基于率失真優(yōu)化的視頻編碼研究.pdf

1、為了節(jié)約傳輸帶寬、存儲(chǔ)空間，視頻編碼早已成為國(guó)內(nèi)外研究和工業(yè)應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。至今國(guó)際上已制定了一系列的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，如MPEG-1／2／4，H.261／H.263等，最近國(guó)際上新制定的H.264／AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)內(nèi)的AVS視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，雖然其框架與以前的標(biāo)準(zhǔn)類似，但其壓縮效率比以往的任何標(biāo)準(zhǔn)都提高了至少一倍以上，這一突破已得到了各研究機(jī)構(gòu)以及多媒體工業(yè)界的高度重視，并將引發(fā)多媒體產(chǎn)業(yè)中一場(chǎng)新的變革。因此對(duì)數(shù)字視頻編碼中的關(guān)鍵技術(shù)

2、進(jìn)行深入研究，并根據(jù)其機(jī)理進(jìn)行性能優(yōu)化，具有十分重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。本文研究率失真優(yōu)化技術(shù)在實(shí)際視頻編碼中的應(yīng)用，并將率失真優(yōu)化編碼與碼率控制結(jié)合起來(lái)，從編碼的變換量化機(jī)制入手，通過(guò)分析變換量化的特性，不僅在編碼的最底層，即塊系數(shù)級(jí)實(shí)現(xiàn)結(jié)合率失真優(yōu)化的優(yōu)化位分配，提高了視頻編碼效率，同時(shí)在上層對(duì)宏塊間、圖像間的優(yōu)化位分配以及緩沖區(qū)約束條件進(jìn)行研究，結(jié)合率失真模型，提出了緩沖區(qū)約束條件下結(jié)合率失真優(yōu)化的碼率控制算法，該算法在達(dá)到碼率控制

3、的同時(shí)也能取得較高的編碼效率，并保證緩沖區(qū)在編解碼過(guò)程中不發(fā)生溢出。本論文主要的創(chuàng)新點(diǎn)包括： [1]結(jié)合率失真優(yōu)化的系數(shù)級(jí)優(yōu)化位分配技術(shù) 本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有變換量化機(jī)制的研究，提出了結(jié)合率失真優(yōu)化的變換系數(shù)適應(yīng)性量化技術(shù)，基于率失真優(yōu)化準(zhǔn)則調(diào)節(jié)變換系數(shù)的Deadzone量化區(qū)間，實(shí)現(xiàn)系數(shù)級(jí)的優(yōu)化位分配，該技術(shù)不僅能提高編碼效率還能改善主觀效果。在最近的H．264，AVS等視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中，整數(shù)變換代替了原來(lái)的浮點(diǎn)數(shù)DCT變換，

4、同時(shí)量化過(guò)程也表現(xiàn)了新的特性，將獨(dú)立的量化與變換歸一化結(jié)合起來(lái)。特別是在AVS標(biāo)準(zhǔn)中，變換矩陣為一個(gè)近似同模的矩陣，使得變換歸一化過(guò)程可以只在編碼端進(jìn)行，給系數(shù)的優(yōu)化分配帶來(lái)了一定的影響，基于對(duì)這一整數(shù)變換量化方案的深入分析，本文提出了相應(yīng)的系數(shù)優(yōu)化位分配技術(shù)。 [2]緩沖區(qū)約束條件下的碼率控制算法 通過(guò)對(duì)H.264緩沖區(qū)操作模型的分析，提出了緩沖區(qū)約束條件下的碼率控制算法。保證滿足緩沖區(qū)約束條件是碼率控制的重要環(huán)節(jié)之一

5、，即碼率控制應(yīng)能保證在編碼過(guò)程中緩沖區(qū)不會(huì)發(fā)生溢出，同時(shí)要求編碼產(chǎn)生的碼流在解碼過(guò)程中能夠保證解碼緩沖區(qū)也不發(fā)生溢出，這需要碼率控制在編碼過(guò)程中能夠及時(shí)地根據(jù)緩沖區(qū)狀態(tài)的反饋調(diào)整位分配，以產(chǎn)生能夠滿足需要的碼流。對(duì)此本文根據(jù)緩沖區(qū)操作模型，分別從時(shí)間角度和緩沖區(qū)充滿度的角度剖析緩沖區(qū)對(duì)碼率控制的約束條件，即位分配約束，并根據(jù)這一約束條件調(diào)控碼率控制的位分配過(guò)程，從而保證緩沖區(qū)既不上溢又不下溢。 [3]結(jié)合率失真優(yōu)化的碼率控制算法

6、 本文提出了結(jié)合率失真優(yōu)化的碼率控制算法，將碼率控制與率失真優(yōu)化有機(jī)地結(jié)合 起來(lái)，首先基于對(duì)變換量化過(guò)程中的率失真關(guān)系分析，建立了相應(yīng)的R-Q<,step>與D-QP率失真模型，然后根據(jù)率失真模型進(jìn)行碼率控制所需的位分配、量化參數(shù)調(diào)整，并根據(jù)率失真模型估計(jì)量化參數(shù)調(diào)整后的失真度，以決定率失真優(yōu)化編碼模式，實(shí)現(xiàn)碼率控制與率失真優(yōu)化編碼的統(tǒng)一。由于率失真優(yōu)化與碼率控制之間存在著相互影響相互制約的矛盾關(guān)系，通常碼率控制需要根據(jù)

7、率失真優(yōu)化編碼后的信息計(jì)算用于碼率控制的量化參數(shù)，而率失真優(yōu)化通常是對(duì)于一個(gè)給定的量化參數(shù)進(jìn)行編碼模式選擇，本文提出的算法很好地解決了這一問(wèn)題，在達(dá)到碼率控制的同時(shí)也能得到較高的編碼效率。 [4]一種質(zhì)量恒定的雙通道碼率控制算法 本文提出一種高效的兩遍編碼碼率控制算法，通過(guò)利用第一遍編碼產(chǎn)生的碼率、量化參數(shù)、失真、圖像復(fù)雜性以及率失真模型估計(jì)等信息，在第二遍編碼的過(guò)程中進(jìn)行有效的位分配調(diào)節(jié)以及主觀效果控制，從而實(shí)現(xiàn)恒定圖