數(shù)字視頻技術(shù)論文-多視點(diǎn)視頻編解碼

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1、多視點(diǎn)視頻編解碼呂永超[摘要]與二維視頻編碼有所不同，多視點(diǎn)視頻編碼還存在不同視點(diǎn)間的空間冗余，因此除了進(jìn)行運(yùn)動估計(jì)和運(yùn)動補(bǔ)償外，還需要對立體視頻進(jìn)行視差補(bǔ)償預(yù)測，來消除視點(diǎn)間的空間冗余，提高視頻壓縮的效率。大模塊所占比率大，耗時(shí)少，小模塊所占比例小，但是耗時(shí)多。而且，立體視頻編碼中，小模塊模式相對于平面視頻編碼所占的比例更少，這也說明了立體視頻編碼中模式選擇的重要性。JMVC測試模型遍歷所有模式然后選擇最優(yōu)編碼模式，致使編碼速度低下。我們通過快速模式選擇，盡可能的減少小模塊模式的預(yù)測，在保證圖像質(zhì)量

2、和壓縮效率的基礎(chǔ)上，大幅度的提高了立體視頻編碼速度。CPU單獨(dú)解碼效率較低，最多僅能支持6個視點(diǎn)1280X720P格式的高清視頻實(shí)時(shí)解碼。而基于本文提出的CPU和GPU混合解碼技術(shù)，由于IDCT和彩色空間變換這些并行運(yùn)算均有GPU完成，充分發(fā)掘了當(dāng)前GPU的特點(diǎn)，CPU主要負(fù)責(zé)解碼控制類型的運(yùn)算，整體解碼運(yùn)算效率較高，可以實(shí)時(shí)解碼8個視點(diǎn)的1280X720P格式的高清視頻。[關(guān)鍵詞]多視點(diǎn)視頻快速幀間模式選擇IDCT和圖像彩色空間變換目錄第一章緒論1第二章多視點(diǎn)視頻編碼12.1多視點(diǎn)視頻編碼原理12.

3、2視頻編碼方案22.3立體視頻運(yùn)動估計(jì)搜索算法32.4快速幀間模式選擇32.5本章小結(jié)3第三章基于GPU和CPU混合運(yùn)算的解碼技術(shù)43.1IDCT運(yùn)算在GPU上實(shí)現(xiàn)的基本原則43.2圖像彩色空間變化在GPU上的實(shí)現(xiàn)43.3本章小結(jié)4參考文獻(xiàn)5第一章緒論立體視頻壓縮與平面視頻壓縮的主要區(qū)別在于立體視頻壓縮利用了視點(diǎn)間的視差信息進(jìn)行編碼，大幅度的提高了壓縮率，從而也解決了立體視頻龐大數(shù)據(jù)信息的存儲和傳輸問題。編碼優(yōu)化包括快速運(yùn)動估計(jì)搜索算法的實(shí)現(xiàn)以及快速幀間模式選擇算法的實(shí)現(xiàn)，它們都是在保證立體視頻編碼質(zhì)

4、量的前提下，提高立體視頻的編碼速度。解碼器移植包括PC端和WM手機(jī)端實(shí)現(xiàn)H.264解碼并顯示。視頻編碼框圖，主要包括參考幀管理，運(yùn)動估計(jì)，模式選擇，變換，量化，重排列和嫡編碼幾個部分。JMVC是通過參考幀管理實(shí)現(xiàn)進(jìn)行運(yùn)動估計(jì)和視差估計(jì)的，從而確保了視頻編碼的高效率。本文主要工作集中在虛線框中的運(yùn)動估計(jì)和模式選擇部分，在幀間預(yù)測時(shí)通過實(shí)現(xiàn)S-UMHexagonSearch算法提高運(yùn)動搜索的速率，在模式選擇部分進(jìn)行快速模式選擇，提前判斷最優(yōu)模式，降低編碼復(fù)雜度，從而提高編碼速率。變換一般是用來去除圖像信號

