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姓名	張乙聖(Yi-Sheng Chang)  查詢紙本館藏	畢業系所	通訊工程學系
論文名稱	利用解碼器幫助HEVC畫面間預測之研究 (Decoder-Assisted HEVC Inter Prediction)
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摘要(中)	近年來發展出愈來愈多能夠支援高解析度的多媒體產品，為了能夠有效壓縮伴隨著高解析度而來的龐大資料量，HEVC使用許多技術來進行壓縮。在HEVC標準架構中的畫面間預測(Inter Prediction)主要包含合併模式決策(Merge Mode Decision)與畫面間模式決策(Inter Mode Decision)。回顧先前研究，利用雙向絕對誤差和(Sum of Absolute Bi-Prediction Differences, SABPD)與模板匹配(Template Matching, TM)演算法，其利用已編碼完成的資訊來進行預測，在解碼端也能使用相同的資訊進行預測，如此便能減少需要傳送的標頭檔資訊，以節省傳送的位元率。為了提升編碼效能，本篇論文中提出擴充型合併模式決策(MergeExtended)，利用時間域上的候選區塊來尋找更準確的預測畫面。為了節省編碼時間，提出了畫面間模式提早決策(Early InterSABPD/TM)。最後將擴充型合併模式決策與畫面間模式提早決策做結合，由實驗結果得知其BDBR平均下降2.213%。
摘要(英)	In recent years, lots of multimedia devices with high resolution are developed. In order to compress the significant increasing of data storage effectively, HEVC utilize multiple techniques to compress the data. Standard structure of HEVC includes both Merge Mode Decision and Inter Mode Decision in Inter Prediction. Review the previous work, using Sum of Absolute Bi-Prediction Differences(SABPD) and Template Matching(TM) algorithm, which utilizes encoded information to predict. Decoder can predict with the same information, so we can reduce transmit of header information to decrease bitrate. In this thesis, we proposed MergeExtended which using extended candidates on Temporal Domain in Merge Mode Decision to improve the encoding performance. We proposed Early InterSABPD/TM to reduce encoding time. Finally, we combine MergeExtended and Early InterSABPD/TM. According to experimental results, our proposed algorithm achieves the reduction of 2.213% BDBR
關鍵字(中)	★ HEVC ★ 畫面間預測 ★ 模板匹配 ★ 雙向絕對誤差和	關鍵字(英)	★ HEVC ★ Inter Prediction ★ Template Matching ★ Sum of Absolute Bi-Prediction Differences
論文目次	章節目錄 第一章 緒論 1 1.1 HEVC視訊壓縮標準介紹 1 1.2 研究動機及目的 2 1.3 論文架構 2 第二章 HEVC畫面間預測介紹 4 2.1 高效率視訊編碼架構介紹 4 2.2 合併模式決策(Merge Mode Decision)介紹 10 2.2.1 空間域(Spatial Domain)預測方式介紹 11 2.2.2 時間域(Temporal Domain)預測方式介紹 11 2.3 畫面間模式決策( Inter Mode Decision )介紹 13 2.3.1 進階移動向量預測(Advanced Motion Vector Prediction) 13 2.3.2 單向預測( Uni-prediction )介紹 15 2.3.3 雙向預測( Bi-prediction )介紹 17 第三章 合併模式決策(Merge Mode Decision)效能改善之探討 19 3.1 合併模式決策論文回顧 19 3.2 擴充型合併模式決策研究 26 3.2.1 候選個數之統計特性 29 3.2.2 效能分析與討論 31 第四章 畫面間模式決策(Inter Mode Decision)效能改善之探討 36 4.1 畫面間模式決策回顧 36 4.2 畫面間模式提早決策研究 42 4.3 畫面間預測(Inter Prediction)編碼效能改善之探討 48 4.3.1 合併模式決策與畫面間模式決策(MergeSABPD/TM and InterSABPD/TM)結合之效能探討 48 4.3.2 合併模式決策與畫面間模式提早決策(MergeSABPD/TM and Early InterSABPD/TM)結合之效能探討 51 4.3.3 擴充型合併模式與畫面間模式決策(MergeExtended and InterSABPD/TM)結合之效能探討 57 4.3.4 擴充型合併模式與畫面間提早模式決策(MergeExtended and Early InterSABPD/TM)結合之效能探討 59 第五章 結論 65 參考文獻 67 圖目錄 圖2.1 HEVC編碼端架構圖 5 圖2.2 編碼單元深度切割示意圖 6 圖2.3 畫面間預測模式之預測單元切割模式 7 圖2.4 Low Delay架構示意圖 9 圖2.5 Random Access架構示意圖 9 圖2.6 合併模式示意圖 10 圖2.7 合併模式空間域與時間域之候選區塊示意圖 11 圖2.8 尋找時間域上候選區塊示意圖 12 圖2.9 Combine bi-predictive和Zero merge示意圖 12 圖2.10 進階移動向量預測是意圖 14 圖2.11 進階移動向量預測選取流程圖 14 圖2.12 單向預測之示意圖 15 圖2.13 單向預測搜尋方式示意圖 16 圖2.14 小數點搜尋示意圖 16 圖2.15 雙向預測示意圖 18 圖3.1 雙向絕對誤差和與模板匹配應用在合併模式流程圖 21 圖3.2 雙向絕對誤差和與模板匹配演算法示意圖 21 圖3.3 擴充型合併模式額外候選區塊分布位置 26 圖3.4 不同深度的額外候選區塊分布位置 27 圖3.5 擴充型合併模式12組候選區塊分布位置 30 圖3.6 擴充型合併模式25組候選區塊分布位置 30 圖3.7 不同量化參數下之碼率失真曲線之效能比較 35 圖4.1 單向預測之模板匹配示意圖 37 圖4.2 雙向預測之示意圖 38 圖4.3 雙向預測之雙向絕對誤差和與模板匹配示意圖 38 圖4.4 雙向絕對誤差和與模板匹配應用於畫面間模式流程圖 39 圖4.5 