面向H.264标准的改进码率控制方法

为降低H.264/AVC编码器码率控制的计算复杂度,提高码率估计的精确性和视频输出质量,提出了一种简单高效的率失真码率控制方法.基于残差信息服从拉普拉斯分布的假设,推导出精确的率失真模型.并利用线性模型和二次模型拟合率失真曲线,得到优化的R-1/Q和D-Q模型,极大地降低了算法的计算负担,而头信息预测模型的引入进一步提高总码率估计的精确性.自适应的分配各层目标码率,确定最优的量化参数.实验结果表明,与JVT-G012码率控制算法相比,该算法获得更高的编码效率,视频解码质量更加平稳,输出码率更精确.     

优化编码树单元级比特分配算法

新一代视频编码标准H. 266/VVC(Versatile Video Coding)的码率控制算法采用编码参数相互独立的率失真优化技术。然而,同一帧内的编码树单元（CTU）间在空域上相互影响,且存在全局编码参数;同时,CTU级比特分配公式采用近似的编码参数分配比特,进而降低了码率控制精度和编码性能。针对上述问题,提出空域全局优化CTU级比特分配算法RTE＿RC(Rate Control with Recursive Taylor Expansion),并通过递归算法逼近全局编码参数。首先,建立空域全局优化比特分配模型;其次,应用递归算法求解CTU级比特分配模型中的全局拉格朗日乘子;最后,优化编码单元的比特分配并对编码单位进行编码。实验结果表明,在低延时P(Prediction)帧（LDP）配置下,与码率控制算法VTM＿RC相比,所提算法的码率控制误差由0.46%下降至0.02%,码率节省了2.48个百分点,编码时间下降了3.52%,显著提升了码率控制精度和率失真性能。     

基于运动检测的H.264码率控制的算法

针对H.264/AVC 经典流控算法JVT-G012对运动剧烈图像流控效率的不足,提出了一种基于图像运动剧烈程度的流控算法。对运动剧烈的图像,在同一复杂度区域内,用前一帧实际编码码率与目标码率的差值调整当前帧目标码率,并且编码时利用最小率失真模式的原始帧和重建帧的SAD估计MAD值,根据二次模型估计量化参数优化拉格朗日参数。仿真试验证明与JVT-G012以及Jiang等对H.264AVC的改进的码率控制算法相比,在运动剧烈或者场景切换时,虽然码率比JVT-G012略有增加但低于Jiang等的改进算法,并且变化剧烈的视频帧图像信噪比有明显的增加,平均信噪比也得到了提高。     

线性估算在码率控制中的应用

码率控制是视频通信中的一个关键环节,用于调控编码视频的输出质量,而码率控制算法的效率也很大地影响着视频质量。线性估算有多项式级别的时间复杂度,可以处理多种码率约束问题。基于码率约束的线性放宽以及帧级别率失真函数的线性估算,对信源-信道联合码率控制和灵活解码端缓冲器模型下编码问题具有较优的性能。     

一种基于视觉感知的H.264 码率控制算法

针对目前视频编码标准H.264 的码率控制算法未考虑人眼视觉感知、易导致编码 后视频图像质量波动的不足,提出了一种基于视觉感知的H.264 码率控制算法。首先,设计了 像素域的恰可察觉失真模型。在此基础上,根据各帧的恰可察觉失真的大小进行帧层比特分配。 其次,建立了基于结构相似度的率失真模型,并采用此模型设计了基本单元层(basic unit, BU) 的比特分配方案。最后结合二次速率-量化模型得到量化参数。实验结果表明,该算法与目前 H.264 中典型的码率控制算法相比,错误率降低了0.2%。     

一种面向SVC的码率控制算法

H.264/AVC可伸缩性扩展视频编码系统(JSVM)提供了一种可伸缩视频编码(SVC)的解决方案,然而它本身并没有提供一种有效的码率控制算法.文中基于JSVM的分层预测结构,提出了一种全新的码率控制算法.首先在码率分配方面,考虑到分层B帧预测(或运动补偿时间域滤波(MCTF))结构,给出一种分层的码率分配方案;然后,针对不同类型和不同时间分解层各自的统计特性,分别为它们设计了不同的率失真(R-D)模型.实验结果表明,文中算法能够有效地控制码率,使得目标码率跟实际产生码率之间的偏差最大不超过2%;同时文中算法较大地提高了解码图像的质量,使得峰值信噪比(PSNR)在低码率端可提高1dB;另外,JSVM是通过不断调整量化参数(QP)使得实际产生的码率逐次逼近目标码率,较之这种尝试型的码率控制算法,文中基于模型的码率控制是在一次编码中产生最终的目标码率,从而大大降低了计算复杂度.     

