基于能量分布的高性能快速视频信号模式判决算法的研究

To reduce the coding complexity and let the high-quality video coding standard be well used by the mobile devices under wireless network enveriments, the research on high-quality with low-complexity video coding standard is very necessary. The target of this project is to propose a high-efficent and high-speed video mode decision algorithm basing on the energy distribution theroy, which could establish low-complexity video coding standard while maintaining the coding quality. We starts from the research on the current high-quality video coding standard. The advantages and shortcomings of each coding tools are analyzed, and the entire optimistic flowchart for video coding standard is proposed based on the results of the analysis. The keypoint of this project is to abstract the energy information from the macroblock of the video frame. The relationship between the potimal mode of the macroblock and the space/frequency energy of the coresponding region is analyzed and mapped to establish the high-efficient and fast mode decision model. With our research, the computational complexity of the mode decision is reduced significantly so that the encoding time and energy consumption are reduced while the coding quality is maintained. The proposed algorithm has very important theoretical value and wide application fields in the future.

为了降低编码复杂度，使高质量视频编码协议能够更好地为无线网络中进行视频通信的移动终端进行服务，高质量低复杂度图像编码协议方面的研究迫在眉睫。本项目旨在保证原有编码质量的前提下提出基于能量分布的快速图像编码模式判决的核心算法，从而建立低复杂度视频编码协议。研究从现有的高质量视频编码协议入手，对其各个编码模块的优缺点进行分析及评价，根据分析结果对编码协议进行整体改进从而建立更加优化的编码协议框架。本项目重点研究部分是对视频信号的宏块能量分布进行信息提炼，对空域及频域下的宏块局部区域的能量分布同宏块最佳模式之间的关系进行分析及匹配，建立规则及不规则形状分割模型下高效快速的模式判决方法的数学模型，在保证编码性能的前提下大幅度降低原有协议中模式判决所带来的计算冗余部分，从而加快编码速度，同时减低硬件能耗提高使用周期，具有重要的理论价值和良好的应用前景。

随着移动通信进程的不断推进，多媒体应用技术将朝着网络化、交互性和真实感的方向发展，其中，视频由于其丰富的内容表现形式及生动直观的观赏效果等特点受到了广泛地关注和研究。另一方面，通过不断的研究和开发，视频编码协议的编码效果也有了质的飞跃。然而，这种优质的编码性能却导致了编码复杂度以指数级飙升，使得一般设备尤其是未来无线网络环境下较为普及的移动智能设备无法完成实时编码。因此在保持视频质量和压缩效率的前提下，如何尽可能的降低编码计算复杂度成为视频编码标准中的研究热点。本项目在深入研究和分析了H.264/AVC及HEVC视频编码标准中的关键技术之后，针对导致编码复杂度剧增的帧内预测过程及帧间预测过程，提出了一系列高效的优化算法。首先，针对H.264及HEVC帧内预测过程，我们提出了一种基于能量分布的快速模式判决算法和一种基于纹理分析的HEVC帧内快速模式选择算法。其次，针对帧间预测过程，提出了一种基于运动估计和纹理特征的帧间快速模式判决算法。针对3D-HEVC编码协议，我们先后提出了基于空间相关性和多视点相关性的快速编码单元判决算法和基于贝叶斯的在线编码参数快速判决算法。最后，我们还提出了一种基于HVS深度感知特性和四元数的奇异值分解的立体图像客观评价方法。经试验表明，本项目提出的一系列算法，有效降低了高效视频信号编码的时间复杂度，同时保证了良好的编码质量。