5、中的相關(guān)性并減少圖像編碼的動態(tài)范圍，量化則是用來減少圖像編碼長度，減少圖像恢復(fù)中不必要的信息，二者的目的都是降低碼率，實(shí)現(xiàn)圖像壓縮。嫡編碼是無損壓縮，解碼時(shí)能夠無失真的恢復(fù)原數(shù)據(jù)，它實(shí)現(xiàn)了圖像信息到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。第二章多視點(diǎn)視頻編碼本章首先介紹了多視點(diǎn)視頻編碼原理方案和立體視頻運(yùn)動估計(jì)搜索算法;然后詳細(xì)介紹了快速幀間模式選擇。2.1多視點(diǎn)視頻編碼原理多視點(diǎn)視頻編碼原理如下圖所示，ME代表運(yùn)動估計(jì)，DE代表視差估計(jì)，MD代表模式選擇，T代表變換，Q代表量化，R代表重排列，E代表嫡編碼，T-1代表反變換

6、，Q-1代表反量化。以兩視點(diǎn)為例，進(jìn)行立體視頻編碼。(1)第一視點(diǎn)按照二維視頻編碼(H.264的步驟進(jìn)行編碼。(2)第二視點(diǎn)第一幀，采用幀內(nèi)預(yù)測的同時(shí)，以第一視點(diǎn)第一幀為參考進(jìn)行視差補(bǔ)償預(yù)測，并存儲視差矢量和殘差。(3)第二視點(diǎn)非第一幀，以第二視點(diǎn)己編碼幀為參考進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償預(yù)測，遍歷所有模式，記錄最優(yōu)預(yù)測塊的運(yùn)動矢量MV1、殘差D開銷COST1;然后以第一視點(diǎn)同一時(shí)間的圖像為參考進(jìn)行視差補(bǔ)償預(yù)測，遍歷所有模式，記錄最優(yōu)塊的視差矢量DV2、殘差D2及開銷COST2;選擇開銷最小的模式為最佳編碼模式，記錄

7、矢量和殘差。借鑒單視點(diǎn)視頻編碼的運(yùn)動補(bǔ)償技術(shù)來實(shí)現(xiàn)視差補(bǔ)償，消除視點(diǎn)間的冗余信息。具體實(shí)現(xiàn)方法如下:首先將視點(diǎn)間的參考圖像和同一視點(diǎn)編碼的參考圖像統(tǒng)一放入?yún)⒖紙D像列表進(jìn)行管理，然5后利用匹配算法搜索得到最佳匹配塊，接著將當(dāng)前編碼塊和預(yù)測塊做差值，得到殘差和矢量(MV/DV)，最后對殘差進(jìn)行壓縮編碼。這也是JVT推薦的測試模型JMVC中使用的處理方法。2.2視頻編碼方案JMVC測試模型在立體視頻壓縮方面有著高效的壓縮效率及優(yōu)良的參考幀管理機(jī)制。我們選擇使用JMVC測試模型進(jìn)行立體視頻壓縮，但是其編碼速度

8、極其緩慢，我們就必須進(jìn)行JMVC編碼速率優(yōu)化。本文主要從運(yùn)動估計(jì)搜索算法和快速模式選擇算法兩個方面著手，實(shí)現(xiàn)編碼速率的提高。2.3立體視頻運(yùn)動估計(jì)搜索算法幾種常見的搜索算法有:全局搜索算法、三步搜索法、菱形搜索法、以及復(fù)合搜索算法等。由于物體的運(yùn)動千變?nèi)f化，很難用一種簡單的模型去描述，所以實(shí)際上大多采用多種搜索算法的組合方式，即復(fù)合搜索算法。采用符合搜索算法可以很大程度上提高預(yù)測的編碼效率和性能。2.4快速幀間模式選擇在立體視頻編碼過程中，由于視差估計(jì)的