视频编码中码率控制的研究及应用

论文摘要

视频编码中的码率控制是指采用一定方法对一个视频源进行编码，使得编码比特率满足一个目标比特率。为了满足带宽约束又保证一定的质量，一定的码率控制措施在视频传输中往往是需要的，这是因为过高的码率会导致过大的流量，超过信道容量，从而造成数据丢失；另一方面过低的码率不能充分利用通信带宽，造成带宽浪费并导致不必要的视觉质量降级。如何选择一组合适的编码参数使得在满足带宽约束的条件下使编码质量最优是码率控制的研究内容。事实上，码率控制问题可以归结为一类最优化问题，寻求编码参数的过程就是此最优化问题的求解过程。 在本文第一章的绪论部分，回答了为什么需要码率控制的问题，介绍了码率控制的一般实现方法和手段，同时回顾了已有的一些码率控制方法。 第二章主要阐述本文涉及的背景知识以及本文相关算法的基本出发点。主要内容包括：简介MPEG-2压缩标准视频部分以及H.263标准；介绍几种常见的信源模型；详细讨论基于MPEG-2的TM5中码率控制算法的实现步骤，并对其局限性做出说明，据此提出一种新的复杂度度量方法，这是本文第三章的一个基本出发点；同时也详细介绍了基于H.263的TMN8的码率控制方法的数学模型以及实现步骤，同时根据低码率视频应用的特点，提出一种使图像质量最均匀的考虑，这也是第四章的算法思想的基础。 第三章是基于内容复杂度的码率控制方法的叙述。根据码率的线性模型，提出一种新的宏块内容复杂度度量方法，以此进行码率控制。并将该方法应用到MPEG-2编码中，给出了具体算法以及与常用码率控制方法的比较结果。 第四章提出一种基于失真度集中进行优化的码率控制方法。从获得最均匀图像质量的思想出发，分别根据对数信源模型和线性信源模型建立了优化问题的数学模型，并结合视频编码的特点对此优化问题进行了数学

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 码率控制的原因
• 1.2 码率控制的实现
• 1.3 现有的码率控制方法
• 1.3.1 基于缓存状态的简单码率控制
• 1.3.2 具有前馈输入的码率控制
• 1.3.3 基于率失真的码率控制
• 1.3.4 多层编码的码率控制
• 1.3.5 精细粒度可分级码率控制
• 1.4 本文的贡献以及内容组织安排
• 第二章 视频编码中的码率控制及相关方法
• 2.1 MPEG-2简介
• 2.1.1 视频压缩原理
• 2.1.2 视频流数据结构
• 2.2 H.263简介
• 2.3 常见码率模型
• 2.3.1 对数模型
• 2.3.2 指数模型
• 2.3.3 二次模型
• 2.3.4 线性模型
• 2.4 TM5的码率控制
• 2.4.1 码率控制流程
• 2.4.2 小结
• 2.4.3 TM5的局限和解决办法
• 2.5 TMN8的码率控制
• 2.5.1 数学模型
• 2.5.2 码率控制流程
• 2.5.3 小结
• 2.5.4 一种新的优化思想
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于内容复杂度的码率控制
• 3.1 码率控制算法
• 3.1.1 算法思想
• 3.1.2 内容复杂度的度量
• 3.1.3 帧级目标比特分配
• 3.1.4 宏块级的速率控制
• 3.1.5 内容复杂度的自启发更新
• 3.2 仿真结果
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于视觉质量一致性优化的码率控制
• 4.1 拉格朗日乘子理论
• 4.2 优化模型的建立
• 4.2.1 算法思想
• 4.2.2 优化准则
• 4.3 优化模型的求解
• 4.3.1 对数信源模型
• 4.3.2 线性信源模型
• 4.3.3 拉格朗日乘子的确定
• 4.4 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 一种联合时域空域考虑的码率控制
• 5.1 信息熵
• 5.2 码率控制算法
• 5.2.1 算法思想
• 5.2.2 宏块重要性的判定
• 5.2.3 门限及加权因子的确定
• 5.3 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结
• 6.1 本文主要内容
• 6.2 下一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间主要工作成果
• 作者参加的科研教学工作