H.264/AVC编码器的码率控制算法研究

论文摘要

ITU-T和ISO/IEC两个国际标准化组织共同推出的新的视频编码标准——H.264/AVC,不仅编码效率高,而且能支持从低带宽、高误码率的无线移动视频通信到高码率、低延迟的视频广播及在线流媒体等多种应用,因此日益受到业界的关注。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。为了取得更高的压缩效率,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在视频编码中占有重要地位。本文对H.264中的码率控制算法进行了深入的研究,针对其算法的不足提出了一些改进方法。通过对大量QCIF测试序列的编码结果进行分析,发现不论图像类型是I、P帧,编码后的图像的PSNR值和编码量化参数QP具有线性关系。鉴于I帧占用了较多的比特数,而且其编码质量对整个GOP（图片组）的质量具有重要影响,本文利用这种线性关系来确定I帧的量化参数QP,以克服原H.264算法对于I帧的量化参数确定方法过于简单、不够准确的缺点,提高重建视频的质量。H.264/AVC码率控制算法中的一个重要手段是采用线性模型来预测宏块的MAD值。由于它只考虑时间相关性,预测精度较低。本文综合利用视频序列中时间和空间两方面的相关性,提出了改进的MAD预测模型,并根据前一个单元的预测误差对当前的MAD预测值进行修正,有效地减小了预测误差。当视频序列进行场景切换时,其相邻帧间的时间相关性大大减弱,如果继续采用MAD值预测模型进行预测,将严重地影响码率控制的准确度及图像编码的质量。本文根据场景切换将使相邻帧图像的平均灰度差发生较大变化这个现象,快速检测是否发生场景切换,并在场景切换时对切换帧的编码模式及GOP结构进行调整,重新确定新GOP各帧的量化参数,提高了场景切换帧及同一GOP中后续的P帧的质量。实验表明,本文提出的方法有效地提高了H.264的码率控制的性能。

论文目录

• 论文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视频编码技术发展历史和现状
• 1.2.1 图像压缩编码技术的发展历史
• 1.2.2 视频压缩编码技术
• 1.3 视频编码标准的发展及简介
• 1.4 码率控制概述
• 1.5 论文研究的主要内容
• 1.6 论文章节安排
• 第二章 H.264 编码技术
• 2.1 H.264/AVC 的产生及应用前景
• 2.2 H.264/AVC 的编解码框架
• 2.3 H.264/AVC 的关键技术
• 2.3.1 VCL 与NAL 的分层设置
• 2.3.2 帧/场编码的自适应选择
• 2.3.3 帧内预测
• 2.3.4 先进的帧间预测技术
• 2.3.5 多参考帧预测
• 2.3.6 4×4 整数变换和量化
• 2.3.7 更先进的自适应熵编码
• 2.3.8 环路去块效应滤波器
• 2.3.9 先进的差错恢复技术
• 2.3.10 其他重要技术
• 2.4 小结
• 第三章 视频编码的码率控制技术
• 3.1 引言
• 3.2 编码器实现码率控制的方法
• 3.3 经典的码率控制算法
• 3.3.1 MPEG-2 TM5 的码率控制算法
• 3.3.2 MPEG-4 VM8 的码率控制算法
• 3.3.3 TMN8 的码率控制算法
• 3.3.4 基于P 域线性码率模型的码率控制算法
• 3.4 本章小结
• 第四章 H.264 的码率控制算法研究及改进
• 4.1 H.264 码率控制算法概述
• 4.1.1 流量往返模型的相关术语
• 4.1.2 码率控制框架概述
• 4.1.3 GOP 层码率控制
• 4.1.4 图像层码率控制
• 4.1.5 后处理阶段
• 4.1.6 基本单元码率控制
• 4.2 改进的码率控制算法
• 4.2.1 I 帧 QP 的确定
• 4.2.2 其他 P 帧 QP 值的计算
• 4.2.3 实验结果与分析
• 4.3 小结
• 第五章 场景切换的码率控制研究
• 5.1 场景转换的类型和检测方法
• 5.2 场景切换帧对解码图像性能的影响
• 5.2.1 场景切换发生在 I 帧
• 5.2.2 场景切换发生在 B 帧
• 5.2.3 场景切换发生在 P 帧
• 5.3 场景切换的快速检测方法
• 5.4 场景切换处理的码率控制算法
• 5.5 实验结果与分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