H.264/AVC帧间预测和码率控制关键技术研究

论文摘要

H.264/AVC视频编码标准以高效编码和网络友好性成为新一代国际视频编码标准。本文分析了H.264编解码器的基本结构和实现流程,以及H.264标准所采用的一些先进技术。在此基础上,结合参考代码详细研究了H.264标准的帧间预测和码率控制方面的技术。主要工作和研究成果包括:针对快速块匹配运动估计,提出了一种基于可变分块尺寸的多模板六边形搜索算法。该算法根据H.264中七种不同的宏块划分,自适应地采用大六边形和水平扁六边形、竖直扁六边形等模板来进行运动估计。相对于传统六边形算法,在增加了匹配灵活性的同时,还可以更好地覆盖整个分块。仿真结果表明,在重建图像质量接近全搜索的同时,新算法比六边形算法减少了约10%的搜索点数。改进了JVT-H017提出的基本单元层码率控制方案,用一个新模型代替线性模型来预测基本单元的平均绝对差值MAD,避免参数更新过程,以减少计算量;并且根据同一基本单元内各宏块图像复杂程度的差异自适应地调整其量化参数。实验结果表明,与JVT-H017提案相比,改进算法可以更精确地分配目标比特和控制码率,并能获得较高的PSNR。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 视频压缩的信息论基础
• 1.3 视频编码原理
• 1.3.1 空间采样
• 1.3.2 预测编码
• 1.3.3 变换编码
• 1.3.4 量化
• 1.3.5 统计编码
• 1.4 重要视频编码标准简介
• 1.5 论文的结构和内容安排
• 第二章 H.264/AVC 视频编码标准基础
• 2.1 H.264 的发展历史
• 2.2 H.264 的体系结构
• 2.3 H.264 的编解码框架
• 2.3.1 H.264 编码器
• 2.3.2 H.264 解码器
• 2.4 H.264 中的新技术
• 2.4.1 帧内预测
• 2.4.2 帧间预测
• 2.4.3 变换与量化
• 2.4.4 熵编码
• 2.4.5 其他
• 2.5 编码模式
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于块匹配的运动估计和补偿技术
• 3.1 运动估计和补偿技术
• 3.1.1 运动模型
• 3.1.2 块匹配法
• 3.1.3 匹配准则
• 3.1.4 运动估计的方法
• 3.2 几种常见的块匹配算法
• 3.2.1 全搜索法
• 3.2.2 三步法
• 3.2.3 钻石搜索法
• 3.2.4 UMHexagonS 算法
• 3.3 基于可变分块尺寸的多模板运动估计算法
• 3.3.1 视频序列性质研究
• 3.3.2 六边形搜索法分析
• 3.3.3 竖直六边形模板的引入
• 3.3.4 对非正方形分块搜索方法的改进
• 3.3.5 算法描述
• 3.3.6 仿真结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 视频编码的码率控制技术
• 4.1 码率控制技术的思想
• 4.2 经典的码率控制算法
• 4.2.1 H.261 RM8 的码率控制算法
• 4.2.2 MPEG2 TM5 的码率控制算法
• 4.2.3 MPEG4 VM8 的码率控制算法
• 4.2.4 H.263 TMN8 的码率控制算法
• 4.3 H.264/AVC H017 的码率控制算法
• 4.3.1 预备知识
• 4.3.2 H.264 JVT-H017 码率控制算法概述
• 4.3.3 GOP 级的比特分配
• 4.3.4 帧级的比特分配
• 4.3.5 基本单元的比特分配
• 4.4 对基本单元层码率控制方法的一种改进
• 4.4.1 MAD 的预测
• 4.4.2 量化参数调整方案
• 4.4.3 仿真结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 可改进的方向
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果