H.264码率控制算法的研究与优化

论文摘要

视频编码技术是视频处理技术的重要组成部分,其目的是通过有损或无损的方式实现数据量的有效压缩。H.264/AVC是ITU-T/ISO共同公布的最新一代的视频编码标准。与以往的视频压缩标准相比,H.264/AVC具有更高的压缩效率、更好的图像质量和良好的网络亲和性。码率控制是视频压缩编码技术中的一个重要组成部分,它对编码的视频质量有很大的影响。码率控制的主要目的是保持编码器输出的比特率不超过目标比特率的前提下,使得图像失真最小。在比特率和图像质量之间进行优化地选择是码率控制算法研究的主要挑战之一。本文主要研究H.264/AVC的码率控制算法,主要完成工作如下:1、通过视频序列中已编码帧的统计信息,更加精确地预测当前帧的编码复杂度,由MADratio衡量当前帧的编码复杂度。结合MADratio和缓冲区的状态来为当前编码帧分配目标比特数。利用视频序列的时空相关性,采用固定系数加权模型替代线性模型,对基本单元的MAD进行预测。同时根据MAD的变化趋势对MAD预测值进行修正。实验结果表明,改进的算法在PSNR提升的同时,使得编码输出比特率更接近于目标比特率。2、在低比特率视频编码应用中,感兴趣区域（ROI）优先编码的码率控制算法优先保证感兴趣区域的图像质量,具有非常大的应用意义。本文提出了一种支持ROI优先编码策略的H.264/AVC码率控制算法,改进的码率控制算法主要面向低比特率的视频会议应用。该算法提出了一种简单有效的ROI提取方法,并根据图像复杂度和ROI区域关注程度给ROI和非感兴趣区域（NROI）分别分配码流。同时,宏块的目标比特数根据其编码复杂度和其所属区域的分配比特数计算求得。实验结果表明,改进的码率控制算法在感兴趣区域的PSNR显著提升,从解码的视频画面可以看出来,通过改进算法获得的图像中ROI区域的主客观质量都有了明显的提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 视频编码标准概述
• 1.3 视频质量的评价
• 1.3.1 主观质量评价
• 1.3.2 客观质量评价
• 1.4 码率控制的意义和国内外研究动态
• 1.5 工作任务和论文结构
• 第二章 H.264/AVC视频编码技术
• 2.1 背景
• 2.2 H.264/AVC编解码器框架
• 2.2.1 编码器端
• 2.2.2 解码器端
• 2.3 H.264/AVC关键编码技术
• 2.3.1 整数DCT变换
• 2.3.2 量化
• 2.3.3 帧内预测
• 2.3.4 帧间预测
• 2.3.5 熵编码
• 2.4 H.264的分层结构
• 2.5 小结
• 第三章 码率控制理论
• 3.1 码率控制基本理论
• 3.2 信道和存储介质对码流的要求
• 3.2.1 恒定比特率传输或存储
• 3.2.2 可变比特率传输或存储
• 3.3 码率控制的关键技术
• 3.3.1 率失真模型
• 3.3.2 编码参数对码率控制的影响
• 3.4 经典的码率控制算法
• 3.4.1 MPEG2-TM5码率控制
• 3.4.2 MPEG4-VM8码率控制
• 3.4.3 H.263-TMN8码率控制
• 3.5 小结
• 第四章 H.264码率控制算法的研究与改进
• 4.1 H.264参考模型JM的码率控制算法
• 4.1.1 H.264基本概念和内容
• 4.1.2 H.264算法流程
• 4.2 H.264码率控制算法的改进
• 4.2.1 问题分析
• 4.2.2 改进模块
• 4.2.3 算法流程
• 4.2.4 试验结果与分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于ROI的H.264码率控制算法
• 5.1 ROI编码的意义
• 5.2 ROI提取
• 5.2.1 现有的ROI提取技术
• 5.2.2 本文的ROI提取技术
• 5.3 基于ROI的H.264码率控制
• 5.3.1 ROI与non-ROI目标比特分配
• 5.3.2 宏块层目标比特分配
• 5.3.3 宏块层QP计算
• 5.3.4 算法流程
• 5.4 实验结果与分析
• 第六章 结束语
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果