MPEG-2到H.264视频转码技术分析及码率控制研究

论文摘要

随着数字视频及多媒体技术的发展,针对不同的数字视频应用,出现了许多不同的视频编码标准,如面向低码率视频通信的H.263视频编码标准,面向数字广播,家用DVD等高质量视频应用的MPEG-2视频编码标准,面向流媒体和多媒体交互应用的MPEG-4视频编码标准以及由ITU-T视频专家组和ISO/IEC运动图像专家组联合开发的JVT/AVC/H.264标准。多种视频编码标准的广泛应用使得在不同视频标准之间进行格式转换的需求不断出现,视频转码技术使得在异质网络和不同终端设备间进行视频传输和处理成为可能。将经过压缩的视频数据进行远程传输时,需考虑网络拥塞、信道带宽等情况,码率控制策略可以通过调整转码器编码端的编码参数,使转码器输出的码流符合信道可以提供的带宽,保证信道正常传输,并获得尽可能好的图像质量。本文所研究的目的主要是进行MPEG-2到H.264转码器的设计,并在带宽有所变化的网络之间的网关上使用,同时在转码器中引入一种新的流量控制机制,使其能够根据输入和输出的带宽条件对要传输视频码流进行控制,以符合相应的网络传输条件。本文的主要研究内容以及研究成果如下:1.对视频转码的结构进行了介绍,对不同视频转码结构的漂移误差进行了分析,并具体指出MPEG-2到H.264转码结构建立时所需注意的问题,以此为基础进行MPEG-2到H.264转码器的设计。2.对目前已有的码率控制的各个关键技术进行了总结分析,包括:帧层比特分配,即根据目标码率要求给不同类型帧分配不同编码比特数;目标量化参数的确定,即确定量化所要采用的量化步长;跳帧算法,即控制编码时的跳帧数量;复杂度估计方法。3.提出一种帧层比特自适应的码率控制方案。该方案采用基于序列而不是以往那样基于图像组（GOP）的码率控制策略,根据输入的视频流比特率和输出端网络带宽条件来进行目标比特分配,能够解决基于GOP的码率控制方案造成的视频序列质量剧烈波动的情况。在完成目标比特分配后,使用一种新的模型来计算目标量化步长,并通过统计已编码帧的信息来对模型的参数进行更新。4.通过仿真实验,我们发现本文算法与JM10.2的码率控制方法相比,在保证计算复杂度和图像质量相当的情况下,能够更有效的对码率进行控制,解决了JM10.2中码率控制算法对部分视频序列无法准确控制的问题,使得输出的视频流更符合设定的目标码率,能够适应各种网络传输过程中的带宽要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 视频压缩标准简介
• 1.1.2 MPEG-2 压缩视频标准
• 1.1.3 H.264 压缩视频标准
• 1.2 本文的研究目的与意义
• 1.3 本文研究内容概要
• 第二章 MPEG-2 到H.264 视频转码系统的体系结构及关键技术
• 2.1 视频转码器的要求和功能简介
• 2.2 几种典型视频转码体系结构分析
• 2.2.1 基于像素域的级联转码体系结构
• 2.2.2 基于像素域省略运动估值的快速级联转码体系结构
• 2.2.3 基于DCT 域重量化的开环视频转码结构
• 2.2.4 基于DCT 域运动补偿的视频转码结构
• 2.2.5 省略B 帧运动补偿的转码结构
• 2.3 转码系统结构的漂移误差分析
• 2.3.1 无漂移闭环级联参考转码结构
• 2.3.2 开环结构的漂移误差分析
• 2.3.3 分辨率转码漂移误差补偿结构
• 2.4 转码结构比较
• 2.5 MPEG-2 到H.264 的转码结构的漂移误差分析及平台搭建
• 2.5.1 MPEG-2 到H.264 的转码结构的漂移误差分析
• 2.5.2 MPEG-2 到H.264 的转码平台搭建
• 2.6 视频转码中的关键技术
• 2.6.1 运动矢量映射
• 2.6.2 运动矢量精确
• 2.6.3 帧间块模式选择
• 2.6.4 帧内预测
• 2.7 本章小结
• 第三章 码率控制技术研究
• 3.1 视频传输中的码率控制的基本原理
• 3.2 率失真理论与模型
• 3.2.1 一阶线性模型
• 3.2.2 二阶抛物线模型
• 3.2.3 ρ域线形模型
• 3.2.4 指数模型
• 3.3 码率控制中的关键技术
• 3.3.1 目标比特分配算法
• 3.3.2 复杂度估计算法
• 3.3.3 跳帧算法
• 3.3.4 目标量化参数确定方法
• 3.4 JM10.2 码率控制
• 3.5 本章小结
• 第四章 一种MPEG-2 到H.264 转码码率控制方案
• 4.1 目标比特分配
• 4.2 目标量化参数确定
• 4.3 JM10.2 与本文提议方案比较
• 4.4 仿真结果
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间的研究成果