极低码率的图象压缩编码方法

极低码率的图象压缩编码方法刘富强１引言多媒体系统需解决的关键问题就是庞大数据量的采集、存储和传输。一般来说，文本的数据量不大，所以在传输时速率较低，存储时所占用的空间也不多；图形和声音的数据量要大一些，不过现有一般计算机系统也能处理，但是如果是图象或...     

视频传输中的码率控制技术研究进展毕迎春王相海

码率控制技术对提高和平滑解码视频质量起着至关重要的作用。近年来各种视频编码标准和应用都对码率控制技术进行了大量的研究,如基于H.261和H.263的视频会议,基于MPEG-1和MPEG-2的媒体存储,以及最新的基于MPEG-4视频对象编码。首先对码率控制问题进行了基本描述,然后介绍了标准中的经典码率控制技术,接着将目前的码率控制技术归纳为3类:基于DCT视频编码器的码率控制技术、基于小波视频编码器的码率控制技术和精细粒度可分级视频编码的码率分配算法,并对这三类码率控制方法的发展进行了概括性阐述与比较性研究,讨论了各种算法的基本思想及其优缺点,最后对视频传输中的码率控制技术的未来发展趋势进行了展望。     

一种低延迟限制下H.264码率控制算法

对于实时、双向视频通信而言,减少传输时所造成的延迟是十分重要的。本文针对H.264视频压缩编码标准,提出了一种在低延迟条件下,仍可维持高画质并避免缓存区溢出的码率控制算法。鉴于I帧量化参数的选择对于整个GOP编码比特及失真的影响,本文通过对整个GOP的预测码率和失真做率失真优化,来选择可以平衡整个GOP编码量和失真的量化参数。同时增加一个主动跳帧策略,在缓存区未达饱和状态时,仍主动跳过一些并不重要的图像,而留出区空间使那些相对重要的图像可以保留。实验结果表明,在低延迟条件下,本文的方法不论在避免跳帧和维持画质方面均高于JVT新近采纳的JVT-H017提案。     

一种面向SVC的码率控制算法

H.264/AVC可伸缩性扩展视频编码系统(JSVM)提供了一种可伸缩视频编码(SVC)的解决方案,然而它本身并没有提供一种有效的码率控制算法.文中基于JSVM的分层预测结构,提出了一种全新的码率控制算法.首先在码率分配方面,考虑到分层B帧预测(或运动补偿时间域滤波(MCTF))结构,给出一种分层的码率分配方案;然后,针对不同类型和不同时间分解层各自的统计特性,分别为它们设计了不同的率失真(R-D)模型.实验结果表明,文中算法能够有效地控制码率,使得目标码率跟实际产生码率之间的偏差最大不超过2%;同时文中算法较大地提高了解码图像的质量,使得峰值信噪比(PSNR)在低码率端可提高1dB;另外,JSVM是通过不断调整量化参数(QP)使得实际产生的码率逐次逼近目标码率,较之这种尝试型的码率控制算法,文中基于模型的码率控制是在一次编码中产生最终的目标码率,从而大大降低了计算复杂度.     

实时低比特率视频传输中的码率控制研究与实现

在传输中尽可能保持视频质量的前提下,维持视频流码率的恒定,是码率控制的核心内容,一般,传统的方法需要在做量化之前计算数据的R－D特征值,以确定量化策略,计算复杂度高。这对于要求实时编码的场合显然是不合适的。本文首先建立码率失真模型,通过在模型上求失真最小,得到最化参数与目标码率之间的函数关系,然后针对低比特传输简化,形成适用于系统的快速方法。最后,本文给出在PC上仿真该算法的结果,证明这种方法比TMN8模型算法有更严格的码率控制,同时可以用于实时应用。     

基于率失真优化的可伸缩视频编码码率分配

可伸缩视频编码的主要目标是生成空域、时域、质量可伸缩的视频流,其中如何进行有效的码率分配,以截取特定条件下最优的一段码流,对视频信号的网络传输十分重要。在研究现有JVTSVC中码率分配算法的基础上,提出了通过划分FGSNAL单元建立其近似的率失真特性曲线,从中选择构成凸壳的点作为率失真最优的候选截断点,并以此进行优化的码率分配的方法。在参考软件JSVM上的实现表明,对标准测试集中的序列截取相同需求条件下的码流时,相对于JVTSVC中现有率失真优化的码率分配方法,新方法的解码视频质量均有进一步的提高。     

