可分级视频编码中基于运动补偿的时域滤波的研究

摘要

可分级视频编码的特点在于可以从部分码流中得到相对于完整的码流而言，分辨率较低或图像质量较差的视频信号。这一技术可以使视频内容很容易地适应不同的终端设备，也为实现视频流在异构网络中的可靠传输提供了一种灵活的解决方案。利用提升结构实现的基于运动补偿的时域滤波（简称MCTF）是一种主要服务于可分级视频编码的时域解相关技术，该技术有能力取代传统的混合视频编码框架中的闭环预测。MCTF技术的本质是沿视频序列中的运动轨迹进行离散小波变换，并且已经成为实现高效的可分级视频编码的关键技术之一。 本文是对我们在MCTF方面所做研究的一个全面的总结。我们首先对可分级视频编码及其工具做了简要的回顾，然后给出了关于MCTF技术的详细描述，包括该技术的理论背景以及在数学上的严格表达。本文介绍了M. Flierl和B. Girod提出的对MCTF编码效率进行理论分析的方法，该方法利用一个理想化的统计信号模型，在将最优MCTF视作K-L变换后，推导了MCTF编码效率的理论上限。 本文详尽地讨论了基于提升结构的MCTF中更新步骤的具体实现，并为H.264可分级扩展提出了一个改进的更新算子。实验结果表明我们所提出的更新算子能够提高编码效率并降低视频图像解码质量在时域上的抖动（简称质量抖动），而且具有较低的计算复杂度。 本文还讨论了基于MCTF的视频编码中的码率分配问题。在对MCTF结构进行失真分析之后，我们给出了失真最小意义下的最优码率分配方案，同时我们将通过码率分配来控制质量抖动映射成一个二次规划问题，并根据其解提出了一种新的可以控制质量抖动的码率分配算法。该算法的有效性在H.264可分级扩展的参考软件上得到验证。