1、 本科毕业设计 (论文 )开题报告 电子信息 工程 嵌入式立体图像编码中的码率控制算法研究 一、课题研究意义及现状 码率控制实际上就是通过合理的算法使编码器对视频图像最后产生的码率进行控制。图像编码产生的码率越高，图像的质量就越好，但是实际信道的带宽是有限的，不能满足过大的比特流，因此需要控制码率。码率控制是视频编码中的关键技术，优良的码率算法能有效的控制实际编码产生的码率，并使图像的质量能有很好的保证。 常用的码率控制方式有两种，一种是 CBR（固态比特率）和一种是 VBR（动态比特率）。CBR 的带宽和码率都是固定不 变的，而且实现方式相对比较简单。 VBR 在码率控制上很好的控制了 I
2、帧的数量，增强了这种算法的灵活性，但是这种算法对码率控制的准确性要求很高。 传统的码率控制算法如： MPEG-2的 TM51， H.263的 TMN82以及 MPEG-4的 VM83以及 H.264的 JVT 系列 4码率控制算法都存在着不足。好在现使用的 H.264 等视频编码标准，都只对最后的码流的语法语义做了定义，而对编码的算法没有什么要求，因此对码率控制的算法的优化有很大的空间和灵活性。 刘峰，缪陆军，徐浩 用帧的运动量大小作为帧复杂度的描述 5，提出了一种优化码率分配的算法。 黄莉，傅志中 基于缓冲区状况对目标码率进行优化分配 6。 兰天，顾学迈，郭庆，王振永 根据帧的位置不同来实现
3、码率控制的优化 7。 郭红英，蔡坚勇，涂钦，林潇，吴怡 根据人眼视觉特性与帧差，并结合图像的相对复杂度，对各帧分配比特数 8。 郑巧燕，郁梅，彭宗举，邵枫，李福翠，蒋刚毅 提出了一种基于反馈原理的码率控制算法 RCBF9。 在码率控制时，如何使实际码率和目标码率更加匹配并保证图像质量不发生明显变化是众多学者在改进算法时所要考虑的问题。从帧的复杂度考虑，很好的区分了各帧对 码率的需求高低，合理的分配了目标码率，但是使用何种帧复杂度描述方式可以使码率控制更加精准，效果更加突出，未有学者能够给出最终的定论。然而结合编码时的缓冲区状态和带宽状况对码率控制进行调整，能够很好的对编码外部条件做出反应，但是
4、上述算法中没有结合更多的外部条件使算法的适应性更强。 本人的算法，在量化时考虑前面帧的实际码率和目标码率的比值，通过这个比值选择合适的量化指数调整量，对当前帧的量化指数做出调整，这样可以使实际码率在未超出目标码率的范围内尽可能充分利用码率。在使码率得以充分分配的同时，考虑到缓冲区的状况 ，根据缓冲区的满度同样对量化指数做出适当的调整。这样的算法，可以使目标码率尽可能的利用，且考虑到了缓冲区的满度，能够在缓冲区条件不佳的情况下，防止数据溢出导致图像质量下降。 二、课题研究的主要内容和预期目标 2.1 研究的基本内容 编 码 器视 频 输 入 码 率 码 率 控 制 器目 标 码 率缓 冲 区 状
5、 况缓 冲 区数据流视频输出Q P复 杂 度 估 计本人的算法主要基于帧层，考虑了缓冲区状态，同时根据目标码率和前一帧的实际码率的比值，动态的调整当前帧的量化指数。考虑到了缓冲区的溢出问题，是为了避免因缓冲区溢出而使数据丢失，在编码中判断缓冲区状态，判断阀值设置在缓冲 区实际容量的 80%，当超过阀值时，适量增大量化指数，使产生的实际比特数减少，避免缓冲区实际溢出（超过缓冲区实际容量）。其次，考虑到实际码率是有限的，为充分的利用这有限的信道带宽，引入量化修改因子 Q（ Q =2）， Q 使用关于 a 的经验函数分布。 a 为前一帧的实际码率和目标码率的比值。 基本步骤：判断缓冲区的满度；使用帧
6、的复杂度来分配目标码率。对复杂度高的帧分配较多码率，对复杂度低的帧分配较少码率；使用调整因子对量化做出调整，充分分配码率；检测缓冲器是否超过 缓冲区实际容量的 80%，对量化指数做出调整。 2.2 预期的目标 对目标码率进行合理有效的分配，并且实时监测缓冲器状况，在缓冲器出现溢出前（超过缓冲区实际容量的 80%），迅速对编码做出调整，防止缓冲区的溢出。 三、课题研究的方法及措施 3.1 研究方法 本人通过图书馆数字资源，收集了大量的学术论文，这些学术论文主要集中在图像编码码率控制和帧层码率控制方面。通过大量阅读前辈们在码率控制方面的论文，了解了码率控制的原理、目标、及方法，并且学习了一些改进算
