随着技术的发展和人们对于视频质量要求的提高,高清、超高清视频得到了越来越广泛的应用。为了更有效地对大尺寸视频进行压缩编码,ISO/IEC运动图像专家组(MPEG)和ITU-T视频编码专家组(VCEG)在H.264/AVC的基础上,联合开展了下一代视频编解码标准HEVC的制定工作,目标是在相同视频质量条件下,相比当前的H.264/AVC视频编码标准,有50%左右的性能提升。HEVC中采用了很多新的编码技术,编码的复杂度更高,进行码率控制的难度更大。同时,HEVC中没有规定码率控制算法的具体实现方法,这就允许各个研究机构或者厂商可以根据自己的需求提出合适的算法实现。在当前已有的码率控制算法中,并没有合理利用到HEVC引入的新编码特性,无法达到比特分配和码率控制的精确性。本文对HEVC的码率控制技术进行了深入研究,根据视频序列的R-Q统计特性以及HEVC引入的最新编码技术,提出了一种基于对数R-Q率失真模型和层次化比特分配的码率控制算法。通过对视频序列的实验统计可得到,视频编码输出码率R (Rate)和量化步长QP (Quantization Step)之间满足对数关系。同时,本文的码率控制算法采用自上而下的层次化码率分配机制,包括GOP层、帧层、编码单元层的比特分配,以及图像复杂度分析。实验结果表明,本文提出的码率控制算法有更高的码率控制精度,而且视频编码后的失真度更小。