幾種碼率控制技術研究進展

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1、幾種碼率控制技術研究進展摘要：碼率控制技術對提髙和平滑解碼視頻質量起著至關重要的作用。近年來各種視頻編碼標準和應用都對碼率控制技術進行瞭大量的研究，如基於H.261和H.263的視頻會議，基於MPEG-1和MPEG-2的媒體存儲，以及最新的基於MPEG-4視頻對象編碼。本文首先對碼率控制問題進行瞭基本描述，然後介紹瞭目前的三類碼率控制技術：基於DCT視頻編碼器的碼率控制技術、基於小波視頻編碼器的碼率控制技術和精細粒度可分級視頻編碼的碼率分配算法，並對這三類碼率控制方法的發展進行瞭概括性闡述與比較性研究，討論瞭各種算法的基本思想及其優缺點，最後視頻傳輸中的碼率控制技術的未來發展趨勢進行瞭展望關

2、鍵詞：視頻傳輸率失真碼率控制緩沖器1引言隨著視頻編碼技術在媒體存儲、視頻點播、監控系統等諸多領域中越來越多的廣泛應用，一系列視頻編碼標準被提出並應用於實際，像ISO/IEC的MPEG-1/2/4,H.261,H.263等，這些標準對碼流的語法結構進行瞭規定，而碼率控制的具體算法則大多是開放的，算法的性能直接影響視頻通信的質量，作為提高視頻編碼圖像質量的一項關鍵技術，碼率控制技術的發展已引起人們幾種碼率控制技術研究進展摘要：碼率控制技術對提髙和平滑解碼視頻質量起著至關重要的作用。近年來各種視頻編碼標準和應用都對碼率控制技術進行瞭大量的研究，如基於H.261和H.263的視頻會議，基於MPEG-

3、1和MPEG-2的媒體存儲，以及最新的基於MPEG-4視頻對象編碼。本文首先對碼率控制問題進行瞭基本描述，然後介紹瞭目前的三類碼率控制技術：基於DCT視頻編碼器的碼率控制技術、基於小波視頻編碼器的碼率控制技術和精細粒度可分級視頻編碼的碼率分配算法，並對這三類碼率控制方法的發展進行瞭概括性闡述與比較性研究，討論瞭各種算法的基本思想及其優缺點，最後視頻傳輸中的碼率控制技術的未來發展趨勢進行瞭展望關鍵詞：視頻傳輸率失真碼率控制緩沖器1引言隨著視頻編碼技術在媒體存儲、視頻點播、監控系統等諸多領域中越來越多的廣泛應用，一系列視頻編碼標準被提出並應用於實際，像ISO/IEC的MPEG-1/2/4,H.2

4、61,H.263等，這些標準對碼流的語法結構進行瞭規定，而碼率控制的具體算法則大多是開放的，算法的性能直接影響視頻通信的質量，作為提高視頻編碼圖像質量的一項關鍵技術，碼率控制技術的發展已引起人們的廣泛關註[1]碼率控制的作用是保證編碼比特的合理分配，以適應網絡傳輸或媒體存儲等應用的需求，按照輸出比特率是否恒定可分為CBR和VBR兩種。設計碼率控制算法除瞭能夠避免溢出，還能夠提供每幀圖像更好的視頻質量，而且可以避免視頻質量的過大波動。這裡主要是針對在CBR信道下傳輸壓縮碼流時的碼率控制技術現狀的研究2碼率控制問題基本描述碼率控制是視頻編碼的重要組成部分。一般來講，它的實現過程包括比特分配、量化

5、系數計算和緩沖器控制等部分。比特流經常要通過有限帶寬的通信信道進行傳輸，而編碼器會產生可變碼流，所以有必要在編碼器和信道之間設置視頻緩沖器來平滑編碼過程中的比特流波動，避免緩沖器出現上溢或下溢，設置合適的碼率控制算法是必需的碼率控制問題的解決可以歸結為對其進行公式化的過程，通常有兩種不同的失真準則可用來度量公式化的碼率控制問題，一是最小化GOP內平均失真；二是最小化GOP內的失真變化3基於DCT視頻編碼器的碼率控制技術目前，大部分的碼率控制技術都是適用於基於DCT視頻編碼器的，而碼率控制中的關鍵問題是估計或模型化視頻編碼器的碼率-失真(R-D)行為。采用率失真技術的目的是防止緩沖器溢出並最大

6、化視頻質量。基於DCT視頻編碼器的R-D行為由它的碼率-量化(R_Q)與失真-量化(D-Q)函數來描述，R-Q與D-Q函數統稱為R-D函數。根據碼率失真函數自變量的不同，將基於DCT視頻編碼器的碼率控制技術分為q域碼率控制技術和P域碼率控制技術[2]4基於小波視頻編碼器的碼率控制技術小波編碼器具有非常優秀的編碼性能，在靜止圖像壓縮中已被廣泛應用。小波編碼器不僅能提供更好的像主觀質量，而且還具有嵌入式特性。嵌入式編碼器能提供更好的率失真折衷，它可以在碼流的任何點處截取編碼比特流而沒有明顯的可感知的失真。對於嵌入式視頻編碼器的一個簡單碼率控制機制就是為每個I幀、P幀和B幀分配固定的比特數，然而該

7、簡單機制並不能獲得最優的R-D性能5精細粒度可分級視頻編碼的碼率分配算法由於網絡視頻應用的飛速發展和網絡帶寬的時變特性，快速的碼率分配和比特流截斷技術對於視頻流傳輸十分重要。以DCT為基礎的精細的可伸縮性（FGS）視頻編碼已經被MPEG-4作為流式應用的標準而采納，FGS方案能夠靈活地適應網絡帶寬的波動。利用FGS編碼可産生一個可分級的比特流，其基本層旨在適應最低的網絡帶寬要求，而FGS增強層由於采用瞭位平面