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运动矢量差的CABAC二进制化方法研究

运动矢量差的CABAC二进制化方法研究

作者：郭文豪西安电子科技大学

学位级别：硕士

H.264/AVC中支持两种熵编码方法,分别是基于上下关系的自适应变长编码（Context Adaptive Variable Length Coding, CAVLC）和基于上下关系的自适应二进制算术编码（Context Adaptive Binary Arithmetic Coding,CABAC）。其中,CABAC是一种高效的熵编码方法,相比于CAVLC,能够显著提高H.264/AVC的编码效率。CABAC主要可分为二进制化、上下关系模型选择和二进制算术编码三个部分。其中,二进制化过程是影响其编码性能的关键环节。在CABAC编码的非纹理信息中,运动矢量差（Motion Vector Difference, MVD）所占的比例较高,因此对该语法元素的编码进行研究有利于提高整体编码效率。目前H.264/AVC采用统一的二进制化参数对MVD进行UEGk二进制化。实验统计结果发现,在对1280×720分辨率的视频序列进行编码时,在不同的量化参数（Quantization Parameter, QP）下,MVD的概率分布有较大不同。采用统一的二进制化参数,忽略了不同QP下MVD概率分布的差别,不能很好地反映MVD的真实概率。基于此,本文提出在不同QP下编码时,MVD应采用不同的参数进行UGEk二进制化。实验结果表明,相比于H.264/AVC中二进制化方法,论文所选参数得到的预测编码帧（P帧）编码比特数减小,编码效率有一定提高。基于相同的原理,对预测差值等其他语法元素的二进制化参数进行调整应同样可以提高编码效率。

关键词： CABAC 运动矢量差二进制化 H.264/AVC

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熵编码的区域上下文研究和二进制化改进

熵编码的区域上下文研究和二进制化改进

作者：吴江铭上海交通大学

学位级别：硕士

超高清视频的应用正逐渐在移动通讯、网络多媒体等中广泛推广。为了适应该种应用，国际标准HEVC正式发布。该标准在H.264/AVC的基础上进一步发展了熵编码在视频编码中的应用，加入了更多方向的上下文预测和二进制化方法Truncated Rice... 详细信息

超高清视频的应用正逐渐在移动通讯、网络多媒体等中广泛推广。为了适应该种应用，国际标准HEVC正式发布。该标准在H.264/AVC的基础上进一步发展了熵编码在视频编码中的应用，加入了更多方向的上下文预测和二进制化方法Truncated Rice等其他新的算法。为了使上下文模型更利于对图像的概率分布进行估计和加强熵编码的自适应性，进一步提高视频的压缩效率，本文将对编码系统的上下文建模过程以及编码过程的二进制化过程进行研究和改进。编码系统的建模过程采用一定的上下文模型对信源的概率分布进行估计。经典的上文模型算法诸如上下文树加权、部分串匹配预测等，应用到多维上下文模型时，上下文集合的个数往往呈双指数递增。这加大了算法的复杂度，影响了应用的实时性。本文采用非连续性的上下文对视频数据进行压缩。以当前像素为中心，在每个上下文中，按照折线距离大小进行排序，相同折线距离的元素个数作为指数，按照折线距离越小，底数越大的原则，计算每种折线距离的幂。这些幂的乘积即为当前上下文的归一化系数。这样的归一化系数即兼顾折线距离大小，又兼顾了不同折线距离的元素个数的差异对预测准确性的影响。通过对H.264/AVC部分测试序列采用区域性非连续上下文的建模过程进行压缩，压缩率相较于以往的上下文压缩算法有较大的提高。在编码过程中，算术编码最为接近理论熵，但是乘法运算影响了应用的实时性。为减少符点数乘法运算，二进制算术编码采用查表的方式计算概率状态迁移。下一个状态的概率为当前状态概率乘以固定的伸缩因子，伸缩因子越小则状态个数越多，精度越好。但当符号的局部概率小于最小状态概率或者大于最大状态概率，则会产生编码冗余。基于自适应上下文的二进制算术编码的二进制化方法是静态的，没有根据语法元素的出现次数动态调整二进制化Bin的长度，导致上述编码冗余可能被符号局部概率过大或者过小而进一步扩大。本文在每编码一个符号时，将其对应的二进制化二叉树叶子结点的频度加一，在树遍历的回溯过程中，逐级更新频度，检查是否符合霍夫曼树的原则，并调整树结点结构。通过对Java文件的压缩实验，证明动态二进制化相较于传统的基于自适应上下文的二进制算术编码而言，对出现概率比较集中、重复率比较大的类型数据，压缩率有明显的提升。通过DNA序列的压缩实验，动态二进制化能够提高自适应上下文的二进制算术编码的压缩效率。

