数字视频转换编码及可分级编码技术研究

论文摘要

随着Internet技术的迅猛发展,基于Internet的多媒体应用,如视频点播、网上购物、电视会议、远程教育以及实况转播等迅速发展,并不断出现新的服务形态和系统。由于视频通信系统传输的数据量大,并需连续传送,对实时性和可靠性要求也较高,因而成为这类多媒体应用中极具挑战性的课题。另一方面,传输网络和接收终端的多样性又需视频流能适应多种不同传输、解码和显示的要求。为此,本文首先简要介绍了MPEG-2 TM5中使用的传统的可分级编码方案。这种编码技术将编码的比特流以“层”的形式构造,一般一个视频流包括一个“基本”层和一个或多个“增强”层数据流[1], [2]。这种分级编码的视频数流,使得解码器能有选择的解码编码数据流中的一部分。例如只解码基本层得到基本质量的视频,也可以解码基本层和一个或多个增强层,得到高质量的视频。传统的可分级编码技术层数有限,且不够灵活,而视频转换编码则可提供码率在更宽范围内变化的压缩视频流。视频转换编码是将一个输入的已压缩视频码流转换成另一种不同视频格式、不同传输码率或不同编码标准码流的过程。这个过程一般无需完全解码和完全重新编码。视频转换编码可以分为同类、异类、错误恢复和应用于多媒体通信的四种类型。本文详细分析了同类视频转换编码技术,给出了码率、空间分辨率和时间分辨率下变换转换编码器结构,着重研究了其间漂移误差的产生与补偿。针对评价转换编码算法性能的两个最主要方面——转换速度和转换后码流的质量,本文提出了加快转换编码速度的新算法——宏块编码模式的利用及重新判断;改善转换后码流质量的新算法——利用运动矢量进行重构内部宏块;以及既能改善转换质量、又能一定程度上控制目标码流码率的新算法——综合利用运动矢量和残差信息重构内部宏块。论文论证了所提算法的原理,并给出了相应的实验结果。本文还介绍了异类、错误恢复和应用于多媒体通信的视频转换编码技术。为克服传统可分级编码技术的局限性,近年来提出的FGS算法是实现视频流图像质量精细可分级的有效算法,有望在网络传输环境下,特别是低码率视频传输领域,得到应用。小波变换是信号处理技术另一热点研究领域,将其多分辨率分解性质应用于视频编码,可实现视频流的时间和空间分辨率分层。面向有应用前景的这两种算法,本文将它们作为“高级可分级编码技术”,也作了一定深度的理论分析和算法研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 数字视频压缩编码标准
• 1.2 数字视频转换编码技术
• 1.2.1 传统的可分级编码技术
• 1.2.2 数字视频转换编码技术
• 1.3 课题研究的背景和目的
• 1.4 论文的主要研究工作
• 1.5 论文主要创新点
• 第二章 视频降码率转换编码
• 2.1 降码率转换编码器的结构
• 2.1.1 级联型完全解码/重新编码转换编码器
• 2.1.2 简化的级联型转换编码器
• 2.1.3 闭环转换编码器
• 2.1.4 开环转换编码器
• 2.2 降码率转换编码中的漂移误差
• 2.3 码率控制、恒定码率与变码率
• 2.4 恒定码率码流转换成变码率码流
• 2.5 本章小结
• 第三章 空间分辨率下变换转换编码
• 3.1 空间分辨率下变换中的漂移误差
• 3.2 漂移误差的补偿
• 3.2.1 降分辨率漂移误差补偿
• 3.2.2 全分辨率下的漂移误差补偿
• 3.2.3 部分编码结构
• 3.3 DCT域运动补偿
• 3.3.1 DCT域运动补偿算法
• 3.3.2 DCT域运动补偿快速算法
• 3.4 DCT域采样
• 3.4.1 DCT域下采样
• 3.4.2 DCT域上采样
• 3.5 运动矢量映射
• 3.5.1 中值滤波
• 3.5.2 加权平均
• 3.6 运动矢量优化
• 3.7 本章小结
• 第四章 空间分辨率下变换转换编码中的改进算法
• 4.1 宏块编码模式的利用及重新判断
• 4.1.1 宏块编码模式分析
• 4.1.2 动态空间分辨率下变换过程
• 4.1.3 实验结果
• 4.2 重构内部宏块
• 4.2.1 基于运动矢量的重构内部宏块方法
• 4.2.2 基于运动矢量和残差信息的重构内部宏块方法
• 4.3 本章小结
• 第五章 时间分辨率下变换转换编码
• 5.1 帧率控制策略
• 5.2 帧率转换中的运动矢量合成方法
• 5.2.1 双线性内插法（BIVS）
• 5.2.2 前向主向量选择法（FDVS）
• 5.2.3 活动性主向量选择法（ADVS）
• 5.3 空间分辨率、帧率同时下变换
• 5.4 本章小结
• 第六章 其它类型视频转换编码
• 6.1 异类视频转换编码
• 6.2 以错误恢复为目的的视频转换编码
• 6.3 应用于多媒体通信设计的视频转换编码
• 6.4 本章小结
• 第七章 高级可分级编码技术
• 7.1 精细可分级（FGS）编码技术
• 7.1.1 FGS编码器结构
• 7.1.2 FGS解码器结构
• 7.1.3 FGS码流基本结构
• 7.1.4 FGS中扫描方式的改进
• 7.2 基于小波多分辨率分析性质的视频分级编码
• 7.2.1 基于小波的视频空域可分级编码
• 7.2.2 基于小波的时域可分级编码
• 7.2.3 基于小波的分辨率可分级编码
• 7.3 本章小结
• 结束语
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