基于H.264的码率控制算法研究

论文摘要

H.264是联合视频组（JVT）开发的一个新的数字视频编码标准,是未来几年视频编码技术研究的主要方向。在视频编码标准中,对标准码流的语法语义,解码器规范做了详细的规定,而对编码策略和算法没有作出要求。正是由于编码策略和算法的差异性,使得编码器的性能千差万别。而码率控制就是这些编码策略中最为重要的部分之一,是视频编码技术的关键部分。码率控制对编码的图像质量和输出码率产生直接影响。它通过改变量化参数大小、跳帧、编码方式选择等方法,保证编码比特的合理分配,控制编码器的输出码率,同时尽可能获得更高的重建图像质量。首先,论文介绍了H.264编码标准的发展及其技术优势,在此基础上,分析了其框架结构和核心技术。论述了码率控制技术的背景和基本原理,并对经典的码率控制方法进行了论述,介绍了各个码率控制算法的原理。然后,重点研究了H.264码率控制提案中的JVT-G012码率控制算法,并在此基础上,提出了一种改进的H.264码率控制算法。主要创新点体现在如下两方面:（1）在帧层比特分配时,JVT-G012码率算法是将图像组剩余比特数平均分配给其余的待编码帧,没有考虑到视频序列中帧与帧之间的差异性。本文采用运动复杂度度量各帧的运动活动性,并据此实现帧层比特分配,在此基础上,提出了一种依据运动复杂度的码率控制跳帧算法,并在JM8.6平台上加以实现。（2）JVT-G012在基本单元层采用线性预测MAD的方法,且使用相同的QP量化,带来运算量大且不够精确的问题。为此,本文提出一种基于基本单元层码率控制的改进算法。首先,用时空加权模型来预测MAD;然后,采用宏块层码率控制策略来分配目标比特;最后,依然采用JVT-G012中的二次R-Q模型计算QP。实验结果表明,本文的算法能够更有效地控制比特输出,使缓冲区占有量更加平稳,能够获取更稳定的输出码流,视频质量也得到了相应的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景、目的及意义
• 1.2 数字视频压缩编码标准
• 1.3 码率控制技术的国内外研究现状
• 1.4 本论文主要研究内容与结构安排
• 1.4.1 本文主要研究内容
• 1.4.2 本文结构安排
• 第2章 H.264视频编码标准分析
• 2.1 概述
• 2.1.1 H.264的兴起与发展
• 2.1.2 H.264协议的特点
• 2.1.3 H.264技术的应用及前景
• 2.2 H.264的编解码框架
• 2.2.1 编码器
• 2.2.2 解码器
• 2.3 H.264编解码器的技术特点
• 2.3.1 正交变换
• 2.3.2 高精度多模式的运动估计
• 2.3.3 帧内预测
• 2.3.4 去方块滤波器
• 2.3.5 熵编码
• 2.4 本章小结
• 第3章 码率控制技术分析
• 3.1 码率控制技术的目的
• 3.2 码率控制技术的基本原理
• 3.3 码率控制技术的算法分类
• 3.4 经典的码率控制算法
• 3.4.1 H.261的RM8算法
• 3.4.2 MPEG-2的TM5算法
• 3.4.3 MPEG-4的VM8算法
• 3.4.4 H.263的TMN8算法
• 3.5 H.264码率控制算法的研究现状
• 3.6 本章小结
• 第4章 H.264码率控制算法的研究与改进
• 4.1 H.264码率控制算法的基本概念
• 4.1.1 基本单元
• 4.1.2 流体传输模型
• 4.1.3 线性预测模型
• 4.1.4 虚拟参考解码器
• 4.2 JVT-G012码率控制算法研究
• 4.2.1 GOP层的码率控制
• 4.2.2 帧层的码率控制
• 4.2.3 基本单元层的码率控制
• 4.3 改进的帧层的码率控制算法
• 4.3.1 目标比特分配的改进
• 4.3.2 一种改进的跳帧算法
• 4.4 改进的基本单元层的码率控制算法
• 4.4.1 MAD的加权预测
• 4.4.2 宏块层码率控制策略
• 4.5 仿真结果及分析
• 4.5.1 帧层仿真结果及分析
• 4.5.2 基本单元层仿真结果及分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文工作总结
• 5.2 下一步研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文