基于上下文的變長編碼技術研究.pdf

1、隨著高分辨率數字廣播、高密度激光數字存儲媒體、無線寬帶多媒體通訊、互聯(lián)網寬帶流媒體等重大信息產業(yè)應用需求的日益迫切，新一代高效視頻編碼技術及技術標準已經成為近年來學術界與工業(yè)界的研究熱點之一。本文針對以往視頻編碼中變長編碼技術在編碼效率、友好實現(xiàn)特性、抗誤碼等方面的不足進行了深入的研究，提出了具有高編碼效率、高吞吐率、抗誤碼性能顯著提高的三項變長編碼技術，并探討了在實際應用中復雜性可接受的前提下變長編碼技術所能達到的編碼效率上限。其中，

2、所提出的基于上下文的二維變長編碼技術C2DVLC已經被國家AVS視頻標準采納。具體地，本論文的主要研究內容如下。
　　第一，以往變長編碼技術由于缺少對DCT系數統(tǒng)計特性的挖掘與利用，因而編碼效率較低。針對這一問題，本文對高分辨率視頻編碼中8x8 DCT系數的統(tǒng)計特性進行了深入分析，提出了相應的上下文建模方法，并進而提出了基于上下文的二維變長編碼技術C2DVLC。具體地，針對零系數游程Run與非零系數Level聯(lián)合概率分布的變化，C

3、2DVLC采用了多個上下文狀態(tài)以及多個2D-VLC碼表，通過上下文狀態(tài)以及碼表的自適應切換實現(xiàn)對(Run Level）概率分布變化的匹配。其中，每個上下文狀態(tài)及其碼表被設計成與Run Level概率分布變化過程中的一個典型概率分布相對應。C2DVLC根據已編碼Level幅值的最大值進行上下文狀態(tài)以及碼表的切換，此操作可通過查表完成，實現(xiàn)簡單。C2DVLC采用Exponential-Golomb碼進行編碼，這保證了多碼表只需較低的存儲空間

4、。實驗結果表明，在所測試視頻上，C2DVLC相比于2D-VLC碼率最高節(jié)省16.11％，碼率平均節(jié)省8.38%。C2DVLC已經被國家視頻編碼標準AVS1-P2（GB/T20090.2）采納。
　　第二，變長編碼中上下文建模的引入帶來了編碼效率的提高，但同時也導致解碼數據吞吐率的下降。吞吐率下降的原因在于目前的上下文建模屬于順序依賴上下文建模。順序依賴上下文建模中緊鄰符號之間的上下文依賴關系導致解碼端上下文建模與變長碼解碼必須串行

5、執(zhí)行。為此，本文提出了層次依賴上下文建模。層次依賴上下文建模HDCM充分挖掘了DCT系數的統(tǒng)計特性以提高編碼效率，同時打破了緊鄰符號之間的上下文依賴關系，這使得上下文建模與變長碼解碼的并行執(zhí)行成為可能。提出的基于層次依賴上下文建模的變長編碼技術HDCMVLC采用HDCM建模與Golomb-Rice碼實現(xiàn)了DCT系數的高效編碼。實驗結果表明，在所測試視頻上，HDCMVLC具有與H.264/AVC CAVLC相當的編碼效率，但解碼吞吐率最大

6、可提高86.12%。
　　第三，可逆變長編碼是一種重要的抗誤碼編碼技術，但以往的可逆變長編碼在誤碼率較高時其抗誤碼性能有限，同時由于缺少上下文建模而編碼效率較低。為此，本文提出了基于上下文的可逆變長編碼技術CRVLC。CRVLC采用層次依賴上下文建模HDCM，可逆Golomb-Rice碼以及數據分割技術。HDCM不僅有效地挖掘了DCT系數的統(tǒng)計特性提高了編碼效率，同時在數據分割技術的配合下實現(xiàn)了逆向解碼中上下文建模的重建，從而使得

7、基于上下文的可逆變長編碼的可逆解碼成為可能。所提出的數據分割技術帶來了抗誤碼性能的提高。CRVLC通過層次依賴上下文建模，可逆Golomb-Rice碼以及數據分割技術的相互配合，實現(xiàn)了高抗誤碼性能、高編碼效率的可逆變長編碼。實驗結果表明，在所測試視頻上，CRVLC相比2D-RVLC抗誤碼性能最大可提高2.49dB，平均碼率節(jié)省4.21%。
　　第四，用于 DCT系數編碼的基于上下文的變長編碼技術可獲得的最高編碼效率是什么，是一個非

8、常值得探討的問題。本文設計了基于上下文的自適應變長編碼技術CBAVLC，其設計目標是探尋在實際應用中復雜性可接受的前提下基于上下文的變長編碼技術可達到的最高編碼效率。為此，CBAVLC采用HDCM上下文建模。HDCM是一種基于先驗知識的上下文建模方法，我們的分析認為其建模性能是近優(yōu)的。特別地，CBAVLC采用自適應編碼技術在線估計編碼進行中每個上下文狀態(tài)下的概率分布，并據此選擇最優(yōu)的Golomb碼進行編碼?？梢哉J為，CBAVLC接近了在