壓縮域視頻處理關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著視頻壓縮和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，基于網(wǎng)絡(luò)的多媒體服務(wù)，如多點(diǎn)視頻會(huì)議，視頻點(diǎn)播和網(wǎng)絡(luò)電視得以不斷涌現(xiàn)。視頻服務(wù)必須在不同信道條件下，向不同性質(zhì)的用戶提供高質(zhì)量的服務(wù)。這就要求視頻服務(wù)器具有將已有的壓縮視頻流轉(zhuǎn)變成滿足客戶端需要的流媒體的能力，即通常所說的轉(zhuǎn)碼功能。 早期的轉(zhuǎn)碼關(guān)注于降低壓縮視頻流的碼率以適應(yīng)信道傳輸?shù)囊?。隨著時(shí)間的變遷，多媒體應(yīng)用不再局限于廣播電視或網(wǎng)絡(luò)終端，而在移動(dòng)設(shè)備中得到越來越多地應(yīng)用。由于移動(dòng)終端

2、設(shè)備的顯示分辨率以及處理器能力的不盡相同，通過轉(zhuǎn)碼實(shí)現(xiàn)視頻的空/時(shí)域分辨率變換顯得非常必要。最直接的轉(zhuǎn)碼方法是將視頻解碼器與編碼器相串連，首先將輸入視頻完全解碼，還原出幀級空域信號，然后再根據(jù)客戶端處理能力或信道帶寬不同，進(jìn)行二次壓縮。該方法存在計(jì)算復(fù)雜度高，存儲器耗用大，延時(shí)長等不足，由于像素域轉(zhuǎn)碼經(jīng)歷了兩次編碼過程，進(jìn)一步加劇了圖像失真。近年來，離散余弦(DCT)域轉(zhuǎn)碼逐步被引入來替代像素域變換，該方法將輸入視頻部分解碼還原出DCT

3、系數(shù)，然后在DCT域?qū)崿F(xiàn)碼率或者空/時(shí)域分辨率等變換。 本文針對視頻轉(zhuǎn)碼中的關(guān)鍵技術(shù)作了多方面的研究，這些研究對于轉(zhuǎn)碼性能的提高有著重要意義。轉(zhuǎn)碼效率是指在一定圖像失真的前提下所需耗用的計(jì)算量。提高轉(zhuǎn)碼的效率是推動(dòng)轉(zhuǎn)碼不斷發(fā)展的原動(dòng)力，也是我們研究的重點(diǎn)。本文主要研究工作概括如下： 首先，對視頻轉(zhuǎn)碼的發(fā)展進(jìn)行了回顧，歸納了轉(zhuǎn)碼器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及相關(guān)技術(shù)，并對其進(jìn)行了分類整理。在第二章中，我們以MPEG-2為例，簡要介紹了視

4、頻編碼過程，為進(jìn)一步闡述轉(zhuǎn)碼器工作原理做一些鋪墊。第三章著重研究空間分辨率變換轉(zhuǎn)碼。在這一章中，我們首先回顧已有的像素域/壓縮域圖像分辨率變換算法，進(jìn)而利用不同維數(shù)間DCT系數(shù)的關(guān)系，提出了一種新的在壓縮域?qū)崿F(xiàn)的圖像尺寸任意變換的算法(ECIA)，并將該方法與改進(jìn)后轉(zhuǎn)碼運(yùn)動(dòng)矢量重估計(jì)算法(AVWS)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)在同一壓縮標(biāo)準(zhǔn)下視頻圖像尺寸的任意變換。它突破了以往相關(guān)壓縮域轉(zhuǎn)碼研究中視頻圖像尺寸只能實(shí)現(xiàn)二的冪次變換的瓶頸，進(jìn)一步擴(kuò)展了壓縮

5、域視頻尺寸變換的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)證明，該方法不僅具有比空域插值更好的插值效果，而且與其他壓縮域處理方法相比，極大的降低計(jì)算量，突顯了壓縮域視頻轉(zhuǎn)碼的優(yōu)點(diǎn)。 隨后，我們討論了壓縮域視頻后處理技術(shù)，圖像的去塊效應(yīng)算法是我們后處理研究的重點(diǎn)。當(dāng)視頻序列以高壓縮率編碼時(shí)，塊效應(yīng)是造成圖像質(zhì)量下降最主要的原因。由于后處理算法不僅可以提高圖像質(zhì)量，而且與現(xiàn)行的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)完全兼容，所以得到越來越多的應(yīng)用。在第四章中，我們提出了兩種新的在DCT域?qū)?/p>

6、現(xiàn)的去塊效應(yīng)算法(SDDA和S&ODA)，并對基于階躍模型的Liu去塊效應(yīng)算法作了較大改進(jìn)(ISCDA)。這些算法無需循環(huán)，極大地降低了所需運(yùn)算量，使得視頻實(shí)時(shí)后處理成為可能。最后結(jié)合時(shí)域?yàn)V波，我們提出了一種簡單、實(shí)用的壓縮域視頻后處理解決方案(VPSTF)。 我們著重研究如何將圖像后處理技術(shù)與轉(zhuǎn)碼技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)碼器輸出圖像的質(zhì)量。在轉(zhuǎn)碼環(huán)節(jié)進(jìn)行圖像后處理可以最大程度地降低所需計(jì)算量。對輸入視頻流作后處理等同于對二次量

7、化輸入視頻源做預(yù)處理，預(yù)處理可以有效地降低量化噪聲，使得視頻信號更加平滑能量更加集中，進(jìn)而提高二次編碼的壓縮效率。近年來，鮮見有關(guān)于將后處理運(yùn)算插入轉(zhuǎn)碼器的論述。我們創(chuàng)新性地的將后處理模塊嵌入轉(zhuǎn)碼器架構(gòu)中(OTBR)，并針對碼率下變換轉(zhuǎn)碼的應(yīng)用優(yōu)化了后處理算法。實(shí)驗(yàn)證明該方法有助于提高碼率變換轉(zhuǎn)碼質(zhì)量，當(dāng)輸入視頻壓縮程度較高時(shí)，這種性能提高尤為明顯。 在轉(zhuǎn)碼器中對視頻流加擾，可以提高節(jié)目的安全性，阻止非授權(quán)用戶的非法接收，有著非