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基于H.264/AVC的码率控制算法研究

王科技  
【摘要】: 随着网络和多媒体通信技术的日益发展,人们对视频通信业务的需求不断增长。为了获得更好的视频传输质量和拓宽视频编码的应用范围,数字视频编码技术一直在不断的进步与完善。H.264/AVC作为新一代视频压缩编码标准,在压缩效率、图像质量和网络适应性等方面取得了显著提高。然而,在视频通信中,由于通信信道带宽有限,有必要对视频编码的输出码率进行控制。因此,码率控制在视频编码器中起着非常关键的作用,是实现视频图像高效编码和稳定传输的重要保证。 本文基于H.264/AVC视频编码理论,探讨了实现码率控制的相关技术和率失真理论在视频编码优化以及码率控制中的应用,着重分析了H.264/AVC率失真优化遇到的问题,并对H.264/AVC推荐的码率控制算法JVT-G012进行了深入的研究。本文主要工作如下: 针对H.264/AVC编码中整数DCT变换系数的概率分布特性,提出一种改进的Cauchy分布R-Q率失真模型,以更准确地描述视频信源的率失真特性;通过引入能量均方误差(EMSE),作为衡量图像失真的标准,对不同复杂度的视频序列进行统计分析,建立一种简单的线性D-Q图像失真模型。根据上述提出模型,利用Lagrangian方法实现了R-D率失真优化的位分配。 结合改进的Cauchy分布模型与R-D率失真优化的位分配方案,提出了一种能改善H.264编码率失真性能的宏块层码率控制优化算法。该算法利用Lagrangian乘子法计算各宏块最优的量化参数,通过率失真优化策略实现帧内比特数的优化分配,使输出的码流更接近于目标比特数。目标比特最终由编码宏块的复杂度、宏块图像失真度,以及缓冲区状况共同决定。 实验结果表明,提出的算法不仅能较为准确地控制视频编码的比特率,减小码率预测的平均误差,而且可以获得较好的率失真优化效果,并提高了PSNR'性能。


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