基于H.264视频压缩编码标准的自适应码率控制算法研究

论文摘要

随着现代化信息技术的迅猛发展,远程视频监控广泛应用于各个领域。传统的监控常常采用有线传输的方法,受到地理环境工作内容等客观条件的限制,并不能灵活机动地根据需要变更监控点。因此,基于无线传输的监控设备被认为是远程监控很好的解决方案。H.264作为新一代的视频压缩编码标准,采用了多模式的的帧内预测、整数变换与量化、基于上下文自适应的熵编码、多参考帧的预测、高精度亚像素预测、去块滤波器以及抗误码力等技术,使得视频压缩的码率得以大幅降低,非常适合作为基于无线传输的视频压缩编码方案。考虑到监控对于实时性的高要求而无线信道本身存在带宽有限、带宽波动,误码率高等情况,源端采集的原始视频序列若不经过有效的码率控制,根本无法满足无线信道中实时传输的需要。另一方面由于无线信道的不稳定性,监测信道质量反馈参数也被认为是视频编码模式选择的一个重要指标。为了在恶劣的无线信道环境中能够为达到良好的视频传输质量,本文提出了一种自适应码率控制的方法,通过探测无线信道的反馈的信道参数,判定网络状态及编码端缓冲区满溢程度,利用二次率失真法计算出Lagrangian代价函数,自适应调节编码参数而实现输出码率的控制,利于视频的平滑传输。最后通过实测数据分析优化后的方法对视频主观质量,率失真以及压缩比的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 中文文摘
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 实时视频压缩编码器的关键技术
• 1.2.1 视频压缩编码算法
• 1.2.2 无线信道多路调度策略
• 1.2.3 无线传输自适应码率控制机制
• 1.3 基于H.264的无线远程视频监控系统结构
• 第二章 无线视频压缩编码器的研究
• 2.1 H.264视频压缩算法概述
• 2.1.1 视频压缩总体流程
• 2.1.2 YCbCr色彩空间
• 2.1.3 多参考帧预测
• 2.1.4 分级量化方式
• 2.1.5 1/4精度亚像素运动搜索
• 2.2 H.264码率控制模型
• 2.2.1 H.264码率控制策略
• 2.2.2 H.264码率控制算法存在的问题
• 2.2.3 Lagrangian代价函数
• 2.2.4 二次率失真模型
• 2.3 H.264算法的传输结构
• 2.3.1 NAL层传输机制
• 2.3.2 无线传输的超时闭环策略
• 第三章 码率控制算法的设计
• 3.1 源端编码参数的自适应调节
• 3.1.1 量化步长的动态调整
• 3.1.2 搜索窗口的确定
• 3.1.3 多参考图像的管理与调节
• 3.1.4 GOP比特分配
• 3.1.5 实时视频监控中的跳帧技术
• 3.2 无线信道反馈指标
• 3.2.1 信道带宽的探测方法
• 3.2.2 RTP分组丢包率的计算
• 3.2.3 UDP包平均延迟的计算
• 3.3 参考图像缓冲区的状态的判定
• 3.4 码率自适应调节控制方式
• 第四章 基于H.264无线视频编码器的实现
• 4.1 无线视频编码器的硬件结构
• 4.1.1 硬件拓扑结构
• 4.1.2 高速的DSP芯片DM642
• 4.1.3 视频压缩算法的移植
• 第五章 实验
• 5.1 测试环境
• 5.2 量化参数对码率和信噪比的影响
• 5.4 GOP比特分配对码率的影响
• 5.5 基于双信道轮转策略的CDMA上行链路带宽测试
• 5.6 采用自适应码率算法对比实验
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 个人简介