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视频编码中亚像素运动补偿技术研究

2020-12-07阅读(397)

视频编码中亚像素运动补偿技术研究

论文摘要

高分辨率、高比特精度、高保真色彩的视频需求带来了视频图象的数据量急剧增大,进一步提高压缩效率是视频编码的迫切需要。提高视频压缩效率的同时,编解码器的硬件复杂度,访存等因素也须重点关注。在此目标下,国际视频编码标准组织正在开展下一代编码标准的预研工作,并建立了预研平台。基于此预研平台,本论文在亚象素运动补偿技术方面进行了深入的研究。本论文对运动补偿过程建立了相应的数学模型,指出视频图象的混叠、运动矢量误差及噪声是帧间预测残差的主要来源,采用维纳滤波器对参考图象进行亚象素插值可以减少预测残差。极限情况下,当混叠十分严重时,相对于理想低通滤波器,用维纳滤波器进行亚象素插值能将预测残差均方和减少一半。具体实现维纳插值滤波技术时,针对亮度分量,本论文分别在帧级自适应插值技术和宏块级自适应插值技术两方面进行了研究。针对亮度分量的帧级自适应插值技术,本论文提出了混合自适应插值(CAFI)结构,实验表明CAFI结构相对于H.264/AVC的固定系数插值滤波器,对所测4:2:0序列,在同图象质量下,码率最大下降27%;CAFI结构相对于下一代视频编码标准预研平台中的其它自适应插值结构在编码性能增益和硬件复杂度方面有更好的折衷。针对亮度分量的宏块级自适应亚象素插值技术,考虑到访存是实现实时高端解码的瓶颈,本论文提出了低访存的宏块级自适应亚象素插值(LMMAIF)技术。实验表明,LMMAIF技术在编码增益与帧级CAFI技术相当的情况下,亮度分量的访存最大下降40%。针对4:4:4视频序列3个分量的亚象素运动补偿技术,本论文提出了多分量自适应插值(MCAIF)技术。在MCAIF技术中,对亮度分量,可采用帧级CAFI技术或LMMAIF技术。对色度分量,本论文设计了空域二维2x2阶自适应技术对其进行插值。实验表明,对所测4:4:4序列,相对于H.264/AVC High4:4:4 profile,MCAIF技术在同图象质量下码率最大下降了29.46%,访存减少了60%,色度分量DSP应用场合的计算复杂度减少了69%。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 引言
  • 1.1 课题的背景和意义
  • 1.2 视频图象的冗余度分析
  • 1.3 视频图象压缩技术介绍
  • 1.3.1 帧间预测运动补偿技术
  • 1.3.2 变换域编码技术
  • 1.3.3 熵编码技术
  • 1.3.4 主观质量改善技术
  • 1.4 视频编码标准的发展介绍
  • 1.5 视频压缩中高精度亚象素运动补偿技术分析研究背景
  • 1.6 论文主要研究内容
  • 第2章 视频图象采样与预测残差分析
  • 2.1 本章引论
  • 2.2 模型假设
  • 2.3 视频图象满足采样定理时帧间预测残差分析
  • 2.3.1 一般情况下帧间预测残差分析
  • 2.3.2 理想情况下帧间预测残差分析
  • 2.4 视频图象不满足采样定理时帧间预测残差分析
  • 2.4.1 一般情况下帧间预测残差分析
  • 2.4.2 理想情况下帧间预测残差分析
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 帧级自适应亚象素插值算法
  • 3.1 本章引论
  • 3.2 H.264/AVC 标准亚象素插值算法分析
  • 3.3 帧级自适应亚象素插值技术回顾
  • 3.3.1 帧级N 组固定系数插值滤波器可选
  • 3.3.2 帧级自定义亚象素插值滤波器
  • 3.4 帧级自定义亚象素插值编码过程
  • 3.4.1 Two-Pass 编码过程
  • 3.4.2 Two-Pass 编码过程的简化方法
  • 3.5 帧级自定义亚象素插值结构
  • 3.5.1 二维不可分离亚象素插值结构
  • 3.5.2 可分离亚象素插值结构
  • 3.5.3 方向性插值结构
  • 3.5.4 混合自适应多方向亚象素插值结构（CAFI）
  • 3.6 帧级自定义亚象素插值系数的获得
  • 3.7 帧级自定义亚象素插值结构复杂度比较
  • 3.7.1 针对ASIC 应用的亚象素插值结构复杂度比较
  • 3.7.2 针对DSP 应用的亚象素插值结构复杂度比较
  • 3.8 帧级自定义亚象素算法编码性能分析
  • 3.8.1 帧级自定义亚象素技术实验结果
  • 3.8.2 帧级自定义亚象素技术性能分析
  • 3.8.3 不同编码过程实验结果
  • 3.9 本章小结
  • 第4章 宏块级自适应亚象素插值算法
  • 4.1 本章引论
  • 4.2 宏块级自适应亚象素插值技术回顾
  • 4.3 H.264/AVC 运动补偿过程及访存分析
  • 4.4 低访存宏块级自适应亚象素插值算法（LMMAIF）
  • 4.4.1 插值结构的设计
  • 4.4.2 插值滤波器系数的获得
  • 4.5 解码器访存比较
  • 4.6 低访存宏块级自适应亚象素插值技术编码性能分析
  • 4.7 本章小节
  • 第5章 多分量自适应亚像素插值算法
  • 5.1 本章引论
  • 5.2 H.264/AVC High4:4:4 profile 视频编码框架介绍
  • 5.3 色度空间变换介绍
  • 5.4 4:4:4 视频序列帧间亚象素运动补偿技术研究
  • 5.4.1 色度分量插值系数的选择
  • 5.4.2 色度分量插值结构的设计
  • 5.5 多分量自适应插值算法（MCAIF）
  • 5.5.1 4:4:4 序列插值结构
  • 5.5.2 4:4:4 视频序列自适应编码过程
  • 5.5.3 实验结果及性能分析
  • 5.5.4 多分量自适应插值算法复杂度分析
  • 5.6 本章小结
  • 第6章 总结
  • 参考文献
  • 致谢
  • 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

    • 相关论文文献

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