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码率控制是视频编码中的一项关键技术。对于视频通信来说,由于通信带宽有限,必须将码率控制在一定的范围,以达到在给定目标码率的条件下,尽可能达到解码图像的高质量。多视点视频编码(MVC)是三维立体电视与任意视点电视等多种新兴媒体通信方式中的关键技术,在多视点视频编码中同样存在着如何使压缩后的多视点视频数据适应信道传输的码率控制问题,因此码率控制也是多视点视频编码器不可缺少的部分,码率控制算法的优劣也成为衡量多视点视频编码器好坏的重要指标之一。本文对多视点视频编码中的码率控制进行了深入研究,主要研究工作以及创新成果如下:
简要介绍了码率控制的基本原理,概括了2D视频码率控制经典算法JVT-G012的实现步骤。通过分析总结得出:该算法只针对Ⅰ帧和P帧进行控制,对B帧不进行码率控制,只是简单的根据相邻的Ⅰ帧与P帧或相邻的两个P帧的QP值确定B帧QP值。多视点视频编码为提高编码效率,设置了更多的B图像,因此多视点视频编码的码率控制应当考虑增加对B帧的码率控制。
研究了多视点视频编码中多个视点连续编码的问题。在分析当前多视点视频编码中存在的几种预测结构的基础上,对比发现HHI提出的预测结构在编码效率和复杂度方面优于其他几种方法,因此选择HHI的预测结构作为进行多视点视频编码码率控制的基本预测结构,并在此基础上建立了多个视点连续编码的框架。
针对恒定比特率码率控制中存在的视频质量波动较大的问题,本文实现了一种二次编码的多视点视频编码码率控制方法。通过利用第一遍编码产生的码率、实际消耗比特数、量化参数、失真、图像复杂性以等信息,在第二遍编码的过程中进行有效的比特分配调节以及主观效果控制,从而实现在一定程度上减小视频质量的波动性,获得较为恒定的图像质量,能够满足一些要求图像间质量波动尽可能小的实际应用,如DVD存储等,实验结果表明,该方法能显著降低视频质量的波动性,并提高解码图像的质量。
针对视频编码中因缺乏对B帧的码率控制很容易造成码率控制精度严重下降的问题,研究了多视点视频编码中B帧的码率控制问题。多视点视频编码的码率控制是对逐个视点GOP进行的,而视点GOP所采用的编码结构与H.264/AVC可分级扩展标准JSVM类似,均采用的是分层B帧的编码结构。因此多视点视频编码码率控制必然要考虑分层B帧的码率控制策略,为此在帧层码率控制上采用了一种视点GOP比例因子自适应更新的分层B帧码率控制方法。
在分析总结的基础上提出了一种多视点视频编码的宏块级码率控制方法。采用JVT-G012的分层比特分配和码率控制的思想,将码率控制分解为GGOP层、GOP层、Frame层和Macroblock层四层来执行。首先根据视点数目和GOP大小进行GGOP层比特分配和码率控制;然后根据相关性函数在视点间合理分配码率,实现GOP层的比特分配;其次根据分层B图像比特分配策略实现帧层的比特分配;最后根据拉普拉斯率失真模型实现宏块层的码率控制。实验结果表明所提出的方法计算复杂度较低,码率控制的误差在1%之内,并有平均0.1dB左右的解码图像PSNR增益。本方案在视点间进行了合理的比特分配,其视点编码图像的均衡性较好,具有实际操作性。