模块化联合码率控制技术

《模块化联合码率控制技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、模块化联合码率控制技术

2、第1当多路可变码率（VBR）编码视频节目在同一固定带宽信道内传输时，可利用统计复用技术使各节目码率相互补偿，动态分配固定信道，充分利用信道资源。但它存在下列缺点：（１）统计复用遵循“大数定律”，只有复用的业务数目Ｎ足够大（N＞10）时，各路码率相互补偿，才能产生高的统计复用增益（见第3节）。若信道带宽有限，同时传输的业务数目不多，则复用后总码率波动仍会较大，在固定带宽信道中传输容易丢失数据。（２）统计复用虽可避免各业务峰值码率直接累加，但因图像内容变化不能预知，故复用后总输出码率在某一时间段仍可能超过信道带宽，致使传输过程中丢失数据。特别是丢失重要信

3、息（如包头、DCT直流及低频系数）时，会严重影响图像甚至该图像所在整个图像组（GOP）的质量。因此单独的统计复用技术不适用于同时传输较少视频业务且对图像质量要求较高的数字视频广播领域。联合码率控制系统（见图1）综合各路视频节目统计数字量，对总的可用带宽进行统一分配，使复用后输出的码率不超过带宽，不丢失数据，且各路节目质量达到最佳。根据目前掌握的资料，联合码率控制技术尚处于研究阶段，IBM、PHILIPS和DIVI等公司正开展此项研究。与独立控制MPEG固定码率编码中各节目的码率不同，联合码率控制系统对各编码器实施联合控制。系统开始工作时，各编码器可设置为相同量化参数；当系统

4、预测到复用后的码率超过信道带宽时，就把有效带宽按图像复杂度重新分配，然后改变量化参数，使各编码器输出满足目标码率。500)this.style.ouseg(this)">一些文献介绍了各自的联合码率控制算法，但均存在一些缺欠，如：通过监测信道缓存器的状态调整码率的算法[1]，由于缓存器状态并不直接反映图像变化，因此码率调整会导致有相同复杂度图像的质量差别；应用专用芯片的算法不能通用[2]；用前一GOP编码结果预测码率[3]，使带宽分配滞后于图像变化；按自定义的SuperGOP（各路节目对应GOP的组合）和SuperFrame在SuperGOP内各节目对应帧的组合）结构分配

5、带宽[4]，未考虑SuperGOP内的图像变化。虽然各算法对节目质量有一定改善，但缺乏对图像变化、带宽分配、码率控制和缓存器状态的全面考虑，各节目质量难以达到最佳。为此，本文首次提出模块化联合码率控制算法，即将整个码率控制分为几个控制模块，使模块算法相对独立且其调整不影响系统控制的策略，算法更通用，能适用不同的编码芯片。２模块化控制算法系统可划分为：码率预测、带宽分配、量化参数选择和缓存器控制等几个模块。图2只画出了节目n与各控制模块的关系，其它节目和控制模块的关系与之相同。２．１码率预测模块码率预测模块以选定的时间段（帧或GOP）为单位，提取各路视频节目的统计信息。有两种

6、码率预测方法：前向预测法[1][2]和反馈预测法[3]。前者是在图像编码前，对其进行预处理以提取统计数字量。可提取的统计数字量有多种，它们的选择应与编码器输出一定质量图像所需码率密切相关。例如，统计数字量10表示编码器输出同等质量图像的码率是统计数字量为5时的2倍。前向预测法对图像复杂度变化和场景切换的反映迅速，但节目内容千差万别，活动性与复杂度大不相同，要找到能适应任何图像内容且与输出码率密切相关的统计数字量是个带有挑战性的工作。另外，实时前向预测需要预处理芯片，增加系统成本。反馈预测法是在图像编码后，采集编码过程中产生的统计数字量（图2中虚线箭头），以指导后面图像编码。

7、与预处理法相比，反馈法不需对图像预处理，运算量较小。但统计数字量只能是编码过程中产生的一些信息，是用前面图像的统计数字量预测后面的图像，因此反馈预测法对图像复杂度变化和场景切换的反映不如前项预测法快速。但由于图像内容会持续一定时间，所以反馈预测法也能对码率进行预测。２．２带宽分配模块带宽分配模块可选取多种算法。比较简单的算法是将可用信道容量分成Cp、C0两部分，前者按预测的各路节目码率分配，使每路节目保持一可接受的图像质量；后者按各种节目预测码率的方差分配，保证复杂节目得到更多的码率，使各路节目的图像质量统一[1]。带宽分配模块还可按码率预测模块输出的统计数字量计算各路节目

8、的复杂度，并按其比例分配带宽[3]。复杂度计算可采用MPEGTM5[5]中相应公式：C＝R×Q式中，R是图像编码的码率，Q是图像的平均量化因子（图像内各宏块量化因子的平均值）。另一种算法是先定义SuperGOP和SuperFrame结构[4]，并给每个SuperGOP分配相同的码率；然后按TM5中码率分配方法将SuperGOP码率分配给每个SuperFrame；同样的方法也应用于SuperFrame中每一帧的码率分配。各节目质量统一体现在图像有相同的失真度上。根据率失真理论[6]，复杂图像应分配给较多的码率时，其失