关键词：非连续性上下文上下文树加权二进制化

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H.264中二进制化编码器的FPGA实现

电子设计工程 2009年第9期17卷 9-11页

作者：王琨吴宗勇福州大学阳光学院福建福州350015

H.264是最有前景的视频压缩标准,熵编码是其中重要的一环,但算法比较复杂,执行速度不高。对熵编码中的二进制化器进行改进,提出一种基于流水线的FPGA结构。对软件流程进行部分改进以提高速度,采用流水线及并行处理技术设计整个电路。在S... 详细信息

H.264是最有前景的视频压缩标准,熵编码是其中重要的一环,但算法比较复杂,执行速度不高。对熵编码中的二进制化器进行改进,提出一种基于流水线的FPGA结构。对软件流程进行部分改进以提高速度,采用流水线及并行处理技术设计整个电路。在Spartan3 FPGA上实现该电路,编码速度达1 bit/cycle,最高时钟频率可达100 MHz。

关键词：二进制化 FPGA 流水线 H.264

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差分动态二进制化的二进制算数编码

信息技术 2013年第8期37卷 111-113页

作者：吴江铭上海交通大学电子工程系上海200030

JCT-VC组织公布的HEVC协议草案沿用了H264的CABAC,改进了二进制化过程。在阐述高性能压缩算法CABAC的同时,创新性地提出了动态二进制化算数编码,并预先对数据进行差分。最后,通过压缩Java文件实验证实差分动态二进制化算数编码在压缩率... 详细信息

JCT-VC组织公布的HEVC协议草案沿用了H264的CABAC,改进了二进制化过程。在阐述高性能压缩算法CABAC的同时,创新性地提出了动态二进制化算数编码,并预先对数据进行差分。最后,通过压缩Java文件实验证实差分动态二进制化算数编码在压缩率方面有较大的提高,高于PAQ和CABAC。

关键词：二进制算数编码二进制化霍夫曼编码

HEVC编码单元自适应双编码器中二进制化研究与优化

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有线电视技术 2013年第11期20卷 41-42页

作者：王垒林涛赵辰同济大学超大规模集成电路研究所

为提高屏幕图像压缩性能,同济大学超大规模集成电路研究所在HEVC基础上提出了一种编码单元自适应双编码器方案,其CABAC部分与HEVC相同,然而采用新方案的码流经过CABAC二进制化后同等条件下没有原来压缩效果好,需要改进CABAC中二进制化... 详细信息

为提高屏幕图像压缩性能,同济大学超大规模集成电路研究所在HEVC基础上提出了一种编码单元自适应双编码器方案,其CABAC部分与HEVC相同,然而采用新方案的码流经过CABAC二进制化后同等条件下没有原来压缩效果好,需要改进CABAC中二进制化部分使之适合屏幕图像,本文主要对该双编码器方案进行二进制化研究与优化。

关键词： HEVC CABAC 二进制化优化

H.264中基于内容匹配的自适应二进制算数编码

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H.264中基于内容匹配的自适应二进制算数编码

作者：石增硕西安电子科技大学

学位级别：硕士

ITU-T的H.264/AVC视频编码标准全面应用了视频编码理论的最新成果,与现有的各种标准相比,在相同的视频质量下,比特率减少了一倍以上,这也意味着在相同比特率下,视频质量可大大提高。因此H.264在视频通信中有着十分广泛的应用前景。本... 详细信息

ITU-T的H.264/AVC视频编码标准全面应用了视频编码理论的最新成果,与现有的各种标准相比,在相同的视频质量下,比特率减少了一倍以上,这也意味着在相同比特率下,视频质量可大大提高。因此H.264在视频通信中有着十分广泛的应用前景。本文讨论了H.264视频编码标准的特点及其数据编解码的过程,深入研究了H.264中基于内容匹配的自适应二进制算术编码(CABAC)的基本原理和算法的实现。重点研究了CABAC熵编码和熵译码,其中主要涉及熵编码的二进制化、context modeling的算法,以及熵编、解码器的具体模块设计。在分析编、解码器的相同处及差别的基础上,用H.264标准中CABAC实现了对数据的编、解码。

关键词：编码 H.264 CABAC 二进制化 context model

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基于上下文的自适应二进制算术熵编码

福建电脑 2009年第7期25卷 69-70页

作者：林德立蔡建立厦门大学信息科学与技术学院福建厦门361005

H.264在主要档次中采纳了基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)的熵编码方案。深入研究了CABAC的二进制化、上下文建模和自适应二进制算术编码器,并利用测试模型进行测试,实验结果表明:在相同测试序列下,CABAC和CAVLC相比的确能节... 详细信息

