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Low complexity scalable HEVC using single loop decoding
2018
Dissertation, RWTH Aachen University, 2017
Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
Genehmigende Fakultät
Fak06
Hauptberichter/Gutachter
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Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2017-11-27
Online
DOI: 10.18154/RWTH-2018-230875
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/750821/files/750821.pdf
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Residual Refinement (frei) ; Residuum Verfeinerung (frei) ; Scalable HEVC (frei) ; Scalable Video Coding (frei) ; Skalierbare Video Codierung (frei) ; Skalierbares HEVC (frei) ; Transform Coefficient Mapping (frei) ; Transform Koeffizienten Abbildung (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 621.3
Kurzfassung
Das Ziel von skalierbarer Videocodierung ist es, mehrere verschiedene Versionen desselben Videos effizient in einem Bitstrom zu codieren. Diese Versionen sind in sogenannten Layern angeordnet und können sich dabei auf mehrere verschiedene Weisen voneinander unterscheiden. So kann sich in einem höheren Layer beispielweise die Auflösung, die Bildrate oder die Qualität erhöhen. Auch für den aktuellen Videocodierstandard High Efficiency Video Coding (HEVC) wurde eine solche skalierbare Erweiterung definiert: Scalable High Efficiency Video Coding (SHVC). Gegenüber dem Codieren eines oder mehrerer nicht skalierbarer Bitströme hat diese Erweiterung jedoch einen entscheidenden Nachteil: Da zur Decodierung eines Layers auch immer alle tieferen Layer vollständig rekonstruiert werden müssen erhöht sich die Komplexität des Decoders signifikant mit der Zahl der Layer. Dieser Nachteil ist maximal für den Fall der Qualitätsskalierbarkeit in der sich die Versionen nur in ihrer Qualität voneinander unterscheiden. Es kann gezeigt werden, dass sich gegenüber der nicht skalierbaren Codierung mit HEVC die Komplexität des Decoders nahezu verdoppelt. In vielen Fällen könnte diese starke Komplexitätserhöhung eine praktische Anwendung von SHVC nahezu unmöglich machen. In dieser Arbeit werden mehrere Techniken Präsentiert um diese Decoderkomplexität drastisch zu verringern. In der konventionellen Prädiktionsstruktur von SHVC ist nur eine Prädiktion aus Referenzen der tieferen Layer vorgesehen. Im Folgenden wird die Prädiktionsstruktur nun so verändert, dass für bestimmte Bilder auch die entgegengesetzte Prädiktion aus höheren Layern zugelassen wird. Zusammen mit einzelnen weiteren Einschränkungen ist es so möglich einen skalierbaren Bitstrom zu erstellen, der es erlaubt, die höheren Layer zu decodieren ohne das eine vollständige Rekonstruktion der tieferen Layer notwendig ist. Hierdurch lässt sich die Komplexität des skalierbaren Decoders entscheidend verringern. Durch die umgekehrte Prädiktionsstruktur geht dieser Vorteil allerdings auch einher mit einem zusätzlichen Fehler, wenn nur das tiefere Layer decodiert wird. In einem visuellen Test konnte gezeigt werden, dass dieser Drift keinen signifikanten Einfluss auf die wahrgenommene Qualität der Rekonstruktion hat. In dem älteren skalierbaren Standard Scalable Video Coding (SVC) wurde eine ähnliche Technik angewandt um die Komplexität des Decoders auf ein akzeptables Maß zu begrenzen. Im Weiteren wird ein Verfahren vorgestellt, welches eine direkte Abbildung zwischen den Rekonstruktionswerten von skalaren Quantisierern mit beliebigen Stufenhöhen ermöglicht. Einerseits erlaubt diese direkte Abbildung eine effiziente Codierung der Verfeinerungsinformation, und andererseits kann das so verbesserte Fehlersignal im höheren Layer rekonstruiert werden ohne eine inverse Transformation im tieferen Layer ausführen zu müssen. Beides kann für eine weitere Reduktion der Komplexität genutzt werden. Da die Rekonstruktionswerte für die Quantisierer festgelegt sind, kann die Abbildung mit einer Hypothese über die Verteilung der Werte bezüglich der Bitrate und des Fehlers optimiert werden. In Kombination mit der modifizierten Prädiktionsstruktur lässt sich so die Komplexität des skalierbaren Decoders weiter reduzieren ohne eine starke Veränderung der Codiereffizienz. Insgesamt lässt sich durch die präsentierten Techniken die Komplexität des skalierbaren Decoders in SHVC auf ein Niveau verringern, welches die Komplexität von nicht skalierbarer Codierung nur geringfügig übersteigt. Gleichzeitig ändert sich die Codiereffizienz nur unwesentlich. Durch die bedeutend geringere Komplexität kann skalierbare Codierung so auch in Anwendungen eingesetzt werden, in denen normales SHVC durch seine Komplexität ungeeignet ist.In scalable video coding, multiple versions of the same video which can differ in resolution, bitrate and framerate are encoded into one scalable bitstream which allows for an efficient compression of all representations. While the latest scalable video coding standard Scalable High Efficiency Video Coding (SHVC) enables a highly efficient compression it also significantly increases the decoder complexity compared to non-scalable coding in case of quality scalability. In this work, SHVC is extended by a flexible inter layer prediction scheme and an inter layer refinement method which allows for a binary mapping between arbitrary quantizer stepsizes between the layers. It is shown how all of these modifications can significantly reduce the required decoder complexity to much more reasonable values.
OpenAccess: 
PDF
(additional files)
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
online, print
Sprache
English
Externe Identnummern
HBZ: HT019905453
Interne Identnummern
RWTH-2018-230875
Datensatz-ID: 750821
Beteiligte Länder
Germany
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