视频传输中的码率控制技术研究进展毕迎春王相海

码率控制技术对提高和平滑解码视频质量起着至关重要的作用。近年来各种视频编码标准和应用都对码率控制技术进行了大量的研究,如基于H.261和H.263的视频会议,基于MPEG-1和MPEG-2的媒体存储,以及最新的基于MPEG-4视频对象编码。首先对码率控制问题进行了基本描述,然后介绍了标准中的经典码率控制技术,接着将目前的码率控制技术归纳为3类:基于DCT视频编码器的码率控制技术、基于小波视频编码器的码率控制技术和精细粒度可分级视频编码的码率分配算法,并对这三类码率控制方法的发展进行了概括性阐述与比较性研究,讨论了各种算法的基本思想及其优缺点,最后对视频传输中的码率控制技术的未来发展趋势进行了展望。     

H.264视频标准中码率控制算法的改进

码率控制是视频压缩编码技术的一个重要部分。在许多应用中,视频序列都要求在恒定比特率的信道中传输,而压缩后的视频序列中的数据量通常是变化的,因此,需要通过码率控制技术来解决。对JVT-G012提案中的码率控制技术进行了深入详细的探讨,分析了此算法的不足,在此基础上进行了相应的改进,并通过实验进行了验证。     

MPEG-4实时视频传输的拥塞控制算法的改进

提高视频图像的传输质量是网络拥塞控制方面的重要研究课题,在阐述了码率控制技术和实时视频传输的构架后,分析了基于丢包率和双丢包率阈值门限的拥塞控制机制以及VM8码率控制算法,指出了VM8码率控制算法的不足,所在并进行了相应的改进.根据当前丢包率,对未来的发送速率的变化做出预测,从而动态地决定缓冲区目标水位参数,使得改进后的算法对发送速率具有一定的预测性.实验证明,改进后的算法有效地提高了编码后的图像质量.     

可伸缩视频编码的码率控制技术研究

可伸缩视频编码能生成空域、时域、质量可伸缩的视频码流,如何对其进行码率控制来生成最优的可伸缩性码流,对适应不同需求的终端十分重要.结合可伸缩视频编码码率控制的研究现状,描述了最新的研究进展,综述了码流控制的原理、经典算法,分析总结了可伸缩视频编码的关键技术及在可伸缩视频编码中的挑战.通过对增强层中各种码率控制算法的优缺点的分析,总结出增强层的时域可扩展和空域可扩展中码率控制的最优解决方案.最后对可伸缩编码中码率控制技术的发展趋势进行了展望.     

基于JVT-H017码率控制算法的改进

码率控制是视频压缩编码技术中的一个重要组成部分.针对JVT-H017提案中码率控制技术进行了深入详细的探讨,分析该算法的不足,在此基础上进行相应的改进.按照前一幅编码图像的统计特性更加精确的预测当前图像复杂度并进行比特分配.实验结果表明,与JVT-H017算法比较,改进的算法在图像质量提升的同时,使得编码输出比特率更接近于目标比特率.     

H.264/AVC码率控制技术

码率控制技术是视频标准的关键技术之一。决定视频编码器的输出码率的稳定性和图像质量的好坏。首先对码率控制技术进行介绍,然后基于视频标准H．264／AVC,对其GOP层、帧层、基本单元的比特分配及量化参数QP的设置等方面进行较为详细的分析．并在此基础上分析测试模型JM7．6的码率控制算法及其不足。     

一种基于ρ域的新码率模型

视频编码中的码率模型是表示一帧图像的编码比特数的数学函数表达式,是码率控制技术研究的重点。常用码率模型都是在寻找量化步长Q和码率R之间的关系,用信源的统计特性描述视频数据,并分析、模拟编码算法,为了提高码率估计精度,码率模型就变得特别复杂进而导致码率控制不稳定;但简单模型的精度又低。文献[3]从量化步长与非零系数的角度提出了线性的码率控制模型,能简单精确地进行码率控制。但没有考虑非零系数的大小、头信息及线性模型的常数项,且其参数数更新粗糙。针对这些问题提出新的码率模型和线性回归的精确参数更新算法。实验结果表明,提出的算法比TMN8算法能将PSNR提高0.1 dB左右,且性能稳定。     

一种基于ρ域的新码率模型

视频编码中的码率模型是表示一帧图像的编码比特数的数学函数表达式,是码率控制技术研究的重点。常用码率模型都是在寻找量化步长Q和码率R之间的关系,用信源的统计特性描述视频数据,并分析、模拟编码算法,为了提高码率估计精度,码率模型就变得特别复杂进而导致码率控制不稳定;但简单模型的精度又低。文献[3]从量化步长与非零系数的角度提出了线性的码率控制模型,能简单精确地进行码率控制。但没有考虑非零系数的大小、头信息及线性模型的常数项,且其参数数更新粗糙。针对这些问题提出新的码率模型和线性回归的精确参数更新算法。实验结果表明,提出的算法比TMN8算法能将PSNR提高0.1 dB左右,且性能稳定。     

基于模糊控制的H.264宏块层码率控制算法

针对H.264码率控制模型的不足,提出了一种新的宏块层的码率控制算法.该算法首先利用帧的时空间相关性对宏块的MAD值进行预测,然后引入了智能控制中的模糊控制方法来对码率输出进行控制,使得码率控制不再依赖于以往的各种统计模型.由于省去模型参数的更新,算法的计算复杂度有一定程度的降低.实验结果表明:与JM8.6原算法比较,该算法能在提高码率控制精度的同时,提高图像的恢复质量.     

一种低复杂度H.264宏块级码率控制算法

首先分析了H.264的码率控制算法复杂度高的原因;接着分析MPEG-2 TM5码率控制算法中的虚拟缓冲区机制,并由此得到了一种简单的积分控制算法;最后把这个积分控制算法应用到H.264码率控制算法的宏块层上,提出了一种新的宏块级码率控制算法.该算法避免了传统码率控制算法与率失真优化技术之间的矛盾.实验结果表明,改进的算法同时适应CBR（Constant Bit Rate）和VBR（Variable Bit Rate）情况.该算法不仅有效降低了原算法的复杂度,使得码率控制更加准确,同时得到的平均PSNR值与原算法基本相同.