视频处理与压缩技术

视频处理与压缩是多媒体计算与通信领域的核心主题之一,是连接视频采集传输和视觉分析理解的关键桥梁,也是诸多视频应用的基础。当前“5G+超高清+AI”正在引发多媒体计算与通信领域的新一轮重大技术革新,视频处理与压缩技术正在发生深刻变革,亟需建立视频大数据高效紧凑表示理论和方法。为此,学术研究机构和工业界对视频大数据的视觉表示机理、视觉信息紧凑表达、视频信号重建与恢复、高层与低层视觉融合处理方法及相应硬件技术等前沿领域进行了广泛深入研究。本文从数字信号处理基础理论出发,分析了当前视频处理与压缩领域的热点问题和研究内容,包括基于统计先验模型的视频数据表示模型及处理方法、融合深度网络模型的视频处理技术、视频压缩技术以及视频压缩标准进展等领域。详细描述了视频超分辨率、视频重建与恢复、视频压缩技术等领域面临的前沿动态、发展趋势、技术瓶颈和标准化进程等内容,对国际国内研究内容和发展现状进行了综合对比与分析,并展望了视频处理与压缩技术的发展与演进方向。更高质量视觉效果和高效率视觉表达之间将不再是单独研究的个体,融合类脑视觉系统及编码机理的视频处理与压缩技术将是未来研究的重要领域之一。     

三维视频压缩研究进展

信息压缩是信息传输过程中的一个关键环节,随着三维显示和三维视频技术的发展和完善,未来的视频传输将不仅限于二维视频。但是,三维视频的数据量很大,这就给三维视频的传输带来了阻碍。因此,设计出高压缩比、高压缩效率的三维视频压缩技术,不但可以解决三维视频的传输问题,而且有利于促进三维视频及三维显示领域的进一步发展。本文系统地讨论了目前三维视频压缩技术的研究进展,在对各种技术特点研究的基础上,提出了进一步的研究和发展方向。     

H.264/MPEG-4AVC视频编码器性能评估

H.264和以往的视频标准相比,由于采用了许多新的编码技术,使得压缩效率有了很大的提高。但是,相应的计算复杂度也大大增加了。文章主要讨论这些新的编码技术对压缩效率的影响,以便根据不同的实际应用情况配置编码器,从而在特定硬件平台上达到压缩效率与计算复杂度的最优分配。     

H.264帧内预测算法的优化及应用

现存的视频压缩方法, 大多为提高视频的压缩效果和减少压缩时间, 而采用电路复杂并且造价高昂硬件电路. 针对该情况, 文章根据帧内预测算法的准确性与高效性, 采用H.264帧内预测算法并对其进行优化, 在此基础上设计硬件电路, 后结合JPEG图像压缩算法对视频进一步压缩,从而达到简化硬件电路、缩短编码时间、提高数据的传输速率与可靠性的目的. 测试表明, 研究能够达到上述目的且具有相对成本低廉的市场优势, 在无线视频监控领域上具有较好的发展前景.     

基于增强对象的监控视频编码算法

针对视频监控系统中的视频压缩问题,提出一种基于对象的监控视频编码算法,采用主观视觉质量而不是传统的峰值信噪比作为重建图像评价指标以满足监控视频的特定要求,对监控区域进行可控增强以提高视觉效果。实验结果表明,与H.264相比,该算法能以较低的复杂度实现重建视频中监控对象更高的主观质量,同时具有较高的压缩效率。     

H.264视频压缩技术及应用

ISO/IEC和ITU-T联合制定的H.264标准,是目前最新的视频压缩标准。该标准采用一系列最新的压缩技术,提高了压缩率。本文重点介绍了视频编码标准H.264的关键压缩技术,并阐述了它在数字电视、高清晰度电视以及移动通信等方面的应用前景。     

基于DirectShow的实时视频信息采集与压缩

论述采用DirectShow技术进行实时视频信息的采集和压缩存储的方法,并给出详细的设计思路。设计中视频捕捉采用WDM驱动捕捉,提高视频捕捉的效率和通用性;采用基于内容的MPEG-4视频编码标准进行压缩,得到较高的压缩比和压缩质量。该技术已经成功地应用到笔者参与开发的视频会议系统中,有效提高了采集速度和视频质量。     

