溢,而且运用率失真优化求解方法精确地控制编码比特数,从而使帧内宏块级分配优化.     

基于编码比特数和EPZS的快速运动估计方法

H.264视频编码采用快速帧间模式判决和运动估计算法,显著提高了编码效率,利用多分辨率运动估计方法和率失真模型结合编码比特数来加快搜索过程,可以减少编码时间和计算量。实验表明,在视频质量不下降的同时,在EPZS算法基础上显示了更好的性能。     

移动无线互联网接入中视频编码码率的控制策略

建立了用于接入移动无线互联网的视频编码转换模型,提出了自适应运动矢量估值方法.将编码转换码率控制分为图像层控制和宏块层两级,首先对每帧图像的编码比特数进行预分配,然后采用小波变换系数来表征图像特征,为帧内不同特征的宏块选用不同的量化因子,提出一种新的码率控制策略.模拟实验结果表明该方法在视频图像质量没有明显失真的前提下,提高了视频编码转换速度;编码转换输出码流和编码转换缓冲区占用量较稳定,重建图像的信噪比得到明显的改善.     

基于压缩感知的视频编码技术研究

通过分析和比较基于传统视频编码架构和基于分布式视频压缩感知的视频压缩感知编码技术的主要特性,提出一种新的基于帧间模式决策的混合式视频压缩感知编码模型.针对不同的图像内容变化速率、感知帧测量率以及图像组尺寸等情况,分别进行算法的仿真实验.测试结果表明,所提出的混合式视频压缩感知编码技术能够在高保真重建视频序列的同时,兼顾编解码速度.     

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.     

一种新的基于分块的视频压缩感知算法

提出了一种新的基于分块的视频压缩感知算法,可以将视频采集和压缩编码有机结合起来同时进行. 为利用视频时间轴上的冗余,对参考帧和非参考帧使用不同的采样策略:对于参考帧,先进行分块然后进行常规的压缩感知采样;对于非参考帧,将分块后和参考帧对应块作比较然后调整采样策略. 非参考帧的采样可以为参考帧提供更多的信息,使得在采样数目很少的情况下得到更高的视频质量. 同时算法可以根据视频帧内部的纹理复杂程度自适应地调整采样速率,优化资源配置. 实验结果表明,相对于一般的压缩采样算法,本算法使用比以往算法少20%以上的采样值,得到的结果既符合人眼观察又有最高的信噪比.      

一种改进的HEVC编码单元划分方法

针对高效率视频编码(HEVC)帧内预测中的率失真优化(RDO)算法计算复杂度高的问题,该文提出了一种基于统计学的率失真优化的改进方法。通过对不同量化参数的率失真代价概率分布图产生的阈值进行统计,得到最大编码单元(LCU)划分过程中不同深度的阈值方程,并利用该阈值提前终止编码单元的划分从而达到降低计算复杂度的目的。实验表明该文所提出的改进方法与HEVC的测试模型HM10.0相比,在保证视频质量和码率基本不变的前提下(码率仅增加了0.5%,Y-PSNR只降低了0.019d B),减少了26.7%的编码时间,提高了编码效率。