基于HEVC的图像和视频低复杂度压缩和传输技术研究

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高效视频编码(High Efficiency Video Coding,HEVC)于2013年初标准化,旨在满足高分辨率的视频压缩需求。HEVC标准继承了传统视频编码标准的大部分特性和方法,比如与H.264/AVC类似的基于块的预测和压缩。同时,HEVC标准引入了编码树单元(Coding Unit,CU)结构等新技术,以适应高分辨率的视频压缩,提高编码效率。本文主要针对列车巡检机器人拍摄的图像和视频进行快速压缩编码和传输技术研究,在HEVC标准的基础上,提出了基于纹理一致性的帧内CU深度快速划分算法。同时,提出了基于HEVC标准的线阵扫描图像编码算法,实现长尺寸图像的高效快速压缩编码。最后设计制作了基于5G网络的视频实时传输系统。分别介绍如下:(1)由于CU深度划分过程非常耗时,本文提出一种用于帧内编码的CU深度快速划分算法。本文先提出一种纹理一致性计算方法,用来表示CU的纹理特征,并分析了该特征与CU深度划分的关系。然后根据当前CU的量化参数和深度,计算出用于决策CU深度划分的纹理一致性阈值,以此来决策是否提前终止当前CU的深度划分或者直接跳过当前CU的最小率失真代价计算。最后通过X265软件进行实验验证,实验结果表明本算法相比X265原始算法编码时间平均节省44.55%,但是码率仅平均增加1.29%以及峰值信噪比仅平均减少0.42%。(2)为了对线阵扫描相机得到的长尺寸图像进行压缩编码,本文提出了适用于长尺寸图像压缩的快速编码方法。本文改进了HEVC标准编码框架,去除了帧间预测相关模块并加入了快速CU深度划分模块,实现线阵扫描图像的快速高效压缩。通过实验表明本文设计的图像压缩编码算法相比HEVC标准的原始图像压缩算法编码时间节省69%,并且几乎不改变压缩后图像的失真和所占内存大小。相比于JPEG算法,在相同的失真下,内存节省率超过70%。(3)本文研究并设计了一个基于5G技术的视频传输系统。本系统中的5G终端装置采用瑞芯微RK3399为核心处理器进行视频数据处理,使用华为MH5000 5G工业模组连接5G无线网络。系统工作时首先使用HEVC标准将巡检机器人采集到的视频数据进行压缩编码,然后通过5G网络将视频数据传输至服务器,视频数据经过服务器转发至接受客户端进行显示。本系统对比分析了几种无线传输方案的视频传输效果。通过大量实验验证了在5G SA专网下基于HEVC编码的视频传输时延为49ms,每秒28帧,满足实际应用需求。
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