基于虚拟参考帧的交通监控视频编码技术研究

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交通视频指的是交通监控系统将监视区域内的现场图像利用监控摄像进行记录并保存下来的图像序列。随着城市文明的不断发展进步,城市规模不断扩张,交通网络体系不断健全,智能交通监控系统的不断完善,越来越多的摄像头被安放在交通要道、干道,每时每刻都有大量的交通监控图像被记录并保存。与一般自然图像不同的是,交通监控图像具有较为独特的前背景差异明显、明暗变化小、背景基本不变等特性,现有的图像或视频压缩技术和标准并不能高效的适用于交通视频的压缩。考虑到交通视频的重要性,寻求高效的交通视频的压缩方案显得日益迫切。新一代视频压缩标准HEVC(High Efficiency Video Coding)引入了新的编码工具来改进交通视频的压缩性能。  最新的编码标准HEVC(High Efficiency Video Coding),在2013年1月颁布。与先前的编码标准相同,HEVC依然选用的是混合编码框架,并且提出了很多更为先进的编码技术。本文紧跟HEVC标准框架,针对HEVC帧间编码,跟踪研究了帧间编码使用参考帧对当前帧进行预测,设计相关测试平台,提出了使用虚拟参考帧改进参考帧预测方案,主要分为以下两个方面:第一,考虑到视频图像的特征和图像与图像之间的相关性,提出了基于虚拟参考帧的交通视频编码方案,主要包含虚拟参考帧生成和参考帧管理两部分。为了有效利用交通视频前背景差异明显、明暗变化小的特点,提出虚拟参考帧来对帧间预测进行补充,所谓虚拟参考帧即在块或者像素级别上,利用一定的组织策略生成的背景帧。将图像之间对应块匹配程度或相同像素的频率作为衡量是否为背景帧组成部分的关键因素,从而利用图像序列得到背景参考帧,然后改进RPS(Reference Picture Set)参考帧管理机制,将虚拟背景帧加入参考帧列表。实验结果表明,与HEVC相比,基于虚拟参考帧的交通视频编码方案明显提高了编码性能。  第二,为了更好的利用虚拟参考帧的特性来提高编码性能,提出虚拟参考帧更新方案,主要包括虚拟参考帧的实时更新和阶段更新两种方案。当编码一帧或者若干帧后,对现有虚拟帧进行更新操作。通过虚拟参考帧更新操作,可以有效减小光线明暗变化影响以及摄像角度变化等其他原因造成的影响。实验证明,当对虚拟帧进行有效的更新后,实验方案的确取得了一定的增益,尤其当视频图像数量增多后,方案将显著提高HEVC编码性能。
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