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高效的视频压缩编码技术,是实现实时传输、IP易错信道环境中的前提和保证,对于目前的网络通信发展状况而言,如何进一步提高编码速度,促进视频编码在多媒体通信领域的应用,是当前的技术难点。 目前,适合于视频通信的压缩编码标准主要包括:ITU-T的H.26x系列和MPEG的MPEG-4标准。其中,H.264/AVC是近年来在广播和电信视频通讯领域中最领先的视频编码标准,它不仅吸收了以往视频编码标准中的经验,并在此基础上开发了许多先进的编码技术。 基于率失真函数理论,针对H.264/AVC编码算法,展开了较深入细致的研究,研究工作概括如下: 从信息论理论角度出发,着重围绕图像压缩理论,利用率失真特征数学模型,对H.264/AVC中的一些理论问题进行探讨;深入剖析率失真函数理论,并在该理论基础上,针对当前常用的率失真计算模型,确定了全局失真统计测度与编码比特率测度、量化参数与宏块帧内刷新率的关系,提出了码率控制的策略;利用误码掩盖技术,分别对宏块帧内刷新和宏块帧间编码模式进行失真分析,获得率失真曲线上最佳误码控制点,构造了宏块编码模式选择的代价函数,建立了包含信源编码失真和扩散误码失真统计模型。同时,针对网络通信视频应用环境,建立了模拟测试方法,大大增强了H.264/AVC编码码流在网络通信中的抗误码能力。 运用最大熵原理之近似法,计算出扩散误码发生概率判决失真函数,将最小计算率失真对应的宏块编码模式,确定为率失真最优宏块编码模式,并对宏块编码失真及宏块的误码扩散失真、宏块编码比特率、率失真编码模式判决方法进行分析。 基于缓冲区控制和二项式R-D模型控制算法,提出了率失真优化的宏块编码码率控制算法。该算法不仅能够自适应地调整比特分配和量化参数、全局最优化求得率失真曲线上的最佳控制点,还可以根据当前网络运行情况,动态地为源压缩数据保护信息和信道分配带宽,实时进行帧内宏块刷新和抵抗信道误码。 依据H.264/AVC测试模型,使用本文实验测试平台JM-ZJ,实验结果表明: (1)运用优化的全局率失真判决策略、率失真模型,能实现比特率在信源编码和误码扩散编码间的优化分配,对Foreman图样文件测试序列,在编码压缩前后其文件容量大小对比为210∶1。 (2)采用标准测试序列JM-ZJ编码的.264格式和.yuv格式、MPEG-4的.avi格式播放,从系统负载来看,.avi格式,CPU占用率40%,系统要求最低;.yuv格式,CPU占用率70%,系统要求较高;H.264格式,CPU占用率80%,系统的要求最高。 (3)对Foreman和Car phone测试序列,在比特率为128Kb/s左右,比特分配算法峰值信噪比值几乎高出1~2dB;对News和Salesman序列,在比特率为96Kb/s左右,比特分配算法峰值信噪比值几乎高出0.7~1.5dB。 (4)对Gar phone测试序列,从实验中给出的峰值信噪比曲线看出,ZJ算法比MD算法平均峰值抖动信噪比增益为1.3~2.0dB左右,比NE算法平均峰值信抖动噪比增益为1.5~2.5dB左右。