基于H.264码率控制的模型参数更新算法

为获得精确的模型参数,从率点选择和模型参数估计2个方面对H.264码率控制算法加以改进,利用一种基于曼哈顿和二维滑动窗口机制相结合的策略,实现高效的率点选择算法,采用加权的线性回归技术,实现有效的模型参数预测。实验结果表明,改进后的算法能改善视频编码质量,提高输出码率的控制精度。     

外推结构无反馈DVC码率控制算法研究

针对现有内插结构无反馈分布式视频压缩（DVC）在大图像组条件下存在严重解码延时问题,研究了外推结构的无反馈DVC系统。在编码端,提出一种不等保护码率控制算法,该算法在编码端利用快速运动估计外推产生较高质量的边信息估计,根据比特平面误码率和比特平面重要性,实现比特平面级的码率控制;在解码端提出基于外推内插边信息更新的迭代解码优化,利用更新的边信息对每一分布式帧进行二次解码,在不增加传输码率的条件下进一步提升解码视频质量。实验结果表明,与现有无反馈码率分配算法相比,该算法能够更精确地分配码率,率失真性能提升0.6~1.8 dB,且解码视频图像的主观质量得到明显改善。     

基于Cauchy分布的H.264/AVC码率控制优化算法

由于通信信道带宽有限,有必要对视频编码的输出码率进行控制。通过引入能量均方误差(EMSE),进行视频序列统计分析,建立了一种简单的线性图像失真模型,并基于编码器中量化系数的概率分布特性,提出了改进的Cauchy分布码率模型,然后利用Lagrangian方法实现了率失真优化的位分配。实验结果表明,与H.264参考软件所采用的JVT-G012算法相比,该算法提高了码率控制精度和峰值信噪比,从而改善了解码图像的质量。     

一种HEVC低延时编码码率控制算法

传统码率控制方法常常引起视频编码器的率失真性能降底。为了在满足码率控制精度的同时改善编码器率失真性能,提出一种基于改进R-λ模型的帧级码率控制算法。根据帧率把待编码视频序列划分成多个控制单元,并为当前控制单元分配目标比特;根据控制单元层的可用比特数为当前GOP分配目标比特;根据GOP层的可用比特数为当前待编码帧分配目标比特,再利用改进的R-λ模型计算得到拉格朗日乘子λ进行编码。在通用测试条件下的实验结果显示,该算法具有较高的码率控制精度,同时改善了编码器的率失真性能。其平均码率相对误差为0.095%;以不开启码率控制的HM16.7作为基准,平均码率节省(BD-Rate)达到了2.6%。     

通用率失真模型及码率控制算法*

为了提高码率控制的准确性,通过实验和理论推导,提出了一种通用率失真模型。在此基础上,定义了纹理复杂度,提出了纹理复杂度和图像块头用字节两自适应线性预测模型及宏块（组）比特分配模型;然后结合以上模型提出了一种新的码率控制算法。大量仿真实验结果表明,利用新提出的码率控制方法,测试序列的PSNR均有不同程度的提高,且码流曲线更平滑平稳,目标码率控制更准确。     

Perceptual importance analysis-based rate control method for HEVC

High efficiency video coding (HEVC) has achieved high coding efficiency as the video coding standard. For rate control in HEVC, the conventional R-λ scheme is based on mean absolute difference in allocating bits; however, the scheme does not fully utilize the perceptual importance variation to guide rate control, thus the subjective and objective quality of coded videos has room to improve. Therefore, in this paper, we propose a rate control scheme that considers perceptual importance. We first develop a perceptual importance analysis scheme to accurately abstract the spatial and temporal perceptual importance maps of video contents. The results of the analysis are then used to guide the bit allocation. Utilizing this model, a region-level bit allocation procedure is developed to maintain video quality balance. Subsequently, a largest coding unit (LCU)-level bit allocation scheme is designed to obtain the target bit of each LCU. To achieve a more accurate bitrate, an improved R-λ model based on the Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno model is utilized to update the R-λ parameter. The experimental results showed that our method not only improved subjective and objective video quality with lower bitrate errors compared to the original RC in HEVC, but also outperformed state-of-the-art methods.

