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基于统计模型的H.264码率控制技术研究

作　者: 谢光剑
导　师: 胡栋
学　校: 南京邮电大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: H.264/AVC 码率控制柯西分布统计模型场景切换
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 25次
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内容摘要

码率控制技术是视频压缩编码的一项重要技术,它的作用是控制压缩视频的质量,使视频输出码流满足一定的传输和存贮要求。在ITU-T和ISO/IEC共同制定的最新视频编码标准H.264中,率失真优化(RDO)模块被引入,作为选择合适的运动估计和宏块模式的依据。然而,RDO的引入导致在码率控制过程中出现“蛋鸡悖论”,很多经典码率控制算法在H.264中不再适用。虽然JVT-H017能较好地解决“蛋鸡悖论”,但其采用了不够精确的R-D模型,而且没有考虑场景切换带来的影响,因此需要做进一步的研究和改进。本文在对现有的JVT-H017码率控制算法分析的基础上,研究了基于DCT系数统计分布的码率控制技术。论文首先对柯西分布模型进行了深入的分析和研究,把柯西分布模型应用到H.264中,并对其R-D模型进行简化,提出了基于柯西率失真模型的H.264码率控制算法,并且对算法进行了详细地描述。其次,论文在基于柯西分布的率失真模型基础上,对图像复杂度的预测方法加以改进。由于在场景切换或运动剧烈的情况下,单独使用MAD预测图像的复杂度就会失效,因此本文引入了将PSNR因子和MAD联合的方法来改进图像复杂度预测,并通过实验仿真对新算法以及参考文献中的MADr atio算法进行了比较分析,结果表明,改进算法不仅获得更精确的码率控制,而且获得更平稳的输出码率和PSNR;最后,针对现有H.264码率控制算法不能适应场景切换的问题,本文提出了基于柯西率失真模型的简单有效的场景切换检测算法,利用实验统计的方法得出检测所需的阈值,并对有场景切换的序列进行了仿真实验,通过新算法与JVT-H017算法的实验结果比较证明,新算法具有较高的视频质量和较平稳的输出码流,而且其附加计算复杂度并不高,具有一定的实用价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-12
  1.1 研究背景  8
  1.2 码率控制研究意义与目的  8-9
  1.3 国内外研究现状的概述  9-10
  1.4 本文的主要工作及内容安排  10-12
第二章 H.264/AVC 编码技术与码率控制技术研究  12-27
  2.1 H.264/AVC 的结构及其关键技术  12-16
    2.1.1 H.264/AVC 的结构  12-13
    2.1.2 帧内编码  13-14
    2.1.3 帧间预测  14-15
    2.1.4 去方块滤波  15-16
    2.1.5 自适应熵编码  16
  2.2 码率控制的基本原理及其关键技术  16-19
    2.2.1 码率控制的基本原理  16-17
    2.2.2 率失真理论  17-18
    2.2.3 编码参数对码率控制的影响  18-19
  2.3 H.264 JVT-H017 的码率控制算法  19-24
    2.3.1 GOP 层码率控制  21
    2.3.2 帧层码率控制  21-23
    2.3.3 基本单元层码率控制  23-24
  2.4 H.264 中的其他码率控制算法  24-26
    2.4.1 基于ρ域模型的码率控制  24-25
    2.4.2 基于MAD_(ratio)的H.264 码率控制  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章 Cauchy 率失真模型的分析与研究  27-35
  3.1 常见信源率失真模型分析与比较  27-28
  3.2 DCT 系数分布模型与Cauchy 模型的引入  28-31
  3.3 基于Cauchy 分布率失真模型分析  31-34
    3.3.1 基于Cauchy 分布的码率模型  32-34
    3.3.2 基于Cauchy 分布的失真模型  34
  3.4 本章小结  34-35
第四章基于Cauchy 模型的图像复杂度预测算法  35-44
  4.1 H.264 码率控制的存在的问题  35-36
  4.2 基于 Cauchy 模型的H.264 码率控制算法  36-40
    4.2.1 基于Lagrange 率失真优化  36
    4.2.2 GOP 层比特分配  36-38
    4.2.3 帧层比特分配  38-39
    4.2.4 宏块层比特分配  39-40
  4.3 基于图像复杂度的H.264 码率控制算法  40-43
    4.3.1 基于PSNR 差值比率和MAD 比率联合预测图像复杂度  40-41
    4.3.2 改进的目标比特分配及量化参数的调整  41-43
  4.4 本章小结  43-44
第五章基于Cauchy 模型的场景切换检测改进算法  44-50
  5.1 场景切换的简介和检测方法  44-46
  5.2 H.264 中场景切换对编码的影响  46-47
  5.3 基于 Cauchy 模型的H.264 场景切换的检测和处理  47-49
    5.3.1 场景切换检测改进算法  47-48
    5.3.2 比特分配算法的改进  48-49
  5.4 本章小结  49-50
第六章实验结果与分析  50-69
  6.1 基于Cauchy 模型的码率控制系统框架及实验平台  50-51
  6.2 图像复杂度预测改进算法仿真结果与分析  51-63
  6.3 场景切换检测改进算法仿真结果与分析  63-68
  6.4 本章小结  68-69
第七章总结与展望  69-71
  7.1 本文研究总结  69
  7.2 研究展望  69-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
攻读硕士学位期间发表的论文  75

基于统计模型的H.264码率控制技术研究

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