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SVC视频编码算法的优化及应用研究

作　者: 杨凯
导　师: 于鸿洋
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 可伸缩视频编码（SVC）并行优化模式选择传输应用系统
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 17次
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内容摘要

随着计算机技术和网络技术的发展，视频编码技术近几年也得到不断发展，同时面向网络应用的多种视频服务得到快速的发展并广泛应用于社会生活的多种领域。当前视频编码技术目标不再是仅仅去追求更高的编码压缩效率，而是在提高压缩效率的同时增强对网络环境和终端设备的适应性。因此，可伸缩性视频编码（Scalable Video Coding，SVC）技术便应运而生，特别是2007年JVT组织提出的H.264可伸缩视频编码标准，是目前SVC技术中解决网络环境和终端的多样性的最好解决方案之一。SVC只需要对视频序列需要通过编码器进行一次编码，就可以得到含有时域、空域和质量域等多种可伸缩信息的视频码流，用户可以根据不同网络环境情况和终端设备的能力来选择最合适的码流进行传输或解码播放。首先，本文在研究视频并行编码算法基础上，对SVC的图像组级、帧级和片级的并行可行性进行了分析。并使用了面向共享内存的多线程并行编程语言OpenMP在SVC编码器官方参考模型JSVM中实现了图像组级的并行编码算法。然后，使用Intel多媒体扩展指令集中的视频加速指令对SVC的编码耗时模块进行了并行优化。测试结果表明，图像组级并行算法以及结合了多媒体指令并行优化和图像组级的并行算法提升SVC的编码速度均非常明显。其次，本文分析了SVC的模式选择算法功能模块，并提出了一种SVC增强层的快速模式选择算法。该算法根据基本层和增强层宏块的层间统计分布规律，并充分的利用了SVC空域相关性和时域相关性，减少候选模式数量。测试结果表明，该算法在视频图像质量降低和码率增加极小的情况下，大大缩短了编码时间。最后，本文给出了一个基于IP网络的SVC传输应用系统的实现方案。系统的节目码流均是由优化后的SVC编码器编码而成，并采用MPEG-2传输流进行打包封装，通过TCP方式发送到IP网络中。系统由SVC视频服务器和客户端SVC播放器两大部分组成，系统能实现单路播放和多达32路画面浏览播放，并实现了码流的自适应层间切换功能。测试结果表明，该系统工作正常，在单路画面和32路画面播放过程中均能取得良好的效果。同时在带宽动态变化的IP网络中，客户端仍能流畅的播放且视频画面的质量切换平滑，系统充分发挥了SVC的可伸缩性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 论文研究背景  11-14
    1.1.1 视频编码标准发展概述  11-13
    1.1.2 视频编码技术面临的挑战  13-14
  1.2 研究意义和目的  14-16
  1.3 论文研究内容  16-17
第二章基于 H.264 的可伸缩视频编码  17-30
  2.1 SVC 总体编码框架  17-18
  2.2 SVC 可伸缩技术  18-25
    2.2.1 时域可伸缩  18-20
    2.2.2 空域可伸缩  20-21
    2.2.3 质量域可伸缩  21-23
    2.2.4 组合可伸缩  23-25
  2.3 SVC 中 NAL 单元结构  25-27
  2.4 SVC 的应用  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章 SVC 视频并行编码算法的研究与实现  30-44
  3.1 视频并行编码概述  30-31
    3.1.1 任务级并行  30-31
    3.1.2 数据级并行  31
  3.2 SVC 视频编码器的并行性分析  31-35
    3.2.1 图像组级并行分析  31-33
    3.2.2 帧级并行分析  33-34
    3.2.3 片级并行分析  34-35
  3.3 基于多媒体扩展指令集的 SVC 并行优化  35-39
    3.3.1 Intel 的 SSE 技术介绍  35-36
    3.3.2 基于 SSE2 指令集的 SVC 耗时模块优化  36-39
  3.4 测试结果与分析  39-43
    3.4.1 基于 OpenMP 的图像组级并行算法测试结果与分析  39-41
    3.4.2 基于 SSE2 并行算法测试结果与分析  41-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章 SVC 增强层的快速模式选择算法  44-61
  4.1 引言  44-45
  4.2 SVC 模式特征相关性分析  45-51
    4.2.1 基于率失真优化的模式选择  45-47
    4.2.2 模式之间的相关性分析  47-51
    4.2.3 基于贝叶斯决策的模式选择  51
  4.3 增强层的快速模式选择算法  51-56
    4.3.1 算法设计原理  51-52
    4.3.2 增强层快速模式选择算法流程  52-56
  4.4 测试结果与分析  56-60
  4.5 本章小结  60-61
第五章基于 IP 网络的 SVC 传输应用系统  61-84
  5.1 系统框架  61-62
  5.2 SVC 视频服务器的设计  62-67
    5.2.1 媒体节目管理模块  63-64
    5.2.2 码流截取决策模块  64-65
    5.2.3 TS 流发送模块  65-67
  5.3 客户端 SVC 播放器的设计  67-77
    5.3.1 TS 流处理和控制模块  68-71
    5.3.2 视频解码与播放模块  71-74
    5.3.3 音频解码与播放模块  74-75
    5.3.4 音视频同步控制模块  75-77
  5.4 系统测试和结果分析  77-83
    5.4.1 测试环境配置  77
    5.4.2 服务器端测试  77-79
    5.4.3 客户端测试  79-83
  5.5 本章小结  83-84
第六章总结与展望  84-86
  6.1 总结  84-85
  6.2 展望  85-86
致谢  86-87
参考文献  87-90
攻硕期间取得的研究成果  90-91

SVC视频编码算法的优化及应用研究

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