新一代视频编码标准——HEVC

在2003年制定的H.264/AVC视频编码标准获得巨大的成功后,新一代视频编码国际标准HEVC(High Ef-ficiency Video Coding)在ITU-T的VCEG和ISO/IEC的MPEG通力合作下已经开发成功。HEVC提供了多项先进的视频编码技术。尽管HEVC的视频编码层结构仍然是常见的基于块运动补偿的混合视频编码模式,但是和先前的标准相比具有多处重要改进。文中对HEVC标准的技术的主要特点和性能进行了综述。

考虑视频内容的H.265/HEVC帧层码率分配算法

为了保证一定视频质量下编码器输出的码率符合给定的目标码率,提出一种考虑视频内容特性的H.265/HEVC帧层码率分配算法。首先从率失真理论分析的角度推导出影响输出码率的主要因素,然后根据视频编码原理,预测出帧内容复杂度参数,从而建立一种更有效的帧层码率分配算法。实验结果表明,所提算法可以使帧层目标码率与编码码率保持更好的一致性,且重构视频质量平均提高了0.103 d B。

H.265/HEVC视频编码标准性能评估与分析

简要介绍了H. 265/HEVC的编码框架和采用的新技术。比较了H. 264/AVC和H. 265/HEVC的图像质量、压缩比、编码时延等关键技术指标,将H. 265/HEVC与H. 264/AVC的编码性能进行了比较。实验结果表明,HEVC在编码性能上有了明显提高。

HEVC帧内编码单元快速划分算法

针对HEVC帧内编码中CU(Coding Units)模式判决过程计算复杂度高的问题,分析了CU四叉树划分结构的特征,提出了一种新的帧内编码单元快速判决算法。首先,提取前一帧相同位置CU的最优划分结构,以预测当前CU的起始划分深度和终止划分深度。然后,结合亮度直方图的密集度特征,设置自适应的双阈值对当前CU划分的深度范围进行精确调整,从而跳过或终止部分不适合此纹理特征的划分模式。测试结果显示,该算法在BD-Rate损失仅为0.374%的情况下,提高了51.654%的编码速度,具有良好的实际应用价值。

基于SATD的H.265/HEVC拉格朗日因子选择算法

为了进一步提高帧内粗略模式判决的编码性能,提出了一种基于SATD的H.265/HEVC拉格朗日因子选择算法。首先,分析了哈达玛变换的特性,从率失真理论的角度入手,以SATD为失真测量尺度,建立了一种新的拉格朗日因子计算方法。其次,结合离散余弦变换原理,推导出所提方法中涉及的参数获取途径。实验结果表明,所提算法可以更准确地进行帧内预测模式判决,在同等码率的情况下可以有效地提高重构视频质量。

新一代视频编码标准HEVC变换方法的研究

高性能视频编码(HEVC)将成为国际最新的视频编解码标准。该标准主要针对目前应用日益广泛的高清甚至超高清视频而开发,其编码的性能目标是在保持原来H.264/AVC的视频质量的同时,将比特率再降低一半。与原有标准一样,HEVC对帧内或帧间的残差信号进行正交变换以集中能量至矩阵左上角,然而H.264/AVC标准中的传统DCT方法对于高清视频的处理已不能有较好效果。讨论研究目前针对HEVC正交变换提出的变换方法,包括基于模式的方向变换MDDT、自适应离散余弦/正弦变换(DCT/DST)、旋转变换(ROT)、IDCT修剪和变换跳过模式(TSM)等方法。实验结果显示了上述几种方法在比特率降低、编码时间缩短、软硬件实现复杂度降低和客观视频质量等方面的改进。最后,提出了对HEVC正交变换的进一步研究方向。

基于Hi3516A的H265码流实时传输系统设计

介绍了在海思Hi3616A开发平台下实现的一种H265码流实时传输系统。利用海思提供的媒体处理平台(MPP)采集高清摄像头感应到的视频图像并进行H265压缩编码,然后对LIVE555开源代码进行二次开发,实现播放H265实时码流的功能,将压缩编码后的数据发送出去。设计结果表明,系统传输高清视频图像延迟短,播放流畅,满足智能监控领域应用的要求。

