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H.264码率控制技术研究

【摘要】:数字视频压缩技术是当今多媒体信息处理技术中的一个研究重点与热点。在过去的近二十年中,先后出现多种不同的视频编码标准。H.264/AVC是由国际电信联盟(ITU-T)和国际标准化组织(ISO/IEC)共同制定出的新一代视频编码标准。H.264标准采用了一系列的新技术,显著地提高了编码的效率,并已成为近年来最为高效的视频压缩标准。为了在限定的网络带宽、延时和缓存下获得较好的图像质量,必须采用适当的策略来控制编码器,将编码器的码率输出控制在一定的范围之内,码率控制技术随之成为视频编码的关键技术之一。由于H.264的编码算法与以往的视频编码标准有些不同,因此它的码率控制相对复杂一些。 论文深入分析了码率控制的基本原理,讨论了视频编码中产生码率波动的原因,以及影响码率大小的参数,介绍并总结了目前主流视频编码标准的算法和码率模型。在现有的H.264码率控制技术研究成果的基础之上,提出了一种新的基于预测激励和时空相关的H.264码率控制算法(PS-STR算法),该算法有效地克服了现有的H.264码率控制算法在运算量和预测精确度上的不足。实验结果表明,与现有的经典算法相比,PS-STR算法能够对视频图像复杂度的变化趋势做出更加准确的预测,并合理分配编码比特数,使编码后码流的码率更接近目标码率,同时信噪比也有相当程度的提高。针对MAD预测存在误差而影响码率控制效果的问题,以及量化参数由于取整保持不变而带来的比特分配不能很好地反映视频图像复杂度的问题,作者还提出了通过自由基调整比特分配的改进方案,以及通过修改率失真优化的λ_(mode)来更精细地控制码率的改进方案,从而对PS-STR算法做了进一步的改进。实验结果表明,改进的PS-STR算法较原算法在实际码率与目标码率的接近程度和信噪比度量上都有较明显的提高,而且码率变化曲线更为平缓。

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