面向H.264/AVC标准的码率控制算法研究

摘要

大多数视频通信应用都使用固定的传输带宽，这意味着编码器的输出码流受到传输带宽的限制。因此，一个能够根据各种应用的需要在给定的目标码率(固定带宽)下高效地传输编码数据，并保证良好和稳定的接收端质量的码率控制算法是必需的。在目前编码性能最好的H.264/AVC(MPEG-4 Part 10)标准中，并没有很好地研究码率控制，它将量化参数同时用于码率控制算法和率失真优化，导致了“蛋鸡悖论”，从而对H.264标准草案的码率控制算法实现提出了很高的难度。 本文讨论一种基于新型编码复杂的尺度的码率控制算法及其改进机制，发现在宏块级编码时可以绕开“蛋鸡悖论”。此外，H.264 中的码率控制算法用平均绝对残差（MAD）来表征图像内容复杂度，并使用线形预测来实时更新。然而MAD 并不能很好的代表图像内容复杂度，而且这种预测方法在场景切换的时候将失效。为改正此缺点，本文提出一种新的编码复杂的尺度：平均像素信息比特（APIB）。APIB 既能在量化前得到，又能比较准确地反映出帧和宏块的编码复杂度，以此确定的量化等级更加准确。本文根据已编码帧的全局复杂度为每帧图像分配码字，在宏块级则根据宏块的时间复杂度和空间复杂度动态分配码字和量化参数估计，最后更新码率-失真模型（R-D模型）。此外，本文还提出了对于突变式场景切换的时时检测和处理方法。实验结果证明，在相同条件下不仅提高了输出码率的控制精度，获得了较高的PSNR 值和主观视觉质量；而且较好的控制了输出码率和PSNR 的波动。