《面向超高清視頻的HEVC編碼器的快速算法和VLSI結構設計研究》是依託西安電子科技大學，由何剛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：面向超高清視頻的HEVC編碼器的快速算法和VLSI結構設計研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：何剛
- 依託單位：西安電子科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
面向下一代視頻套用的超高清格式視頻，能夠帶來卓越的視覺效果，但其極大的數據量對傳輸頻寬和存儲造成巨大壓力。本課題面向超高清視頻套用，開發基於當前最高效視頻壓縮標準H.265/HEVC的實時編碼VLSI硬體電路結構。研究內容從軟體算法和VLSI硬體結構兩方面共同最佳化。在算法上最佳化，研究以硬體結構設計為出發點，提出大幅降低計算複雜度且不明顯降低壓縮性能的快速算法。在VLSI硬體結構最佳化，分析算法中的數據依賴性影響，建立高效流水線作業。在系統級上根據不同模組的處理能力，選擇合適並行度並規劃處理時序安排。設計最終目標將在處理速度上滿足超高清視頻8K 60fps的實時編碼，在壓縮性能上接近參考軟體，在硬體開銷上最大化降低所占資源。本課題的成功研究，在套用方面上可降低視頻傳輸頻寬和存儲，推進超高清時代到來，具有重大產業價值；在學術方面上研究內容具有研究通用性和可擴展性，可推動視頻編碼技術的發展和實現。
結題摘要
當前，備受用戶喜愛的超高清視頻，三維多視角視頻，以及虛擬現實視頻等能夠展現出豐富的視覺細節和給觀賞者帶來卓越的視覺感受，但是其高解析度和高幀率所產生的極大數據量對傳輸和存儲造成巨大壓力。 首先，應運而生的針對超高清編碼的視頻壓縮標準HEVC/H.265和針對三維多視角視頻編碼的視頻壓縮標準3D-HEVC，均取得了較高效壓縮率同時也帶來了極高的計算複雜度。因此，有必要針對HEVC和3D-HEVC研發有效快速算法，使其能夠大幅降低計算複雜度。其次，要得到超高清效果的虛擬現實，利用當前編碼技術和頻寬能力，難以實現實時視頻傳輸，有必要解決此需要問題。 本研究分別做了三個工作，分別針對以上超高清視頻，三維多視角視頻，以及虛擬現實視頻的編碼問題，共發表SCI論文三篇。具體如下：（1）利用編碼塊CU的單層測量和多層比較，同時進行建模的方法將CU分類，首先進行快速編碼層選擇，其次還對幀內預測模式進行刪減。該方法降低了HEVC幀內編碼53.32%計算時間，只引起了1.47%的壓縮效率降低。（2）針對3D-HEVC深度圖特有的編碼方式，提出了DMM模式的快速跳過方法，以及基於黃金搜尋的快速搜尋方法，使得深度圖幀內編碼整體計算量降低63.00%，帶來的編碼損失僅1.0%。（3）針對全景視頻，提出建立用戶觀測點反饋機制，在編碼前的映射階段僅提取關注區域進行高質量編碼。該方案可有效降低87%的所需頻寬，也具備一定的抗延時性。 需要說明的是，以上研究根據產業發展需求，和項目初始課題有少量變動性和擴展性，在解決了原課題主要矛盾後，轉而去解決業界最新的問題。本次研究中的HEVC快速算法研究就是解決原課題的主要矛盾，大幅降低計算量後可降低硬體資源量，算法還針對硬體設計進行友好設計。而後，針對3D-HEVC和虛擬現實的全景視頻都分別提出了最佳化方法，緊跟視頻編碼關鍵核心型需求。
