基于H.264的实时低速率码率控制算法研究

摘要

视频压缩编码的主要目标就是在比特率受限条件下，尽量使编码失真最小。为了取得最优的压缩效率，确保编码数据在信道成功传输，并在接收端获得最佳的视频质量，率失真优化和码率控制技术是关键。码率控制的目的是调整输出码流，从而更加有效的利用带宽，同时尽可能达到高平稳的图像质量。 本文首先探讨了码率控制理论基础，然后对当前经典的码率控制算法TM5、TMN8和VM8，以及JVT提案中H．264／AVC码率控制算法和改进的H．264／AVC码率控制算法进行研究发现，在进行帧层目标比特分配和基本单元层目标比特分配时，提案中的算法只是进行简单的平均分配，而没有考虑到当前编码帧或基本单元的复杂度；在计算当前帧或基本单元的纹理比特数时，当前帧或基本单元头码字用前一帧或前一帧相应位置的基本单元头码字代替，这只是简单地利用了时间相关性，没有利用空间相关性；在提案中没有跳帧控制机制，然而在实时低码率应用环境下，由于缓冲区很小，对于运动性比较强的序列很可能发生缓冲区上溢。针对H．264／AVC码率控制算法JVT—H017的不足，本文作了如下改进： 提出了基于帧复杂度的目标比特分配方案，采用MADratio,i和MAD-ratio,i加权组合作为衡量帧或基本单元复杂度指标。实验结果表明分配的准确性与提案H017相比有较大的提高，并且图像质量也得到了较大提高。 提出了基于时间一空间相关性基本单元头码字预测方案，利用当前基本单元前一个基本单元和前一帧相应位置基本单元的头码字预测当前基本单元头码字。实验结果表明，改进的头码字预测方案与提案中方案相比，预测准确性有较大地提高。 提出了基于帧复杂度的跳帧控制机制，当缓冲区饱和度达到70﹪，当前帧复杂度FCf<0.9，并且M~Ddrom，<0．6dB时，跳过当前帧，而不是等到缓冲区达到80﹪时才跳帧。实验结果表明，加入跳帧控制机制的码率控制算法在编码质量上有一的提高。 提出了修正的RQ模型，将原有RQ模型中的失真度指标MAD根据MADdrop-ratio，i进行修正，将修正后得到的MADEP(f)作为当前基本单元或帧失真度指标。实验结果表明，改进的RQ模型与原有模型相比，图像编码质量有一定提高。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究工作

1.4本文实验工作平台

1.5本文组织结构

第2章码率控制理论基础

2.1码率控制基本原理

2.2率失真理论

2.2.1率模型

2.2.2率失真优化模型

2.3线性预测模型和流量模型

2.3.1线性预测模型

2.3.2流量传输模型

2.4滑动窗口机制

2.5本章小结

第3章H.264码率控制算法

3.1经典码率控制算法

3.1.1 TM5码率控制

3.1.2 TMN8码率控制

3.1.3 VM8码率控制

3.2 H.264码率控制算法

3.2.1 GOP层码率控制

3.2.2帧层码率控制

3.2.3基本单元层码率控制

3.3本章小结

第4章H.264码率控制算法分析及改进

4.1 H.264提案码率控制算法分析

4.1.1目标比特分配分析

4.1.2头比特数分析

4.1.3跳帧分析

4.2当前改进码率控制算法及分析

4.2.1 Jiang改进码率控制算法及分析

4.2.3Yi改进码率控制算法及分析

4.3基于实时低码率应用码率控制算法的改进

4.3.1目标比特数分配方案的改进

4.3.2基本单元头码字预测改进

4.3.3跳帧机制的改进

4.3.4 RD模型改进

4.4改进算法实现步骤

4.5仿真结果及分析

4.6本章小结

第5章总结与展望

5.1本文工作总结

5.2进一步研究方向

参考文献

致谢

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