自适应视频编码和传输关键技术的研究

作     者：刘猛 

作者单位：中国科学技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李厚强

授予年度：2011年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：视频自适应 H.264/AVC 可伸缩性视频编码 码率控制 博弈论 ρ域 

摘      要：随着网络技术和多媒体技术的不断发展,多媒体信息的应用有着不断的扩展。针对不同的应用,目前已经建立了许多了不同的视频压缩标准,解决了许多不同的应用需求。然而由于网络的异构性、终端设备的多样性、多媒体应用的复杂性,多媒体技术在应用时出现了很多难题,因而视频自适应在视频技术应用中显得尤为重要。视频自适应最近几年发生了迅猛的发展,但是仍然不成熟,在许多技术方面仍未有通用而有效的解决方案。 由于视频自适应编码和传输方面的码率控制没有一个很好的解决方案,并且难以获得好的性能。因此,我们研究并设计出相应的视频自适应码率控制解决方案,可以解决目前已有的问题,提供不同码率的自适应,并且最优化自适应编码的效率。本文的主要工作及创新之处在于: 1.提出了一种低复杂度的可伸缩性视频编码的码率控制方法。 本文在可伸缩性视频编码(SVC)中提出了一个低复杂度的码率控制方法,根据不同用户的需求提供不同码率的码流。该方案的主要思想是通过研究可伸缩性视频编码的率失真特性,通过提取出视频的运动信息,建立同一视频帧内各主要参数之间的相关性,然后根据这种相关性可以进行低复杂度的码率控制算法设计。另外跟据SVC的层间相关关系,提出了一个综合考虑时间相关性和空间相关性的参数预测方法,通过计算一定时间窗内时间相关性预测和空间相关性预测的预测误差来达到模型参数的自适应更新。 2.提出了一种基于一个通用视频自适应框架的码率控制方法。 本项研究通过在中间媒体(Intermedia)中预编码时附带地提取一些信息,然后在编码端通过这些信息进行码率控制,从而解决不同终端设备以及网络带宽的自适应需求。本项研究在预编码时,对每次编码过程中得到的DCT系数进行统计,得到其方差等参数并存储起来。在编码端,可以提取存储的参数,并用广义高斯分布对DCT系数分布进行重建得到在各个频率点的值,并且根据本研究提出的改进的ρ域码率控制方法就可以计算出量化参数(QP)进行编码。另外,本项研究还提出一个码率控制初始QP自适应选择方法,有效的改善了编码性能。 3.基于博弈论的多码流联合码率控制方法 多个视频码流通过在同一个信道中进行传输或者同一个源产生多个视频频码流时,由于信道总带宽是有限的,因而有必要对各个视频码流进行码率控制。传统的码率控制方法对各个码流独立处理,没有考虑各个视频的内容,影响有限的带宽的优化分配。通过对各个不同视频码流的复杂度等信息进行实时提取与预测更新,利用博弈论的方法在同一时间不同流之间进行码率资源的讨价还价,以实现不同码流间的平等分配,提高视频流切换时的平滑性。另外利用联盟博弈的方法,将同一时间点所有帧作为一个联盟,然后在不同时间点的联盟之间分配资源,实现时间方向视频流的平滑码率控制。 本文通过大量的实验,验证了本文所提出的方法的有效性,不仅能够解决不同用户需求,而且编码效率也有相应的提升,另外,在复杂度方面本文也进行了相应的研究。这些结果充分表明本文提出的方法的可行性和有效性。