视频编码失真估计综述

编码失真是评价视频算法性能的主要因素之一,如率失真优化、码率控制和最佳量化等算法设计中,在不进行复杂预编码的情况下精确估计编码失真,是达到良好率失真性能的必要途径。虽然部分编码失真估计方法已经被采用并作为编码算法的基础,然而,与对码率估计的关注度不同,失真估计并未引起人们的足够关注。系统地回顾总结了视频编码失真估计方法,实验并给出了一些比较结果。将失真估计方法分为四类：1)基于DCT系数分布的建模;2)ρ域;3)λ域和4)基于失真传播的建模。概述了这些方法的基本原理,并且根据实验结果对模型的精度进行了简要对比分析。     

不依赖于量化参数的视频编码控制优化技术

目前,混合式视频编码技术普遍采用基于量化参数的Lagrange乘子优化算法(QP-L)实现预测编码的率失真优化计算.文中则提出一种新的率失真优化算法Adapt-L,可以根据视频信号的率失真统计特性,自适应地调整Lagrange乘子的计算.实验及数据分析表明,在QP-L算法的Lagrange乘子和视频信号的率失真统计信息...     

无线视频传输的自适应码率控制算法研究

为在恶劣的无线信道环境中达到良好的视频传输质量,本文提出了一种自适应码率控制的方法,通过探测无线信道反馈的信道参数,判定网络状态及缓冲区满溢程度,计算出代价函数,自适应调节网络传输的码率,达到视频的平滑传输。并通过实测数据分析优化后的方法对视频主观质量、率失真以及压缩比的影响。     

场景切换视频自适应帧间码率控制

针对视频帧中可能出现的大量场景切换,提出一种基于非连接点的场景切换检测算法,提高编码性能,该场景检测算法复杂度低,在运动估计的同时,完成视频场景切换检测。场景切换将导致GOP(group of pictures)长度的变化,并可能出现GOP长度太短的情况。提出改进的自适应GOP时域滤波技术,避免由于GOP太短引起的编码性能下降。针对视频场景切换检测分割出的不同长度的GOP,提出一种基于率失真模型的帧间码率控制算法,利用视频的失真与码率及视频帧复杂度的关系,对帧间码率分配进行优化,提高重构视频帧的总质量。实验结果表明,基于场景检测的自适应帧间码率控制算法能够获得较好的编码性能。     

一种减少低码率视频编码中"块效应"的方法

在甚低码率视频编码技术中，“块效应”现象成为一个比较严重的问题，由于“块效应”的介入，严重破坏了图像的视觉效果，本文通过分析基于块编码的低码率视频压缩技术中的“块效应”现象，提出一种自适应的高频补偿滤波方法，并使其应用于H．263甚低码率视频编码，结果表明：采用自适应的高频补偿滤波方法可以有效地抑制：块效应”现象，改善视觉效果。     

Matching Pursuits视频编码中原子匹配块搜索中的权值设计

基于Matching Pursuits的误差图像编码算法因其基函数的灵活性,是一种在低码率视频编码应用中较为理想的算法,块能量搜索算法被用于减少该算法的编码复杂度,针对固定权值加权块搜索算法的不足之处,提出了一种自适应加权块搜索算法,在不增加算法复杂度的情况下,对不同的被编码序列采用不同的权值表完成加权块能量算法,在各种情况下均得到了较理想的编码效果。     

面向对象分配带宽的极低比特率视频编码器

在低比特率环境下,如何提高图象编码质量是许多人感兴趣的课题,针对此问题,提出了一种面向对象分配带宽（OOBA）的视频编码器,用以提高低比特率环境下编码图象的主观质量,在充分考虑人的主观视觉特性的基础上,该编码器把图象序列分成不同的视频对象,而每个对象以宏块为单位构成,并且对每个对象单独分配大小不同的带宽,以把更多的比特分配人主观感兴趣的对象,来达到在低比特率环境下提高编码图象主观视觉质量的目的。虽然每个对象独立编码,但在比特流的组织上却能与H．263兼容。为了合理地在多个对象间分配带宽,还给出了基于速率－失真（R－D）模型、基于序列分析和比值加权法等3种带宽分配方法。实验结果表明,该编码器与传统的基于帧的编码器相比,在极低的速率下,峰值信噪比虽略有降低,但图象的视觉质量却得到较大的提高。从而表明了该编码器的有效性,也说明在低比特率环境下,仅以客观准则作为评价编码器好坏的标准是不够的。     

