監(jiān)控視頻編碼與超分辨率重建方法研究.pdf

1、隨著視頻監(jiān)控市場的迅速增長、網絡視頻監(jiān)控系統(tǒng)的日益普及，迫切需要對海量數(shù)字化監(jiān)控視頻進行壓縮存儲和后處理與分析。高效率的視頻編碼技術是解決這些問題的關鍵。然而在視頻監(jiān)控系統(tǒng)的實際應用中產生了許多問題，主要包括以下三個方面：第一，當視頻序列受到各類環(huán)境引起噪聲的影響時，視頻編碼的效率明顯下降；第二，雖然H.264/AVC等新一代視頻編碼標準獲得了較高的壓縮效率，但其編碼控制模型非常復雜，至今還難以在硬件編碼端上實現(xiàn)其全部特性；第三，由于新

2、一代標準的復雜度較高，給視頻監(jiān)控系統(tǒng)的后處理和分析帶來了更高的難度。本文圍繞著實施監(jiān)控視頻編碼方案時所遇到的編碼噪聲魯棒問題、在計算資源受限系統(tǒng)上編碼器的復雜度和編碼速度問題、以及壓縮視頻后處理增強問題，開展了相關研究。
　　 本文研究了視頻編碼的基本原理和基于新一代混合編碼框架的視頻編碼技術，包括我國針對視頻監(jiān)控系統(tǒng)制定的AVS-S標準中的關鍵技術。指出了目前研究的缺陷和遺漏之處，并說明了本文研究范圍與這些技術的區(qū)別。

3、　　 監(jiān)控視頻序列中的噪聲對H.264編碼模型產生了影響，幀間預測編碼受噪聲干擾后的不準確性是帶來其編碼效率下降的根本原因。提出了一種基于聯(lián)合匹配準則和運動矢量場時空濾波的宏塊預分類方法。首先利用對噪聲不敏感的匹配準則初步判斷當前宏塊的運動狀態(tài)。其次對已編碼幀的運動矢量場進行時域和空域濾波，消除噪聲運動矢量并獲得更能精確描述當前運動物體的運動矢量場。最后根據(jù)當前編碼宏塊的運動狀態(tài)限定其編碼模式。通過改進的匹配準則和運動矢量場濾波兩方面

4、幫助編碼器提高其噪聲魯棒性，而且算法計算復雜度較小。對典型監(jiān)控序列的仿真實驗表明，本文算法同H.264中的高復雜度率失真優(yōu)化算法相比較，獲得了平均超過0.08dB的性能增益，并平均節(jié)約了1.67％的碼流，與此同時還節(jié)約了平均62.86％的總編碼時間。實驗證明本文算法具有一定的性能優(yōu)勢和較大的編碼速度優(yōu)勢。
　　 本文在總結當前快速算法研究現(xiàn)狀的基礎上，發(fā)現(xiàn)目前快速算法的缺陷在于算法復雜度過高，從而給編碼器的硬件設計帶來了更大負擔

5、。為了降低在硬件上實現(xiàn)新一代混合編碼框架的難度，提出了一種基于統(tǒng)計判決的快速冗余預測模式消除方法。在遵循現(xiàn)有編碼流程的基礎上，通過提取部分已編碼模式的編碼塊模式和幀間預測開銷作為輔助判斷信息，將各模式編碼預測開銷之間的比值進行了統(tǒng)計模型化，并作為是否采取當前編碼模式的依據(jù)。利用統(tǒng)計分布規(guī)律快速消除可能性較低的編碼模式。本文算法以極低的計算復雜度優(yōu)化了H.264模型的編碼流程。通過對國際通用視頻序列的實驗表明，本文算法在平均綜合性能僅僅損

6、失了0.037dB的情況下，整體編碼時間縮減了12.3％。該方法幾乎沒有增加任何內存開銷，為編碼器整體框架優(yōu)化提供了全新的解決思路。
　　 在壓縮視頻超分辨率重建方法方面，本文在總結了當前基于壓縮視頻超分辨率重建研究現(xiàn)狀的基礎上，指出現(xiàn)有基于MPEG域的方法難以運用到以H.264為代表的新一代視頻編碼技術上。另外本文研究了目前較好的一種空域變像元超分辨率重建模型，指出其更加適合于同一場景下視頻序列的超分辨率重建。最后提出了一種基

7、于宏塊多重描述的變像元超分辨率重建算法，通過在編碼端保存有效的宏塊多重描述信息并傳輸至解碼端，其中包括宏塊在相鄰幀之間的重要位移信息。在解碼端首先提取宏塊多重信息中的模式和運動矢量信息，在進行精確匹配和定位之后將相鄰重建幀上的對應整像素點投影到超分辨率重建圖像上，完成解碼端視頻圖像的增強。分別通過對空間分辨率、客觀重建性能和解碼端視頻序列超分辨率重建的實驗證明了本文算法在主客觀性能上有著較好表現(xiàn)。本文算法實際上為壓縮視頻后處理和分析提供