论文摘要：视频编码中的位率控制算法研究

位率控制是视频编码中的关键技术之一，其控制效果直接影响到码流的带宽和图像的质量。由于视频序列中各帧图像的复杂度、编码方式等有差异，导致编码器输出码流会产生很大波动，无法适应恒定速率的应用，所以需要采用适当的位率控制策略将这种波动控制在一个限定的范围内。 本文首先基于位率控制的基本原理，分析了对其产生影响的相关因素，并详细探讨了几种经典的位率控制模型，然后以H.264/AVC的位率控制模型为基础，针对I帧位率控制的不足，对序列中第一个I帧，通过建立编码位数、视频帧复杂度和量化步长值之间的近似关系，建立了位率控制模型；对其余I帧，利用I帧与相应GOP之间编码位数的关系为I帧设定目标位率，并基于二阶R-D模型完成位率控制模型的建立。 本文还提出了基于PID控制理论的P帧位率控制算法。该算法首先参照视频编码标准库中的序列分类标准，通过创建以I帧复杂度为参数的视频分类器，对视频序列进行分类，然后针对每一类视频帧，创建以编码缓冲区为控制对象的PID控制器，利用缓冲区占用量的反馈信息，调节目标位率，从而得到更合理的QP值。 针对低位率下的应用，本文以帧级位率控制模型为基础还提出了一种基于运动区域检测的宏块级位率控制算法。该算法首先利用运动矢量信息确定运动区域，并调整了块匹配度的阈值，减少了低位率下由于帧间弱相关性引起的误检现象。在此基础上修正帧级QP值，为图像帧中不同区域内的宏块QP值进行赋值。 实验结果表明，本文建立的帧级位率控制模型具有良好的适应性，在对输出位率的控制，编码缓冲区的控制以及提高图像质量上都取得了更好的效果。而在位率十分有限的条件下，基于运动区域检测的位率控制算法也有效地提高了编码图像的主观质量。