基於混合色度採樣率的全色度螢幕圖像及視頻編碼研究

《基於混合色度採樣率的全色度螢幕圖像及視頻編碼研究》是依託同濟大學，由王淑慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於混合色度採樣率的全色度螢幕圖像及視頻編碼研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王淑慧
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

隨著雲計算、移動計算等新型計算模式的出現，計算機螢幕圖像編碼成為視頻編碼領域的一個熱門研究課題。螢幕圖像由連續色調及非連續色調兩種內容構成，分別適合採用不同的方法壓縮。過去幾十年視頻壓縮的軟硬體技術開發都是針對色度子採樣YUV420或YUV422視頻。把螢幕圖像色度子採樣成YUV420或YUV422圖像再編碼會導致非連續色調內容的明顯失真，必須對YUV444螢幕圖像進行壓縮。完全採用全色度編碼（至少兩個編碼器，一個針對連續色調內容，另一個針對非連續色調內容）會帶來巨大的人力、物力投入。本項目提出了混合色度採樣率MCS的螢幕圖像編碼技術，通過不同色度採樣率編碼的混合策略、全色度無損編碼、計算複雜度及碼率控制等方面的研究，形成一套高壓縮比、超高質量、極低複雜度的螢幕圖像壓縮的理論、算法及軟體實現方案，最大限度降低開發成本，解決目前螢幕圖像壓縮算法難以滿足高清螢幕實時傳輸的要求的難題。

結題摘要

雲計算、移動計算等新型計算模式的出現，給視頻編碼領域帶來了許多新的技術挑戰，使計算機螢幕圖像編碼成為視頻編碼領域的一個熱門研究課題。螢幕圖像由連續色調及非連續色調兩種內容構成，分別適合採用不同的方法壓縮。本項目中，螢幕圖像中的連續色調及非連續色調內容分別採用傳統的混合編碼器編碼和串匹配方法編碼。本項目對兩種編碼方法的無縫集成、高性能串匹配編碼及算法的實用化等方面進行了全面、深入的研究。在國際上率先提出宏塊級自適應LZ螢幕圖像壓縮的架構、算法、技術和實現，實驗結果表明對某些典型螢幕視頻序列，該方法較H.264編碼PSNR的提高達20dB以上。在上述編碼平台上整合其他無損編碼方法如Run-Length Encoding(RLE)、Hextile及Portable Network Graphics(PNG)等，進一步提高了編碼性能。在國際上率先提出基於雙編碼器混合色度採樣率（Mixed Chroma Sampling-rate，簡稱為MCS技術）的螢幕圖像及視頻編碼技術，並將算法整合到最新的視頻壓縮標準HEVC的編碼平台中。研究結果表明在相同比特率的情況下，MCS編碼比HEVC420編碼取得明顯更高的PSNR，某些圖像PSNR的提高甚至超過40dB以上。緊跟國際研究前沿，基於HEVC編解碼平台改進所提的螢幕圖像及視頻壓縮算法。在一維串匹配編碼的基礎上，提出了仿二維匹配P2M（Pseudo-2D-matching）的概念，並可在水平和垂直兩個方向上採用。實驗結果表明，與傳統的HEVC混合編碼相比，P2M編碼器取得了明顯的BD-rate性能的提高；同時在相同甚至更低比特率的情況下，P2M編碼器取得了明顯更好的主觀圖畫質量。提出了主要參考緩衝器PRB（primary reference buffer）和次要參考緩衝器SRB（secondary reference buffer）的概念，PRB中存儲主要的參考圖畫數據，SRB中僅存儲幾個最近頻繁用到的參考數據，串匹配操作即可在PRB中進行也可在SRB中進行。實驗結果表明，與參考軟體HM-16.4+ SCM-4.0相比，提出算法明顯提高了有損和無損情況下的編碼性能。本課題的研究提供了一種壓縮效率高、適用範圍廣的螢幕圖像及視頻編碼方法和算法，將有助於解決當前許多套用中的關鍵難題，具有重要的理論和實用價值。