視頻編碼率失真特性及幀編碼復雜度模型研究.pdf

1、率失真理論研究在限定失真的情況下，為了恢復信源符號所必需的信息率。如果信源輸出的信息率大于信道的傳輸能力，就必須對信源進行壓縮，但同時要保證壓縮所引入的失真不超過預先規(guī)定的限度。由于數(shù)字視頻的信息量巨大，如何有效地存儲視頻信息以及在有限的帶寬下對其進行傳輸及應用是一個亟待解決的問題。因此視頻圖像壓縮技術成為一個重要且有效的手段。
　　 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。針對幀編碼復雜度在率失真模型中的作用及其對碼率控制算法性能的影響，提出了新的Ⅰ-幀和P-幀編碼復雜度模型及相應的幀間和幀內碼率控制算法。大量且廣泛的實驗測試數(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)，精確地達到目標輸出比特率，明顯地減少不期望的跳幀，在提高視覺質量的同時也保持了視覺質量的平滑穩(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，從理論及實驗驗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測誤差三個方面，并進行大量擬合實驗。更進一步，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。
　　 2．提出了兩種幀編碼復雜度模型。針對Ⅰ-幀和P-幀不同的幀特性，由于Ⅰ-幀編碼采用幀內預測，因此其編碼復雜度通過直接統(tǒng)計

4、像素點平均幾何梯度值獲得；對P-幀編碼復雜度通過五種預測方式進行預測，模型根據(jù)編碼效果優(yōu)化選擇性能最好的一種作為當前幀編碼復雜度并進行編碼。實驗表明新的Ⅰ-幀及P-幀編碼復雜度模型均較高地擬合了實際的編碼幀復雜度。
　　 3．在幀編碼復雜度R-C(Rate-Complexity)模型和指數(shù)型R-Q(Rate-Quantization)模型基礎上，提出一種聯(lián)合率失真模型并分析其新特性。由于指數(shù)模型具有求導不變性，根據(jù)聯(lián)合模型的一階

5、全微分，簡化了模型參數(shù)并獲得了模型參數(shù)的更新方法。三維圖進一步驗證了聯(lián)合率失真模型中R-C和R-Q部分的關系分別滿足線性及指數(shù)函數(shù)關系。
　　 4．針對Ⅰ-幀編碼計算及延遲小的優(yōu)點，提出了全Ⅰ-幀編碼碼率控制算法，算法在H.264/AVC標準的參考軟件平臺JM13.2上編碼實現(xiàn)并和首次提出全Ⅰ-幀編碼的JVT-W042算法進行性能比較，獲得了更精確的緩沖區(qū)控制及更高的解碼后視覺質量。
　　 5．提出了基于優(yōu)化選擇的幀編碼