随着多媒体技术的发展,一种名为虚拟现实的新技术应运而生,这种技术可以通过实时演算为用户提供沉浸式的虚拟世界仿真系统。虚拟现实的360°视频图像能够表示完整的球面信息,这些信息会以二维数据的形式存放在存储介质中,但从球面数据投影至二维数据时极易引入畸变以及像素冗余。因此,对于虚拟现实的360°视频序列,直接使用传统的二维编码器进行压缩编码难以获得令人满意的效果。如何设计畸变和像素冗余更少的投影方式,如何获得更好的重建图像质量是这个领域的研究重点。(1)分析了时域率失真优化的拉格朗日乘子失准现象,定义了帧级编码单元及其比特的计算方法,通过分析时域临近编码帧的比特热度图分布来反馈调节当前编码帧中所有编码单元的拉格朗日乘子,使得编码单元的拉格朗日乘子逼近最优拉格朗日乘子,优化编码单元的比特分配,提升编码效率。(2)分析了经纬图中纬度与有效像素的关系,建立了纬度决定比特分配的算法模型。该算法能够针对经纬图中编码单元所处位置的有效信息为编码单元分配合理的目标比特,该算法能够为经纬图的编码带来显著的编码性能提升。(3)深入研究了PID控制理论,结合PID控制器与本文提出的两种编码优化算法,提出了一种基于PID的VR码率控制模型,该模型通过PID控制器保证码率控制过程的稳定,在利用编码优化算法为每一个编码单元分配合理的目标比特数。大量实验表明,该码率控制算法能够满足不同应用场景的需求,具有良好的编码性能和控制精度。通过上述的研究,本论文提出的基于比特热度图的比特重分配算法能够根据已编码比特反馈调节当前编码单元的编码参数,测试表明算法在低延时编码配置下取得一定编码性能增益。本文提出的基于PID的VR码率控制模型能够精确控制编码的输出码率,同时获得可观的编码性能提升。本文提出的最大编码单元级拉格朗日乘子优化方法能够针对编码单元的有效像素进行比特分配,在HEVC编码标准平台相比,取得了显著的编码性能提升。同时,最大编码单元级拉格朗日乘子优化方法已被AVS2标准采纳至参考软件。