H.264帧内预测模式选择与码率控制算法研究

论文摘要

H.264标准是目前国际上最新的视频压缩标准,由国际电信联盟(ITU)和国际标准化组织(ISO)联合制定。H.264采用了一系列先进的编码技术,和以前的视频标准相比,它具有更好的压缩性能和良好的网络适应性,拥有十分广阔的应用前景。但与此同时,H.264的算法复杂度较高,较难满足实时应用的需求。因此,研究其算法,并根据实际需求进行算法改进和优化,具有重要的理论意义和应用价值。本文主要研究H.264帧内预测模式选择算法和码率控制算法。帧内预测技术是H.264的关键算法之一,本文对H.264标准中的帧内预测算法进行了分析,针对H.264支持的帧内预测模式较多,全部进行率失真优化导致算法复杂度较高的问题,提出并实现了一种模式选择快速算法。该快速算法通过对宏块纹理特性的统计,进行模式类型预判断,预先排除可能性较小的模式,选取部分模式作为待测模式进行下一步的率失真优化。实验结果表明,该快速算法能够在不明显降低编码性能并保证图像质量的前提下,降低帧内预测模式选择的计算复杂度,有效提高编码速度。由于H.264的模式选择过程采用了率失真技术,导致H.264的码率控制策略和其它标准存在差异。本文对码率控制的原理和几种经典的码率控制算法进行了研究,在此基础上,分析了H.264码率控制算法中的“蛋鸡悖论”和采用的码率控制算法,指出现有算法的不足之处,并提出了一种利用纹理信息进行复杂度判断的码率控制改进方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 数字视频标准发展
• 1.3 本文研究内容和主要成果
• 1.4 本文的结构安排
• 第二章 H.264 视频编码原理
• 2.1 H.264 标准概述
• 2.2 H.264 关键技术及算法
• 2.2.1 预测
• 2.2.2 变换与量化
• 2.2.3 熵编码
• 2.3 H.264 最新技术发展
• 第三章 帧内预测模式选择快速算法
• 3.1 H.264 帧内预测模式选择算法
• 3.1.1 H.264 帧内预测模式
• 3.1.2 H.264 帧内预测模式选择过程
• 3.2 帧内预测模式选择快速算法
• 3.2.1 已有快速算法分析
• 3.2.2 基于纹理的宏块类型预判断
• 3.2.3 改进的模式选择快速算法
• 3.3 快速算法性能测试
• 3.3.1 视频编码算法的性能评价方法
• 3.3.2 快速算法性能测试与结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 H.264 码率控制算法研究
• 4.1 码率控制原理
• 4.2 经典码率控制算法
• 4.2.1 MPEG-2 TM5
• 4.2.2 H.263 TMN8
• 4.2.3 MPEG-4 VM8
• 4.3 H.264 码率控制算法研究
• 4.3.1 蛋鸡悖论的产生与对策
• 4.3.2 H.264 码率控制算法
• 4.3.3 H.264 码率控制改进方案
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 本文完成的工作
• 5.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果