質(zhì)量可伸縮性視頻編碼與差錯(cuò)控制技術(shù)研究.pdf

1、隨著視頻編碼技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、信息家電以及消費(fèi)電子的迅速發(fā)展，以視頻內(nèi)容為核心的流媒體服務(wù)已成為信息產(chǎn)業(yè)中極具發(fā)展前景的業(yè)務(wù)之一。然而，不同于面向存儲(chǔ)的視頻應(yīng)用，流媒體數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)必須面對(duì)如網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)、帶寬波動(dòng)、傳輸錯(cuò)誤、終端多樣性等復(fù)雜的環(huán)境問(wèn)題，需要視頻編碼系統(tǒng)具備在較低的計(jì)算復(fù)雜度上提供時(shí)域、空域和質(zhì)量域的可伸縮性能力?？缮炜s性編碼(Scalable Video Coding，SVC)作為處理此類(lèi)復(fù)雜問(wèn)題的有效工具，具有理論研究意

2、義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，是目前視頻編碼領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)之一。
　　 本文以目前最新的基于H.264/AVC擴(kuò)展的可伸縮性編碼標(biāo)準(zhǔn)——JVTSVC為平臺(tái)，研究了質(zhì)量可伸縮性編碼中的相關(guān)問(wèn)題。論文針對(duì)精細(xì)顆粒度的可伸縮性編碼(Fine Granular Scalability,FGS)和粗糙顆粒度的可伸縮性編碼(Coarse Granular Scalability,CGS)，分別研究了各種編碼框架及其參數(shù)優(yōu)化和碼流截取問(wèn)題以及增強(qiáng)層的差

3、錯(cuò)掩蓋問(wèn)題。
　　 首先，本文詳細(xì)分析了FGS基本框架及其改進(jìn)框架的特點(diǎn)，針對(duì)低延時(shí)下的視頻應(yīng)用，提出一種基于關(guān)鍵幀的開(kāi)環(huán)—閉環(huán)混合FGS編碼框架?？蚣軐⑿蛄兄械亩鄶?shù)幀編碼為非關(guān)鍵幀，非關(guān)鍵幀使用單預(yù)測(cè)環(huán)路的開(kāi)環(huán)方式，提高了FGS的編碼效率，但也引入了基本層漂移(Drift)。為消除漂移，周期性地插入關(guān)鍵幀，關(guān)鍵幀使用雙預(yù)測(cè)環(huán)路的閉環(huán)方式且僅從前一關(guān)鍵幀進(jìn)行預(yù)測(cè)，因此在基本層阻止了漂移。增強(qiáng)層則使用自適應(yīng)參考(FGS withA

4、daptive Reference，AR-FGS)技術(shù)在提高編碼效率的同時(shí)保持較好的魯棒性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文算法相對(duì)JVT SVC中的AR-FGS編碼框架在降低了計(jì)算復(fù)雜度的同時(shí)，在大部分碼率范圍內(nèi)提高了編碼性能。僅在接近基本層碼率點(diǎn)的極低碼率范圍內(nèi)，編碼性能對(duì)具有中等或較大運(yùn)動(dòng)程度的序列有輕微下降。
　　 針對(duì)上文提出的FGS混合框架，考慮到關(guān)鍵幀和非關(guān)鍵幀對(duì)序列整體質(zhì)量的貢獻(xiàn)不同，提出一種非對(duì)稱(chēng)的碼流截取算法。算法在同一FG

5、S層內(nèi)將碼率優(yōu)先分配給對(duì)序列整體質(zhì)量貢獻(xiàn)更大的關(guān)鍵幀，對(duì)非關(guān)鍵幀則平均分配。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，結(jié)合非對(duì)稱(chēng)的碼流截取算法，混合FGS編碼框架的性能進(jìn)一步得到了提高。
　　 其次，本文研究了AR-FGS中的漏因子選擇問(wèn)題。考慮到碼流截取方式間接影響著漏預(yù)測(cè)的性能，本文首先分析了JVT SVC測(cè)試模型——JSVM中的碼流截取方式，提出一種改進(jìn)的碼流截取方式，保證了輸出碼流在幀級(jí)上的平滑。然后提出一種自適應(yīng)的漏因子選擇算法，算法根據(jù)當(dāng)前參考

6、幀基本層數(shù)據(jù)量與前一個(gè)Ⅰ幀的基本層數(shù)據(jù)量的比值，獨(dú)立地為每幀選擇最優(yōu)的漏因子，同時(shí)根據(jù)短期平均基本層數(shù)據(jù)量與當(dāng)前參考幀基本層數(shù)據(jù)量的比值，對(duì)所選漏因子進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文算法的PSNR(Peak Signal toNoise Ratio)值在大部分碼率范圍內(nèi)高于固定漏因子算法。
　　 最后，本文研究了質(zhì)量增強(qiáng)層的差錯(cuò)掩蓋問(wèn)題。在當(dāng)前幀增強(qiáng)層丟失時(shí)，有兩種較為常用的差錯(cuò)掩蓋方式：使用當(dāng)前幀基本層對(duì)應(yīng)位置的重建圖像，或前一幀

7、增強(qiáng)層在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償中對(duì)應(yīng)位置的重建圖像對(duì)受損圖像進(jìn)行掩蓋。在對(duì)這兩種掩蓋方式的特點(diǎn)和適用環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析后，本文提出一種基于失真度估計(jì)的自適應(yīng)增強(qiáng)層差錯(cuò)掩蓋算法。算法根據(jù)正確接收的基本層重建殘差以及基本層與增強(qiáng)層量化參數(shù)的差距，分別估計(jì)出兩種掩蓋方式各自的總體失真度，并以4×4塊為單位，選擇失真度小的方式進(jìn)行掩蓋。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文提出的自適應(yīng)掩蓋算法與上述兩種常用掩蓋方式相比，PSNR分別提高了約4.0與0.6 dB。對(duì)具有中等運(yùn)動(dòng)程度