立体视频编码与码率控制算法研究

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观看立体视频让观众感觉“我就在那里”,而不是观看二维视频时的“我曾经在那里”。这种自然、真实、生动地表现场景是立体视频的魅力所在。立体视频应用和推广离不开码率控制技术的支持。码率控制技术研究的是在传输带宽约束下为每幅图片选择最佳的量化参数,使得带宽利用率、编码效率最优。本文致力于实时立体视频编码与码率控制技术领域的研究。首先介绍了立体视频的视觉原理,立体视频编码的关键技术,结合运动估计和视差估计技术在JM8.6基础上实现立体视频编码器。该立体视频编码器符合实时立体视频编码当前帧时不用其后面帧信息的要求,并且所得的码流与H.264/AVC编码标准兼容。然后分析了二维视频编码中的码率控制技术,提出基于图像重要性和复杂度CI(complex and importance )的码率控制方案。实验结果表明基于CI因子的码率控制方案能够更合理地分配带宽和缓冲区资源,获得质量更高、更平稳的视频;同时编码效率也得到提高。其次,针对固定量化参数编码Fixed QP策略得到的立体视频码流不符合实际网络传输中带宽可以任意变化的要求,提出了左右通道分别设立缓冲区的控制算法(Separte Buffer Rate Control ,SBRC)。SBRC算法旨在解决H.264码率控制算法对B帧采用简单的插值策略,不符合立体视频右通道存在大量B帧的情形。同时为立体视频左右通道分别建立缓冲区,用数据交换策略实现对左右通道的交替控制,可以实现左右通道任意设置带宽。实验结果表明,利用该方案码率偏差不超过1%,平均在0.3%左右。与Fixed QP策略相比,SBRC算法能够较好地提高解码视频质量。然后,通过大量实验探讨左右通道最佳的带宽比例,这对合理设置左右通道带宽有指导意义。然后,为在分配码率时充分考虑右通道信息,提出以左右图像对作为单元,在立体图像对内以MAD作为分配准则的左右统一缓冲区控制算法(Union Buffer Rate Control,UBRC)。该算法的解码视频质量比SBRC算法高,编码效率相当。接着,对图像对间和图像对内的分配引进CI因子,以该因子作为分配准则,该算法为I-UBRC(Improved-UnionBuffer Rate Control)。与Fixed QP策略,SBRC算法,UBRC算法相比,I-UBRC算法的解码视频质量和编码效率有进一步的提高。
摘要第4-6页
Abstract第6-7页
引言第10-12页
1 绪论第12-18页
    1.1 选题背景第12-13页
    1.2 国内外研究现状第13-15页
    1.3 论文的主要工作及创新第15-17页
    1.4 论文的结构安排第17-18页
2 立体视频编码的理论基础和技术实现第18-37页
    2.1 人类视觉系统第18-20页
    2.2 立体视频显示技术第20-24页
    2.3 立体视频压缩编码理论基础第24-26页
    2.4 立体视频压缩编码的关键技术与实现第26-35页
        2.4.1 立体视频压缩的关键技术第27-28页
        2.4.2 基于H.264/AVC的实时立体视频编码器实现第28-35页
    2.5 本章小结第35-37页
3 面向H.264 的码率控制算法与改进第37-56页
    3.1 引言第37-38页
    3.2 率失真理论与码率控制技术第38-46页
        3.2.1 率失真理论第38-41页
        3.2.2 JVT- G012 提案第41-45页
        3.2.3 JVT- G012 提案帧级控制方案的缺陷第45-46页
    3.3 基于内容时域复杂性和重要性的码率控制算法第46-55页
        3.3.1 内容时域复杂性和重要性的预测第46-48页
        3.3.2 基于内容时域复杂性和重要性的分配策略第48-50页
        3.3.3 完整的帧级分配算法第50页
        3.3.4 实验结果与分析第50-55页
    3.4 本章小结第55-56页
4 立体视频码率控制算法第56-87页
    4.1 引言第56-57页
    4.2 立体码率控制的率失真理论和衡量指标第57-58页
    4.3 左右通道独立控制的算法(SBRC)第58-72页
        4.3.1 立体视频与单通道视频控制算法的区别第58页
        4.3.2 立体视频图片分类第58-59页
        4.3.3 SBRC算法总体思想第59-60页
        4.3.4 SBRC流程图第60-63页
        4.3.5 实验结果与分析第63-66页
        4.3.6 左右带宽的分配比例探讨第66-72页
    4.4 左右通道联合控制的立体码率控制算法(UBRC)第72-78页
        4.4.1 SGOP层码率控制第72页
        4.4.2 SFrame层码率控制第72-73页
        4.4.3 Frame层码率控制第73-74页
        4.4.4 a参数的确定第74-75页
        4.4.5 实验结果与分析第75-78页
    4.5 改进的左右通道联合控制的立体码率控制算法(I-UBRC)第78-85页
        4.5.1 立体图像对时域复杂度的表示第78-81页
        4.5.2 结合立体视频特性的码率分配策略第81页
        4.5.3 完整的帧级分配算法第81-82页
        4.5.4 实验结果与分析第82-85页
    4.6 Fixed QP策略、SBRC算法、UBRC算法和I-UBRC算法编码效率比较第85-86页
    4.7 本章小结第86-87页
5 论文总结与展望第87-89页
参考文献第89-96页
附录A 单视点视频测试序列第96-97页
附录B 立体视频测试序列第97-99页
在学研究成果第99-100页
致谢第100页
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