面向监控视频的高效压缩编码算法研究

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tushudasha
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科技日新月异,随之带来的是海量视频信息的产生。原始视频拥有庞大的数据量,但由于带宽以及硬件条件的限制,对视频的实时传输、处理和存储带来极大的影响,因此视频的压缩编码技术成为人们的研究重点。近年来,传统的视频压缩编码技术不断发展。随着人们对安全意识的增强,监控视频的普及程度越来越高,应用领域也越来越深入。如何能够提高监控视频的编码效率、加快传输速度、降低存储成本并且及时有效地处理和分析监控视频信息,是我们所面临的一系列重要挑战。根据监控视频的特点,AVS视频编码标准的监控伸展档次(AVS-S)在AVS传统的编码框架之上,添加了一系列关键性技术。在AVS-S的关键性技术中,背景帧(G帧)不仅拥有I帧所具备的基本功能,也是背景预测帧(S帧)的唯一参考帧。G帧向S帧提供监控视频场景中的背景信息,而S帧同时具备帧内预测编码和背景帧预测两种功能。G帧和S帧的联合使用,能够消除视频中的背景冗余,实现提高编码效率的目的。本文在AVS-S的编码框架下,对G帧的更新方法进行分析与研究,并提出一种新的G帧更新方法,即迭代更新均值法。首先,本文将均值法、中值法、分段加权滑动平均值法以及混合高斯背景建模法四种经典的背景建模方法作为G帧的更新方法进行实验。实验结果表明,在生成背景模型过程中,这四种方法都受到运动目标的影响,四种方法在处理慢速运动物体时都没有得到很好的建模效果。同时,实验结果证实了G帧的质量将会影响视频编码效率。本文提出一种新的G帧更新方法,即迭代更新均值法。根据某一像素位置前景区域出现频率低、背景区域出现频率高这一原理,迭代更新均值法在一定数量的数据集中选取出现频率最高的像素值判定每个像素点在每一帧的性质,即是前景像素点或是背景像素点,丢弃被判定为前景像素点的像素值,求得被判定为背景像素点的集合的均值作为最终的背景点像素值,遍历视频中所有像素点后,得到最终的背景图像。在经典的背景帧更新方法中运动速度慢的物体难以从背景模型中消除,而实验证明迭代更新均值法在一定程度上克服了这一缺点,更为完整地保留了背景信息,保证背景帧的质量,进一步提升监控视频的编码效率。在AVS监控伸展档次的编码框架下,迭代更新均值法最终的编码效率要优于分段加权滑动平均值法,在同等码率下,平均提高峰值信噪比0.363dB,在同等峰值信噪比下,平均节省码率12.402%。并且该方法较AVS的基准档次,在同等码率下,平均提高峰值信噪比1.186dB,在同等峰值信噪比下,平均节省码率43.283%。
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