畫面間模式提早決策之流程圖 43 圖4.6 不同量化參數下之碼率失真曲線效能之比較 47 圖4.7 MergeSABPD/TM與InterSABPD/TM結合之流程圖 49 圖4.8 MergeSABPD/TM與Early InterSABPD/TM結合之流程圖 52 圖4.9 不同量化參數下之碼率失真曲線效能之比較 57 圖4.10 不同量化參數下之碼率失真曲線效能之比較 64 表目錄 表2.1 編碼單元支援之轉換單元尺寸對應表 7 表2.2 Wk相對應值 8 表3.1 合併索引對應之碼字 19 表3.2 修改型合併索引之額外標頭檔碼字 20 表3.3 模擬環境參數設定 23 表3.4 測試影像視訊樣本 24 表3.5 雙向絕對誤差和與模板匹配應用於合併模式之效能 25 表3.6 擴充型合併模式額外標頭檔碼字 28 表3.7 擴充型合併模式之效能比較 28 表3.8 擴充型合併模式索引之使用機率 29 表3.9 擴充型合併模式採用不同個數候選區塊之效能比較 31 表3.10 擴充型合併模式採用不同個數候選區塊之總體編碼時間比較 32 表4.1 雙向絕對誤差和與模板匹配應用於畫面間模式之效能 41 表4.2 畫面間模式使用雙向絕對誤差和與模板匹配架構之機率 41 表4.3 畫面間模式提早決策正確率 42 表4.4 畫面間模式提早決策之效能比較 44 表4.5 MergeSABPD/TM與InterSABPD/TM分別之效能回顧 50 表4.6 MergeSABPD/TM與InterSABPD/TM結合之效能 51 表4.7 MergeSABPD/TM與Early InterSABPD/TM分別之效能回顧 53 表4.8 MergeSABPD/TM與Early InterSABPD/TM結合之效能 54 表4.9 MergeExtended與InterSABPD/TM分別之效能回顧 58 表4.10 MergeExtended與InterSABPD/TM結合之效能 59 表4.11 MergeExtended與Early InterSABPD/TM分別之效能回顧 60 表4.12 MergeExtended與Early InterSABPD/TM結合之效能 61
參考文獻	參考文獻 [1] I. E. G. Richardson, H.264 and MPEG-4 Video Compression: Video Coding for Next-generation Multimedia. Aberdeen, U.K.: John Wiley & Sons, 2003. [2] JCT-VC, “High Efficiency Video Coding (HEVC) Test Model 15(HM15) Encoder Description,” JCTVC-Q1002, JCT-VC Meeting, Valencia, ES, Apr. 2014. [3] Gary J. Sullivan, Jens-Rainer Ohm, Woo-Jin Han and Thomas Wiegand,” Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) Standard,” IEEE Trans. CSVT, vol. 22, no. 12, Dec. 2012. [4] P. Helle, S. Oudin, B. Bross, D. Marpe, M. O. Bici, K. Ugur, J. Jung, G. Clare, and T. Wiegand,” Block Merging for Quadtree-Based Partitioning in HEVC,” IEEE Tran.CSVT, vol.22, no. 12, Dec. 2012 [5] L. Zhao, X. Guo, S. Lei, S. Ma and D. Zhao, “Simplified AMVP for High Efficiency Video Coding,” in Proc. IEEE ICIP, Nov. 2012, pp. 1-4. [6] J. L. Lin, Y. W. Chen, Y. W. Huang, and S. M. Lei, “Motion Vector Coding in the HEVC Standard,” IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, vol. 7, no. 6, Dec. 2013, pp. 957-968. [7] Y. Ismail and S. El-etriby, “Fast Diamond Search Algorithm for Real Time video Coding”, in Proc. IEEE ICNC, Feb. 2012, pp. 729-733. [8] JCT-VC, “Parsing robustness for Merge/AMVP,” JCTVC-F470, JCT-VC Meeting, Torino, Jul. 2011. [9] W. K. Chang, “Low Bitrate Video Coding for HEVC,” Master Thesis, National Central University, Jul. 2014. [10] Y. J. Chiu, L. Xu, W. Zhang and H. Jiang, “Decoder-Side Motion Estimation And Wiener Filter For HEVC,” in Proc. IEEE VCIP, Nov. 2013, pp.1-6 [11] H. F. Ates and B. Cizmeci, “Decoder side true motion estimation for very low bitrate B-frame coding,” in Proc. IEEE ICIP, Sep. 2011, pp. 1673-1676. [12] Y. Ling, J. Wang, Y. Liu and W. Zhang, “Spatial and temporal correlation based frame rate up-conversion,” in Proc. IEEE ICIP, Oct. 2008, pp. 909-912. [13] K. Sugimoto, M. Kobayashi, Y. Suzuki, S. Kato, and C. S. Boon, “Inter frame coding with template matching spatio-temporal prediction,” in Proc. IEEE ICIP, Oct. 2004, pp. 465-468. [14] S. Kamp and M. Wien “Decoder-Side Motion Vector Derivation for Block-Based Video Coding,” IEEE Trans. CSVT, vol. 22, no. 12, Dec. 2012. [15] G. Bjontegarrd, “Calculation of average PSNR differences between RD curves,” in ITU-T SC16/Q6 13th VCEG meeting, No.VCEG-M33, Austin, TX, Apr. 2001.
指導教授	林銀議(Yin-Yi Lin)	審核日期	2015-7-28
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