     

Low bit-rate information hiding method based on search-order-coding technique

Information hiding method with low bit rate is important in secure communications. To reduce bit rate we propose a new embedding method in this paper based on SOC (search-order coding) compression technique. Compared to Chang et al.’s scheme in 2004, our scheme completely avoids the transform from SOC coding to OIV (original index values) coding to significantly reduce bit rate. In order to further reduce bit rate, Chang et al. proposed a reversible data hiding scheme using hybrid encoding strategies by introducing the side-match vector quantization (SMVQ) in 2013. But it needed additional 1 bit indicator to distinguish the two statuses to determine OIV is belonged to G1 or G2. This overhead gave a large burden to compression rate and could not reduce the bit rate significantly. In contrast, our scheme completely avoids this indicator. The experimental results show that the proposed method can efficiently reduce the bit rate and have the same embedding capacity compared with Chang et al.’s scheme in 2004 and Chang et al.’s scheme in 2013. Moreover, our proposed scheme can also achieve a better performance in both the embedding capacity and bit rate than other related VQ-based information hiding schemes.     

Pyramid coding based rate control for constant bit rate video streaming

In this paper, a novel pyramid coding based rate control scheme is proposed for video streaming applications constrained by a constant channel bandwidth. To achieve the target bit rate with the best quality, the initial quantization parameter (QP) is determined by the average spatio-temporal complexity of the sequence, its resolution and the target bit rate. Simple linear estimation models are then used to predict the number of bits that would be necessary to encode a frame for a given complexity and QP. The experimental results demonstrate that the proposed rate control scheme significantly outperforms the existing rate control scheme in the Joint Model (JM) reference software in terms of Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) and consistent perceptual visual quality while achieving the target bit rate. Finally, the proposed scheme is validated through experimental evaluation over a miniature test-bed.

     

秘密共享和网络编码在窃听网络中的应用

受传统密码学中保密通信方法和秘密共享思想的启发,构造了一个适用于使用网络编码进行数据传输的窃听网络中的安全通信方案。该方案利用原始随机比特串生成新随机比特串来加密信源消息数据,再由得到的密文生成一秘密数据串来混合原始随机比特串,最后利用随机线性网络编码实现对网络容量的高效利用。而且,该方案没有使用秘密信道传输密钥,也没有为实现安全通信而构造依赖网络拓扑结构、满足特殊条件的网络编码。     

一种新的面向H.264低比特流的码率控制方法

JVT-G012算法存在两个不足：一是当存在快速运动或场景变换时,线性MAD（平均绝对偏差）预测法的效果变得很差;二是H.264存在更多的运动补偿模式,更多的比特用于非纹理数据的编码,而G012算法简单地采用已编码帧的非纹理数据来预测当前帧的非纹理数据,这种方法已不再有效。本文给出了一种基于宏块的差图像直方图法,并根据图像复杂度在编码单元之间合理分配比较率。同时提出了一种时空结合的MAD预测模型和一种更加灵活的非纹理数据的预测方法。实验结果表明,该方法能更加接近目标码率,并获得更高的视觉质量和PSNR。     

基于心理声学模型的多码率零树小波音频压缩方法

ＭＰＥＧ－４音频编码标准不仅对码率和音质提出了更高的要求,而且还要求编码器具有多种功能以满足各种不同应用的需要,该文利用不同尺度小波系数的自相似特性和人耳的掩蔽效应,提出了一种基于心理声学模型的零树小波音频编码算法。该算法不仅可在低码率（５６ｋｂ／ｓ）上得到透明质量的ＣＤ音频信号,而且可产生嵌入式码流,在最优意义上支持多码率的可分级编码,是一种很有前途的适用一多媒体通信等领域的编码方案。     

无损音频中正交变换技术的算法研究

介绍了基于正交变换的无损音频编码的技术框架,并对其关键技术即分帧、整数变换和熵编码作了深入的分析和研究,同时实现了音频信号的编解码。最后将其在性能上与其它预测方案进行比较,结果表明其在压缩比上存在优势。