基于自动镜头分割的视频压缩编码算法

将镜头分割引入压缩编码,针对分割镜头特性确定适当的编码器及参数,能够提高视频压缩编码的效率．为此,提出了一种基于对分查找的镜头分割算法(VSSB)以及关键帧频率计算公式．其算法的核心是通过对分查找形成二叉树,同时通过广度优先搜索寻找分割点,具有O(log n)的时间复杂性．针对实时应用,采用了双阈值比较的镜头分割算法,能够较好地实现镜头切变和渐变的检测．基于镜头分割算法,建立并实现了并行方式的编解码系统模型．实验证明,基于镜头分割的编码方法能够提高压缩比,缩短压缩编码时间,有利于改善重建图像质量。     

一种基于块匹配的运动估计改进算法

运动估计是视频压缩中帧间预测编码的关键技术之一,在各个压缩标准中都广泛使用了基于块的运动估计技术。由于运动估计通常具有较大的运算量,因此对压缩性能具有重要的影响。本文在分析了现有的六边形搜索算法(HEXBS)和视频序列图像帧相邻空间块和对应的运动向量具有高度空间相关性的基础上提出了一种改进的快速运动估计搜索算法,通过实验表明与HEXBS算法具有相似的计算复杂度,但是视频编码质量优于HEXBS算法。     

一种使用帧间差值的图像传感器片上视频压缩算法

为了减少图像传感器视频数据的输出,提出了一种通过编码相邻两帧之间差值的无损视频压缩算法.算法首先将基于差分脉冲编码调制原理的差分操作在模拟域实现,减小了电路的复杂度.然后两帧之间的差值被基于块的无损压缩方案编码.实验结果证明,压缩后的图像数据可以被无损失的还原.通过对7个具有代表性的8位深度1280×720@60 fps的样本视频进行测试,在块大小为4×4和模式切换阈值为63时实现了最佳的压缩效果.在几乎没有光的条件下压缩率高达78.5％.在复杂运动场景下该算法压缩率为43.5％.提出的压缩算法更适用于长时间处于静止场景的视频录制.     

视频大数据研究综述

科学技术与生产力的发展带来了数据量的高速增长,其中视频图像等多媒体数据占了很大的比重。如何高效处理这些海量数据并从中快速挖掘有价值的信息是当前的研究热点。通常大数据具有四个特点,即数据量大、需要快速响应、数据类型多样和价值密度低。视频大数据同样具有以上特点,但其特殊性在于数据冗余更大,需要进行高效的压缩编码与分析处理。总的来说,视频大数据的研究内容包括了视频数据表示、智能视频分析、视频压缩与传输、视频显示与评价等方面。在发展趋势上,视频数据的表示将向真实感与智能化两个方向发展;智能视频分析技术将会借助深度神经网络获得更准确的识别分类结果;视频压缩技术在提升压缩效率的同时也会探索降低编码复杂度的方法,并通过结合人眼视觉感知特性的编码算法来减少视频大数据的视觉冗余;视频显示设备将伴随着视频数据表示形式的改变而进行相应的升级换代;视频质量的评价准则将由单一的图像质量评价向更加综合全面的用户体验质量评价发展。     

数字音视频取证系统中的视频压缩技术简介

介绍了在远程视频网络传输中发挥着重要作用的高性能视频压缩技术,对主流的视频压缩标准M-JPEG、MPEG4和H.264进行了讨论。基于这三种标准编码方案,将高性能的视频编码应用到了所开发的网络式数字音视频取证系统中,取得了较好的效果。     

HEVC 熵编码算法优化

新一代视频编码标准HEVC提供了更加灵活的编码工具选择,在提高压缩率的同时也提高了编码的计算复杂度。由于可选择更大的变换单元以及编码中更强的系数间依赖关系,在率失真优化（RDO）模式选择过程中,HEVC熵编码的计算复杂度显著高于H．264/AVC。为了解决这一问题,本文对HEVC熵编码算法进行优化,通过优化熵编码的上下文空间选择过程、非零系数的编码结构,以及对不同大小的变换矩阵进行整体优化。实验结果表明,本文提出的优化算法能够在保证视频编码质量基本不变的同时,平均降低约43％的熵编码时间。     

非线性编辑系统中的数字视频压缩技术

非线性编辑系统对数字视频压缩技术有特殊的要求 ,本文在实验的基础上比较了MotionJPEG和MPEG 2P @ML的算法性能 ,分析了视频压缩格式不兼容性给非线性编辑系统的设计和实现带来的问题 ,并提出了相应的解决方案。     

