面向新一代可伸缩视频编码标准SHVC标准的关键技术研究

The new generation of the scalable video coding standard,namely,the scalable HEVC extension (SHVC) provides a desirable solution to highly efficient transmission of High Definition Television(HDTV) and Ultra-High Definition Television(UHDTV) in heterogeneous environments...As the computational complexity of the SHVC encoder is prohibitively high, it is believed as the primary barrier of the SHVC standard in real-time applications. Therefore, the research in this project mainly concentrates on the low-complexity implementation of the SHVC encoder without significantly degrading the Rate Distortion (RD) performance using coding theory, optimisation theory, and statistical theory. The project intends to reveal the general principles of the temporal, spatial, and inter-layer correlation between coding modes of the coding units in the multi-loop coding structure of the multi-layer framework...Many new encoding tools are incorporated in SHACK standard and they introduce a number of new features. Consequently, the existing rate control models for single layer video coding are not suitable for precisely describing the RD behaviour of SHVC standard. Therefore, the project analyses and discusses the influence of the novel features to the RD model of the SHVC standard. Furthermore, the project provides a desirable solution to the rate control scheme that addresses the properties of SHVC standard...The research results of the project provide theoretic and technical supports for the development and popularisation of the HDTV and UHDTV applications in China in the future. Furthermore, the research in the project will submit technical proposals to the Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC), thus greatly stimulating the development of the international video coding standards.

新一代可伸缩视频编码标准SHVC标准为高清、超高清数字视频在异构环境下的高效传输提供了解决方案。.运算复杂度过高成为SHVC标准在实时性应用方面的主要障碍。本项目拟在不损失SHVC标准编码效率的前提下，基于编码理论、最优化理论、数理统计理论进行低复杂度SHVC标准算法的研究。通过研究揭示出多层编码框架下多环编码结构中，编码单元的编码模式在空间、时间、层间的相关性一般规律。.SHVC标准引入了新的编码工具，使其具有新的编码特性,导致现有的率失真模型不能准确地描述SHVC标准的率失真关系。本项目拟利用率失真理论，探讨SHVC标准新的编码特性对率失真模型产生的影响，为适用于SHVC标准的码率控制算法寻求解决方案。.上述研究成果对我国未来高清、超高清视频业务的发展与普及将提供理论与技术支撑，并向视频编码联合协作组JCT-VC提交技术提案，推动国际视频编码标准的完善与性能提升。

新一代可伸缩视频编码标准在性能上的优越性是以极大地增加编解码端运算复杂度为代价而实现的，这使得其编码速度远远达不到实时要求。因此，本课题提出了能够有效降低视频编码运算复杂度的快速算法。.•编码深度快速决策算法：利用交流系数能量以及编码深度在空间和时间上的相关性，排除可能性较低的编码单元划分方式，实现了编码单元划分方式的跳过与编码深度的提前终止。.•编码模式快速决策算法：利用相邻编码树形层中预测单元预测模式的相关性以及预测模式的时间相关性，减少需进行粗略模式决策的模式个数，此外还利用Hadamard代价值，进一步去除部分预测模式，减少需要执行残差四叉树过程的模式个数。.•帧间预测单元快速划分算法：利用预测单元划分模式在时域上的相关性，减少当前编码单元中需要进行率失真代价值计算的划分模式个数，综合考虑视频图像的分辨率、当前编码单元的运动矢量以及编码深度，避免了对大量可能性较小的划分模式进行率失真代价值的计算。.现有的码率控制算法主要是针对不可伸缩视频编码标准而设计的，本课题针对现有的率失真关系模型不能准确描述可伸缩编码标准的率失真关系，设计了考虑基本层和增强层之间相互影响的码率控制算法。.•新的码率-量化模型：考虑到层间预测对率失真模型产生的影响，重新建立了基本层和增强层联合的率失真模型，提出了基于层的码率分配方法。.•改进的平均绝对误差（MAD）预测模型：利用基本层的编码结果协助增强层的编码，由此从自下而上的多层编码结构中受益。提出的算法同时利用之前时域帧和基本层的MAD值来预测当前的MAD值。.本项目的研究内容和取得的成果可以为高清、超高清视频业务的发展与普及提供理论与技术支撑。