視頻編碼率失真特性及幀編碼復(fù)雜度模型研究.pdf

1、率失真理論研究在限定失真的情況下，為了恢復(fù)信源符號(hào)所必需的信息率。如果信源輸出的信息率大于信道的傳輸能力，就必須對(duì)信源進(jìn)行壓縮，但同時(shí)要保證壓縮所引入的失真不超過(guò)預(yù)先規(guī)定的限度。由于數(shù)字視頻的信息量巨大，如何有效地存儲(chǔ)視頻信息以及在有限的帶寬下對(duì)其進(jìn)行傳輸及應(yīng)用是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。因此視頻圖像壓縮技術(shù)成為一個(gè)重要且有效的手段。
　　 作為視頻編碼中率失真優(yōu)化的理論依據(jù)，率失真定理被廣泛地研究。本文著重分析了率失真理論和率失真模

2、型的建模方法，創(chuàng)新性地分析了H.264/AVC碼率提案中采用的二次率失真模型誤差并提出了新的聯(lián)合率失真模型。針對(duì)幀編碼復(fù)雜度在率失真模型中的作用及其對(duì)碼率控制算法性能的影響，提出了新的Ⅰ-幀和P-幀編碼復(fù)雜度模型及相應(yīng)的幀間和幀內(nèi)碼率控制算法。大量且廣泛的實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)表明，新的碼率控制算法能夠有效地控制虛擬緩沖區(qū)，精確地達(dá)到目標(biāo)輸出比特率，明顯地減少不期望的跳幀，在提高視覺(jué)質(zhì)量的同時(shí)也保持了視覺(jué)質(zhì)量的平滑穩(wěn)定。全文的主要的創(chuàng)新和研究成果

3、包括：
　　 1．視頻編碼率失真模型及率失真特性分析，從理論及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面著重分析了二次率失真模型的誤差。包括二次模型誤差，MAD正比模型誤差及JVT-G012提案中線性跟蹤模型預(yù)測(cè)誤差三個(gè)方面，并進(jìn)行大量擬合實(shí)驗(yàn)。更進(jìn)一步，分析了新的指數(shù)型率失真模型特性，為聯(lián)合率失真模型的提出提供了理論基礎(chǔ)。
　　 2．提出了兩種幀編碼復(fù)雜度模型。針對(duì)Ⅰ-幀和P-幀不同的幀特性，由于Ⅰ-幀編碼采用幀內(nèi)預(yù)測(cè)，因此其編碼復(fù)雜度通過(guò)直接統(tǒng)計(jì)

4、像素點(diǎn)平均幾何梯度值獲得；對(duì)P-幀編碼復(fù)雜度通過(guò)五種預(yù)測(cè)方式進(jìn)行預(yù)測(cè)，模型根據(jù)編碼效果優(yōu)化選擇性能最好的一種作為當(dāng)前幀編碼復(fù)雜度并進(jìn)行編碼。實(shí)驗(yàn)表明新的Ⅰ-幀及P-幀編碼復(fù)雜度模型均較高地?cái)M合了實(shí)際的編碼幀復(fù)雜度。
　　 3．在幀編碼復(fù)雜度R-C(Rate-Complexity)模型和指數(shù)型R-Q(Rate-Quantization)模型基礎(chǔ)上，提出一種聯(lián)合率失真模型并分析其新特性。由于指數(shù)模型具有求導(dǎo)不變性，根據(jù)聯(lián)合模型的一階

5、全微分，簡(jiǎn)化了模型參數(shù)并獲得了模型參數(shù)的更新方法。三維圖進(jìn)一步驗(yàn)證了聯(lián)合率失真模型中R-C和R-Q部分的關(guān)系分別滿足線性及指數(shù)函數(shù)關(guān)系。
　　 4．針對(duì)Ⅰ-幀編碼計(jì)算及延遲小的優(yōu)點(diǎn)，提出了全Ⅰ-幀編碼碼率控制算法，算法在H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)的參考軟件平臺(tái)JM13.2上編碼實(shí)現(xiàn)并和首次提出全Ⅰ-幀編碼的JVT-W042算法進(jìn)行性能比較，獲得了更精確的緩沖區(qū)控制及更高的解碼后視覺(jué)質(zhì)量。
　　 5．提出了基于優(yōu)化選擇的幀編碼