視頻通信中碼率控制算法研究.pdf

1、隨著通信及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，視頻通信得到了比以往更廣泛的應(yīng)用。在視頻通信中，為了在有限的信道帶寬上傳輸視頻，需要首先對(duì)原始視頻信號(hào)進(jìn)行有效的壓縮。碼率控制是視頻壓縮編碼的重要組成部分之一。碼率控制的目標(biāo)是在壓縮后視頻質(zhì)量和編碼產(chǎn)生的碼率之間達(dá)到適合實(shí)際應(yīng)用需求的平衡點(diǎn)。在實(shí)際系統(tǒng)中，碼率控制需要在壓縮后圖像的客觀質(zhì)量、主觀質(zhì)量、實(shí)際碼率、硬件限制、信道傳輸時(shí)延約束及特定應(yīng)用需求之間做出權(quán)衡取舍。合理有效的碼率控制能夠在保證視頻質(zhì)量的同時(shí)提

2、高信道的利用率，在有限的信道帶寬下高效傳輸視頻信息。
　　H.264/AVC是當(dāng)前視頻通信中最常見的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，JVT-G012是其主流碼率控制算法。JVT-G012在編碼后視頻質(zhì)量和編碼器緩沖區(qū)占用量之間取得了較好的平衡，但也有一些不足之處。針對(duì)JVT-G012的不足，相續(xù)出現(xiàn)了從不同角度對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)的算法，如率失真模型、率失真優(yōu)化、復(fù)雜度估計(jì)、緩沖區(qū)控制、信道估計(jì)、場景切換檢測(cè)與處理、多序列聯(lián)合碼率控制及基于感興趣區(qū)域的

3、加權(quán)等。在本文中，以自上向下的角度，考慮到視頻通信的特點(diǎn)，選擇P幀間目標(biāo)比特分配、場景切換的檢測(cè)與處理及多序列聯(lián)合碼率控制等三個(gè)方面，進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。
　　首先，論文針對(duì)同一GOP中各P幀的目標(biāo)比特分配問題，提出了一種基于信道帶寬充裕度和復(fù)雜度估計(jì)的幀層碼率控制算法。采用信道帶寬充裕度衡量視頻序列的編碼復(fù)雜度和信道帶寬之間的關(guān)系。在一個(gè)視頻序列編碼的開始階段判斷信道帶寬充裕度，并根據(jù)判斷結(jié)果為碼率控制中的參數(shù)集設(shè)置初始值。選

4、擇宏塊級(jí)亮度直方圖差異BH衡量各P幀的編碼復(fù)雜度，并根據(jù)相對(duì)復(fù)雜度調(diào)整各幀的目標(biāo)比特。和JVT-G012相比，針對(duì)視頻序列與信道帶寬的不同關(guān)系，該算法達(dá)到了不同的改進(jìn)效果。當(dāng)信道帶寬充裕時(shí)，該算法提高了壓縮后視頻的客觀質(zhì)量與主觀質(zhì)量；當(dāng)信道帶寬不充裕時(shí)，該算法控制下的視頻序列編碼后產(chǎn)生的實(shí)際碼率更接近目標(biāo)碼率，同時(shí)改善了編碼器緩沖區(qū)占有度。
　　其次，為降低場景切換對(duì)視頻質(zhì)量、信道傳輸及編碼器緩沖區(qū)占用量的影響，論文對(duì)場景切換的檢

5、測(cè)和處理方法進(jìn)行研究。分析了視頻通信的特點(diǎn)，將滿足高實(shí)時(shí)性、信道傳輸時(shí)延約束和編碼器緩沖區(qū)尺寸約束定為設(shè)計(jì)目標(biāo)。針對(duì)高實(shí)時(shí)性的需求，提出了一種基于BH的場景切換檢測(cè)方法。為滿足信道傳輸時(shí)延約束和編碼器緩沖區(qū)尺寸限制，提出了一種結(jié)合前向跳幀及可變長GOP的場景切換處理方法。該算法避免了場景切換可能引發(fā)的編碼器緩沖區(qū)溢出和傳輸延時(shí)，有效提升了新場景的視頻質(zhì)量。
　　最后，針對(duì)視頻通信中多序列之間的資源分配問題，論文提出了一種新的多序列

6、聯(lián)合碼率控制算法?，F(xiàn)有的多序列聯(lián)合碼率控制算法的控制對(duì)象是在同一編碼端編碼的多路電視信號(hào)，在視頻通信中直接應(yīng)用這些算法所付出的控制開銷太高。為降低控制開銷，提出了一種低復(fù)雜度的多序列聯(lián)合碼率控制算法。首先，該算法選擇分配給各用戶的信道帶寬，而不是分配給各幀的目標(biāo)比特，作為控制對(duì)象。其次，基于同一場景內(nèi)視頻序列編碼復(fù)雜度變化緩慢的特點(diǎn)，根據(jù)已編碼幀的平均視頻質(zhì)量調(diào)整分配給各用戶的信道帶寬。此外，為了應(yīng)對(duì)場景切換及視頻通信中的呼叫建立與呼叫