視頻編碼中的碼率控制方法綜述【文獻(xiàn)綜述】

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1、畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述電子信息工程視頻編碼中的碼率控制方法綜述摘要：碼率控制是圖像編碼技術(shù)中的一個重要組成部分，它對編碼的圖像質(zhì)量有很大的影響。本文在介紹碼率控制基本概念的基礎(chǔ)上，重點介紹了當(dāng)前國內(nèi)外碼率控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀和關(guān)鍵算法，主要包括MPEG標(biāo)準(zhǔn)中的碼率控制方法，H.264標(biāo)準(zhǔn)[1]中的碼率控制算法以及基于模糊控制的H.264宏塊層碼率控制、基于H.264/VAC的宏塊級碼率控制優(yōu)化算法等最新碼率控制新技術(shù)。其中因H.264標(biāo)準(zhǔn)中的碼率控制算法的能夠得到更好的碼率控制效果，便于接收端獲得更加穩(wěn)定的壓縮視頻流而被廣泛的運用。本文通過對各種改進(jìn)方

2、法的論述，以此基礎(chǔ)分析碼率控制技術(shù)的不足之處和發(fā)展趨勢。從而為以后提出更加有效的、高質(zhì)量的處理和傳輸視頻信息和多媒體的信息碼率控制算法奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵字：碼率控制；H.264；編碼1.引言隨著通信技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活和工作方式隨之也發(fā)生了巨大的變化。在傳統(tǒng)的通信領(lǐng)域，人們習(xí)慣語音和數(shù)據(jù)傳輸?shù)葐我坏拿襟w業(yè)務(wù)，如電話、電報、傳真等。如今傳統(tǒng)的通信方式已經(jīng)無法滿足人們的需求。人們開始對通信領(lǐng)域的多樣化需求越來越多，也越來越希望無論在何時何地，都可以方便、快捷、靈活地通過語音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻等多種方式進(jìn)行通信。在視頻編碼中，

3、碼率控制模塊根據(jù)網(wǎng)絡(luò)/信道環(huán)境調(diào)節(jié)視頻編碼器端的輸出碼率，并盡可能地提高視頻質(zhì)量。碼率控制和率失真優(yōu)化的一個主要目的是為視頻編碼分析和建立率失真模型，在給定的約束條件下，提供高質(zhì)量的壓縮視頻。2．MPEG標(biāo)準(zhǔn)中的碼率控制方法經(jīng)典的碼率控制算法或模型主要有:H.261的RM8(ReferenceModel8)，MPEG-2的TM5(testModel5)，H.263的TMN8(testModelNear-term8)，MPEG-4的VM8(verificationModel8)。而在這些中，MPEG標(biāo)準(zhǔn)的碼率控制方法是最常用的。MPEG一2沒有具

4、體規(guī)定如何實現(xiàn)碼率控制，但是在它的測試模型TM5中提出并集成了碼率控制算法。在TM5中，碼率控制可以分為3個步驟:目標(biāo)比特數(shù)分配、碼率控制和自適應(yīng)量化。但是，TM5算法存在著3個方面的問題：一是碼率控制算法沒有考慮處理場景切換帶來的問題；二是同一幀中宏塊與宏塊之間編碼質(zhì)量不均勻；三是算法中參考量化步長比5實際量化步長差距大。同時，在低運動視頻序列編碼中，由于相鄰幀之間有著較高的相關(guān)性，R一D關(guān)系可用來預(yù)測待編碼幀的特性。VM8采用了這一思想，它的R-D分析建立在兩個假設(shè)基礎(chǔ)上：相鄰的視頻幀高度相似，并有同樣的碼率-失真曲線。值得指出的是，場景切

5、換和變化是視頻序列中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，這時將不再滿足第一個假設(shè)條件，往往會導(dǎo)致算法性能的下降。3.H.264碼率控制算法多媒體通信系統(tǒng)中，壓縮的視頻碼流需要在帶寬不一致且變化的網(wǎng)絡(luò)上傳輸。視頻編碼器的大速率輸出會導(dǎo)致不可想象的網(wǎng)絡(luò)擁塞；另一方面，視頻編碼器輸出比特率無控制的減少，會導(dǎo)致不必要的質(zhì)量下降及對現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)資源的低效利用。為了充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，并保證用戶獲得最優(yōu)的視頻質(zhì)量，視頻通信系統(tǒng)中需要引入碼率控制技術(shù)來獲取在質(zhì)量和帶寬利用上的最佳均衡。H.264提案JVT-G012提出用流量往返模型來分配每個基本單元目標(biāo)比特數(shù)，并在宏塊層編碼采用二次

6、率失真函數(shù)計算量化參數(shù)，用此量化參數(shù)來進(jìn)行模式選擇和編碼。盡管這種算法可以達(dá)到目標(biāo)碼率而且圖像也沒有明顯波動，但是對一個宏塊兩次的RDO計算的時間復(fù)雜度是難以接受的。而X264作為H.264的一種實用實現(xiàn)模型廣受好評。X264是網(wǎng)上自由組織聯(lián)合開發(fā)的兼容H.264標(biāo)準(zhǔn)碼流的編碼器。它注重實用，在不明顯降低編碼性能的前提下，努力降低編碼的計算復(fù)雜度，故X264擯棄了264中一些對編碼性能貢獻(xiàn)微小但計算復(fù)雜度極高的新特性，如多參考幀、幀間預(yù)測中不必要的塊模式、CABAC等。H.264/AVC的參考模型JM中采用了JVT-G012和JVT-H017的

7、碼率控制算法。該碼率控制算法存在一些不足之處。首先，從JVT-H017算法在幀層的目標(biāo)比特數(shù)分配策略上來看，在應(yīng)用于視頻會議等對延時比較敏感的環(huán)境時，一般不采用B幀而只采用IPPP的幀結(jié)構(gòu)。此時，幀層的目標(biāo)比特數(shù)分配只考慮了緩沖器充盈度，而沒有考慮圖像復(fù)雜度的影響，GOP層剩余可分配的比特數(shù)只是做了簡單的平均分配。其次，在基本單元層通過對所有未編碼的基本單元的MAD值進(jìn)行預(yù)測，來分配每個基本單元的目標(biāo)比特數(shù)。通過大量的預(yù)測信息進(jìn)行比特分配，不但準(zhǔn)確度低而且計算量大。為了合理地分配比特數(shù)，應(yīng)該為復(fù)雜度高的圖像多分配比特數(shù)，而給復(fù)雜度低的圖像少分配

8、比特數(shù)。4、其他碼率控制算法在視頻編碼不斷改進(jìn)的現(xiàn)在，針對已有的一些經(jīng)典碼率控制算法，很多研究也提出了一些更高效的控制算法，如基于模糊控制的H.264