H.264在主要档次中采纳了基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)的熵编码方案。深入研究了CABAC的二进制化、上下文建模和自适应二进制算术编码器,并利用测试模型进行测试,实验结果表明:在相同测试序列下,CABAC和CAVLC相比的确能节省较大的比特率。

关键词： H.264 算术编码 CABAC 二进制化上下文模型

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证券交易数据压缩的混合算术编码

计算机工程 2010年第18期36卷 267-269,272页

作者：蔡祺杨小虎浙江大学计算机科学与技术学院杭州310027

通过分析证券交易数据的传输问题,指出对其压缩的重要性。根据国家金融行业标准"证券交易业务数据交换协议(STEP)"的消息数据,改进自适应二进制算术编码,提出混合算术编码。混合算术编码利用STEP消息特征进行基于模板/域转换的二进制化... 详细信息

通过分析证券交易数据的传输问题,指出对其压缩的重要性。根据国家金融行业标准"证券交易业务数据交换协议(STEP)"的消息数据,改进自适应二进制算术编码,提出混合算术编码。混合算术编码利用STEP消息特征进行基于模板/域转换的二进制化,并使用独立信源模型进行算术编码时的概率估计。实验结果表明,混合算术编码与自适应二进制算术编码相比,压缩比提高34%,编解码速度加快10%。

关键词：数据压缩算术编码二进制化证券交易业务数据交换协议

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基于H.265的视频加密算法研究与实现

基于H.265的视频加密算法研究与实现

作者：陈谢杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着数字媒体和网络技术的快速发展,一系列的视频压缩标准被提出来,从之前的H.263标准,到现在广泛使用的H.264标准,并且已经应用在视频各个领域,比如数字电视、网路点播、视频会议、视频监控、医学成像、数字摄影等领域。然而,在这些应... 详细信息

随着数字媒体和网络技术的快速发展,一系列的视频压缩标准被提出来,从之前的H.263标准,到现在广泛使用的H.264标准,并且已经应用在视频各个领域,比如数字电视、网路点播、视频会议、视频监控、医学成像、数字摄影等领域。然而,在这些应用中,视频的内容有被非法窃取和肆意破坏的可能,这将会对人们的生活和社会的稳定产生重大威胁。因此对视频内容及其版权的保护变得尤为重要。目前,大量研究者针对视频内容保护提出了相关的加密算法,取得了不少相关的研究成果,对视频内容的保护起到了积极的作用。然而,现有的视频加密算法或多或少存在一些问题。例如,基于编码过程中的符号加密算法,其加密空间非常有限,加密系统和视频内容的安全性较低;基于熵编码CABAC的加密算法,其格式兼容性很难兼顾,不适合实际的应用;直接加密熵编码之前的语法元素的算法,影响了视频中信源的统计信息,使得编码性能降低;随着高清、超高清视频的发展,基于H.264等编码标准的加密算法已很难满足未来的需要。针对这些问题,本文提出了基于新一代视频编码标准H.265的视频加密算法,旨在解决加密过程中的视频安全性、视频的编码性能和视频的格式兼容性之间的平衡问题。相关工作如下:1)视频中的内容涉及到视频中的幅值信息,为此本文选择了变换系数为加密对象;要保持视频的压缩性能就不能改变编码过程中信源的统计信息,为此本文选择了变换系数的熵编码过程为加密阶段;CABAC作为H.265中唯一的熵编码器,要保证加密过程中视频格式的兼容性,本文对与变换系数相关的语法元素coeffbsevelemaining二进制过程中截断莱斯后缀码和K阶指数哥伦布后缀码进行加密。该语法元素是旁路编码,因此不会影响视频编码的压缩性能和比特率。在算法仿真阶段,对实验数据进行了重点分析。2)本文的第一个算法研究其本质上只是改变了视频中物体的幅值信息,并没有改变视频中的运动信息,基于这一点不足,提出了将运动信息和幅值信息进行联合加密的方案。具体做法是加密语法元素coeffbsevelemaining二进制过程中截断莱斯后缀码和K阶指数哥伦布后缀码的同时,再对H.265中新的运动矢量预测技术-Merge模式进行加密,以改变视频中物体的运动信息,达到更大程度上地视频扰乱效果。Merge模式的改变,不影响视频的格式兼容性,不过会在一定程度上影响编码性能。本算法旨在以微小的压缩性能降低和比特率增加为代价,实现了对视频内容更大程度上的保护。本文算法重点解决了幅值信息在CABAC熵编码过程中加密后视频格式不兼容的问题,并以视频格式兼容为前提,实现了编码性能和加密效果良好地统一。

关键词：视频加密 H.265/HEVC CABAC 二进制化运动矢量预测融合模式