基于低比特率视频序列的运动对象分割算法

在兼顾运动图像分割效果和实时性的原则上,针对视频会议、新闻播报等低比特率视频序列,提出了一种简单高效的运动对象分割算法。首先利用累积帧差求出图像帧的运动区域,然后对其进行二值化和形态学处理得到帧差模板,最后利用二次扫描的方法得到运动对象掩模,对其进行填充就可以提取出运动对象。实验证明得到了较好的分割效果并且在实时性的应用中具有一定的优势。     

甚低码率视频编码器码率控制策略

根据甚低带宽信道的远程视频传输的应用需求,提出一种甚低码率控制策略,通过在视频编码器增加I帧码率控制,引入二阶率失真模型,以及改进P帧的码率控制算法,提高了视频编码器码率控制的精度和传输图像的质量,有效地解决了甚低带宽下视频编码器的码率控制问题。实验结果表明,该算法既降低了编码缓冲区延迟,又提高了重建图像的质量。     

FGS视频流的码率分配算法研究

该文针对精细可分级编码(FGS)比特流在时变带宽网络上的传输,提出了一种基于视频序列率失真(R-D)特性的FGS增强层的码率分配算法,目标是减少接收端解码视频质量的波动,同时保持视频总体质量最优。首先建立一个在多帧图像增强层之间进行码率分配的最优化问题形式,并进行了合理的简化,然后利用线性内插原则建立描述各帧图像增强层率失真特性的R-D模型。由于各帧图像R-D曲线的单调特性,如此建立起来的最优化问题可以用简单的算法求出最优解。仿真结果表明,这个方案在保证解码视频质量恒定和保持视频总体质量最优两方面均收到了良好的效果,同时该方案的简易性使得它的实现和应用成为可能。     

基于DSP的甚低速率语音编码算法及其实现

在混合激励线性预测(MELP)算法的基础上,设计一种1 120 b/s MELP甚低速率语音编码算法。该算法通过增加帧长、动态比特分配和多帧联合矢量量化、及参数内插等方法降低语音的编码速率,并已在TMS320VC5416DSP芯片上实时实现。采用美国GL公司的语音质量评估系统VQT,对编解码的实时语音质量进行评估,语音质量感知评价高于3分。实验结果表明,该算法能够满足实际通信要求。     

低码率视频编码的优化方法

采用的低码率视频编码方法是以全局运动补偿和局部运动补偿为核心的混合编码方法.主要针对MPEG-4中原有算法计算量大、复杂度高的特点进行了编码系统优化,将这一编码方法实用化.该优化方法是针对占编码系统70%计算量的全局运动估计进行的,采用了基于运动特征的运动估计方法和鲁棒的目标函数,并在优化方法中引入了三级金字塔的分层计算.从对比实验结果来看,优化方法对不同运动类别视频的编码都是有效的,系统编码速度提高了3倍以上.目前,这项优化方法已经被MPEG-4视频编码优化小组采用.     

基于FPGA的雷达视频压缩技术研究

根据雷达视频数据量大、目标信息较为重要的特点,设计并实现了一种基于FPGA的高分辨率雷达视频压缩方案。该方案针对压缩过程中算法较为复杂,且有大量浮点运算、乘法处理等高计算复杂度的问题,对DCT、量化、编码等核心处理模块分别进行了优化设计。在一片Stratix IV GX EP4SGX230KF40C4芯片上进行了验证,结果表明,该设计方案资源占用率低,压缩后图像质量较好,对于1600x1200分辨率的视频处理速度可达50帧／秒以上,满足高分辨率雷达视频实时压缩的要求。     

基于形变模型的物体建模与分析

在物体建模领域内,传统的方法是建立三维线框模型上的纹理图像。该方法计算复杂,数据冗余量大,显示效果真实性差。近年来,在对同类物体（尤其是人脸）的建模研究中提出了形变模型（morphable model)的方法,该方法数据冗余少,显示效果逼真,在低码率编码、分析识别、身份验证、重建等方面的应用中取得了良好效果。文中回顾了近年来morphable模型的研究、发展及应用情况,并对未来的发展方向进行了展望。