[发明专利]面向HEVC的质量可伸缩层间预测编码

说明书

联合研究

本申请由北方工业大学与北京交通大学信息所联合研究，并得到以下基金资助：国家自然科学基金(No.61103113，No.60903066)，北京市属高等学校人才强教深化计划项目(PHR201008187)；江苏省自然科学基金(BK2011455)，北京市自然科学基金(No.4102049)，教育部新教师基金(No.20090009120006)；国家973计划(2012CB316400)，中央高校基础研究基金(No.2011JBM214)。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，更具体而言，涉及用于面向高效视频编码(HEVC)中的质量可伸缩层间预测编码。

背景技术

随着各种视频服务业的飞速增长，为使视频码流能够更好地适应不同的需求，人们追求视频编码高压缩性能这一目标的同时也在重点发展视频可分级技术。在实际应用中，存在不同的网络和不同的用户终端，各种情况下对视频质量的需求不一样。例如，在利用网络传输视频信息时，由于网络带宽限制了数据传输，因此要求当网络带宽较小的时候，只传输基本的视频信号，并根据实际网络的状况决定是否传输增强的视频信息，使视频的质量得到加强。在这样的背景下，利用可伸缩视频编码技术实现一次性编码产生具有不同帧率、质量、分辨率的视频压缩码流，然后根据不同网络带宽、不同的显示设备和终端解码能力选择需要传输的视频信息量，以此实现视频质量的自适应调整。目前，解决这一问题的最好方法就是可伸缩视频编码(Scalable Video Coding，SVC)，其码流具有良好的鲁棒性及容错性，并可以根据不同的网络和用户的需求在任意点截断。

虽然基于H.264/AVC编码标准的SVC已被提出并应用于实际，但是为进一步应用到高清的视频通信、视频监控、视频会议等领域，基于新一代视频编码标准-高质量视频编码(High efficiency Video Coding，简称HEVC)的可伸缩编码(Scalable HEVC，简称SHVC)也被提上了日程。

2010年4月，两大国际视频编码标准组织VCEG和MPEG成立视频压缩联合小组JCT-VC(Joint collaborative Team on Video Coding)，一同开发HEVC标准，其也称为H.265。HEVC标准主要目标是与上一代标准H.264/AVC实现大幅度的编码效率的提高，尤其是针对高分辨率视频序列。其目标是在相同视频质量(PSNR)下码率降为H.264标准的50％。

就目前阶段，HEVC依然沿用H.264就开始采用的混合编码框架。帧间和帧内预测编码：消除时间域和空间域的相关性。变换编码：对残差进行变换编码以消除空间相关性。熵编码：消除统计上的冗余度。HEVC将在混合编码框架内，着力研究新的编码工具或技术，提高视频压缩效率。

目前，JCT-VC组织的讨论中已经提出的许多编码的新特性，有可能会加入HEVC标准中，各次讨论的具体文献可以从http://wftp3.itu.int获得。

在HEVC的基础上实现SVC也被认为是未来重要的任务之一，而且许多人在此领域已经做出了卓越的贡献。Glenn Van Wallendael等人提出了基于HEVC的双环质量可伸缩视频编码，对基本层(Base Layer，BL)重构图像进行上采样，因此在增强层(Enhancement Layer，EL)重构之前，基本层将被完全解码。Zhongbo Shi等人提出了基于HEVC的粗精度质量可伸缩视频编码(Coarse-Grain quality Scalability，CGS)，将基本层图像进行重构并作为增强层图像的参考图像，同理，在增强层重构之前也必须将基本层完全解码。这两种方法从本质上说都是双环解码方案，在编解码端都需要对基本层重构，由于需要两次补偿操作所以这两种方法都增加了解码端的复杂度。

本申请中主要参考以下技术文献来实现，这些文献中的JCT-VC可直接从http://wffp3.itu.int获得：

[1]费伟，朱善安.基于H.264的自适应可伸缩编码研究[J]，光电工程，2008(03)，35(3).pp：102-107.

[2]Ken McCann.HM3：High Efficiency Video Coding(HEVC)Test Model3Encoder Description[R].JCTVC-E602，March，2011.