用于IP网络的差错复原编解码器

随着因特网的飞速发展,基于IP网络的视频通信越来受到重视,但由于IP网络属于易于发生差错的信道,因此,基于IP网络的视频业务必须要到信道差错的影响,为了抗信道差错,差错复原技术已成为易发生差错信道下视频编码的重视组成部分,针对IP网络时常发生拥塞和带宽经常变动而造成的数据分组丢失,时延和抖动问题,提出了用于IP网络的差错复原技术综合应用解决方案,该方案通过综合运用多种差错原复技术,大大提高了压缩码流的抗差错能力和解码器和差错复原能力,同时应用该方案实现了具有差错复原性能的H．263、H．26L视频编码解器。利用Internet网络模型对编解码器的差错复原能力进行了实验,实验结果表明,该视频编解码器具有良好的差错复原性能,重图象的主客观质量得到了明显的改善。     

基于MPEG-2的图像压缩系统设计

针对未压缩的视频图像信号的高传输码率,占用存储空间大进行了研究,提出了一种基于MPEG—2的图像压缩编码系统,实现数字图像的无线传输,并输出传输流。通过视频解码芯片SAA7114H和编码芯片SAA6752H构成压缩模块,分析原始视频图像,经D1格式采集压缩后,分别以不同的速率传输时,视频图像质量变化,表明压缩倍数越高,图像质量越差;由SAA6752芯片引脚采集数据,将采集到的视频流数据转换为十六进制,分析数据结构及排列规律符合传输流特性。该设计方法不仅能保证良好的图像质量,提高视频图像压缩率,且能正确提取传输流。     

一种适于实时应用的快速有效的自适应运动估计算法

运动估计是视频编码系统的关键部分,同时也是整个视频编码器中计算量最大的部分,运动估计性能的优劣直接影响到整个视频编码器的运行效率和整个视频序列的重构质量。该文提出了一种适用于实时应用的快速自适应运动估计算法,该算法首先利用运动矢量时空域的相关性预测初始运动矢量,然后对不同运动程度的图像块进行不同大小的菱形搜索,同时采用了高效的提前截止准则。实验结果表明,对于各种不同运动程度的视频序列,该文算法都可以获得和全搜索法基本相同的图像质量,同时可以节省超过99%的计算量,该文算法在搜索速度和搜索精度两方面比快速算法中性能突出的菱形搜索具有更大的优势,更适合实时应用。     

Performance Comparison of AVS and H.264/AVC Video Coding Standards

A new audio and video compression standard of China,known as advanced Audio Video coding Standard （AVS）.is emerging.This standard provides a technical solution for many applications within the information industry such as digital broadcast,high-density laser—digital storage media,and so on.The basic part of AVS,AVS1-P2,targets standard definition （SD）and high definition（HD）format video compression,and aims to achieve similar coding efficiency as H.264/AVC but with lower computational complexity.In this paper,we first briefly describe the major coding tools in AVS1-P2,and then perform the coding efficiency comparison between AVS1-P2 Jizhun profile and H.264/AVC main profile.The experimental results show that the AVS1-P2 Jizhun profile has an average of 2.96% efficiency loss relative to H.264/AVC main profile in terms of bit-rate saving on HD progressive-scan sequences,and an average of 28.52% coding loss on interlace-scan sequences.Nevertheless,AVS1-P2 possesses a valuable feature of lower computational complexity.     

Real-time software-based video coder for multimedia communication systems

A novel software-based video compression algorithm, the Popular Video Coder (PVC), is presented in this paper, and a video phone system, the Popular Phone, is also implemented based on the PVC. The PVC simplifies the traditional video coder by removing the transform and the motion estimation parts and modifies the quantizer and entropy coder. Two novel coding algorithms, the adaptive quantizer and the modified windowed Huffman-like coder, are used in the PVC to encode the video data with a quality picture at a high compression ratio. The video quality of the proposed coder is as good as that of the MPEG coder when the input is a low-resolution and slow-motion video, and the computational complexity of the PVC is much lower than that of the Motion Picture Expert Group (MPEG). Since no compression hardware is needed for the PVC to encode and decode video data, the cost and complexity of developing multimedia applications, such as video phone and multimedia e-mail systems, can be greatly reduced. Furthermore, some networking issues, such as error control and flow control, are discussed in connection with applying the PVC to implement the Popular Phone.     

FPGA实现视频压缩相关问题探讨

该文通过对数字视频处理中的实际需求分析,就如何基于FPGA为控制核心,实现视频采集和数据压缩进行方案设计的软、硬件环境、设计流程、系统建立的基本方法,以及设计过程中的关键技术进行了分析与探讨。