基于H.264标准的码率控制研究

论文摘要

H.264/AVC是国际电信联合会（ITU-T）和国际标准化组织（ISO/IEC）共同研究并发布的下一代视频压缩标准。该标准为了使视频压缩编码在比特率受限条件下,得到最优化的压缩效率,其宏块编码采用了率失真优化策略和码率控制技术。同时,H.264标准中只规定了视频码流的语法和解码的方法,没有对码率控制给出明确的定义,这就为码率控制的研究提供了广阔的空间。本文对H.264/AVC所采用的主要编码技术中的码率控制算法进行了研究。首先介绍了视频编码标准的发展,H.264标准的系统组成、帧间预测、帧内预测、整数变换及量化、熵编码、率失真优化等关键技术。其次,介绍了码率控制的原理及信源模型,分析了视频编码中的经典码率控制算法,并对JVT-G012的码率控制算法进行了深入研究。最后,通过对H.264码率控制原理的分析,提出了一种改进的H.264码率控制算法。该算法利用MAD和PSNR计算图像复杂度,并将这种方法应用在基本单元层的码率控制中,使基本单元目标比特分配更精确;考虑到H.264码率控制算法中MAD线性预测模型计算复杂度高的缺点,利用图像的空间和时间相关性,采用一种加权预测模型的基本单元MAD预测方法,省略参数更新过程以减少计算量。实验结果表明,改进的码率控制算法很好的解决了MAD不能准确反映图像编码复杂度的事实。而加权模型能够很好的降低编码复杂度,并能达到更好的编码效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 视频编码基本原理
• 1.2 视频编码标准概述
• 1.3 码率控制概述
• 1.4 本文的主要工作
• 1.5 论文结构
• 第2章 视频编码标准 H.264
• 2.1 H.264 的产生背景及意义
• 2.2 H.264 的编码框架
• 2.3 H.264 的主要特征
• 2.3.1 H.264/AVC 的分层结构
• 2.3.2 视频编码层VCL（Video Coding Layer）
• 2.3.3 网络抽象层NAL（Network Abstraction Layer）
• 2.3.4 帧内预测编码
• 2.3.5 帧间预测编码
• 2.3.6 熵编码
• 2.3.7 去方块滤波
• 2.4 本章小结
• 第3章 码率控制技术的原理
• 3.1 码率控制技术概述
• 3.1.1 码率控制技术的背景
• 3.1.2 码率控制的基本原理
• 3.2 率失真理论
• 3.3 信源模型
• 3.4 经典的码率控制方法
• 3.4.1 H.261 RM8 码率控制
• 3.4.2 MPEG-2 TM5 码率控制
• 3.4.3 MPEG-4 VM8 的码率控制
• 3.4.4 H.263 TMN8 的码率控制算法
• 3.5 本章小结
• 第4章 H.264 的码率控制算法
• 4.1 H.264 码率控制算法的基本概念
• 4.1.1 基本单元的定义
• 4.1.2 流量往返模型（Fluid Traffic Model）
• 4.1.3 MAD 的线性预测模型
• 4.2 H.264 码率控制机制概论
• 4.2.1 GOP 层码率控制
• 4.2.2 帧层码率控制
• 4.2.3 基本单元层码率控制
• 4.3 本章小结
• 第5章 H.264 码率控制算法的改进
• 5.1 H.264 码率控制算法的不足
• 5.2 改进的策略
• 5.2.1 改进的基本单元复杂度估计
• 5.2.2 MAD 的加权预测
• 5.2.3 基本单元目标比特分配
• 5.3 算法改进
• 5.3.1 算法整体描述
• 5.3.2 算法具体步骤
• 5.4 实验结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读硕士学位期间的主要研究成果
• 致谢