視頻編碼中質(zhì)量、復(fù)雜度和碼率控制.pdf

1、數(shù)字視頻是多媒體的重要標(biāo)志,也是多媒體信號(hào)中最具有表現(xiàn)力的成分.但數(shù)字視頻內(nèi)在的高帶寬特性限制了多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展.為有效利用傳輸帶寬和存儲(chǔ)空間,必須對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮.ISO/IEC和ITU-T分別制定了MPEG-x和H.26x系列標(biāo)準(zhǔn)以便于對(duì)數(shù)字視頻的處理、傳輸和存儲(chǔ).除最新的H.264外,這些標(biāo)準(zhǔn)都是基于聯(lián)合MC-DPCM/DCT的視頻壓縮框架,即采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)和離散余弦變換分別消除視頻信號(hào)的時(shí)域和空域冗余.視頻編碼是在碼率、質(zhì)量

2、、處理復(fù)雜度、容錯(cuò)性能和交互性等約束條件下的多維優(yōu)化過(guò)程.該文主要從實(shí)時(shí)視頻應(yīng)用角度,對(duì)混合MC-DPCM/DCT視頻編碼中的處理復(fù)雜度、碼率控制和差錯(cuò)控制這三方面問(wèn)題展開(kāi)了深入的研究.眾所周知,視頻處理是多媒體計(jì)算中運(yùn)算開(kāi)銷最大的部分,它的計(jì)算復(fù)雜度遠(yuǎn)大于其它媒體(文本、語(yǔ)音、音頻、圖形和靜態(tài)圖象).對(duì)于實(shí)時(shí)視頻應(yīng)用環(huán)境,視頻編碼以往大多由專用設(shè)備完成.但隨著通用處理器和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)主頻的提高、面向視頻處理的指令集出現(xiàn),使

3、得更為經(jīng)濟(jì)、靈活的軟件編碼成為可能.該文系統(tǒng)分析了MC-DPCM/DCT視頻編碼原理,從算法和實(shí)現(xiàn)這兩方面探討了降低視頻編碼復(fù)雜度的方法,首先重組了編碼器結(jié)構(gòu);接著對(duì)編碼過(guò)程中的關(guān)鍵模塊進(jìn)行優(yōu)化.特別地,針對(duì)移動(dòng)視頻通信應(yīng)用,該文提出了一種低復(fù)雜度的高性能運(yùn)動(dòng)估值算法;然后將與處理器硬件結(jié)構(gòu)相關(guān)的方法引入了優(yōu)化過(guò)程,提高了數(shù)據(jù)的處理并行性和訪問(wèn)效率;最后使用查找表或匯編優(yōu)化對(duì)關(guān)鍵模塊進(jìn)行加速.其次,在碼率控制方面,碼率-失真(R-D)分

4、析和碼率控制在視頻編碼和視頻通信系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用.在傳統(tǒng)R-D模型中,碼率R和失真D都看成量化步長(zhǎng)的函數(shù),而且失真評(píng)價(jià)函數(shù)一般在象素域或空域中進(jìn)行.該文在壓縮域或DCT域建立了一種失真函數(shù)模型,它能夠?qū)幋a復(fù)雜度提供更加精確和可靠的預(yù)測(cè).在此基礎(chǔ)上,針對(duì)TM5模型中存在的缺陷,該文提出了一種改進(jìn)的CBR碼率控制算法,它解決了TM5中緩沖區(qū)不一致性問(wèn)題,并增強(qiáng)了算法對(duì)場(chǎng)景切換的適應(yīng)性.對(duì)于VBR碼率控制,作者還提出了一種面向?qū)崟r(shí)視

5、頻編碼應(yīng)用的單通道VBR碼率控制算法,它避免了多通道VBR算法的多次編碼或預(yù)分析的開(kāi)銷,減小了量化步長(zhǎng)波動(dòng),可提供穩(wěn)定的視頻質(zhì)量.最后,在視頻通信系統(tǒng)中,由于傳輸信道中噪聲或網(wǎng)絡(luò)中擁塞影響,傳輸差錯(cuò)和數(shù)據(jù)包丟失是不可避免的.與普通的數(shù)據(jù)傳輸不同,視頻通信受嚴(yán)格的延時(shí)限制,不能通過(guò)重傳機(jī)制保證無(wú)差錯(cuò)的傳輸.預(yù)測(cè)和可變長(zhǎng)編碼的使用也使得碼流對(duì)誤碼或數(shù)據(jù)包丟失更加敏感.該文在分析MC-DPCM/DCT壓縮視頻特點(diǎn)的基礎(chǔ)上研究了各種誤碼檢測(cè)方法