面向多视点视频编码的比特分配与码率控制技术

论文摘要

多视点视频是未来视频技术的重要发展方向。通过在场景中放置多台摄像机,记录下多个视点数据,提供给用户以视点选择和场景漫游的交互能力。随着多媒体通信技术的迅猛发展,多视点视频在立体电视、立体视频会议、自由视点视频、虚拟视点合成、多视点视频点播等数字娱乐领域有着非常广泛的应用前景。然而多视点视频在给人们带来真实感受的同时,也带来了一系列问题,最为明显的就是数据量和处理复杂程度的成倍增加,对当前的压缩编码和传输技术提出了很大的挑战。码率控制是影响多视点视频传输质量的重要因素之一。本论文针对多视点视频,对多视点视频编码及其码率控制算法进行了研究,主要包括以下几方面的内容。首先,论文通过对大量视频编码技术及码率控制相关文献的阅读,详细介绍了视频编码中码率控制技术的研究现状和发展动态,描述了码率控制的基本原理,并多视点视频编码及其参考模型JMVC进行了入研究。在此基础上分析影响多视点视频码率控制精确性的因素,即率失真模型、头信息比特预测模型和始化量化参数。通过对大量多视点视频序列进行测试,统计相关编码特性,本文提出了面向多视点视频码率控制的分层率失真模型、分层头信息比特预测模型和自适应初始量化参数算法。其次,论文提出了一种基于视点质量一致性的多视点视频比特分配算法,该比特分配算法分为三层:GGOP层、GOP层和帧层。GGOP层比特分配由当前带宽、帧率和GGOP长度确定;在GOP层,首先利用拉格朗日乘子法,提出了一种基于视点质量一致性优化的视点间比特分配模型,其次考虑到不同视点类型的编码统计特性,本文引入视点权重因子,并根据视点权重因子进一步调整经上述基于拉格朗日优化的视点间比特分配模型分配的比特数,提高视点间比特分配的精度;帧层比特分配由帧级时间分层因子、GOP剩余比特等确定。最后,本文针对多视点视频,提出了一种面向多视点视频的码率控制算法,该码率控制的主要目标是为编码GOP中每帧确定量化参数,其中关键帧的量化参数由参考量化参数和由率失真模型得到的量化参数共同确定。各个时间分层B帧的量化参数由相同的率失真模型确定。最底时间分层B帧的量化参数则由其参考帧的量化参数线性插值确定。实验结果表明,本文的码率控制算法不仅能够有效控制输出码率。而且视点质量更加均衡。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 英文缩略语表
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容及主要工作
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 码率控制简介
• 2.1 码率控制理论基础
• 2.2 面向H.264 的码率控制算法
• 2.2.1 H.264 视频编码
• 2.2.2 典型的H.264 码率控制算法
• 2.3 面向可分级视频的码率控制算法
• 2.3.1 可分级视频编码
• 2.3.2 典型的分级B 帧码率控制算法
• 2.4 面向多视点视频的码率控制算法
• 2.5 多视点视频码率控制算法的评价准则
• 2.6 本章小结
• 第三章 码率控制性能的影响因素分析
• 3.1 多视点视频编码
• 3.1.1 多视点视频
• 3.1.2 基于分级B 帧的多视点视频编码
• 3.1.3 实验结果与分析
• 3.2 率失真模型
• 3.2.1 常用率失真模型
• 3.2.2 多视点视频码率控制中的分层率失真模型
• 3.3 头信息比特预测模型
• 3.3.1 H.264 码率控制中的头信息比特预测模型
• 3.3.2 多视点视频码率控制中的分层头信息比特预测
• 3.4 自适应初始量化参数算法
• 3.4.1 常用初始量化参数的确定方法
• 3.4.2 自适应初始量化参数算法
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于视点质量一致性的多视点视频比特分配算法
• 4.1 多视点视频比特分配的分层结构
• 4.2 GGOP 层比特分配
• 4.3 GOP 层比特分配
• 4.3.1 基于拉格朗日乘子法的比特分配模型
• 4.3.2 视点权重因子的定义
• 4.3.3 基于视点质量一致性优化的GOP 层比特分配
• 4.4 帧层比特分配
• 4.4.2 时间分层权重因子的定义
• 4.4.3 基于时间分层权重因子的帧层比特分配
• 4.5 本章小结
• 第五章 面向多视点视频的码率控制算法研究
• 5.1 计算关键帧QP
• 5.2 计算非关键帧QP
• 5.3 执行率失真优化
• 5.4 实验结果与分析
• 5.4.1 平均码率误差
• 5.4.2 编码效率
• 5.4.3 视点质量一致性
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的学术论文
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目
• 致谢