基于Wyner-Ziv视频编码的高效编码算法研究

论文摘要

随着无线宽带网络的飞速发展,越来越多的移动视频终端被用于多媒体通信中。这些终端设备的处理能力和功耗等资源都十分有限,要求视频编码器简单易实现,压缩效率高,且具有良好的抗误码性能,传统视频编码标准如MPEG和H.26x系列因编码器复杂度高而不能适用于上述应用环境。因此,国内外学者提出了全新的视频压缩方法:分布式视频编码技术,其中Wyner-Ziv视频编码是目前国内外分布式视频编码的研究热点。本论文深入分析码率控制、边信息生成以及相关模型等关键技术对Wyner-Ziv视频编码效率的影响。在此基础上,首先提出无反馈码率控制算法,其中根据目标码率以及帧间相关性分配帧层码率,并在编码Wyner-Ziv帧时进行无反馈的比特面码率控制。该算法避免在系统中使用反馈信道,保证了视频通信的实时性。然后,论文提出了基于原始图像相关性的重叠块双向运动补偿算法来生成边信息,即在解码侧利用原始图像帧间相关性辅助运动估计和平滑,并内插生成较为精确的边信息。该算法大大提高解码恢复图像质量。最后利用上述高效算法,论文实现了基于变换域的Wyner-Ziv视频编码系统,并构建相关噪声模型,辅助码率控制、边信息生成以及解码/重构等模块。实验结果表明,与H.263+和H.264/AVC帧内编码方法相比,Wyner-Ziv视频编码算法编码效率明显提高,改善了恢复视频的质量,且编码器简单,易于实现,可用于终端编码设备简单的视频通信系统。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 分布式视频编码的特点与应用前景
• 1.2.1 分布式视频编码的特点
• 1.2.2 分布式视频编码的应用前景
• 1.3 论文主要内容和结构安排
• 第二章 分布式视频编码概述
• 2.1 分布式视频编码的基本原理
• 2.1.1 Slepian-Wolf 无损分布式编码理论
• 2.1.2 Wyner-Ziv 有损分布式编码理论
• 2.2 分布式视频编码实现方案
• 2.2.1 斯坦福Wyner-Ziv 方案
• 2.2.2 PRISM 方案
• 2.3 分布式视频编码的研究新进展
• 2.4 小结
• 第三章 Wyner-Ziv 视频编码的无反馈码率控制算法
• 3.1 传统视频编码的码率控制
• 3.2 分布式视频编码的码率控制
• 3.2.1 有反馈的Wyner-Ziv 帧码率控制方法
• 3.2.2 无反馈的Wyner-Ziv 帧码率控制方法
• 3.3 无反馈的编码侧码率控制算法
• 3.3.1 关键帧和Wyner-Ziv 帧之间的码率分配
• 3.3.2 Wyner-Ziv 帧比特平面码率控制方法
• 3.4 实验结果
• 3.5 小结
• 第四章 准确边信息生成算法研究
• 4.1 分布式视频编码中的边信息
• 4.2 运动补偿时域内插算法
• 4.3 基于原始图像相关性的重叠块双向运动补偿算法
• 4.3.1 原始图像相关性计算
• 4.3.2 前向/后向运动估计
• 4.3.3 运动矢量检测
• 4.3.4 运动矢量修正
• 4.3.5 分数像素精度双向运动估计
• 4.3.6 运动平滑
• 4.3.7 重叠块双向运动补偿
• 4.4 实验结果
• 4.5 小结
• 第五章 Wyner-Ziv 视频编码系统的实现及性能分析
• 5.1 系统整体结构设计与实现
• 5.2 变换与量化
• 5.3 构建相关模型
• 5.4 解码与重构
• 5.5 实验结果及性能分析
• 5.6 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步的研究工作
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果