7、法。 首先通过研究码率控制算法中的理论公式及一些学者对算法的改进，对一些算法模型、控制理论、及参数有 了一定的了解。然后，根据自己的理解，在 VC+6.0 软件中编写程序。 通过一些典型序列的测试，得到数据，并于未加码率控制器时的数据进行对比，对实验数据进行分析比较。 3.2 措施 首先，学习了 H.264。学习中碰到许多问题，通过向 H.264 乐园论坛中的学者讨教，基本解决了 H.264 的一些基础问题。 其次，通过对前人论文的阅读和学习碰到的许多问题，是通过向指导老师询问，得以解决。 最后，在用软件编程实现算法时，碰到了许多编程问题，通过和同学交流和向老师询问得以解决。 四、课题研究进度
8、计划 1.2011 年 9 月 1 日 2011 年 9月 15日：查找并整理大量相关文献。 2.2011 年 9 月 16 日 2011 年 10月 1日：了解是视频编码标准及发展。 3.2011 年 10 月 2 日 2011 年 10月 20日：学习 H.264标准，重点学习码率控制算法。 4.2011 年 10 月 21 日 2011 年 11月 1日：学习并熟悉了一些码率控制算法及改进算法。 5.2011 年 11 月 2 日 2011 年 11月 8日：写出文献综述，并准备开题答辩。 6.2011 年 11月 9 日 2011 年 12 月 31 日：在 VC+6.0 编写原有码率
9、控制算法，并且理解原算法的流程。 6.2012 年 1 月 1 日 2012 年 1月 31日：改进算法。 7.2012 年 2月 1 日 2012 年 2 月 29 日：通过典型序列的实验，观察算法的功效，并且不断修改算法。 8.2012 年 3月 1 日 2012 年 3 月 31 日：不断检查算法，并最终确定算法及编码，得出最终数据及结论，整理所有数据及编码，写出论文并修改。 9.2012 年 4 月 1 日 2012 年 4月 16日：完成 PPT准备答辩。 五、参考文献 1 MPEG-2 Video Test Model 5， ISO/IEC /JTC1/SC29/WG11, MPE
10、G93/257, 1993. 2 Video Codec. Test Model Near-Term, TMN8. ITU-T/SG16/VCEG/Q15 A59,Portland, USA, 1997. 3 Video Group， Text of ISO/IEC 14496-2 MPEG-4 Video VM-Version 8.0， ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 Coding of Moving Pictures and Associated Audio MPEG97/W1796, Stochholm， Sweden， July 1997. 4 Li Zheng- guo
11、, Pan Feng, Lim Keng- pang, et al1 Adap tive base unitlayer rate control for JVT, JVT2 G012 A 1 In: Proceedings of 7 the Meeting, Pattay II C , Thailand, 2003. 5 刘峰，缪陆军，徐浩 .基于编码复杂度的帧层和宏块层自适应码流控制方法 J. 南京邮电大学学报， 2006， 12， 26（ 6）： 22-26. 6 黄莉，傅志中 .基于图象复杂度的 H.264 码率控制算法改进研究 C.2006 年中国西部青年通信学术会议论文集 .339-402. 7 兰天，顾学迈，郭庆，王振永 . 一种新的 H. 264 自适应帧层码率控制算法 J.华南理工大学学报 (自然科学版 )， 2008， 9， 36（ 9）： 100-106. 8 郭红英，蔡坚勇，涂钦，林潇，吴怡 .一种面向 H.264 标准的帧层码率控制算法改进 J.福建电脑， 2009，（ 12） :13-14. 9 郑巧燕，郁梅，彭宗举， 邵枫，李福翠，蒋刚毅 . 一种结合人眼视觉特性的 H. 264 /AVC码率控制算法 J.光电子激光， 2011， 3， 22（ 3）： 440-445.
