可伸縮視頻編碼的率失真分析及其碼率控制.pdf

1、隨著通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，視頻傳輸不再局限于傳統(tǒng)的固定帶寬信道?；诘湫偷姆植际较到y(tǒng)Internet和無線網(wǎng)絡(luò)的多媒體業(yè)務(wù)，例如視頻會(huì)議、視頻點(diǎn)播、手機(jī)電視等成為了當(dāng)前非常有吸引力的應(yīng)用領(lǐng)域。此類信道時(shí)變的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)給視頻編碼提出了前所未有的挑戰(zhàn)。針對(duì)這樣的情況，ISO和ITU的聯(lián)合工作組JVT 開發(fā)了新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，即可伸縮視頻編碼（SVC：Scalable Video Coding）。它提供了數(shù)種可高效組合的可伸縮特性，使得

2、由單個(gè)壓縮碼流能夠提供多個(gè)子樣本，終端用戶可以根據(jù)自己的需要選擇或截取相應(yīng)碼流部分進(jìn)行解碼。本文的研究工作正是從可伸縮視頻編碼出發(fā)，主要基于率失真的分析來解決視頻編碼的重要環(huán)節(jié)碼率控制在可伸縮新環(huán)境下的應(yīng)用，另外還討論了編碼的另外一種約束：恒定質(zhì)量編碼。 本文首先簡要介紹了可伸縮視頻編碼的主要技術(shù)，按照時(shí)間、空間、質(zhì)量三種基本可伸縮特性闡述了各自的實(shí)現(xiàn)方案，進(jìn)而指出了傳統(tǒng)視頻編碼中的率失真優(yōu)化理論在可伸縮環(huán)境下的應(yīng)用，作為后文的

3、技術(shù)背景。 然后，我們對(duì)碼率控制問題作了詳細(xì)的定義并深入分析了H.264/SVC碼率控制的技術(shù)難點(diǎn)。我們首先提出了一種針對(duì)SVC 與H.264/AVC 兼容的基本層的碼率控制算法：通過引入預(yù)編碼過程解決了H.264 中著名的由于采用依賴量化參數(shù)的率失真優(yōu)化模式選擇而帶來的蛋雞悖論；通過在率失真優(yōu)化過程中為每種候選模式單獨(dú)確定精細(xì)化的量化參數(shù)來更好地反映特定宏塊的率失真特性；通過限制緩存區(qū)充盈程度并結(jié)合率失真代價(jià)進(jìn)行目標(biāo)比特的分配

4、。接著，我們針對(duì)SVC的Hierarchical B 預(yù)測結(jié)構(gòu)提出了一種碼率控制方案，其中充分考慮了編碼時(shí)一個(gè)圖像組內(nèi)屬于不同時(shí)域分級(jí)圖像幀的重要性不同的特性，在進(jìn)行目標(biāo)比特分配時(shí)給予不同的權(quán)重因子。 隨后，我們將基本層的碼率控制算法擴(kuò)展到增強(qiáng)層，并同時(shí)進(jìn)行基本層和增強(qiáng)層的碼率控制。由于我們的算法具有較強(qiáng)的去耦合性，因此可以基本沿用原有的碼率控制模型和各種參數(shù)設(shè)置。針對(duì)增強(qiáng)層的情況并考慮到實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，采取SVC 新引入的宏塊預(yù)測

5、模式BLSkip 作為預(yù)編碼的模式。此外，我們還提出了一種簡化率失真優(yōu)化模式選擇的方案，根據(jù)各候選模式已出現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)分布調(diào)整模式選擇時(shí)的順序，并同時(shí)結(jié)合提前終止閾值判斷避免對(duì)不必要模式的檢查。這樣就可以降低碼率控制算法在可伸縮編碼時(shí)的總體復(fù)雜度，加快運(yùn)行速度。 最后，我們對(duì)恒定質(zhì)量編碼問題進(jìn)行了研究。我們觀察到當(dāng)采取Hierarchical B 結(jié)構(gòu)編碼時(shí)，由于編碼順序的問題會(huì)造成幀間的質(zhì)量波動(dòng)，且此現(xiàn)象在場景切換時(shí)尤為明顯。我們