HEVC关键技术介绍

近年来,随着高清视频业务飞速发展,目前主流的视频压缩标准H.264已经显得有些力不从心,因此高清晰度、高压缩率的视频压缩标准就成为了当前研究的热点。本文主要针对未来的新一代视频编码标准HEVC(High Efficiency Video Coding),对其关键技术进行分析介绍。

基于UHD的HEVC、H.264编解码图像质量客观评价分析

本文针对基于EBU的UHD超高清视频评价测试序列,实验搭建了HEVC和H.264的超高清视频编解码平台,采用图像质量客观评价的方法,选择PSNR、DMOS指标对两种压缩方式下不同码率的图像质量进行分析,并比对了HEVC和H.264的压缩编码性能。

HEVC对偶编码单元划分优化算法

为了解决视频数据量日益增长与用户享受高质量视频体验需求之间的矛盾,HEVC在H.264/AVC标准的基础上通过引入新型的编码结构和算法进一步将编码效率提升了50%,但是也极大地提升了编码复杂度。基于此,提出对偶编码单元(CU)划分网络DualNet,来降低HEVC中帧内编码复杂度。该网络由预测网络和目标网络2个部分组成,其中,预测网络通过分析图像统计特征实现编码单元划分决策,从而跳过四叉树的遍历搜索,提高编码单元划分决策的时间效率;目标网络基于率失真代价评价和优化决策模型提升编码单元划分性能,实现模型互补和最优率失真估计。实验结果表明:与HEVC标准对比,所提算法在实现相近的压缩效果的前提下能够节省64.06%的编码时间。

分级自适应的HEVC帧内预测模式快速选择算法

针对HEVC帧内预测编码计算复杂度高的问题,提出了一种基于分组自适应的帧内预测模式快速选择算法。该算法抽选12个候选模式进行预测方向初步判断,然后根据初步判断结果再精选预测模式;并根据粗选的HCost代价排除部分可能性较低的候选模式,以达到减少候选模式数量,降低计算复杂度的目的。在HEVC参考软件HM12.0上的测试表明,该算法在BD-PSNR平均损失0.041 d B的情况下,平均可降低36.521%的编码时间,显著提高了编码速度。实验结果显示,该算法的适应性强,对不同尺寸、不同纹理和运动特点的测试序列均有明显效果,具有良好的实际应用价值。

一种基于版权保护的HEVC视频水印算法

针对新的HEVC高效视频编码标准特性,提出了一种基于版权保护的视频水印算法。分析了HEVC同上一版视频格式标准H.264/AVC之间的编码差别,在研究HEVC格式的基础上为其设计了一个独特的水印算法。该算法首先对水印图片进行置乱处理,然后将水印嵌入到亮度分量离散正弦变换(DST)分块的中频系数中。实验结果证明,该算法对HEVC视频有很好的嵌入和提取效果,并可以抵抗多种形式的视频攻击。

HEVC整数DCT变换与量化的FPGA实现

HEVC编码框架采用了比H.264/AVC面积更大的DCT变换和更为灵活的自适应量化,在提高数据处理速度的同时,降低了编解码的失真率。基于HEVC的变换量化原理和模块化的思想,采用并行流水线结构和无乘法器方案实现了整数DCT变换及量化部分。系统采用MODELSIM进行功能仿真,基于Altera公司的Cyclone II系列可编程逻辑器件进行硬件验证测试,其最大时钟频率在170 MHz以上,数据处理能力在2 824 Mpixel/s以上,满足HEVC编码标准的性能要求,为HEVC编解码标准的硬件实现提供了参考。

基于梯度的H.265/HEVC帧内预测硬件加速算法研究

HEVC即H.265,是目前最新的视频编码标准。相比于前一代视频编码标准,H.265/HEVC虽然能够明显改善视频压缩效率,但是却带来了更高的计算复杂度,尤其是在帧内预测过程中。为了解决这个问题,提出一种基于梯度的帧内预测硬件加速算法来跳过一些帧内预测模式和划分深度的预测过程,从而达到减少计算的目的。利用图像梯度信息来粗略估计编码单元的纹理方向和纹理复杂度,其中纹理方向用来估计编码单元的最优帧内预测方向,纹理复杂度用来判断是否跳过当前划分深度的预测编码过程。实验表明,相比于H.265/HEVC测试模型HM16.18,本文提出的算法能够减少60.59%的编码时间,仅造成0.38dB的BD-PSNR减少和8.52%的BD-Rate增加。

