作为目前主流的视频压缩编码标准，H.264以其压缩率高、图像质量高、容错性强、网络适应性强等优点成为业界研究的热点之一。码率控制是视频编码技术的核心部分，在信道带宽以及存储资源受限的情况下，码率控制可以通过调整编码参数，使得编码器输出码流在适应信道带宽和存储限制的同时最大限度地保证图像编码质量。因此对码率控制技术的研究具有重要的意义。本文在深入分析H.264基本单元层码率控制算法的基础上，从以下三个方面对其进行了改进：（1）针对基本单元平均绝对差值（MAD）预测不精确问题，提出将时空加权模型和线性预测模型相结合的MAD预测方法，根据前一基本单元的MAD预测误差对当前基本单元的MAD预测值进行修正。（2）针对基本单元复杂度估计不准确问题，提出使用MAD与峰值信噪比（PSNR）相结合的方式来估计基本单元复杂度。（3）针对基本单元目标比特分配时采用大量预测信息导致的计算量大、比特分配不准确问题，提出利用已编码信息进行比特分配。仿真结果表明改进的MAD预测模型比线性预测模型具有更精确的预测精度，码率控制效果更佳。与JM8.6基本单元层码率控制算法相比，改进算法在取得更精确码率控制的同时，序列PSNR也有一定的提升，同时序列的PSNR波动、编码输出比特数波动也更加平缓，缓冲区充盈度更接近目标值。