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视频编解码中的预测编码技术研究

作　者: 陈思嘉
导　师: 虞露
学　校: 浙江大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 预测编码二重预测时空域三维预测 H.264/AVC标准 AVS标准视频编码
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

传统混合视频编解码框架是目前视频编码标准中广泛采用的框架,它集预测编码、变换编码和熵编码于一体。当今主流的视频编解码标准如H.264/AVC和AVS-P2,都基于传统混合视频编解码框架而相对旧有的MPEG-2标准获得了较大的编码压缩性能提升。而在此基础上,国际国内领先的高效视频编解码技术的研究仍然十分活跃。本文首先介绍了国际国内最前沿的高效视频编解码技术;在此基础上,分析传统混合视频编解码框架中的预测编码技术,并指出传统混合视频编解码框架性能优化的关键在于预测编码技术的效率提升,以及传统混合视频编解码框架的预测后仍然存在可以进一步去除的信号冗余。针对以上情况,本文提出了二重预测视频编解码系统。二重预测视频编解码系统是在传统混合视频编解码框架上全新的概念,特别是其将帧间预测和帧内预测结合的尝试,突破了以往预测编码技术的限制,将时空域三维的预测编码引入到传统混合视频编解码框架中,使得将最先进的帧内预测技术与最先进的帧问预测编码相互结合而获得最大的编码压缩性能提升成为可能,将有利于先进高效的视频编解码技术的研究和实现。更进一步地,本文具体设计并实现了两种二重预测视频编解码系统的平台,并针对此平台设计了多项创新性的关键技术,如非方块的帧内预测技术、使用方向信息选择最大可能编码模式技术及第二重模式对应码表动态刷新技术等,同时在设计中兼顾了硬件实现复杂度的考虑。最后,通过具体实验证明,二重预测视频编解码技术能够相对国际主流最先进的H.264/AVC标准参考软件得到优秀的编码性能提升,不仅在业内通用测试条件下从QCIF到高清的测试序列上均能获得编码码率节省,而且对于高清序列的高质量视频编码,展现出其获得更优秀性能的潜力:二重预测视频编解码技术在高清测试序列上能得到2%-7%的编码码率节省,高清序列平均可以节省4.05%码率,相当于0.14dB的编码增益。可以说二重预测视频编解码技术能够在当今主流的技术基础上得到性能提升,并且更加适应于高效视频编解码技术未来的发展。最后本文根据已经实现了的二重预测视频编解码平台及其关键技术,指出二重预测视频编解码系统未来发展的潜力方向并分析了其改进过程中各项技术联合优化权衡的必要性。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-6
图目录  6-7
表目录  7-9
1.引言  9-17
  1.1.视频编码的发展历程  9-11
  1.2.视频编解码基本框架  11-13
  1.3.当今主流视频编解码标准  13-15
    1.3.1.H.264简介  13-14
    1.3.2.AVS简介  14-15
  1.4.高效视频编码领域最新成果  15-16
  1.5.本文研究成果  16-17
2.传统混合视频编解码框架及最新高效视频编解码技术  17-28
  2.1.传统混合视频编解码框架  17-21
    2.1.1.预测编码技术  17
    2.1.2.变换编码技术  17-19
    2.1.3.扫描及熵编码技术  19-21
  2.2.最新高效视频编解码技术  21-27
    2.2.1.关键技术领域(KTA)技术介绍  21-25
    2.2.2.AVS-X和AVS-S新技术介绍  25
    2.2.3.基于人类视觉系统的高效视频编解码技术的研究和发展  25-27
  2.3.本章小结  27-28
3.二重预测视频编解码系统  28-48
  3.1.本章将涉及的术语及特定表达  28-31
    3.1.1.本章将涉及的数学符号  28-29
    3.1.2.本章将涉及的技术定义和缩写符号  29-31
  3.2.视频信号的特征  31-35
  3.3.传统混合视频编解码框架中的预测技术  35-44
    3.3.1.帧内预测编码的设计原理  36-38
    3.3.2.帧间预测编码的设计原理  38-39
    3.3.3.帧内预测残差信号的特征  39-41
    3.3.4.帧间预测残差信号的特征  41-42
    3.3.5.预测编码技术的存在问题及常见改进方法  42-44
  3.4.二重预测视频编解码系统  44-47
  3.5.本章小结  47-48
4.二重预测视频编解码系统具体设计与实现  48-89
  4.1.基于帧间预测编码的二重预测视频编解码系统设计  48-72
    4.1.1.基于帧间预测编码、残差帧内编码的二重预测视频编解码系统设计  49-51
    4.1.2.基于帧间预测编码、残差帧内编码的二重预测视频编解码系统的关键技术设计  51-67
    4.1.3.基于帧间预测编码、残差帧间编码的二重预测视频编解码系统及其关键技术设计  67-72
      1.第二重预测(关键技术AA)第一重预测参考值取值来源设计  68-69
      2.第二重预测(关键技术L)第一重预测参考帧中的第一重运动信息选取  69-70
      3.第二重预测(关键技术EE)二重预测宏块模式判断及表达  70-71
      4.第二重预测(关键技术M)适于二重预测的帧存管理设计  71-72
      5.本方案小结  72
  4.2.基于帧间预测编码的二重预测视频编解码系统的实现、性能测试结果及分析  72-85
    4.2.1.基于帧间预测编码、残差帧内编码的二重预测视频编解码技术实现及性能分析  72-82
    4.2.2.基于帧间预测编码、残差帧间编码的二重预测视频编解码性能结果  82-85
  4.3.二重预测视频编解码系统的性能提升潜力方向及其联合优化权衡  85-87
    4.3.1.二重预测视频编解码系统的技术联合优化及权衡  85
    4.3.2.第二重预测能力的提升  85-86
    4.3.3.二重预测技术和视频编解码框架其他技术的配合设计  86-87
  4.4.本章小结  87-89
5.总结与展望  89-90
参考文献  90-97
作者在硕士期间的相关工作  97-98
致谢  98

视频编解码中的预测编码技术研究

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