H．264到HEVC的低复杂度视频转码算法

针对H.264视频转码为下一代压缩标准高效电视编码(HEVC)视频过程中耗费大量时间的问题,提出一种低复杂度的视频转码算法.该算法充分利用H.264压缩视频流中包含的信息,基于图像复杂度和编码比特数之间的关系对每帧图像进行编码复杂度分析,并根据分析结果决定编码树单元的搜索深度范围;基于HEVC码流中Skip模式与H.264码流中各种模式的映射关系对Skip模式进行提前判决,通过对编码比特数的统计分析快速选择预测单元的对称与非对称分割模式;依据运动矢量的相似性,优化了HEVC运动估计过程中预测单元的搜索起点和搜索范围,进一步减少了转码过程的计算量.实验结果表明:该算法与参考算法相比转码速度获得了大幅提高,同时还保持了几乎相同的率失真表现.

H.265/HEVC视频的时间域篡改检测

针对H.265/HEVC压缩编码视频中帧删除、帧重复及帧插入等时间域篡改问题,根据H.265/HEVC编码标准的新特点,文中提出了一种基于视频压缩特征的时间域篡改检测算法.该算法通过利用视频压缩域的相关参数,在不需对视频进行完全解码的情况下实现篡改位置的检测.实验结果表明,文中提出的算法对不同程度的帧删除、帧重复和帧插入篡改以及不同压缩码率的篡改视频都具有较好的检测效果,有效缩短检测时间.

一种HEVC帧内预测模式快速选择算法

针对H.265/HEVC帧内预测模式选择算法编码耗时较长,提出一种帧内预测模式快速选择算法,通过减少参与帧内预测的模式数量,缩短编码时间。实验结果表明,在全帧内、低复杂度编码模式下,提出的算法与H.265/HEVC官方测试模型HM16.0相比,编码时间平均减少22.35%,码率(BR)增加1.623%,峰值信噪比(PSNR)降低0.081dB。

基于P帧PU划分模式的H.264至HEVC视频转码重压缩检测算法

提出了一种H.264至HEVC视频转码重压缩检测的新算法.基于HEVC编码标准中的一个新特性—–PU划分模式,利用直方图统计所有GOP的第1个P帧中各PU尺寸占据的8×8块数目,并将此作为视频的分类特征送入SVM进行判别分类.实验结果表明,所提出的算法能有效区分单压视频和转码视频,分类正确率达到90%以上.

HEVC/H.265标准中的专利许可问题及其对策

本文从专利角度研究了技术先进且已较为成熟的HEVC/H.265标准难以推广应用的原因。对HEVC/H.265标准相关的专利进行了检索分析,发现相关专利大多掌握在国外企业手中,我国企业总体处于劣势。HEVC/H.265标准相关专利存在专利数量庞大、专利池多、许可结构复杂、专利费用堆叠、专利质量不高、存在潜在侵权风险等问题。建议我国标准实施企业可以根据自身实力分情况通过以下途径加以应对:研究国内外政府和司法部门有关标准必要专利许可和审判的政策,增强专利分析能力提升许可谈判水平;在专利池和专利权人涉嫌滥用市场支配地位时及时寻求法律保护;寻找替代性标准进行技术部署;积极获取自主知识产权;布局下一代标准。

H.265/HEVC中基于R-λ模型码率控制的优化算法

在H.265/HEVC基于R-λ模型码率控制算法中,为了提高最大编码单元(LCU)的比特分配的效果以及参数(α、β)更新的精度,提出一种码率控制优化算法。该算法主要是利用当前最大编码单元原始比特进行比特分配,以及利用编码失真度对参数(α、β)更新。实验结果表明,在恒定比特率情况下,相对于HM13.0码率控制算法三分量峰值信噪比(PSNR)增益至少提高0.76 d B,编码传输比特每帧消耗比特至少降低0.46%,编码时间至少减少0.54%。