低码率下H.264码率控制跳帧/插帧算法研究

论文摘要

随着多媒体通信技术的高速发展,高效和高质量的压缩视频传输技术已经成为现今的热点研究和开发领域之一。H.264作为新一代的视频编码标准,采用了一系列的新技术,编码效率高,应用前景广泛。为了在变化的信道带宽条件下得到较高的重建视频质量,可以在H.264视频编码端采用码率控制技术来控制编码输出的码率。本文在深入研究H.264的码率控制原理和算法的基础上,着重对低码率传输时码率控制中的跳帧算法做了研究和改进。对比原有的被动跳帧算法,论文提出了一种主动跳帧算法。该方法充分考虑了图像运动复杂度,编码图像质量和编码缓冲区充盈度,自适应地判断下一帧是否跳过,使视频序列的编码比特分配更加合理。和编码端相对应,论文还对应用于H.264解码端的插帧算法做了改进。改进的算法使用基于双向运动矢量估计的补偿插帧算法,并在运动矢量估计的过程加入了两次运动矢量调整来平滑得到的运动矢量,使用经过调整的运动矢量进行运动补偿插帧,并在插值恢复的过程中考虑了运动矢量指向的像素超过图像边界的情况,使得解码端解码重构和插值恢复出的图像能得到更好的主客观效果。本文在MATLAB和JM10.2平台上对算法进行了仿真实验。实验结果表明,与JM10.2中原有的插值算法相比,本文的插帧算法对视频图像的运动情况做出了比较准确的估计,使得插帧恢复图像的客观质量有一定程度提高,并且具有更好的主观效果;与JM10.2原有的仅调整量化参数的码率控制算法相比,根据本文的主动跳帧策略编码重建后的图像质量更好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 码率控制研究现状
• 1.2.2 插帧方法研究现状
• 1.3 论文主要研究工作和结构
• 1.3.1 主要研究工作
• 1.3.2 本文的组织结构
• 第二章 H.264 码率控制中的插帧和跳帧
• 2.1 H.264 编码技术
• 2.2 编码视频的网络传输
• 2.2.1 码率控制的作用
• 2.2.2 传输信道和码率控制
• 2.3 基本码率控制技术
• 2.3.1 码率控制的基本原理
• 2.3.2 率失真理论与模型
• 2.3.3 经典码率控制算法
• 2.4 H.264 的参考模型JM10.2 中的码率控制算法
• 2.4.1 基本原理
• 2.4.2 GOP 层码率控制
• 2.4.3 帧层码率控制
• 2.4.4 基本单元层码率控制
• 2.5 码率控制中的跳帧和插帧
• 2.5.1 码率控制中的跳帧
• 2.5.2 码率控制中的插帧
• 2.6 本章小结
• 第三章 低码率下H.264 码率控制中编码跳帧算法研究
• 3.1 CBR 下的跳帧算法改进
• 3.1.1 JVT-H017 跳帧机制的实现及其缺陷
• 3.1.2 改进的跳帧算法
• 3.2 VBR 下的跳帧算法改进
• 3.3 本章小结
• 第四章 H.264 码率控制中解码端插帧算法研究
• 4.1 传统的插帧算法
• 4.1.1 非运动补偿插帧法
• 4.1.2 运动补偿插帧法
• 4.2 改进的插帧算法
• 4.2.1 改进的插帧算法
• 4.2.2 将改进的插帧算法应用到JM10.2 中
• 4.3 本章小结
• 第五章 仿真实验结果与分析
• 5.1 实验平台与评测方法
• 5.2 改进的插帧算法的对比实验与分析
• 5.2.1 改进的单帧插帧算法的实验结果
• 5.2.2 单帧插帧的实验结果分析
• 5.2.3 改进的多帧插帧算法的实验结果
• 5.2.4 多帧插帧的实验结果分析
• 5.3 跳帧/插帧机制在低码率下的性能分析
• 5.3.1 在CBR 下的实验结果
• 5.3.2 CBR 实验结果分析
• 5.3.3 在VBR 下的实验结果
• 5.3.4 VBR 实验结果分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和下一步工作
• 6.1 全文总结
• 6.2 下一步工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士研究生期间参与的研究工作和发表的论文