HEVC框架下监控视频编码优化算法研究

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1、国内图书分类号：TN919.81密级：公开国际图书分类号：621.3西南交通大学研究生学位论文HEVC框架下监控视频编码优化算法研究年级2015姓名黄福咏申请学位级别硕士专业计算机技术指导老师彭强二零一八年五月二十日ClassifiedIndex:TN919.81U.D.C:621.3SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESERACHONSURVEILLANCEVIDEOCODINGOPTIMIZATIONFORHEVCGrade:2015Candidate:HuangFuyongAcademicD

2、egreeAppliedfor:MasterSpeciality:ComputerTechnologySupervisor:PengQiangMay.20,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要视频监控系统为公共环境的安防和人们生活提供了巨大的保障，然而，海量的监控视频数据给存储、传输和分析提出了极高的要求，对监控视频编码提出了巨大的挑战。近年来基于背景模型的监控视频编码获得了显著的编码性能增益，然而高质量的重建背景图像会造成码率突增，导致缓冲区溢出和传输延迟。同时新一代视频编码标准HEVC压缩视频时还存在着大量的视觉冗余。本文根据监控视频特点

3、，结合已有的监控视频算法从背景更新和码率分配两个方面在HEVC框架下进行编码优化。本文针对上述两个问题，主要研究内容如下：1）在HEVC框架下实现了基于背景差分的监控视频编码方法，利用高质量的背景图像分离出前景，对前景部分单独编码，实现了监控视频的性能增益。针对背景帧造成的码率突增这一问题，提出一种基于亮度补偿的背景帧编码算法，利用亮度补偿算法对背景帧进行颜色校正，然后通过自适应SKIP预测算法进行预测编码，最后对预测残差编码并传输。在PKU-SVD-A数据库上的实验表明，该算法在更好的编码质量基础上，有效消除了编码高质量背景图像造成的码率突增问题。2）

4、研究分析了HEVC测试模型HM16.7所使用的码率控制算法，与本文提出的背景帧编码算法相结合，针对码率控制在CTU级比特分配不合理的问题，提出了基于前景性能增益的CTU级比特分配的改进算法。实验结果表明，所提方法实现了有效的码率控制，保持了基于背景模型的编码优势，同时在维持码率基本不变的情况下，低延时P帧编码模式，前景区域的Y-PSNR平均提高了0.36dB，背景区域和总体的Y-PSNR均有轻微下降。关键词：HEVC；监控视频编码；背景差分；亮度补偿；码率控制西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractThevideosurveillances

5、ystemprovidesgreatprotectionforthesecurityofpublicenvironmentandpeople'slives.However,themassivemonitoringvideodataputshighdemandsonstorage,transmissionandanalysis,whichposesagreatchallengetosurveillancevideocoding.Inrecentyears,surveillancevideocodingalgorithmsbasedonbackgroundm

6、odelshaveobtainedsignificantimprovement.However,thehigh-qualityreconstructedbackgroundimagewillresultburstingbit-ratepeaksinthevideotransmission,thereforemayleadtobufferoverflowandtransmissiondelay.Atthesametime,therearelotofperceptualredundancethatcanbecompressedinHEVC.According

7、tothecharacteristicsofsurveillancevideo,combinedtheexistingsurveillancevideoalgorithms,thisthesisoptimizethecodinginHEVCframeworkfromtwoaspectsofbackgroundupdatingandbitrateallocation.Inordertosolvetheabovetwoissues,themainresearchcontentisasfollows:Firstly,amonitorvideocodingmet

8、hodbasedonbackgrounddifferenceisimplemen